隋風(fēng)貴,宋國(guó)奇,趙樂強(qiáng),王學(xué)軍

(勝利油田地質(zhì)科學(xué)研究院,山東東營(yíng) 257015)

濟(jì)陽坳陷陸相斷陷盆地不整合的油氣輸導(dǎo)方式及性能

隋風(fēng)貴,宋國(guó)奇,趙樂強(qiáng),王學(xué)軍

(勝利油田地質(zhì)科學(xué)研究院,山東東營(yíng) 257015)

通過研究濟(jì)陽坳陷不整合結(jié)構(gòu)地質(zhì)特征,并結(jié)合已發(fā)現(xiàn)地層油藏油氣輸導(dǎo)過程剖析,分析不整合的油氣輸導(dǎo)方式及性能。結(jié)果表明:陸相斷陷盆地不整合結(jié)構(gòu)層主要由砂、泥巖組成并各具特征,不整合面上下砂泥巖對(duì)接組合可分為砂/砂、砂/泥、泥/砂、泥/泥等 4種型式,這些組合型式在平面上具有一定的分布規(guī)律;不同的組合型式控制著不整合的油氣輸導(dǎo)方式,其中砂/砂型控制著不整合的垂向輸導(dǎo)方式,砂/泥型、泥/砂型則控制著不整合的橫向輸導(dǎo)方式;不整合結(jié)構(gòu)中的滲透層橫向連續(xù)性差,使得不整合橫向輸導(dǎo)油氣范圍具有較大的局限性;對(duì)一些圈源距離較遠(yuǎn)的地層油藏進(jìn)行預(yù)測(cè),要特別重視不整合結(jié)構(gòu)型式及其與斷層、骨架砂體等的配合作用。

石油地質(zhì)學(xué);地質(zhì)特征;不整合;輸導(dǎo)方式;輸導(dǎo)性能;陸相斷陷盆地

長(zhǎng)期以來,人們已習(xí)慣把不整合面看作是油氣長(zhǎng)距離運(yùn)移的基本通道,尤其是在海相地層中,這一觀點(diǎn)更是得到普遍認(rèn)同[1-3]。但是,近幾年隨著不整合結(jié)構(gòu)研究的不斷深入,許多學(xué)者發(fā)現(xiàn),不整合不是一個(gè)簡(jiǎn)單的“面”,而是一個(gè)具有一定層次結(jié)構(gòu)的地質(zhì)“體”[4-8]。不整合面的油氣運(yùn)移能力是非常有限的,油氣的輸導(dǎo)更主要是通過結(jié)構(gòu)“體”中的半風(fēng)化巖石或不整合頂板底礫巖來進(jìn)行[9-13]。陸相斷陷盆地由于構(gòu)造活動(dòng)的頻繁性與巖相的多樣性,決定了不整合結(jié)構(gòu)特征的復(fù)雜性,這必然會(huì)對(duì)其油氣輸導(dǎo)產(chǎn)生重要影響。然而,關(guān)于陸相斷陷盆地不整合在油氣輸導(dǎo)中所起的作用前人尚未開展深入研究,還多停留在一些簡(jiǎn)單、籠統(tǒng)的描述上。筆者在濟(jì)陽坳陷不整合結(jié)構(gòu)地質(zhì)特征研究基礎(chǔ)上,結(jié)合已發(fā)現(xiàn)地層油藏油氣輸導(dǎo)過程剖析,分析不整合的油氣輸導(dǎo)方式及性能。

