霸縣凹陷南洼槽古近系層序地層圈閉的識別

霸縣凹陷南洼槽古近系層序地層圈閉的識別

1沉積特征—地質(zhì)概況霸權(quán)縣的塌陷位于蒙古國中部，面積約2400公里2米。新系館陶組、古生代斌溪組、沙一段、沙二段、沙三段、沙四段、奧陶系、寒武系、霧夢山系等九種含油氣層系統(tǒng)。南洼槽處于霸縣凹陷中南部,是一個由牛東斷裂控制的單斷箕狀斷陷盆地,具有西斷東超、西陡東緩的構(gòu)造特征。該區(qū)主要劃分為州背斜構(gòu)造帶、高家堡背斜構(gòu)造帶及文安斜坡內(nèi)帶三大構(gòu)造單元,是霸縣凹陷油氣運移的長期指向。該區(qū)經(jīng)歷了40年的勘探歷程,大中型構(gòu)造油氣藏的勘探程度較高,勘探難度越來越大,但是新一輪油氣資源評價證實霸縣凹陷剩余油氣資源豐度高,勘探潛力仍然較大。因此,將勘探研究重點鎖定在勘探程度較低的巖性地層油氣藏。霸縣凹陷南洼槽古近紀(jì)—新近紀(jì)經(jīng)歷了從早期分隔、充填,中期水進(jìn)連通到晚期收縮、解體的3個沉積演化階段,在區(qū)內(nèi)形成了半咸水湖、淡水湖和陸上沉積三大環(huán)境,從坡積相、沖積相、鹽湖相開始,經(jīng)過湖泊相、三角洲和水下扇相,最后結(jié)束于河流相。同時受到強烈構(gòu)造活動和高部位持續(xù)隆升的影響,區(qū)內(nèi)構(gòu)造分異性強,地層和砂體超覆、上傾尖滅現(xiàn)象普遍,具備巖性地層油藏形成的優(yōu)越條件和良好勘探前景。但由于構(gòu)造活動頻繁、具有多物源供給體系,造成層序結(jié)構(gòu)和沉積相發(fā)育分布復(fù)雜,并缺乏系統(tǒng)性認(rèn)識,由此制約了該區(qū)巖性地層油氣藏的勘探。針對這些制約因素,正確分析認(rèn)識該區(qū)巖性地層油氣藏形成的有利因素,以層序地層學(xué)理論為指導(dǎo),建立高精度地層層序等時格架,運用適用的理論與技術(shù)方法,預(yù)測巖性地層圈閉的有利區(qū)帶,構(gòu)建巖性地層油藏成藏模式,進(jìn)行了巖性地層圈閉的有效識別,進(jìn)而發(fā)現(xiàn)落實了一系列有利目標(biāo),經(jīng)鉆探取得了巖性地層油藏勘探的新突破。2層序劃分的提出層序地層學(xué)是綜合應(yīng)用地震、鉆井、測井、露頭資料,同時參考生物地層學(xué)、遺跡學(xué)、巖石學(xué)和地球化學(xué)資料,在時空范圍內(nèi)研究地層層序的科學(xué)。運用層序地層學(xué)方法,在研究區(qū)開展了沉積體系及沉積相的系統(tǒng)研究,從而達(dá)到有效降低巖性地層油氣藏勘探風(fēng)險的目的,以求實質(zhì)性突破。層序劃分的關(guān)鍵在于識別出具有年代地層學(xué)意義的侵蝕面、沉積間斷面或可以與之對比的整合面。通過對霸縣中南部地區(qū)地層系統(tǒng)研究和對比,詳細(xì)分析研究對關(guān)鍵井的鉆井巖性剖面和主干地震剖面,可以識別出地層削截、沉積間斷等幾類不整合面。由此建立了層序劃分方案,為全面認(rèn)識古近系沉積演化規(guī)律及沉積體系空間展布規(guī)律奠定了良好的基礎(chǔ)。將沙一下亞段至沙四段分為7個三級層序,自下而上分別為:SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5、SQ6、SQ7(表1)。SQ1(沙四下亞段):該時期處于斷陷分割充填期,此時地貌特征為山陡洼深,沉積物主要為近源沉積,主要沉積了一套深灰色泥巖和黑色的膏泥巖互層。SQ2(沙四上亞段):該時期也處于斷陷分割充填期,基本是SQ1的繼承性沉積。