沾化凹陷埕南北部陡坡帶深層扇體控砂機理及儲層評價

劉軍鍔，解習(xí)農(nóng)，孟　濤，杜學(xué)斌

(1. 構(gòu)造與油氣資源教育部重點實驗室，武漢　430074； 2.中國石化 勝利油田分公司 地質(zhì)科學(xué)研究院，山東 東營　257015)

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沾化凹陷埕南北部陡坡帶深層扇體控砂機理及儲層評價

劉軍鍔1,2，解習(xí)農(nóng)1，孟濤2，杜學(xué)斌1

(1. 構(gòu)造與油氣資源教育部重點實驗室，武漢430074； 2.中國石化 勝利油田分公司 地質(zhì)科學(xué)研究院，山東 東營257015)

摘要：渤海灣盆地沾化凹陷埕南地區(qū)沙河街組陡坡扇體發(fā)育，但發(fā)育規(guī)律復(fù)雜、地層對比難度大、儲層非均質(zhì)性強，缺乏有效的儲層定量評價手段。在明確扇體控砂機制基礎(chǔ)上，通過古坡角的定量計算，分析儲層的縱橫向演化規(guī)律。古物源的展布與古地形具有明顯的匹配關(guān)系；邊界斷層傾角角度越大，扇根亞相越寬，扇中亞相寬度越窄。砂體展布具有 “溝扇對應(yīng)”、大溝對大扇，物源量供給充足、“連片發(fā)育”，縱向上“扇體后退”的特點。應(yīng)用地球物理分析和地質(zhì)綜合統(tǒng)計2種方法，圈定了砂礫巖體有效儲層，剔除非有效的致密礫巖。沙三下亞段3砂組在濱古604、義159等井區(qū)屬于致密扇根相帶，具有側(cè)向遮擋的作用；義109、義104-4等井區(qū)屬于扇中相帶即有效儲層分布區(qū)，具有非油即干的特點，是成藏的有利區(qū)；義107-1井區(qū)處于扇體的扇端部位，有效儲層不發(fā)育。

關(guān)鍵詞：有效儲層；控砂機理；近岸水下扇；埕南地區(qū)；沾化凹陷；渤海灣盆地

埕南斷裂帶位于渤海灣盆地沾化凹陷渤南洼陷的北部，是受埕南斷層控制的陡坡構(gòu)造帶(圖1)。陡坡帶砂礫巖扇體具有規(guī)模大、類型多的特點[1-7]。該區(qū)沙四上和沙三下亞段是優(yōu)質(zhì)烴源巖，扇體包裹于烴源巖之中，成藏條件非常有利[8-12]。截至2011年底，針對埕南沙四上、沙三下亞段砂礫巖扇體共上報控制儲量4 246.86×104t，預(yù)測儲量3 833.05×104t，展示了埕南砂礫巖體巨大的勘探潛力。但由于扇體發(fā)育規(guī)律復(fù)雜，儲層非均質(zhì)性較強，且受埋深大、地震資料品質(zhì)較差的影響，造成儲層定量評價比較困難，制約了對該類扇體的進一步認識和儲量的升級。本文針對這一問題，通過深化沉積認識、開展定量評價，明確該區(qū)有效儲層展布規(guī)律，以指導(dǎo)該區(qū)的油氣藏勘探。

圖1　渤海灣盆地沾化地區(qū)構(gòu)造單元

1地質(zhì)概況

1.1　構(gòu)造地層特征

渤南洼陷由于受構(gòu)造運動的影響，具有北斷南超的特點，埕南地區(qū)位于埕南邊界斷層的下降盤，是鏟式邊界斷層所控制的陡坡構(gòu)造帶。埕南斷層是以一條基底斷裂為主的邊界斷層，構(gòu)成洼陷的雛形，造成渤南洼陷與埕東凸起地形高差，對埕東凸起的剝蝕和渤南洼陷陡坡帶的沉積起著決定性的作用(圖2)。

該區(qū)地層發(fā)育較全，洼陷內(nèi)發(fā)育古近系孔店組、沙河街組、東營組、新近系和第四系平原組等。

圖2　沾化凹陷埕南地區(qū)新渤深1—義105井沙四上—沙三下亞段近南北向儲層對比

孔店組、沙河街組由南向北逐層超覆于埕南斷面之上。根據(jù)鉆井、地震、化驗分析資料，在井震結(jié)合的基礎(chǔ)上，把沙四上亞段和沙三下亞段均細分為4個砂層組。

