鄂爾多斯盆地中部氣田斷層發(fā)現(xiàn)及其意義

代金友,何順利

(中國石油大學(xué)(北京)石油工程教育部重點實驗室)

鄂爾多斯盆地中部氣田斷層發(fā)現(xiàn)及其意義

代金友,何順利

(中國石油大學(xué)(北京)石油工程教育部重點實驗室)

以往研究中對鄂爾多斯盆地中部氣田是否存在斷層一直未有定論。隨著開發(fā)的深入和資料的完善,在地層對比和地震資料解釋工作中,發(fā)現(xiàn)氣田內(nèi)部存在北東和北西向2組小斷距剪切斷層,其組合模式有4種,即正逆斷層共存斷階式組合、相同傾向正逆斷層組合、同傾向正斷層系列組合及背向式逆斷層組合。研究表明這2組小斷距剪切斷層是燕山期、喜馬拉雅期構(gòu)造強(qiáng)烈改造的結(jié)果,其性質(zhì)和分布特征與區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場相吻合。斷層周邊伴生的微裂縫對儲集層滲透性有極大改善作用,并對低滲氣藏的開發(fā)具有重要意義,與氣井產(chǎn)能對應(yīng)分析表明,80%高產(chǎn)井位于斷塊圈閉范圍內(nèi),表明斷塊區(qū)對油氣富集控制作用明顯。圖6表3參34

碳酸鹽巖;小斷層;剪切斷層;中部氣田;鄂爾多斯盆地

前人曾從不同角度對鄂爾多斯盆地中部氣田開展過大量研究,在氣田成藏條件[1-7]、古構(gòu)造-古地貌特征[8-14]、儲集層沉積-成巖演化[15-21]以及風(fēng)化殼儲集層性質(zhì)[22-27]等方面取得了許多重要認(rèn)識,但關(guān)于中部氣田斷層問題研究較少,斷層存在與否一直未有定論。隨著開發(fā)的進(jìn)一步深入和資料的不斷完善,在地層對比和地震資料解釋工作中,發(fā)現(xiàn)氣田內(nèi)部發(fā)育北東和北西向2組小斷距剪切斷層。本文結(jié)合實際資料對斷層發(fā)現(xiàn)過程及其相關(guān)問題進(jìn)行了探討。

1 地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地中部氣田位于陜北斜坡中部的靖邊—橫山一帶,為一面積約3×104km2的低滲、低豐度、低產(chǎn)特大型古巖溶氣田,儲量逾4 000×108m3。

氣田主要含氣層為奧陶系馬家溝組頂部蒸發(fā)潮坪沉積碳酸鹽巖儲集層,由O1m51—5亞段組成(見表1),厚度約120 m。該含氣層段內(nèi)發(fā)育9個氣層、3套氣藏組合:上部O1m51—3氣藏由7個氣層構(gòu)成,受加里東運動影響,O1m51—3亞段曾遭受過長期溶蝕淋濾、水流沖蝕及風(fēng)化剝蝕作用,從地層鉆遇情況來看,多數(shù)井中O1m51—3亞段發(fā)生了不同程度的缺失;而中部O1m54(1a)和下部O1m55(1)氣藏各由1個氣層構(gòu)成,由于地層埋藏相對深,風(fēng)化期受古風(fēng)化巖溶作用尤其是水流沖蝕作用的影響較小,地層基本未發(fā)生缺失。

表1 鄂爾多斯盆地中部氣田奧陶系古巖溶地層小層劃分

2 斷層的發(fā)現(xiàn)

2.1 井點斷層的發(fā)現(xiàn)

