美國北達(dá)科他州沉積盆地石油地質(zhì)特征研究

一、構(gòu)造特征

美國北達(dá)科他州威利斯頓盆地為近似于圓形的、次級構(gòu)造較少的盆地。這個地區(qū)的地層傾角通常小于0.5°，局部可以達(dá)到1.5°。盆地中部的巴肯頁巖埋藏深度為9500～11000ft（2895.6～3352.8m）。

整個盆地構(gòu)造變化較小，主要是位于北達(dá)科他州西北部、南北走向的奈森（Nesson）背斜和蒙大拿東部的北西—南東走向的雪松河（Cedar Creek）背斜。此外，還有南北走向的比林斯鼻狀構(gòu)造以及小刀（Little Knife）背斜。

羚羊背斜為北西—南東走向，位于奈森背斜南端，是當(dāng)?shù)刈钪匾臉?gòu)造。羚羊背斜東北部地層傾角較大，具有很強(qiáng)的非對稱性，這與西南方的雪松河背斜對比鮮明。斯海帕德（Shepard，1990）認(rèn)為可能是拉臘米造山運動造成地塊下降，使得構(gòu)造的幾何形態(tài)呈現(xiàn)右旋轉(zhuǎn)動。

二、地層特征

1.巖性特征

威利斯頓盆地是一個大型克拉通內(nèi)沉積盆地，盆地最初可能起源于克拉通邊緣，在科迪勒拉造山作用過程中演化成為一個克拉通內(nèi)盆地（Gerhard等，1990）。在顯生宙（寒武紀(jì)到第四紀(jì)）的大部分時間都有沉積作用，沉積地層的厚度大約為4880m。在地層剖面上識別出了多個不整合面，但顯生宙期間的所有沉積地層可以劃分為以下幾種沉積類型：古生界主要由旋回性碳酸鹽巖組成；而中生界和新生界以硅質(zhì)碎屑巖為主。在晚泥盆世和密西西比紀(jì)初，這個盆地是北美大陸西緣寬闊陸架區(qū)域內(nèi)的活動沉降區(qū)。威利斯頓盆地的原型盆地是加拿大泥盆紀(jì)埃爾克波因特（Elk Point）拉張盆地。

2.沉積環(huán)境

巴肯組中段的沉積模式為海相碳酸鹽巖淺灘復(fù)合體。巴肯組中段的巖相構(gòu)成說明其沉積環(huán)境為陸架到較淺的前濱環(huán)境。碳酸鹽巖沉積物（經(jīng)成巖作用轉(zhuǎn)變?yōu)榘自剖┛赡芫哂型庠吹男再|(zhì)，也可能是內(nèi)源的。外源沉積物可能來自盆地南部出露并遭剝蝕的區(qū)域（較老地層例如斯里?？怂菇M的剝蝕產(chǎn)物）。白云石化作用模糊了原生顆粒組構(gòu)，從而使人們難于就碳酸鹽巖的成因給出明確的答案。巴肯組中段豐富的硅質(zhì)碎屑物質(zhì)很可能源自威利斯頓盆地以北的區(qū)域（Webster，1984）。在盆地的北部，巴肯組中段的含砂量總體上增多。粉砂和極細(xì)粒砂可能通過風(fēng)暴事件中的懸浮水流或者通過風(fēng)成沉積作用向盆地方向搬運。

三、詳細(xì)地層劃分

（1）巴肯組下段頁巖層

下段頁巖厚度一般小于40ft（12m），由均勻、無鈣、含炭—瀝青、易破裂的厚層頁巖組成，但有些地區(qū)則呈平行致密薄層狀、蠟狀、質(zhì)硬、含黃鐵礦、具放射性的暗棕—黑色頁巖組合。頁巖含豐富的有機(jī)質(zhì)（有機(jī)碳平均含量12%）且在薄條狀紋理中常富含豐富的黃鐵礦。

裂縫產(chǎn)狀一般近平行或近垂直于層理面，裂縫表面充填有白色方解石和浸染狀黃鐵礦。Christopher將這些裂縫解釋為擠壓式泥裂。在基底滯留沉積中含有黃鐵礦化碎屑、化石碎屑、石英砂及粉砂和磷酸鹽的顆粒。

