渤海盆地潜山下古生界岩溶古地貌特征分析——以W油气田为例

韦 红,赵海峰,唐何兵,郭 诚

[中海石油(中国)有限公司天津分公司渤海石油研究院,天津300452]

渤海盆地潜山下古生界岩溶古地貌特征分析
——以W油气田为例

韦 红,赵海峰,唐何兵,郭 诚

[中海石油(中国)有限公司天津分公司渤海石油研究院,天津300452]

古地貌代表地层沉积和成岩作用的背景,对研究储层的发育和演化具有重要意义。以渤海盆地W油气田为例,在重新采集处理的地震资料基础上,结合区域构造背景、钻井、测井资料,根据连井对比剖面潜山风化壳残余厚度和潜山面之上沙河街组厚度的组合关系及其相对的厚薄变化特点,建立综合解释潜山下古生界岩溶风化壳古地貌的地质模型。综合利用残余厚度法和印模法恢复了潜山下古生界岩溶古地貌的分布格局,颠覆了单一方法研究得到的结果。研究结果显示:研究区分布岩溶高地、岩溶斜坡、岩溶盆地3个二级古地貌单元和台地、残丘、阶坪、浅洼、沟谷、残台6个三级古地貌单元。其中研究区西部偏北地区为岩溶高地,南部为分布局限的岩溶盆地,北部、中部和东部主要分布岩溶斜坡,分布范围最广。

岩溶古地貌;渤海盆地;下古生界碳酸盐岩;潜山;残余厚度法;印模法

渤海W油气田位于渤海盆地南部低凸起带的中部位置,整体处于渤海盆地古地貌较高部位,气藏主要富集在潜山顶部的风化壳岩溶带。该部位在奥陶纪和寒武纪沉积了较厚的碳酸盐岩,加里东期的抬升作用导致中奥陶统顶部和上寒武统顶部岩溶作用强烈,地貌单元与油气的关系尚不明确。中国很多地区受加里期构造运动影响形成了下古生界风化壳古岩溶[1],研究有可借鉴之处。渤海W油气田经过多年开发,动态储量比静态储量增加了近一倍,非常有必要对该油气田的构造和储层进行深入研究。本研究在区域构造背景和构造演化的基础上,结合地震资料恢复W油气田潜山下古生界岩溶古地貌形态,利用“残余厚度法”和“印模法”划分出岩溶高地、岩溶斜坡和岩溶盆地等古地貌单元,重新认识该地区潜山风化壳岩溶储层特征,对潜山油气勘探具有重要意义[2-5]。

1 古地貌地质背景

研究区继承性的古凸起构造格局控制了奥陶纪和寒武纪的沉积格局与沉积特征。储集岩主要包括石灰岩和白云岩两类。石灰岩主要分布层位为中奥陶统上马家沟组(O2ms)和中寒武统张夏组(∈2z),其次为中奥陶统下马家沟组(O2mx)及上寒武统(∈3);白云岩主要分布层位为下奥陶统(O1),其次为上寒武统,主要为粉、细晶结构。灰云岩或云灰岩是石灰岩和白云岩的一种过渡岩类,白云质分布不均,常集中分布而呈斑状,称云斑灰岩,主要分布层位为下马家沟组。

2 古地貌研究

2.1 古地貌恢复依据

目前常用的古地貌恢复方法有印模法、残余厚度法、地震方法等。经过优选,在渤海W油气田潜山奥陶系沉积前古地貌恢复中运用了印模法和残余厚度法的结合。印模法是利用井震联合制作潜山上覆沉积标志层到潜山顶面的厚度,运用其镜像关系得到相对古地貌图。残余厚度法的原理是视待恢复地貌结束剥蚀开始上覆地层沉积时为等时面,选取某一特殊岩性段为基准面,将其拉平,该标志层以上残余厚度的高低起伏在一定程度上代表了古地貌的形态。

根据对渤海W油气田构造演化和地质特征的认识,中寒武统张夏组顶部发育的致密鲕状灰岩在该区分布面积很大,几乎全区覆盖,且不易被剥蚀,张夏组顶界以上的石灰岩及白云岩容易受到风化作用,在此时开始发育裂缝,认定刚开始发育裂缝的时期是等时的,所以张夏组顶界可作为下标志层。张夏组顶界到潜山顶地层的残余厚度可描述古岩溶的相对古地貌形态。潜山面以上沙河街组沉积建立在潜山顶部的侵蚀、风化地貌基础上,主要以填平补齐的形式沉积,一般高处沉积厚度较薄或者缺失,低洼处沉积较厚。选取全区稳定分布的东营组底界泥岩为等时面,作为上标志层。古地貌相对越高的地方,剥蚀程度越高,风化越强;古地貌相对较低的地方,剥蚀程度越低,风化越弱。古地貌相对较高的地方,充填沉积越薄或无充填;古地貌相对较低的地方,充填沉积越厚。潜山面上覆充填地层镜像互补关系和下伏沉积地层残余厚度为古地貌的恢复提供了重要的依据。下文分别将上标志层到潜山面的地层厚度和下标志层到潜山面的地层厚度简称为“上标志层”和“下标志层”。

