高郵凹陷深凹帶中淺層蓋層條件綜合評(píng)價(jià)

仇永峰

（中國石化江蘇油田分公司勘探開發(fā)研究院，江蘇揚(yáng)州 225009）

高郵凹陷作為蘇北盆地油氣最為富集的凹陷［1-2］，在深凹帶中淺層戴南組（E2d）和垛一段（E2s1）除了發(fā)現(xiàn)大量的常規(guī)油藏，還零星發(fā)現(xiàn)了一些天然氣藏，如Y7 塊、X1 塊、XQ1 塊等。近年來，按照總部高質(zhì)量勘探的要求以及江蘇油田“扭虧為盈、常非并進(jìn)、油氣并舉”發(fā)展戰(zhàn)略，儲(chǔ)層物性好的中淺層再一次成為當(dāng)前油氣勘探的重點(diǎn)。對(duì)于中淺層它源型油氣藏勘探而言，蓋層封蓋能力是油氣保存的核心［3-4］，高郵凹陷若要在中淺層尋找一定規(guī)模的油氣藏，對(duì)保存條件的研究顯得尤為重要。自20世紀(jì)80 年代以來，國內(nèi)外學(xué)者從蓋層的巖性、物性、力學(xué)性質(zhì)及時(shí)空匹配等方面開展大量的研究工作［4-10］，形成多種研究方法和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。近年來，多位學(xué)者先后對(duì)高郵凹陷的保存條件也開展了一些研究，但研究主要局限于斷層封閉性方面［11-12］，而對(duì)蓋層的研究鮮有報(bào)道。因此，對(duì)高郵凹陷深凹帶中淺層開展蓋層宏觀分布特征和封閉性分析，綜合判斷蓋層條件的優(yōu)劣，對(duì)指導(dǎo)今后油氣勘探具有重要的作用。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

高郵凹陷位于蘇北盆地南部，是在晚白堊世儀征運(yùn)動(dòng)和新生代吳堡運(yùn)動(dòng)作用下形成的南斷北超的箕狀凹陷，按照三級(jí)構(gòu)造單元，自南向北依次為南部斷階、中部深凹帶和北部斜坡帶（圖1）。深凹帶由西向東依次發(fā)育邵伯、樊川和劉五舍三個(gè)相對(duì)獨(dú)立的次凹。

圖1 高郵凹陷構(gòu)造單元?jiǎng)澐旨爸袦\層油氣藏分布

凹陷自下而上建設(shè)了泰州組（K2t）—阜寧組（E1f）、戴南組（E2d）—三垛組（E2s）、鹽城組（Ny）—東臺(tái)組（Qd）三套構(gòu)造層，形成了“下拗-中斷-上拗”的地層結(jié)構(gòu)和沉積體系，目前已發(fā)現(xiàn)油氣主要分布在下構(gòu)造層和中構(gòu)造層。下構(gòu)造層發(fā)育泰二段（K2t2）、阜二段（E1f2）和阜四段（E1f4）三套穩(wěn)定的半、深湖相泥巖，既是主力烴源巖層，又是良好的區(qū)域蓋層；中構(gòu)造層在總體南斷北超的構(gòu)造背景之下，E2d和E2s1具有近源短流的沉積特征，油源主要來自下構(gòu)造層的E1f4，在構(gòu)造和儲(chǔ)層相配置的有利區(qū)形成了一系列滾動(dòng)背斜和構(gòu)造-巖性復(fù)合油藏，石油地質(zhì)儲(chǔ)量豐富。

2 蓋層宏觀發(fā)育特征

高郵凹陷中淺層蓋層類型比較單一，主要為泥巖蓋層。E2d至E2s1沉積期發(fā)生了兩次湖侵，分別發(fā)生在戴一段一亞段（E2d11）和垛一段六亞段（E2s16）沉積期，建設(shè)了兩套濱淺湖、半深湖亞相泥巖，形成高郵凹陷中淺層兩套主要區(qū)域蓋層。

