鄂尔多斯盆地洪德地区侏罗系古地貌恢复与油气成藏特征

袁 慧, 吴晓明, 谭成仟, 尹 帅

(1.西安石油大学 a.地球科学与工程学院; b.陕西省油气成藏地质学重点实验室, 西安 710065;2.中国石油长庆油田分公司第七采油厂, 西安 710200)

近年来, 鄂尔多斯盆地西缘逆冲带侏罗系油藏越来越引起重视, 在环江西部地区发现了一系列侏罗系油藏群, 显示出该地区侏罗系具有巨大的油气潜力。环江地区侏罗系发育岩性-构造砂岩油藏, 且具有“小而肥”“串珠状”的特点[1]。作为一级控藏因素, 古地貌对侏罗系油藏的形成起到至关重要的作用[2]。三叠纪沉积末期, 受印支运动的影响, 鄂尔多斯盆地西缘发生了较为强烈的构造运动, 由于靠近西北部物源, 该地区砂体较为发育。延长组顶部发生了广泛且强烈的剥蚀, 在复杂的前侏罗纪古地貌格局条件下, 形成了延安组沉积[3]。

目前, 环江油田已发现侏罗系油藏主要位于前侏罗纪古地貌高部位, 这些区域在后期差异压实作用下, 目前表现为一系列东西向平缓鼻状隆起[4]。由于受构造圈闭范围控制, 侏罗系油藏规模小, 其圈闭面积通常在3～9 km2。古地貌恢复的方法主要包括印膜法、 残余厚度法、 沉积学方法、 地震方法等[5-9]。这些方法利用测井或地震资料, 并根据层拉平技术、 某一沉积基准面上覆或下伏沉积厚度展布规律、 地震切片法等资料来预测古地貌格局。对于测井方法来说, 其具有高分辨率特征, 但受钻井数量的限制影响较为明显; 而对于地震方法而言, 其对单砂体的识别能力降低, 但能够恢复整个工区的古地貌格局。因此, 联合测井及地震方法对古地貌格局进行识别能克服利用单一方法的不足。本文利用鄂尔多斯盆地西缘环江油田西部大量钻完井、 测井、 试井及地震资料, 应用印膜法对该地区古地貌单元进行划分， 识别出低残丘、 斜坡、 古河道、 河间丘及古阶地5种古地貌单元, 并利用已有试油及地层水矿化度资料对古地貌格局进行了验证。

1 区域地质概况

洪德地区位于甘肃省环江油田西部, 构造上位于鄂尔多斯盆地西缘逆冲带[1-3], 面积约600 km2(图1)。该地区区域构造背景为平缓西倾单斜, 延安组主要油源来自于上三叠系延长组长7段页岩。研究区地表为典型的黄土山地地貌, 沟壑纵横, 延安组海拔多在1 226～1 850 m, 高差约630 m。

图1 研究区位置

研究区侏罗系主力油藏分布在延9段。本区延9段为三角洲平原亚相沉积, 发育多期分流河道砂体, 多层状叠置, 连通性较好, 储层中粒间孔发育, 物性较好, 形成了油藏良好的储集层(图2)； 延9段的物源来自西北方向, 砂体沿着北西-南东方向展布[7]。该区内侏罗系沉积地层较为齐全, 厚度相对稳定, 侏罗系底部多为不整合接触或假整合接触[7]； 不整合面之上为延安组和富县组， 之下为延长组。 延长组自上而下被划分为10个油层组, 分别为长1—长10； 延安组自上而下被划分为延1—延10等10个油层组[8]。

图2 上三叠统—中侏罗统地层单元划分

2 研究方法

研究区前侏罗纪古地貌对延安组储层的沉积演化以及局部构造的最终定型具有重要影响。 基于研究区丰富的测井与地震资料, 本文综合利用层拉平 技术及“印膜法”对该地区前侏罗纪古地貌进行恢复。首先, 根据地层不整合面, 在地层精细对比的基础上, 选取一个等时基准面, 利用测井资料确定上覆沉积厚度与下伏残余厚度, 根据其呈现出的一种镜像关系, 对研究区的古地貌单元进行判别[1](图3)。其次, 基于三维地震资料, 利用模型正演建立侵蚀面的地震响应模式, 将古地貌顶界拉平, 利用特征追踪以及瞬时相位属性方法恢复古地貌底界, 并利用印膜法原理恢复古地貌[10-11]。洪德三维区三叠系顶部及侏罗系底部之间存在较为明显的地层不整合特征, 通过对叠加剖面和瞬时相位属性剖面的拉平处理, 可更加清晰地显示侵蚀沟谷、 上超、 削截等构造特征。最终, 结合测井与三维地震资料对研究区前侏罗纪古地貌单元进行划分。