1 主要不整合劃分

濟(jì)陽坳陷是在前第三系基礎(chǔ)上發(fā)育起來的新生代陸相斷陷盆地。濟(jì)陽坳陷第三系充填過程中,形成了 6個(gè)比較明顯的不整合[8-9]。其中一級(jí)不整合有 2個(gè),分別為第三系與前第三系、古近系與新近系之間的不整合,全坳陷廣泛發(fā)育,對(duì)應(yīng)地震標(biāo)準(zhǔn)反射層 Tr,T1;二級(jí)不整合有 4個(gè),分別為孔店組與沙河街組、沙四段與沙三段、沙二下亞段與沙二上亞段、館陶組與明化鎮(zhèn)組之間的不整合,分布于坳陷大部分地區(qū),對(duì)應(yīng)地震標(biāo)準(zhǔn)反射層 T8,T6′,T2′,T0。上述各不整合在洼陷部位主要為平行不整合,不整合面及其上下地層產(chǎn)狀近乎水平;在盆緣凸起或凹陷邊坡部位變?yōu)榻嵌炔徽?表現(xiàn)為下伏地層的削蝕和上覆地層的超覆(圖 1)。

圖 1 濟(jì)陽坳陷主要不整合(東營(yíng)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 不整合結(jié)構(gòu)地質(zhì)特征

根據(jù)探區(qū)內(nèi)鉆遇不整合的 50多口取心井巖心觀察以及相關(guān)鉆、測(cè)井資料分析,一個(gè)完整的不整合常發(fā)育 3層結(jié)構(gòu),即不整合頂板巖石、風(fēng)化粘土層和半風(fēng)化巖石。由于剝蝕時(shí)間、氣候、地形、構(gòu)造活動(dòng)及巖性的原因,多數(shù)情況下缺失風(fēng)化粘土層而形成2層結(jié)構(gòu)[6,8]。不整合結(jié)構(gòu)層主要由砂泥巖組成并各具特征。

2.1 不整合結(jié)構(gòu)層特征

2.1.1 不整合頂板巖石

不整合頂板巖石是指緊鄰不整合面,位于上覆巖層底部的那套巖石。濟(jì)陽坳陷第三系不整合頂板巖石主要為砂礫巖、泥巖。

不整合頂板砂礫巖一般有兩種成因類型。一種為底礫巖,即風(fēng)化剝蝕帶粗碎屑?xì)埛e物近似原地的沉積,巖石厚度一般幾十厘米至幾米,主要分布于盆緣邊坡地形相對(duì)平緩地區(qū),礫石磨圓較好,礫石成分與下伏半風(fēng)化巖石成分一致。另一種為異地搬運(yùn)沉積的各種類型扇體、河道相砂礫巖,該類巖石在凸起及其周圍地區(qū)比較發(fā)育,厚度幾米至十幾米,砂體厚度橫向變化大。不整合頂板砂礫巖物性總體較好,孔隙度一般為 15%～35%,滲透率為 (50～1 000)×10-3μm2。一些地區(qū)的不整合頂板砂礫巖中油氣顯示比較活躍,反映出該層完全可以成為良好的輸導(dǎo)層。但是,無論何種成因類型的砂礫巖,由于其空間發(fā)育多限于一些特定地區(qū),在區(qū)域上一般呈不連續(xù)分布。

不整合頂板泥巖主要為河、湖相泥巖,部分泥巖含砂質(zhì),多分布于洼陷及斜坡部位。厚度一般幾十厘米至十幾米,分布較廣泛。該類巖石物性差,是良好的遮擋層或蓋層。

2.1.2 風(fēng)化粘土層

風(fēng)化粘土層也稱古土壤,位于風(fēng)化殼最上部,是在物理風(fēng)化的基礎(chǔ)上、生物化學(xué)風(fēng)化作用改造下形成的細(xì)粒殘積物[5]。該區(qū)風(fēng)化粘土層厚度一般小于 3 m,空間分布極為有限。垂向上主要分布于沉積間斷較長(zhǎng)的不整合面附近,如古近系與新近系之間的不整合;平面上多位于凸起、緩坡帶上地形平緩且無古沖溝發(fā)育的地區(qū),分布范圍極為有限。巖石類型為塊狀雜色泥巖,部分泥巖中含石英質(zhì)細(xì)礫。原巖結(jié)構(gòu)幾乎完全遭破壞,無明顯沉積構(gòu)造標(biāo)志。巖石物性較差,測(cè)井解釋孔隙度為 5%～12%,滲透率為(1～7)×10-3μm2。

