尼日利亞Ariki油田地層層序、構(gòu)造格架與油氣運(yùn)聚

AHANEKU C V，OKORO A U，ODOH B I，ANOMNEZE D O，CHIMA K I，EJEKE C F，OKOLI I N（. Department of Geological Sciences, Nnamdi Azikiwe University; . Department of Subsurface and Engineering, Nubian Group; . Department of Physics/Geology/Geophysics, Federal University）

尼日利亞Ariki油田地層層序、構(gòu)造格架與油氣運(yùn)聚

AHANEKU C V1，OKORO A U1，ODOH B I1，ANOMNEZE D O2，CHIMA K I3，EJEKE C F1，OKOLI I N1
（1. Department of Geological Sciences, Nnamdi Azikiwe University; 2. Department of Subsurface and Engineering, Nubian Group; 3. Department of Physics/Geology/Geophysics, Federal University）

摘要：綜合應(yīng)用測井和三維地震數(shù)據(jù)，對尼日爾三角洲盆地西部淺海沉積帶Ariki油田的構(gòu)造格架和地層層序進(jìn)行了解釋，并開展了斷裂控藏分析。該油田主力儲(chǔ)集層Agbada組內(nèi)識(shí)別出5個(gè)最大洪泛面和5個(gè)層序界面，構(gòu)造格架受控于伸展構(gòu)造活動(dòng)所形成的主斷層、次級(jí)斷層以及滾動(dòng)背斜。研究區(qū)共發(fā)育7條斷層，可劃分為3個(gè)主斷層和4個(gè)次級(jí)斷層；在油田西翼，次級(jí)斷層活動(dòng)形成類似地塹和地壘的構(gòu)造。通過斷距分析，認(rèn)為在1 800 ms以下，主斷層斷距加大，主斷層作為油氣運(yùn)移通道；在1 800 ms以上，主斷層斷距變小，可以作為油氣圈閉遮擋。研究區(qū)存在四面下傾的滾動(dòng)背斜和次級(jí)斷層控制的三面下傾閉合圈閉等多種遠(yuǎn)景構(gòu)造圈閉，有利于提升石油區(qū)帶的規(guī)?？碧綕摿ΑD8表1參10

關(guān)鍵詞：尼日爾三角洲；Ariki油田；地層層序；構(gòu)造格架；油氣運(yùn)聚；滾動(dòng)背斜；斷層封堵性

0　引言

尼日爾三角洲盆地位于赤道西非幾內(nèi)亞灣大陸邊緣，即北緯3°～6°、東經(jīng)5°～8°。該盆地以構(gòu)造圈閉為主，也不乏地層圈閉，這些圈閉形成于Agbada濱海沉積的同沉積變形期[1-2]。受第三系A(chǔ)kata組欠壓實(shí)、超壓頁巖不穩(wěn)定性增大的影響，構(gòu)造復(fù)雜性由北向南增強(qiáng)[3]。該盆地?cái)鄬拥臄嗑啻笮『脱財(cái)嗝娴捻搸r/黏土涂抹量直接影響斷層的封堵能力，如果斷距小于150 m （492 ft）或沿?cái)嗝娴捻搸r/黏土涂抹量大于25%，則認(rèn)為斷層具有封堵性[4-5]。

Ariki油田位于尼日爾三角洲盆地的西南部，為一典型老油田，油田在早期獲得大量油氣發(fā)現(xiàn)后投入開發(fā)，迄今，油田內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的構(gòu)造圈閉大多數(shù)已被鉆探并投入開發(fā)。盡管這些油氣發(fā)現(xiàn)具有商業(yè)開采價(jià)值，但由于構(gòu)造復(fù)雜，油田產(chǎn)量持續(xù)下降。構(gòu)造復(fù)雜是該油田剩余油氣勘探與開發(fā)中所面臨的主要難題，因此，有必要厘清斷裂體系與地層之間的關(guān)系。本文綜合應(yīng)用測井和三維地震數(shù)據(jù)，對Ariki油田的構(gòu)造格架和地層層序進(jìn)行解釋，并開展斷裂控藏分析，基于斷距分析開展構(gòu)造風(fēng)險(xiǎn)評估。