2.2 印模法和残余厚度法

渤海W油气田北部、西部和南部为凹陷,东部位于低凸起带,整体处于岩溶盆地内,该油气田主要分布在岩溶高地和岩溶斜坡区,极少部分位于岩溶盆地内。为了进一步对三级古地貌单元进行描述,首先从钻井和测井资料出发,统计所有井的潜山面上覆充填沉积沙河街组的厚度和下伏潜山面到裂缝开始发育期的残余厚度。结合测井、地震资料标定得到上标志层为强波谷反射,全区分布,易于追踪;下标志层在常规地震资料基础上,难以追踪,但在叠前反演资料基础上易于追踪。贯穿南北的连井2井—4D井—1井—S1井—7井—8D井地震剖面,暖色为裂缝发育段,在该资料上准确解释得到上标志层和下标志层(图1)。

通过井震标定和层位追踪得到上标志层东营组底界到潜山面的厚度,并结合井点校正,分析古地貌形态(图2a)。研究区内上标志层到潜山面的填充厚度为0～250m,厚度差异较大,东西薄、南厚的趋势较好地反映了东西高、南部低的古地势分布。运用印模法将研究区西部和东部划为岩溶高地(沙河街组厚度为100m以内),西南部和东南部划为岩溶盆地(沙河街组厚度大于250m),其他区域为岩溶高地和岩溶盆地的过渡区,称为岩溶斜坡(沙河街组厚度为100～250m)。潜山面的顶部发育岩溶,其厚度取决于风化、侵蚀、淋滤等作用影响的下限深度。下限深度越深说明古地势越高,反之说明古地势越低。中寒武统张夏组岩性为致密鲕状灰岩,分布稳定,抗风化能力较强,选取鲕粒灰岩顶界为潜山面下伏沉积地层标志层,也是风化壳岩溶带的底板,其上覆残余地层厚度西北部和南部厚,地层发育较全,包括了中奥陶统上马家沟组和下马家沟组部分地层和部分上寒武统,但侵蚀下限深度较深,侵蚀至上寒武统,裂缝发育的地层较厚。研究区西部、中部和东南部潜山残余地层较薄,地层较老,裂缝发育地层厚度较薄。该区下标志层到潜山面的残余厚度越厚,则风化剥蚀程度越强,应该是古地势高的部位(残余厚度大于150m);残余厚度越薄,受风化剥蚀程度越弱,应该是古地势较低的部位(残余厚度小于50m);处于两者之间应该为古地势缓坡发育带(残余厚度为50～150m)。岩溶高地可细分为岩溶台地、残丘两个三级古地貌单元,岩溶台地高而宽缓,呈北西—南东向展布,是该油气田主要组成部分之一,其上分布大小不均的残丘。岩溶斜坡可进一步划分为残台、阶坪和沟谷3个三级古地貌单元,残台分布范围很小,主要在研究区最北部,沟谷主要分布在研究区北部和南部。岩溶盆地可进一步划分为岩溶浅洼,在该油气田分布区域较小。

比较图2a、b可知,印模法和残余厚度法的结果有一致性,但也存在显著差异。最大的差异是研究区西北部4D井区、6D井区(图上黑色椭圆圈),印模法结果为岩溶高地,残余厚度法结果则为岩溶盆地,古地貌单元完全相反。原因是两种方法只考虑了一种因素,研究有局限性。潜山的构造运动和沉积作用非常复杂,单一方法无法表达清楚其古地貌形态。印模法能较迅速地反映古地质背景信息,而残余厚度法反映局部古地貌形态较有优势,单一分析就出现了互相矛盾的结果。

印模法与残余厚度法研究表明,在研究潜山下古生界岩溶古地貌时,需要把握区域地质背景和构造演化,寻找较合理的新的古地貌解释方法。

3 综合古地貌解释

从区域构造背景出发,奥陶系—寒武系被剥蚀得越多,残余厚度越薄,当上覆充填的沙河街组越薄,也就是上下地层组合为上薄下薄时,古地势位置越高;反之,上厚下厚的地层组合部位古地势越低。印模法和残余厚度法分析岩溶古地貌时各有侧重,差异性比较大。印模法侧重古地貌总体格局刻画,残余厚度法注重微观古地貌格局刻画,各有优缺点[6-8]。需要在区域构造背景基础上,将两种方法结合来研究古地貌,按照潜山风化壳上下地层充填、残留的组合关系,综合分析判断古地貌单元信息,扬长避短,消除矛盾和局限性。

基于以上分析,根据连井对比剖面潜山风化壳残余厚度和潜山面之上沙河街组厚度的组合关系及其相对厚薄变化特点,再结合区域地质背景建立综合解释潜山下古生界岩溶风化壳古地貌的地质模型,并将该区域古地貌单元及上下地层厚度组合关系划分为以下4种基本模型和8种子模型(图3)。

