陆相断陷盆地沉积可容空间变化与油气汇聚体系关系探讨

黄建军,朱振鑫

(中国石油化工股份有限公司上海海洋油气分公司研究院,上海 200120)

陆相断陷盆地沉积可容空间变化与油气汇聚体系关系探讨

黄建军,朱振鑫

(中国石油化工股份有限公司上海海洋油气分公司研究院,上海 200120)

陆相断陷盆地的沉积可容空间变化规律控制着盆地的层序地层充填样式和生储盖发育规律,根据目前我国陆相断陷盆地的层序地层响应特征,将沉积可容空间的变化频率分为低频和高频两种类型。油气汇聚体系是陆相断陷盆地油气勘探的研究对象,根据油气聚集规模将其划分为大型、中型和小型等三种规模类型。具备不同层序地层充填样式的陆相断陷盆地一般发育不同规模类型的油气汇聚体系和相应的空间展布规律:低频率沉积可容空间变化的陆相断陷盆地可以发育大型、中型规模的油气汇聚体系;高频率沉积可容空间变化的陆相断陷盆地一般发育中型或者小型规模的油气汇聚体系,大型规模的油气汇聚体系欠发育。我国陆区陆相断陷盆地中的东营凹陷是低频率沉积可容空间变化的典型代表,东濮凹陷是高频率沉积可容变化的典型代表;海区陆相断陷盆地中的涠西南凹陷属于低频率可容空间变化的类型,海中凹陷属于较高频率可容空间变化的类型。

沉积可容空间变化率;高频;低频;油气汇聚体系

1 关于沉积可容空间变化率

沉积可容空间是描述盆地地层沉积充填特征的重要参数之一,也是层序地层学中的一个重要概念[1-3],沉积可容空间的体积(V)是相对湖平面深度(H)、构造沉降量(h)、沉积物供给量(S)以及其它多种因素的函数,即V=f(H、h、S、….),在实际研究中通常用沉积盆地的面积(M)与相对湖平面深度(H)的乘积来进行估算和半定量描述,即V≈M×H。目前国内学者多以沉积可容空间变化率来定义盆地沉积可容空间的变化量(ΔV)与其他数值之间的函数关系,笔者认为广义的沉积可容空间变化率应该分别表述为三个不同的函数关系:①可容空间变化(速)率(C),它是沉积可容空间体积变化量(ΔV)与变化时间间隔(ΔT)的比值;②沉积可容空间变化(频)率(F),它是沉积可容空间变化旋回个数(N)与变化时间间隔(ΔT)之间的比值;③沉积可容空间(体积)变化率(A),它是沉积可容空间变化量(ΔV)与总的沉积可容空间体积(V)之间的比值。

沉积可容空间变化速率(C)是层序地层学中讨论准层序组叠加形式的控制参数之一,它与沉积物供给速率之间的比值决定了层序内部准层序组的空间叠加形式:当前者大于后者时,形成退积式准层序组;当两者相当时,形成加积式准层序组;当前者小于后者时,形成进积式准层序组。这个狭义的沉积可容空间变化率是目前业界内熟悉且经常被提到的函数量。

沉积可容空间变化频率(F)的大小决定了相同地质历史时期内地层层序中沉积体系的空间分布特征,在碎屑岩地层中直接决定了不同岩性地层单元的空间展布规律。对于具备不同沉积可容空间变化频率的地层单元,生储盖的分布和组合规律不同,需要采取的研究方法和技术手段也不同。目前国内对于陆相断陷盆地的研究类型中,可以将沉积可容空间变化频率分为两大类:低频率类型和高频率类型。

沉积可容空间体积变化率(A)决定了在一个特定的沉积可容空间变化旋回中所能够形成的层序界面的横向范围大小和层序地层单元的纵向厚度大小,即决定了在特定的地质历史时期内可以形成的层序地层单元级别规模。另外它配合盆地古地形等因素可以对比分析盆地之间的层序结构差异成因[4]。

可见上述三种狭义的沉积可容空间变化率分别具有不同的含义,我们在利用其讨论盆地沉积充填特征时必须加以区分,不可笼统的称之为沉积可容空间变化率。在盆地的勘探初期阶段或者缺乏钻井资料的勘探盆地(区块),利用沉积可容空间变化频率(F)和沉积可容空间体积变化率(A)对盆地沉积充填、油气分布等的控制规律进行盆地内的分析和盆地间的对比均具有较强的理论指导意义。

