渤海盆地潛山下古生界巖溶古地貌特征分析
——以W油氣田為例

韋 紅,趙海峰,唐何兵,郭 誠

[中海石油(中國)有限公司天津分公司渤海石油研究院,天津300452]

渤海盆地潛山下古生界巖溶古地貌特征分析
——以W油氣田為例

韋 紅,趙海峰,唐何兵,郭 誠

[中海石油(中國)有限公司天津分公司渤海石油研究院,天津300452]

古地貌代表地層沉積和成巖作用的背景,對研究儲層的發(fā)育和演化具有重要意義。以渤海盆地W油氣田為例,在重新采集處理的地震資料基礎(chǔ)上,結(jié)合區(qū)域構(gòu)造背景、鉆井、測井資料,根據(jù)連井對比剖面潛山風化殼殘余厚度和潛山面之上沙河街組厚度的組合關(guān)系及其相對的厚薄變化特點,建立綜合解釋潛山下古生界巖溶風化殼古地貌的地質(zhì)模型。綜合利用殘余厚度法和印模法恢復(fù)了潛山下古生界巖溶古地貌的分布格局,顛覆了單一方法研究得到的結(jié)果。研究結(jié)果顯示:研究區(qū)分布巖溶高地、巖溶斜坡、巖溶盆地3個二級古地貌單元和臺地、殘丘、階坪、淺洼、溝谷、殘臺6個三級古地貌單元。其中研究區(qū)西部偏北地區(qū)為巖溶高地,南部為分布局限的巖溶盆地,北部、中部和東部主要分布巖溶斜坡,分布范圍最廣。

巖溶古地貌;渤海盆地;下古生界碳酸鹽巖;潛山;殘余厚度法;印模法

渤海W油氣田位于渤海盆地南部低凸起帶的中部位置,整體處于渤海盆地古地貌較高部位,氣藏主要富集在潛山頂部的風化殼巖溶帶。該部位在奧陶紀和寒武紀沉積了較厚的碳酸鹽巖,加里東期的抬升作用導(dǎo)致中奧陶統(tǒng)頂部和上寒武統(tǒng)頂部巖溶作用強烈,地貌單元與油氣的關(guān)系尚不明確。中國很多地區(qū)受加里期構(gòu)造運動影響形成了下古生界風化殼古巖溶[1],研究有可借鑒之處。渤海W油氣田經(jīng)過多年開發(fā),動態(tài)儲量比靜態(tài)儲量增加了近一倍,非常有必要對該油氣田的構(gòu)造和儲層進行深入研究。本研究在區(qū)域構(gòu)造背景和構(gòu)造演化的基礎(chǔ)上,結(jié)合地震資料恢復(fù)W油氣田潛山下古生界巖溶古地貌形態(tài),利用“殘余厚度法”和“印模法”劃分出巖溶高地、巖溶斜坡和巖溶盆地等古地貌單元,重新認識該地區(qū)潛山風化殼巖溶儲層特征,對潛山油氣勘探具有重要意義[2-5]。

1 古地貌地質(zhì)背景

研究區(qū)繼承性的古凸起構(gòu)造格局控制了奧陶紀和寒武紀的沉積格局與沉積特征。儲集巖主要包括石灰?guī)r和白云巖兩類。石灰?guī)r主要分布層位為中奧陶統(tǒng)上馬家溝組(O2ms)和中寒武統(tǒng)張夏組(∈2z),其次為中奧陶統(tǒng)下馬家溝組(O2mx)及上寒武統(tǒng)(∈3);白云巖主要分布層位為下奧陶統(tǒng)(O1),其次為上寒武統(tǒng),主要為粉、細晶結(jié)構(gòu)?；以茙r或云灰?guī)r是石灰?guī)r和白云巖的一種過渡巖類,白云質(zhì)分布不均,常集中分布而呈斑狀,稱云斑灰?guī)r,主要分布層位為下馬家溝組。

2 古地貌研究

2.1 古地貌恢復(fù)依據(jù)

目前常用的古地貌恢復(fù)方法有印模法、殘余厚度法、地震方法等。經(jīng)過優(yōu)選,在渤海W油氣田潛山奧陶系沉積前古地貌恢復(fù)中運用了印模法和殘余厚度法的結(jié)合。印模法是利用井震聯(lián)合制作潛山上覆沉積標志層到潛山頂面的厚度,運用其鏡像關(guān)系得到相對古地貌圖。殘余厚度法的原理是視待恢復(fù)地貌結(jié)束剝蝕開始上覆地層沉積時為等時面,選取某一特殊巖性段為基準面,將其拉平,該標志層以上殘余厚度的高低起伏在一定程度上代表了古地貌的形態(tài)。

