鄂爾多斯盆地延長組地層底面古構造定量化演化及其石油地質意義

高勝利, 高紀楊, 魏雪珂

(1.西安石油大學地球科學與工程學院, 西安 710065; 2.西安石油大學陜西省油氣成藏地質學重點實驗室, 西安 710065)

長期以來,關于含致密砂巖油層段古構造及其演化特征,在斷裂不發育的坳(凹)陷型致密油盆地中的作用,研究薄弱、認識不深入。例如,在鄂爾多斯盆地,含致密砂巖油層段構造在致密砂巖油成藏中的作用研究,絕大多數研究者局限于盆地含油層段現今構造的研究,早期認為現今構造對致密油成藏不起控制作用,后期在勘探深度不斷增大的前提下,認為富集區相對構造高部位模式、局部隆起等構造在一定程度上控制致密油的分布[1-3],但這里提及的隆起構造是指現今地層構造特征。到目前為止,關于含致密砂巖油層段古構造及其演化對致密砂巖油成藏的控制作用卻鮮有研究,在傳統固化“好砂帶找油”等思維的束縛下,人們關注更多的是儲層,而忽視地層古構造及其演化的研究。然而,針對鄂爾多斯盆地華池地區延長組8段致密砂巖油成藏,并非符合傳統的“好砂帶找油”認識[4],盡管關于致密油成藏積累了大量成果、認識,但在地層古構造及其演化特征方面的研究,盆地古構造形態研究應得到重視[5]。

油氣成藏地質條件的形成貫穿于湖盆演化的始終,鄂爾多斯晚三疊世延長期演化形成的湖盆,造就了其中豐富的致密油資源,呈現多層系復合含致密油特征。關于鄂爾多斯盆地致密砂巖油的勘探,雖然已積累了豐富的勘探理論、方法等,但關于致密砂巖油成藏的基本因素與關鍵因素之間的厘定問題研究的很少,且不夠深入,且多表現在成藏地質條件方面的綜合研究,往往是“面面俱到”,多是針對單層系致密油成藏規律的研究。存在的突出問題是認為各層系致密油富集因素大同小異,沒有體現出盆地致密砂巖油成藏的關鍵因素,在該研究背景下難以對盆地致密油“甜點區”進行預測。

優質儲層的形成必須具備一定的構造條件,古地貌對沉積體系具有明顯的控制作用[6],湖盆內次一級凹陷(或沉降中心)邊緣、古高地前緣斜坡及古隆起邊緣等往往是優質儲層形成的構造條件[7-9],但該認識直到近年在鄂爾多斯盆地才引起人們的關注,但是目前對于成藏關鍵時期地層古構造特征,特別是定量化研究非常薄弱,對于鄂爾多斯盆地延長組成藏關鍵時期地層古構造形態的恢復仍舊停留在傳統的沉積相分析基礎上,定性概略地層古構造輪廓[10-12]。對于鄂爾多斯中生界這樣穩定克拉通內的坳陷性質的湖盆,利用目前巖性地層單元所揭示的地層充填結構和形態,以及地震資料反映的單調的幾乎是平行的地層結構,難以對成藏關鍵時期地層古構造形態特征和沉積坡折帶等重要問題給予比較清晰的回答,盆地模擬技術提供了定量化研究湖盆地層古構造及其演化特征的有效途徑,可以進一步研究湖盆底形-優質儲層的關系,研究優質儲層的成因、分布等。

綜上所述,現對致密油儲層研究,將研究趨勢從多對現有儲層的表征研究向直接發現儲層“甜點區”(即優質儲層分布區)方向轉變,從而挖掘優質儲層(分布區)形成的地層古構造背景條件。

1 研究方法

目前古地貌恢復方法較多,最常見的方法是殘余厚度法和回剝法[13-14],其恢復結果基本是某一特定地層、在某一特定時期的古地貌特征研究,難以開展系統化的地層古地貌演化規律的研究,并且絕大多數結果難以對古地貌特征進行定量化研究,盆地數值模擬技術基于盆地3 000余口石油及天然氣鉆井,在對研究區構造、沉積、錄井、測井和分析測試等多種資料進行了系統整理的基礎上,建立了盆地地質模型,并選取了模擬參數,限定了初始和邊界條件,為再現盆地演化過程的演化歷史提供基礎和依據。盆地模擬中涉及的參數很多[15-16],針對不同的研究重點,關鍵參數有所差異,這些參數主要有地質年代、主要地層厚度及頂面構造特征、地層巖性模型、地層剝蝕量、溫度場參數、泥巖壓實系數、砂巖孔滲關系參數等,模擬中的其他參數可采用軟件系統的默認值。