图3 印模法古地貌恢复原理图

3 前侏罗纪古地貌恢复

3.1 不整合面

基于钻井与测井数据, 对研究区100余口探井进行地层精细对比与划分。延9段地层顶部煤层发育, 易于识别, 即利用顶煤测井曲线的低伽马、 高声波时差、 高电阻率以及低密度特征来识别。长7底发育有一组深湖相的低阻页岩(张家滩页岩), 且分布较为稳定。因此,长7底到富县顶的厚度为不整合面下伏残余厚度,延9顶到富县底为上覆沉积厚度。将不整合面作为等时基准面,延9顶和长7底分别作为上下标志层, 按照标志层特征, 主要地层对比与划分结果如图4所示。由NW向SE方向, 延安组地层厚度逐渐变薄,然后又逐渐增厚;而下伏残余厚度总体呈现较为稳定的分布特征。

图4 洪德延安组-延长组地层划分对比

3.2 基于地震资料古地貌恢复

结合三维地震资料和钻、 录井资料, 可在地震反射解释剖面上识别出不整合面及其上覆及下伏地层厚度, 进而识别出古河道、 斜坡、 低残丘等古地貌单元(图5)。可以看出, 不整合面上部及下部地层具有显著的镜像关系。甘陕古河道位置处不整合面下伏厚度明显偏薄, 而上覆地层厚度则明显变厚; 由斜坡带到低残丘处, 不整合面下伏厚度逐渐增大。

图5 研究区过巴40井及巴39井地震剖面

利用三维地震模型正演建立侵蚀面地震响应模式, 再拉平古地貌顶界, 通过地震资料解释最终得到研究区前侏罗纪古地貌格局(图6)。结果显示, 研究区西南部为甘陕古河, 西北和东南为斜坡高地, 一级支沟向东南发育, 二级支沟向南部发育汇入甘陕古河, 三级支沟向北发育, 识别出1～3级主河道9条。西南部甘陕古河的河道最宽, 延伸最远。西南部和东部高地为分水岭, 两大支沟分别向东北和东南延伸; 北部次级支沟向北延伸, 南部次级支沟向北东和南延伸。侏罗系油藏大部分位于古地貌残留高地、 斜坡区。

图6 洪德三维前侏罗纪古地貌综合立体图

由图7可知, 工业油流井主要分布在研究区的中部及东部的构造高部位。高地之间河谷带的井几乎没有工业油井, 从而表明地震方法预测的古地貌格局是合理的。

图7 洪德三维前侏罗纪古地貌图

3.3 基于测井解释古地貌恢复

利用钻井及测井资料, 恢复出洪德地区前侏罗系不整合面上覆、 下伏地层厚度。结果显示, 上覆地层厚度分布在20～110 m, 下伏地层厚度分布在300～750 m。不整合面的上覆地层厚度高值区主要集中在南部地区(图8a), 北部上覆地层厚度相对较低。印支运动之后, 延长组顶部被剥蚀, 导致前侏罗纪古地貌凹凸不平, 后经富县组的填平补齐, 地形趋于平缓。因此， 延9段至富县组厚度可充分反映前侏罗纪古地貌的地形特征[12]。由西至东, 不整合面下伏地层厚度呈逐渐上升的趋势(图8b), 在局部出现高值, 且厚度变化呈现稳定的状态。

图8 洪德地区不整合面上覆地层(a)及下伏地层(b)厚度等值线图

3.4 古地貌单元划分

侏罗系油藏具有“小而肥”的特点, 油藏富集区在一定程度上受古地貌的控制[4]。综合三维地震及测井方法对洪德地区前侏罗系古地貌进行了精细刻画, 在该古地貌格局条件下, 主要划分出5类古地貌单元, 分别为古河谷、 古阶地、 斜坡、 河间丘、 低残丘[13](图9)。根据上覆沉积厚度及下伏残余厚度分布, 对洪德地区古地貌单元进行划分, 划分依据如表1所示。

表1 洪德地区古地貌单元划分依据

图9 洪德地区前侏罗纪古地貌图

古河谷: 测井解释上覆沉积厚度大于70 m, 下伏残余厚度小于600 m, 当上覆沉积厚度与下伏残余厚度均较厚时, 表明其剥蚀作用较弱, 反映古地形为河谷[5]。研究区古河谷主要分布在西南部及东部局部地区,同样识别出1～3级主河道9条。