根據(jù)對渤海W油氣田構(gòu)造演化和地質(zhì)特征的認識,中寒武統(tǒng)張夏組頂部發(fā)育的致密鮞狀灰?guī)r在該區(qū)分布面積很大,幾乎全區(qū)覆蓋,且不易被剝蝕,張夏組頂界以上的石灰?guī)r及白云巖容易受到風化作用,在此時開始發(fā)育裂縫,認定剛開始發(fā)育裂縫的時期是等時的,所以張夏組頂界可作為下標志層。張夏組頂界到潛山頂?shù)貙拥臍堄嗪穸瓤擅枋龉艓r溶的相對古地貌形態(tài)。潛山面以上沙河街組沉積建立在潛山頂部的侵蝕、風化地貌基礎(chǔ)上,主要以填平補齊的形式沉積,一般高處沉積厚度較薄或者缺失,低洼處沉積較厚。選取全區(qū)穩(wěn)定分布的東營組底界泥巖為等時面,作為上標志層。古地貌相對越高的地方,剝蝕程度越高,風化越強;古地貌相對較低的地方,剝蝕程度越低,風化越弱。古地貌相對較高的地方,充填沉積越薄或無充填;古地貌相對較低的地方,充填沉積越厚。潛山面上覆充填地層鏡像互補關(guān)系和下伏沉積地層殘余厚度為古地貌的恢復(fù)提供了重要的依據(jù)。下文分別將上標志層到潛山面的地層厚度和下標志層到潛山面的地層厚度簡稱為“上標志層”和“下標志層”。

2.2 印模法和殘余厚度法

渤海W油氣田北部、西部和南部為凹陷,東部位于低凸起帶,整體處于巖溶盆地內(nèi),該油氣田主要分布在巖溶高地和巖溶斜坡區(qū),極少部分位于巖溶盆地內(nèi)。為了進一步對三級古地貌單元進行描述,首先從鉆井和測井資料出發(fā),統(tǒng)計所有井的潛山面上覆充填沉積沙河街組的厚度和下伏潛山面到裂縫開始發(fā)育期的殘余厚度。結(jié)合測井、地震資料標定得到上標志層為強波谷反射,全區(qū)分布,易于追蹤;下標志層在常規(guī)地震資料基礎(chǔ)上,難以追蹤,但在疊前反演資料基礎(chǔ)上易于追蹤。貫穿南北的連井2井—4D井—1井—S1井—7井—8D井地震剖面,暖色為裂縫發(fā)育段,在該資料上準確解釋得到上標志層和下標志層(圖1)。

通過井震標定和層位追蹤得到上標志層?xùn)|營組底界到潛山面的厚度,并結(jié)合井點校正,分析古地貌形態(tài)(圖2a)。研究區(qū)內(nèi)上標志層到潛山面的填充厚度為0～250m,厚度差異較大,東西薄、南厚的趨勢較好地反映了東西高、南部低的古地勢分布。運用印模法將研究區(qū)西部和東部劃為巖溶高地(沙河街組厚度為100m以內(nèi)),西南部和東南部劃為巖溶盆地(沙河街組厚度大于250m),其他區(qū)域為巖溶高地和巖溶盆地的過渡區(qū),稱為巖溶斜坡(沙河街組厚度為100～250m)。潛山面的頂部發(fā)育巖溶,其厚度取決于風化、侵蝕、淋濾等作用影響的下限深度。下限深度越深說明古地勢越高,反之說明古地勢越低。中寒武統(tǒng)張夏組巖性為致密鮞狀灰?guī)r,分布穩(wěn)定,抗風化能力較強,選取鮞?；?guī)r頂界為潛山面下伏沉積地層標志層,也是風化殼巖溶帶的底板,其上覆殘余地層厚度西北部和南部厚,地層發(fā)育較全,包括了中奧陶統(tǒng)上馬家溝組和下馬家溝組部分地層和部分上寒武統(tǒng),但侵蝕下限深度較深,侵蝕至上寒武統(tǒng),裂縫發(fā)育的地層較厚。研究區(qū)西部、中部和東南部潛山殘余地層較薄,地層較老,裂縫發(fā)育地層厚度較薄。該區(qū)下標志層到潛山面的殘余厚度越厚,則風化剝蝕程度越強,應(yīng)該是古地勢高的部位(殘余厚度大于150m);殘余厚度越薄,受風化剝蝕程度越弱,應(yīng)該是古地勢較低的部位(殘余厚度小于50m);處于兩者之間應(yīng)該為古地勢緩坡發(fā)育帶(殘余厚度為50～150m)。巖溶高地可細分為巖溶臺地、殘丘兩個三級古地貌單元,巖溶臺地高而寬緩,呈北西—南東向展布,是該油氣田主要組成部分之一,其上分布大小不均的殘丘。巖溶斜坡可進一步劃分為殘臺、階坪和溝谷3個三級古地貌單元,殘臺分布范圍很小,主要在研究區(qū)最北部,溝谷主要分布在研究區(qū)北部和南部。巖溶盆地可進一步劃分為巖溶淺洼,在該油氣田分布區(qū)域較小。

