國景星, 劉晨旭, 楊 琨, 楊 琛

(中國石油大學地球科學與技術(shù)學院,山東青島 266580)

隨著勘探開發(fā)技術(shù)水平的逐步提高,隱蔽油氣藏在中國陸相斷陷盆地油氣勘探中所占比重越來越大。砂礫巖油氣藏作為隱蔽油氣藏的一員,正在逐步受到人們的重視[1]。雖然其所占比例較小,但在中國廣泛分布,準噶爾盆地北緣哈拉阿拉特山山前帶侏羅系八道灣組一段發(fā)育典型的濕地沖積扇相的砂礫巖[2],大慶油田徐家圍子地區(qū)營城組發(fā)育三角洲相的砂礫巖[3],濟陽坳陷的車鎮(zhèn)凹陷、沾化凹陷及東營凹陷古近系發(fā)育沖積扇相、近岸水下扇相、扇三角洲相砂礫巖[4-6],冀中坳陷的廊固凹陷沙河街組發(fā)育近岸水下扇相砂礫巖[7]。在冀中坳陷中部的饒陽凹陷留西留北地區(qū),盡管直接的巖心資料極少,但測井、錄井及地震資料表明:館陶組的底部廣泛發(fā)育一層厚度穩(wěn)定的雜色石英、燧石礫巖,覆蓋于東營組沉積之上,與其呈角度不整合接觸,是“下生上儲”的新近系油藏的重要輸導通道和良好儲層[8-12]。然而由于對這套砂礫巖體的成因及分布認識不清,制約了本地區(qū)新近系油氣勘探開發(fā)。筆者依據(jù)地質(zhì)錄井、測井、地震資料,對其識別方法、電性響應特征、物源和沉積相特征等進行研究,一方面對預測有利勘探目標具有重要意義,同時有助于進一步完善東部陸相盆地砂礫巖體成因類型。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

留西留北地區(qū)位于饒陽凹陷的中南部,北達河間洼槽,南至留楚構(gòu)造帶,東臨留路斷層,西與大王莊東斷層相接,面積約320 km2(圖1)。饒陽凹陷新生界的地層從下往上依次為古近系的孔店組、沙河街組、東營組和新近系的館陶組、明化鎮(zhèn)組。研究區(qū)斷層發(fā)育,在主斷層的控制下,體現(xiàn)出“東西分帶,南北分區(qū)”的特點,平面上表現(xiàn)為南部發(fā)散、北部收縮的帚狀斷裂系統(tǒng)[12-13]。

圖1 留西-留北地區(qū)位置示意圖Fig.1 Location of Liuxi and Liubei area

據(jù)最新數(shù)據(jù)顯示,華北油田探明新近系石油地質(zhì)儲量1 973×104t,其中留西留北構(gòu)造帶探明新近系地質(zhì)儲量1 784×104t,占新近系總儲量的90%,展現(xiàn)出該地區(qū)新近系良好的勘探開發(fā)前景。

2 砂礫巖體的識別方法

前人利用錄井、測井等資料,識別出不整合、洪泛面、相序轉(zhuǎn)換等特征,將館陶組劃分為3段[10]。研究區(qū)內(nèi)大部分井在底部(即館三段的3砂層組)見一套橫向分布相對穩(wěn)定且厚度較大的砂礫巖體沉積,厚度為30～50 m。以該套砂礫巖體為研究對象,采用旋回-厚度和等高程對比法,同時考慮河流下切、疊加等因素的影響,又將Ng33砂層組劃分為3個小層,自下而上依次是33小層、32小層、31小層(圖2(a))。

鑒于這套砂礫巖體直接的巖心資料少,因此考慮從測井、地震等間接資料著手,根據(jù)測井響應和地震反射特征,找尋能夠有效識別這套砂礫巖體的方法。從巖屑錄井資料反映的巖性來看,館陶組底部為厚層塊狀灰白色、雜色砂礫巖,夾薄層紫紅色泥巖,下伏東營組為粉細砂巖與泥巖互層,二者巖性及其組合存在明顯不同。從測井響應來看,館陶組底部自然電位(SP)曲線為中偏高幅的箱型、齒化箱型,表現(xiàn)出“砂包泥”特征,電阻率曲線則表現(xiàn)出“高阻尖峰”特征;東營組SP曲線呈中偏低幅的鐘形、指型(圖2(a))。

