渤海湾盆地晋县凹陷高村—高邑地区沙河街组四段综合地质研究及目标优选

成晓啭

(中国大地出版社有限公司,北京 100083)

高村—高邑地区是渤海湾盆地冀中坳陷晋县凹陷西南部主要的油气聚集区,已探明石油储量约720×104t。其中沙河街组三段(E2s3)探明石油储量约550×104t,约占探明石油总储量的77%;沙河街组四段(E2s4)、孔店组一段(E2k1)探明石油储量约120×104t,约占探明石油总储量的17%。虽然研究区具有较多的工业油流探井,但多年来滚动勘探开发少有突破,主要原因是对构造带内油气聚集规律及成藏模式研究不够深入[1-8]。高村—高邑地区的剩余资源量大,但各层系勘探开发程度不均衡[9-15]。其中沙河街组三段(E2s3)剩余未钻井的圈闭规模小,周边探井油气显示差,油气资源潜力较小;孔店组一段(E2k1)岩性致密,以油气显示为主,获得工业油流的井较少;沙河街组四段(E2s4)为下一步勘探开发挖潜的主要方向[16-21]。本文通过对渤海湾盆地晋县凹陷高村—高邑地区老油藏精细剖析,结合精细地层对比、精细构造解释和沉积相研究,进一步明确了该区控制油气分布的影响因素,从而为寻找沙河街组四段(E2s4)油气藏有利勘探目标奠定了基础。

1 地质背景

高村—高邑地区位于晋县凹陷西南部,主要受西部太行山断裂和东部宁晋断裂控制(图1)。钻井揭示该区地层自上而下依次为:第四纪更新世平原组(Qp),新近纪上新世明化镇组(N2m),新近纪中新世馆陶组(N1g)以及古近纪渐新世东营组(E3d)、沙河街组一段(E2s1)、沙河街组二段(E2s2)、沙河街组三段(E2s3)、沙河街组四段(E2s4)、孔店组一段(E2k1)、孔店组二段(E2k2)、孔店组三段(E2k3)[16-17]。目前,该区已发现的含油气层位为沙河街组二段(E2s2)、沙河街组三段(E2s3)、沙河街组四段(E2s4)及孔店组一段(E2k1)。

2 油田地质特征

2.1 地层对比

在前人地层对比研究的基础上,重点对研究区钻井进行了沙河街组三段(E2s3)与沙河街组四段(E2s4)分界线(相当于地震T6层位)、沙河街组四段(E2s4)与孔店组一段(E2k1)分界线(相当于地震T7层位)的对比划分。

区域上,沙河街组三段(E2s3)为一套底粗顶细的正旋回沉积,砂岩厚度较大,底部砂地比高。岩性以细砂岩为主,含少量泥岩且颜色以紫红色为主,整体电性特征为高自然电位负异常,多呈箱状[22]。沙河街组四段(E2s4)由多个小型旋回组成,砂地比较沙河街组三段(E2s3)明显降低,为典型的泥包砂组合,砂岩以细砂岩-粉砂岩为主,局部有粗砂、砾岩。泥岩以浅灰色-深灰色为主夹紫红色,局部见少量泥灰岩,自然电位异常幅度较沙河街组三段(E2s3)明显降低,电阻率曲线多为指状中高阻-齿状中低阻。

较沙河街组四段(E2s4),孔店组一段(E2k1)电阻率曲线基线增高较多,泥岩以深灰色-浅灰色为主,泥岩及砂岩中的碳酸盐含量增多,多见钙质泥岩及钙质砂岩,砂层相对不发育,渗透性砂体少,自然电位曲线较平直[23-24],砂地比明显降低,电阻率曲线呈现高阻特点。

2.2 油组划分

通过典型井地层对比分析(图2),发现沙河街组四段(E2s4)油层自上而下可划分为3个油组:Ⅰ油组顶界以沙河街组三段(E2s3)与沙河街组四段(E2s4)泥岩凹兜为界,整体为2个正旋回砂层组组合;Ⅱ油组与Ⅰ油组以一个稳定分布的深“V”形泥岩凹兜为界,由2组高阻近似“M”形砂层组合而成;Ⅲ油组为一组底细顶粗的正旋回砂泥岩薄互层组成,其下孔店组一段(E2k1)电阻率曲线明显增高且呈中阻-高阻特征,自然电位曲线负异常幅度小且曲线平直。

1.自然电位曲线;2.电阻率曲线;3.沙河街组三段;4.沙河街组四段Ⅰ油组;5.沙河街组四段Ⅱ油组;6.沙河街组四段Ⅲ油组;7.孔店组一段图2 研究区典型井地层对比图Fig. 2 Stratigraphic correlation of the typical wells in the study area

2.3 构造特征

晋县凹陷西南部为箕状断陷,主要受西侧太行山断裂和东侧宁晋断裂控制,地层西高东低、西薄东厚。由西向东可分为5个构造带,分别为西部反向断层带、西部地堑断裂带、中部地垒带、东部地堑断裂带和东部深凹带(图3)。其中,中部地垒带、东部地堑断裂带主要是由一系列NE向断层形成的断阶带,区域内地层东倾、产状平缓,构造幅度小,形成一系列依附于断层的宽缓断鼻构造,这些宽缓断鼻构造是油气优势运移指向区。

