鄂爾多斯盆地靖邊氣田的古地貌定量恢復(fù)新方法

喬 博 劉海鋒 何 鎏 蔡明歌 張 芳 袁繼明

1.中國石油長慶油田分公司勘探開發(fā)研究院 2.中國石油集團(tuán)測井有限公司天津分公司

古地貌是控制盆地內(nèi)沉積相發(fā)育與分布的主導(dǎo)因素，古地貌恢復(fù)有助于開展構(gòu)造演化特征研究、識別儲層發(fā)育與分布特點及判斷古地理環(huán)境、古生物分布[1-4]。目前，常用的古地貌恢復(fù)方法主要有殘余厚度法、印模法、層序地層學(xué)法、地球物理法和盆地分析回剝法[5-7]。印模法應(yīng)用最為廣泛，是一種半定量化方法，但只是一種古地貌形態(tài)的鏡像回放，并不代表真正的古地貌形態(tài)，對“印模”地層也需要進(jìn)一步去壓實校正[8-11]；殘余厚度法屬于半定量恢復(fù)法，簡單易操作，但是未考慮后期構(gòu)造對沉積的影響，誤差較大[12]；層序地層恢復(fù)法是通過頂面層拉平來刻畫底面形態(tài)，該方法研究結(jié)果為沉積前相對古地貌，要恢復(fù)其絕對古地貌，需要考慮剝蝕厚度、脫壓實校正、古水深等[13-14]。地球物理法優(yōu)點是形象、逼真、直觀，但受技術(shù)條件限制明顯，數(shù)據(jù)處理工作量大，并不代表真正的原始古地貌，而是現(xiàn)今殘留的古地貌；盆地分析回剝法考慮了盆地沉降區(qū)差異沉降和剝蝕，工作量大，且剝蝕量的計算、去壓實校正等誤差較大[15]。這些方法多為定性或者半定量評價，難以定量化預(yù)測較真實的古地貌形態(tài)，對氣藏勘探開發(fā)僅能做到概念模型上的指導(dǎo)，缺乏立體“真實”性，在細(xì)節(jié)刻畫描述方面把握不到位[16-17]。為此筆者立足于靖邊氣田下古生界碳酸鹽巖氣藏，針對性地提出一種古地貌恢復(fù)的新方法，重新刻畫認(rèn)識靖邊氣田侵蝕溝槽。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地靖邊氣田是長慶氣區(qū)的主力氣田之一，是目前國內(nèi)陸上最大的碳酸鹽巖氣藏，北起內(nèi)蒙古自治區(qū)烏審旗，南抵陜西省安塞縣，東至陜西省橫山縣，西達(dá)陜西省定邊縣（圖1）。自1989年以來，靖邊氣田的勘探開發(fā)不斷深入，在下古生界馬家溝組取得重大突破，至2003年底建成55×108m3/a的產(chǎn)氣能力。截至2017年12月底，靖邊氣田下古生界累計投產(chǎn)800余口井，歷年累計產(chǎn)量 780×108m3，55×108m3/a 規(guī)模已穩(wěn)產(chǎn) 14 年。

圖1 鄂爾多斯盆地構(gòu)造單元劃分及研究區(qū)的地理位置示意圖

靖邊氣田主要含氣層系位于奧陶系馬家溝組，馬家溝組從老到新依次劃分為馬一段、馬二段、馬三段、馬四段、馬五段和馬六段。馬五段廣泛分布蒸發(fā)潮坪相白云巖，發(fā)育溶蝕孔洞，是靖邊氣田天然氣儲集的主要層位。馬家溝組從老到新依次劃分為馬五10、馬五9一直到馬五1亞段，其中馬五1+2亞段是靖邊下古生界主力產(chǎn)層，該段的產(chǎn)氣量占到下古生界總產(chǎn)量的80%以上。如果馬五1+2亞段缺少，氣井產(chǎn)量就會大幅降低。此外，靖邊氣田屬于混源氣，侵蝕溝槽邊部利于上古生界本溪組和太原組烴源巖生成的天然氣進(jìn)入，在侵蝕溝槽邊部易于發(fā)現(xiàn)高產(chǎn)井。