1　研究區(qū)地質(zhì)概況

本文研究區(qū)位于尼日利亞尼日爾三角洲盆地西部淺海沉積帶，面積55.38 km2（見圖1）。尼日爾三角洲盆地屬于典型的被動(dòng)大陸邊緣盆地。多數(shù)學(xué)者[6-8]認(rèn)為，由于南美洲和非洲板塊的裂解，導(dǎo)致南大西洋的開啟，進(jìn)而形成了尼日爾三角洲盆地。盆地發(fā)育于古新世，為南美與非洲板塊分離期間所形成的三叉裂谷的衰亡支，盆地內(nèi)沉積物厚度超過12 km[7-9]。

圖1　研究區(qū)位置圖

尼日爾三角洲盆地的沉積物主要有3種巖性：底部的海相泥巖（Akata組）；中部的互層狀河流—三角洲相砂巖、粉砂巖及泥巖，屬于典型的濱岸三角洲層序（Agbada組）；最上部的塊狀陸相砂巖，即Benin組。沉積地層的地質(zhì)時(shí)代向盆地方向變新，表明三角洲內(nèi)部的沉積環(huán)境整體具有海退特征。受沉積物快速輸入和生長斷裂作用的影響，形成一系列東—西走向的沉積中心，進(jìn)而形成了該三角洲地區(qū)復(fù)雜的構(gòu)造格局[3]。

尼日爾三角洲盆地僅發(fā)育一個(gè)確定的含油氣系統(tǒng)[2, 9-10]，即第三系尼日爾三角洲（Akata—Agbada）含油氣系統(tǒng)。盆地之所以油氣分布廣泛，主要是由于具備良好的石油地質(zhì)條件。

尼日爾三角洲盆地Akata組海相泥巖和Agbada組下部的海陸交互相泥巖，有機(jī)碳含量較高，處于生烴高峰期，是極為有利的潛在烴源巖。

Agbada組的三角洲分流河道砂巖以及Akata組內(nèi)部的濁積砂巖（深層）可作為儲(chǔ)集層。其中Agbada組砂巖極其發(fā)育，單層厚度較大，砂巖固結(jié)程度差，屬于高孔、高滲儲(chǔ)集巖，是該盆地主要的油氣儲(chǔ)集層。

封蓋類型包括斷面黏土涂抹、封蓋性單元互層產(chǎn)出以及砂-泥巖側(cè)向?qū)?。Agbada組頂部泥巖分布范圍較廣，是該組上部砂巖的區(qū)域性蓋層。Agbada組內(nèi)部各砂層組之間的泥巖層分布穩(wěn)定，是主要的蓋層。此外，各砂層組內(nèi)部厚度相對較大、分布相對穩(wěn)定的泥巖及三角洲側(cè)翼的泥巖，也有一定程度的封蓋作用。

圈閉類型包括構(gòu)造圈閉（滾動(dòng)背斜、斷塊）和地層圈閉。尼日爾三角洲盆地是新生代沉積盆地，沉積速度快，泥巖欠壓實(shí)常見，發(fā)育一系列與重力作用有關(guān)的構(gòu)造類型。滾動(dòng)背斜及其伴生構(gòu)造，是該盆地陸上和淺海地區(qū)油氣聚集的主要圈閉類型。盆地內(nèi)的圈閉形成與油氣運(yùn)移之間的時(shí)間配置良好。

2　數(shù)據(jù)與方法

本次研究所用數(shù)據(jù)由雪佛龍尼日利亞有限公司提供，其中包括三維地震數(shù)據(jù)體（55.38 km2）、4口井的測井曲線、2口井的井斜數(shù)據(jù)以及4口井的井震標(biāo)定數(shù)據(jù)。本次研究采用Schlumberger公司的Petrel軟件，對測井和地震數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋。Petrel軟件主要用于精細(xì)的測井和地震數(shù)據(jù)解釋、合成地震記錄制作、平面圖與剖面圖編制以及研究結(jié)果的二維和三維圖像化顯示。