反演回剝技術仍是目前埋藏史、構造演化史恢復的主導技術,其原理是依據質量守恒原則,隨著地層埋藏深度的增加,地層厚度逐漸變小,但地層的骨架厚度基本保持不變。各地層在保持其厚度不變的條件下,從目前盆地地層分層情況出發,按地層年代逐層剝去,直至全部剝完為止,在逐層剝的過程中考慮壓實校正[17]。為了獲得與真實情況相符合的模擬結果,需要盡可能多的利用實測數據作為約束條件去修正模擬演化過程,通過不斷修改推測性的邊界條件和模擬參數使模擬結果接近于實測的標定值。在盆地地質模型的基礎上,進行回剝計算,并經壓實校正后,采用數值模擬技術,恢復目的層底面在不同時期的古構造特征。

研究使用法國石油研究院研制的Temisflow盆地模擬軟件實現。依據延長期湖盆的演化的階段性規律:初始沉降(長10期)、快速發展(長9～長8期)、強烈拗陷(長7期)、逐漸萎縮(長6～長4+5期)至消亡(長3～長1期)的完整發展過程[18]。在數值模擬的過程中,劃分為4個“目的研究層”定量化考察延長期湖盆的演化特征,這4個“目的研究層”為長10～長8、長7、長6～長4+5和長3～長1地層,分別研究上述各層在其沉積末期的古構造特征。

2 各期湖盆底面構造特征

2.1 長10～長8期底面凹凸構造面貌格局

長10～長8地層在長8沉積期末,地層底面構造高程整體表現為“東高西低、南高北低”的特征,其中構造部位最低的區域在盆地西北部的環縣-華池-志丹-靖邊-定邊,構造等高線在-600 m以下,地層底面構造部位相對較低,等高線最低達-1 100 m左右;在盆地西南部,有一地層構造高程落差為300 m左右的“洼地”古地貌。在盆地的中南部,表現為一北西-南東走向的、構造高程差約300 m的大型“溝槽”古地貌(圖1)。

圖1 鄂爾多斯盆地三疊系延長組長10～長8地層在長8沉積期末地層底面凹凸構造面貌

2.2 長7期底面凹凸構造面貌格局

長7地層沉積期末,底面凹凸構造面貌格局特征相對長8-10地層在長8沉積末期,整體表現為“南高北低”的古地貌特征,盆地北部為大面積的相對凹陷區、構造高程達-1 150 m以上,長7期湖盆最深范圍分布在環縣-華池-甘泉-安塞-靖邊-定邊一線的橢圓形區域內。范圍盆地四周構造部位相對較高、在-800 m以上。盆地西南部的凹陷區已經消失,進而表現為緩坡的古地貌特征。盆地南部北西-南東走向的、構造高程差約300 m的大型“溝槽”古地貌特征仍然存在(圖2)。

圖2 鄂爾多斯盆地三疊系延長組長7地層在長7沉積期末地層底面凹凸構造面貌

2.3 長6～長4+5期底面凹凸構造面貌格局

長6～長4+5地層在長6沉積期末,底面凹凸構造面貌格局特征相對長7期特征又變化明顯,整體上表現為凹陷區分布在盆地西北區域、面積減少,構造高程差也同時變小、約為200 m。在整個盆地的南部、東不邊緣區域為構造高部位地區。在盆地南部,底面凹凸構造面貌格局表現為北西-南東走向的、構造高程差約200 m的大型寬緩古地貌特征(圖3)。

圖3 鄂爾多斯盆地三疊系延長組長6～長4+5地層在長4+5沉積期末地層底面凹凸構造面貌

2.4 長3～長1期底面凹凸構造面貌格局

長3～長1地層在長1沉積末期,地層底面構造面貌格局整體表現為“東高西低”的古地貌特征,底面構造高程差在-1 150 m以下,盆地南部地層底面構造高程在-900 m以上。整個盆地而言,地層底面凹凸構造高程差為300～400 m(圖4)。

圖4 鄂爾多斯盆地三疊系延長組長3～長1地層在長1沉積期末地層底面凹凸構造面貌

3 主湖盆中心遷移規律

恢復出來的各底面凹凸構造面貌特征,其本質就是各地層(長10～長8、長7、長6～長4+5和長3～長1)在其沉積末期底面構造沉降史特征(圖5)。

圖5 鄂爾多斯盆地三疊系延長期主湖盆遷移規律

系統考察各期底面凹凸構造面貌及其演化特征表明,長10～長8地層末期,主湖盆分布在盆地西北部、面積較小,揭示盆地西北區域構造高程最低;長7地層沉積末期,主湖盆范圍水體最深、范圍較大,分布在盆地中北部,揭示盆地南高北低的構造面貌;長6～長4+5地層沉積末期,主湖盆范圍又向西北方向縮小,湖盆范圍與長8沉積末期湖盆方位相當,揭示盆地東部、南部地層抬升;長3～長1地層沉積末期,主湖盆主要分布在盆地東部、范圍又開始擴大、水體變小,揭示盆地東部地層抬升。

