南堡凹陷老爺廟構(gòu)造陡坡帶沙河街組扇體結(jié)構(gòu)及油氣意義

陳 剛, 陳 軒, 任 路, 張 建, 黃一鵬, 彭誠志

(1.冀東油田勘探開發(fā)研究院，唐山 063000；2.長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，武漢 430100)

地震層序與沉積層序相對應(yīng)，它是沉積層序在地震剖面上的反映。在地震剖面上，分析地震同相軸終止樣式(削截、上超、下超及頂超)結(jié)合層序內(nèi)部反射結(jié)構(gòu)，可以綜合確定層序界面及層序類型[1-3]。斷陷盆地層序地層研究經(jīng)歷了長足發(fā)展，在層序結(jié)構(gòu)、層序控制因素及層序與油氣藏勘探方面形成了較為成熟的地質(zhì)模型[4-6]。斷陷盆地陡坡帶多發(fā)育扇三角洲相關(guān)的砂礫巖體，且明顯受同沉積正斷裂控制，油氣藏與砂體密切相關(guān)[7-10]。南堡凹陷深層沙河街組發(fā)育成熟氣源巖，為天然氣勘探的主力層位[11-13]。老爺廟構(gòu)造古近系沉積受西南莊同沉積正斷裂控制，在東營組見多口高氣油比產(chǎn)量的井，揭示該區(qū)東營組之下的沙河街組存在良好的油氣前景。在該構(gòu)造，鉆遇沙河街組的鉆井少、勘探程度低[14-16]，天然氣勘探潛力還存在不確定性。

基于少量鉆井及三維地震資料，開展垂直及平行物源方向的地震層序及扇體結(jié)構(gòu)解剖，旨在明確陡坡帶沙河街組層序構(gòu)成、扇體規(guī)模及疊置遷移特征，分析其油氣意義，進而支撐南堡凹陷深層天然氣勘探。

1 地質(zhì)背景

老爺廟構(gòu)造位于南堡凹陷西北部，是一個受西南莊斷層控制的滾動背斜含油氣構(gòu)造(圖1)。多期斷陷作用形成了NE及NNE走向的正斷裂。沉積地層上，古近系發(fā)育沙三段、沙二段和沙一段及東營組，新近系發(fā)育館陶組及明化鎮(zhèn)組。沙三段到沙一段為伸展斷裂強烈活動期，從沙三1亞段到沙一段發(fā)育兩期湖侵-湖退旋回[17-18]。目前在東營組、館陶組及明化鎮(zhèn)組揭示多套含油層系，而在沙河街組含油氣層系還有待探明。

圖1 老爺廟構(gòu)造地質(zhì)背景圖Fig.1 Geological background of Laoyemiao Structure

2 扇體結(jié)構(gòu)

基于三維地震數(shù)據(jù)，建立南北向井震結(jié)合剖面3條，東西向井震結(jié)合剖面2條，解剖扇體地震結(jié)構(gòu)。

2.1 鉆井層序

老爺廟構(gòu)造北部發(fā)育東西走向的同沉積正斷裂，控制著下盤扇三角洲沉積，沉積物源來著北部。區(qū)域上沙三1亞段及沙一段主體為半深湖-濱淺湖沉積體系，對應(yīng)發(fā)育兩個湖侵-湖退旋回。鉆井剖面上，沙河街組整體發(fā)育兩套厚層泥巖，解釋為半深湖、濱淺湖湖侵沉積段。泥巖下部地層由多個退積為主的準(zhǔn)層序組構(gòu)成，泥巖之上地層由多個進積準(zhǔn)層序組構(gòu)成，整體表現(xiàn)出退積-進積疊置樣式(圖2)，進而構(gòu)建兩個湖侵-湖退層序(下部ESQ1層序、上部ESQ2層序)。該認識與區(qū)域沙河街組層序發(fā)育特征相似[17]。

圖2 鉆井層序分析圖Fig.2 Histogram of drilling sequence analysis

2.2 地震層序及扇體結(jié)構(gòu)

利用M36井資料開展井震結(jié)合層位標(biāo)定，區(qū)域上東營組底界為強振幅好連續(xù)反射層，本區(qū)東營組底界地震反射特征與區(qū)域一致。沙一段及沙三1亞段底界區(qū)域上變化較大，本區(qū)難以準(zhǔn)確厘定。因此基于地震層序思想，結(jié)合區(qū)域?qū)有蛘J識，實現(xiàn)兩段的地震層序界面分析。在此基礎(chǔ)上，開展地震同相軸終止樣式及地震內(nèi)部反射結(jié)構(gòu)分析，從平行物源(NS向)及垂直物源(WE)兩個方向構(gòu)建5條井震結(jié)構(gòu)剖面，實現(xiàn)地震層序及扇體結(jié)構(gòu)解剖。

2.2.1 地震層序識別

首先，在平行物源方向上東營組之下可以識別出3個地震層序界面。底部見到一個明顯的強振幅好連續(xù)界面，界面之下為削截反射，界面之上見上超反射，為典型的層序界面(下部層序ESQ1底界面)(圖3中P1)；東營組底界面為強振幅好連續(xù)反射，界面之下見明顯的削截反射，為典型的層序界面(上部層序ESQ2頂界面)。兩個界面之間同樣可以識別出一個連續(xù)反射界面且具有削截反射特征，解釋為層序界面(下部層序頂界面或上部層序底界面)(圖3中P1、P2、P3)。其次，東營組之下(沙河街組)可以識別出兩個湖侵界面。從M36井兩個厚層泥巖段對應(yīng)的地震反射軸，向南部逐漸變化為強振幅好連續(xù)反射特征，且界面之上見一系列下超點，解釋為湖退前積層與湖泛面接觸(圖3中P1、P2、P3)。因此，結(jié)合兩個湖侵界面及3個層序界面的識別，加之沒有見到明顯的坡折帶反射，因此可以綜合識別為兩個湖侵-湖退層序。

