鄂爾多斯盆地差異壓實作用及其石油地質(zhì)意義

楊滿平，王翠姣，王 倩，張凌峰

鄂爾多斯盆地差異壓實作用及其石油地質(zhì)意義

楊滿平，王翠姣，王 倩，張凌峰

(燕山大學(xué) 石油工程系，河北 秦皇島 066004）

通過對鄂爾多斯盆地沉積及油氣成藏特征的詳細(xì)分析，該地區(qū)差異壓實作用過程可分為壓實排水、壓實排烴、彈性壓實三個階段；差異壓實作用不僅受到砂泥比等沉積物類型及含量的影響，古地貌也是重要的影響因素；差異壓實與巖性、區(qū)域構(gòu)造、古地貌等因素的共同作用可形成不同的有利圈閉類型，對差異壓實作用及其有利圈閉類型的認(rèn)識，有利于深入尋找油氣資源及合理開發(fā)油氣藏。

鄂爾多斯盆地；差異壓實；砂泥比；圈閉

鄂爾多斯盆地位于中國東部穩(wěn)定區(qū)和西部活動帶間的結(jié)合部位，是一個整體沉降、坳陷遷移、構(gòu)造簡單的發(fā)育于穩(wěn)定克拉通盆地之上的中新生代盆地疊加的大型多旋回克拉通疊合盆地[1-6]。差異壓實是因沉積物組合比例差異及各組分壓實形變差別而引起沉積物厚度發(fā)生改變的成巖作用[7]。關(guān)德范[8]就大慶長垣構(gòu)造提出了差異壓實與構(gòu)造及油氣生成關(guān)系；裘亦楠[9]等根據(jù)入湖三角洲模式提出了差異壓實與大油氣田形成關(guān)系；陸明德[10]等對松遼盆地宋芳屯油田的差異壓實古背斜及其找油意義進(jìn)行了探討；孟祥超[7]等以高臺子地區(qū)扶楊油層為例對差異壓實作用中同沉積小斷層成因進(jìn)行探討。鄂爾多斯盆地作為我國第二大沉積盆地，存在許多與差異壓實作用有關(guān)的儲油氣微構(gòu)造以及差異壓實構(gòu)造與其它構(gòu)造結(jié)合形成的有效油藏。因此，在當(dāng)今油氣資源異常緊張的時代，對鄂爾多斯盆地差異壓實構(gòu)造的研究，對于油氣目標(biāo)區(qū)的尋找及開發(fā)有著重要的意義。

1 差異壓實作用形成過程及類型

1.1 砂泥巖差異壓實作用過程

砂泥巖性質(zhì)差異造成其壓實作用的差異?，F(xiàn)代生油理論認(rèn)為泥巖中的有機物，經(jīng)系列作用過程形成油氣，砂巖經(jīng)壓實作用成為有效儲層。受沉積環(huán)境影響，砂泥巖在沉積初期呈液體狀態(tài)，壓實過程中排出水、烴等物質(zhì)，根據(jù)壓實過程主要排出物的不同，將砂泥巖的差異壓實過程分為三個階段。

1.1.1 壓實排水階段。

該階段對于砂泥巖來說均是減小孔隙度，排出孔隙水，由液體狀態(tài)變?yōu)楣腆w狀態(tài)。泥巖主要成分為粘土，可塑性強，經(jīng)壓實作用發(fā)生塑性變形，形成強結(jié)合結(jié)構(gòu)，當(dāng)孔隙度由80%左右降至30%時，粘土顆粒完全結(jié)合，厚度銳減。砂則發(fā)生彈性形變，其孔隙度變化主要由砂粒形狀和分選性造成，故孔隙度變化小，當(dāng)孔隙度由50%降到20%時，完成該階段，厚度變化相對較小。

1.1.2 壓實排烴階段。

該階段主要是針對粘土礦物進(jìn)行的，是烴類物質(zhì)生成和排出的關(guān)鍵階段，砂質(zhì)沉積物變化不大。此時泥和砂的顆粒結(jié)構(gòu)易動，壓實主要表現(xiàn)在泥、砂顆粒本身的變形和破碎上，顆粒結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化。隨地溫增加、壓力增大，泥質(zhì)沉積物中的粘土礦物及層間結(jié)構(gòu)再一次演變，粘土礦物經(jīng)壓實及重結(jié)晶作用脫水，烴類物質(zhì)初次運移，泥質(zhì)沉積物的孔隙度再次下降，大約到10%以下。

1.1.3 彈性壓實階段。

泥砂質(zhì)沉積物的孔隙度分別降到10%和20%以下時完全成巖，巖石形變已不明顯，雖在垂向上受很大壓力，甚至產(chǎn)生裂縫，但因被自生結(jié)晶顆粒充填，結(jié)合結(jié)構(gòu)反而更牢固[8]。