2 油气汇聚体系

含油气系统和圈闭是石油地质中两个重要的概念和研究对象,就研究程度而言它们分别代表了含油气盆地中两个不同层面的研究对象:含油气系统属于宏观的研究对象,它包括了生、运、聚、圈、保的各个要素,是盆地评价级别的研究内容之一;圈闭属于精细级别的研究对象,是盆地中油气藏分析、预测中必然涉及到的研究内容,它相对于含油气系统而言属于较精细层面的研究对象。

为了便于在含油气系统和圈闭之间确定一个中间级别的研究对象,同时也是为了避开烃源岩和油源对比等研究对象的不确定性,纪友亮、黄建军等(2008年)对油气汇聚体系这一有别于含油气系统和圈闭的研究对象进行了定义和综合分析,并且探讨了油气汇聚体系与层序地层单元之间关系[5-6]。概括来讲,油气汇聚体系就是一个油气汇聚单元,它主要强调现今在地层中赋存的不同规模的“油气聚集体”。在假定一个盆地具备油气勘探潜力的前提之下,通过对盆地内不同规模的储集层系统、油气输导系统的分析,可以预测盆地内不同规模的油气汇聚体系,为确定不同精度层次的有利油气勘探目标体提供有力的理论指导。根据构成油气汇聚体系的储集子系统和输导子系统的规模及其组合关系,并结合油气汇聚体系中可能拥有的油气汇聚量,将油气汇聚体系分为大型、中型、小型等三个类型。不同规模类型的油气汇聚体系在陆相断陷盆地内分布特征各异(图1)。

图1 陆相断陷湖盆油气汇聚体系分布示意图Fig.1 Distribution of oil-gas collective system in terrestrial fault-depressed basins

3 沉积可容空间变化频率、沉积可容空间体积变化率与油气汇聚体系关系讨论

油气汇聚体系由储集系统和输导系统构成,陆相断陷盆地中各种类型的砂体是构成储集系统的主体,不整合面、断层、砂体是构成输导系统的主体[7]。沉积可容空间变化频率(F)影响着砂体在特定地层中的分布规律,沉积可容空间体积变化率(A)通过影响不整合面的分布范围控制着不同级别层序单元的形成,同时也间接影响层序地层单元内砂体的分布规律,可见沉积可容空间变化频率(F)和沉积可容空间体积变化率(A)通过影响陆相断陷盆地的砂体分布、不整合面分布来进一步控制着盆地内油气汇聚体系的分布规律。下面分别通过处在不同勘探阶段、不同勘探环境中两组陆相断陷盆地的对比分析,探讨沉积可容变化频率(F)、沉积可容空间体积变化率(A)与油气汇聚体系之间的关系。

3.1 东营凹陷和东濮凹陷

这两个凹陷属于高勘探程度、陆区勘探环境的陆相断陷湖盆,通过对两个凹陷内已经取得的地质认识和勘探成果的对比分析,以沙河街组三段地层为分析对象,可以获得一定程度的F、A与油气汇聚体系之间的关系认识。

3.1.1 东营凹陷属于低F低A类型,发育大型、中型油气汇聚体系

勘探实践表明,东营凹陷是济阳坳陷中油气资源最为丰富的含油气盆地,其又以沙河街组为勘探重点层系,沙河街组三段中在东营凹陷长轴方向发育典型的三角洲前积地层(图2),通过单井对比和地震资料识别等研究手段均可明显的识别出三个三级层序,其四级层序发育特征不明显。沙河街组三段的沉积可容空间变化情况可以进行如下分析:在沙河街组三段沉积时间间隔一定的前提下,沉积地层共发育了三个三级层序,因此东营凹陷沙河街组三段的三级层序沉积可容空间变化频率F=3;根据沙河街组三段的前积结构沉积特征和前人的古水深研究资料,沙河街组三段沉积时期属于深盆深水沉积环境,盆地断裂活动也处于强烈期,所以其沉积可容空间总体积V属于高值,如果在特定的沉积可容空间变化值(ΔV)前提下,沙河街组三段沉积时期的沉积可容空间体积变化率A属于低值。

图2 东营凹陷沙河街组三段中部(第二、三级层序)沉积古环境Fig.2 Sedimentary environment in middle part of the third section of Shahejie Formation of Dongying Sag

沙河街组三段的油气汇聚体系的构成特点如下:三个三级层序中的前积地层主要由三角洲前缘砂体和滑塌浊积砂体构成,由于沉积可容空间体积变化率A属于低值,三角洲前缘的砂体在前积的背景下纵向叠置明显,所以砂体的叠加厚度加大,可以形成中型、大型的砂体储集层系统;三角洲前积砂体和不整合面共同构成了该套地层中的输导系统,两者组合,便构成了大型、中型的油气汇聚体系(图3)。

