南图尔盖盆地南缘下白垩统复杂古地形条件下的沉积相

2015-04-28 06:11乔彦国李瑞王桂芳邹宗义
关键词:辫状河沉积相三角洲

乔彦国,李瑞,王桂芳,邹宗义,秦 华

(1.成都理工大学 油气藏地质及开发工程国家重点实验室,四川 成都 610059;2.成都理工大学 地球物理学院,四川 成都 610059; 3.中国石油吐哈油田勘探开发研究院 海外研究中心,新疆 哈密 839000; 4.中国石油大庆油田有限公司 勘探开发研究院,黑龙江 大庆 163000; 5.川庆钻探工程有限公司 地质勘探开发研究院,四川 成都 610051)

南图尔盖盆地南缘下白垩统复杂古地形条件下的沉积相

乔彦国1,2,李瑞2,王桂芳3,邹宗义4,秦 华5

(1.成都理工大学 油气藏地质及开发工程国家重点实验室,四川 成都 610059;2.成都理工大学 地球物理学院,四川 成都 610059; 3.中国石油吐哈油田勘探开发研究院 海外研究中心,新疆 哈密 839000; 4.中国石油大庆油田有限公司 勘探开发研究院,黑龙江 大庆 163000; 5.川庆钻探工程有限公司 地质勘探开发研究院,四川 成都 610051)

为了在南图尔盖盆地南缘下白垩统寻找有利岩性油气藏勘探目标,在单井沉积相研究基础上,充分利用覆盖研究区的三维地震资料,应用地震层位拉平法恢复了下白垩统K1nc沉积期古地貌,结合地震振幅属性切片技术、地震相分析等进行物源分析,划分沉积体系类型和沉积相带,预测有利砂体展布规律。研究结果表明:K1nc地层以辫状河三角洲相沉积、湖泊相沉积为主,可划分为辫状河三角洲平原、辫状河三角洲前缘和前三角洲亚相。物源早期以东西向及南西—北东向为主,晚期主要来自西南方向。研究区以辫状河三角洲前缘分流河道、席状砂和滨浅湖滩坝砂体为优质储层。本研究为进一步开展岩性圈闭勘探和估计研究区岩性油气藏储量规模提供依据。

古地形恢复;地震相;沉积相;地震属性;南图尔盖盆地;哈萨克斯坦

南图尔盖盆地是古生界沉积岩、元古宇变质岩基底上发育的以侏罗系、白垩系为主体的中、新生代盆地[1]。研究区位于南图尔盖盆地南缘,包括Aryskum断陷南端、Aksay凸起南端、Akshabulak凹陷南次凹的大部分,呈一凸两凹构造特征,凸起大部分缺失侏罗系地层,白垩系及以上年代地层直接披覆于凸起之上;两侧凹陷内从侏罗系到白垩系分布齐全,侏罗系地层被Aksay南凸起分割,并逐层超覆在凸起上。地层从老到新依次为Pr、J1ab、J2ds、J2kr、J3km、J3ak、K1等。K1分为上下两部分,下部K1ar以泥质为主,上部K1nc呈砂泥岩互层。本次研究的目的层位为K1nc。

