墙角型陡坡带岩性圈闭油气成藏条件研究*——以渤海湾盆地石南陡坡带中段BZ3区古近系东营组为例
杨波, 徐长贵, 牛成民
中海石油(中国)有限公司天津分公司渤海油田勘探开发研究院,天津塘沽 300452
摘要

BZ3区西部陡坡带位于渤海湾盆地渤中凹陷石南陡坡带中段,构造上处于石臼坨凸起与凸起倾没端相交的夹角地带,石南一号断裂和石南二号断裂在此处相交,形成由多个复杂断阶所组成的复式墙角型陡坡坡折带。通过高精度层序地层学研究认为, BZ3区东营组东二下亚段发育 3 4~5级基准面旋回,每个基准面旋回的上升半旋回的下部和下降半旋回均控制了辫状河三角洲沉积的发育。根据墙角型断裂坡折的形成机制和构造演化特征分析,认为其古构造背景有利,在东二下亚段沉积时期为该区水系汇聚区,以石臼坨凸起为物源,沿边界断层下降盘发育多期辫状河三角洲,并综合地震相、地震属性和地震反演等手段刻画了砂体边界。研究表明,第 1 2个基准面旋回砂体发育,且呈扇形向西南方向尖灭,形成侧向尖灭型岩性圈闭,且每期旋回形成的岩性圈闭面积较大、叠合性好。该圈闭依附于边界断层,面向渤中西次洼,背靠石臼坨凸起,烃源岩、运移和储盖组合等成藏条件优越,具有良好的勘探价值,是渤中凹陷岩性圈闭勘探比较现实的目标区之一。

关键词: 墙角型陡坡带; 高精度层序地层; 岩性圈闭; 东营组; 渤中凹陷
中图分类号:P618.130.2+4 文献标志码:A 文章编号:1671-1505(2011)04-0434-09
Conditions for hydrocarbon reservoirs formation of lithologic trap in wall-corner-type steep slope belt: A case on the Paleogene Dongying Formation of BZ3 block in middle part of Shinan steep slope belt,Bohai Bay Basin
Yang Bo, Xu Changgui, Niu Chengmin
Bohai Oilfield Exploration and Development Research Institute,China National Offshore Oilfield Corporation Limited-Tianjin,Tanggu 300452,Tianjin

About the first author:Yang Bo,born in 1975,is a master and engineer. He is mainly engaged in researches of petroleum geology and comprehensive exploration.

第一作者简介:杨波,男, 1975年生,硕士,地质师,主要研究方向为石油地质与综合勘探。通讯地址:天津塘沽 609信箱中海石油天津分公司渤海油田勘探开发研究院;邮编: 300452 E-mail:yangbo2@cnooc.com.cn

Abstract

The western steep slope belt of BZ3 block is located in the middle part of Shinan steep slope belt,Bozhong Sag of Bohai Bay Basin.It was formed at the joint zone of Shijiutuo Uplift and its pitching end is a complex wall-corner-type steep slope with several step-fault zones formed by two intersected faults of Shinan 1 and Shinan 2.According to the theories of high resolution sequence stratigraphy,there are three base level cycles of 4-5 th order in the lower submember of Member 2 of Dongying Formation(lower E d2),and the upper and lower parts of the base level cycle controlled the formation of the braided fluvial delta.By analyses of formation mechanism and structural evolution of wall-corner-type steep slope,the ancient tectonic background was favorable for the water convergence in the lower E d2,there were multi-stage braided fluvial delta deposits along the down-throw side of the boundary fault from the provenance of Shijiutuo Uplift.Then the sandbody boundary is portrayed by the seismic phase,seismic attributes and seismic inversion methods.The study result shows that the 1st and 2nd base level cycles are favorable for sandbody enrichment,which pinchout to southwest and form lithological traps.They have big trap area and good reservoir-seal conditions.Because these traps were formed attaching to the boundary fault,facing to the western subsag of Bozhong Sag and relying on the Shijiutuo Uplift,the accumulation condition is favorable,and will be the exploration targets of lithological traps in the Bozhong Sag.