1.2 差異壓實作用類型

鄂爾多斯盆地屬于入湖模式形成的內(nèi)陸盆地，因此這里只討論該模式的差異壓實作用類型。

1.2.1 類型一：同一水平面差異壓實

由砂泥巖的差異壓實作用過程可知，泥巖屬于塑性壓實，變化過程不可逆，壓實過程孔隙度變化幅度大；砂巖屬于彈性變形，上覆壓力減小時可恢復(fù)到一定的原始狀態(tài)，其孔隙變化幅度較泥巖小很多。水平面上同時期不同沉積地區(qū)的砂泥巖比例不同是造成差異壓實作用的關(guān)鍵，不易壓縮沉積物砂泥比例相對偏高，易壓縮且厚度變化程度大，沉積物砂泥比例相對偏低。

如圖1（a），由A地到B地砂泥比逐漸下降，經(jīng)差異壓實作用后整體厚度減小，但B地相對于A地變化程度大，則形成鼻狀構(gòu)造；若由A到B砂泥比由低到高，再由高到低，則形成圖1（b）所示的背斜構(gòu)造；若由A到B砂泥比由高到低，再由低到高，則形成圖1（c）所示的向斜構(gòu)造。在鄂爾多斯盆地就發(fā)育有鼻狀隆起有效儲層。

圖1 差異壓實作用形成構(gòu)造Fig.1 Structure of differential compaction

1.2.2 類型二：起伏變化面上差異壓實

對于砂泥比基本相同的沉積物來說，同一時期不同地區(qū)的沉積環(huán)境不同，沉積作用必受影響。沉積初期，新老地層的組合會使新地層頂部趨于水平，但壓實過程存在差異：沉積厚度大的區(qū)域壓實厚度大，厚度變化幅度大，反之則變小。造成低洼地帶經(jīng)差異壓實仍為低洼地帶，構(gòu)造高點仍為構(gòu)造高點，各層構(gòu)造具有明顯的繼承性，但由下到上地層起伏影響范圍及幅度逐漸減小[11]，如圖2所示。

圖2 受古地形影響差異壓實變化圖Fig.2 Variation of differential compactionwith the ancient landform

三疊系末期，鄂爾多斯盆地在印支運動的作用下地層全部抬高，因此延長組頂部遭到風(fēng)化剝蝕作用，形成了溝壑交錯、河流遍布、丘陵起伏的古地貌景象。延10+富縣組沉積之后，基本上把延長組頂侵蝕面填平補齊，差異壓實作用使得古地貌的正地形形成構(gòu)造高點，負(fù)地形對應(yīng)構(gòu)造低點。鼻狀隆起構(gòu)造發(fā)育，油藏的形成受鼻狀隆起構(gòu)造的控制。

圖3 砂泥比與古地形共同影響下的差異壓實Fig.3 Differential compaction under the common influence of sand to mud ratio and ancient landform

砂泥比差異較大的沉積物，會受到古地形和砂泥巖可壓縮性差異的共同影響，如下圖3所示，砂泥比相差較大，則可能不再規(guī)律性地繼承古地貌，而是依據(jù)沙泥比大小來決定其壓縮性大小，進(jìn)而改變沉積厚度。鄂爾多斯盆地沉積時間長，沉積環(huán)境復(fù)雜，沙泥比易出現(xiàn)較大差異，形成差異壓實。

2 差異壓實作用的石油地質(zhì)意義

壓實作用為油氣生成提供必要的壓力、溫度等。烴類物質(zhì)生成后，經(jīng)壓實從烴源巖排出，差異壓實造成砂巖孔隙度大于泥巖，若烴源巖周圍沉積物砂泥比較大，則油氣易排出。鄂爾多斯盆地中古河道、古斜坡等是油氣運移的主要通道，同時地層沉積成巖過程中砂巖和泥巖的差異壓實作用本身也能形成多種有利構(gòu)造或圈閉，最終形成有效的油氣聚集。對鄂爾多斯盆地北部侏羅系地層進(jìn)行詳細(xì)研究后，總結(jié)了以下幾種與差異壓實作用相關(guān)的圈閉類型，并能通過這些圈閉的形成特點指導(dǎo)尋找油氣資源。

2.1 圈閉類型

差異壓實作用形成的構(gòu)造屬非構(gòu)造運動作用成因的壓實構(gòu)造[11]，是在沉積過程中形成的起伏形態(tài)具有構(gòu)造特征的沉積體[12]，很多區(qū)域能形成由差異壓實作用造成的微構(gòu)造[13]，這些微構(gòu)造與區(qū)域構(gòu)造共同作用，形成大量的構(gòu)造巖性圈閉。通過對鄂爾多斯盆地侏羅系地層中油藏圈閉類型的分析，受差異壓實作用影響的圈閉類型主要包括以下三種類型。