在垂直物源方向上，層序界面及湖侵界面的地震反射不清晰、不典型，比較典型的為地震相特征。兩個層序外部形態(tài)整體表現(xiàn)出大型的透鏡狀，內(nèi)部反射結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出雜亂反射到兩側(cè)的好連續(xù)反射，雜亂反射區(qū)解釋為高水動力條件的產(chǎn)物，好連續(xù)反射解釋為靜水泥巖沉積，該認識與扇體成因形態(tài)一致。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)地震反射表現(xiàn)出斜交或振幅變化的特征，在兩個層序內(nèi)部可以進一步刻畫出多個疊置的扇體(圖4)。

圖3 平行物源方向地震層序及扇體結(jié)構(gòu)解釋剖面Fig.3 Interpreted profiles of seismic sequence and fan body structure in parallel source direction

圖4 垂直物源方向地震層序及扇體結(jié)構(gòu)解釋剖面Fig.4 Interpreted profiles of seismic sequence and fan body structure in vertical source direction

2.2.2 扇體結(jié)構(gòu)

基于兩個方向5條剖面的解釋，重構(gòu)兩個地震層序的扇體結(jié)構(gòu)。沙河街組時期西南莊斷層傾角為30°～35°(圖3)，具有明顯陡坡特征，控制下盤扇體沉積。下部層序(ESQ1)，湖侵段無前積反射特征，湖退段前積體特征清晰，從斷裂帶向南推進距離達7.4 km，厚度為250～350 m；上部層序(ESQ2)，前積體推進距離達8.2 km，厚度為110～280 m。兩個層序前積體垂向上表現(xiàn)出加積-弱進積的疊置樣式(圖3)。從垂直物源方向來看，下部扇體從M36井區(qū)向南部XM1井區(qū)寬度從8.5 km變化為10.7 km，上部扇體寬度從11.2 km變化為12.8 km(圖5)。在靠近斷裂帶的M36井區(qū)兩期砂體表現(xiàn)出垂向加積[圖4(a)]且向兩側(cè)遷移的疊置特征。在遠離斷裂帶的XM1井區(qū)兩期扇體表現(xiàn)出明顯向東側(cè)遷移特征[圖4(b)]。扇體主體區(qū)表現(xiàn)出長寬近似相等的“方型”，推測沉積底面可能為水平面，限制性水道欠發(fā)育。粗粒沉積物在斷裂根部迅速沉積，隨著沉積物不斷補充，沉積物向前及兩側(cè)同時推進，可見該陡坡帶扇體結(jié)構(gòu)受控于同沉積斷裂的活動、沉積物供給及沉積底面形態(tài)[7-9]。

圖5 老爺廟構(gòu)造沙河街組兩期前積扇體平面分布Fig.5 Distributed map of two grogradational fan body in Laoyemiao Structure

3 油氣意義

區(qū)域烴源巖研究表明，沙三1亞段發(fā)育成熟烴源巖，在老爺廟南部該烴源巖鏡質(zhì)體反射率(Ro)達到1.4%，為成熟氣源巖[13]。結(jié)合層序及扇體結(jié)構(gòu)模型提出：ESQ1層序的湖泛面具有強振幅好連續(xù)反射特征，且延續(xù)到盆地中心，為氣源巖地層；扇三角洲厚層砂體為有利儲集層；湖泛面對應(yīng)的厚層泥巖為蓋層，構(gòu)成有利的生儲蓋組合。在斷裂發(fā)育帶可以形成構(gòu)造氣藏，在緊鄰烴源巖區(qū)可以發(fā)育巖性氣藏(圖6)。構(gòu)造氣藏具有儲層厚度大(約250～300 m)，泥巖蓋層大(100～150 m)，天然氣來源充足，為有利油氣勘探目標(biāo)。斷層的活動時間及封堵能力可能是決定油氣規(guī)模成藏的關(guān)鍵。

圖6 老爺廟構(gòu)造沙河街組沉積與成藏模式Fig.6 Sedimentology and hydrocarbon accumulation model of Shahejie Formation in Laoyemiao Structure

4 結(jié)論

(1)老爺廟構(gòu)造陡坡帶沙河街組可以識別出兩個湖泛面、3個層序界面，解釋為由湖侵及湖退旋回構(gòu)成的兩個地震層序。

(2)在兩個湖退旋回中前積層延伸距離分別達到7.4 km及8.2 km，為加積-弱進積疊置；垂直物源方向上見疊置的透鏡狀反射。下部扇體寬度為8.5～11.2 km，上部扇體寬度為10.7～12.8 km，兩期扇體在垂向加積的同時向東部側(cè)向遷移。受高角度同沉積正斷裂控制，扇體平面上表現(xiàn)出長寬近似相等的“方型”，該扇體結(jié)構(gòu)可能受控于同沉積斷裂的活動、沉積物供給及沉積底面形態(tài)。

(3)厚層湖泛面泥巖與下伏扇三角洲砂體疊置，加之扇三角洲前積砂體與沙三1亞段成熟烴源巖良好對接，構(gòu)成有利生儲蓋組合。