井點斷層是在地層對比過程中發(fā)現(xiàn)的。中部氣田O1m51—5亞段沉積期為一寬廣的陸表海碳酸鹽巖蒸發(fā)潮坪環(huán)境,巖石以晶粒結(jié)構(gòu)為主,少見鮞粒、內(nèi)碎屑,具有水體淺、能量低、循環(huán)不暢、干熱蒸發(fā)的沉積特點[24-27]。受周期性海平面脈動和蒸發(fā)氣候條件下碳酸鹽巖高生成率的控制,地層沉積穩(wěn)定、成層性好、韻律性強(qiáng)。保留的地層記錄中尤以穩(wěn)定分布的薄層泥巖發(fā)育為特色,并表現(xiàn)為厚度薄(小于2 m)、電性特征顯著(呈高自然伽馬尖峰狀、高聲波時差尖峰狀)、鉆遇率高(大于80%)、可比性強(qiáng)的特點。薄層泥巖的形成可能與海平面小幅度頻繁升降有關(guān),應(yīng)代表了短期基準(zhǔn)面旋回單向移動的極限位置。本研究以薄層泥巖為標(biāo)志,在O1m51—5地層記錄中共識別出以下4種典型的沉積旋回類型(見圖1)。

圖1 中部氣田O1m51—4亞段沉積旋回特征

①溶斑云巖(含硬石膏結(jié)核鑄模泥粉晶白云巖)—泥巖旋回:表現(xiàn)為溶斑云巖與薄層泥巖疊置,溶斑云巖GR呈低幅箱型,泥巖 GR呈高幅尖峰狀。該類旋回主要出現(xiàn)在 O1m51(1—3)及馬54(1a)(見圖 1a)。②含藻云巖—泥巖旋回:表現(xiàn)為含藻云巖與薄層泥巖疊置,含藻云巖 GR呈低漏斗型,泥巖 GR呈高幅尖峰狀。該類旋回主要出現(xiàn)于O1m51(4)和O1m52(見圖1b)。③泥質(zhì)云巖—泥巖旋回:表現(xiàn)為泥質(zhì)云巖與薄層泥巖疊置,泥質(zhì)云巖 GR呈高幅鋸齒型,泥巖 GR呈高幅尖峰狀。該類旋回主要出現(xiàn)在O1m53及 O1m54(2—3)(見圖1c)。④膏質(zhì)云巖—泥巖旋回:表現(xiàn)為膏質(zhì)云巖與薄層泥巖疊置,膏質(zhì)云巖 GR呈低幅鋸齒型,泥巖 GR呈高幅尖峰狀。該類旋回主要出現(xiàn)在O1m54(1b—3)(見圖1d)。

另外,O1m55亞段主要為云質(zhì)灰?guī)r或灰?guī)r沉積,GR低幅平直,但薄層泥巖出現(xiàn)較少。

在上述特征研究基礎(chǔ)上,采用旋回對比法對中部氣田500余口井進(jìn)行了地層對比工作。在對比、閉合過程中發(fā)現(xiàn),部分井測井曲線存在明顯的重復(fù)或缺失現(xiàn)象(見圖2),這與本區(qū)地層成層性好、發(fā)育穩(wěn)定的特征相悖。由于重復(fù)或缺失部位既不是頂部地層,也不是底部地層,而主要處于O1m51—5亞段中部,很難用風(fēng)化溶蝕引起的地層滑塌作用或鉆遇地層不全等原因來解釋。更重要的是,除缺失或重復(fù)部位外,測井曲線特征未見其他異常反應(yīng)。據(jù)此認(rèn)為該現(xiàn)象應(yīng)屬地層錯斷和相對滑移造成的,是斷層的明顯標(biāo)志。經(jīng)仔細(xì)對比、研究,共在12口井中發(fā)現(xiàn)斷點,其中,正斷層斷點10個,逆斷層斷點2個。統(tǒng)計斷距多數(shù)在4～20 m,平均7.9 m(見表2)。

2.2 地震剖面上斷層的發(fā)現(xiàn)

在提高分辨率處理、閉合差校正、能量均衡、VSP層位標(biāo)定和層位追蹤等工作基礎(chǔ)上,對4 000 km(合計210條)二維地震測線進(jìn)行了構(gòu)造解釋。解釋過程中發(fā)現(xiàn),部分地震剖面在O1m51—5亞段內(nèi)部存在同相軸錯位或錯斷現(xiàn)象,地層形變特征比較清晰,具有斷裂滑移的顯著特點(見圖3)。