利用時(shí)深轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)進(jìn)行地震記錄合成和井震標(biāo)定可消除地震和鉆井?dāng)?shù)據(jù)之間的差異。數(shù)據(jù)表明，一個(gè)巖性段形成一個(gè)單獨(dú)的反射。用AB05井的聲波和密度測井資料來生成聲阻抗和反射系數(shù)，應(yīng)用SEG （Society of Exploration Geophysicists）正常極性零相位子波（產(chǎn)生于小波提取過程中），得到反射系數(shù)，進(jìn)而生成合成記錄。

斷層和層位的合理解釋有助于建立油氣藏和油田開發(fā)尺度構(gòu)造與地層模型。本次研究把信號(hào)處理和邊緣檢測屬性分析應(yīng)用于原始地震數(shù)據(jù)體，以增強(qiáng)斷裂體系的可識(shí)別性和地震反射軸的連續(xù)性，使得地震數(shù)據(jù)解釋更加客觀，解釋剖面更符合地質(zhì)實(shí)際。應(yīng)用構(gòu)造平滑和中值濾波屬性可顯著提高信噪比，從而解決有些地區(qū)分辨率低的問題，增強(qiáng)地震反射軸的連續(xù)性，進(jìn)而提高構(gòu)造解釋精度（見圖2）。

將方差邊緣屬性投影到基于構(gòu)造平滑數(shù)據(jù)體的時(shí)間切片上，可清晰地揭示出研究區(qū)內(nèi)關(guān)鍵斷層的空間展布（見圖3）。進(jìn)而開展斷距分析，以確定斷層的潛在作用：作為油氣運(yùn)移路徑或是油氣運(yùn)移遮擋。

圖2　原始地震剖面及處理結(jié)果

圖3　方差邊緣屬性在時(shí)間切片上的投影（2 224 ms時(shí)間切片，紅色箭頭指示斷面）

3　結(jié)果與討論

3.1地層層序劃分與對比

以自然伽馬值60 API作為巖性劃分的界線，結(jié)果表明研究區(qū)地層主要由砂巖和泥巖組成，分別對應(yīng)于Benin組和Agbada組。上部層段Benin組的巖性組合為厚層塊狀砂巖夾薄層泥巖，下部層段Agbada組為砂巖與泥巖互層。Agbada組又可進(jìn)一步細(xì)分為上段和下段，上段以砂巖為主，下段以泥巖為主。垂向和橫向相變導(dǎo)致砂巖和泥巖厚度顯著變化。

在地層劃分的基礎(chǔ)上，本研究對油田進(jìn)行了連井地層對比（見圖4）。以AB05井為例，共識(shí)別出11個(gè)地層界面，其中包括5個(gè)最大洪泛面（MFS）、5個(gè)層序界面（SB）以及Agbada組頂面；隨后對AB01井及AB07井也進(jìn)行了層序地層解釋并與AB05井進(jìn)行地層對比，以確定地層的橫向連續(xù)性。對比結(jié)果表明，上述3口井位于同一斷塊，連井剖面上未見有斷層切割現(xiàn)象（見圖4）。