所不同的是兩個時期的沉積物組成不同,SQ2時期則沉積了一套中粗砂巖夾紫紅色的泥巖,反映了SQ2為一次大規(guī)模的水退時期。SQ3(沙三下亞段):進(jìn)入了斷陷擴(kuò)張深陷期,盆地具有典型的西斷東超的不對稱箕狀結(jié)構(gòu)。該時期沉積地層的分布范圍較大,沉積也較厚,西邊牛東斷裂控制了當(dāng)時的沉降中心和沉積中心,向西南方向的州潛山構(gòu)造帶和東邊的文安斜坡地層均有超覆減薄的趨勢。SQ4(沙三中亞段):是SQ3的繼承性沉積,這一時期水體較深,是全區(qū)一次較大規(guī)模的湖侵,沉積中心位于西邊牛東斷裂控制的洼槽區(qū)。SQ5(沙三上亞段):進(jìn)入斷陷抬升期,在本區(qū)均有分布,其沉積中心仍然受牛東斷裂控制,位于洼槽區(qū)靠近斷層的一側(cè),向西南州構(gòu)造帶和東部文安斜坡地層厚度均有所減薄。SQ6(沙二段):該時期進(jìn)入凹陷基底抬升期,洼槽區(qū)沉積厚度相對較大,西南部州構(gòu)造帶及東部文安斜坡沉積厚度較薄。SQ7(沙一下亞段):該時期凹陷進(jìn)入斷坳擴(kuò)展期,地層分布范圍明顯擴(kuò)大,是古近系第二次較大規(guī)模的湖侵,向西南州構(gòu)造帶和東部文安斜坡上廣泛分布,洼槽沉積厚度最大,是一套區(qū)域性的烴源層和蓋層?。3層序界面的建立從沉積盆地的地質(zhì)特征出發(fā),以層序地層及沉積體系特征與分布研究為主線,綜合運用巖心、地震、測井和古生物資料,對盆地進(jìn)行層序單元的劃分對比分析、沉積體系類型與分布規(guī)律分析,通過地震合成記錄將鉆井地質(zhì)剖面上的旋回與地震上識別的旋回進(jìn)行對比和校正,將地震、鉆井、巖性等分層界面建立對應(yīng)關(guān)系,由此建立等時地層格架,在等時格架中進(jìn)行沉積相和沉積體系的研究。3.1斷陷帶和湖盆收縮期巖相古地理霸縣凹陷中南部地區(qū)在古近系沉積之前,是在燕山期斷塊運動改造的古生界復(fù)背斜溶蝕盆地基礎(chǔ)上發(fā)展起來的箕狀單斷凹陷。經(jīng)過了孔店組、沙四段沉積時期填平補齊的沉積作用,進(jìn)入了沙三段沉積時期的斷陷擴(kuò)張充填階段,接受了巨厚的碎屑巖、泥巖和油頁巖沉積,到沙二段沉積時期進(jìn)入斷陷抬升期,湖盆萎縮,此時氣候炎熱干燥,在整個區(qū)域發(fā)育了一套紅色泥巖夾膏鹽巖沉積,而在高家堡地區(qū)尤為典型。在沙一下亞段沉積期,又一次進(jìn)入斷坳擴(kuò)張期,此時的湖盆面積最為廣泛,但湖水較沙三段沉積時期淺,沉積了一套濱淺湖相碎屑巖、碳酸鹽巖和泥頁巖。研究表明,該區(qū)主要發(fā)育有3個主要物源區(qū),分別為來自西南部、西北部的牛駝鎮(zhèn)凸起及東部的文安斜坡,形成了西南部的州三角洲、西部的高家堡近岸水下扇及東部的文安三角洲三大沉積體系(圖1)。3.2霸縣凹陷中部地區(qū)在已建立的高分辨率層序地層等時格架內(nèi)進(jìn)行沉積體系研究,是識別巖性地層圈閉的有力保證。霸縣凹陷中南部地區(qū)古近系沉積時期以陸源碎屑沉積為主,沉積特征明顯,主要為各類砂巖、油頁巖及泥巖,并且成分成熟度較低,表明該區(qū)沉積物離物源較近;具有豐富的沉積構(gòu)造特征,為判別沉積環(huán)境、進(jìn)行沉積相、亞相和微相劃分提供了重要依據(jù)。3.2.1角洲前緣亞相三角洲沉積體系主要分布在西南部州地區(qū)、東部文安斜坡,形成于沙三段沉積期,物源充足、沉積速率快,持續(xù)時間長,規(guī)模較大,以三角洲前緣和前三角洲亞相最為發(fā)育,平面呈朵葉狀。