比較圖2a、b可知,印模法和殘余厚度法的結(jié)果有一致性,但也存在顯著差異。最大的差異是研究區(qū)西北部4D井區(qū)、6D井區(qū)(圖上黑色橢圓圈),印模法結(jié)果為巖溶高地,殘余厚度法結(jié)果則為巖溶盆地,古地貌單元完全相反。原因是兩種方法只考慮了一種因素,研究有局限性。潛山的構(gòu)造運動和沉積作用非常復(fù)雜,單一方法無法表達清楚其古地貌形態(tài)。印模法能較迅速地反映古地質(zhì)背景信息,而殘余厚度法反映局部古地貌形態(tài)較有優(yōu)勢,單一分析就出現(xiàn)了互相矛盾的結(jié)果。

印模法與殘余厚度法研究表明,在研究潛山下古生界巖溶古地貌時,需要把握區(qū)域地質(zhì)背景和構(gòu)造演化,尋找較合理的新的古地貌解釋方法。

3 綜合古地貌解釋

從區(qū)域構(gòu)造背景出發(fā),奧陶系—寒武系被剝蝕得越多,殘余厚度越薄,當上覆充填的沙河街組越薄,也就是上下地層組合為上薄下薄時,古地勢位置越高;反之,上厚下厚的地層組合部位古地勢越低。印模法和殘余厚度法分析巖溶古地貌時各有側(cè)重,差異性比較大。印模法側(cè)重古地貌總體格局刻畫,殘余厚度法注重微觀古地貌格局刻畫,各有優(yōu)缺點[6-8]。需要在區(qū)域構(gòu)造背景基礎(chǔ)上,將兩種方法結(jié)合來研究古地貌,按照潛山風化殼上下地層充填、殘留的組合關(guān)系,綜合分析判斷古地貌單元信息,揚長避短,消除矛盾和局限性。

基于以上分析,根據(jù)連井對比剖面潛山風化殼殘余厚度和潛山面之上沙河街組厚度的組合關(guān)系及其相對厚薄變化特點,再結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景建立綜合解釋潛山下古生界巖溶風化殼古地貌的地質(zhì)模型,并將該區(qū)域古地貌單元及上下地層厚度組合關(guān)系劃分為以下4種基本模型和8種子模型(圖3)。

(1)上薄下薄型:區(qū)域繼承性古隆起,是風化殼二級古地貌單元,巖溶高地的唯一解。潛山風化殼厚度在50m以內(nèi),沙河街組厚度在100m以內(nèi)。

(2)上厚下厚型:區(qū)域繼承性盆地,是風化殼二級古地貌單元,巖溶盆地的唯一解。潛山風化殼厚度大于150m,沙河街組厚度大于250m。

(3)上薄下厚型:為風化殼巖溶斜坡二級古地貌單元?？蓪?yīng)斜坡內(nèi)分布范圍較大的殘丘、臺地,也可對應(yīng)洼地內(nèi)小而分散的殘臺?？梢约毞譃槿缦?個子模型:①上薄下厚型,綜合解釋為巖溶斜坡內(nèi)的殘丘。潛山風化殼厚度大于150m,沙河街組厚度在100m以內(nèi);②上次薄下次厚型,綜合解釋為臺地,潛山風化殼厚度為100～150m,沙河街組厚度為100～200m;③上次薄下次薄型,綜合解釋為階坪,潛山風化殼厚度為50～100m,沙河街組厚度為100～200m。