2.1 蓋層縱向發(fā)育特征

E2d11沉積時(shí)處于斷陷盆地發(fā)育的鼎盛期，在全凹陷內(nèi)發(fā)育五套高電導(dǎo)率暗色泥巖，分布穩(wěn)定，在地震反射上形成三個(gè)穩(wěn)定的強(qiáng)軸，是研究區(qū)最主要的標(biāo)志層和良好的區(qū)域蓋層（圖2）。E2s16蓋層是一套以高電導(dǎo)率暗色泥巖為主的泥質(zhì)巖層段，穩(wěn)定性好，是研究區(qū)內(nèi)一套較好的區(qū)域蓋層和標(biāo)志層（圖2）。

圖2 高郵凹陷E2d11、E2s16暗色泥巖巖電及地震反射特征

2.2 蓋層平面分布特征

研究區(qū)兩套蓋層在區(qū)域上的分布特征與各個(gè)次凹的沉積相帶分布和沉積演化特征密切相關(guān)。高郵深凹帶構(gòu)造演化史和沉積相研究表明，西部的邵伯次凹形成時(shí)間最早，隨后為中部的樊川次凹，最晚為東部的劉五舍次凹，北部主要發(fā)育三角洲—湖泊沉積體系，南部陡坡帶主要發(fā)育各類扇體—湖泊沉積體系。各個(gè)次凹構(gòu)造演化、物源規(guī)模大小和沉積相帶的不同導(dǎo)致不同地區(qū)和不同層系的泥巖蓋層分布存在差異（表1）。

E2d11沉積時(shí)，泥巖在平面上總體具有“西厚東薄”的分布特征，凹陷的三個(gè)洼槽區(qū)當(dāng)時(shí)主要為濱淺湖沉積，沉積的泥巖厚度最大，均在120 m 以上。西部邵伯次凹周邊地區(qū)當(dāng)時(shí)物源規(guī)模較小，單層泥巖厚度較大，最大可達(dá)100 m 左右，中東部樊川次凹和劉五舍次凹泥巖發(fā)育程度較西部略差，單層泥巖最大厚度小于40 m（圖3，表1）。

表1 高郵凹陷深凹帶主要油田中淺層泥巖蓋層統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

圖3 高郵凹陷E2d11泥巖厚度等值線

E2s16泥巖相對(duì)較薄，總厚度12～50 m 左右，但湖侵時(shí)沉積的高導(dǎo)泥巖在全區(qū)均有分布，單層厚度最大可達(dá)12 m，可作為較好的區(qū)域蓋層。平面上，西部邵伯次凹和中部樊川次凹泥巖發(fā)育程度好于東部（圖4、表1）。

圖4 高郵凹陷E2s16泥巖厚度等值線

3 蓋層封閉特征

蓋層封閉油氣機(jī)理主要包括物性封閉、超壓封閉和烴濃度封閉3種類型［13］。高郵凹陷僅在阜寧組存在異常高壓，中淺層泥巖均為正常壓實(shí)，蓋層不存在超壓封閉。另外，中淺層地層含砂率較高、未達(dá)到生烴門限，泥巖不具備烴濃度封閉條件，因此蓋層封閉類型主要是物性封閉（毛細(xì)管力封閉）。

蓋-儲(chǔ)層界面上允許的最大毛細(xì)管壓力可用以下公式求得:

式中，Pch，蓋-儲(chǔ)層界面上蓋層中最大喉道的毛細(xì)管壓力，MPa；ρw，地層條件下水的密度，kg／m3；ρh，地層條件下烴的密度，kg／m3；g，重力加速度，9.8 N／kg；Th，Pch下捕集的最大烴柱高度，m。