隨著勘探開發(fā)的不斷深入，靖邊下古生界馬家溝組侵蝕溝槽的刻畫逐漸精細(xì)[18-21]（圖2）。在勘探階段，發(fā)現(xiàn)氣田西側(cè)近30個侵蝕潛坑，氣田東側(cè)發(fā)育近南北向主溝槽，主溝槽向西發(fā)育多條近東西向支溝，長度介于10～20 km，毛細(xì)溝槽不發(fā)育，溝槽形態(tài)單一、延伸范圍?。▓D2-a）。在開發(fā)早期，發(fā)現(xiàn)氣田發(fā)育8條東西向主溝槽，主溝槽長度介于20～50 km，樹枝狀支潛溝明顯增多（圖2-b）。在開發(fā)末期，認(rèn)為氣田發(fā)育11條由西向東的樹枝狀侵蝕溝槽，侵蝕溝槽長20～90 km，支溝和毛細(xì)溝槽十分發(fā)育（圖2-c）。經(jīng)過近20年的勘探開發(fā)，主溝槽的位置已經(jīng)較為明確，但對支溝和毛細(xì)溝槽的認(rèn)識還不清楚。隨著近年來上、下古生界的立體開發(fā)，上古生界井兼探下古生界，在一些原本預(yù)測為侵蝕溝槽的地區(qū)發(fā)現(xiàn)馬家溝組馬五1+2段保存完整，局部還發(fā)育侵蝕潛坑。為提高產(chǎn)能建設(shè)的成功率，這些新的矛盾和問題都急需厘清，故需要不斷修正侵蝕溝槽和古地貌恢復(fù)方法。

2 古地貌恢復(fù)新方法

該方法基于印模法和殘厚法的原理，選取地下任意點做參考水平面，將該水平面至奧陶系剝蝕面的距離作為古地貌高程值，通過繪制古地貌高程圖，實現(xiàn)了古地貌的定量化表征與侵蝕溝槽預(yù)測。相比于印模法和殘厚法，該方法通過對古地貌高程的精確計算，實現(xiàn)了古地貌刻畫從定性、半定量到定量化表征。主要包括6個步驟：

1）基準(zhǔn)面選取，根據(jù)古地貌上覆及下伏地層沉積接觸關(guān)系，運用沉積學(xué)原理，分別選擇距離最近的古地貌不整合面的上覆基準(zhǔn)面和下伏地層基準(zhǔn)面作為古地貌分析的基準(zhǔn)面；

圖2 不同時期刻畫的靖邊氣田下古生界溝槽展布圖

2）地層厚度計算，分別計算工區(qū)內(nèi)完鉆井的古地貌不整合面至上覆基準(zhǔn)面、下伏基準(zhǔn)面的地層厚度，并對地層厚度進(jìn)行去壓實校正；

3）參考井點選取，對工區(qū)內(nèi)完鉆井的古地貌不整合面到上覆基準(zhǔn)面、下伏基準(zhǔn)面的地層厚度進(jìn)行排序?qū)Ρ?，選擇這兩個地層厚度都是工區(qū)內(nèi)最大厚度的井作為參考井點，若不存在上述井點，選擇上述兩個地層厚度之和為工區(qū)內(nèi)最大值的井點作為參考井點；

4）參考水平面確定，將上述參考井點的下伏基準(zhǔn)面的底部水平面作為參考水平面；

5）計算工區(qū)內(nèi)各井點古地貌高程值；

6）古地貌恢復(fù)與工業(yè)制圖：利用工區(qū)內(nèi)各井點的古地貌高程值編制高程圖，得到古地貌恢復(fù)圖。

具體計算方法如下：以P井下伏地層基準(zhǔn)面的底面水平面作為工區(qū)參考水平面，P井古地貌高程值為HP（其值與P井古地貌不整合面至下伏基準(zhǔn)面厚度相等），則工區(qū)內(nèi)任意A井古地貌相對高程值為HA：