通過巖心、測井相分析,可劃分出以下幾類微相:三角洲前緣水下分流河道微相、水下分流間灣微相、河口壩微相、遠(yuǎn)沙壩微相、水下天然堤微相等。3.2.2深湖—湖泊相本區(qū)湖泊分布廣泛,沙三段沉積時期是該區(qū)古近系—新近系水域較大的時期,形成了廣泛的湖泊相沉積,發(fā)育有濱淺湖灘壩微相、濱淺湖泥巖微相、濱淺湖風(fēng)暴微相,濱淺湖亞相主要發(fā)育在湖盆緩坡周緣,砂體多圍繞凹陷中心與湖岸平行或沿水下隆起外圍分布;其巖性主要為灰色泥巖與砂巖互層夾油頁巖、泥灰?guī)r和紫紅色泥巖。該區(qū)的半深湖—深湖濁積微相主要是由三角洲前緣砂體發(fā)生滑塌形成的滑塌濁積巖,發(fā)育于湖相深色泥巖中的細(xì)砂巖或粉砂巖,它在粒度特征上繼承了三角洲前緣砂體的特征?；鷿岱e巖具有豐富的層理類型,最為典型的是滑塌變形層理、球枕構(gòu)造、泄水構(gòu)造。3.2.3巖夾色砂巖巖的正韻律發(fā)育近岸水下扇主要發(fā)育在洼陷陡側(cè)牛東大斷裂的下降盤高家堡地區(qū),是一套暗色泥巖夾雜色砂礫巖的正韻律沉積。由一個或多個供給水道將沉積物向凹陷中補給形成水下扇,可將其分為內(nèi)扇、中扇和外扇3個亞相。砂體在平面上呈扇形、剖面上呈楔狀體,垂向上相互疊置于湖相沉積中。如雄古2井砂體即為水下扇相砂體。3.3分散系統(tǒng)的分布和特征3.3.1沉積體系及物源該區(qū)斷裂結(jié)構(gòu)復(fù)雜,主要斷裂的構(gòu)造走向為北北東和北東向,并且控制沉積體系及相帶的展布,因此斷裂結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性導(dǎo)致了沉積相平面及縱向分布的多變性。根據(jù)該區(qū)構(gòu)造特征,選擇了6條主干剖面,對骨干剖面的深入研究分析,基本能夠反映出該區(qū)主要沉積體系縱向上在層序地層格架中的分布特征。以家3—文古1連井沉積相剖面為例,該剖面位于該區(qū)北部高家堡構(gòu)造帶至文安斜坡帶(圖2),呈北西向。可以看出,該區(qū)主要發(fā)育半咸水湖相、扇三角洲相、近岸水下扇相,以及三角洲前緣亞相、濱淺湖亞相、半深湖—深湖滑塌濁積亞相等類型。層序SQ1主要發(fā)育近岸水下扇相沉積,新家4井只鉆遇高位體系域。層序SQ2主要發(fā)育扇三角洲相和三角洲前緣亞相沉積,向東部斜坡超覆尖滅,例如文古1井。層序SQ3以發(fā)育三角洲前緣亞相及半深湖—深湖滑塌濁積巖沉積為主,物源來自東部,在新家4井、家3井區(qū)發(fā)育滑塌濁積體,構(gòu)成了三角洲—滑塌濁積巖沉積體系。層序SQ4繼承了層序SQ3時期的沉積特征,同樣發(fā)育了三角洲前緣亞相和半深湖—深湖滑塌濁積沉積。層序SQ5主要發(fā)育近岸水下扇、三角洲前緣亞相及半深湖—深湖滑塌濁積沉積,這時期物源主要來自西部和東部。層序SQ6的物源主要來自東部文安斜坡,主要發(fā)育半咸水湖和濱淺湖沉積,湖侵時期在家101井附近發(fā)育半深湖濁積沉積。層序SQ7在該地區(qū)主要發(fā)育近岸水下扇和濱淺湖沉積。3.3.2文安三角洲沉積相通過對區(qū)內(nèi)主要深探井的單井相研究,對層序界面精細(xì)標(biāo)定及全區(qū)追蹤解釋,結(jié)合骨干相剖面、地震相分類,確定該區(qū)沉積體系的平面分布特征。將每個層序劃分為低位體系域、湖侵體系域和高位體系域這3個體系域。以沙三下亞段為例,進(jìn)行該區(qū)沉積體系平面展布特征分析(圖3)。(1)低位體系域。該層序內(nèi)主要發(fā)育三角洲砂體、近岸水下扇砂體、濁積砂體和灘壩砂體等4種砂體,砂巖平均厚26.5m。這些砂體分布于三角洲、近岸水下扇、湖泊沉積體系中,物源主要來自西南部州和東部文安斜坡方向,西北部物源供應(yīng)不強。