图3 高村—高邑地区东西向地震剖面Fig. 3 Seismic profile of EW direction in the Gaocun-Gaoyi area

通过精细构造解释可知,高村—高邑地区沙河街组四段(E2s4)构造与孔店组一段(E2k1)构造具有继承性。沙河街组四段(E2s4)构造向西、西南抬升,向东倾伏;构造圈闭相对集中发育在研究区东北部,在断层拐弯处常形成断鼻构造群,如在赵60—赵78—赵76—赵94井区、赵91—赵56井区形成相对较大的断鼻构造圈闭,其他区域的构造圈闭均与断层呈平行窄条状分布,局部构造圈闭幅度小、数量少(图4)。

1.构造圈闭;2.断层;3.砂岩百分含量等值线;4.砂岩厚度等值线/m图4 高村—高邑地区沙河街组四段砂岩百分含量(a)及厚度(b)图Fig. 4 Percentage content (a) and thickness(b) of sandstone in the 4th Member of Shahejie Formation, Gaocun—Gaoyi area

2.4 沉积相及储层分布特征

受区域构造控制,晋县凹陷具有多物源的沉积特征,区域上发育了多个沉积体系,纵向上形成多套储盖组合。沉积相研究表明:沙河街组四段(E2s4)—孔店组一段(E2k1)沉积时,研究区西部以有利于储层发育的三角洲相沉积为主,沉积相类型为三角洲平原相的分流河道以及三角洲前缘相的水下河道、河口砂坝等;东部陡带发育近岸水下扇、扇三角洲砂体及洪塌积相砾岩体。沙河街组四段(E2s4)物源主要来自西北向和西南向。

依据高村—高邑地区沙河街组四段(E2s4)钻井资料编制的砂岩百分含量图(图4(a))可知,在赵78—赵76—赵94一带砂岩百分含量可达40%,在赵66—赵43一带(赵56井南部)砂岩百分含量可达50%。由沙河街组四段(E2s4)砂岩厚度图(图4(b))可知,高村—高邑地区砂岩厚度明显分为2个高值带:北部砂岩主要分布在赵78—赵76—赵94一带,砂岩厚度为40～80 m;南部砂岩主要分布在赵66—赵43一带(赵56井南部),砂岩厚度为40～100 m,砂岩厚度分布趋势与砂岩百分含量趋势一致。

砂岩百分含量及厚度图中的砂岩分布具有较强的指向性,说明该区主要物源来自西北部及西南部。沙河街组四段(E2s4)属于辫状河三角洲沉积体系,在近物源方向形成辫状河河道沉积,在湖岸线附近形成三角洲沉积体系。根据砂岩分布特征并结合构造形态特征,预测赵78—赵76—赵94一带是岩性-构造油藏和岩性油藏形成的有利区。

3 油气富集规律及油藏特征

高村—高邑地区沙河街组四段(E2s4)油藏勘探开发程度较低,油气富集规律及影响因素认识有待进一步加深。从已发现的出油井点及已投入开发油藏的区域分布情况看,获得工业油流的井主要分布在断层控制的断鼻构造圈闭范围内。本文通过分析赵76断块已开发的沙河街组四段(E2s4)油藏的油层分布特征及控制油气分布的影响因素,明确油气富集规律。

3.1 纵向油水分布特征

从赵76断块垂直构造走向的油藏剖面图(图5)可知,油层主要分布在Ⅰ油组、Ⅱ油组及Ⅲ油组顶部。Ⅰ油组、Ⅲ油组储层分布相对较稳定,Ⅱ油组储层物性变化较大,同一砂层组内部油水界面不统一。

1.油层;2.水层;3.致密层;4.断层;5.剖面线;6.井位;7.等深线/m;8.电阻率曲线;9.自然电位曲线;10.油组编号图5 赵76断块垂直构造走向油藏剖面图Fig. 5 The reservoir profile in vertical tectonic strike of Zhao 76 fault block

从赵76断块平行构造走向的油藏剖面图(图6)可知,油藏呈小型背斜构造形态,构造高部位储层较发育,物性较好。两侧储层明显减薄,致密层增加,储层呈上倾尖灭的形态。油层分布变化较大,同一砂层组内部呈油水界面不统一、油水分布受储层物性控制的特点。

1.油层;2.水层;3.致密层;4.断层;5.剖面线;6.井位;7.等深线/m;8.电阻率曲线;9.自然电位曲线;10.油组编号图6 赵76断块平行构造走向油藏剖面图Fig. 6 The reservoir profile in paralling tectonic strike of Zhao 76 fault block

3.2 平面油水分布特征

从不同砂层组含油面积图(图7)可知,油藏西南部Ⅰ油组Ⅰ砂组油水界面深度较东北部略高。从井点储层特征分析,主要是由储层物性差异造成的。Ⅱ油组Ⅰ砂组油水界面深度在油藏中部有明显的差异,结合平行于构造走向砂体分布特点,认为主要是同一砂层组中砂体不连通造成的。Ⅲ油组Ⅰ砂组油水界面主要受其两侧岩性的变化控制。