2.1.3 半風(fēng)化巖石

半風(fēng)化巖石是位于不整合面之下,風(fēng)化作用尚不徹底的巖石[5-6]。巖石類型主要為砂巖 (粉砂巖、砂巖、礫巖)和泥巖,在剖面上常表現(xiàn)為砂泥巖互層。

半風(fēng)化砂巖厚度一般為 3～12 m,其空間分布受控于沉積相展布,主要位于一些邊坡地區(qū)。砂巖(粉砂巖、砂巖、礫巖)受到風(fēng)化作用主要會(huì)發(fā)生兩方面的變化:一是在抬升至地表附近時(shí)產(chǎn)生網(wǎng)狀微破裂縫及后期溶蝕縫;二是長(zhǎng)石、云母、部分巖屑、鈣質(zhì)膠結(jié)物等不穩(wěn)定物質(zhì)發(fā)生蝕變或被淋濾形成次生溶孔。半風(fēng)化砂質(zhì)巖多具有裂縫 -孔隙雙重儲(chǔ)集空間類型,與原巖相比,物性往往會(huì)有不同程度的改善。根據(jù)部分井的統(tǒng)計(jì),在巖石類型基本相同的條件下,半風(fēng)化砂巖相比于原巖孔隙度增加值平均為 4%～10%,滲透率增加(6～175)×10-3μm2,但這種物性改善程度會(huì)隨著埋深的加大而有所降低[14]。

半風(fēng)化泥巖厚度一般小于 3 m,受沉積相展布的影響,主要分布于洼陷或平緩斜坡部位。半風(fēng)化泥巖抬升至地表附近時(shí)也會(huì)形成許多網(wǎng)狀微裂縫,物性可得到一定程度改善,但這種改善程度極其有限,孔隙度最大增加值通常小于 4%。由于半風(fēng)化泥巖塑性較強(qiáng),隨著后期地層埋深加大,微裂縫逐漸閉合,一般當(dāng)不整合面埋藏深度在 1.5～2.0 km時(shí),物性改善程度基本消失[14]。

2.2 不整合結(jié)構(gòu)巖石組合型式

由于陸相斷陷盆地巖相空間變化快,不整合上下砂、泥巖交互出現(xiàn)。不整合結(jié)構(gòu)垂向上可形成砂/砂、砂/泥、泥 /砂、泥/泥等 4種巖石組合型式[8-9]。4種組合型式的空間分布受控于不整合各結(jié)構(gòu)層的原始沉積相。一般而言,在凹陷內(nèi)部,不整合上下地層主要為河湖相泥巖,多形成泥/泥型組合;向凸起方向,隨著與物源區(qū)接近,不整合上下砂、礫巖明顯增多,凹陷邊坡地區(qū)多形成砂/泥、泥/砂以及砂/砂型組合。如古近系與新近系之間的不整合 (T1),該不整合為一區(qū)域性不整合,形成于盆地由斷陷向坳陷的轉(zhuǎn)換期[15]。在盆地內(nèi)部,不整合面之下的古近系多發(fā)育湖相泥巖,之上的新近系基本為河流相泥巖,不整合結(jié)構(gòu)巖石組合型式以泥/泥型為主,其他組合型式較少;盆地邊坡及凸起周圍,由于河湖砂巖較發(fā)育,不整合組合型式中砂/泥、泥/砂及砂/砂型分布較廣,而泥/泥型則很少(圖 2)。

圖 2 濟(jì)陽坳陷古近系與新近系之間不整合巖石組合型式分布Fig.2 D istribution of rock combination type of unconform ity between Paleogene and Neogene of Jiyang depression