州三角洲遇到州潛山后向潛山兩側(cè)分支:一支進(jìn)入淀北洼槽,前緣部分覆蓋14—305—40—28井區(qū);另一支進(jìn)入州洼槽,其前緣部分達(dá)到19井區(qū)以南的區(qū)域,州三角洲水上部分主要位于16—310—36—淀20x井一線以西,泥巖顏色為紅色。文安三角洲規(guī)模巨大,發(fā)育了兩條水下分流主河道:一條穿過文25井區(qū);另一條從文1井和文古1井中間穿過,使得文古1井區(qū)附近沉積的砂巖最厚,達(dá)到66.5m,文安三角洲前緣跨越了莊1—莊3—家24—家101—冀參7—文47井一線。由于斷陷期斷層活動和波浪的作用,三角洲前緣砂體滑塌到深水中,在高家堡地區(qū)形成大量的滑塌濁積砂體,而且濁積砂體的個體規(guī)模較大。高家堡地區(qū)靠近牛東斷層的下降盤發(fā)育了一套近岸水下扇砂體。(2)湖侵體系域。湖侵時期湖水范圍變廣,水體較深,造成州和文安兩個三角洲規(guī)模變小,平均砂巖厚度只有6.5m。文安三角洲前緣部分僅僅達(dá)到莊1—家16—冀參7—文47井一線。州三角洲平原位置變化不大,兩個朵葉狀的三角洲前緣都略有回縮?；鷿岱e砂體零星分布在文安三角洲前緣和州三角洲伸向淀北洼槽的朵葉體的周邊深水環(huán)境中,個體規(guī)模較小,連片性差。發(fā)育于牛東斷層下降盤的近岸水下扇雖然數(shù)量較低位時期增加,但是仍然規(guī)模較小。在淺水區(qū)的任95井和18—10—13—310井區(qū)分別發(fā)育了大面積的灘壩砂體。(3)高位體系域。高位時期湖平面緩慢回落,州三角洲和文安三角洲進(jìn)積作用加強,砂巖沉積厚度增加,平均為26.1m。砂體規(guī)模僅次于其在低位時期的程度,高家堡地區(qū)深水環(huán)境中的濁積砂體連片性好,形成了以家20井、家12井和家7井為中心的3套濁積砂體。高家堡地區(qū)靠近牛東斷層發(fā)育的近岸水下扇規(guī)模較小,淺水區(qū)的灘壩砂體與湖侵時期對比位置及范圍變化不大。4沉積展布規(guī)律和沉積控制因素通過對該區(qū)古近系層序地層追蹤解釋、沉積相研究、構(gòu)造特征分析,搞清了各層序及體系域的沉積展布規(guī)律和巖性地層圈閉發(fā)育的控制因素。綜合研究認(rèn)為,該地區(qū)文安斜坡內(nèi)帶、“凹中隆”背斜構(gòu)造帶和洼槽帶為3個巖性地層圈閉發(fā)育的有利區(qū)帶。4.1蝕和地層超覆作用文安斜坡是霸縣凹陷古近系繼承性發(fā)育的沉積斜坡帶,古近系沉積各時期均有來自斜坡上傾方向的物源供給體系,斜坡上部抬升剝蝕和地層超覆作用明顯,主要發(fā)育不整合遮擋圈閉和地層超覆圈閉。斜坡中下部則以沉積作用為主,地層厚度較斜坡上部明顯變大,從沙四段—沙一段繼承性形成了三角洲前緣、前三角洲亞相,是沉積坡折和斷裂坡折的發(fā)育帶,控制了多個三角洲前緣砂體和灘壩砂體的分布,有利于形成沉積坡折砂巖上傾尖滅、斷裂坡折砂巖上傾尖滅和地層超覆圈閉模式,是巖性地層圈閉形成的有利地區(qū)。4.2沙片段—“凹中有隆”的背斜構(gòu)造帶形成巖性地層圈閉發(fā)育帶霸縣南洼槽區(qū)在古近系沉積時期由于基底沉降作用,形成了兩種成因類型的正向構(gòu)造單元,即州潛山構(gòu)造帶和高家堡背斜構(gòu)造帶。前者形成時間早,古近系地層在潛山古隆起背景上形成繼承性披覆背斜構(gòu)造,沙三段來自西南部州的三角洲砂體和東部的文安三角洲砂體向隆起上逐層超覆,是形成砂體超覆和砂體上傾尖滅圈閉的有利區(qū)帶。