圖2 單井?dāng)帱c對比圖

表2 單井?dāng)鄬犹卣鞅?/p>

圖3 地震測線上的斷層特征

通過對這些現(xiàn)象的慎重解譯,共識別出斷層95條,其中正斷層44條,逆斷層51條。統(tǒng)計斷距大于20 m的斷層18條,占總數(shù)的18.9%(見表3);斷距大于10 m的斷層66條,占總數(shù)的69.4%。研究表明,所有的斷層都帶有剪切性質(zhì)。正斷層以北西走向為主,長度5.5～50.0 km,平均為 12.5 km,垂直落差 7～40 m,平均為18 m;逆斷層以北東走向為主,長度4～29 km,平均為10 km,垂直落差6～40 m,平均為17 m。

表3 斷距大于20 m斷層要素表

3 斷層分布規(guī)律及組合模式

3.1 斷層分布規(guī)律

圖4為本次識別斷層的分布圖,從中可以看出,斷層多處于研究區(qū)中部和南部,表現(xiàn)為北東向和北西向2組走向。其中,北東向斷層以逆斷層為主,北西向斷層以正斷層為主。

3.2 斷層組合模式

通過斷層組合特征分析,發(fā)現(xiàn)本區(qū)斷層有以下4種組合模式(見圖5)。

①正逆斷層共存斷階式組合(見圖5a):在地震剖面上斷層呈正、逆間互出現(xiàn),斷層斷距較小,斷層性質(zhì)轉(zhuǎn)換快。

②相同傾向正逆斷層組合(見圖5b):表現(xiàn)為斷層平面距離較近、傾向相同,但斷層性質(zhì)不同。

③同傾向正斷層系列組合(見圖5c):相同傾向和力學(xué)性質(zhì)斷層在平面上呈雁列式排列,為剪切應(yīng)力作用結(jié)果。本區(qū)這種斷層組合最發(fā)育,主要分布在氣田中南部。與之伴生的斷層有正斷層,也有逆斷層。一般正斷層與之平行,逆斷層與之相交。正、逆斷層有相互切割的關(guān)系。

④背向式逆斷層組合(見圖5d):為本區(qū)常見的斷層組合,表現(xiàn)為2條逆斷層的反向組合,斷層的傾角一般大于60°,斷距相對較大。這種組合斷層在平面上一般延伸距離較長,展布方向以北東向和北東東向為主。

4 斷層形成機(jī)理

中部氣田斷層的形成與盆地構(gòu)造演化和區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場的變化密切相關(guān)。在鄂爾多斯盆地所經(jīng)歷的6個構(gòu)造演化階段(太古宙—古元古代基底形成階段,中、新元古代古陸裂谷集中發(fā)育階段,早古生代復(fù)合型克拉通坳陷發(fā)育階段,晚古生代—中三疊世聯(lián)合型克拉通坳陷發(fā)育階段,晚三疊世—早白堊紀(jì)扭動型內(nèi)陸坳陷發(fā)育階段及新生代扭張型盆地周緣斷陷發(fā)育階段)中[28-30],中、新生代以來的扭動型內(nèi)陸坳陷發(fā)育階段及扭張型盆地周緣斷陷發(fā)育階段是斷層形成關(guān)鍵階段。采用上覆地層厚度法進(jìn)行的構(gòu)造演化史研究(見圖6)表明,本區(qū)奧陶系在三疊系沉積前并未發(fā)生明顯的變形跡象,而地層褶曲主要出現(xiàn)在三疊系沉積后。這也說明在整個地史進(jìn)程中,奧陶系的構(gòu)造形變主要發(fā)生在燕山期和喜馬拉雅期;并且氣田中部和南部的構(gòu)造形變遠(yuǎn)強(qiáng)于氣田北部,這與本區(qū)斷層主要分布于氣田中南部的結(jié)果相一致。另外,從前人研究[31-34]來看,中、新生代以來特定的構(gòu)造應(yīng)力場是中部氣田斷層生成的重要機(jī)制,即:①燕山期構(gòu)造應(yīng)力場是由中國東部區(qū)域近南北向左行剪切應(yīng)力和西部與東部間的近南北向右行剪切應(yīng)力所派生的,分別受中特提斯動力體系和古太平洋動力體系的控制,并以北西—南東向為主要擠壓方向[31,32];②喜馬拉雅期構(gòu)造變形是南西方向擠壓應(yīng)力以及近南北向右行剪切所派生的北東—南西向擠壓應(yīng)力和北西—南東向拉張應(yīng)力聯(lián)合作用下產(chǎn)生的,是印度板塊與歐亞板塊碰撞以及碰撞期后的陸內(nèi)俯沖結(jié)果[32];③由于中、新生代以來,盆地所受構(gòu)造應(yīng)力強(qiáng)烈、地震多發(fā)、剪切裂縫發(fā)育,是早期地層改造關(guān)鍵時期,對油氣成藏起重要作用[33,34]。

