高勝利, 高紀(jì)楊, 魏雪珂

(1.西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院, 西安 710065; 2.西安石油大學(xué)陜西省油氣成藏地質(zhì)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 西安 710065)

長期以來,關(guān)于含致密砂巖油層段古構(gòu)造及其演化特征,在斷裂不發(fā)育的坳(凹)陷型致密油盆地中的作用,研究薄弱、認(rèn)識不深入。例如,在鄂爾多斯盆地,含致密砂巖油層段構(gòu)造在致密砂巖油成藏中的作用研究,絕大多數(shù)研究者局限于盆地含油層段現(xiàn)今構(gòu)造的研究,早期認(rèn)為現(xiàn)今構(gòu)造對致密油成藏不起控制作用,后期在勘探深度不斷增大的前提下,認(rèn)為富集區(qū)相對構(gòu)造高部位模式、局部隆起等構(gòu)造在一定程度上控制致密油的分布[1-3],但這里提及的隆起構(gòu)造是指現(xiàn)今地層構(gòu)造特征。到目前為止,關(guān)于含致密砂巖油層段古構(gòu)造及其演化對致密砂巖油成藏的控制作用卻鮮有研究,在傳統(tǒng)固化“好砂帶找油”等思維的束縛下,人們關(guān)注更多的是儲層,而忽視地層古構(gòu)造及其演化的研究。然而,針對鄂爾多斯盆地華池地區(qū)延長組8段致密砂巖油成藏,并非符合傳統(tǒng)的“好砂帶找油”認(rèn)識[4],盡管關(guān)于致密油成藏積累了大量成果、認(rèn)識,但在地層古構(gòu)造及其演化特征方面的研究,盆地古構(gòu)造形態(tài)研究應(yīng)得到重視[5]。

油氣成藏地質(zhì)條件的形成貫穿于湖盆演化的始終,鄂爾多斯晚三疊世延長期演化形成的湖盆,造就了其中豐富的致密油資源,呈現(xiàn)多層系復(fù)合含致密油特征。關(guān)于鄂爾多斯盆地致密砂巖油的勘探,雖然已積累了豐富的勘探理論、方法等,但關(guān)于致密砂巖油成藏的基本因素與關(guān)鍵因素之間的厘定問題研究的很少,且不夠深入,且多表現(xiàn)在成藏地質(zhì)條件方面的綜合研究,往往是“面面俱到”,多是針對單層系致密油成藏規(guī)律的研究。存在的突出問題是認(rèn)為各層系致密油富集因素大同小異,沒有體現(xiàn)出盆地致密砂巖油成藏的關(guān)鍵因素,在該研究背景下難以對盆地致密油“甜點(diǎn)區(qū)”進(jìn)行預(yù)測。

優(yōu)質(zhì)儲層的形成必須具備一定的構(gòu)造條件,古地貌對沉積體系具有明顯的控制作用[6],湖盆內(nèi)次一級凹陷(或沉降中心)邊緣、古高地前緣斜坡及古隆起邊緣等往往是優(yōu)質(zhì)儲層形成的構(gòu)造條件[7-9],但該認(rèn)識直到近年在鄂爾多斯盆地才引起人們的關(guān)注,但是目前對于成藏關(guān)鍵時期地層古構(gòu)造特征,特別是定量化研究非常薄弱,對于鄂爾多斯盆地延長組成藏關(guān)鍵時期地層古構(gòu)造形態(tài)的恢復(fù)仍舊停留在傳統(tǒng)的沉積相分析基礎(chǔ)上,定性概略地層古構(gòu)造輪廓[10-12]。對于鄂爾多斯中生界這樣穩(wěn)定克拉通內(nèi)的坳陷性質(zhì)的湖盆,利用目前巖性地層單元所揭示的地層充填結(jié)構(gòu)和形態(tài),以及地震資料反映的單調(diào)的幾乎是平行的地層結(jié)構(gòu),難以對成藏關(guān)鍵時期地層古構(gòu)造形態(tài)特征和沉積坡折帶等重要問題給予比較清晰的回答,盆地模擬技術(shù)提供了定量化研究湖盆地層古構(gòu)造及其演化特征的有效途徑,可以進(jìn)一步研究湖盆底形-優(yōu)質(zhì)儲層的關(guān)系,研究優(yōu)質(zhì)儲層的成因、分布等。

綜上所述,現(xiàn)對致密油儲層研究,將研究趨勢從多對現(xiàn)有儲層的表征研究向直接發(fā)現(xiàn)儲層“甜點(diǎn)區(qū)”(即優(yōu)質(zhì)儲層分布區(qū))方向轉(zhuǎn)變,從而挖掘優(yōu)質(zhì)儲層(分布區(qū))形成的地層古構(gòu)造背景條件。

