第一作者简介 吴涛,男,1981年生,博士,2014年毕业于中国科学院地质与地球物理所兰州油气资源研究中心,获博士学位,现为中国石油新疆油田公司勘探开发研究院工程师,主要研究方向为储集层沉积学。E-mail: wutao05@mails.ucas.ac.cn。
准噶尔盆地克拉玛依油田八区二叠系下乌尔禾组逐层超覆,后期受强烈冲断作用而抬升,并遭受强烈剥蚀。恢复其地层古厚度不仅能够重建该区埋藏演化史,也是油气资源定量评价的重要基础。然而,研究区勘探程度低,传统剥蚀厚度计算方法受限。针对实际地质条件与现有资料,文中利用地震地层趋势法和沉积层序分析法,在准确圈定剥蚀边界的基础上,根据邻层厚度比值法和参考层厚度变化率法,计算出下乌尔禾组三段剥蚀厚度。在此基础上,通过分析下乌尔禾组三段关键时期的沉积演化特征,建立了研究区扇三角洲沉积模式,确定了扇三角洲前缘储集相带展布范围,为今后的油气勘探提供了可靠的地质依据。
About the first author Wu Tao,born in 1981,graduated from Lanzhou Center for Oil and Gas Resources,Institute of Geology and Geophysics,Chinese Academy of Sciences and obtained his Ph.D. degree in 2014. Now he is an engineer of Research Institute of Exploration and Development,Xinjiang Oilfield Company,PetroChina,and is engaged in reservoir sedimentology. E-mail: wutao05@mails.ucas.ac.cn.
The Permian Lower Urho Formation overlapped layer by layer in the Block 8 of Karamay Oilfield, Junggar Basin. It suffered from intense denudation because of the late strong thrusting and uplifting. Therefore,resuming stratum palaeothickness not only can rebuild the burial and evolution history of the study area,but also is an important base of quantitative estimation of petroleum resources. However,traditional calculation method of denudation thickness is constrained by low degree of exploration. According to actual data and geological conditions of the study area,a suite of quantitative calculation method is probed out. Based on a new way of seismic trend thickness integrated with sedimentary sequences analysis,denudation boundary of the Permian Lower Urho Formation has been outlined. A composite method of the thickness ratio of nearby layers and the change