上式中蓋-儲(chǔ)層最大喉道毛細(xì)管壓力等于蓋層排替壓力與儲(chǔ)層排替壓力之差。研究區(qū)有關(guān)砂巖排替壓力的資料較多，而實(shí)測泥巖的排替壓力數(shù)據(jù)有限。通過統(tǒng)計(jì)，E2d1排替壓力平均0.198 MPa，集中分布于0.03～0.3 MPa 范圍內(nèi)；E2s1排替壓力平均0.056 MPa，集中分布于0.01～0.05 MPa 范圍內(nèi)。由于研究區(qū)蓋層排替壓力與儲(chǔ)層排替壓力相差一到兩個(gè)數(shù)量級(jí)，在儲(chǔ)蓋排替壓力相差較大條件下蓋層封閉能力主要取決于蓋層排替壓力的大小。因此，利用蓋層排替壓力可作為描述蓋層封閉能力最直接、最重要的評(píng)價(jià)參數(shù)。研究表明，實(shí)測泥巖排替壓力與孔隙度之間具有明顯的指數(shù)關(guān)系［14］。泥巖孔隙度與聲波時(shí)差之間具有如下關(guān)系:

式中，Δt為泥巖聲波時(shí)差，μs/m；Φ為泥巖孔隙度，%；A和B為與地區(qū)有關(guān)的常數(shù)。

式中，Pd為泥巖排替壓力，MPa；a和b為與地區(qū)有關(guān)的常數(shù)。因此，可以得到泥巖排替壓力與聲波時(shí)差之間具有如下關(guān)系:

式中，c和d為與地區(qū)有關(guān)的常數(shù)。

統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)研究區(qū)內(nèi)泥巖排替壓力與聲波時(shí)差關(guān)系如圖5。

圖5 高郵凹陷E2d11、E2s16泥巖排替壓力與聲波時(shí)差相關(guān)關(guān)系

對(duì)研究區(qū)內(nèi)重點(diǎn)井各層段泥巖聲波時(shí)差值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，利用圖5 中公式計(jì)算并勾繪蓋層排替壓力在平面上的展布（圖6、圖7）。E2d11蓋層排替壓力普遍大于1 MPa，深凹帶大于2 MPa，深凹中心最大可達(dá)10 MPa，由深凹中心向四周逐漸減??；E2s16蓋層排替壓力介于0.5～4 MPa 之間，馬家嘴、黃玨、永安北、周莊及徐富部分地區(qū)排替壓力較低，介于1～2 MPa之間，深凹帶其它地區(qū)均大于2 MPa。

圖6 高郵凹陷E2d11泥巖排替壓力等值線

圖7 高郵凹陷E2s16泥巖排替壓力等值線

4 蓋層綜合評(píng)價(jià)

4.1 評(píng)價(jià)參數(shù)的選取

蓋層依據(jù)其封閉機(jī)理的差別，在評(píng)價(jià)時(shí)應(yīng)確定不同的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)方法?？紤]到研究區(qū)內(nèi)蓋層巖性比較單一，欠壓實(shí)程度弱，其封閉機(jī)理主要為物性封閉的特征，因此，主要依據(jù)蓋層厚度（包括泥巖總厚度和單層最大厚度）、泥巖百分含量和排替壓力共4個(gè)參數(shù)對(duì)蓋層進(jìn)行分類評(píng)價(jià)。

4.2 蓋層評(píng)價(jià)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)的建立

蓋層厚度、泥巖百分含量及其沉積環(huán)境是決定泥巖蓋層宏觀封閉能力的重要參數(shù)，不僅反映其原始空間展布面積的大小，而且決定著斷裂破壞后蓋層空間分布的連續(xù)性。蓋層厚度的大小，直接影響圈閉油氣藏的高度，國內(nèi)外已發(fā)現(xiàn)的大油（氣）藏往往都和較厚的蓋層相關(guān)聯(lián)。高郵凹陷中淺層斷裂發(fā)育，已發(fā)現(xiàn)油氣藏均受構(gòu)造控制，蓋層厚度較大、泥巖含量較高時(shí)，斷層兩側(cè)泥巖接觸機(jī)會(huì)高，容易形成良好的側(cè)向封擋。高郵凹陷中淺層泥巖含量70%以上、每套厚度大于60 m 的地區(qū)，保存條件較好，圈閉富集油氣。根據(jù)松遼盆地的經(jīng)驗(yàn)，泥巖厚度小于20 m時(shí)，不能作為蓋層。