斜坡高地: 斜坡高地是具有一定的坡度、 地形相对较高的单元, 周围被古河道包围[5]。当上覆沉积厚度小于70 m, 下伏残余厚度大于600 m时, 反映古地形为高地, 剥蚀作用强而沉积作用弱。斜坡高地主要分布在北部、 中部及西部的局部地区。

古阶地: 古阶地是位于古河道与斜坡之间的较为平缓的河道阶地, 当上覆沉积厚度在70 m左右, 下伏残余厚度为600 m左右, 原侵蚀面经过抬升到洪水位, 由于河流侵蚀, 呈阶梯状顺河道分布于古河道两侧[18]。古阶地主要分布在古河道与斜坡之间的过渡地带, 多位于研究区西南部及东部地区。

河间丘: 上覆地层厚度介于70～90 m, 下伏地层厚度小于600 m, 位于古河道中央, 地势高于河道。河间丘主要分布于研究区东北部、 西部的局部地区。

低残丘: 上覆沉积厚度小于40 m, 下伏残余厚度大于600 m。低残丘为古斜坡上局部发育的突起, 一般小而孤立[5]。研究区低残丘主要位于斜坡高地的中央部位。

整体而言, 利用测井方法恢复的研究区前侏罗纪古地貌结果与前述地震方法恢复的结果一致, 表明本文所划分的洪德地区前侏罗系古地貌格局是可靠的。

4 前侏罗纪古地貌控油作用分析

目前, 环江油田西北部已探明的延安组油藏主要分布于古地貌斜坡、 低残丘等高地区域。斜坡带是油气成藏的最为有利区, 其次为低残丘, 而古河谷区域主要为产水井。斜坡高地与古河谷之间的过渡区域通常为油气运移的必经之地, 也分布有一些产油井。

古地貌控制着研究区的沉积相带的发育、 沉积的区域、 古河谷的发育、 油气的运移通道等[14]。延安组地层在差异压实背景下, 部分地区形成了鼻隆, 促进了油气在构造高部位聚集[12, 15-17]。延安组主要油源来源于下三叠系延长组长7底部发育的张家滩页岩, 有效源岩为油气藏提供了物质基础。

古地貌形态控制有利相带的发育, 古河谷的发育给油源提供了充足的通道, 油源可沿着古河道中发育的砂岩侧向或垂直向上运移[16]。不同古河道交汇部位被称为坡嘴[17-20], 坡嘴地貌中的边滩相带的砂岩经过河流的反复冲刷, 其分选好、 连通性强, 是延长组与延安组不整合面的运移通道, 因此油气最先达到坡嘴地带, 成为油藏分布的有利区带[21-22]。

延安组延9段为侏罗系油藏主要富集层位, 向上油藏分布减少。经过分析, 斜坡带、 低残丘等高地区域地层水环境相对封闭或闭塞, 地层水矿化度较高，主要在10～109 g/L(图10); 而古河谷区域的地层水环境相对开放, 地层水矿化度相对较低。研究区地层水的矿化度性质与油气的运聚与保存有着重要的关系, 地层的封闭条件越好, 油气的保存条件也相应越好, 进而对于油藏的富集越有利[23-24]。

图10 洪德地区前侏罗纪古地貌与延9段地层水矿化度叠合图

5 结 论

(1) 本文以环江油田西部洪德地区为例, 利用该地区大量钻完井、 测井、 试井及最新三维地震资料, 采用印膜法对该区前侏罗纪古地貌原型形态进行了恢复。

(2) 研究区古地貌单元被划分为古河谷、 古阶地、 斜坡、 河间丘、 低残丘等5种类型。利用测井方法恢复的前侏罗纪古地貌结果与地震方法恢复的结果一致, 表明本文所划分的研究区前侏罗系古地貌格局是可靠的。

(3) 油藏主要分布在斜坡带、 低残丘等高地区域, 这些区域地层水环境相对闭塞, 地层水矿化度较高。同时, 研究区支沟发育： 一级支沟向东南发育, 二级支沟向南部发育汇入甘陕古河, 三级支沟向北发育, 共识别出1～3级河道9条。坡嘴地貌中的边滩相带砂岩经过河流的反复冲刷, 其分选及连通性均较好, 也是油藏分布的有利区带。