(1)上薄下薄型:区域继承性古隆起,是风化壳二级古地貌单元,岩溶高地的唯一解。潜山风化壳厚度在50m以内,沙河街组厚度在100m以内。

(2)上厚下厚型:区域继承性盆地,是风化壳二级古地貌单元,岩溶盆地的唯一解。潜山风化壳厚度大于150m,沙河街组厚度大于250m。

(3)上薄下厚型:为风化壳岩溶斜坡二级古地貌单元。可对应斜坡内分布范围较大的残丘、台地,也可对应洼地内小而分散的残台。可以细分为如下3个子模型:①上薄下厚型,综合解释为岩溶斜坡内的残丘。潜山风化壳厚度大于150m,沙河街组厚度在100m以内;②上次薄下次厚型,综合解释为台地,潜山风化壳厚度为100～150m,沙河街组厚度为100～200m;③上次薄下次薄型,综合解释为阶坪,潜山风化壳厚度为50～100m,沙河街组厚度为100～200m。

(4)上厚下薄型:该组合关系多解性最强,可对应沟谷,阶坪,浅洼等。根据上下地层厚度组合关系可细分为5个子模型:①上厚下薄型,综合解释为主沟谷,潜山风化壳厚度在50m以内,沙河街组厚度大于250m;②上厚下次薄型,综合解释为盆地里的沟谷,潜山风化壳厚度为50～100m,沙河街组厚度大于250m;③上次厚下薄型,综合解释为上游处的沟谷,潜山风化壳厚度在50m以内,沙河街组厚度为200～250m;④上次厚下次薄型,综合解释为斜坡内的阶坪,潜山风化壳厚度为50～100m,沙河街组厚度为200～250m;⑤上次厚下次厚型,综合解释为盆地内的残台,潜山风化壳厚度为100～150m或大于150m,沙河街组厚度为200～250m。

利用油气田内近20口井钻井剖面综合对比成果,再结合地震资料精细构造解释,编制得到上覆沙河街组充填厚度与潜山面下伏风化壳残余厚度等值线图,并得到两者的叠合图(图4)。然后根据古地貌解释的综合地质模型,将该油气田潜山风化壳古地貌划分为岩溶高地、岩溶斜坡、岩溶盆地3个二级古地貌单元,并细分为阶坪、残丘、台地、残台、沟谷、浅洼6个三级古地貌单元(图5)。

4 结束语

在研究区古地貌恢复中,单一的残余厚度法和印模法研究存在局限,且局部有矛盾。两种方法各有优缺点,根据潜山面上、下两套地层厚度组合及其变化特点,利用两种方法综合研究古地貌能消除矛盾和局限性,显得更合理。

依据综合法划分岩溶高地、岩溶斜坡、岩溶盆地3个二级古地貌单元和台地、残丘、阶坪、浅洼、沟谷、残台6个三级古地貌单元。研究区古地貌形态总体起伏不大,岩溶高地主要分布在研究区西部,中部和东部,范围局限,被东南向东北延伸的沟谷分割。岩溶斜坡占据着西部,紧邻岩溶高地,被西南向东北延伸的沟谷分割,分布范围最广,占据全区一半。残丘在台地中零星分布,与四川盆地岩溶古地貌有相似之处[9]。

[1] 焦存礼,何碧竹,邢秀娟,等.塔中地区奥陶系加里东中期Ⅰ幕古岩溶特征及控制因素研究[J].中国石油勘探,2010,15(1):21-26.

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[3] 邓兴梁,张庆玉,梁彬,等.塔中Ⅱ区奥陶系鹰山组岩溶古地貌恢复方法研究[J].中国岩溶,2015, 34(2):154-158.

[4] 肖玲,王起琮,米慧慧,等.鄂尔多斯盆地宜君—富县地区马家沟组顶部岩溶古地貌特征[J].地质科学,2015,50(1):262-273.

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Analysis of Ancient Geomorphological Karst Features in Buried Hill Lower Paleozoic Bohai Basin——Taken W Oil and Gas Field as an Example

Wei Hong,Zhao Haifeng,Tang Hebing,Guo Cheng
(Bohai Oilfield Research Institute,CNOOC Ltd,Tianjin 300452,China)

Palaeogeomorphology represents the background of sedimentation and diagenesis,which is important to study the development and evolution of the reservoir.Taken W oilfield in Bohai bashin as an example,on the basis of reacquisition and reprocessing the seismic data,the geological model that used for interpreting the palaeogeomorphology of karst weathering crust in buried hill lower paleozoic erathem has been established,combined with regional tectonic setting,drilling,logging data and based on the comparison of buried hill profile that formed by weathering crust residual thickness and shahejie fromation thickness as well as relevant thickness change.Comprehensive use of residual thickness method and impression method has restored the distribution pattern of buried hill lower paleozoic karst landform,and overthrown the results obtained from a single method study.Research results showed that there were three two-level ancient landform units including plateau,slope,basin,and six three-level ancient landform units,including terrace,residual hill,flat,shallow depression,gully order.The northwestern part of study area is karst highland,the southern part is limited karst basin,but the north,middle and east parts are distributed widely with karst slopes.

Palaeogeomorphology;Bohai Basin;Lower Paleozoic carbonate rocks;Buried hill;the residual thickness method;impression method

TE122.1

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韦红(1984年生),女,工程师,从事于开发地震研究工作。邮箱:weihong@cnooc.com.cn。