本次對(duì)研究區(qū)兩套蓋層之下已發(fā)現(xiàn)油氣藏解剖發(fā)現(xiàn)，當(dāng)泥巖蓋層總厚度大于等于25 m，單層泥巖厚度大于等于10 m，泥巖百分含量大于等于40%均可作為良好的蓋層；泥巖總厚度小于25 m，單層泥巖厚度小于10 m，泥巖百分含量小于40%蓋層條件較差，難以形成油氣藏。

排替壓力是物性封閉蓋層最關(guān)鍵的評(píng)價(jià)參數(shù)。對(duì)于物性封閉蓋層，儲(chǔ)層與蓋層排替壓力差大于2.0 MPa 可作為好的蓋層，儲(chǔ)蓋排替壓力差介于0.5～2.0 MPa 為較好的蓋層，儲(chǔ)蓋排替壓力差介于0.1～0.5 MPa 的為中等蓋層，排替壓力差小于0.1 為差的蓋層。據(jù)本文蓋層排替壓力計(jì)算結(jié)果，評(píng)價(jià)時(shí)取0.5 MPa 作為較差蓋層的上限。據(jù)此，建立研究區(qū)蓋層評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表2。

表2 高郵凹陷深凹帶泥巖蓋層分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

4.3 蓋層有利區(qū)分布

依據(jù)表2對(duì)研究區(qū)內(nèi)兩套蓋層平面展布特征進(jìn)行分級(jí)評(píng)價(jià)（圖8、圖9），認(rèn)為E2d11以Ⅰ類蓋層為主，覆蓋了整個(gè)深凹帶及部分內(nèi)斜坡地區(qū)；E2s16蓋層總體條件較E2d11蓋層要差，主要以Ⅱ類、Ⅲ類蓋層為主，深凹地區(qū)大部分為Ⅱ類蓋層，聯(lián)盟莊—黃玨一線以西、富民以北及周莊地區(qū)大部分為Ⅲ類蓋層所覆蓋。兩套蓋層對(duì)油氣分布控制作用明顯，E2d11蓋層條件好覆蓋范圍大，E2d1油氣藏基本分布于Ⅰ類蓋層覆蓋范圍內(nèi)；E2s1大部分油氣藏為Ⅱ類蓋層所覆蓋，Ⅲ類蓋層分布區(qū)無油氣藏發(fā)現(xiàn)。

圖8 高郵凹陷E2d11泥巖蓋層評(píng)價(jià)

圖9 高郵凹陷E2s16泥巖蓋層評(píng)價(jià)

5 結(jié)論

（1）高郵凹陷E2d至E2s1沉積期發(fā)生了2次湖侵，沉積了E2d11和E2s16兩套較好的泥巖蓋層，平面上蓋層厚度由深凹區(qū)向周邊減薄，深凹帶西部厚度大于東部。

（2）蓋層封閉特征研究認(rèn)為，高郵凹陷中淺層蓋層封閉類型主要是物性封閉，蓋層排替壓力由深凹中心向兩側(cè)逐漸降低。

（3）根據(jù)蓋層厚度、泥巖百分含量及排替壓力對(duì)E2d11和E2s16兩套蓋層進(jìn)行分級(jí)綜合評(píng)價(jià)，并結(jié)合油氣分布，明確了兩套蓋層對(duì)油氣分布控制作用明顯，E2d11蓋層覆蓋范圍大，在深凹帶均為Ⅰ類蓋層，E2d1油氣藏基本分布于Ⅰ類蓋層覆蓋范圍內(nèi)；E2s1大部分油氣藏為Ⅱ類蓋層所覆蓋，Ⅲ類蓋層分布區(qū)無油氣藏發(fā)現(xiàn)。