哈萨克斯坦南图尔盖盆地下白垩统地层勘探程度相对较低,主要以构造油气藏为主,大部分探井都集中在中央古隆起区,两侧坳陷及斜坡探井较少。近年来相关研究人员在侏罗系及下白垩统地层做了大量工作,吴少波等[2]通过大量岩心观察和测井录井以及岩石薄片鉴定等资料,对南图尔盖盆地Kumkol油田上侏罗统岩石类型、沉积构造、物源方向等进行了研究,确定了库姆科尔组为一套南部物源的三角洲沉积。李建等[3]主要应用测井曲线组合特征,结合岩心和地震反射特征,识别下白垩统K1ar组沉积相;毛治国等[4]应用地震沉积学方法,结合90°相位转换数据体、地层切片及分频处理等地震属性和钻井综合分析,研究南图尔盖盆地A区白垩统K1ar组沉积岩岩性、沉积体系等。高金玉等[5]应用经典层序地层学原理对侏罗统及下白垩统进行层序划分,识别了断拗转换期和拗陷期2种层序地层模式,并认为研究区主要发育滨浅湖和三角洲沉积。叶兴树等[6]结合黏土矿物、试油等资料的分析,讨论了南图尔盖盆地K油田M-Ⅱ含油储层低阻特征,并建立了识别该低阻油层的有效方法。近年来,在两侧洼陷中以Tuzkol-18为代表的探井在K1nc层段获得工业产能,实现了研究区岩性油气藏勘探的突破,预示着该层位隐蔽油气藏勘探潜力巨大[7]。但因研究区探井集中在中央狭长的隆起带上,两侧洼陷及斜坡位置缺乏钻井资料和重矿物等物源分析,对该地区沉积体系类型、有利砂体展布规律等认识不清,这成为制约该区岩性油气藏圈闭勘探以及估计岩性油气藏储量规模的主要障碍,因此,有必要进行系统的沉积地质学研究。为进一步开展该区岩性油气藏勘探工作,本次对研究区内4块三维地震和二维地震资料进行连片处理,实现三维地震覆盖规模达到1 500 km2。在单井沉积相分析的基础上,充分利用三维地震资料,应用残余厚度法恢复K1nc地层沉积之前的相对古地貌,结合地震振幅属性分析技术,对研究区物源方向、沉积体系类型、沉积相演化规律以及有利砂体展布特征等进行了分析研究,为进一步开展两侧坳陷岩性油气藏勘探并估计该油气藏规模提供依据。

1 单井沉积相分析

对GR曲线旋回以及岩心资料的分析表明,K1nc整体表现为基准面先上升再下降的沉积旋回特征,按岩石特征大致可以分为3段。K1nc1岩性以红褐色泥岩夹灰绿色薄-中层状粉砂岩-细砂岩为主,K1nc2主要为浅灰色泥岩,夹薄层细砂岩、粉砂岩。K1nc3泥岩多为红褐色或浅灰色,砂岩以灰白色中层细-中砂岩为主,顶部为一套粗碎屑沉积,岩性以中粗砂岩-砾岩为主,灰白色或杂色,单层厚度较大。依据现有钻井岩心、综合录井、测井资料,结合前人研究成果,认为下白垩统K1nc段地层主要为辫状河三角洲和滨浅湖沉积,辫状河三角洲可划分为辫状河三角洲平原、辫状河三角洲前缘、前三角洲亚相(图1)。

图1 南图尔盖盆地南缘下白垩统K1nc段沉积体系划分

(1)辫状河三角洲平原:主要发育在K1nc顶部,以灰白色、杂色砂岩-砂砾岩沉积为主,地震剖面上多表现为平行反射,反射能量较低,见河道透镜状强反射。可进一步划分为辫状河道和冲击平原微相。

辫状河道:如图2(a),测井曲线显示为箱型,孔隙较发育,一般为饱含水层。整体砂砾岩含量较高,表明沉积坡度较大或沉积物搬运量较大;岩心观察多见大型槽状交错层理、平行层理,厚层砂砾岩底部底冲刷构造发育;K1nc顶部常见大段厚层砂砾岩互相叠置,反映了河道迁移频繁,互相切割,能量较高。泥岩主要为红褐色或灰色,厚度较小,部分发育薄煤层。

图2 南图尔盖盆地南缘下白垩统K1nc段沉积微相识别

冲击平原:如图2(b),表现为夹杂在辫状河道砂砾岩沉积间的灰-灰黑色粉砂岩或粉砂质泥岩及炭质泥岩,顶部具冲刷面,厚度较小。

(2)辫状河三角洲前缘:岩性主要由灰色、深灰色含砾砂岩、细-粗砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩,深灰色粉砂质泥岩、泥岩不等厚互层组成,是辫状河三角洲体沉积作用最活跃的部位,也是研究区下白垩统地层最重要的油气储层类型。可以划分为水下分流河道、前缘席状砂、水下分流间湾以及河口坝微相。