ratio of reference layer thickness have been applied in calculating true denudation thickness of the Member 3 of Lower Urho Formation. By analyzing evolution characteristics of the Member 3 of Lower Urho Formation in the key sedimentary periods,a sedimentary model of fan delta has been established in the study area. The distribution range of delta front subfacies is also depicted at the same time,which can provide reliable geological evidence for the future petroleum exploration.
地层剥蚀是沉积盆地中普遍存在的地质现象。剥蚀厚度恢复不仅是重建盆地埋藏史的重点和难点, 而且是反演盆地地热史、油气成藏史的前提条件(李伟, 1996; 王毅和金之钧, 1999; 曹强等, 2007; 李儒峰等, 2012)。因此, 恢复地层剥蚀厚度是研究沉积盆地演化史和油气资源定量评价的一项重要基础性工作。目前, 恢复地层剥蚀量的方法众多(Magara, 1976; Dow, 1977; Guidish, 1985; Lastett et al., 1987; 郝石生等, 1988; 李泰明, 1989; 尹天放, 1992; 刘国臣等, 1995; 李明诚和李伟, 1996; 李伟, 1996; 周瑶琪等, 1997; 王毅和金之钧, 1999; 牟中海等, 2000, 2002; 何将启和王宜芳, 2002; 曹强等, 2007; 袁玉松等, 2008), 均是基于“ 现今地层剖面上恢复出的, 在剥蚀开始时被剥蚀地层的骨架厚度和孔隙度之和” (李伟, 1996; 曹强等, 2007)这一原理, 以致于计算出的剥蚀厚度基本都是视厚度, 故需要寻求一种合适的方法进行地层剥蚀量的定量恢复。
准噶尔盆地西北缘地区是一个晚古生代晚期— 中生代早期形成的前陆冲断带(张国俊和杨文孝, 1983; 何登发等, 2004; 况军和齐雪峰, 2006)。克拉玛依油田八区位于克百断裂带下盘, 地层发育较全。受中拐古隆起影响, 东围斜区为西高东低、呈东南倾的单斜, 形成了多套不整合面, 二叠系依次超覆沉积在石炭系之上, 并向玛湖凹陷逐渐过渡。由于遭受挤压抬升, 二叠系向上倾方向尖灭, 因此有利于形成地层、岩性油气藏。斜坡区二叠系下乌尔禾组地层超覆、削截成带分布, 埋藏适中, 勘探程度低, 具备形成规模油气藏的地质条件, 是实现油气勘探突破的重要领域。笔者首先分析研究区的剥蚀成因机制, 应用综合地震地层趋势法和沉积层序分析法圈定剥蚀范围, 然后在利用平衡剖面验证构造解释合理性的基础上, 利用邻层厚度比值法与参考层厚度变化率法, 获取精确的地层剥蚀真实厚度, 最后分析沉积演化特征及有利储集相带展布范围。
研究区位于玛湖凹陷、克百断裂带与中拐凸起的结合部位(图 1)。克百断裂带由多条断裂相互交错切割组合而成, 主断裂具有明显的同沉积性。在长期的断裂活动中, 主断裂又派生出多条分支断裂, 附近往往形成局部挠曲或鼻状构造。地层呈由北西向南东倾的单斜, 倾角一般为5° ~10° 。中拐凸起北翼平缓, 以斜坡向玛湖凹陷过渡。玛湖凹陷斜坡区整体为大型平缓的单斜构造, 局部发育断层和与地层有关的鼻状构造(刘翠敏等, 2008)。由于同时受到不同方向构造运动的影响, 研究区在检乌26井以北形成1条大型走滑断裂— — 玛10井断裂。在海西运动晚期中拐凸起开始隆升, 早期沉积的二叠系佳木河组被抬升剥蚀, 上倾方向地层依次被剥蚀尖灭, 上覆上乌尔禾组盖层对其构成了垂向遮挡。
