济阳坳陷陆相断陷盆地不整合的油气输导方式及性能

隋风贵,宋国奇,赵乐强,王学军

(胜利油田地质科学研究院,山东东营 257015)

济阳坳陷陆相断陷盆地不整合的油气输导方式及性能

隋风贵,宋国奇,赵乐强,王学军

(胜利油田地质科学研究院,山东东营 257015)

通过研究济阳坳陷不整合结构地质特征,并结合已发现地层油藏油气输导过程剖析,分析不整合的油气输导方式及性能。结果表明:陆相断陷盆地不整合结构层主要由砂、泥岩组成并各具特征,不整合面上下砂泥岩对接组合可分为砂/砂、砂/泥、泥/砂、泥/泥等 4种型式,这些组合型式在平面上具有一定的分布规律;不同的组合型式控制着不整合的油气输导方式,其中砂/砂型控制着不整合的垂向输导方式,砂/泥型、泥/砂型则控制着不整合的横向输导方式;不整合结构中的渗透层横向连续性差,使得不整合横向输导油气范围具有较大的局限性;对一些圈源距离较远的地层油藏进行预测,要特别重视不整合结构型式及其与断层、骨架砂体等的配合作用。

石油地质学;地质特征;不整合;输导方式;输导性能;陆相断陷盆地

长期以来,人们已习惯把不整合面看作是油气长距离运移的基本通道,尤其是在海相地层中,这一观点更是得到普遍认同[1-3]。但是,近几年随着不整合结构研究的不断深入,许多学者发现,不整合不是一个简单的“面”,而是一个具有一定层次结构的地质“体”[4-8]。不整合面的油气运移能力是非常有限的,油气的输导更主要是通过结构“体”中的半风化岩石或不整合顶板底砾岩来进行[9-13]。陆相断陷盆地由于构造活动的频繁性与岩相的多样性,决定了不整合结构特征的复杂性,这必然会对其油气输导产生重要影响。然而,关于陆相断陷盆地不整合在油气输导中所起的作用前人尚未开展深入研究,还多停留在一些简单、笼统的描述上。笔者在济阳坳陷不整合结构地质特征研究基础上,结合已发现地层油藏油气输导过程剖析,分析不整合的油气输导方式及性能。

1 主要不整合划分

济阳坳陷是在前第三系基础上发育起来的新生代陆相断陷盆地。济阳坳陷第三系充填过程中,形成了 6个比较明显的不整合[8-9]。其中一级不整合有 2个,分别为第三系与前第三系、古近系与新近系之间的不整合,全坳陷广泛发育,对应地震标准反射层 Tr,T1;二级不整合有 4个,分别为孔店组与沙河街组、沙四段与沙三段、沙二下亚段与沙二上亚段、馆陶组与明化镇组之间的不整合,分布于坳陷大部分地区,对应地震标准反射层 T8,T6′,T2′,T0。上述各不整合在洼陷部位主要为平行不整合,不整合面及其上下地层产状近乎水平;在盆缘凸起或凹陷边坡部位变为角度不整合,表现为下伏地层的削蚀和上覆地层的超覆(图 1)。

图 1 济阳坳陷主要不整合(东营凹陷南北向 616.0地震剖面)Fig.1 Ma i n unconform ity of Jiyang depression (south-north 616.0 seismic section ofDongying sag)

2 不整合结构地质特征

根据探区内钻遇不整合的 50多口取心井岩心观察以及相关钻、测井资料分析,一个完整的不整合常发育 3层结构,即不整合顶板岩石、风化粘土层和半风化岩石。由于剥蚀时间、气候、地形、构造活动及岩性的原因,多数情况下缺失风化粘土层而形成2层结构[6,8]。不整合结构层主要由砂泥岩组成并各具特征。