3 不整合的油氣輸導(dǎo)方式及性能

不整合能否輸導(dǎo)油氣以及如何輸導(dǎo)油氣主要取決于各結(jié)構(gòu)層的滲透性、巖石組合型式及滲透層橫向連續(xù)性。從滲透性角度來看,不整合頂板底礫巖、半風(fēng)化砂巖等具有較好的物性,可作為滲透層,而不整合頂板泥巖、風(fēng)化粘土層、半風(fēng)化泥巖等物性差,一般作為非滲透層。不整合結(jié)構(gòu)砂泥組合型式實(shí)際上看作是滲透層與非滲透層的對(duì)接組合型式。這些組合型式控制著不整合對(duì)油氣的垂向或橫向輸導(dǎo)方式(表1)。

表 1 不整合結(jié)構(gòu)滲透性概念模型及輸導(dǎo)方式Table 1 Conceptmodel and transportation way of permeability of unconform ity structure

3.1 垂向輸導(dǎo)方式

垂向輸導(dǎo)方式主要發(fā)生于砂/砂對(duì)接型不整合結(jié)構(gòu)中,是陸相斷陷盆地不整合的一種重要油氣輸導(dǎo)方式。其特點(diǎn)是油氣由下伏的半風(fēng)化砂礫巖垂向穿過不整合面進(jìn)入上覆不整合頂板砂礫巖。如東營(yíng)凹陷樂安南區(qū)地層油藏油氣輸導(dǎo)過程:來自于博興洼陷的油氣順石村斷裂進(jìn)入沙三段骨架砂體,沿骨架砂體向上傾方向運(yùn)移,當(dāng)在廣 6井區(qū)遇到不整合頂板底礫巖時(shí),不整合面下半風(fēng)化砂巖開“天窗”,油氣垂向穿過不整合面進(jìn)入館陶組底礫巖,在館陶組底礫巖中進(jìn)行橫向運(yùn)移,最終形成地層超覆油藏;當(dāng)遇到不整合頂板泥巖遮擋時(shí),則形成不整合遮擋油藏(圖3)。

3.2 橫向輸導(dǎo)方式

橫向輸導(dǎo)方式具體可細(xì)分為不整合面之上橫向輸導(dǎo)、不整合面之下橫向輸導(dǎo)等兩種方式。其中,不整合面之上橫向輸導(dǎo)方式主要發(fā)生于砂/泥對(duì)接型不整合結(jié)構(gòu)中,即油氣在不整合頂板砂礫巖中進(jìn)行橫向運(yùn)移;不整合面下橫向輸導(dǎo)方式主要發(fā)生于泥/砂對(duì)接型不整合結(jié)構(gòu)中,即油氣在不整合面下的半風(fēng)化砂礫巖中進(jìn)行橫向運(yùn)移。在上述兩種方式中,當(dāng)油氣橫向運(yùn)移遇到側(cè)向非滲透層時(shí),則分別聚集形成地層超覆油藏或不整合遮擋油藏。如高青地區(qū)館陶組、孔店組油藏的形成,來自博興洼陷的油氣沿高青斷層進(jìn)入館陶組與孔店組之間的不整合,當(dāng)不整合為砂/泥型組合時(shí),易形成館陶組地層超覆油藏;當(dāng)不整合為泥/砂型組合時(shí),則形成孔店組不整合遮擋油藏。受垂向巖石組合型式宏觀分布的影響,不整合橫向輸導(dǎo)方式主要發(fā)生在凹陷邊坡地區(qū)。由于陸相斷陷盆地沉積相變化大,使得砂泥巖空間變化很快,即使在凹陷邊坡,甚至是宏觀上以砂巖為主的地區(qū)或?qū)游?中間仍?shī)A有一定厚度的泥巖隔層,而這些泥巖隔層往往會(huì)對(duì)油氣運(yùn)移產(chǎn)生很好的遮擋作用。因此,陸相斷陷盆地不整合結(jié)構(gòu)中半風(fēng)化砂礫巖和頂板底礫巖等橫向連續(xù)性差,使得不整合橫向輸導(dǎo)油氣的能力大大降低,即不整合橫向輸導(dǎo)油氣一般只在局部進(jìn)行,難以長(zhǎng)距離輸導(dǎo)油氣。