通过对玛湖凹陷西斜坡二叠系下乌尔禾组岩电特征与沉积旋回分析, 将其自下而上划分为下乌尔禾组一段(P2w1)、下乌尔禾组二段(P2w2)、下乌尔禾组三段(P2w3)和下乌尔禾组四段(P2w4)(图 2)。其中, 下乌尔禾组一段受早期古隆起的控制主要分布于玛湖凹陷中心区, 主要表现为由中心向四周超覆尖灭。下乌尔禾组二段在玛湖凹陷西斜坡削蚀后的残留地层较下乌尔禾组三段、下乌尔禾组四段分布广, 以底超顶削为主。下乌尔禾组三段较下乌尔禾组二段沉积中心略靠东, 在玛湖凹陷西斜坡削蚀后残留地层较下乌尔禾组二段局限。下乌尔禾组四段整体以剥蚀为主, 在玛湖凹陷西斜坡遭受剥蚀的程度强于下乌尔禾组三段, 分布范围较其局限(图 1)。
受扎伊尔山构造活动的影响, 晚二叠世克百断裂带冲断作用强烈, 造成下乌尔禾组抬升剥蚀, 这对乌尔禾组层序的分布具有明显的控制作用, 表现为研究区下乌尔禾组倾角较大, 有不同程度的削蚀或超覆, 与上覆上乌尔禾组底部呈不整合接触(石昕等, 2005; 陈书平等, 2008)。因此, 玛湖凹陷西斜坡断阶带早期形成的多级坡折, 控制了二叠系下乌尔禾组地层厚度与削蚀尖灭带的分布(图 3)。各地层最终的分布范围及其形态受所处地层发育阶段与位置、古地貌形态以及后期剥蚀程度与湖平面升降的共同控制。
在剥蚀成因机制分析的基础上, 利用地震地层趋势法和沉积层序分析法, 可以确定被剥蚀层面的剥蚀边界, 即剥蚀范围(梁全胜等, 2009)(图 4-a)。研究区处于扇三角洲前缘斜坡, 下乌尔禾组自下而上逐层超覆(吴涛等, 2013)。其中, 下乌尔禾组三段顶界的不整合面在地震剖面上具有显著地震反射结构特征, 在凸起高部位削截现象较为普遍, 而在凸起的周围表现为典型的顶超(图 4-b)。通过对下乌尔禾组顶界距凸起中心部位最近的顶超接触关系判别, 可以确定在下乌尔禾组三段沉积末期构造抬升剥蚀时的古水岸线, 进而确定剥蚀范围。以古水岸线为剥蚀边界, 避免了根据削截现象来识别剥蚀边界可能会遗漏一部分被剥蚀地层的情况(梁全胜等, 2009)。下乌尔禾组二段具有连续性强、厚度稳定的特点, 其底界是一个典型的等时界面, 以此所追踪的趋势面可以代表未剥蚀前的地层顶界面。文中以东南向测线AA'为例(图 4-b), 首先恢复到下乌尔禾组四段沉积前的特征, 进而计算下乌尔禾组三段的剥蚀厚度。
2.3.1 计算方法
在同一构造层内, 地层沉积具有继承性和持续性, 地层厚度的变化也具有一定的相关性。被剥蚀层的剥蚀量可以根据参考层的厚度变化趋势, 利用邻层厚度比值法和参考层厚度变化率法, 由保存完整区向剥蚀区进行恢复(何登发, 2004)。如图5-a所示, A点地层未被剥蚀, B点地层被剥蚀, 在被剥蚀层下选择厚度相关性较好的参考层, 并在A、B交界处选一点C, 使得A、B之间厚度变化率的求取更为合理(周路等, 2007)。文中选取的邻层厚度比值法和参考层厚度变化率法计算过程如下。
邻层厚度比值法计算剥蚀厚度:
式中, Ha, Hc分别为A、C点剥蚀层的残余厚度;
参考层厚度变化率法计算剥蚀厚度:
式中, Lab为A、B两点之间的距离; Lac为A、C两点之间的距离; Hb,
计算过程中, 选取多个控制点, 利用地震解释成果提取出剥蚀层和参考层的时间厚度, 通过上述方法逐点计算出剥蚀层的时间域剥蚀厚度, 其后用层速度将其换算为地层厚度。据铅垂线方向与地层垂向之间的夹角(α ), 折算出地层真厚度(图 5-b)。该方法以厚度资料为基础, 可真实估算地层剥蚀厚度, 具有较高的可靠性。
2.3.2 剥蚀厚度的求取
为了确保计算结果的准确性, 首先需要对采用的地质模型的合理性进行检验, 而平衡剖面技术是检验地质构造解释是否正确合理的重要方法(宋鸿林, 1985; 刘光炎和蒋录全, 1995; 阎世信等, 2000)。文中通过将下乌尔禾组三段底界拉平、利用等面积法复原未经构造变形的剖面(图 4-c), 确保了重建地质模型的可靠性。