在鉆井資料對比基礎(chǔ)上井震結(jié)合生成合成地震記錄，結(jié)果顯示生成的合成記錄與原始地震道匹配良好，置信度超過98%。

3.2構(gòu)造格架

Ariki油田發(fā)育7條斷層，分別為DLF1、DLF2、DLF3、ANF1、ANF2、ANF3及SNF1（見圖5）。上述斷層又可分為一級(jí)斷層和二級(jí)斷層2類，一級(jí)斷層為主斷層，有DLF1、DLF2、DLF3；二級(jí)斷層為次級(jí)斷層，有ANF1、ANF2、ANF3及SNF1。DLF1、DLF2、DLF3為向盆地一側(cè)下掉的正斷層（見圖5），向南（向盆地方向）傾斜，將油田分割為4個(gè)斷塊（A、B、C、D），4個(gè)斷塊均呈東—西走向，下降盤位于西南方向（見圖6）；此類斷層切穿整個(gè)地層，且導(dǎo)致地層垂向斷距較大。二級(jí)斷層可分為順向和反向正斷層，導(dǎo)致研究區(qū)西翼形成類似地塹和地壘的構(gòu)造；此類斷層的垂向延伸距離和斷距均相對較小。

向盆地方向的主斷層下降盤，地層層序相對增厚，由此說明斷塊形成于沉積期?；窘忉尳Y(jié)果和構(gòu)造格架三維可視化結(jié)果表明，研究區(qū)受控于向海方向的拉張應(yīng)力，油田西翼的向陸傾斜正斷層起調(diào)節(jié)作用。各種構(gòu)造樣式均證實(shí)層序構(gòu)型主要受控于伸展構(gòu)造活動(dòng)。

3.3斷層落差分析

圖4　研究區(qū)AB05—AB01—AB07連井對比剖面（GR—自然伽馬；Rlld—深側(cè)向電阻率）

圖5　地震剖面及斷層解釋結(jié)果（剖面位置見圖1）

主斷層（DLF1、DLF2、DLF3）明顯錯(cuò)斷解釋層位（見圖7），斷距分析結(jié)果見表1。斷層可能作為運(yùn)移通道，也可能成為油氣聚集的圈閉遮擋。分析結(jié)果顯示：在1 800 ms以下，主斷層作為油氣運(yùn)移通道；而在1 800 ms以上，主斷層對油氣聚集起到封堵作用。

圖6　研究區(qū)MFS 5界面構(gòu)造圖

圖7　DLF 1和DLF 2的斷層斷距分析

3.4構(gòu)造對油氣運(yùn)聚的影響

研究區(qū)已被證實(shí)具有烴源巖、儲(chǔ)集層及封存單元共存的特征。Ariki油田最主要的圈閉機(jī)制為主斷層下降盤的四面下傾閉合型滾動(dòng)背斜，以及主斷層（淺層）和次級(jí)斷層錯(cuò)斷地層所形成的三面閉合構(gòu)造（斷層封堵）。

表1　DLF1和DLF2斷層斷距統(tǒng)計(jì)表

本文提出了研究區(qū)的油氣圈閉概念模型（見圖8），并認(rèn)為切斷1 800 ms以下地層的主斷層（DLF 1至DLF 3）為油氣運(yùn)移路徑，促使油氣充注到淺層圈閉和深層滾動(dòng)背斜。在1 800 ms以下，主斷層斷距加大，油氣圈閉為滾動(dòng)背斜和次級(jí)斷層錯(cuò)斷地層所形成的斷層相關(guān)圈閉（三面閉合）。在1 800 ms以上，主斷層斷距變小，主斷層具有封堵性，可作為油氣圈閉遮擋。與四面下傾的閉合構(gòu)造相比，三面閉合構(gòu)造的勘探風(fēng)險(xiǎn)更高（見圖8）。對斷層落差進(jìn)行分析將有助于降低鉆探干井的風(fēng)險(xiǎn)。

