陸相斷陷盆地沉積可容空間變化與油氣匯聚體系關(guān)系探討

黃建軍,朱振鑫

(中國(guó)石油化工股份有限公司上海海洋油氣分公司研究院,上海 200120)

陸相斷陷盆地沉積可容空間變化與油氣匯聚體系關(guān)系探討

黃建軍,朱振鑫

(中國(guó)石油化工股份有限公司上海海洋油氣分公司研究院,上海 200120)

陸相斷陷盆地的沉積可容空間變化規(guī)律控制著盆地的層序地層充填樣式和生儲(chǔ)蓋發(fā)育規(guī)律,根據(jù)目前我國(guó)陸相斷陷盆地的層序地層響應(yīng)特征,將沉積可容空間的變化頻率分為低頻和高頻兩種類型。油氣匯聚體系是陸相斷陷盆地油氣勘探的研究對(duì)象,根據(jù)油氣聚集規(guī)模將其劃分為大型、中型和小型等三種規(guī)模類型。具備不同層序地層充填樣式的陸相斷陷盆地一般發(fā)育不同規(guī)模類型的油氣匯聚體系和相應(yīng)的空間展布規(guī)律:低頻率沉積可容空間變化的陸相斷陷盆地可以發(fā)育大型、中型規(guī)模的油氣匯聚體系;高頻率沉積可容空間變化的陸相斷陷盆地一般發(fā)育中型或者小型規(guī)模的油氣匯聚體系,大型規(guī)模的油氣匯聚體系欠發(fā)育。我國(guó)陸區(qū)陸相斷陷盆地中的東營(yíng)凹陷是低頻率沉積可容空間變化的典型代表,東濮凹陷是高頻率沉積可容變化的典型代表;海區(qū)陸相斷陷盆地中的潿西南凹陷屬于低頻率可容空間變化的類型,海中凹陷屬于較高頻率可容空間變化的類型。

沉積可容空間變化率;高頻;低頻;油氣匯聚體系

1 關(guān)于沉積可容空間變化率

沉積可容空間是描述盆地地層沉積充填特征的重要參數(shù)之一,也是層序地層學(xué)中的一個(gè)重要概念[1-3],沉積可容空間的體積(V)是相對(duì)湖平面深度(H)、構(gòu)造沉降量(h)、沉積物供給量(S)以及其它多種因素的函數(shù),即V=f(H、h、S、….),在實(shí)際研究中通常用沉積盆地的面積(M)與相對(duì)湖平面深度(H)的乘積來(lái)進(jìn)行估算和半定量描述,即V≈M×H。目前國(guó)內(nèi)學(xué)者多以沉積可容空間變化率來(lái)定義盆地沉積可容空間的變化量(ΔV)與其他數(shù)值之間的函數(shù)關(guān)系,筆者認(rèn)為廣義的沉積可容空間變化率應(yīng)該分別表述為三個(gè)不同的函數(shù)關(guān)系:①可容空間變化(速)率(C),它是沉積可容空間體積變化量(ΔV)與變化時(shí)間間隔(ΔT)的比值;②沉積可容空間變化(頻)率(F),它是沉積可容空間變化旋回個(gè)數(shù)(N)與變化時(shí)間間隔(ΔT)之間的比值;③沉積可容空間(體積)變化率(A),它是沉積可容空間變化量(ΔV)與總的沉積可容空間體積(V)之間的比值。

沉積可容空間變化速率(C)是層序地層學(xué)中討論準(zhǔn)層序組疊加形式的控制參數(shù)之一,它與沉積物供給速率之間的比值決定了層序內(nèi)部準(zhǔn)層序組的空間疊加形式:當(dāng)前者大于后者時(shí),形成退積式準(zhǔn)層序組;當(dāng)兩者相當(dāng)時(shí),形成加積式準(zhǔn)層序組;當(dāng)前者小于后者時(shí),形成進(jìn)積式準(zhǔn)層序組。這個(gè)狹義的沉積可容空間變化率是目前業(yè)界內(nèi)熟悉且經(jīng)常被提到的函數(shù)量。