从图4-c中可以看出, 研究区下乌尔禾组二段位于下乌尔禾组三段的下部, 地层厚度变化小, 具有相似的展布特征, 是较可靠的参考层, 故可以依据保存相对完整的下乌尔禾组二段厚度比值及其地层厚度估算下乌尔禾组三段沉积厚度。文中利用上述邻层厚度比值法和参考层厚度变化率法, 计算出下乌尔禾组三段地层剥蚀厚度(AA'方向)。计算结果表明, 由斜坡区向剥蚀区α 值为3° ~5° 、沿下乌尔禾组四段顶超— 玛湖1井区— 白22井区方向呈现先增大后减小的趋势, 剥蚀地层真厚度与地层(视)厚度基本一致, 分别为320 m、264 m和216 m(图5-b)。
恢复地层剥蚀厚度, 可以正确估算地层原始沉积厚度和最大古埋深, 进而为研究沉积盆地的埋藏演化史提供基础(曹强等, 2007)。研究区二叠系下乌尔禾组三段沉积时期, 下乌尔禾组向检乌3井区逐层超覆, 整体为水进, 下乌尔禾组一段在玛湖1井区下倾方向超覆尖灭; 上乌尔禾组沉积前, 由于构造抬升, 玛湖1井至检乌3井区高部位地层遭受明显剥蚀, 剥蚀厚度逐渐减薄, 下乌尔禾组三段厚度较之其他地层大; 上乌尔禾组沉积时期, 由于构造沉降, 玛湖1井区下倾方向形成前陆沉积中心, 下乌尔禾组四段剥蚀尖灭, 下乌尔禾组三段厚度减薄最为明显, 而下乌尔禾组二段厚度分布稳定; 三叠系百口泉组沉积时期, 再次发生构造抬升, 玛湖1井区下倾方向沉降明显, 导致三叠系地层整体超覆沉积在二叠系上乌尔禾组之上(图 6)。
通过对沉积特征的分析, 研究区二叠系下乌尔禾组主要沉积相类型为扇三角洲, 可进一步划分出扇三角洲平原亚相和扇三角洲前缘亚相。在前人研究成果(鄢继华等, 2009; 史基安等, 2010)的基础上, 通过地层剥蚀厚度的恢复计算, 对研究区沉积相带的划分进行了量化研究, 建立了研究区二叠系下乌尔禾组三段的扇三角洲沉积模式(图 7)。
研究区上倾方向下乌尔禾组剥蚀明显, 是冲积扇与扇三角洲陆上衔接部分, 为一套近源砾质沉积; 玛湖1井区位于扇三角洲前缘亚相上倾方向, 发育泥、砂和砾石混杂的透镜状沉积体, 下倾方向渐变为滨浅湖泥岩沉积。扇三角洲前缘作为扇三角洲最活跃的沉积中心, 岩性以粉砂岩、细砂岩、砾质砂岩和砂砾岩为主, 泥质杂基含量低, 方解石等碳酸盐类胶结物往往较发育, 在后期的成岩作用过程中, 压实作用对储集层的破坏作用有限, 胶结物的溶蚀作用对储集层的改造作用明显, 常常形成分选良好、低泥质含量的优质储集层, 属于优质储集层发育相带(史基安等, 2010)。
在对主要骨干剖面界定剥蚀范围的基础上, 分别计算出相应剖面的地层剥蚀厚度和现今厚度。根据已钻井取心段的储集层岩性, 结合储集层反演的结果, 预测出砂砾岩原始厚度分布范围, 其中, 数值为0的等值线对应剥蚀边界(即古湖岸线), 砂砾岩厚度一般在100~190 m, 扇三角洲前缘有利储集相带面积达240 km2, 展示出巨大的勘探潜力(图 8)。因此, 研究区玛湖1井区位于有利沉积相带, 具备发育地层背景下岩性油藏的沉积环境。
1)在分析对比各种剥蚀厚度计算方法的基础上, 首次在准噶尔盆地西北缘开展地层剥蚀量的定量恢复。通过正确合理的构造解释, 综合地震地层趋势和沉积层序分析法, 准确圈定剥蚀边界是开展剥蚀量计算的重要前提。
2)研究区二叠系下乌尔禾组沉积具有较好的继承性和持续性, 利用邻层厚度比值法和参考层厚度变化率法, 获取了较为精确的剥蚀地层真厚度值, 下乌尔禾组三段地层剥蚀厚度在216~320 m之间。
3)根据二叠系下乌尔禾组三段各时期的沉积演化特征, 建立了研究区沉积演化模式。通过对沉积体系的细致刻画, 预测出扇三角洲前缘有利储集相带的分布范围, 为今后油气勘探提供了合理的地质依据。
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