圖5 中部氣田斷層組合模式圖

圖6 中部氣田南北向構(gòu)造演化史剖面圖(剖面位置見圖4,A—A′)

可見,中部氣田O1m51—5亞段2組北東和北西向小斷距剪切斷層是燕山、喜馬拉雅期構(gòu)造強(qiáng)烈改造的結(jié)果,其斷層性質(zhì)、分布特征與區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場相吻合。

5 斷層發(fā)現(xiàn)的意義

本區(qū)斷層雖小,但斷層周邊伴生的微裂縫不容忽視。微裂縫系統(tǒng)對儲集層滲透性有極大改善作用,并對低滲氣藏的開發(fā)具有重要意義。

對石炭系、O1m51、O1m52、O1m53、O1m54、O1m55底面構(gòu)造進(jìn)行分析,共識別出斷塊圈閉133個,背斜圈閉13個,斷鼻圈閉40個。其中,斷塊圈閉占總?cè)﹂]數(shù)量的71.5%,說明斷塊圈閉為本區(qū)主要圈閉類型。統(tǒng)計其圈閉幅度平均為36 m,圈閉面積平均為35 km2,高點海拔深度平均為-2 152 m。

與氣井產(chǎn)能對應(yīng)分析表明,高產(chǎn)井(產(chǎn)量大于100×104m3/d)的80%位于斷塊圈閉范圍內(nèi),表明斷塊區(qū)對油氣富集控制作用明顯。

致謝:在本文撰寫過程中,得到了中國石油長慶油田公司采氣一廠張宗林廠長的悉心指導(dǎo)和地質(zhì)所同志的熱心幫助,在此表示誠摯謝意。

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Discovery and significance of faults in the Mid G asfield,Ordos Basin

Dai Jinyou,He Shunli

(MOE Key L aboratory ofPetroleum Engineering,China University ofPetroleum,Beijing102249,China)

In the past,researchers could not make sure whether there were faults in the Mid Gasfield in Ordos Basin.With the progress in development and more available data,two groups of shear faults with NE direction and NW direction in the gasfield were found during the formation comparison and seismic data interpretation.There are four kinds of combination forms,namely,faulted-steps combination with co-existence of normal and reverse faults,same-dip normal and reverse faults combination,same-dip normal faults combination,and back-folding reverse faults combination.These two groups of faults were generated due to the strong tectonic movement during the Yanshan and Himalayan periods.Their properties and distribution features are consistent with the regional structural field.The associated micro-fractures around the faults greatly improve the permeability of the reservoir and have a great significance for developing the gas reservoir with low permeability.Production capacity analysis of relevant gas producers indicates that 80%of the productive gas producers are located in the faulted-block trap,showing the obvious effect of faulted-block on gas/oil accumulation.

carbonate rock;small fault;shear fault;Mid Gasfield;Ordos Basin

中國石油天然氣股份有限公司科技攻關(guān)項目(2004110024000244);石油科技中青年創(chuàng)新基金項目(06E1040)

TE121.3

A

1000-0747(2010)02-0188-08

代金友(1975-),男,黑龍江海倫人,博士后,現(xiàn)為中國石油大學(xué)(北京)講師,主要從事沉積學(xué)及天然氣開發(fā)地質(zhì)方面的教學(xué)和科研工作。地址:北京市昌平區(qū),中國石油大學(xué)(北京)石油天然氣工程學(xué)院,郵政編碼:102249。E-mail:110221750129833@sina.com

2008-03-22

2009-10-20

(編輯 王大銳 繪圖 李秀賢)