從地震反射來看,其地震反射同相軸振幅強、連續(xù)性好,并且與下伏地層產(chǎn)狀明顯不同:館陶組地層近于平行,而下伏地層傾角較陡,表現(xiàn)出明顯的消截現(xiàn)象。為進一步從定量的角度表征這套砂礫巖體,提取了該區(qū)地震資料的多種地震屬性[14],發(fā)現(xiàn)均方根振幅(RMS)和巖性變化關(guān)系最為密切。根據(jù)錄井資料反映的巖性和均方根振幅值之間的對應關(guān)系,泥巖的RMS值一般低于30×103,砂礫巖體的RMS值一般高于30×103,最高可達62×103。如圖2(b)所示,留西地區(qū)存在3個強均方根振幅區(qū)(RMS大于44×103),即南部的留91-留411井區(qū)、東部的留406-路11井區(qū)、西部的留434-路105井區(qū)。

總體來說,館陶組底部砂礫巖體具有較為明顯的測井響應和地震反射特征,據(jù)此建立了定性和定量識別指標(表1),并且通過地質(zhì)錄井資料反映的巖性進行檢驗,發(fā)現(xiàn)識別效果較好,但砂礫巖厚度對識別效果有一定影響。統(tǒng)計表明,對厚度不小于6 m的砂礫巖識別率在90%以上,對于厚度小于6 m的砂礫巖識別率約為50%。此外,巖性(顆粒粗細)對砂礫巖體的識別效果影響不大。

圖2 館陶組底部砂礫巖體識別標志Fig.2 Identification marks of glutenite on the bottom of Guantao Formation

表1 砂礫巖體識別指標

3 砂礫巖電性響應

由綜合錄井、組合測井等資料,對館陶組底部砂礫巖體的電性響應特征進行分析,在充分考慮巖性及厚度的情況下,建立了系統(tǒng)、全面的不同厚度條件下的巖性-電性關(guān)系模板(圖3),以利于非錄井井段的巖性預測。

研究區(qū)館陶組底部砂礫巖的巖性比較復雜,可以歸納為5種巖性:礫巖、礫狀砂巖、含礫不等粒砂巖、細砂巖、粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖,反映出“近物源、多物源”的特征。為了使測井曲線的曲線形態(tài)對巖性、粒度以及垂向序列有較好的反映,以SP曲線來研究砂礫巖的電性響應。從橫向上看,同種巖性,隨著厚度的減薄,SP曲線的幅度差減小,SP曲線的形狀發(fā)生明顯的變化。從縱向上看,從礫巖到粉砂巖及泥質(zhì)粉砂巖,隨著粒度變細,SP曲線的幅度由高幅變?yōu)榈头?曲線形狀由箱形為主變?yōu)閷捴笭罨蚱街睜?其中部分細砂巖由于分選好,甚至要比含礫不等粒砂巖的SP曲線幅度更高?？傮w來說,研究區(qū)館陶組底部砂礫巖體的SP曲線形態(tài)不僅與巖性有關(guān),還受到單層厚度的影響。

圖3 館陶組砂礫巖體巖-電關(guān)系模板Fig.3 Response of lithology and electrical property of glutenite of Guantao Formation

4 物源分析

4.1 砂礫巖體展布特征

砂礫巖體的展布特征對于分析物源具有重要意義,例如砂礫巖體延伸方向有助于判斷物源的方向。根據(jù)地層劃分與對比的結(jié)果,繪制出Ng33砂層組各小層的砂礫巖厚度等值線圖,從中發(fā)現(xiàn)其展布具有一定的規(guī)律性。

33小層沉積時期,砂礫巖體呈寬帶狀,延伸方向:中部和南部為北東—南西向,東部以北北西—南南東為主,西部以北東東—南西西向為主。33小層的砂礫巖體厚度多在4～20 m,局部可達22 m以上,平均厚度13.5 m。砂礫巖體的厚度變化較大,并存在多個高值區(qū)。整體來看:高值區(qū)主要集中在研究區(qū)的中部,且連片分布;東西兩側(cè)以及南部也存在高值區(qū),尤其是南部和東部地區(qū)(圖4)。

