柴達木盆地西北區(qū)地層剝蝕厚度恢復及對油氣成藏的啟示

馮德浩，劉成林，田繼先，太萬雪，李 培，曾 旭，孔 驊

1.中國石油大學(北京) 油氣資源與探測國家重點實驗室，北京 102249；2.中國石油大學(北京) 地球科學學院，北京 102249；3.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083

地層剝蝕厚度恢復是研究含油氣盆地埋藏史、熱史和油氣成藏史的基礎，長期以來都是含油氣盆地分析的熱點和重點問題。地層剝蝕現(xiàn)象在沉積盆地中廣泛存在，對沉積盆地中油氣的形成與演化、流體運聚和保存具有重要的影響[1]。適宜的構造運動有利于形成構造圈閉，成為油氣運移和聚集的有利場所；而強烈的構造運動易造成地層嚴重剝蝕，破壞油氣的保存條件，從而導致油氣滲漏[2]。因此，恢復地層剝蝕厚度對研究盆地構造演化史和含油氣盆地模擬具有重要意義[3-4]。

柴達木盆地經過六十余年的勘探開發(fā)，在柴西古近系—新近系中發(fā)現(xiàn)了大量的油氣資源。但目前已發(fā)現(xiàn)的大型油氣藏多位于柴達木盆地西南區(qū)，柴達木盆地西北區(qū)(以下簡稱柴西北)探明程度總體較低，一里坪地區(qū)更是至今未取得勘探突破[5]。油氣資源評價結果表明，該地區(qū)仍然具備較大的油氣資源勘探潛力，可成為柴達木盆地重要的油氣資源接替區(qū)[6]。在油氣勘探需求的背景下，開展晚期構造運動地層剝蝕量研究將具有重要意義。然而該地區(qū)地層剝蝕厚度研究較為薄弱，前人使用地層趨勢延伸法和Easy%Ro法恢復了柴西部分重點井位的累計剝蝕厚度[7-10]，未能完全揭示剝蝕量平面和縱向分布規(guī)律，并且未對剝蝕厚度與油氣成藏的影響展開定量研究，除此之外一里坪地區(qū)地層剝蝕厚度研究目前還未見報道。本文基于最新的地震、測井和分析化驗資料，綜合利用多種方法恢復了柴西北至一里坪地區(qū)晚期構造運動導致的剝蝕厚度，并定量探討了地層剝蝕厚度對油氣成藏的影響。此項研究一方面為該地區(qū)下一步的油氣資源風險勘探提供基礎的地質參數(shù)；另一方面有望豐富柴達木盆地晚期構造成藏理論，加深對古近系—新近系含油氣系統(tǒng)的理解。

1 區(qū)域地質概況

圖1 柴達木盆地中西部地區(qū)地質概況和地層剖面據文獻[11-12]修改。

受喜馬拉雅構造運動與新構造運動影響，該區(qū)新近系和第四系遭受了剝蝕。前人研究表明，研究區(qū)主要經歷3次地層剝蝕作用[13-15]。第一次為下油砂山組沉積末期的喜馬拉雅中期構造運動，盆地邊緣的下油砂山組地層頂部遭受了部分剝蝕[13]，此次構造運動對盆地內部油氣成藏影響較?。坏诙螢樯闲率滥┢诘南柴R拉雅晚期構造運動，此次構造運動主要表現(xiàn)為強烈的擠壓導致大規(guī)模的逆沖作用，形成了大量褶皺，致使部分地區(qū)遭受強烈剝蝕；第四紀更新世末以來的新構造運動使盆地整體回升，湖盆徹底退去，只在盆地中東部地區(qū)留下一些殘余湖泊，此次構造運動使得大部分地區(qū)第四系遭受剝蝕作用[14]。由于后兩次構造運動發(fā)生時期接近，且不整合面接近地表，因此常把喜馬拉雅晚期構造運動和新構造運動放在一起加以考慮[15]。

2 地層剝蝕厚度恢復方法

地層剝蝕厚度是含油氣盆地模擬的一項基本參數(shù)，前人提出了多種恢復方法，主要包括地層趨勢延伸法[16-17]、鏡質體反射率法[18-19]、聲波時差法[20-21]、米蘭科維奇旋回法[22]和波動分析法等，但這些方法均具有一定的資料要求和應用局限性，需根據地區(qū)實際地質條件和資料掌握情況合理選用。青海油田經過幾十年的勘探開發(fā)，積累了大量的地震、測井以及鏡質體反射率數(shù)據，因此本文綜合采用地層趨勢延伸法、聲波時差法、鏡質體反射率法和Easy%Ro最優(yōu)化法恢復全區(qū)地層剝蝕厚度。

2.1 地層趨勢延伸法

在使用地層趨勢延伸法恢復地層剝蝕厚度中嚴格參考了鄰層厚度的變化趨勢，恢復結果更加貼近實際地質條件，可信程度較高。柴達木盆地二維地震資料豐富，使用該方法恢復的剝蝕厚度控制點多，在編制剝蝕厚度平面圖件中能夠有效地控制全區(qū)，應用效果較好。