式中HA表示為A 井古地貌相對高程值，m；hA表示為A 井古地貌高程補償值，m；HOA表示為A井古地貌不整合面至下伏基準(zhǔn)面厚度，m；HCA表示為A 井古地貌不整合面至上覆基準(zhǔn)面厚度，m；HOP表示為P 井古地貌不整合面至下伏基準(zhǔn)面厚度，m；HCP表示為P 井古地貌不整合面至上覆基準(zhǔn)面厚度，m（圖3）。這些數(shù)據(jù)均由各井點的測井?dāng)?shù)據(jù)計算得來。

在靖邊氣田，石炭系本溪組頂部煤層在全區(qū)范圍內(nèi)大面積穩(wěn)定分布，可以作為上覆基準(zhǔn)面。古地貌不整合面即為奧陶系頂界面。在研究區(qū)內(nèi)選取本溪組到下古某一參考水平面厚度最大的井作為P井，以P井為基準(zhǔn)，利用公式（1）計算研究區(qū)內(nèi)各井的高程值。通過計算出各井的高程值來進(jìn)行古地貌恢復(fù)。

3 溝槽重新刻畫和實鉆效果

根據(jù)古地貌恢復(fù)新方法，對靖邊氣田古地貌予以重新刻畫，發(fā)現(xiàn)侵蝕溝槽展布模式由原來的“東西向樹枝狀溝槽模式”（圖4-a）改變?yōu)椤皽喜叟c潛坑并存模式”（圖4-b）。之前的侵蝕溝槽為從西向東展布，主溝槽連續(xù)，在主溝槽南北兩側(cè)發(fā)育支潛溝和毛細(xì)溝槽。而在新方法預(yù)測下侵蝕溝槽和潛坑并存，侵蝕溝槽不連續(xù)，潛坑多位于侵蝕溝槽的西側(cè)。

2017年在氣田中部部署 G1、G2、G3、G4、G5、G6、G7和G8共8口井，這8口井在原侵蝕溝槽預(yù)測中均位于侵蝕溝槽中，馬五1+2亞段不發(fā)育。經(jīng)鉆井驗證，其中7口井的實鉆結(jié)果和新方法預(yù)測的古地貌結(jié)果相吻合。G1、G4、G6、G7和G8五口井，新方法預(yù)測馬五1+2亞段發(fā)育。實鉆結(jié)果證實這五口井馬五1+2亞段確實發(fā)育。G3和G5兩口井，新方法預(yù)測馬五1+2亞段缺失。實鉆結(jié)果證實這兩口井馬五1+2亞段缺失。只有G2井新方法預(yù)測馬五1+2亞段缺失，但實鉆結(jié)果表明該井馬五1+2亞段發(fā)育，新方法預(yù)測和實鉆結(jié)果不吻合。從整體上來看，新方法預(yù)測侵蝕溝槽，較以往的侵蝕溝槽預(yù)測方法準(zhǔn)確率明顯提高。

圖3 靖邊氣田奧陶系頂界面古地貌相對高程計算結(jié)果示意圖

圖4 靖邊氣田中部原侵蝕溝槽和新方法預(yù)測侵蝕構(gòu)造分布對比圖

表1 靖邊氣田中部“溝槽區(qū)”8口實鉆井情況統(tǒng)計表

4 結(jié)論與建議

1）新方法相比于印模法和殘厚法更為精確，實現(xiàn)了古地貌刻畫的定量化表征。

2）通過新方法對侵蝕溝槽進(jìn)行預(yù)測，對侵蝕溝槽有了新的認(rèn)識，侵蝕溝槽展布模式由原來的“東西向樹枝狀溝槽模式”改變?yōu)椤皽喜叟c潛坑并存模式”。2017年在靖邊氣田中部原溝槽區(qū)部署8口井，7口井的實鉆結(jié)果和新方法預(yù)測結(jié)果相吻合，證實該方法對侵蝕溝槽的刻畫準(zhǔn)確率較高。

3）在今后靖邊氣田下古生界氣藏的開發(fā)過程中，重點關(guān)注曾在溝槽區(qū)而重新刻畫后的非溝槽區(qū)域，并結(jié)合周邊井的生產(chǎn)動態(tài)資料，予以詳細(xì)分析。