1.2　沉積特征

沙四上亞段沉積早期(3、4砂組沉積時期)，主要發(fā)育扇三角洲沉積類型；沙四上亞段沉積晚期(1、2砂組沉積時期)以及沙三下亞段沉積時期，主要發(fā)育近岸水下扇沉積類型。沙四上亞段沉積早期為斷陷初始期，邊界斷層活動不強烈，水體較淺，主要發(fā)育扇三角洲沉積類型。沙四上亞段沉積晚期處于斷陷最強烈時期，邊界斷層活動強烈(圖2，3)，降水量大，湖平面不斷上升，沿陡坡帶的凸起邊緣主要發(fā)育近岸水下扇沉積類型。

2控砂機理分析

陡坡帶扇體時空展布受湖盆的構(gòu)造演化階段、邊界條件、物源區(qū)性質(zhì)、古氣候等因素的影響，其中古物源、古地形、古坡角等要素對扇體沉積具有明顯的控制作用。

2.1　古物源與古地形

“古物源”是指古水系入盆卸載端口的位置[13]，物源注入口的準確落實是明確扇體分布規(guī)律的基礎(chǔ)。通過對沙四上—沙三下亞段邊界的精細刻畫，明確了古物源注入口。印支運動末期濟陽坳陷受北東向拉張應(yīng)力場的控制，發(fā)育了5條北西向斷裂帶及大量伴生斷層。新生代發(fā)生構(gòu)造應(yīng)力場的轉(zhuǎn)換，北東向斷層切割北西向斷層，凸起上早期形成的北西向斷層成為后期構(gòu)造運動中易遭受剝蝕的薄弱部位，沿斷面形成古沖溝或下切谷。受多期構(gòu)造運動的影響，埕南凸起自西向東發(fā)育了埕918北、義109、義159、義153、樁341、樁31等6個

圖3　沾化凹陷埕南地區(qū)

圖4　沾化凹陷埕南地區(qū)古沖溝發(fā)育示意

古沖溝，這是物源供給的主要通道，物源沿著這些通道搬運并在沖溝口堆積，從而形成典型的“溝扇對應(yīng)”的特點(圖4)。

沉積古地貌制約著沉積物的分散過程和砂體分布樣式[1，14-17]。埕南地區(qū)主要發(fā)育近扇三角洲和近岸水下扇沉積類型。扇體向前推進主要受控于沉積時期的古地形，砂礫巖體優(yōu)先沉積于古沖溝前方對應(yīng)的低洼區(qū)。古物源與古地形相匹配，可以明確砂體的宏觀展布規(guī)律(圖5)。

來自北部物源的扇體在縱橫向上逐漸演化相變，形成了形態(tài)各異、規(guī)律性強的溝—扇組合沉積系列。同時，由于構(gòu)造運動強度的差異、邊界條件的變遷，導(dǎo)致扇體平面組合、類型均有大的變化。扇體的發(fā)育規(guī)模受控于物源量供給的多少，在沙四上—沙三下亞段沉積時期物源供應(yīng)充足時，總體表現(xiàn)為“多扇疊合、連片發(fā)育”的沉積特點(圖5)。

2.2　古坡角

埕東凸起具有西緩東陡的特點，從西向東古地貌可分為多階寬緩斜坡型、過渡型和陡崖型。古邊界斷裂傾角的大小影響了有利儲層的展布范圍。通過多條骨干剖面的解剖，對通過邊界斷層角度、扇體扇根及扇中亞相寬度的統(tǒng)計，明確了埕南地區(qū)邊界斷層的坡度與扇根占扇體比例的關(guān)系(圖6)。埕南地區(qū)的古邊界斷層傾角一般在15°~30°之間，致密扇根所占扇體的比例在20%~45%之間。邊界斷層傾角越大，扇根亞相越寬，扇中亞相寬度越窄，即有利儲層的相帶越窄。相對而言，西段比東段有利儲層更為發(fā)育。

在明確沉積主控因素的基礎(chǔ)上，結(jié)合鉆井、地震資料，細化了各個砂組儲層的縱橫向演化規(guī)律?？傮w看來，砂體展布具有以下3個特點：(1)“溝扇對應(yīng)”，大溝對大扇；(2)物源量供給充足，“連片發(fā)育”；(3)縱向上“扇體后退”(圖5)。