2.1.1 區(qū)域構(gòu)造主控型

這種圈閉類型最為常見，由區(qū)域構(gòu)造、巖性和差異壓實共同作用形成圈閉，其中以區(qū)域構(gòu)造為主控，差異壓實加強了圈閉的形成，如圖4所示，在河道發(fā)育處，由于泥巖與砂巖的巖性差異造成差異壓實，使構(gòu)造發(fā)生微幅變化，并與區(qū)域構(gòu)造相結(jié)合形成比較有利的圈閉，油氣運移至此聚集成藏，而泥巖起到了有效的遮擋作用。

2.1.2 差異壓實主控型

由于局部地區(qū)砂體比較發(fā)育，而鄰近地區(qū)則砂體欠發(fā)育，差異壓實作用明顯，砂巖發(fā)育地區(qū)的壓實程度低而形成比較明顯的微構(gòu)造，與區(qū)域構(gòu)造背景的綜合控制下，在砂體發(fā)育區(qū)的頂部形成有利圈閉，如圖5所示，油氣生成后向上運移聚集形成油氣藏。

2.1.3 古地貌主控型

三疊系末期受印支運動影響，形成許多古山脊、古斜坡等古地貌，受古地貌影響，差異壓實作用明顯。沉積初期，上層沉積物將古地貌填平補齊，但經(jīng)過壓實作用后在古山脊起伏區(qū)便出現(xiàn)壓實差異，如圖6所示，差異壓實與古山脊共同作用下形成有效圈閉。

2.2 尋找油氣資源

砂泥巖差異壓實構(gòu)造的形成受沉積物類型、構(gòu)造、古地貌等多種因素影響。通過圈閉類型分析表明，厚砂體頂部，砂體縱向集中發(fā)育地區(qū)頂部的砂體，古構(gòu)造的隆起區(qū)或古山脊、古斜坡等地易發(fā)生差異壓實作用，并容易形成有利圈閉，是尋找油氣資源的主要目標(biāo)。以下為差異壓實作用成藏的實例分析。

黃310井位于鹽池地區(qū)的南部，在延31油層段發(fā)現(xiàn)油層（圖7（a）），由于砂巖相對泥巖或煤層壓實程度低，所以發(fā)育有局部隆起微幅構(gòu)造（圖7（b）），下部砂體發(fā)育，炭質(zhì)泥巖或煤層是有效的生油層。測井解釋油層8.6 m，含油面積1.92 km2，預(yù)測儲量89.48萬t。含油砂體孔隙度15.4%，滲透率8.3×10-3μm2，含油飽和度0.46，儲層為油層，錄井顯示為油斑，表明黃310井區(qū)延31油層段含油氣資源前景較好。

圖4 巖性、構(gòu)造與差異壓實控制圈閉類型圖Fig.4 Type of trap controlled by lithology, structure and differential compaction

圖5 巖性與差異壓實控制圈閉類型圖Fig.5 Type of trap controlled by lithology and differential compaction

圖6 古地貌與差異壓實控制圈閉類型圖Fig.6 Type of trap controlled by paleogeomorphology and differential compaction

圖7 鹽27井-黃310井-鹽87井延3油藏剖面圖及平面圖Fig.7 Reservoir profile and the plan graph of Yan27 well-Huang310 well-Yan87 well in Yan 3

圖8 盤24-33井-盤23-36井-盤22-40井延92油藏剖面圖及平面圖Fig.8 Reservoir profile and the plan of Pan24-33well-Pan22-36well-Pan22-40well in Yan 92

盤22-40井區(qū)（圖8）位于靖安-吳起地區(qū)東部，砂體較厚。圖8（a）右側(cè)盤22-40井兩油層中上部為延92油層，下部延93油層由西向東逐漸抬升，受其起伏變化影響，差異壓實造成延92油層分布差異。該區(qū)含油面積5.25 km2，中間盤23-36井測井解釋為油水層11.4 m，孔隙度17.19%，滲透率為19.76×10-3μm2，含油飽和度0.56，右側(cè)盤22-40井測井解釋為油層5.2 m，孔隙度為14.43%，滲透率為7.56×10-3μm2，含油飽和度0.47。井區(qū)物性較好，預(yù)測儲量80萬t，為含油氣富集區(qū)。