2.2 鏡質體反射率法

鏡質體反射率法最早由DOW在1977年提出，其原理是在一套連續(xù)沉積的地層內部鏡質體反射率(Ro)的對數(shù)與深度H之間為線性回歸關系，排除異常熱事件的影響，如果Ro值隨深度呈現(xiàn)突變或跳躍則為地層剝蝕導致的結果，然后利用不整合面上下鏡質體反射率(Ro)差值來估算不整合面處地層剝蝕厚度[18]。后有學者針對DOW方法，提出了利用鏡質體反射率恢復地層剝蝕厚度的改進方案[19]。前人研究表明，地表處的Ro值約為0.2%，因此將不整合面以下的Ro數(shù)據點作出lnRo與深度H的散點圖，并回歸出lnRo-H線性關系，將其外推至ln(0.2)處得到該構造層古地表的位置，古地表與不整合面位置的距離即為該構造層的剝蝕厚度。依據此原理對伊深1井等十余口井進行了剝蝕厚度恢復，恢復了上新世末期以來的剝蝕厚度(圖3)。由于井位資料限制，無法使用此方法恢復下油砂山組沉積末期的剝蝕厚度。

圖3 鏡質體反射率法恢復柴達木盆地地層剝蝕厚度

鏡質體反射率法恢復結果的可靠程度受對研究區(qū)構造演化史和盆地熱史等地質問題的認識程度、鏡質體反射率測定的精準度以及研究區(qū)地表Ro值的確定度等因素的制約。從恢復結果來看，鏡質體反射率法在伊深1井、落深1井等部分井位應用效果較好(圖3a-d)，但在油6井、南14井等井位應用效果較差，油6井和南14井恢復結果分別為4 934.8 m和3 448.4 m，明顯不符合實際地質條件(圖3e-f)?？傮w來說，該方法在柴達木盆地部分地區(qū)應用效果較差，恢復結果應結合實際地質條件并與其他方法比較，以驗證其合理性與準確性。

2.3 聲波時差法

利用聲波時差資料恢復地層剝蝕厚度的方法最早出現(xiàn)在MAGARA的著作中，該方法因為原理簡單、資料容易獲取等特點而成為普遍采用的方法[20]。該方法的基本原理為在正常壓實情況下，泥頁巖Δt—H關系呈指數(shù)關系，即

Δt=Δt0e-CH

式中:Δt為深度H處泥頁巖的聲波時差值，μs/m；Δt0為研究區(qū)地表處的聲波時差值，理論值為620～656 μs/m；H為泥頁巖埋深，m；C為正常壓實曲線斜率。

圖4 聲波時差法恢復柴達木盆地地層剝蝕厚度

2.4 Easy%Ro最優(yōu)化方法

該方法依據使用廣泛的Easy%Ro平行化學反應模型[23]，采用Petromod等盆地模擬軟件建立地質模型，通過設置埋藏史和古大地熱流值，來計算相關動力學過程并計算Ro值，其簡略表達式為：

Ro=exp(-1.6+3.7Fi)i=1,2,3，…

式中:Ro為計算鏡質體反射率，%；Fi為地層底界的第i個埋藏點的化學反應程度，取值為0～0.85。

古今大地熱流值主要參考邱楠生對柴西地區(qū)大地熱流值進行的研究[24]。通過對比計算值和實測值，反復修改各套地層剝蝕量并應用最優(yōu)化方法，使得計算Ro值與實測Ro值吻合得最好，此時的剝蝕量為Easy%Ro法恢復的剝蝕量。該方法的使用較大程度上依賴鏡質體反射率測定的精準度以及古大地熱流值參數(shù)的準確性，恢復結果易出現(xiàn)多解性，需與其他方法相互驗證使用。

3 剝蝕量恢復結果

根據地層趨勢延伸法、聲波時差法、鏡質體反射率法和Easy%Ro最優(yōu)化法，多種方法互相約束印證，據此恢復了研究區(qū)十余條二維地震測線和40余口重點探井的地層剝蝕厚度(表1)。地層趨勢延伸法與聲波時差法應用效果最好，Easy%Ro最優(yōu)化法和鏡質體反射率法在部分井應用效果較差。編制剝蝕厚度平面分布圖選用數(shù)據采取以下原則：井間剝蝕厚度主要選取地層趨勢延伸法恢復結果。該方法控制點數(shù)量多，能夠控制全區(qū)；重點井剝蝕厚度在去除異常數(shù)據后，取多種方法恢復的平均值。

表1 柴達木盆地部分重點井位剝蝕厚度統(tǒng)計

圖5 柴達木盆地西北區(qū)—一里坪地區(qū)各層位剝蝕厚度

圖6 柴達木盆地西北區(qū)晚期構造運動累計剝蝕厚度與油氣田分布

4 油氣成藏啟示

圖7 柴達木盆地西北區(qū)地面調查地層剝蝕現(xiàn)象和油氣顯示

表2 柴達木盆地西北地區(qū)部分油氣藏剝蝕厚度統(tǒng)計

圖8 柴達木盆地西北區(qū)部分背斜油氣藏剖面及地質解析示意

5 結論

(1)采用地層趨勢延伸法、聲波時差法、鏡質體反射率法和Easy%Ro最優(yōu)化法恢復了柴西北至一里坪地區(qū)晚期構造運動地層剝蝕厚度，恢復結果更為精細合理。

致謝：本文部分基礎資料來源于青海油田與中國石油勘探開發(fā)研究院，在此表示感謝！