Key words: wall-corner-type steep slope belt; high resolution sequence stratigraphy; lithologic trap; Dongying Formation; Bozhong Sag

陡坡带是箕状凹陷油气勘探的重要构造带, 构造与岩性油气藏均十分发育, 是油气勘探的重要领域。陆上油田已经进行了很多有益的勘探实践, 取得了丰硕的成果与认识(孔凡仙, 2000; 李素梅等, 2004; 夏东领等, 2007)。但是陡坡带勘探难度较大, 具有构造、沉积相带迁移变化快和构造— 岩性圈闭分布的控制因素复杂的特点。近两年渤海油田针对陡坡带古近系中深层构造圈闭的勘探取得了良好成果, 但岩性圈闭勘探仍处于探索阶段。文中通过对石臼坨凸起南部边界断层下降盘陡坡带(简称石南陡坡带)中段BZ3区东营组二段高精度层序格架下岩性圈闭的精细雕刻, 并探讨其油气成藏条件, 寻找岩性圈闭的突破口, 以期带动整个石南陡坡带的勘探, 并为打开渤中凹陷陡坡带古近系岩性圈闭勘探的新局面奠定基础。

1 区域地质概况

石南陡坡带位于渤海湾盆地渤中凹陷的北部、石臼坨凸起南部边界断裂下降盘及邻近地区, 为近东西走向的狭长构造带, 东起石臼坨凸起北倾没端(428油田), 西至南堡35-2油田附近。截至目前, 石臼坨凸起及其倾没端累计发现各级石油地质储量达3× 108 m3。石南陡坡带是石臼坨凸起中亿吨级大油田油气运移的必经之路, 成藏位置十分有利, 且勘探程度相对较低, 整个区带极具勘探潜力。

文中重点研究的BZ3区位于石南陡坡带中段部位, 包括石臼坨凸起向渤中凹陷的倾没端及其围区, 西面和南面与渤中凹陷以石南二号断裂相接、东面呈宽缓斜坡与渤中凹陷相接, 区带3面环洼, 包括西部陡坡带、凸起倾没端和东部缓坡带3个构造带(图 1)。BZ3区目前已钻探井10余口, 分别在新近系、古近系东营组潜山获得了不同程度的油气发现, 揭示了该区带具备复式油气成藏的优越条件。

2 渐新统东营组高精度层序地层及其沉积体系构成

渤海海域渤中凹陷渐新统东营组是二级层序, 该次研究的主要对象是东营组二段下亚段, 在层序级次上相当于三级层序, 该层序顶、底界面均为大型不整合面, 该层序之下为东三段, 之上为新近系馆陶组, 该地区缺失东二段上亚段。

研究中根据BZ3区钻井、测井和古生物等资料, 通过单井高精度层序地层分析和联井层序对比, 建立钻井层序地层格架。在地震上根据地震反射特征进行地震层序的识别, 同时进行井— 震结合层序对比, 建立综合层序地层格架。

图1 渤海湾盆地渤中凹陷石南陡坡带中段BZ3区区域位置Fig.1 Regional location of BZ3 block in middle part of Shinan steep slope belt of Bozhong Sag, Bohai Bay Basin

2.1 高精度钻井层序地层

根据钻井资料、运用高精度层序地层分析, BZ3区东二层序可识别出3个4~5级基准面旋回, 从下至上依次命名为SQ1、SQ2和SQ3(图 2)。

图2 BZ3-1-B井东营组东二下亚段层序精细划分Fig.2 Fine division of sequences of the lower submember of Member 2 of Dongying Formation in Well BZ3-1-B