3 結(jié)論

1）差異壓實作用過程可分為壓實排水、壓實排烴、彈性壓實三個階段。

2）差異壓實作用不僅受到砂泥比等沉積物類型及含量的影響，古地貌也是重要的影響因素。差異壓實作用可以形成小背斜、小向斜及小鼻狀構(gòu)造，在古構(gòu)造的隆起區(qū)或古山脊、古斜坡等地區(qū)則能形成構(gòu)造幅度更大的鼻狀隆起及背斜構(gòu)造。

3）巖性、構(gòu)造、古地貌等因素在特定情況下與差異壓實共同作用可形成不同的圈閉類型，主要的有利圈閉類型可分為區(qū)域構(gòu)造主控、差異壓實主控和古地貌主控三種類型。

4）差異壓實作用對油氣生成與運移、有利圈閉類型的形成、尋找油氣資源及合理開發(fā)油氣藏等具有重要意義。

[1]楊俊杰. 鄂爾多斯盆地構(gòu)造演化與油氣分布規(guī)律[M].北京：石油工業(yè)出版社，2002.

[2]何自新. 鄂爾多斯盆地演化與油氣[M]. 北京：石油工業(yè)出版社，2003.

[3]郭少斌，杜 佳，林小云. 鄂爾多斯盆地三疊系延長組長2油層組次生孔隙控制因素及有利區(qū)預(yù)測[J]. 石油天然氣學(xué)報，2006，28(4)：236-238.

[4]姚素平，張 科. 鄂爾多斯盆地三疊系延長組沉積有機相[J]. 石油與天然氣地質(zhì)，2009(1)：74-84.

[5]王守則，鄭孟林，張 發(fā). 鄂爾多斯盆地中、新生代后期改造[J]. 世界地質(zhì)，2005，24(4)：356-362.

[6]趙俊興，陳洪德，傅鎖堂. 等. 鄂爾多斯盆地侏羅系層序地層與盆地充填演化耦合關(guān)系[J]. 成都理工大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2007(5)：511-518.

[7]孟祥超，韋學(xué)銳，韓維哲. 等. 差異壓實作用中的同沉積小斷層成因探討-以高臺子地區(qū)扶楊油層為例[J]. 大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2007(6)：20-23.

[8]關(guān)德范. 差異壓實、構(gòu)造、油氣[J]. 大慶石油學(xué)院報，1982(1)：17-25.

[9]裘亦楠，王衡鑒，曹文富. 差異壓實與大油氣田[J]. 石油勘探與開發(fā)，1981(1)：4-15.

[10]陸明德，郭占謙，楊開清. 松遼盆地宋芳屯油田的差異壓實古背斜及其找油意義[J]. 地球科學(xué)，1986(3)：243-250.

[11]王定一，劉池陽，姜傳書. 恢復(fù)地層當(dāng)初沉積厚度方法的探討及在研究壓實構(gòu)造中的初步應(yīng)用[J]. 西北大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，1978(1)：12-22.

[12]謝叢姣，劉明生，楊俊紅. 微構(gòu)造與油氣聚集關(guān)系初探[J]. 斷塊油氣田，2001(4)：4-7.

[13]李興國. 油層微型構(gòu)造對油井生產(chǎn)的控制作用[J]. 石油勘探與開發(fā)，1987，14(2)：53- 59.

（責(zé)任編輯 王利君）

Differential compaction in Ordos Basin and its petroleum geological significance

YANG Manping，WANG Cuijiao，WANG Qian，ZHANG Lingfeng
(Department of petroleum engineering, Yanshan University, Hebei Qinhuangdao 066004, China)

Ordos Basin is an important oil and gas exploration and development area in china, Oil and gas structures are formed by compaction in multiple horizons. By the influence of the ancient landform, the differential compaction structure and other structures combine to form various types of oil and gas reservoirs, which are rich in oil and gas resources. Based on the detailed analysis of sedimentary and hydrocarbon accumulation characteristics in Ordos basin, the process of differential compaction in this region can be divided into three stages∶ compaction and drainage, compaction and hydrocarbon expulsion and elastic compaction; The effect of differential compaction is not only affected by the type and content of sand and mud, but also by the paleogomorphology; Different types of favorable traps can be formed by the combination of differential compaction and lithology, regional structure and paleogeomorphology. The understanding of differential compaction and favorable trap types is beneficial to the deep exploration of oil and gas resources and the rational development of oil and gas reservoirs.

Ordos basin; differential compaction; sand-shale ratio; trap

TG333.17

A

1673-9469（2017）02-0074-06

10.3969/j.issn.1673-9469.2017.02.015

2017-04-13

國家自然科學(xué)基金資助項目（E0403-50804041）

楊滿平（1974- ），男，湖南永州人，博士，教授，現(xiàn)從事油氣田開發(fā)領(lǐng)域內(nèi)的教學(xué)和科研工作。