從主湖盆演化視覺考察延長期湖盆的演化規律,與前人用不同資料、不同方法的研究結果相吻合[19-21]。從精細定量化視覺考察,恢復的4期沉積末期古地貌結果,能定量化的識別出古地貌單元[13]的位置、范圍和規模等,這也是研究的創新之處。

4 湖盆演化對油藏分布影響的討論

研究湖盆在形成和消亡期間沉積坳陷的遷移規律,其重要意義在于能對各期砂體的縱向相互疊置、橫向分布的認識。延長組沉積時期各沉積體系的演化過程,可以在時空上組成有利的生、儲、蓋組合[21-22]。

隨著致密油勘探步伐的加快,認為地層沉積末期的底面構造面貌特征與油藏分布關系密切(圖3),鄂爾多斯盆地華慶地區長6油藏的發現,引起了構造因素對油藏控制作用的重視,鄂爾多斯盆地華慶地區長6目的層沉積期處于深湖-半深湖環境,按常規的勘探理論,該區域是致密油勘探的“禁區”,深入研究認為該區長6油層組沉積期為三角洲大規模發育期,在有利沉積相和成巖相共同控制下形成大規模低滲透儲集層,多坡折湖盆構造面貌背景下是大規模低滲透儲集層形成的構造條件[8,21-22],認為晚三疊世延長組長7、長6油層組沉積期,鄂爾多斯盆地三角洲與重力流復合控砂形成了湖盆中部地區大面積發育的厚層深水砂巖,構造事件控制了大面積深水坳陷的形成、沉積體系的變化、盆地沉積中心的遷移及重力流沉積事件的發生。鄂爾多斯盆地隴東地區長7致密油藏的發現,研究者已初步認識到湖盆底形構造因素對致密油成藏的控制作用,致密油勘探邁向“深水區”的步伐加快,同時積極開展模擬試驗,研究重力流沉積機理,重力流沉積主要分布于古斜坡—古洼地區[9]。

重視構造因素(目前僅著眼于現今地層構造形態特征)在致密油成藏中的重要作用后,使直接尋找、評價致密油“甜點區”成為可能。對巖性地層油氣藏的勘探,斜坡區大型地層油氣藏、大-中斜坡三角洲前緣大面積成藏和低斜坡砂質碎屑流等巖性油氣藏的富集規律的研究,應得到重點關注[23-26]。

現以長6～長4+5地層沉積末期的底面構造面貌特征與油藏分布為例說明(圖3),長6沉積末期的底面構造面貌特征表明,沿地層構造高程最大(或者最小)處的連線(構造脊線)兩側,是目前發現的絕大部分長6油藏分布區。這就說明長6油藏主要分布在長6底面凸起構造位置的兩側,該底面凸起構造現象的存在,對于長6儲層的形成非常重要。構造脊線兩側揭示的凸起構造就是沉積坡折帶[27]。鄂爾多斯盆地南部不同類型濁積巖與油藏的關系表明,濁積巖儲層油藏發育,而有利于的盆地底形構造面貌條件是該儲層形成的誘發機制之一。

鄂爾多斯盆地新近的勘探實踐證實,坡折帶對非構造圈閉的發育具有明顯的控制作用[28],其控制作用體現在對優質儲層的形成,地層底面凸起即沉積坡折帶的存在,也為整個延長組地層各沉積期濁積巖的形成創造了必要的湖盆底形條件。水下沉積物重力流由于發生于較深水環境,無法直接觀察,只能依靠沉積物中保存的沉積特征推測其成因機理,中國陸相盆地各種成因類型的薄層或薄互層砂體十分發育,尤其深水環境中的重力流薄互層砂體中擁有豐富的油氣資源,采用常規地質學理論和方法難以對它們進行識別[29],系統的各期沉積時期湖盆底面凹凸構造面貌特征,對于識別(沉積)坡折帶,進一步尋找優質儲層,指明勘探區塊,勢必有一定的指導意義。

5 結論

(1)長10～長8地層末期,主湖盆分布在盆地西北部、面積較小,揭示盆地西北區域構造高程最低。

(2)長7地層沉積末期,主湖盆范圍水體最深、范圍較大,分布在盆地中北部,揭示盆地南高北低的構造面貌。

(3)長6～長4+5地層沉積末期,主湖盆范圍又向西北方向縮小,湖盆范圍與長8沉積末期湖盆方位相當,揭示盆地東部、南部地層抬升。

(4)長3～長1地層沉積末期,主湖盆主要分布在盆地東部、范圍又開始擴大、水體變小,揭示盆地東部地層抬升。

(5)地層沉積末期的底面構造面貌特征控制著延長組油藏分布。