濟陽坳陷陸相斷陷盆地不整合的油氣輸導方式及性能

隋風貴,宋國奇,趙樂強,王學軍

(勝利油田地質(zhì)科學研究院,山東東營 257015)

濟陽坳陷陸相斷陷盆地不整合的油氣輸導方式及性能

隋風貴,宋國奇,趙樂強,王學軍

(勝利油田地質(zhì)科學研究院,山東東營 257015)

通過研究濟陽坳陷不整合結(jié)構(gòu)地質(zhì)特征,并結(jié)合已發(fā)現(xiàn)地層油藏油氣輸導過程剖析,分析不整合的油氣輸導方式及性能。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方式,其中砂/砂型控制著不整合的垂向輸導方式,砂/泥型、泥/砂型則控制著不整合的橫向輸導方式;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油氣范圍具有較大的局限性;對一些圈源距離較遠的地層油藏進行預測,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;地質(zhì)特征;不整合;輸導方式;輸導性能;陸相斷陷盆地

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

1 主要不整合劃分

濟陽坳陷是在前第三系基礎上發(fā)育起來的新生代陸相斷陷盆地。濟陽坳陷第三系充填過程中,形成了 6個比較明顯的不整合[8-9]。其中一級不整合有 2個,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,對應地震標準反射層 Tr,T1;二級不整合有 4個,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),對應地震標準反射層 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 濟陽坳陷主要不整合(東營凹陷南北向 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鉆、測井資料分析,一個完整的不整合常發(fā)育 3層結(jié)構(gòu),即不整合頂板巖石、風化粘土層和半風化巖石。由于剝蝕時間、氣候、地形、構(gòu)造活動及巖性的原因,多數(shù)情況下缺失風化粘土層而形成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,即風化剝蝕帶粗碎屑殘積物近似原地的沉積,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平緩地區(qū),礫石磨圓較好,礫石成分與下伏半風化巖石成分一致。另一種為異地搬運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 風化粘土層

風化粘土層也稱古土壤,位于風化殼最上部,是在物理風化的基礎上、生物化學風化作用改造下形成的細粒殘積物[5]。該區(qū)風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)細礫。原巖結(jié)構(gòu)幾乎完全遭破壞,無明顯沉積構(gòu)造標志。巖石物性較差,測井解釋孔隙度為 5%～12%,滲透率為(1～7)×10-3μm2。

2.1.3 半風化巖石

半風化巖石是位于不整合面之下,風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)受到風化作用主要會發(fā)生兩方面的變化:一是在抬升至地表附近時產(chǎn)生網(wǎng)狀微破裂縫及后期溶蝕縫;二是長石、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。半風化砂質(zhì)巖多具有裂縫 -孔隙雙重儲集空間類型,與原巖相比,物性往往會有不同程度的改善。根據(jù)部分井的統(tǒng)計,在巖石類型基本相同的條件下,半風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隨著埋深的加大而有所降低[14]。

半風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。半風化泥巖抬升至地表附近時也會形成許多網(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%。由于半風化泥巖塑性較強,隨著后期地層埋深加大,微裂縫逐漸閉合,一般當不整合面埋藏深度在 1.5～2.0 km時,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 不整合的油氣輸導方式及性能

不整合能否輸導油氣以及如何輸導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、風化粘土層、半風化泥巖等物性差,一般作為非滲透層。不整合結(jié)構(gòu)砂泥組合型式實際上看作是滲透層與非滲透層的對接組合型式。這些組合型式控制著不整合對油氣的垂向或橫向輸導方式(表1)。