图3 东营凹陷沙三段A、F变化及油气汇聚体系分布Fig.3 A、F change and distribution of oil-gas collective system in the third section of Shahejie Formation of Dongying Sag

3.1.2 东濮凹陷属于高F高A类型,发育中型、小型油气汇聚体系

东濮凹陷是济阳坳陷中与东营凹陷相邻的凹陷之一,与东营凹陷相比其油气资源欠丰富。根据已有的地质认识和勘探成果,对该凹陷的沙河街组三段的沉积可容空间变化做如下分析:根据陆相断陷盆地层序级别划分标准,东濮凹陷沙河街组三段划分为一个三级层序,所以该凹陷沙河街组三段三级层序沉积可容空间变化频率F=1,仅从三级层序沉积可容空间变化频率来看,其要比东营凹陷低(东营凹陷沙河街组三段三级层序沉积可容空间变化频率F=3),但是东濮凹陷沙河街组三段发育了9个四级层序(图4),即东濮凹陷沙河街组三段四级层序沉积可容空间变化频率F=9,因此就同时期的地层相比,东濮凹陷沙河街组三段属于高频类型的断陷盆地沉积地层;根据东濮凹陷岩相古地理研究资料,其在沙河街组三段沉积时期属于“浅盆浅水”的沉积背景,即沉积可容总空间V属于低值,在特定的沉积可容空间变化值(ΔV)前提下,该凹陷沙河街组三段沉积时期的沉积可容空间体积变化率A属于高值。

图4 东濮凹陷A、F变化及油气汇聚体系分布Fig.4 A、F change and distribution of oil-gas collective system in Dongpu Sag

东濮凹陷与东营凹陷之间的沉积可容空间变化率A的差异决定了两者的沉积可容空间变化频率F的差异:东濮凹陷沙河街组三段时期属于“浅盆浅水”沉积背景,一定量的沉积可容空间变化值(ΔV)作用下,沉积基准面状态的变化较大(接受沉积区和剥蚀区的转变),湖泊水体范围变化明显,砂体接受沉积的时间较短,便形成了不同时期的砂体在平面上分布较为分散,纵向上叠置厚度较薄的分布状态(图5)。也正是由于东濮凹陷沙河街组三段的沉积可容空间变化频率的高值特征,决定了其三级层序结构特征不明显,以四级层序结构特征为主。而东营凹陷相应时期以“深盆深水”为沉积背景,因为总的沉积可容空间V较大,同样的ΔV作用下沉积基准面的变化不明显,湖泊水体范围的变化也不明显,砂体的沉积纵向厚度大、横向集中,四级层序结构特征不明显,只有在较大ΔV的作用下才能形成明显的层序界面即三级层序界面,因此只有三级层序结构特征才能够在东营凹陷沙河街组三段得以显示。

图5 东濮凹陷沙三段A、F变化及沉积体系响应示意图Fig.5 A、F change and distribution of oil-gas collective system in the third section of Shahejie Formation of Dongying Sag

如上所述,东濮凹陷沙河街组三段的砂体在平面上分布分散、纵向上叠置较薄,因此构成的储集层系统规模较小;不整合面和与之接触的砂体构成了输导系统,两者组合构成了东濮凹陷沙河街组三段地层内中型、小型的油气汇聚体系(图4)。

3.2 涠西南凹陷和海中凹陷

这两个凹陷属于中低勘探程度、海区勘探环境的陆相断陷盆地,通过两个凹陷的地质资料分析和前面对F、A与油气汇聚体系关系的认识,可以判断两个凹陷内存在的沉积可容空间变化规律,预测两个凹陷内可能发育的油气汇聚体系规模类型。

3.2.1 涠西南凹陷属于低F低A类型,预测发育大型、中型油气汇聚体系

涠西南凹陷流沙港组自下而上地层沉积环境三分性明显,流三段和流一段分别为相对较粗的岩性地层,以三角洲前缘和三角洲平原沉积环境为主,流二段以大段的暗色泥岩为主,并且在盆地范围内分布较广,从地震资料特征上看,流二段与其他两个层段的地震反射明显不同,地层内部地震反射界面较为缺乏。涠西南凹陷流沙港组主要表现为三级层序结构特征,属于低F低A断陷盆地类型,预测发育大型、中型油气汇聚体系(图6)。

图6 涠西南凹陷油气汇聚体系预测剖面Fig.6 The forecast section of oil-gas collective system in Weixinan Sag

