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鄂尔多斯盆地中部气田断层发现及其意义

2010-01-04代金友何顺利

石油勘探与开发 2010年2期
关键词:云岩亚段奥陶系

代金友,何顺利

(中国石油大学(北京)石油工程教育部重点实验室)

鄂尔多斯盆地中部气田断层发现及其意义

代金友,何顺利

(中国石油大学(北京)石油工程教育部重点实验室)

以往研究中对鄂尔多斯盆地中部气田是否存在断层一直未有定论。随着开发的深入和资料的完善,在地层对比和地震资料解释工作中,发现气田内部存在北东和北西向2组小断距剪切断层,其组合模式有4种,即正逆断层共存断阶式组合、相同倾向正逆断层组合、同倾向正断层系列组合及背向式逆断层组合。研究表明这2组小断距剪切断层是燕山期、喜马拉雅期构造强烈改造的结果,其性质和分布特征与区域构造应力场相吻合。断层周边伴生的微裂缝对储集层渗透性有极大改善作用,并对低渗气藏的开发具有重要意义,与气井产能对应分析表明,80%高产井位于断块圈闭范围内,表明断块区对油气富集控制作用明显。图6表3参34

碳酸盐岩;小断层;剪切断层;中部气田;鄂尔多斯盆地

前人曾从不同角度对鄂尔多斯盆地中部气田开展过大量研究,在气田成藏条件[1-7]、古构造-古地貌特征[8-14]、储集层沉积-成岩演化[15-21]以及风化壳储集层性质[22-27]等方面取得了许多重要认识,但关于中部气田断层问题研究较少,断层存在与否一直未有定论。随着开发的进一步深入和资料的不断完善,在地层对比和地震资料解释工作中,发现气田内部发育北东和北西向2组小断距剪切断层。本文结合实际资料对断层发现过程及其相关问题进行了探讨。

1 地质概况

鄂尔多斯盆地中部气田位于陕北斜坡中部的靖边—横山一带,为一面积约3×104km2的低渗、低丰度、低产特大型古岩溶气田,储量逾4 000×108m3。

气田主要含气层为奥陶系马家沟组顶部蒸发潮坪沉积碳酸盐岩储集层,由O1m51—5亚段组成(见表1),厚度约120 m。该含气层段内发育9个气层、3套气藏组合:上部O1m51—3气藏由7个气层构成,受加里东运动影响,O1m51—3亚段曾遭受过长期溶蚀淋滤、水流冲蚀及风化剥蚀作用,从地层钻遇情况来看,多数井中O1m51—3亚段发生了不同程度的缺失;而中部O1m54(1a)和下部O1m55(1)气藏各由1个气层构成,由于地层埋藏相对深,风化期受古风化岩溶作用尤其是水流冲蚀作用的影响较小,地层基本未发生缺失。

表1 鄂尔多斯盆地中部气田奥陶系古岩溶地层小层划分

2 断层的发现

2.1 井点断层的发现

井点断层是在地层对比过程中发现的。中部气田O1m51—5亚段沉积期为一宽广的陆表海碳酸盐岩蒸发潮坪环境,岩石以晶粒结构为主,少见鲕粒、内碎屑,具有水体浅、能量低、循环不畅、干热蒸发的沉积特点[24-27]。受周期性海平面脉动和蒸发气候条件下碳酸盐岩高生成率的控制,地层沉积稳定、成层性好、韵律性强。保留的地层记录中尤以稳定分布的薄层泥岩发育为特色,并表现为厚度薄(小于2 m)、电性特征显著(呈高自然伽马尖峰状、高声波时差尖峰状)、钻遇率高(大于80%)、可比性强的特点。薄层泥岩的形成可能与海平面小幅度频繁升降有关,应代表了短期基准面旋回单向移动的极限位置。本研究以薄层泥岩为标志,在O1m51—5地层记录中共识别出以下4种典型的沉积旋回类型(见图1)。