沉積可容空間變化頻率(F)的大小決定了相同地質(zhì)歷史時(shí)期內(nèi)地層層序中沉積體系的空間分布特征,在碎屑巖地層中直接決定了不同巖性地層單元的空間展布規(guī)律。對(duì)于具備不同沉積可容空間變化頻率的地層單元,生儲(chǔ)蓋的分布和組合規(guī)律不同,需要采取的研究方法和技術(shù)手段也不同。目前國(guó)內(nèi)對(duì)于陸相斷陷盆地的研究類型中,可以將沉積可容空間變化頻率分為兩大類:低頻率類型和高頻率類型。

沉積可容空間體積變化率(A)決定了在一個(gè)特定的沉積可容空間變化旋回中所能夠形成的層序界面的橫向范圍大小和層序地層單元的縱向厚度大小,即決定了在特定的地質(zhì)歷史時(shí)期內(nèi)可以形成的層序地層單元級(jí)別規(guī)模。另外它配合盆地古地形等因素可以對(duì)比分析盆地之間的層序結(jié)構(gòu)差異成因[4]。

可見(jiàn)上述三種狹義的沉積可容空間變化率分別具有不同的含義,我們?cè)诶闷溆懻撆璧爻练e充填特征時(shí)必須加以區(qū)分,不可籠統(tǒng)的稱之為沉積可容空間變化率。在盆地的勘探初期階段或者缺乏鉆井資料的勘探盆地(區(qū)塊),利用沉積可容空間變化頻率(F)和沉積可容空間體積變化率(A)對(duì)盆地沉積充填、油氣分布等的控制規(guī)律進(jìn)行盆地內(nèi)的分析和盆地間的對(duì)比均具有較強(qiáng)的理論指導(dǎo)意義。

2 油氣匯聚體系

含油氣系統(tǒng)和圈閉是石油地質(zhì)中兩個(gè)重要的概念和研究對(duì)象,就研究程度而言它們分別代表了含油氣盆地中兩個(gè)不同層面的研究對(duì)象:含油氣系統(tǒng)屬于宏觀的研究對(duì)象,它包括了生、運(yùn)、聚、圈、保的各個(gè)要素,是盆地評(píng)價(jià)級(jí)別的研究?jī)?nèi)容之一;圈閉屬于精細(xì)級(jí)別的研究對(duì)象,是盆地中油氣藏分析、預(yù)測(cè)中必然涉及到的研究?jī)?nèi)容,它相對(duì)于含油氣系統(tǒng)而言屬于較精細(xì)層面的研究對(duì)象。

為了便于在含油氣系統(tǒng)和圈閉之間確定一個(gè)中間級(jí)別的研究對(duì)象,同時(shí)也是為了避開(kāi)烴源巖和油源對(duì)比等研究對(duì)象的不確定性,紀(jì)友亮、黃建軍等(2008年)對(duì)油氣匯聚體系這一有別于含油氣系統(tǒng)和圈閉的研究對(duì)象進(jìn)行了定義和綜合分析,并且探討了油氣匯聚體系與層序地層單元之間關(guān)系[5-6]。概括來(lái)講,油氣匯聚體系就是一個(gè)油氣匯聚單元,它主要強(qiáng)調(diào)現(xiàn)今在地層中賦存的不同規(guī)模的“油氣聚集體”。在假定一個(gè)盆地具備油氣勘探潛力的前提之下,通過(guò)對(duì)盆地內(nèi)不同規(guī)模的儲(chǔ)集層系統(tǒng)、油氣輸導(dǎo)系統(tǒng)的分析,可以預(yù)測(cè)盆地內(nèi)不同規(guī)模的油氣匯聚體系,為確定不同精度層次的有利油氣勘探目標(biāo)體提供有力的理論指導(dǎo)。根據(jù)構(gòu)成油氣匯聚體系的儲(chǔ)集子系統(tǒng)和輸導(dǎo)子系統(tǒng)的規(guī)模及其組合關(guān)系,并結(jié)合油氣匯聚體系中可能擁有的油氣匯聚量,將油氣匯聚體系分為大型、中型、小型等三個(gè)類型。不同規(guī)模類型的油氣匯聚體系在陸相斷陷盆地內(nèi)分布特征各異(圖1)。