圖5　沾化凹陷埕南地區(qū)陡坡帶沙三下亞段砂礫巖體儲層厚度分布

圖6　沾化凹陷埕南地區(qū)陡坡帶坡角—致密儲層散點分析

3有效儲層定量分析

砂礫巖體扇中亞相以礫狀砂巖、含礫砂巖為主，物性較好，為有利儲層；扇根亞相巖性粗，物性差，在埋藏深度較大的情況下，受成巖作用的影響，扇根亞相物性更差，形成致密帶，構(gòu)成側(cè)向遮擋。因此其成藏特征為“南北受扇根封堵，東西靠巖性尖滅”，以扇中亞相的礫狀砂巖或含礫砂巖為有效儲層，疊合連片，整帶含油，為典型的扇根封堵的構(gòu)造—巖性油藏。因此，有效儲層的展布范圍也是有利的成藏有利區(qū)。

本文應(yīng)用地球物理分析和地質(zhì)綜合統(tǒng)計2種方法來圈定砂礫巖體有效儲層，剔除非有效的致密礫巖。

(1)地球物理分析。利用地質(zhì)—地震結(jié)合手段，明確了扇根、扇中亞相的地震反射特征，認為同一期次砂礫巖體在地震剖面上具有較典型的扇體反射特征，每一個旋回的頂、底均對應(yīng)一個地震強反射。由于砂體快速堆積，扇根內(nèi)部反射表現(xiàn)為雜亂或空白反射，扇中亞相砂泥互層，地震上表現(xiàn)為中強反射振幅，其前方同相軸尖滅、極性反轉(zhuǎn)、能量明顯變?nèi)醯牟课?，大致反映了扇體主體推進的邊界(圖7)。根據(jù)鉆井及地震描述結(jié)果，編繪主要目的層沉積相帶及砂巖等厚圖，并以此作為扇根扣除的依據(jù)。

(2)地質(zhì)綜合統(tǒng)計。統(tǒng)計埕南地區(qū)多口井點不同深度的致密扇根寬度。以義284井為例，利用

圖7　沾化凹陷埕南地區(qū)過義284井南北向地震剖面

將不同井點的致密扇根寬度和對應(yīng)深度進行擬合，求得致密扇根寬度和深度的擬合公式(圖8)。利用該計算結(jié)果，可以計算不同埋深致密相帶的寬度。在每個砂組的砂巖厚度等值線圖上可以定量描述致密扇根的寬度，并明確有效儲層的北部邊界，每個砂層組的南邊界(25 m砂巖厚度等值線是該砂層組有效儲層的南部邊界)，由此計算出該砂層組有效儲層的范圍和厚度(圖9)。以沙三下亞段3砂組為例，濱古604、義159等井屬于致密扇根相帶，具有側(cè)向遮擋的作用；義109、義104-4等井屬于扇中相帶即有效儲層分布區(qū)，具有非油即干的特點，是成藏的有利區(qū)；義107-1井處于扇體的扇端部位，有效儲層不發(fā)育。

圖8　沾化凹陷埕南地區(qū)陡坡帶

圖9　沾化凹陷埕南地區(qū)陡坡帶砂礫巖體有效儲層厚度

4結(jié)論

陡坡扇體是埕南地區(qū)重要的勘探類型之一。來自北部物源的扇體具有“溝扇對應(yīng)”的特點，在沙四上—沙三下亞段沉積時期物源供應(yīng)充足時，總體表現(xiàn)為“多扇疊合、連片發(fā)育”的沉積特點。古物源的展布與古地形具有明顯的匹配關(guān)系。通過古坡角的定量計算，認為埕南地區(qū)的古邊界斷層傾角在15°~30°之間，致密扇根所占扇體的比例在20%~45%之間。邊界斷層傾角角度越大，扇根亞相越寬，扇中亞相寬度越窄；利用多口井數(shù)據(jù)擬合，計算不同埋深致密相帶的寬度，定量圈定了有效儲層的邊界。已部署的6口探井均獲得成功，并一次上報探明儲量3 781×104t。

參考文獻:

[1]王秉海,錢凱.勝利油區(qū)地質(zhì)研究與勘探實踐[M].東營:石油大學(xué)出版社,1992.

Wang Binghai,Qian Kai.Gelology research and exploration practice in Shengli Petroleum Province[M].Dongying:The Petroleum University Press,1992.

[2]李陽.復(fù)雜斷塊油藏構(gòu)造表征[M].北京:石油工業(yè)出版社,2001:134-158.

Li Yang.Complex block oil reservoir structure characterization[M].Beijing:Petroleum Industry Press,2001:134-158.