SQ1旋回:该旋回是一个较为完整的对称旋回, 旋回底界面为不整合面, 该旋回的顶界面为顶超面。从测井曲线和岩性组合特征看, 该旋回总体表现为从退积到进积的的叠加样式, 基准面上升到下降的转换位置表现为高伽马值和低电阻率值的特征, 岩性为大套浅灰色泥岩和灰色泥岩, 古生物组合中藻类含量较高, 具有湖泛沉积特征。上升半旋回下部为退积型辫状河三角洲沉积, 下降半旋回上部为进积型辫状河三角洲沉积。在BZ3区, 该旋回砂体稳定发育(图 2, 图3)。

SQ2旋回:该旋回为一进积叠加样式的半旋回, 测井曲线呈漏斗型组合, 岩性由细变粗, 藻类含量由高到低, 反映了水体逐渐变浅的过程。主要发育进积型辫状河三角洲沉积。BZ3区由北向南, 沉积体系离物源越来越远, 该旋回砂岩含量和厚度逐渐减小(图 2, 图3)。

图3 BZ3区东二下亚段高精度层序地层对比Fig.3 Correlation of high resolution sequence stratigraphy of the lower submember of Member 2 of Dongying Formation in BZ3 block

SQ3旋回:该旋回顶部为不整合面, 顶部遭受强烈剥蚀。多数井该旋回钻遇大套泥岩, 虽然为一套泥岩, 但从GR测井曲线仍能看出其水体由下至上逐渐变浅的过程, 主要表现为上部的曲线幅度较下部曲线幅度大, 表明上部曲线泥质不纯; 古生物组合中, 下部藻类含量要略高于上部藻类含量, 也表明了由下至上水体逐渐变浅的特征(图 2, 图3)。

联井对比分析表明, 这3个旋回在全区都比较发育, 且厚度稳定。总体来看, 辫状河三角洲在北部要比南部发育。

2.2 高精度地震层序与沉积体系构成分析

在地震剖面上, 根据地震反射终止方式和地震波组特征, 同样可以识别出3个基准面旋回。通过井— 震标定, 这3个基准面旋回与钻井上的旋回划分是一致的(图 4)。

图4 BZ3区西部陡坡带东二下亚段地震层序格架Fig.4 Seismic sequence framework of the lower submember of Member 2 of Dongying Formation in western steep slope belt in BZ3 block

SQ1上升半旋回在地震剖面上底界面为一连续性较好的中强振幅同相轴, 其上见前积反射, 向凹陷方向, 前积反射逐渐变成一套弱反射; 顶界面为连续性较好的反射同相轴, 该界面之上见斜交前积反射, 该界面对应钻井上的基准面上升半旋回到基准面下降半旋回转换的位置, 应解释为最大洪泛面, 其地震层序内的前积反射为辫状河三角洲前缘沉积。

SQ1下降半旋回顶界面与SQ2旋回顶界面也是一个顶超面, SQ3旋回的顶界面为区域不整合面即馆陶组的底界面。SQ1下降半旋回、SQ2旋回内部见良好的前积反射, 为不同期次的辫状河三角洲前缘反射特征。SQ3旋回以中振幅平行反射为主, 局部见良好的前积反射, 应解释为以浅湖沉积为主, 局部夹辫状河三角洲前缘沉积。

综合分析认为, BZ3区西部陡坡带东二下亚段高精度层序格架下SQ1、SQ2、SQ3旋回主要发育北东— 南西方向辫状河三角洲前缘沉积。随着水体逐渐变浅, 可容纳空间逐渐变小, 由低位域退积型辫状河三角洲沉积向高位域进积型辫状河三角洲沉积转换, 辫状河三角洲前缘砂体的范围逐渐变大(图 5)。

图5 BZ3区西部陡坡带东二下亚段不同旋回沉积体系分布(A— 东二下亚段SQ1上升半旋回沉积相; B— 东二下亚段 SQ1下降半旋回沉积相; C— 东二下亚段SQ2旋回沉积相)Fig.5 Distribution of depositional systems of different cycles in the lower submember of Member 2 of Dongying Formation in BZ3 block