圖1 陸相斷陷湖盆油氣匯聚體系分布示意圖Fig.1 Distribution of oil-gas collective system in terrestrial fault-depressed basins

3 沉積可容空間變化頻率、沉積可容空間體積變化率與油氣匯聚體系關(guān)系討論

油氣匯聚體系由儲(chǔ)集系統(tǒng)和輸導(dǎo)系統(tǒng)構(gòu)成,陸相斷陷盆地中各種類型的砂體是構(gòu)成儲(chǔ)集系統(tǒng)的主體,不整合面、斷層、砂體是構(gòu)成輸導(dǎo)系統(tǒng)的主體[7]。沉積可容空間變化頻率(F)影響著砂體在特定地層中的分布規(guī)律,沉積可容空間體積變化率(A)通過(guò)影響不整合面的分布范圍控制著不同級(jí)別層序單元的形成,同時(shí)也間接影響層序地層單元內(nèi)砂體的分布規(guī)律,可見(jiàn)沉積可容空間變化頻率(F)和沉積可容空間體積變化率(A)通過(guò)影響陸相斷陷盆地的砂體分布、不整合面分布來(lái)進(jìn)一步控制著盆地內(nèi)油氣匯聚體系的分布規(guī)律。下面分別通過(guò)處在不同勘探階段、不同勘探環(huán)境中兩組陸相斷陷盆地的對(duì)比分析,探討沉積可容變化頻率(F)、沉積可容空間體積變化率(A)與油氣匯聚體系之間的關(guān)系。

3.1 東營(yíng)凹陷和東濮凹陷

這兩個(gè)凹陷屬于高勘探程度、陸區(qū)勘探環(huán)境的陸相斷陷湖盆,通過(guò)對(duì)兩個(gè)凹陷內(nèi)已經(jīng)取得的地質(zhì)認(rèn)識(shí)和勘探成果的對(duì)比分析,以沙河街組三段地層為分析對(duì)象,可以獲得一定程度的F、A與油氣匯聚體系之間的關(guān)系認(rèn)識(shí)。

3.1.1 東營(yíng)凹陷屬于低F低A類型,發(fā)育大型、中型油氣匯聚體系

勘探實(shí)踐表明,東營(yíng)凹陷是濟(jì)陽(yáng)坳陷中油氣資源最為豐富的含油氣盆地,其又以沙河街組為勘探重點(diǎn)層系,沙河街組三段中在東營(yíng)凹陷長(zhǎng)軸方向發(fā)育典型的三角洲前積地層(圖2),通過(guò)單井對(duì)比和地震資料識(shí)別等研究手段均可明顯的識(shí)別出三個(gè)三級(jí)層序,其四級(jí)層序發(fā)育特征不明顯。沙河街組三段的沉積可容空間變化情況可以進(jìn)行如下分析:在沙河街組三段沉積時(shí)間間隔一定的前提下,沉積地層共發(fā)育了三個(gè)三級(jí)層序,因此東營(yíng)凹陷沙河街組三段的三級(jí)層序沉積可容空間變化頻率F=3;根據(jù)沙河街組三段的前積結(jié)構(gòu)沉積特征和前人的古水深研究資料,沙河街組三段沉積時(shí)期屬于深盆深水沉積環(huán)境,盆地?cái)嗔鸦顒?dòng)也處于強(qiáng)烈期,所以其沉積可容空間總體積V屬于高值,如果在特定的沉積可容空間變化值(ΔV)前提下,沙河街組三段沉積時(shí)期的沉積可容空間體積變化率A屬于低值。