[3]勝利石油地質(zhì)志編寫組.中國石油地質(zhì):卷六 勝利油田[M].北京:石油出版社,1993:139-141.

The Compile Group of Petroleum Geology in Shengli Oilfield.Petroleum geology of China:Vol.6 Shengli Oilfield[M].Beijing:Petroleum Press,1993:139-141.

[4]張善文,王永詩,石砥石,等.網(wǎng)毯式油氣成藏體系:以濟陽坳陷新近系為例[J].石油勘探與開發(fā),2003,30(1):1-9.

Zhang Shanwen,Wang Yongshi,Shi Dishi,et al.Meshwork-carpet type oil and gas pool-forming system:taking Neogene of Jiyang depression as an example[J].Petroleum Exploration and Development,2003,30(1):1-9.

[5]姜素華,查明,張善文.網(wǎng)毯式油氣成藏體系的動態(tài)平衡研究[J].石油大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2004,28(4):16-19.

Jiang Suhua,Zha Ming,Zhang Shanwen.Dynamic balance analysis of meshwork-carpet type oil and gas pool-forming system[J].Journal of the University of Petroleum,China,2004,28(4):16-19.

[6]劉江濤,鄧大偉,廖東良,等.沾化凹陷沙四段上亞段灘壩沉積特征及其主控因素[J].油氣地質(zhì)與采收率,2015,22(1)：42-46.

Liu Jiangtao,Deng Dawei,Liao Dongliang,et al.Sedimentary characteristics and main controlling factors of the upper fourth member of Shahejie Formation in Zhanhua depression[J].Petroleum Geology and Recovery Efficiency,2015,22(1)：42-46.

[7]羅紅梅,羅曉容,劉書會,等.東營凹陷北部陡坡帶致密砂礫巖體物性特征及彈性波速影響因素[J].油氣地質(zhì)與采收率,2014,21(2)：91-94.

Luo Hongmei,Luo Xiaorong,Liu Shuhui,et al.Physical features and influencing factors of elastic velocity of compacted sandy-conglomerates in northern steep slope, Dongying sag[J].Petroleum Geology and Recovery Efficiency,2014,21(2)：91-94.

[8]李丕龍.斷陷盆地油氣聚集模式及其動力學(xué)特征[J].石油大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2000,24(4):26-28.

Li Pilong.Accumlating models of petroleum and their dynamic characteristics in faulted depression basin[J].Journal of the University of Petroleum,China,2000,24(4):26-28.

[9]劉鑫金,宋國奇,劉惠民,等.東營凹陷北部陡坡帶砂礫巖油藏類型及序列模式[J].油氣地質(zhì)與采收率,2012,19(5):20-23.

Liu Xinjin,Song Guoqi,Liu Huimin,et al.Study of conglomerate reservoir types and distribution in north slope zone Dongying depression[J].Petroleum Geology and Recovery Efficiency,2012,19(5):20-23.

[10]李文浩,張枝煥,昝靈,等.渤南洼陷北部陡坡帶沙河街組砂礫巖有效儲層物性下限及其主控因素[J].石油與天然氣地質(zhì),2012,33(5):766-777.

Li Wenhao,Zhang Zhihuan,Zan Ling,et al.Lower limits of phy-sical properties and their controlling factors of effective coarse-grained clastic reservoirs in the Shahejie Formation on northern steep slope of Boman subsag,the Bohai Bay Basin[J].Oil & Gas Geology,2012,33(5):766-777.

[11]宋國奇,劉華,蔣有錄,等.沾化凹陷渤南洼陷沙河街組原油成因類型及分布特征[J].石油實驗地質(zhì),2014,36(1):33-38.

Song Guoqi,Liu Hua,Jiang Youlu,et al.Genetic types and distribution characteristics of crude oils from Shahejie Formation in Bonan Subsag,Zhanhua Sag,Jiyang Depression[J].Petroleum Geology & Experiment,2014,36(1):33-38.

[12]程付啟,王永詩,宋國奇,等.斷陷盆地壓力系統(tǒng)及其成藏特征：以沾化凹陷孤南洼陷古近系為例[J].油氣地質(zhì)與采收率,2015,22(1)：20-25.

Cheng Fuqi,Wang Yongshi,Song Guoqi,et al.Pressure systems and their hydrocarbon accumulation characteristics in faulted basins：a case study of the Palaeogene in Gunan subsag of Zhanhua sag[J].Petroleum Geology and Recovery Efficiency,2015,22(1)：20-25.