3 墙角型陡坡带形成机制与特征

伸展型边界断裂坡折带是指长期同沉积断裂活动产生明显差异升降和沉积地貌突变的古构造枢纽带, 构成盆内古构造单元和沉积区域的边界(王英民等, 2003)。

石南陡坡带就是一个伸展型边界断裂坡折带。其陡坡断裂不是一条简单的断裂, 是张性与剪张性复合、平直形与弧形交互、活动时间各异的复杂断裂带。根据剖面断裂样式及其组合特征, 可将石南陡坡带划分为单断式陡坡坡折和断阶式陡坡坡折两种类型。单断式陡坡坡折带由于发育于边界大断裂处, 断裂长期活动, 断层上下盘高差大, 形成持续下陷型边界。断阶式陡坡坡折带由2条以上断裂持续下陷形成, 早期盆缘断裂断距较大, 晚期盆缘断裂断距较小, 有的甚至只断基底, 成为上覆地层的隐伏断裂, 使上覆地层在隐伏断裂处形成挠曲坡折。

从平面组合上, 石南陡坡坡折带主要可以分为平直型和墙角型。其中, 重点研究的墙角型陡坡坡折断裂平面上表现为弧形或者是由两条断裂相交组合形成。在石南陡坡带墙角型陡坡坡折主要分布在中段BZ3区和东段。平直型和墙角型两者控砂特征不同, 平直型陡坡坡折带水系方向单一、分散, 基本垂直坡折带, 碎屑物质颗粒粗, 厚度大, 但平面规模一般较小, 常呈裙状产出。墙角型陡坡坡折带水系方向一般由2个或2个以上的方向向墙角处汇聚, 水系集中, 无论是在垂向上还是在平面上砂体规模都很大(张善文等, 2001; 徐长贵, 2006; 徐长贵等, 2008, 2009)(图 6)。

图6 石南陡坡带构造样式Fig.6 Structure types of Shinan steep slope belt

4 古近系墙角型陡坡带层序构成与沉积充填

陡坡断裂带的沉积层序发育与主干同生断裂的活动历史和组合样式有关。BZ3区西部陡坡带处于石臼坨凸起与凸起倾没端相交的夹角地带, 石南一号断裂和石南二号断裂在此处相交, 组成一个墙角型陡坡坡折带。这个陡坡坡折带并不是由两条单一的断裂组成的, 而是由多个复杂断阶所组成的复式墙角型陡坡坡折带。其陡坡断裂早期活动强度大, 到了东营组沉积时期活动逐渐减弱, 至馆陶组早期基本不活动(图 6, 图7)。

图7 BZ3区西部陡坡带坡折特征Fig.7 Characteristics of slope break in western steep slope belt of BZ3 block

BZ3区西部陡坡带坡折之上为石臼坨凸起。在“ 山— 沟— 坡— 面” 耦合控砂原理(徐长贵, 2006)的指导下, 分析认为石臼坨凸起在东二段沉积之前长期处于剥蚀状态, 是良好的物源区, 主要母岩包括太古界变质岩和中生界火山岩, 经风化剥蚀能形成碎屑颗粒而提供沉积物源。凸起上发育纵横分布的大型沟谷群, 这些沟谷群是碎屑颗粒搬运的主要通道。墙角型陡坡坡折属于古坡折体系, 有利于石臼坨凸起之上多水系在此汇聚, 而坡角下是碎屑物质卸载区, 极易形成大型砂体呈扇形展布。