1 研究方法

目前古地貌恢復(fù)方法較多,最常見的方法是殘余厚度法和回剝法[13-14],其恢復(fù)結(jié)果基本是某一特定地層、在某一特定時期的古地貌特征研究,難以開展系統(tǒng)化的地層古地貌演化規(guī)律的研究,并且絕大多數(shù)結(jié)果難以對古地貌特征進(jìn)行定量化研究,盆地數(shù)值模擬技術(shù)基于盆地3 000余口石油及天然氣鉆井,在對研究區(qū)構(gòu)造、沉積、錄井、測井和分析測試等多種資料進(jìn)行了系統(tǒng)整理的基礎(chǔ)上,建立了盆地地質(zhì)模型,并選取了模擬參數(shù),限定了初始和邊界條件,為再現(xiàn)盆地演化過程的演化歷史提供基礎(chǔ)和依據(jù)。盆地模擬中涉及的參數(shù)很多[15-16],針對不同的研究重點(diǎn),關(guān)鍵參數(shù)有所差異,這些參數(shù)主要有地質(zhì)年代、主要地層厚度及頂面構(gòu)造特征、地層巖性模型、地層剝蝕量、溫度場參數(shù)、泥巖壓實(shí)系數(shù)、砂巖孔滲關(guān)系參數(shù)等,模擬中的其他參數(shù)可采用軟件系統(tǒng)的默認(rèn)值。

反演回剝技術(shù)仍是目前埋藏史、構(gòu)造演化史恢復(fù)的主導(dǎo)技術(shù),其原理是依據(jù)質(zhì)量守恒原則,隨著地層埋藏深度的增加,地層厚度逐漸變小,但地層的骨架厚度基本保持不變。各地層在保持其厚度不變的條件下,從目前盆地地層分層情況出發(fā),按地層年代逐層剝?nèi)?直至全部剝完為止,在逐層剝的過程中考慮壓實(shí)校正[17]。為了獲得與真實(shí)情況相符合的模擬結(jié)果,需要盡可能多的利用實(shí)測數(shù)據(jù)作為約束條件去修正模擬演化過程,通過不斷修改推測性的邊界條件和模擬參數(shù)使模擬結(jié)果接近于實(shí)測的標(biāo)定值。在盆地地質(zhì)模型的基礎(chǔ)上,進(jìn)行回剝計算,并經(jīng)壓實(shí)校正后,采用數(shù)值模擬技術(shù),恢復(fù)目的層底面在不同時期的古構(gòu)造特征。

研究使用法國石油研究院研制的Temisflow盆地模擬軟件實(shí)現(xiàn)。依據(jù)延長期湖盆的演化的階段性規(guī)律:初始沉降(長10期)、快速發(fā)展(長9～長8期)、強(qiáng)烈拗陷(長7期)、逐漸萎縮(長6～長4+5期)至消亡(長3～長1期)的完整發(fā)展過程[18]。在數(shù)值模擬的過程中,劃分為4個“目的研究層”定量化考察延長期湖盆的演化特征,這4個“目的研究層”為長10～長8、長7、長6～長4+5和長3～長1地層,分別研究上述各層在其沉積末期的古構(gòu)造特征。

2 各期湖盆底面構(gòu)造特征

2.1 長10～長8期底面凹凸構(gòu)造面貌格局

長10～長8地層在長8沉積期末,地層底面構(gòu)造高程整體表現(xiàn)為“東高西低、南高北低”的特征,其中構(gòu)造部位最低的區(qū)域在盆地西北部的環(huán)縣-華池-志丹-靖邊-定邊,構(gòu)造等高線在-600 m以下,地層底面構(gòu)造部位相對較低,等高線最低達(dá)-1 100 m左右;在盆地西南部,有一地層構(gòu)造高程落差為300 m左右的“洼地”古地貌。在盆地的中南部,表現(xiàn)為一北西-南東走向的、構(gòu)造高程差約300 m的大型“溝槽”古地貌(圖1)。