2.1 不整合结构层特征

2.1.1 不整合顶板岩石

不整合顶板岩石是指紧邻不整合面,位于上覆岩层底部的那套岩石。济阳坳陷第三系不整合顶板岩石主要为砂砾岩、泥岩。

不整合顶板砂砾岩一般有两种成因类型。一种为底砾岩,即风化剥蚀带粗碎屑残积物近似原地的沉积,岩石厚度一般几十厘米至几米,主要分布于盆缘边坡地形相对平缓地区,砾石磨圆较好,砾石成分与下伏半风化岩石成分一致。另一种为异地搬运沉积的各种类型扇体、河道相砂砾岩,该类岩石在凸起及其周围地区比较发育,厚度几米至十几米,砂体厚度横向变化大。不整合顶板砂砾岩物性总体较好,孔隙度一般为 15%～35%,渗透率为 (50～1 000)×10-3μm2。一些地区的不整合顶板砂砾岩中油气显示比较活跃,反映出该层完全可以成为良好的输导层。但是,无论何种成因类型的砂砾岩,由于其空间发育多限于一些特定地区,在区域上一般呈不连续分布。

不整合顶板泥岩主要为河、湖相泥岩,部分泥岩含砂质,多分布于洼陷及斜坡部位。厚度一般几十厘米至十几米,分布较广泛。该类岩石物性差,是良好的遮挡层或盖层。

2.1.2 风化粘土层

风化粘土层也称古土壤,位于风化壳最上部,是在物理风化的基础上、生物化学风化作用改造下形成的细粒残积物[5]。该区风化粘土层厚度一般小于 3 m,空间分布极为有限。垂向上主要分布于沉积间断较长的不整合面附近,如古近系与新近系之间的不整合;平面上多位于凸起、缓坡带上地形平缓且无古冲沟发育的地区,分布范围极为有限。岩石类型为块状杂色泥岩,部分泥岩中含石英质细砾。原岩结构几乎完全遭破坏,无明显沉积构造标志。岩石物性较差,测井解释孔隙度为 5%～12%,渗透率为(1～7)×10-3μm2。

2.1.3 半风化岩石

半风化岩石是位于不整合面之下,风化作用尚不彻底的岩石[5-6]。岩石类型主要为砂岩 (粉砂岩、砂岩、砾岩)和泥岩,在剖面上常表现为砂泥岩互层。

半风化砂岩厚度一般为 3～12 m,其空间分布受控于沉积相展布,主要位于一些边坡地区。砂岩(粉砂岩、砂岩、砾岩)受到风化作用主要会发生两方面的变化:一是在抬升至地表附近时产生网状微破裂缝及后期溶蚀缝;二是长石、云母、部分岩屑、钙质胶结物等不稳定物质发生蚀变或被淋滤形成次生溶孔。半风化砂质岩多具有裂缝 -孔隙双重储集空间类型,与原岩相比,物性往往会有不同程度的改善。根据部分井的统计,在岩石类型基本相同的条件下,半风化砂岩相比于原岩孔隙度增加值平均为 4%～10%,渗透率增加(6～175)×10-3μm2,但这种物性改善程度会随着埋深的加大而有所降低[14]。

半风化泥岩厚度一般小于 3 m,受沉积相展布的影响,主要分布于洼陷或平缓斜坡部位。半风化泥岩抬升至地表附近时也会形成许多网状微裂缝,物性可得到一定程度改善,但这种改善程度极其有限,孔隙度最大增加值通常小于 4%。由于半风化泥岩塑性较强,随着后期地层埋深加大,微裂缝逐渐闭合,一般当不整合面埋藏深度在 1.5～2.0 km时,物性改善程度基本消失[14]。

2.2 不整合结构岩石组合型式

由于陆相断陷盆地岩相空间变化快,不整合上下砂、泥岩交互出现。不整合结构垂向上可形成砂/砂、砂/泥、泥 /砂、泥/泥等 4种岩石组合型式[8-9]。4种组合型式的空间分布受控于不整合各结构层的原始沉积相。一般而言,在凹陷内部,不整合上下地层主要为河湖相泥岩,多形成泥/泥型组合;向凸起方向,随着与物源区接近,不整合上下砂、砾岩明显增多,凹陷边坡地区多形成砂/泥、泥/砂以及砂/砂型组合。如古近系与新近系之间的不整合 (T1),该不整合为一区域性不整合,形成于盆地由断陷向坳陷的转换期[15]。在盆地内部,不整合面之下的古近系多发育湖相泥岩,之上的新近系基本为河流相泥岩,不整合结构岩石组合型式以泥/泥型为主,其他组合型式较少;盆地边坡及凸起周围,由于河湖砂岩较发育,不整合组合型式中砂/泥、泥/砂及砂/砂型分布较广,而泥/泥型则很少(图 2)。