BZ3区西部陡坡带古近系在断陷期(沙四层序— 沙一层序沉积时期)的主干断裂为盆缘断裂, 断裂外侧为直接提供物源的石臼坨凸起。沿陡坡带下降盘一侧粗碎屑沉积垂向加积, 随着湖水的加深, 边缘扇从沙四时期的冲积扇向沙三— 沙一、沙二沉积时期的扇三角洲演化。坳陷期(东营组层序)向凸起上超, 水进域和高位域超覆断裂带, 原来的盆缘断裂成为盆内断裂坡折带。坳陷期发育的层序内以发育扇三角洲和辫状河三角洲为特征。文中重点研究的东二下亚段层序, 结合前文高精度层序地层分析, 在低位域时期(SQ1上升半旋回), 受断层活动减弱、坡折带相对变缓影响, 以发育退积型辫状河三角洲沉积为特点; 高位域时期(SQ1下降半旋回、SQ2旋回)则为辫状河三角洲向盆地方向进积, 受多级坡折的控制, 三角洲前缘的砂体沉积中心沿坡折带形成相对沉降的低地貌分布。

图8 BZ3区西部陡坡带SQ1上升半旋回地震属性特征与砂体顶面形态Fig.8 Seismic attribute characteristics of rising cycle of SQ1 and shape of top boundary of sandbody in western steep slope belt in BZ3 block

综合上述研究, BZ3区西部陡坡带东二下亚段砂体的发育程度、类型与位置主要受坡折带类型、水系方向与古地貌的配置关系以及基准面的旋回性变化等控制。因此, 层序构成与沉积充填分析是岩性圈闭预测的基础, 精细的层序地层分析有利于岩性圈闭的精细识别。

5 岩性圈闭识别与油气成藏条件分析
5.1 岩性圈闭的识别与描述

在墙角型坡折控砂机制下, 结合高精度层序地层研究, 针对不同的基准面旋回内地震相、地震属性、反演等地球物理属性进行分析, 精细确定每个旋回内沉积体的边界、顶面形态, 分析其构成岩性圈闭的可能性, 并对岩性圈闭的形成要素进行描述。

从其地震相特征看, SQ1上升半旋回内主要以北东— 南西方向的斜交前积反射为主, 地震相在平面上呈扇形分布, 向南西方向尖灭; 沿SQ1上升半旋回顶面提取振幅属性, 发现振幅异常在平面上也呈扇形分布, 从边界断层向南西方向, 振幅由强变弱; 沿SQ1上升半旋回顶面向下开20 ms时窗提取平均绝对振幅, 振幅异常同样也表现出扇形的外形特征。根据阻抗反演资料, 该区东营组砂岩波阻抗偏低, 泥岩波阻抗偏高, 沿SQ1上升半旋回顶界面向下开40 ms时窗, 阻抗平面特征表明边界断层附近呈低阻抗异常, 是砂岩的反映, 外形同样呈扇形展布。综合上述地球物理信息, 可精确确定砂体分布范围, 通过阻抗反演追踪出砂体顶面形态, 确定岩性圈闭面积为16.2 km2, 闭合幅度580m, 是由砂体与断层一起构成的岩性圈闭(图 8)。

与SQ1上升半旋回相似, SQ1下降半旋回、SQ2旋回利用综合地球物理信息, 精确确定砂体分布范围并追踪出砂体顶面形态, 砂体最大面积分别为18.6 km2、16.7 km2, 闭合幅度分别为600 m、295m, 砂体与边界断层一起构成岩性圈闭(图 9)。

5.2 烃源岩与油气运移条件

BZ3区西部陡坡带东二下亚段岩性圈闭位于边界大断层下降盘, 紧邻渤中西次洼, 具有良好的烃源条件。从已钻井的烃源岩指标上看, 沙三段、东三段和东二段是该地区3套良好的烃源岩, 干酪根类型以Ⅱ 型为主, 少量Ⅰ 型和Ⅲ 型, 有机质丰度高, 属中等到好烃源岩, 生烃门限约在2800~3000m, 岩性圈闭砂体(埋深为2900~3500m)处于成熟烃源岩之中, 具有自生自储的油气运移优势。同时, 岩性圈闭夹于两条规模较大、可沟通烃源岩的大断层之间, 有利于凹陷深部沙河街组三段油气向上部东营组运移, 进而形成油气藏。