(4)上厚下薄型:該組合關(guān)系多解性最強,可對應(yīng)溝谷,階坪,淺洼等。根據(jù)上下地層厚度組合關(guān)系可細分為5個子模型:①上厚下薄型,綜合解釋為主溝谷,潛山風化殼厚度在50m以內(nèi),沙河街組厚度大于250m;②上厚下次薄型,綜合解釋為盆地里的溝谷,潛山風化殼厚度為50～100m,沙河街組厚度大于250m;③上次厚下薄型,綜合解釋為上游處的溝谷,潛山風化殼厚度在50m以內(nèi),沙河街組厚度為200～250m;④上次厚下次薄型,綜合解釋為斜坡內(nèi)的階坪,潛山風化殼厚度為50～100m,沙河街組厚度為200～250m;⑤上次厚下次厚型,綜合解釋為盆地內(nèi)的殘臺,潛山風化殼厚度為100～150m或大于150m,沙河街組厚度為200～250m。

利用油氣田內(nèi)近20口井鉆井剖面綜合對比成果,再結(jié)合地震資料精細構(gòu)造解釋,編制得到上覆沙河街組充填厚度與潛山面下伏風化殼殘余厚度等值線圖,并得到兩者的疊合圖(圖4)。然后根據(jù)古地貌解釋的綜合地質(zhì)模型,將該油氣田潛山風化殼古地貌劃分為巖溶高地、巖溶斜坡、巖溶盆地3個二級古地貌單元,并細分為階坪、殘丘、臺地、殘臺、溝谷、淺洼6個三級古地貌單元(圖5)。

4 結(jié)束語

在研究區(qū)古地貌恢復(fù)中,單一的殘余厚度法和印模法研究存在局限,且局部有矛盾。兩種方法各有優(yōu)缺點,根據(jù)潛山面上、下兩套地層厚度組合及其變化特點,利用兩種方法綜合研究古地貌能消除矛盾和局限性,顯得更合理。

依據(jù)綜合法劃分巖溶高地、巖溶斜坡、巖溶盆地3個二級古地貌單元和臺地、殘丘、階坪、淺洼、溝谷、殘臺6個三級古地貌單元。研究區(qū)古地貌形態(tài)總體起伏不大,巖溶高地主要分布在研究區(qū)西部,中部和東部,范圍局限,被東南向東北延伸的溝谷分割。巖溶斜坡占據(jù)著西部,緊鄰巖溶高地,被西南向東北延伸的溝谷分割,分布范圍最廣,占據(jù)全區(qū)一半。殘丘在臺地中零星分布,與四川盆地巖溶古地貌有相似之處[9]。

[1] 焦存禮,何碧竹,邢秀娟,等.塔中地區(qū)奧陶系加里東中期Ⅰ幕古巖溶特征及控制因素研究[J].中國石油勘探,2010,15(1):21-26.

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[8]彭莉,劉小平,林暢松,等.塔中隆起晚奧陶世古地貌及其沉積相特征[J].石油地球物理勘探,2009, 44(6):767-772.

[9]文國華,鄭榮才,沈忠民,等.四川盆地東部黃龍組古巖溶地貌研究[J].地質(zhì)評論,2009,55(6): 816-826.

Analysis of Ancient Geomorphological Karst Features in Buried Hill Lower Paleozoic Bohai Basin——Taken W Oil and Gas Field as an Example

Wei Hong,Zhao Haifeng,Tang Hebing,Guo Cheng
(Bohai Oilfield Research Institute,CNOOC Ltd,Tianjin 300452,China)

Palaeogeomorphology represents the background of sedimentation and diagenesis,which is important to study the development and evolution of the reservoir.Taken W oilfield in Bohai bashin as an example,on the basis of reacquisition and reprocessing the seismic data,the geological model that used for interpreting the palaeogeomorphology of karst weathering crust in buried hill lower paleozoic erathem has been established,combined with regional tectonic setting,drilling,logging data and based on the comparison of buried hill profile that formed by weathering crust residual thickness and shahejie fromation thickness as well as relevant thickness change.Comprehensive use of residual thickness method and impression method has restored the distribution pattern of buried hill lower paleozoic karst landform,and overthrown the results obtained from a single method study.Research results showed that there were three two-level ancient landform units including plateau,slope,basin,and six three-level ancient landform units,including terrace,residual hill,flat,shallow depression,gully order.The northwestern part of study area is karst highland,the southern part is limited karst basin,but the north,middle and east parts are distributed widely with karst slopes.

Palaeogeomorphology;Bohai Basin;Lower Paleozoic carbonate rocks;Buried hill;the residual thickness method;impression method

TE122.1

:A

韋紅(1984年生),女,工程師,從事于開發(fā)地震研究工作。郵箱:weihong@cnooc.com.cn。