水下分流河道:如图2(c),曲线表现为中高幅度的箱型或钟形,电测曲线为中、高阻或中、高幅(SP)钟形、箱形及中-低阻和中-低幅(SP)漏斗形、齿形、波形相互组合。岩性以细砂岩为主,厚度1~5 m,多个水下分流河道沉积体叠置可组成厚度较大的砂体,多见板状交错层理、平行层理。

河口坝:如图2(d),曲线呈现漏斗状,显著特点是呈现逆粒序,底部主要为泥质粉砂岩-粉砂岩,向上渐变为细砂岩,厚度2~4 m,多见小型波状交错层理。

前缘席状砂:如图2(e),测井曲线呈指状,岩性以细砂岩和粉砂岩为主,多呈黄绿色,颗粒磨圆分选较好,见水平层理,厚度薄,一般小于1 m。

水下分流间湾:如图2(f)测井曲线平直状,研究区水下分流间湾微相较为发育,多为灰色-灰黑色泥岩-粉砂质泥岩,见水平层理及小型沙纹层理。

(3)前三角洲:以厚层状泥岩夹粉砂、细砂岩薄层为主,多为水平层理或波状层理。

滨浅湖和前三角洲相特征相似,都以厚层状泥岩夹粉砂、细砂岩薄层为主,多为水平层理或波状层理,发育滨浅湖滩坝微相,是研究区中央凸起带主要的储层。

滨浅湖滩坝:因为湖浪改造作用强烈,研究区内前缘席状砂沉积很难与滩坝相(砂滩)沉积区分。滨浅湖滩坝相与前缘席状砂具有相似的岩石结构特征和曲线特征,大部分滩坝砂体呈现灰绿色,岩性以粉砂岩为主,部分为细砂岩薄层。

2 物源及沉积相平面展布特征

研究区古地形条件复杂,缺乏重矿物物源分析资料,本次研究主要应用地震层拉平古地貌恢复技术、地震振幅属性切片分析技术并结合地震相统计的方法进行物源和砂体展布研究,划分沉积相带边界。

2.1 地震层拉平技术恢复古地貌

古地貌是控制沉积体物源方向及展布特征的关键因素之一,是盆地分析的一项重要内容[8-9]。一般认为,古地貌是构造变形、沉积充填、差异压实、风化剥蚀等综合作用的结果,构造运动是其中最大的影响因素,导致盆地面貌的整体变化[10]。目前已形成了丰富的古地貌恢复方法和理论,主要包含构造恢复法和地层厚度恢复法。相关研究人员相继在鄂尔多斯盆地、渤中凹陷、沾化凹陷等地区开展了古地貌恢复工作[11-13],其研究成果对该地石油地质工作的开展起到了一定的指导作用。近年,随着沉积学、层序地层学以及三维地震技术的不断发展,形成了地震层位拉平古地貌恢复法。该方法比传统的古地貌恢复方法具有效率高、可视化、可操作强等特点,是目前沉积地质学研究中常用的方法之一。

地震层位拉平的古地貌恢复方法是基于现代沉积考察及地貌学理论基础发展起来的[14],主要依靠三维地震资料,结合测井和地质综合研究成果,借助三维可视化等计算机技术,对目的地层顶底界面进行精细标定解释,并将解释的顶底界面相减,对声波测井曲线进行速度校正,恢复顶底面控制的地层残余厚度,通过顶面拉平的方法,三维显示底界面的形态,就是该层序地层沉积前的相对古地貌,进而通过剥蚀厚度、压实、古水深等校正计算,恢复研究区的绝对古地貌。