圖2 東營(yíng)凹陷沙河街組三段中部(第二、三級(jí)層序)沉積古環(huán)境Fig.2 Sedimentary environment in middle part of the third section of Shahejie Formation of Dongying Sag

沙河街組三段的油氣匯聚體系的構(gòu)成特點(diǎn)如下:三個(gè)三級(jí)層序中的前積地層主要由三角洲前緣砂體和滑塌濁積砂體構(gòu)成,由于沉積可容空間體積變化率A屬于低值,三角洲前緣的砂體在前積的背景下縱向疊置明顯,所以砂體的疊加厚度加大,可以形成中型、大型的砂體儲(chǔ)集層系統(tǒng);三角洲前積砂體和不整合面共同構(gòu)成了該套地層中的輸導(dǎo)系統(tǒng),兩者組合,便構(gòu)成了大型、中型的油氣匯聚體系(圖3)。

圖3 東營(yíng)凹陷沙三段A、F變化及油氣匯聚體系分布Fig.3 A、F change and distribution of oil-gas collective system in the third section of Shahejie Formation of Dongying Sag

3.1.2 東濮凹陷屬于高F高A類型,發(fā)育中型、小型油氣匯聚體系

東濮凹陷是濟(jì)陽(yáng)坳陷中與東營(yíng)凹陷相鄰的凹陷之一,與東營(yíng)凹陷相比其油氣資源欠豐富。根據(jù)已有的地質(zhì)認(rèn)識(shí)和勘探成果,對(duì)該凹陷的沙河街組三段的沉積可容空間變化做如下分析:根據(jù)陸相斷陷盆地層序級(jí)別劃分標(biāo)準(zhǔn),東濮凹陷沙河街組三段劃分為一個(gè)三級(jí)層序,所以該凹陷沙河街組三段三級(jí)層序沉積可容空間變化頻率F=1,僅從三級(jí)層序沉積可容空間變化頻率來(lái)看,其要比東營(yíng)凹陷低(東營(yíng)凹陷沙河街組三段三級(jí)層序沉積可容空間變化頻率F=3),但是東濮凹陷沙河街組三段發(fā)育了9個(gè)四級(jí)層序(圖4),即東濮凹陷沙河街組三段四級(jí)層序沉積可容空間變化頻率F=9,因此就同時(shí)期的地層相比,東濮凹陷沙河街組三段屬于高頻類型的斷陷盆地沉積地層;根據(jù)東濮凹陷巖相古地理研究資料,其在沙河街組三段沉積時(shí)期屬于“淺盆淺水”的沉積背景,即沉積可容總空間V屬于低值,在特定的沉積可容空間變化值(ΔV)前提下,該凹陷沙河街組三段沉積時(shí)期的沉積可容空間體積變化率A屬于高值。

圖4 東濮凹陷A、F變化及油氣匯聚體系分布Fig.4 A、F change and distribution of oil-gas collective system in Dongpu Sag

東濮凹陷與東營(yíng)凹陷之間的沉積可容空間變化率A的差異決定了兩者的沉積可容空間變化頻率F的差異:東濮凹陷沙河街組三段時(shí)期屬于“淺盆淺水”沉積背景,一定量的沉積可容空間變化值(ΔV)作用下,沉積基準(zhǔn)面狀態(tài)的變化較大(接受沉積區(qū)和剝蝕區(qū)的轉(zhuǎn)變),湖泊水體范圍變化明顯,砂體接受沉積的時(shí)間較短,便形成了不同時(shí)期的砂體在平面上分布較為分散,縱向上疊置厚度較薄的分布狀態(tài)(圖5)。也正是由于東濮凹陷沙河街組三段的沉積可容空間變化頻率的高值特征,決定了其三級(jí)層序結(jié)構(gòu)特征不明顯,以四級(jí)層序結(jié)構(gòu)特征為主。而東營(yíng)凹陷相應(yīng)時(shí)期以“深盆深水”為沉積背景,因?yàn)榭偟某练e可容空間V較大,同樣的ΔV作用下沉積基準(zhǔn)面的變化不明顯,湖泊水體范圍的變化也不明顯,砂體的沉積縱向厚度大、橫向集中,四級(jí)層序結(jié)構(gòu)特征不明顯,只有在較大ΔV的作用下才能形成明顯的層序界面即三級(jí)層序界面,因此只有三級(jí)層序結(jié)構(gòu)特征才能夠在東營(yíng)凹陷沙河街組三段得以顯示。

