鄂爾多斯盆地靖邊氣田前石炭紀(jì)古地貌解釋新模式

趙繼勇 劉海鋒 時(shí)孜偉 謝 姍 何 鎏 伍 勇 喬 博

1. 中國石油長慶油田公司勘探開發(fā)研究院 2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實(shí)驗(yàn)室

鄂爾多斯盆地靖邊氣田天然氣勘探初期，主要依據(jù)“臺中有溝，溝前有河”的認(rèn)識[1]，認(rèn)為主力溝槽在靖邊臺地前緣南北向展布?？紤]到燕山晚期區(qū)域地層整體西傾，東部上傾方向的古溝槽構(gòu)成了一條南北展布的遮擋帶，易于油氣的保存，這種模式有效指導(dǎo)了早期奧陶系的油氣勘探和靖邊氣田的勘探發(fā)現(xiàn)。隨著勘探進(jìn)一步證實(shí)，南北向溝槽內(nèi)部大量鉆探探井均鉆遇主力儲層，這種溝槽解釋模式制約了該區(qū)的天然氣勘探進(jìn)展。2006年，何自新等[2]提出靖邊臺地主體發(fā)育由西向東延伸展布的8條主力溝槽，溝槽走向由勘探初期的南北向展布修正為東西向分布，修正后的溝槽解釋模式，使得勘探區(qū)域迅速向東擴(kuò)展，隨后幾年下古生界天然氣勘探儲量提高了2倍多。天然氣開發(fā)階段，地震儲層預(yù)測繼續(xù)沿用這種東西向主溝槽、南北向支溝槽的解釋模式，儲層預(yù)測準(zhǔn)確率始終保持在80%以上。近幾年來，由于靖邊氣田儲量動用程度高，氣田穩(wěn)產(chǎn)形勢嚴(yán)峻，天然氣開發(fā)實(shí)施滾動擴(kuò)邊與內(nèi)部加密，并十分重視上、下古生界的立體開發(fā)、上古生界井兼探下古生界，10余口井在侵蝕主溝槽內(nèi)鉆探后，發(fā)現(xiàn)奧陶系馬家溝組五段馬五1+2亞段保存齊全、未見明顯地層剝蝕，而局部地層解釋完整區(qū)塊常常鉆遇侵蝕潛坑，其與主溝槽無毛細(xì)溝槽鏈接，整體二維地震的儲層預(yù)測準(zhǔn)確率不足70%。鑒于以上原因，亟需尋找一種新的溝槽與古地貌解釋模式，以有效提高井位部署成功率。

1 常規(guī)古地貌恢復(fù)方法綜述

無論是溝槽刻畫還是古地貌展布特征研究，都離不開古地貌恢復(fù)，目前較為成熟的古地貌恢復(fù)方法有地球物理法、古地質(zhì)學(xué)法、層序地層恢復(fù)法、殘余厚度法（以下簡稱殘厚法）、印模法、盆地分析回剝法、層拉平技術(shù)[3-15]等。地球物理法的優(yōu)點(diǎn)是形象、逼真、直觀，但受技術(shù)條件限制明顯，數(shù)據(jù)處理工作量大，并不能代表真正的原始古地貌，而是現(xiàn)今殘留的古地貌；古地質(zhì)學(xué)法為一種定性分析的古地貌恢復(fù)方法，無法實(shí)現(xiàn)定量化表征；層序地層恢復(fù)法要求準(zhǔn)確分析層序結(jié)構(gòu)樣式，屬定性分析，難度大，不確定性高；殘厚法屬于半定量恢復(fù)法，簡單易操作，但是未考慮后期構(gòu)造對沉積的影響，誤差較大；印模法考慮了后期構(gòu)造的影響，但僅是一種古地貌形態(tài)的鏡像回放，并不代表真正的古地貌形態(tài)，對“印?！钡貙右残枰M(jìn)一步去壓實(shí)校正；盆地分析回剝法考慮了盆地沉降區(qū)差異沉降和剝蝕，工作量大，且剝蝕量的計(jì)算、去壓實(shí)校正等誤差較大。計(jì)算機(jī)模擬法要求數(shù)據(jù)多，工作量大，人為因素高，無法進(jìn)行地層壓實(shí)校正，適用古地貌模式的建立。

為了解決上述問題，初期提出了綜合利用地球物理法、殘厚法、印模法、古地質(zhì)學(xué)法、層拉平技術(shù)恢復(fù)前石炭紀(jì)巖溶古地貌的集成技術(shù)流程。該方法主要包括5個步驟：①地球物理法識別主溝槽；②印模法、古地質(zhì)學(xué)法結(jié)合識別二級地貌單元；③殘厚法與印模法識別三級地貌單元；④采用層拉平技術(shù)，利用侵蝕面上下地層（石炭系本溪組與馬家溝組馬五1—4亞段）組合型式，進(jìn)一步消除殘厚法與印模法對三級地貌單元的矛盾解釋；⑤建立不同區(qū)塊古地貌單元劃分量化標(biāo)準(zhǔn)。這種方法雖然大大提高了古地貌單元劃分的準(zhǔn)確性，但步驟繁雜，工作量較大，時(shí)間成本高。