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

3.1 垂向輸導方式

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

3.2 橫向輸導方式

橫向輸導方式具體可細分為不整合面之上橫向輸導、不整合面之下橫向輸導等兩種方式。其中,不整合面之上橫向輸導方式主要發(fā)生于砂/泥對接型不整合結(jié)構(gòu)中,即油氣在不整合頂板砂礫巖中進行橫向運移;不整合面下橫向輸導方式主要發(fā)生于泥/砂對接型不整合結(jié)構(gòu)中,即油氣在不整合面下的半風化砂礫巖中進行橫向運移。在上述兩種方式中,當油氣橫向運移遇到側(cè)向非滲透層時,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入館陶組與孔店組之間的不整合,當不整合為砂/泥型組合時,易形成館陶組地層超覆油藏;當不整合為泥/砂型組合時,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?中間仍夾有一定厚度的泥巖隔層,而這些泥巖隔層往往會對油氣運移產(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油氣的能力大大降低,即不整合橫向輸導油氣一般只在局部進行,難以長距離輸導油氣。

圖 3 樂安南區(qū)地層油藏油氣輸導方式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,因此作為輸導體系而言,陸相斷陷盆地不整合對油氣的輸導能力是有限的。一個油氣藏的形成很少能單獨依靠不整合進行油氣的輸導,更多的情況是與斷層、骨架砂體一起來共同構(gòu)成復式輸導體系來輸導油氣。筆者對濟陽坳陷已發(fā)現(xiàn)的 69個第三系地層油藏的油氣輸導特點進行了分析,發(fā)現(xiàn)約有 70%的地層油藏其油氣輸導是由斷層、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則是由斷層、骨架砂體兩者來完成。尤其是對于一些遠離油源的油藏,則更是需要依靠斷層與骨架砂體將油氣從洼陷“輸送”過來,而不整合對油氣的輸導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行長距離運移,陸相斷陷盆地中地層油藏的預測要特別重視斷層、骨架砂體與不整合的配合作用。在砂/砂型對接的地區(qū),當有斷層、骨架砂體與不整合配合形成輸導體系時,有利于不整合下伏層油氣穿過不整合面垂向運移,進而發(fā)生橫向運移,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),當油源斷層與不整合連通時,會發(fā)生不整合對油氣的橫向輸導,其附近可相應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、半風化砂礫巖等一般有較好的滲透性;半風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)生不同的油氣輸導方式。其中,砂/砂型有利于油氣穿過不整合面垂向輸導,砂/泥型有利于不整合之上的橫向輸導,泥/砂型則有利于不整合之下的橫向輸導。由于砂、泥巖橫向變化快,使得不整合很難進行長距離連續(xù)輸導油氣。

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

[1] 潘鐘祥.不整合對于油氣運移聚集的重要性[J].石油學報,1983,4(4):1-10.

PAN Zhong-xiang.Significance of unconformity to petroleum migration and accumulation[J].Acta Petrolei Sinica,1983,4(4):1-10.

[2] 艾華國,蘭林英,張克銀,等.塔中隆起區(qū)中 -下奧陶統(tǒng)頂不整合面油氣運移分析和勘探潛力評價[J].石油實驗地質(zhì),1996,18(1):1-12.

A IHua-guo,LAN Lin-ying,ZHANG Ke-yin,et al.Hydrocarbon migration and exploration potential in the unconfor mities at the top of the Middle-Lower Ordovician in the central uplift belt,Tari m Basin[J].Oil&Gas Geology,1996,18(1):1-12.

[3] 付廣,許澤劍,韓冬玲,等.不整合面在油氣藏形成中的作用[J].大慶石油學院學報,2001,25(1):1-4.

FU Guang,XU Ze-jian,HAN Dong-ling,et al.Role of surface of unconformity in formation of oil or gas reservoirs[J].JournalofDaqing Petroleum Institute,2001,25 (1):1-4.

[4] 曹劍,胡文暄,張義杰,等.準噶爾盆地油氣沿不整合運移的主控因素分析[J].沉積學報,2006,24(3):399-405.

CAO Jian,HU Wen-xuan,ZHANG Yi-jie,et al.The main factor controlling petroleum migration along unconformity in the Junggar Basin[J].Acta Sedi mentologica Sinica,2006,24(3):399-405.

[5] 吳孔友,查明,洪梅.準噶爾盆地不整合結(jié)構(gòu)模式及半風化巖石的再成巖作用 [J].大地構(gòu)造與成礦學, 2003,27(3):270-276.