图 2 济阳坳陷古近系与新近系之间不整合岩石组合型式分布Fig.2 D istribution of rock combination type of unconform ity between Paleogene and Neogene of Jiyang depression

3 不整合的油气输导方式及性能

不整合能否输导油气以及如何输导油气主要取决于各结构层的渗透性、岩石组合型式及渗透层横向连续性。从渗透性角度来看,不整合顶板底砾岩、半风化砂岩等具有较好的物性,可作为渗透层,而不整合顶板泥岩、风化粘土层、半风化泥岩等物性差,一般作为非渗透层。不整合结构砂泥组合型式实际上看作是渗透层与非渗透层的对接组合型式。这些组合型式控制着不整合对油气的垂向或横向输导方式(表1)。

表 1 不整合结构渗透性概念模型及输导方式Table 1 Conceptmodel and transportation way of permeability of unconform ity structure

3.1 垂向输导方式

垂向输导方式主要发生于砂/砂对接型不整合结构中,是陆相断陷盆地不整合的一种重要油气输导方式。其特点是油气由下伏的半风化砂砾岩垂向穿过不整合面进入上覆不整合顶板砂砾岩。如东营凹陷乐安南区地层油藏油气输导过程:来自于博兴洼陷的油气顺石村断裂进入沙三段骨架砂体,沿骨架砂体向上倾方向运移,当在广 6井区遇到不整合顶板底砾岩时,不整合面下半风化砂岩开“天窗”,油气垂向穿过不整合面进入馆陶组底砾岩,在馆陶组底砾岩中进行横向运移,最终形成地层超覆油藏;当遇到不整合顶板泥岩遮挡时,则形成不整合遮挡油藏(图3)。

3.2 横向输导方式

横向输导方式具体可细分为不整合面之上横向输导、不整合面之下横向输导等两种方式。其中,不整合面之上横向输导方式主要发生于砂/泥对接型不整合结构中,即油气在不整合顶板砂砾岩中进行横向运移;不整合面下横向输导方式主要发生于泥/砂对接型不整合结构中,即油气在不整合面下的半风化砂砾岩中进行横向运移。在上述两种方式中,当油气横向运移遇到侧向非渗透层时,则分别聚集形成地层超覆油藏或不整合遮挡油藏。如高青地区馆陶组、孔店组油藏的形成,来自博兴洼陷的油气沿高青断层进入馆陶组与孔店组之间的不整合,当不整合为砂/泥型组合时,易形成馆陶组地层超覆油藏;当不整合为泥/砂型组合时,则形成孔店组不整合遮挡油藏。受垂向岩石组合型式宏观分布的影响,不整合横向输导方式主要发生在凹陷边坡地区。由于陆相断陷盆地沉积相变化大,使得砂泥岩空间变化很快,即使在凹陷边坡,甚至是宏观上以砂岩为主的地区或层位,中间仍夹有一定厚度的泥岩隔层,而这些泥岩隔层往往会对油气运移产生很好的遮挡作用。因此,陆相断陷盆地不整合结构中半风化砂砾岩和顶板底砾岩等横向连续性差,使得不整合横向输导油气的能力大大降低,即不整合横向输导油气一般只在局部进行,难以长距离输导油气。

图 3 乐安南区地层油藏油气输导方式Fig.3 O il and gas transporation way of stratigraphic reservoir i n south area,Lean