3.2.2 海中凹陷属于较高F较高A类型,预测发育中型、小型油气汇聚体系

海中凹陷勘探程度更低,钻井资料揭示地层不全。从地震资料上看,它与涠西南凹陷的地震反射特征明显不同,在其流沙港组地震反射层中无明显的大段的弱反射层段存在,主要以中振、中连、中频亚平行充填反射特征为主,因此推测其属于较高F较高A类型的陆相断陷盆地,预测主要发育中型、小型的油气汇聚体系(图7)。

图7 海中凹陷油气汇聚体系预测剖面Fig.7 The forecast section of oil-gas collective system in Haizhong Sag

4 结论与讨论

沉积可容空间的变化控制了陆相断陷盆地的沉积充填特征,区分沉积可容空间变化速率、沉积可容空间变化频率、沉积可容空间体积变化率之间的差异性,可以明确各自在盆地分析、油气勘探实践活动中所起到的控制作用。沉积可容空间变化频率和沉积可容空间体积变化率决定了沉积盆地的宏观沉积特征,在盆地勘探初期和钻井资料缺乏的海区区块应该加强研究;沉积可容空间变化速率决定了层序地层结构内部的发育特征,在开发阶段和圈闭评价层面上具有较强的研究意义。

一般来讲,具备低频的沉积可容空间变化频率、较低的沉积可容空间体积变化率的陆相断陷盆地,有利于形成大型、中型的油气汇聚体系,反之,可能主要发育中型、小型的油气汇聚体系,大型的油气汇聚体系欠发育。

如何利用实际的钻井资料和地震资料分析沉积可容空间的变化规律,并进一步分析盆地的沉积充填规律,是盆地沉积充填研究技术手段的未来拓展领域之一。

[1]纪友亮,张世奇.陆相断陷盆地层序地层学[M].北京:石油工业出版社,1996.

[2]纪友亮,张世奇,张宏.层序地层学原理及层序成因机制模式[M].北京:地质出版社,1998.

[3]蔡希源,李思田.陆相盆地高精度层序地层学——隐蔽油气藏勘探基础、方法和实践[M].北京:地质出版社,2003.

[4]纪友亮,张善文,冯建辉.陆相湖盆古地形、可容空间的体积变化率与层序结构的关系[J].沉积学报,2005,23(4):631-638.

[5]黄建军,纪友亮.油气汇聚体系[J].海洋地质动态,2005,21 (3):27-33.

[6]纪友亮,黄建军,张善文,等.断陷盆地油气汇聚体系研究[J].沉积学报,2008,26(3):417-425.

[7]纪友亮,张善文,王永诗,等.断陷盆地油气汇聚体系与层序地层格架之间的关系研究[J].沉积学报,2008,26(4):617-623.

Discussions on the relations between sedimentary accommodation space change and oil-gas collective system in terrestrial fault-depressed basins

Huang Jianjun,Zhu Zhenxin
(Institute of SINOPEC Shanghai Offshore Oil&Gas Company,Shanghai200120)

The rulesof the sedimentary accommodation space changes in terrestrial fault-depressed basin control the sequence stratigraphic filling patterns and the development rules of generating-reservoir-cover assemblage.Based on the sequence stratigraphic response characteristics of the terrestrial fault-depressed basins in China,the change frequency of sedimentary accommodation space is divided into two types:lower frequency and higher frequency.

Oil-gas collective systems are the main research objects in the oil-gas exploration of terrestrial fault-depressed basin.On the basis of the oil-gas accumulation scale,the oil-gas collective systems are divided into three types:great,middle and small ones.Commonly,the terrestrial fault-depressed basins with different sequence stratigraphic filling patterns develop different scale oil-gas collective systems with corresponding spatial distribution rules.

Lower frequency sedimentary accommodation space change in terrestrial fault-depressed basins will develop oil-gas collective systems with great scale or middle scale while the higher frequency sedimentary accommodation space change will develop oil-gas collective systems with middle scale or small scale,the greatscale oil-gas collective system developed rarely.

In the continental China,Dongying depression is the typical representative of terrestrial fault-depressed basins with lower frequency sedimentary accommodation space change,and the Dongpu depression represents the higher frequency sedimentary accommodation space change.In the oceanographical area,the Weixinan depression belongs to the type of the lower frequency sedimentary accommodation space change, and the Haizhong depression belongs to the type of higher frequency sedimentary accommodation space change.

sedimentary accommodation space change rate;higher frequency;lower frequency;oil-gas collective system

book=3,ebook=121

TE122.1

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2010.03.009

1008-2336(2010)03-0009-07

2010-03-31;改回日期:2010-04-20

黄建军,1979年生,男,博士,工程师,2008年毕业于同济大学海洋地质专业,现从事石油地质综合评价、层序地层及沉积体系等相关研究工作。E-mail:huang—hjj@126.com。