圖5 東濮凹陷沙三段A、F變化及沉積體系響應(yīng)示意圖Fig.5 A、F change and distribution of oil-gas collective system in the third section of Shahejie Formation of Dongying Sag

如上所述,東濮凹陷沙河街組三段的砂體在平面上分布分散、縱向上疊置較薄,因此構(gòu)成的儲(chǔ)集層系統(tǒng)規(guī)模較小;不整合面和與之接觸的砂體構(gòu)成了輸導(dǎo)系統(tǒng),兩者組合構(gòu)成了東濮凹陷沙河街組三段地層內(nèi)中型、小型的油氣匯聚體系(圖4)。

3.2 潿西南凹陷和海中凹陷

這兩個(gè)凹陷屬于中低勘探程度、海區(qū)勘探環(huán)境的陸相斷陷盆地,通過(guò)兩個(gè)凹陷的地質(zhì)資料分析和前面對(duì)F、A與油氣匯聚體系關(guān)系的認(rèn)識(shí),可以判斷兩個(gè)凹陷內(nèi)存在的沉積可容空間變化規(guī)律,預(yù)測(cè)兩個(gè)凹陷內(nèi)可能發(fā)育的油氣匯聚體系規(guī)模類型。

3.2.1 潿西南凹陷屬于低F低A類型,預(yù)測(cè)發(fā)育大型、中型油氣匯聚體系

潿西南凹陷流沙港組自下而上地層沉積環(huán)境三分性明顯,流三段和流一段分別為相對(duì)較粗的巖性地層,以三角洲前緣和三角洲平原沉積環(huán)境為主,流二段以大段的暗色泥巖為主,并且在盆地范圍內(nèi)分布較廣,從地震資料特征上看,流二段與其他兩個(gè)層段的地震反射明顯不同,地層內(nèi)部地震反射界面較為缺乏。潿西南凹陷流沙港組主要表現(xiàn)為三級(jí)層序結(jié)構(gòu)特征,屬于低F低A斷陷盆地類型,預(yù)測(cè)發(fā)育大型、中型油氣匯聚體系(圖6)。

圖6 潿西南凹陷油氣匯聚體系預(yù)測(cè)剖面Fig.6 The forecast section of oil-gas collective system in Weixinan Sag

3.2.2 海中凹陷屬于較高F較高A類型,預(yù)測(cè)發(fā)育中型、小型油氣匯聚體系

海中凹陷勘探程度更低,鉆井資料揭示地層不全。從地震資料上看,它與潿西南凹陷的地震反射特征明顯不同,在其流沙港組地震反射層中無(wú)明顯的大段的弱反射層段存在,主要以中振、中連、中頻亞平行充填反射特征為主,因此推測(cè)其屬于較高F較高A類型的陸相斷陷盆地,預(yù)測(cè)主要發(fā)育中型、小型的油氣匯聚體系(圖7)。

圖7 海中凹陷油氣匯聚體系預(yù)測(cè)剖面Fig.7 The forecast section of oil-gas collective system in Haizhong Sag

4 結(jié)論與討論

沉積可容空間的變化控制了陸相斷陷盆地的沉積充填特征,區(qū)分沉積可容空間變化速率、沉積可容空間變化頻率、沉積可容空間體積變化率之間的差異性,可以明確各自在盆地分析、油氣勘探實(shí)踐活動(dòng)中所起到的控制作用。沉積可容空間變化頻率和沉積可容空間體積變化率決定了沉積盆地的宏觀沉積特征,在盆地勘探初期和鉆井資料缺乏的海區(qū)區(qū)塊應(yīng)該加強(qiáng)研究;沉積可容空間變化速率決定了層序地層結(jié)構(gòu)內(nèi)部的發(fā)育特征,在開(kāi)發(fā)階段和圈閉評(píng)價(jià)層面上具有較強(qiáng)的研究意義。