圖1 鄂爾多斯盆地三疊系延長組長10～長8地層在長8沉積期末地層底面凹凸構(gòu)造面貌

2.2 長7期底面凹凸構(gòu)造面貌格局

長7地層沉積期末,底面凹凸構(gòu)造面貌格局特征相對長8-10地層在長8沉積末期,整體表現(xiàn)為“南高北低”的古地貌特征,盆地北部為大面積的相對凹陷區(qū)、構(gòu)造高程達(dá)-1 150 m以上,長7期湖盆最深范圍分布在環(huán)縣-華池-甘泉-安塞-靖邊-定邊一線的橢圓形區(qū)域內(nèi)。范圍盆地四周構(gòu)造部位相對較高、在-800 m以上。盆地西南部的凹陷區(qū)已經(jīng)消失,進(jìn)而表現(xiàn)為緩坡的古地貌特征。盆地南部北西-南東走向的、構(gòu)造高程差約300 m的大型“溝槽”古地貌特征仍然存在(圖2)。

圖2 鄂爾多斯盆地三疊系延長組長7地層在長7沉積期末地層底面凹凸構(gòu)造面貌

2.3 長6～長4+5期底面凹凸構(gòu)造面貌格局

長6～長4+5地層在長6沉積期末,底面凹凸構(gòu)造面貌格局特征相對長7期特征又變化明顯,整體上表現(xiàn)為凹陷區(qū)分布在盆地西北區(qū)域、面積減少,構(gòu)造高程差也同時變小、約為200 m。在整個盆地的南部、東不邊緣區(qū)域?yàn)闃?gòu)造高部位地區(qū)。在盆地南部,底面凹凸構(gòu)造面貌格局表現(xiàn)為北西-南東走向的、構(gòu)造高程差約200 m的大型寬緩古地貌特征(圖3)。

圖3 鄂爾多斯盆地三疊系延長組長6～長4+5地層在長4+5沉積期末地層底面凹凸構(gòu)造面貌

2.4 長3～長1期底面凹凸構(gòu)造面貌格局

長3～長1地層在長1沉積末期,地層底面構(gòu)造面貌格局整體表現(xiàn)為“東高西低”的古地貌特征,底面構(gòu)造高程差在-1 150 m以下,盆地南部地層底面構(gòu)造高程在-900 m以上。整個盆地而言,地層底面凹凸構(gòu)造高程差為300～400 m(圖4)。

圖4 鄂爾多斯盆地三疊系延長組長3～長1地層在長1沉積期末地層底面凹凸構(gòu)造面貌

3 主湖盆中心遷移規(guī)律

恢復(fù)出來的各底面凹凸構(gòu)造面貌特征,其本質(zhì)就是各地層(長10～長8、長7、長6～長4+5和長3～長1)在其沉積末期底面構(gòu)造沉降史特征(圖5)。

圖5 鄂爾多斯盆地三疊系延長期主湖盆遷移規(guī)律

系統(tǒng)考察各期底面凹凸構(gòu)造面貌及其演化特征表明,長10～長8地層末期,主湖盆分布在盆地西北部、面積較小,揭示盆地西北區(qū)域構(gòu)造高程最低;長7地層沉積末期,主湖盆范圍水體最深、范圍較大,分布在盆地中北部,揭示盆地南高北低的構(gòu)造面貌;長6～長4+5地層沉積末期,主湖盆范圍又向西北方向縮小,湖盆范圍與長8沉積末期湖盆方位相當(dāng),揭示盆地東部、南部地層抬升;長3～長1地層沉積末期,主湖盆主要分布在盆地東部、范圍又開始擴(kuò)大、水體變小,揭示盆地東部地層抬升。

從主湖盆演化視覺考察延長期湖盆的演化規(guī)律,與前人用不同資料、不同方法的研究結(jié)果相吻合[19-21]。從精細(xì)定量化視覺考察,恢復(fù)的4期沉積末期古地貌結(jié)果,能定量化的識別出古地貌單元[13]的位置、范圍和規(guī)模等,這也是研究的創(chuàng)新之處。

4 湖盆演化對油藏分布影響的討論

研究湖盆在形成和消亡期間沉積坳陷的遷移規(guī)律,其重要意義在于能對各期砂體的縱向相互疊置、橫向分布的認(rèn)識。延長組沉積時期各沉積體系的演化過程,可以在時空上組成有利的生、儲、蓋組合[21-22]。