图9 BZ3区西部陡坡带SQ1下降半旋回与SQ2旋回砂体顶面形态Fig.9 Shape of top boundary of sandbody in falling cycle of SQ1 and SQ2 cycle in western steep slope belt in BZ3 block

5.3 储集条件

BZ3区西部陡坡带岩性圈闭埋深为2.9~3.5km, 处于晚成岩演化A期, 正处于次生孔隙易于发育的成岩阶段。钻井分析表明, 该区东营组砂岩主要为长石砂岩和长石岩屑砂岩, 不稳定组分长石及岩屑含量丰富, 长石颗粒在成岩早期有利于抵抗压实作用, 成岩晚期则易被酸性介质溶蚀, 有利于次生孔隙发育。钻井在东营组2.8~3.3 km之间统计岩心实测孔隙度平均为16%, 实测渗透率平均为100× 10-3 μ m2, 储集层物性良好。岩性圈闭储集层与已钻井属同时期的辫状河三角洲前缘砂体, 同样应具有良好的物性特征。

5.4 遮挡条件

岩性圈闭形成的最大风险是上倾方向的侧封性, 特别是辫状河三角洲前缘砂体展布范围广, 此类砂体形成的岩性圈闭易由于侧封条件差而导致勘探失利。研究表明, BZ3区西部陡坡带岩性圈闭具有3个有利于侧封的条件:一是东二段下部砂体与上升盘中生界、沙河街组地层对接。上升盘已钻井证实中生界为安山岩, 岩性致密、物性差, 可起到很好的侧封作用。沙河街组沙一段泥岩发育, 同样有利于侧封。二是不同断阶沉积体系的期次性导致上升盘前三角洲泥岩与下降盘三角洲前缘砂体对接, 有利于侧封(图 10)。此类模式在乌里雅斯太凹陷南洼槽斜坡带岩性圈闭勘探中已得到证实(易士威等, 2006)。三是主控岩性圈闭的边界断层断距大, 断距在60m以上, 有利于两盘砂岩的错开, 从而有利于侧封。

图10 BZ3区断阶带沉积体系的期次性对下降盘油气侧封的影响Fig.10 Influence of cyclic development of depositinal systems in BZ3 block fault belt on side sealing of petroleum on down-throw side

6 结束语

墙角型陡坡坡折带是一个较为特殊的坡折带, 十分有利于水流的汇聚和砂体富集, 易于形成岩性圈闭, 是开展岩性油气藏勘探的有利场所。通过对BZ3区西部墙角型陡坡带东营组二段下亚段进行高精度层序地层分析和岩性圈闭预测, 确定了3期规模较大的岩性圈闭。进一步分析认为其成藏条件优越, 是渤中凹陷岩性圈闭勘探比较现实的目标区之一。一旦付诸实践取得成功, 将打开渤中凹陷古近系岩性圈闭勘探的新局面, 也可为渤海海域其他类似地区的岩性圈闭勘探提供重要的借鉴。

同时, 石南陡坡带是渤中凹陷一个重要的、极具勘探价值的构造带, 是寻找优质油气的最佳场所。通过对BZ3区西部陡坡带岩性圈闭成藏条件的精细研究, 表明整个石南陡坡带应进一步加强高分辨率层序地层与构造— 岩性复合圈闭的研究。在“ 山— 沟— 坡面” 耦合控砂原理(徐长贵, 2006)的指导下, 运用独具渤海特色的、基于古地貌及高精度层序地层研究的地震— 地质一体化岩性圈闭预测技术, 整体研究该陡坡带构造— 岩性圈闭的成因、分布规律与成藏条件, 为对其实施多层系、多圈闭类型的立体勘探奠定基础。

作者声明没有竞争性利益冲突.

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