一般來(lái)講,具備低頻的沉積可容空間變化頻率、較低的沉積可容空間體積變化率的陸相斷陷盆地,有利于形成大型、中型的油氣匯聚體系,反之,可能主要發(fā)育中型、小型的油氣匯聚體系,大型的油氣匯聚體系欠發(fā)育。

如何利用實(shí)際的鉆井資料和地震資料分析沉積可容空間的變化規(guī)律,并進(jìn)一步分析盆地的沉積充填規(guī)律,是盆地沉積充填研究技術(shù)手段的未來(lái)拓展領(lǐng)域之一。

[1]紀(jì)友亮,張世奇.陸相斷陷盆地層序地層學(xué)[M].北京:石油工業(yè)出版社,1996.

[2]紀(jì)友亮,張世奇,張宏.層序地層學(xué)原理及層序成因機(jī)制模式[M].北京:地質(zhì)出版社,1998.

[3]蔡希源,李思田.陸相盆地高精度層序地層學(xué)——隱蔽油氣藏勘探基礎(chǔ)、方法和實(shí)踐[M].北京:地質(zhì)出版社,2003.

[4]紀(jì)友亮,張善文,馮建輝.陸相湖盆古地形、可容空間的體積變化率與層序結(jié)構(gòu)的關(guān)系[J].沉積學(xué)報(bào),2005,23(4):631-638.

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Discussions on the relations between sedimentary accommodation space change and oil-gas collective system in terrestrial fault-depressed basins

Huang Jianjun,Zhu Zhenxin
(Institute of SINOPEC Shanghai Offshore Oil&Gas Company,Shanghai200120)

The rulesof the sedimentary accommodation space changes in terrestrial fault-depressed basin control the sequence stratigraphic filling patterns and the development rules of generating-reservoir-cover assemblage.Based on the sequence stratigraphic response characteristics of the terrestrial fault-depressed basins in China,the change frequency of sedimentary accommodation space is divided into two types:lower frequency and higher frequency.

Oil-gas collective systems are the main research objects in the oil-gas exploration of terrestrial fault-depressed basin.On the basis of the oil-gas accumulation scale,the oil-gas collective systems are divided into three types:great,middle and small ones.Commonly,the terrestrial fault-depressed basins with different sequence stratigraphic filling patterns develop different scale oil-gas collective systems with corresponding spatial distribution rules.

Lower frequency sedimentary accommodation space change in terrestrial fault-depressed basins will develop oil-gas collective systems with great scale or middle scale while the higher frequency sedimentary accommodation space change will develop oil-gas collective systems with middle scale or small scale,the greatscale oil-gas collective system developed rarely.

In the continental China,Dongying depression is the typical representative of terrestrial fault-depressed basins with lower frequency sedimentary accommodation space change,and the Dongpu depression represents the higher frequency sedimentary accommodation space change.In the oceanographical area,the Weixinan depression belongs to the type of the lower frequency sedimentary accommodation space change, and the Haizhong depression belongs to the type of higher frequency sedimentary accommodation space change.

sedimentary accommodation space change rate;higher frequency;lower frequency;oil-gas collective system

book=3,ebook=121

TE122.1

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2010.03.009

1008-2336(2010)03-0009-07

2010-03-31;改回日期:2010-04-20

黃建軍,1979年生,男,博士,工程師,2008年畢業(yè)于同濟(jì)大學(xué)海洋地質(zhì)專業(yè),現(xiàn)從事石油地質(zhì)綜合評(píng)價(jià)、層序地層及沉積體系等相關(guān)研究工作。E-mail:huang—hjj@126.com。