圖4 33小層砂礫巖體厚度等值線及館三段物源分析Fig.4 Contour map of thickness of 33 small layer and provenance analysis of the third section of Guantao Formation

32小層沉積時期,砂礫巖體的厚度整體減薄,主要在4～16 m,局部可達20 m,平均厚度11.4 m。砂礫巖體多呈條帶狀分布,延伸方向和厚度分布特征與33小層沉積時期也基本一致。

31小層的砂礫巖體在整個研究區(qū)都有分布,厚度4～20 m,局部地區(qū)厚度超過20 m,平均厚度11.6 m,與32小層相比厚度有所增大,但延伸方向和厚度分布特征沒有大的變化。

4.2 砂礫巖碎屑組分特征

在碎屑巖三大碎屑組分中,石英是最穩(wěn)定的成分,長石和巖屑的穩(wěn)定性次之。在從物源區(qū)向沉積區(qū)搬運的過程中,隨著搬運距離的增加,石英含量逐漸增加,長石和巖屑的含量逐漸減少。因此可用碎屑組分含量的變化進行物源分析[15]。

鑒于Ng33砂層組取心資料極少,館三段上部沉積具有繼承性,在對碎屑組分分析特別是碎屑組分平面分布特征的分析中以整個館三段為統(tǒng)計對象,可基本反映Ng33砂層組物源特征。統(tǒng)計結(jié)果表明,區(qū)內(nèi)館三段以巖屑質(zhì)長石砂巖、長石質(zhì)巖屑砂巖、長石砂巖為主,偶見巖屑砂巖;礦物成分中石英平均含量30%～62%,長石15%～45%,巖屑10%～30%,最高超過45%;碎屑組分含量變化較大(圖4):在南部和東部表現(xiàn)出“高巖屑、低石英”的特點,如路56井、路16井、新留1井等;在西部表現(xiàn)出“高長石、低石英”的特點,如路13井等;在中部表現(xiàn)出“高石英、低長石、低巖屑”的特點,如留97井、路6井等?？傮w來講,從研究區(qū)南部、東部、西部到中部地區(qū),石英含量逐漸增加,巖屑、長石含量逐漸降低。對比三個物源方向,南部和東部表現(xiàn)出近物源的“高巖屑”特征,西部為遠物源的“中—低巖屑,高長石”特征。

4.3 自然電位曲線齒化頻率

自然電位曲線作為一種基本測井曲線,其齒化程度能夠反映物源供應的變化。齒化程度越強,代表分選越差,距離物源區(qū)越近。曲線的齒化程度可以通過曲線的齒化頻率來定量表征,曲線齒化頻率定義為單位厚度齒形的個數(shù),簡稱為曲線齒頻[16]。本文中計算的齒化頻率是整個Ng33砂層組SP曲線每百米齒形的個數(shù)。

從平面上來看,齒化頻率具有規(guī)律性的變化。如圖5所示,南部、東部和西部地區(qū)是齒化頻率的高值區(qū),齒化頻率基本都高于12,并且隨著向中部地區(qū)的靠近,齒化頻率逐步降低,中部地區(qū)的齒化頻率普遍低于10。對比3個齒化頻率高值區(qū)可以發(fā)現(xiàn),南部和東部地區(qū)齒化頻率多高于16,局部可超過20(留462井為21.5,留436井為23.7);西部地區(qū)齒化頻率相對較低,在12到18之間。據(jù)此推斷,研究區(qū)的南部、東部和西部均是物源區(qū),但西部物源區(qū)相對較遠。

圖5 Ng33砂層組砂礫巖體SP曲線齒化頻率等值線圖Fig.5 Contour map of tooth frequency of SP curve of glutenite of Ng33 sand group

4.4 古地貌特征

古地貌分析對于分析沉積物來源具有重要意義。在館陶組沉積初期,饒陽凹陷整體上呈現(xiàn)出“兩凸夾一凹”的構(gòu)造格局,留西地區(qū)位于饒陽凹陷中部,古地貌呈現(xiàn)出“西高、東低,南高、北低,四周高、中間低”的趨勢。留北地區(qū)受兩條鏟式大斷層控制,形成了一個東部高,西部低的古地形。具體來說,研究區(qū)整個是一個凹槽帶,東西兩側(cè)分別受留路斷層和大王莊東斷層(河間斷層)的限制,為一個東、西、南3個方向物源匯聚的地方。