（2）巴肯組中段砂巖層

巴肯組中段砂巖層與下伏巴肯組下段頁巖層為區(qū)域不整合。其底部存在礫石和風(fēng)化面。而盆地邊緣地區(qū)，下段頁巖超覆于Torguay地層之上。

巴肯組中段砂巖層厚度為0～50ft（15m），主要由含少量頁巖和石灰?guī)r的互層狀粉砂巖和砂巖組成，其顏色主要是淺灰—中暗灰色，但在某些地區(qū)由于飽含油而使顏色模糊不清。該層中的頁巖常是粉砂質(zhì)的，呈綠灰色；石灰?guī)r為砂屑石灰?guī)r透鏡體。該層中化石豐富，主要為腕足類，并含有少量痕跡化石。

（3）巴肯組上段頁巖層

巴肯組上段頁巖以整合形式疊置于巴肯組的中段砂巖上，而位于Lodgepole石灰?guī)r下面。該段厚度一般小于20ft（7m），Webster認(rèn)為它與其下伏巴肯組中段呈整合接觸。上段頁巖地層與下段頁巖層類似，說明其沉積條件一致。

四、儲層特征

1.儲層厚度及物性特征

巴肯組高壓產(chǎn)區(qū)有效厚度為6～l5ft（1.83～4.57m）?？紫抖绕骄?%～12%之間，滲透率在0.05mD到0.5mD之間，盆地大部分地層都分布有高壓產(chǎn)區(qū)。

但也有報道認(rèn)為，巴肯組的頁巖具有雙孔隙度系統(tǒng)，在油藏壓力條件下，巖石基質(zhì)孔隙度只有2%～3%（Burrus等，1992），其中微裂縫占十分之一（裂縫孔隙度0.2%～0.3%）（Breit等，1992）。巴肯頁巖巖心樣本顯示，其基質(zhì)滲透率為0.02～0.05mD，但是并沒有說明這些滲透率是水平還是垂向上的（Reisz，1992）。由于微裂縫的出現(xiàn)，巴肯頁巖的有效滲透率大約是0.6mD（Breit等，1992）

2.裂縫發(fā)育特點

巴肯頁巖中構(gòu)造應(yīng)力造成的張性裂縫一般為垂向的，并且通常間隔數(shù)十厘米，但是這類裂縫的第一手觀測資料非常少。比林斯鼻狀構(gòu)造區(qū)域的壓力恢復(fù)試井一般體現(xiàn)不出這類裂縫的影響，因而儲層均質(zhì)性較高。盡管如此，薄片中可見大量水平的、垂直的、傾斜的、部分膠結(jié)的微裂縫（Cramer，1986）。與此相似的，通過在埃爾克霍思蘭奇油田的水平井模擬實驗發(fā)現(xiàn)，巴肯頁巖包含的微裂縫的間距只有2cm左右（Breit等，1992）。這些微裂縫的開度隨著頁巖中流體壓力的增大而減小。

五、總結(jié)

巴肯組儲層沒有明顯的邊底水存在，目前投入生產(chǎn)的油藏主要受裂縫發(fā)育程度的控制。因此，對于巴肯組儲層，只要儲集性能好，就可以形成具有工業(yè)價值的油氣聚集。

據(jù)Balcron 44-24 Varia井的壓力恢復(fù)中途測試（DST）資料可知，巴肯組略顯超壓，壓力梯度為0.53psi/ft（0.02kPa/m）。井底溫度平均為115℃左右。采出的石油在15.5℃條件下的比重為42°API（0.82g/cm3），氣油比為50×104 ft3 / bbl（1.4×104m3/bbl），在油田西部上傾方向上，氣油比增加到7080×104 ft3 / bbl（2.0×104～2.2×104 m3/bbl）。該油田的驅(qū)動機(jī)理是溶解氣驅(qū)。

因此，巴肯組油藏屬于一種常規(guī)油藏和非常規(guī)油藏的復(fù)合體，其中砂巖段為常規(guī)油藏，上頁巖段為受裂縫控制的、自生自儲的、不含邊底水的、超高壓非常規(guī)油藏。

作者簡介：馬?。?985-），男，山東東營人，學(xué)歷：本科，工作單位：勝利油田地質(zhì)科學(xué)研究院，助理工程師，研究方向：油藏工程。