图7 赵76断块沙河街组四段Ⅰ油组Ⅰ砂组(a),Ⅱ油组Ⅰ砂组(b)和Ⅲ油组Ⅰ砂组(c)含油面积图Fig. 7 The oil-bearing area of oil group Ⅰ sand group Ⅰ(a), oil group Ⅱ sand group Ⅰ(b), oil group Ⅲ sand group Ⅰ(c) in the 4th Member of Shahejie Formation in Zhao 76 fault block

综上可知,各油组油水界面不统一,油水分布受岩性控制。

3.3 油藏类型

根据上述构造、储层、油水分布特征可知,赵76断块沙河街组四段(E2s4)发育NE向断层与NW向砂体配合形成的岩性—构造油藏,各砂层组内部独立含油单元的油水界面受岩性控制。同时,从平行于构造的油藏剖面图(图6)可知,部分砂体在构造高点两侧形成上倾尖灭的岩性油藏类型。

4 有利目标优选

通过分析高村-高邑地区构造、沉积环境、储层分布、赵76断块已有油藏特征,认为沙河街组四段(E2s4)存在岩性-构造油藏和岩性油藏的勘探潜力,研究区南部砂岩厚度(砂岩百分含量)高值区存在较大的构造圈闭,具有勘探潜力。

通过对高村—高邑地区油气显示井、出油井和产油井点进行普查筛选,优选出赵76断块下降盘构造-岩性叠合区、赵94井区砂体优势分布区作为沙河街组四段(E2s4)下一步的勘探评价目标区域。

4.1 赵76断块下降盘构造—岩性油藏

该井区具有相对优越的油气成藏条件。

(1) 具有较好的构造背景。该井区位于已开发区块赵78与赵76断块之间,处于油气富集带,且从全区油藏分布看,西部地堑断裂带的每一个断阶均有油气分布,赵76断块下降盘同属于西部地堑断裂带,与已开发区块赵78、赵76油藏具有相似的构造条件,具有含油气潜力。

(2) 储层发育有利。从区域整体储层分布情况看,赵78—赵76—赵94连线方向是砂岩集中分布发育的有利区域(图4),赵76断块下降盘位于砂岩的优势分布区。

(3) 圈闭规模较大。赵76断块下降盘发育3个圈闭,南部小断层与赵76断层相交形成封闭的小型构造圈闭,圈闭面积约1.2 km2,若评价获得成功,可滚动建产。北部2个圈闭面积分别为0.33 km2、0.8 km2,且均无井钻探。

综上所述,建议在该井区部署设计1、设计2、设计3等3口井(图8),对该区沙河街组四段(E2s4)油层进行评价。考虑到该区域在沙河街组三段(E2s3)普遍存在构造控制的短牙刷状油藏,建议在钻探沙河街组四段(E2s4)油藏的同时,设计顺断层钻进的定向斜井,兼顾上部油藏。

图8 赵76断块下降盘设计井Fig. 8 The planned well of downthrown block in Zhao76 fault block

4.2 赵94井区岩性油藏

赵94井区位于赵76断块低部位,沙河街组四段(E2s4)、孔店组一段(E2k1)储层油气显示较活跃,具有较好的评价潜力。

(1) 储层较厚,由赵76断块向赵94井区沙河街组四段(E2s4)明显加厚,岩性从细砂岩变为粉砂岩,砂层数量明显增加。

(2) 地震属性提取的振幅资料(图9)反映,赵94井区振幅特征与赵76断块近似,两井区之间振幅属性存在低值区,结合两井区之间储层纵向分布的变化特点,两井区之间存在岩性上倾尖灭的岩性油藏。

图9 赵76—赵94井区振幅属性Fig. 9 The amplitude attribute of Zhao 76—Zhao 94 well block

综上所述,建议以赵94构造高部位沙河街组四段(E2s4)显示层为目标部署评价井1口,评价沙河街组四段(E2s4)岩性油藏潜力。

5 结论

(1)渤海湾盆地晋县凹陷高村—高邑地区沙河街组四段(E2s4)剩余资源量大,具有较大的勘探潜力,是下一步开展评价工作的目标层系。

(2)将沙河街组四段(E2s4)划分为3个油组,建立了地层等时格架。沙河街组四段(E2s4)、孔店组一段(E2k1)顶面构造具有继承性,且在赵76断块下降盘发育独立断块,无评价井钻探。

(3)晋县凹陷具有多物源的沉积特征,研究区沙河街组四段(E2s4)主要物源供给方向为WN向和WS向。

(4)沙河街组四段(E2s4)油藏油水界面受岩性变化控制,具有形成岩性-构造油藏、岩性油藏的地质条件。优选赵76断块下降盘构造-岩性叠合区、赵94井区砂体优势分布区作为沙河街组四段(E2s4)下一步油藏评价目标区。