綜上所述，古地貌恢復(fù)實(shí)際上是一個較為復(fù)雜的研究過程，對技術(shù)手段要求高、工作量大，雖然不同學(xué)者選用不同的方法進(jìn)行古地貌恢復(fù)，但只能間接接近原始古地貌，恢復(fù)方法處于定性—半定量的發(fā)展階段，難以定量化預(yù)測較真實(shí)的古地貌形態(tài)，對氣藏勘探開發(fā)僅能做到地質(zhì)概念模型上的指導(dǎo)，缺乏立體“真實(shí)”性，尤其是對細(xì)節(jié)描述把握不到位。表面上看，一些方法雖然做到了古地貌恢復(fù)的定量化描述，但其實(shí)質(zhì)是利用其他界面間的地層厚度，采用“鏡像原理”推測古地貌的高低起伏，要么無法體現(xiàn)古構(gòu)造對古地貌的影響，要么無法直觀體現(xiàn)古地貌形態(tài)。

除此之外，一些方法需借助于計(jì)算機(jī)模擬[16]等工具，不僅成本高、工作量大、費(fèi)時(shí)多，依然不能同時(shí)解決古地貌恢復(fù)過程中既考慮古構(gòu)造影響又實(shí)現(xiàn)定量化評價(jià)的難題。

2 定量化古地貌恢復(fù)技術(shù)

筆者通過綜合分析已有古地貌恢復(fù)方法優(yōu)缺點(diǎn)，依據(jù)印模法、殘厚法基本原理，基于鉆井、測井資料，選取地下任意點(diǎn)做參考水平面，參考水平面至古地貌下伏基準(zhǔn)面之間的距離為古構(gòu)造起伏，參考水平面至剝蝕面的距離為古地貌高程值，通過繪制古地貌高程圖，可較為準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)古地貌定量化表征。該方法研究成本低、計(jì)算快捷，首次實(shí)現(xiàn)了古地貌刻畫由半定性、半定量到直觀定量化表征，適宜于國內(nèi)外各大油氣藏古地貌恢復(fù)研究。

該定量化古地貌恢復(fù)技術(shù)主要分為7個步驟：①基準(zhǔn)面選取。根據(jù)古地貌上覆及下伏地層沉積接觸關(guān)系，運(yùn)用沉積學(xué)原理，分別選擇距離最近的古地貌不整合面的上覆基準(zhǔn)面和下伏地層基準(zhǔn)面作為古地貌分析的基準(zhǔn)面。②地層厚度計(jì)算。分別計(jì)算工區(qū)內(nèi)完鉆井的古地貌不整合面—上覆基準(zhǔn)面、下伏基準(zhǔn)面的地層厚度，并對地層厚度進(jìn)行去壓實(shí)校正。③參考井點(diǎn)選取。對工區(qū)內(nèi)完鉆井的古地貌不整合面—上覆基準(zhǔn)面、下伏基準(zhǔn)面的地層厚度進(jìn)行排序?qū)Ρ?，選擇這2個地層厚度都是工區(qū)內(nèi)最大厚度的井作為參考井點(diǎn)，若不存在上述井點(diǎn)，則選擇上述2個地層厚度之和為工區(qū)內(nèi)最大值的井點(diǎn)作為參考井點(diǎn)。④參考水平面確定。將上述參考井點(diǎn)的下伏基準(zhǔn)面的底面水平面作為參考水平面。⑤計(jì)算工區(qū)內(nèi)各井點(diǎn)古地貌高程值，即計(jì)算工區(qū)內(nèi)各點(diǎn)古地貌不整合面—參考水平面的厚度。⑥古地貌恢復(fù)與工業(yè)制圖。利用工區(qū)內(nèi)各井點(diǎn)的古地貌高程值編制高程圖，得到古地貌恢復(fù)圖。⑦參考井點(diǎn)的古地貌高程值為古地貌不整合面—下伏基準(zhǔn)面的地層厚度；其他各井點(diǎn)的古地貌高程值為參考井點(diǎn)的古地貌不整合面—上覆基準(zhǔn)面和下伏基準(zhǔn)面的地層厚度之和減去計(jì)算井點(diǎn)的古地貌不整合面—上覆基準(zhǔn)面的地層厚度。古地貌高程計(jì)算模型見圖1。

圖1 定量化古地貌恢復(fù)方法原理示意圖

下面以工區(qū)內(nèi)A井為例，計(jì)算A井古地貌相對高程值HA。具體方法如下：

以P井下伏地層基準(zhǔn)面的底面水平面作為工區(qū)參考水平面，P井古地貌高程值為HP（其值與P井古地貌不整合面至下伏基準(zhǔn)面厚度相等），則工區(qū)內(nèi)任意A井古地貌相對高程值為HA。

式中HA表示A井古地貌相對高程值，m；hA表示A井古地貌高程補(bǔ)償值，m；HOA表示A井古地貌不整合面—下伏基準(zhǔn)面厚度，m；HCA表示A井古地貌不整合面—上覆基準(zhǔn)面厚度，m；HOP表示P井古地貌不整合面—下伏基準(zhǔn)面厚度，m；HCP表示P井古地貌不整合面—上覆基準(zhǔn)面厚度，m。