[13]羅群,吏鋒兵,黃捍東,等.中小型盆地隱蔽油氣藏形成的地質(zhì)背景與成藏模式:以渤海灣盆地南堡凹陷為例[J].石油實驗地質(zhì),2006,28(6):560-565,573.

Luo Qun,Li Fengbing,Huang Handong,et al.Geologic settings and pool forming models of subtle petroleum accumulations in middle small basins:a case study of the Napu Sag of the Bohai Bay Basin[J].Petroleum Geology & Experiment,2006,28(6):560-565,573.

[14]田美榮.鹽家地區(qū)沙四段上亞段砂礫巖體儲層特征及成巖演化[J].油氣地質(zhì)與采收率,2011,18(2):30-33,48.

Tian Meirong.Diagenesis evolution characteristics of glutenite reservoir in Yanjia area[J].Petroleum Geology and Recovery Efficiency,2011,18(2):30-33,48.

[15]仲維蘋,操應(yīng)長,王艷忠,等.渤南洼陷沙四段沉積砂體類型及分布[J].油氣地質(zhì)與采收率,2010,17(1):48-50.

Zhong Weiping,Cao Yingchang,Wang Yanzhong,et al.The types and distribution of the sand bodies in Sha4 Member in Bonan Depression[J].Petroleum Geology and Recovery Efficiency,2010,17(1):48-50.

[16]王洪寶.東營凹陷鹽家油田砂礫巖體內(nèi)幕沉積期次精細劃分[J].石油天然氣學(xué)報,2009,31(5):45-49.

Wang Hongbao.Research of the depositional period inside glutenite body in Yanjia oilfield of Dongying depression[J].Journal of Oil and Gas Technology,2009,31(5):45-49.

[17]付兆輝,張在振,李德純,等.渤海灣盆地埕北凹陷古近系沉積體系分析與油氣成藏[J].沉積學(xué)報,2009,27(1):26-31.

Fu Zhaohui,Zhang Zaizhen,Li Dechun,et al.Analysis on sedimentary systems and hydrocarbon accumulation of Palaeogene,Chengbei Sag[J].Acta Sedimentologica Sinica,2009,27(1):26-31.

(編輯徐文明)

Mechanism of sand-control and quantitative evaluation of reservoir

effectiveness in the northern steep slope of Chengnan area in the Zhanhua Sag

Liu June1,2, Xie Xinong1, Meng Tao2, Du Xuebin1

(1.KeyLaboratoryofTectonicsandPetroleumResourcesofMinistryofEducation,ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan,

Hubei430074,China; 2.GeologicalScientificResearchInstituteofShengliOilfieldCompany,

SINOPEC,Dongying,Shandong257015,China)

Abstract:Fans are widespread in the Shahejie Formation in the northern steep slope of Chengnan area in the Zhanhua Sag. They are distributed in a complicated pattern. It is difficult to make stratigraphic correlation. Reservoir heterogeneity is strong. As a result, an effective method for the quantitative evaluation of reservoir is demanded. We studied the mechanism of sand-control, and determined the vertical and horizontal evolution rules of reservoirs by the quantitative calculation of slope angle. The distribution of paleo sources matches well with paleotopography. Higher boundary fault angle led to a wider fan root and narrower middle-fan. The distribution of the sand body can be summarized as the matching of the channel and fan, the matching of a large channel and large fan, sufficient supply, continuous development, and vertically backward fan. We found some effective reservoirs by using geophysical and geological statistics. Sand group no. 3 in the lower section of the third member of Shahejie Formation close to wells Binggu604 and Yi159 has a tight fan root, which impedes lateral hydrocarbon migration. Middle fan facies around wells Yi109 and Yi104-4 work as effective reservoirs for either oil or dry gas, and are favorable exploration targets. The area around well Yi107-1 is a fan edge, where few effective reservoirs developed.

Key words:effective reservoir; sand-control mechanism; subaqueous fan; Chengnan area; Zhanhua Sag; Bohai Bay Basin

基金項目：國家自然科學(xué)基金青年科學(xué) (41202086)資助。

作者簡介：劉軍鍔(1974—)，男，博士，高級工程師，能源地質(zhì)工程專業(yè)。E-mail:ljelyx@163.com。

收稿日期：2014-09-26；

修訂日期：2015-12-11。

中圖分類號：TE122.2+4

文獻標識碼：A

文章編號：1001-6112(2016)01-0122-06doi：10.11781/sysydz201601122