隨著致密油勘探步伐的加快,認(rèn)為地層沉積末期的底面構(gòu)造面貌特征與油藏分布關(guān)系密切(圖3),鄂爾多斯盆地華慶地區(qū)長6油藏的發(fā)現(xiàn),引起了構(gòu)造因素對油藏控制作用的重視,鄂爾多斯盆地華慶地區(qū)長6目的層沉積期處于深湖-半深湖環(huán)境,按常規(guī)的勘探理論,該區(qū)域是致密油勘探的“禁區(qū)”,深入研究認(rèn)為該區(qū)長6油層組沉積期為三角洲大規(guī)模發(fā)育期,在有利沉積相和成巖相共同控制下形成大規(guī)模低滲透儲集層,多坡折湖盆構(gòu)造面貌背景下是大規(guī)模低滲透儲集層形成的構(gòu)造條件[8,21-22],認(rèn)為晚三疊世延長組長7、長6油層組沉積期,鄂爾多斯盆地三角洲與重力流復(fù)合控砂形成了湖盆中部地區(qū)大面積發(fā)育的厚層深水砂巖,構(gòu)造事件控制了大面積深水坳陷的形成、沉積體系的變化、盆地沉積中心的遷移及重力流沉積事件的發(fā)生。鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)長7致密油藏的發(fā)現(xiàn),研究者已初步認(rèn)識到湖盆底形構(gòu)造因素對致密油成藏的控制作用,致密油勘探邁向“深水區(qū)”的步伐加快,同時積極開展模擬試驗(yàn),研究重力流沉積機(jī)理,重力流沉積主要分布于古斜坡—古洼地區(qū)[9]。

重視構(gòu)造因素(目前僅著眼于現(xiàn)今地層構(gòu)造形態(tài)特征)在致密油成藏中的重要作用后,使直接尋找、評價致密油“甜點(diǎn)區(qū)”成為可能。對巖性地層油氣藏的勘探,斜坡區(qū)大型地層油氣藏、大-中斜坡三角洲前緣大面積成藏和低斜坡砂質(zhì)碎屑流等巖性油氣藏的富集規(guī)律的研究,應(yīng)得到重點(diǎn)關(guān)注[23-26]。

現(xiàn)以長6～長4+5地層沉積末期的底面構(gòu)造面貌特征與油藏分布為例說明(圖3),長6沉積末期的底面構(gòu)造面貌特征表明,沿地層構(gòu)造高程最大(或者最小)處的連線(構(gòu)造脊線)兩側(cè),是目前發(fā)現(xiàn)的絕大部分長6油藏分布區(qū)。這就說明長6油藏主要分布在長6底面凸起構(gòu)造位置的兩側(cè),該底面凸起構(gòu)造現(xiàn)象的存在,對于長6儲層的形成非常重要。構(gòu)造脊線兩側(cè)揭示的凸起構(gòu)造就是沉積坡折帶[27]。鄂爾多斯盆地南部不同類型濁積巖與油藏的關(guān)系表明,濁積巖儲層油藏發(fā)育,而有利于的盆地底形構(gòu)造面貌條件是該儲層形成的誘發(fā)機(jī)制之一。

鄂爾多斯盆地新近的勘探實(shí)踐證實(shí),坡折帶對非構(gòu)造圈閉的發(fā)育具有明顯的控制作用[28],其控制作用體現(xiàn)在對優(yōu)質(zhì)儲層的形成,地層底面凸起即沉積坡折帶的存在,也為整個延長組地層各沉積期濁積巖的形成創(chuàng)造了必要的湖盆底形條件。水下沉積物重力流由于發(fā)生于較深水環(huán)境,無法直接觀察,只能依靠沉積物中保存的沉積特征推測其成因機(jī)理,中國陸相盆地各種成因類型的薄層或薄互層砂體十分發(fā)育,尤其深水環(huán)境中的重力流薄互層砂體中擁有豐富的油氣資源,采用常規(guī)地質(zhì)學(xué)理論和方法難以對它們進(jìn)行識別[29],系統(tǒng)的各期沉積時期湖盆底面凹凸構(gòu)造面貌特征,對于識別(沉積)坡折帶,進(jìn)一步尋找優(yōu)質(zhì)儲層,指明勘探區(qū)塊,勢必有一定的指導(dǎo)意義。

5 結(jié)論

(1)長10～長8地層末期,主湖盆分布在盆地西北部、面積較小,揭示盆地西北區(qū)域構(gòu)造高程最低。

(2)長7地層沉積末期,主湖盆范圍水體最深、范圍較大,分布在盆地中北部,揭示盆地南高北低的構(gòu)造面貌。

(3)長6～長4+5地層沉積末期,主湖盆范圍又向西北方向縮小,湖盆范圍與長8沉積末期湖盆方位相當(dāng),揭示盆地東部、南部地層抬升。

(4)長3～長1地層沉積末期,主湖盆主要分布在盆地東部、范圍又開始擴(kuò)大、水體變小,揭示盆地東部地層抬升。

(5)地層沉積末期的底面構(gòu)造面貌特征控制著延長組油藏分布。