图1 中部气田O1m51—4亚段沉积旋回特征

①溶斑云岩(含硬石膏结核铸模泥粉晶白云岩)—泥岩旋回:表现为溶斑云岩与薄层泥岩叠置,溶斑云岩GR呈低幅箱型,泥岩 GR呈高幅尖峰状。该类旋回主要出现在 O1m51(1—3)及马54(1a)(见图 1a)。②含藻云岩—泥岩旋回:表现为含藻云岩与薄层泥岩叠置,含藻云岩 GR呈低漏斗型,泥岩 GR呈高幅尖峰状。该类旋回主要出现于O1m51(4)和O1m52(见图1b)。③泥质云岩—泥岩旋回:表现为泥质云岩与薄层泥岩叠置,泥质云岩 GR呈高幅锯齿型,泥岩 GR呈高幅尖峰状。该类旋回主要出现在O1m53及 O1m54(2—3)(见图1c)。④膏质云岩—泥岩旋回:表现为膏质云岩与薄层泥岩叠置,膏质云岩 GR呈低幅锯齿型,泥岩 GR呈高幅尖峰状。该类旋回主要出现在O1m54(1b—3)(见图1d)。

另外,O1m55亚段主要为云质灰岩或灰岩沉积,GR低幅平直,但薄层泥岩出现较少。

在上述特征研究基础上,采用旋回对比法对中部气田500余口井进行了地层对比工作。在对比、闭合过程中发现,部分井测井曲线存在明显的重复或缺失现象(见图2),这与本区地层成层性好、发育稳定的特征相悖。由于重复或缺失部位既不是顶部地层,也不是底部地层,而主要处于O1m51—5亚段中部,很难用风化溶蚀引起的地层滑塌作用或钻遇地层不全等原因来解释。更重要的是,除缺失或重复部位外,测井曲线特征未见其他异常反应。据此认为该现象应属地层错断和相对滑移造成的,是断层的明显标志。经仔细对比、研究,共在12口井中发现断点,其中,正断层断点10个,逆断层断点2个。统计断距多数在4~20 m,平均7.9 m(见表2)。

2.2 地震剖面上断层的发现

在提高分辨率处理、闭合差校正、能量均衡、VSP层位标定和层位追踪等工作基础上,对4 000 km(合计210条)二维地震测线进行了构造解释。解释过程中发现,部分地震剖面在O1m51—5亚段内部存在同相轴错位或错断现象,地层形变特征比较清晰,具有断裂滑移的显著特点(见图3)。

图2 单井断点对比图

表2 单井断层特征表

图3 地震测线上的断层特征

通过对这些现象的慎重解译,共识别出断层95条,其中正断层44条,逆断层51条。统计断距大于20 m的断层18条,占总数的18.9%(见表3);断距大于10 m的断层66条,占总数的69.4%。研究表明,所有的断层都带有剪切性质。正断层以北西走向为主,长度5.5~50.0 km,平均为 12.5 km,垂直落差 7~40 m,平均为18 m;逆断层以北东走向为主,长度4~29 km,平均为10 km,垂直落差6~40 m,平均为17 m。

表3 断距大于20 m断层要素表

3 断层分布规律及组合模式

3.1 断层分布规律

图4为本次识别断层的分布图,从中可以看出,断层多处于研究区中部和南部,表现为北东向和北西向2组走向。其中,北东向断层以逆断层为主,北西向断层以正断层为主。

3.2 断层组合模式

通过断层组合特征分析,发现本区断层有以下4种组合模式(见图5)。

①正逆断层共存断阶式组合(见图5a):在地震剖面上断层呈正、逆间互出现,断层断距较小,断层性质转换快。

②相同倾向正逆断层组合(见图5b):表现为断层平面距离较近、倾向相同,但断层性质不同。

③同倾向正断层系列组合(见图5c):相同倾向和力学性质断层在平面上呈雁列式排列,为剪切应力作用结果。本区这种断层组合最发育,主要分布在气田中南部。与之伴生的断层有正断层,也有逆断层。一般正断层与之平行,逆断层与之相交。正、逆断层有相互切割的关系。

④背向式逆断层组合(见图5d):为本区常见的断层组合,表现为2条逆断层的反向组合,断层的倾角一般大于60°,断距相对较大。这种组合断层在平面上一般延伸距离较长,展布方向以北东向和北东东向为主。