WU Kong-you,ZHA Ming,HONGMei.Structuralmodels of unconfor mity and recurrent diagenesis of semi weatherring rock in Junggar Basin[J].Geotectonica et Metallogenia,2003,27(3):270-276.

[6] 宋國奇,陳濤,蔣有錄,等.濟陽坳陷第三系不整合結(jié)構(gòu)礦物學與元素地球化學特征[J].中國石油大學學報:自然科學版,2008,32(5):7-11.

SONG Guo-qi,CHEN Tao,J I ANG You-lu,et al.Mineralogical and element geochemical characteristics of unconformity structures of Tertiary in Jiyang depression[J]. Journal of China University of Petroleum(Edition ofNatural Science),2008,32(5):7-11.

[7] 張克銀,艾華國,吳亞軍.碳酸鹽巖頂部不整合面結(jié)構(gòu)層及控油意義[J].石油勘探與開發(fā),1996,23(5):16-19.

ZHANG Ke-yin,A I Hua-guo,WU Ya-jun.Characteristics and oil-controlling significance of unconformity structure layer on top of carbonate rock[J].Petroleum Exploration and Development,1996,23(5):16-19.

[8] 隋風貴,趙樂強.濟陽坳陷不整合結(jié)構(gòu)類型及控藏作用[J].大地構(gòu)造與成礦,2006,30(2):162-166.

SU I Feng-gui,ZHAO Le-qiang.The unconformity configuration type and its reservoir for ming control in Jiyang depression[J].Geotectonica etMetallogenia,2006,30(2): 162-166.

[9] 隋風貴,趙樂強,林會喜,等.濟陽坳陷第三系地層油藏形成機制與組合模式 [J].油氣地質(zhì)與采收率, 2005,12(6):1-5.

SU I Feng-gui,ZHAO Le-qiang,L IN Hui-xi,et al.The for ming mechanis m and its combination mode of stratigraphic reservoir in Tertiary in JiyangDepression[J].Petroleum Geology and Recovery Efficiency,2005,12(6):1-5.

[10] 張建林.地層不整合對油氣運移和封堵的作用[J].油氣地質(zhì)與采收率,2005,12(2):26-29.

ZHANG Jian-lin.The function of stratigraphic unconformity to the oil-gas migration and seal[J].Petroleum Geology and Recovery Efficiency,2005,12(2):26-29.

[11] 李平平,鄒華耀,郝芳.準噶爾盆地腹部侏羅系頂部風化殼的發(fā)育機制及其油氣成藏效應 [J].沉積學報,2006,24(6):889-895.

L I Ping-ping,ZOU Hua-yao,HAO Fang.Formation mechanism and effect on petroleum accumulation of the weathering crust,top of Jurassic,in the Hinterland of JunggarBasin[J].Acta Sedimentologica Sinica,2006, 24(6):889-895.

[12] 付廣,段海鳳,孟慶芬.不整合及輸導油氣特征[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā),2005,24(1):13-16.

FU Guang,DUAN Hai-feng,MENG Qing-fen.Unconformity and transport hydrocarbon characteristic[J].Petroleum Geology&Oilfield Development in Daqing, 2005,24(1):13-16.

[13] 高長海,查明.不整合運移通道類型及輸導油氣特征[J].地質(zhì)學報,2008,82(8):1113-1120.

GAO Chang-hai,ZHA Ming.The types of unconformity migration passages and characteristics of hydrocarbon transport[J].Acta Geologica Sinica,2008,82(8): 1113-1120.

[14] 隋風貴,王學軍,趙樂強.濟陽坳陷不整合油氣成藏與勘探[J].油氣地質(zhì)與采收率,2009,16(6):1-7.

SU I Feng-gui,WANG Xue-jun,ZHAO Le-qiang.Exploration and hydrocarbon accumulation of unconformity reservoirs in Jiyang Depression[J].Petroleum Geology and Recovery Efficiency,2009,16(6):1-7.

[15] 李丕龍,龐雄奇.陸相斷陷盆地隱蔽油氣藏形成——以濟陽坳陷為例[M].北京:石油工業(yè)出版社,2004: 117-357.

(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項目(06012)

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