高家堡背斜構(gòu)造帶形成時間較晚,沙四段—沙二段沉積時期是東、西、南多個物源沉積體系的沉積中心,沙二段沉積了巨厚的膏鹽巖地層,沙二段沉積末期開始形成,定型于東營組沉積時期,為后期構(gòu)造反轉(zhuǎn)形成的背斜構(gòu)造帶。因此,沙四段—沙二段繼承性發(fā)育的三角洲砂體由下傾尖滅變成上傾尖滅,在背斜帶的翼部和頂部有利于形成上傾尖滅和砂巖透鏡體巖性圈閉,沙一段—東營組砂體向構(gòu)造帶高部位減薄,有利于形成砂巖上傾尖滅圈閉。4.3深湖—繼承性洼槽帶形成巖性圈閉發(fā)育帶霸縣南部靠近牛東斷層的洼槽帶,古近系繼承性發(fā)育,形成了巨厚的深湖—半深湖沉積,來自東、南、西部物源的三角洲沉積體系,在該區(qū)形成了大量的前三角洲席狀砂、灘壩砂體和濁積砂體,被大套生油巖包圍,是形成自生自儲式巖性圈閉的有利區(qū)帶。5巖性地層圈閉發(fā)現(xiàn)在巖性地層圈閉發(fā)育的有利區(qū)帶中有效識別圈閉是最終目的,通過運用地震相分析、地震反演及地震屬性分析等技術(shù),在該區(qū)的巖性地層圈閉發(fā)現(xiàn)落實工作中見到了良好效果。5.1地震相特征識別砂體地震相分析技術(shù)是識別巖性地層圈閉的基本手段。地震相是指有一定分布范圍的三維地震反射單元,地震相參數(shù)由不同的地質(zhì)作用所產(chǎn)生,它們包含著一定的地質(zhì)意義(表2)。因此,地震相是沉積相的反映,地震相必然能夠反映儲集體或油氣儲集相帶,進(jìn)而能夠識別各種巖性地層類圈閉。將地震相分析技術(shù)應(yīng)用在州三角洲砂體的識別研究中,順著物源方向,在地震剖面上可以清晰地看到S形斜交前積反射地震相,這種反射結(jié)構(gòu)反映了來自西南方向的水流攜帶沉積物向淀北洼槽推進(jìn)的過程,由前積作用產(chǎn)生了反射結(jié)構(gòu)。該類型地震相以S形與斜交形前積反射(圖4)交互出現(xiàn)為特征,頂積層常不發(fā)育,底積層發(fā)育。反映物源供給充足的高能沉積作用與物源供給減少的低能沉積作用或水流路過沖刷作用周期性交替造成;頂積層不發(fā)育可能與水流過路沖刷作用有關(guān)。此種前積結(jié)構(gòu)反映盆地范圍和水體變化較大,造成水流能量強弱交替。5.2行層位標(biāo)定及層序地層格架的確定地震屬性是指由疊前或疊后地震數(shù)據(jù),經(jīng)數(shù)學(xué)變換而導(dǎo)出的有關(guān)地震波的幾何形態(tài)、運動學(xué)特征、動力學(xué)特征和統(tǒng)計學(xué)特征。地震屬性分析的流程:(1)進(jìn)行層位標(biāo)定;(2)層序界面的追蹤解釋,確定時窗,進(jìn)行地震屬性提取;(3)地震屬性優(yōu)選,優(yōu)選出用于預(yù)測的數(shù)量最少的屬性組合:(4)根據(jù)建立的地震屬性與地質(zhì)特征之間的統(tǒng)計關(guān)系,進(jìn)行地震屬性分析。針對巖性地層圈閉發(fā)育有利區(qū)帶的主要目的層段,以其頂?shù)捉缑嫦薅〞r窗,提取層間各種地震信息,采用不同屬性對同一砂體相互驗證,進(jìn)行儲集砂體的平面展布進(jìn)行預(yù)測(圖5),有效分辨出文安三角洲、州三角洲和牛東扇三角洲三大沉積體系及其砂體展布。5.3層序界面控制波場特征結(jié)果地震反演技術(shù)就是利用地震資料反演地層波阻抗的地震特殊處理解釋技術(shù)。在已建立的正確的地層層位模型、構(gòu)造模型和沉積模型的基礎(chǔ)上,開展地震反演,進(jìn)行必要的模型約束,它們對反演結(jié)果起著重要的控制作用。此外,針對該區(qū)目的層沙二段膏鹽巖發(fā)育、沙三段物性較差,導(dǎo)