圖 3 樂安南區(qū)地層油藏油氣輸導(dǎo)方式Fig.3 O il and gas transporation way of stratigraphic reservoir i n south area,Lean

可以看出,由于不整合輸導(dǎo)油氣受控于特定的不整合結(jié)構(gòu),而陸相斷陷盆地不整合結(jié)構(gòu)自身特征空間變化大,因此作為輸導(dǎo)體系而言,陸相斷陷盆地不整合對(duì)油氣的輸導(dǎo)能力是有限的。一個(gè)油氣藏的形成很少能單獨(dú)依靠不整合進(jìn)行油氣的輸導(dǎo),更多的情況是與斷層、骨架砂體一起來共同構(gòu)成復(fù)式輸導(dǎo)體系來輸導(dǎo)油氣。筆者對(duì)濟(jì)陽坳陷已發(fā)現(xiàn)的 69個(gè)第三系地層油藏的油氣輸導(dǎo)特點(diǎn)進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)約有 70%的地層油藏其油氣輸導(dǎo)是由斷層、骨架砂體、不整合來共同完成的,其余 30%的地層油藏其油氣輸導(dǎo)則是由斷層、骨架砂體兩者來完成。尤其是對(duì)于一些遠(yuǎn)離油源的油藏,則更是需要依靠斷層與骨架砂體將油氣從洼陷“輸送”過來,而不整合對(duì)油氣的輸導(dǎo)往往只在局部范圍內(nèi)起作用。

由于油氣在不整合中很難進(jìn)行長(zhǎng)距離運(yùn)移,陸相斷陷盆地中地層油藏的預(yù)測(cè)要特別重視斷層、骨架砂體與不整合的配合作用。在砂/砂型對(duì)接的地區(qū),當(dāng)有斷層、骨架砂體與不整合配合形成輸導(dǎo)體系時(shí),有利于不整合下伏層油氣穿過不整合面垂向運(yùn)移,進(jìn)而發(fā)生橫向運(yùn)移,其周圍可以尋找地層超覆油藏,如樂安、陳家莊、太平等地區(qū)的館陶組地層超覆油藏。然而,在發(fā)育泥/砂、砂/泥型組合的不整合地區(qū),當(dāng)油源斷層與不整合連通時(shí),會(huì)發(fā)生不整合對(duì)油氣的橫向輸導(dǎo),其附近可相應(yīng)尋找不整合遮擋油藏或地層超覆油藏,如高青、金家等地區(qū)的孔店組、沙一段不整合遮擋油藏和館陶組地層超覆油藏。

4 結(jié) 論

(1)陸相斷陷盆地不整合中,不整合頂板底礫巖、半風(fēng)化砂礫巖等一般有較好的滲透性;半風(fēng)化泥巖物性改善程度極其有限,且隨著埋深的加大物性迅速變差,基本為非滲透層。

(2)陸相斷陷盆地不整合上下主要形成砂/砂、砂/泥、泥/砂、泥/泥等 4種組合型式。這些組合型式可使不整合產(chǎn)生不同的油氣輸導(dǎo)方式。其中,砂/砂型有利于油氣穿過不整合面垂向輸導(dǎo),砂/泥型有利于不整合之上的橫向輸導(dǎo),泥/砂型則有利于不整合之下的橫向輸導(dǎo)。由于砂、泥巖橫向變化快,使得不整合很難進(jìn)行長(zhǎng)距離連續(xù)輸導(dǎo)油氣。

(3)由于陸相斷陷盆地不整合橫向輸導(dǎo)油氣的范圍局限性,對(duì)于一些圈源距離較遠(yuǎn)的地層圈閉,不但要分析不整合結(jié)構(gòu),還特別要重視斷層、骨架砂體等對(duì)油氣的輸導(dǎo)作用。

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(編輯 修榮榮)

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

中石化重大科技攻關(guān)項(xiàng)目(06012)

隋風(fēng)貴(1962-),男(漢族),山東蓬萊人,教授級(jí)高工,博士,主要從事石油地質(zhì)綜合研究。