圖8　Ariki油田的油氣圈閉概念模型

4　結(jié)論

本研究以Ariki油田為實(shí)例，結(jié)合三維地震和測井資料，采用Petrel軟件對研究區(qū)的構(gòu)造格架進(jìn)行了解釋，對斷層封堵性重新進(jìn)行評價(jià)。測井解釋結(jié)果表明，在Ariki油田Agbada組可識(shí)別出5個(gè)最大洪泛面和5個(gè)層序界面；Ariki油田的構(gòu)造格架受控于伸展構(gòu)造活動(dòng)所形成的3條主要正斷層（向盆地方向下掉）、4條次級(jí)正斷層（反向和順向）以及滾動(dòng)背斜。斷裂體系主要控制研究區(qū)的層序架構(gòu)，主斷層把油田的東北翼分割為4個(gè)斷塊、將西翼分割為3個(gè)斷塊?；跀嗑喾治龅挠蜌馊﹂]概念模型顯示，在1 800 ms以下，主斷層斷距加大，主斷層作為油氣運(yùn)移通道；在1 800 ms以上，主斷層斷距變小，具有封堵能力，可作為油氣圈閉遮擋。次級(jí)斷層可構(gòu)成油氣圈閉遮擋，但是勘探之前如未進(jìn)行充分的斷層封堵性分析，此類圈閉可能具有高勘探風(fēng)險(xiǎn)。研究區(qū)存在的遠(yuǎn)景構(gòu)造圈閉（例如斷塊B和D的滾動(dòng)背斜、概念模型所揭示的次級(jí)斷層控制的三面下傾閉合圈閉以及斷塊C內(nèi)已證實(shí)的油藏），有利于提升研究區(qū)整個(gè)石油區(qū)帶的規(guī)?？碧綕摿Α鄩KB和D內(nèi)識(shí)別的潛在油藏為Ariki油田提供了全新的勘探思路和開發(fā)策略。

致謝：感謝Ariki油田的所有方和作業(yè)方雪佛龍尼日利亞有限公司為本次研究提供數(shù)據(jù)。感謝Schlumberger和ExxonMobil公司分別提供Petrel軟件和工作站的使用授權(quán)。

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（編輯張朝軍黃昌武）

Stratigraphic sequence, structural framework and hydrocarbon migration of Ariki Field, Nigeria

AHANEKU C V1, OKORO A U1, ODOH B I1, ANOMNEZE D O2, CHIMA K I3, EJEKE C F1, OKOLI I N1
(1. Department of Geological Sciences, Nnamdi Azikiwe University, Awka, Anambra State, Nigeria; 2. Department of Subsurface and Engineering, Nubian Group, Lagos, Nigeria; 3. Department of Physics/Geology/ Geophysics, Federal University, Ndufu-Alike Ikwo, Ebonyi State, Nigeria)

Abstract:The structural framework and stratigraphy of the Ariki Field in the Western Shallow Offshore Depobelt, Niger Delta Basin, Nigeria are interpreted using well logs and 3-D seismic data, and the control of rift on hydrocarbon accumulation is analyzed. Five maximum flooding surfaces and five sequence boundaries are identified in the major reservoir of Agbada Formation in the field; and the structural framework of the field is controlled by the major faults, minor faults and rollover anticline formed by extensional tectonic movement. There are a total of seven faults identified across the field, including 3 major faults and 4 minor faults. On the western flank of the field, graben and horst-like structures were created by the minor faults. Fault throw analysis shows that below 1800 ms, the major faults with fault throw increasing act as hydrocarbon migration pathways, while above 1800 ms, with fault throw decreasing, they act as seals of hydrocarbon traps. There are four-way dip rollover anticlines and 3-way downdip traps created by the minor faults, and other prospective traps in the study area, which have substantial oil exploration potential.

Key words:Niger Delta; Ariki Field; stratigraphic sequence; structural framework; hydrocarbon migration and accumulation; rollover anticline; fault seal

中圖分類號(hào)：TE122.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1000-0747(2016)01-0077-07

DOI:10.11698/PED.2016.01.09

第一作者簡介：Ahaneku C V（1987-），男，尼日利亞人，現(xiàn)為尼日利亞納姆迪—阿齊克韋大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院在讀博士研究生，主要從事石油地質(zhì)及開發(fā)建模方面研究。地址：Department of Geological Sciences, Nnamdi Azikiwe University, P.M.B. 5025, Awka, Anambra State, Nigeria. E-mail: ahaneku.valeria@unizik.edu.ng

收稿日期：2015-06-21修回日期：2015-11-29