本次研究分别追踪了K1nc顶部强反射、底部强反射和K1nc2顶、底部可连续追踪对比的反射地震层位,分别计算了残余地层地震时间厚度,经声波曲线进行厚度校正,恢复了K1nc1、K1nc2、K1nc3沉积前的地貌,通过Geoprobe平台进行三维显示,图3(a)和图3(b)分别是恢复的K1nc1、K1cn3古地貌。研究区古地貌整体呈现西南高、东北低,两侧低平、中央凸起的格局;在图3(a)和图3(b)中黄色尖头位置均可以看到较为明显的“沟”被相对高的地形所分隔,方向呈近东西向和北东向,与孤立古凸起间的沟谷处相连,为该时期水道发育方向。早期地形高差相对明显,中央凸起北部逐渐被沉积物披覆,晚期由于填平补齐作用,地势已经相对平坦,对河道的限制性减弱。古凸起已经基本被沉积地层覆盖。

2.2 地震相分析

地震相是因沉积环境不同而形成的地震剖面表现的总和,不同的地震相通常指示不同沉积物的岩性组合、层理和沉积特征。通过对目的层段地震相的研究,可以确定砂岩储集体的沉积相及横向分布范围,从而为砂岩储层的综合预测奠定基础。通常利用涉及层系内部的反射形态和层系本身的集合外形的相关参数来划分地震相,包括反射结构、地震相单元外形和平面组合、反射振幅、相位、频率、波形等参数。

在辫状河三角洲沉积环境中,平原亚相一般具有连续性较差的席状平行或亚平行反射结构,厚度变化均匀,垂直物源方向上多见强振幅透镜状反射,为辫状河道沉积。前缘亚相一般表现为向盆地方向发散的楔状体,内部具前积反射结构和透镜状反射,连续性较好,总体反射能量中等。前三角洲亚相与前缘亚相反射结构相近,但无透镜状反射,视厚度增加,反射能量变弱,由于泥岩层变厚,反射频率相应降低,反射同向轴变“胖”。滨浅湖相沉积一般为连续性较好的平行反射,反射能量和频率进一步降低,有时出现空白反射。图3(c)、图3(d)为K1nc1和K1nc3统计的地震相平面图,可以大致确定沉积亚相边界。

图3 南图尔盖盆地上白垩统K1nc期古地形、地震相、地震振幅属性切片分析

2.3 地震振幅属性切片技术刻画砂体边界及展布特征

随着三维地震解释技术水平的不断提高和广泛应用,利用三维地震的属性切片刻画沉积体外形特征及演化规律已经成为地震沉积学研究的一个有力手段。地震波在地下传播过程中,由于储层岩性、物性和流体性质的差异,地震波能量发生改变,并以地震属性的形式表现出来,地震属性可以从不同角度以不同的形式表征地震信息[15]。图4为扇体及河流地质模型的三维地震响应属性切片。在完全弹性的介质条件下,地层的厚度在从0到1/4波长变化过程中,其地震属性值是变化的。如当地层厚度从0变化到调谐厚度即1/4波长时,振幅与厚度基本呈线性关系,在1/4波长时达到最大振幅;当厚度从1/4波长到1/2波长时,振幅相对变弱后趋于稳定[6-17]。当厚度继续增大时,2个界面反射开始分开,顶底板反射可以区分,真厚度和视厚度相等。在瞬时相位和瞬时频率属性切片上,同样可以看到其随地质体厚度变化的规律。地震属性分析技术可以用来识别薄层,刻画薄地质体边界,为应用地震属性切片进行沉积相解释奠定了理论基础。在调谐厚度范围内,强振幅一般代表强水动力沉积环境,指示高含砂率相带。黄-红色区域表明砂岩含量相对较高,为沉积物源的主要方向。图3(e)、图3(f)是K1nc1沉积期和K1nc3沉积期的地震振幅属性切片。在K1nc1沉积早期具有西、西南方向的物源,主要表现为填平补齐沉积,在中央隆起西部低平地区优先充填,然后通过中央古凸起间的沟谷,汇入东部洼陷。早期物源供给相对匮乏,地形对河道局限性较为明显,河道摆动范围有限,砂体呈条带状;在K1nc3期,由于前期的充填作用,地表地形已经相对平坦,河道迁移相对活跃,砂体呈现条带-面状分布,沉积物供给速率显著增强。图中箭头为根据古地形低势区和强振幅属性指示的高含砂率相带展布方向,振幅属性与钻井含砂率统计符合率大于80%,且高含砂率相带与油气展布规律相符,说明地震振幅属性预测高含砂率相带方法合理可靠。结合地震相分析,可以进一步细化砂体形态,确定沉积相平面展布特征。