3 下古生界氣藏前石炭紀(jì)古地貌新模式

3.1 古地貌三級地貌單元劃分與古溝槽識別

根據(jù)定量化古地貌恢復(fù)方法，對靖邊氣田前石炭紀(jì)古地貌進(jìn)行恢復(fù)，上覆地層基準(zhǔn)面選擇本溪組頂部8號煤層，主要考慮該界面識別標(biāo)志清楚，為在全區(qū)范圍內(nèi)分布等時(shí)界面，并距離風(fēng)化殼足夠近，使得風(fēng)化殼受后期活動及構(gòu)造影響對古地貌的相對起伏的變化較小，同時(shí)這個界面是一個強(qiáng)波阻面，易于識別。下伏地層基準(zhǔn)面選擇馬五41層底部凝灰?guī)r，該段巖層在靖邊氣田下古生界全區(qū)可見、分布穩(wěn)定。

圖2 靖邊氣田巖溶古地貌恢復(fù)圖

從古地貌恢復(fù)結(jié)果看（圖2-a），靖邊氣田前石炭紀(jì)古地貌整體表現(xiàn)為西北、西南高，東部低且東南最低的特征。按古地貌高程值105 m可將全區(qū)分為兩個二級地貌單元：巖溶高地與巖溶斜坡。巖溶高地進(jìn)一步可細(xì)分為臺地、階地、洼地、潛坑4種三級地貌單元，而巖溶斜坡也可細(xì)分為殘丘、緩坡、洼地、潛坑、侵蝕溝槽5種三級地貌單元。不同地貌單元古地貌高程值略有差異，但彼此又有聯(lián)系，由高至低一般由殘丘、緩坡、洼地、潛坑或侵蝕溝槽逐級相連，鄰近地貌單元之間，古地貌高程值略有重復(fù)，但總體區(qū)分度較好。不同地貌單元古地貌高程值分布范圍詳見表1。

3.2 下古生界氣藏古地貌溝槽新模式與溝槽挖潛

基于以上研究，結(jié)合鉆井、測井資料，將目前侵蝕溝槽解釋模式應(yīng)該由原來二維地震所解釋的“東西向大型侵蝕溝槽、南北向毛細(xì)溝槽模式”為主（圖2-b）修正為“東西侵蝕主溝槽與局部侵蝕潛坑并存”為主的新模式。進(jìn)一步評價(jià)后認(rèn)為，與原預(yù)測結(jié)果相比較，靖邊氣田下古生界侵蝕主溝槽東西向長度估計(jì)縮短近1/2，寬度縮短約1/3，且毛細(xì)溝槽發(fā)育范圍較小，局部被半徑介于1～15 km的侵蝕潛坑替代。新的溝槽解釋模式是對原溝槽解釋模型的一種徹底革新，預(yù)計(jì)通過對全區(qū)侵蝕溝槽重新解釋分析，擴(kuò)大含氣面積305 km2，預(yù)計(jì)可建天然氣產(chǎn)能4.5×108m3/a。2016—2017年，利用該項(xiàng)成果，研究人員在原儲層預(yù)測的溝槽內(nèi)部署井位30口，已完鉆8口，7口井下古生界馬五1+2氣藏保存齊全，5口井試氣，平均天然氣無阻流量為14.3×104m3/d。

表1 靖邊氣田不同地貌單元古地貌高程值劃分表

4 結(jié)論與認(rèn)識

1）通過應(yīng)用考慮古構(gòu)造影響的定量化古地貌恢復(fù)方法，對鄂爾多斯盆地靖邊氣田前石炭紀(jì)古地貌進(jìn)行恢復(fù)，恢復(fù)后的古地貌形態(tài)整體西北、西南高，東部大部分地區(qū)地勢較低，尤其是東南地區(qū)地勢最低，為前石炭紀(jì)巖溶匯水區(qū)。

2）根據(jù)古地貌恢復(fù)結(jié)果對靖邊氣田下古生界氣藏侵蝕溝槽進(jìn)行重新評價(jià)，將該區(qū)溝槽解釋模式由“東西向大型侵蝕溝槽、南北向毛細(xì)溝槽模式”修正為“東西侵蝕主溝槽與局部侵蝕潛坑并存”的新模式。這種溝槽展布模式是對前期溝槽解釋模式的徹底革新。

3）評價(jià)認(rèn)為靖邊氣田侵蝕溝槽與原預(yù)測結(jié)果比較，東西向長度估計(jì)縮短近1/2，寬度縮短約1/3，且毛細(xì)溝槽發(fā)育范圍較小，局部被半徑介于1～15 km的侵蝕潛坑替代。

4）通過對全區(qū)侵蝕溝槽重新解釋分析，靖邊氣田下古生界氣藏?cái)U(kuò)大含氣面積305 km2，預(yù)計(jì)可建天然氣產(chǎn)能4.5×108m3/a。

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