由砂礫巖體展布特征、砂礫巖體碎屑組分特征、自然電位曲線齒化程度和古地貌特征的綜合分析,認為留西留北地區(qū)Ng33砂層組沉積時期存在南部、東部和西部3個物源方向,并且西部物源區(qū)相對較遠。

5 沉積相分析

5.1 沉積相類型

首先,根據(jù)測井和錄井資料,初步分析認為Ng33砂層組為辮狀河沉積。另一方面,根據(jù)少量的巖心資料(路4井Ng33砂層組),將粒度分析中粒徑小于0.074 mm顆粒的含量20.5%帶入舒姆提出的河形判斷經(jīng)驗公式:

F=255M-1.08.

(1)

式中,F為河道寬深比;M為粉砂泥質(zhì)含量。求得F值為9.8,超過判斷辮狀河的下限值6.0。此外根據(jù)Ng33砂層組河型形態(tài)的統(tǒng)計結(jié)果,其彎曲系數(shù)在1.02和1.04之間,判斷為辮狀河。

辮狀河可分為河道亞相和道間亞相,其中河道亞相的沉積物粒度較粗,可進一步劃分出心灘微相和河道充填微相[17-18];道間亞相的沉積物粒度較細,包括道間灘地和道間洼地兩種微相[19-21]。

5.2 Ng33砂層組各小層沉積相平面展布

5.2.1 33小層沉積相

圖6為Ng33砂層組各小層沉積相平面圖。由圖6(a)可以看出,河道彎曲度低,經(jīng)常分叉和匯聚,而且心灘十分發(fā)育,符合辮狀河沉積特征。33小層沉積時期,研究區(qū)河道亞相發(fā)育,心灘和河道約占2/3,而道間灘地和道間洼地約占1/3。東部河道多呈南東—北西流向,西部河道多呈南西—北東流向,東、西部多條河道向研究區(qū)中部匯聚,以北北東向延伸為主。受物源供應的影響,整體上東部河道規(guī)模大于西部。心灘十分發(fā)育,在平面上呈“兩頭尖,中間寬”的透鏡狀,其長軸方向平行于河道的延伸方向;道間灘地以狹長的條帶狀分布在河道兩側(cè),道間洼地被道間灘地包圍,在區(qū)內(nèi)孤立分布。

圖6 Ng33砂層組各小層沉積相平面圖Fig.6 Flat sedimentary facies of all small layers of the third section of Ng33 sand group

5.2.2 32小層沉積相

32小層沉積時期,河道亞相和道間亞相各占一半,河道亞相的沉積范圍縮小,河道變窄,心灘變小,而道間亞相的沉積范圍明顯增大。研究區(qū)河流的流向沒有發(fā)生明顯的變化,仍以北北東向為主(圖6(b))。

5.2.3 31小層沉積相

31小層沉積時期,心灘和河道約占2/3,而道間灘地和道間洼地約占1/3。與32小層相比,該小層河道亞相沉積范圍明顯增大,河道充填微相尤為發(fā)育,而道間亞相不發(fā)育,河流的流向與32小層基本一致(圖6(c))。

6 結(jié) 論

(1)該套砂礫巖體具有較為明顯的測井響應和地震反射特征,在缺少直接取心資料的情況下,可采取SP曲線形態(tài)、幅度以及RMS值等定性和定量指標對其進行有效識別。

(2)館陶組底部的砂礫巖體巖性較為復雜,包括礫巖、礫狀砂巖、含礫不等粒砂巖、細砂巖、粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖,反映出“近物源,多物源”的特征。

(3)研究區(qū)Ng33砂層組沉積時期存在3個物源供應區(qū):研究區(qū)南部、東部和西部,并且西部物源相對較遠。

(4)研究區(qū)Ng33砂礫巖體屬于辮狀河沉積,發(fā)育心灘、河道充填、道間灘地、道間洼地4種微相。從沉積相縱向演化來看,33小層沉積時期,物源供應充足,河道亞相約占研究區(qū)面積的2/3,尤其是心灘十分發(fā)育;32小層沉積時期,物源供應有所減少,河道寬度及分布范圍明顯縮小;31小層沉積時期,河道規(guī)模有所擴大,道間亞相不甚發(fā)育。

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