图4 河道与扇体模型地震响应属性切片及调谐振幅模版

2.4 沉积体系平面展布特征

根据单井沉积相划分、地震层拉平古地貌恢复、地震相分析、地震振幅属性切片分析,建立了该期沉积的辫状河三角洲三维沉积模式(图5),确定了辫状河三角洲平原、辫状河三角洲前缘、前三角洲亚相边界,绘制了K1nc组沉积相图(图6、图7)。古地貌特征和地震振幅属性切片揭示了K1nc段地层沉积时期,主要发育3个辫状河三角洲,早期辫状河三角洲呈西南—东北及近东西方向,物源供给相对匮乏,在古凸起上发育滨浅湖滩坝相砂体,录井岩性显示沟谷处岩性以砂岩为主,一般为中-厚层状,整体砂岩含量极高,主河道从古凸起间的沟谷穿过,并向前进入湖泊。凸起的斜坡位置砂岩含量较高,但是整体上砂岩厚度较薄,粒度较细,多为中层状的细砂岩,测井曲线显示中高幅度箱型,定为主河道的侧向分支或河道侧缘。在凸起的高部位发育滨浅湖滩坝砂体或三角洲间湾沉积,以粉砂岩为主,厚度薄,多呈灰绿色,曲线显示中低幅度的指状,物性良好。晚期西南—东北向物源发展,古凸起基本被沉积物完全披覆。由于前期的充填作用,地表地形已经相对平坦,河道迁移相对活跃,砂体呈现条带-面状分布,随着沉积物供给速率的增加,砂岩厚度较下部地层显著增厚,岩性变粗,以灰白色、杂色砂岩-粗砂岩-砂砾岩为主,泥岩颜色多呈灰色,见煤层发育,显示了较为温暖湿润的气候特征。在沟谷及斜坡位置,继续发育主河道和分支河道及河道侧缘砂体,在凸起的高部位,滩坝砂体不再发育,而发育水下河道间、河道分支或侧缘砂体,显示物源供给相对充沛,能量较强,河道迁移比较活跃。中央凸起带钻井表明水下分流河道、席状砂、河口坝及滨浅湖滩坝为主要含油气砂体,已钻井含砂率统计与沉积相展布规律相符,说明沉积相预测可靠。下一步岩性勘探重点在东侧洼陷辫状河三角洲前缘席状砂和水下分流河道砂体。

图5 K1nc沉积期沉积环境模式

图6 K1nc1沉积相

图7 K1cn3沉积相

3 结 论

南图尔盖盆地南缘K1nc地层以辫状河三角洲相沉积、湖泊相沉积为主,可划分为辫状河三角洲平原、辫状河三角洲前缘和前三角洲亚相。物源早期以东西向及南西-北东向为主,晚期主要来自西南方向。沉积相受古地形和基准面升降双重控制,在基准面上升期,物源匮乏,河道摆动受地形限制较大,古凸起发育滨浅湖滩坝砂体,沟谷发育辫状河三角洲前缘主河道,在东部洼陷主要发育辫状河三角洲前缘分流河道和席状砂;基准面下降期,物源充沛,三角洲向湖区推进,河道迁移频繁,古凸起发育辫状河三角洲前缘分流河道侧缘砂体,滩坝相不再发育。研究区以辫状河三角洲前缘分流河道、席状砂和滨浅湖滩坝砂体为优质储层。

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责任编辑:王 辉

2014-09-28

国家自然科学基金资助项目(编号:41304080)

乔彦国(1982-),男,博士研究生,主要从事储层预测研究。E-mail: myloverspringli@163.com

1673-064X(2015)02-0001-07

TE121.3

A

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