可以看出,由于不整合输导油气受控于特定的不整合结构,而陆相断陷盆地不整合结构自身特征空间变化大,因此作为输导体系而言,陆相断陷盆地不整合对油气的输导能力是有限的。一个油气藏的形成很少能单独依靠不整合进行油气的输导,更多的情况是与断层、骨架砂体一起来共同构成复式输导体系来输导油气。笔者对济阳坳陷已发现的 69个第三系地层油藏的油气输导特点进行了分析,发现约有 70%的地层油藏其油气输导是由断层、骨架砂体、不整合来共同完成的,其余 30%的地层油藏其油气输导则是由断层、骨架砂体两者来完成。尤其是对于一些远离油源的油藏,则更是需要依靠断层与骨架砂体将油气从洼陷“输送”过来,而不整合对油气的输导往往只在局部范围内起作用。

由于油气在不整合中很难进行长距离运移,陆相断陷盆地中地层油藏的预测要特别重视断层、骨架砂体与不整合的配合作用。在砂/砂型对接的地区,当有断层、骨架砂体与不整合配合形成输导体系时,有利于不整合下伏层油气穿过不整合面垂向运移,进而发生横向运移,其周围可以寻找地层超覆油藏,如乐安、陈家庄、太平等地区的馆陶组地层超覆油藏。然而,在发育泥/砂、砂/泥型组合的不整合地区,当油源断层与不整合连通时,会发生不整合对油气的横向输导,其附近可相应寻找不整合遮挡油藏或地层超覆油藏,如高青、金家等地区的孔店组、沙一段不整合遮挡油藏和馆陶组地层超覆油藏。

4 结 论

(1)陆相断陷盆地不整合中,不整合顶板底砾岩、半风化砂砾岩等一般有较好的渗透性;半风化泥岩物性改善程度极其有限,且随着埋深的加大物性迅速变差,基本为非渗透层。

(2)陆相断陷盆地不整合上下主要形成砂/砂、砂/泥、泥/砂、泥/泥等 4种组合型式。这些组合型式可使不整合产生不同的油气输导方式。其中,砂/砂型有利于油气穿过不整合面垂向输导,砂/泥型有利于不整合之上的横向输导,泥/砂型则有利于不整合之下的横向输导。由于砂、泥岩横向变化快,使得不整合很难进行长距离连续输导油气。

(3)由于陆相断陷盆地不整合横向输导油气的范围局限性,对于一些圈源距离较远的地层圈闭,不但要分析不整合结构,还特别要重视断层、骨架砂体等对油气的输导作用。

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(编辑 修荣荣)

O il and gas transportation way and ability of unconform ity of continental rifted-basin in Jiyang depression

SU I Feng-gui,SONG Guo-qi,ZHAO Le-qiang,WANG Xue-jun
(Geological Scientific Research Institute of Shengli O ilfield,Dongying257015,China)

Based on the geologic characteristicsof unconformity structure in Jiyang depression and the oil and gas transportation process of hydrocarbon reservoir for the found formation,oil and gas transportation way and ability of unconformity were analyzed.The results show that unconformity structure layerswith different characteristic are mainly composed of sand and mudstone in continental rifted basin.Sand-mud combination of unconformity surface can be divided into four kinds of types:sand/ sand,sand/mud,mud/sand and mud/mud.Their distributions have some regularities in the plane.Different combination type controls transportation way of oil and gasof unconformity,inwhich sand/sand type controls the verticalway,sand/mud,mud/ sand types control the horizontalway.As a result of facies fast changing and non-permeable ofmudstone both before and after weathering in rifted basin,poor horizontal continuityof per meable for mation of unconformity structure seriously limits horizontal oil and gas transportation extentof unconfor mity.It is important to particularly concernmatching between unconformity structural type and fault,cage sand body for forcasting stratigraphic reservoirwith ulterior trap-source distance.

petroleum geology;geologic characteristic;unconformity;transportation way;transportation ability;continental rifted-basin

P 542.34;TE 121

A

10.3969/j.issn.1673-5005.2010.04.008

1673-5005(2010)04-0044-05

2009-12-10

中石化重大科技攻关项目(06012)

隋风贵(1962-),男(汉族),山东蓬莱人,教授级高工,博士,主要从事石油地质综合研究。