4 断层形成机理

中部气田断层的形成与盆地构造演化和区域构造应力场的变化密切相关。在鄂尔多斯盆地所经历的6个构造演化阶段(太古宙—古元古代基底形成阶段,中、新元古代古陆裂谷集中发育阶段,早古生代复合型克拉通坳陷发育阶段,晚古生代—中三叠世联合型克拉通坳陷发育阶段,晚三叠世—早白垩纪扭动型内陆坳陷发育阶段及新生代扭张型盆地周缘断陷发育阶段)中[28-30],中、新生代以来的扭动型内陆坳陷发育阶段及扭张型盆地周缘断陷发育阶段是断层形成关键阶段。采用上覆地层厚度法进行的构造演化史研究(见图6)表明,本区奥陶系在三叠系沉积前并未发生明显的变形迹象,而地层褶曲主要出现在三叠系沉积后。这也说明在整个地史进程中,奥陶系的构造形变主要发生在燕山期和喜马拉雅期;并且气田中部和南部的构造形变远强于气田北部,这与本区断层主要分布于气田中南部的结果相一致。另外,从前人研究[31-34]来看,中、新生代以来特定的构造应力场是中部气田断层生成的重要机制,即:①燕山期构造应力场是由中国东部区域近南北向左行剪切应力和西部与东部间的近南北向右行剪切应力所派生的,分别受中特提斯动力体系和古太平洋动力体系的控制,并以北西—南东向为主要挤压方向[31,32];②喜马拉雅期构造变形是南西方向挤压应力以及近南北向右行剪切所派生的北东—南西向挤压应力和北西—南东向拉张应力联合作用下产生的,是印度板块与欧亚板块碰撞以及碰撞期后的陆内俯冲结果[32];③由于中、新生代以来,盆地所受构造应力强烈、地震多发、剪切裂缝发育,是早期地层改造关键时期,对油气成藏起重要作用[33,34]。

图5 中部气田断层组合模式图

图6 中部气田南北向构造演化史剖面图(剖面位置见图4,A—A′)

可见,中部气田O1m51—5亚段2组北东和北西向小断距剪切断层是燕山、喜马拉雅期构造强烈改造的结果,其断层性质、分布特征与区域构造应力场相吻合。

5 断层发现的意义

本区断层虽小,但断层周边伴生的微裂缝不容忽视。微裂缝系统对储集层渗透性有极大改善作用,并对低渗气藏的开发具有重要意义。

对石炭系、O1m51、O1m52、O1m53、O1m54、O1m55底面构造进行分析,共识别出断块圈闭133个,背斜圈闭13个,断鼻圈闭40个。其中,断块圈闭占总圈闭数量的71.5%,说明断块圈闭为本区主要圈闭类型。统计其圈闭幅度平均为36 m,圈闭面积平均为35 km2,高点海拔深度平均为-2 152 m。

与气井产能对应分析表明,高产井(产量大于100×104m3/d)的80%位于断块圈闭范围内,表明断块区对油气富集控制作用明显。

致谢:在本文撰写过程中,得到了中国石油长庆油田公司采气一厂张宗林厂长的悉心指导和地质所同志的热心帮助,在此表示诚挚谢意。

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Discovery and significance of faults in the Mid G asfield,Ordos Basin

Dai Jinyou,He Shunli

(MOE Key L aboratory ofPetroleum Engineering,China University ofPetroleum,Beijing102249,China)

In the past,researchers could not make sure whether there were faults in the Mid Gasfield in Ordos Basin.With the progress in development and more available data,two groups of shear faults with NE direction and NW direction in the gasfield were found during the formation comparison and seismic data interpretation.There are four kinds of combination forms,namely,faulted-steps combination with co-existence of normal and reverse faults,same-dip normal and reverse faults combination,same-dip normal faults combination,and back-folding reverse faults combination.These two groups of faults were generated due to the strong tectonic movement during the Yanshan and Himalayan periods.Their properties and distribution features are consistent with the regional structural field.The associated micro-fractures around the faults greatly improve the permeability of the reservoir and have a great significance for developing the gas reservoir with low permeability.Production capacity analysis of relevant gas producers indicates that 80%of the productive gas producers are located in the faulted-block trap,showing the obvious effect of faulted-block on gas/oil accumulation.

carbonate rock;small fault;shear fault;Mid Gasfield;Ordos Basin

中国石油天然气股份有限公司科技攻关项目(2004110024000244);石油科技中青年创新基金项目(06E1040)

TE121.3

A

1000-0747(2010)02-0188-08

代金友(1975-),男,黑龙江海伦人,博士后,现为中国石油大学(北京)讲师,主要从事沉积学及天然气开发地质方面的教学和科研工作。地址:北京市昌平区,中国石油大学(北京)石油天然气工程学院,邮政编码:102249。E-mail:110221750129833@sina.com

2008-03-22

2009-10-20

(编辑 王大锐 绘图 李秀贤)

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