貝爾凹陷基巖潛山成因及其對地球物理的響應

貝爾凹陷基巖潛山成因及其對地球物理的響應

1潛山油氣勘探方向海拉爾盆地位于內蒙古呼倫布爾盟西南部，總面積7080公里（包括盆地南部的蒙古地區(qū)），總面積4410公里。盆地構造演化主要經歷斷陷、斷拗轉換、拗陷以及構造反轉四個演化階段。貝爾凹陷是海拉爾盆地貝爾湖拗陷的次級構造單元,地層自下而上發(fā)育有前白堊系基巖,白堊系銅缽廟組、南屯組、大磨拐河組、伊敏組、青元崗組,古近系呼查山組及第四系等。以銅缽廟組和南屯組為主力烴源巖,形成上生下儲型油氣藏(基巖潛山)、自生自儲型油氣藏(銅缽廟組、南屯組)、下生上儲型次生油氣藏(大磨拐河組)等含油氣體系。貝爾凹陷目前已發(fā)現了蘇仁諾爾、蘇德爾特、霍德莫爾以及貝中油田,除蘇德爾特為潛山油藏之外,其余地區(qū)均未發(fā)現潛山油氣藏。相對白堊系碎屑巖油氣藏而言,潛山油氣藏的勘探程度相對較低,但勘探前景良好。因此開展貝爾凹陷潛山成因特征和儲層特征研究對潛山勘探具有重要意義。海拉爾盆地的基巖潛山地層(前人統(tǒng)指布達特群,由于巖性復雜,地層時代歸屬不清),主要為三疊系和侏羅系,巖性復雜、類型多,主要有砂巖、砂礫巖、火山噴發(fā)巖和侵入巖、輕變質的砂泥巖以及火山碎屑巖等。巖性致密、孔滲條件差,儲層類型主要以裂縫和風化孔洞為主。目前關于裂縫和孔洞的成因研究相對薄弱,尤其對裂縫和孔洞的地球物理響應及預測方法等研究很少。本文充分利用地震、測井資料,通過地質、地球物理一體化研究思路,開展了針對潛山(布達特群)的裂縫、孔洞成因特征和有效儲層的地震預測研究。2草莓特征2.1快速斷陷盆地階段貝爾凹陷潛山的形成伴隨伸展斷陷盆地的三個演化階段。在銅缽廟組沉積時期,盆地處于初始裂陷階段,貝爾凹陷由一系列斷、隆相間的小型裂陷群構成,潛山雛形基本形成;到了南屯組沉積時期,盆地處于快速斷陷階段,貝爾凹陷形成兩拗一隆的宏觀構造格局,東西兩側基巖逐步整體抬升,分別形成東、西緩坡帶,中央構造帶由兩組傾向相反的同沉積生長斷裂體系控制形成東、西洼槽和中央隆起帶,差異沉降明顯,洼隆幅度增大,潛山帶的分布規(guī)模基本成型;在大磨拐河組沉積時期,盆地處于斷拗轉換階段,同沉積生長斷裂體系繼承性活動,但活動規(guī)模減弱,潛山帶的分布規(guī)模定型。在伸展斷陷盆地發(fā)育的三個演化階段,除發(fā)育北東向同沉積生長斷層之外,每個階段均不同程度地發(fā)育近東西向或北東東向的調節(jié)斷層。受同沉積生長斷裂體系和調節(jié)斷層的共同控制,潛山的分布具有東西分帶、南北分塊的特征。2.2不同外光譜、巖石組合、蓋層組合特征貝爾凹陷中央構造帶的古潛山,自北向南具有不同外形、巖石組合、蓋層組合特征。根據成因可分為高陡斷塊型、寬緩背斜型、斷階型以及孤立穹隆型等四種古潛山類型(圖1,圖2)。(1)南大別晚古生代陸內傾角大、巖性復雜分別由東、西傾向的兩組長期繼承性生長斷層控制,受近東西向調節(jié)斷層切割,由此形成高陡斷塊型潛山。此類潛山主要分布于貝爾凹陷南部,潛山東、西兩側的傾角較大(30°～40°),幅度大(1000～2500m),巖性復雜,主要為前白堊系輕變質碎屑巖、火山碎屑巖。另外受伸展斷層影響,巖漿活動強烈,沿斷層兩側往往發(fā)育中、基性火山噴發(fā)巖(貝D7井鉆遇安山巖、貝6井鉆遇玄武巖)和中性侵入巖(德5井鉆遇閃長玢巖)。此類潛山隆升強烈,長期遭受剝蝕,沉積蓋層較薄,潛山頂部僅沉積大磨拐河組二段及其上覆地層,潛山兩側中下部與銅缽廟組、南屯組等烴源巖地層對接。(2)潛山或山緣斷陷層其外部形態(tài)多呈寬緩背斜狀,構造幅度小,側翼傾角緩。主要分布于凹陷中部的蘇德爾特和霍德莫爾地區(qū)。多發(fā)育早期裂陷型斷層,斷層斷距小、切穿層位少,僅對銅缽廟和局部南屯組地層起控制作用。潛山巖性主要為三疊系輕變質碎屑巖、火山碎屑巖。巖漿活動相對較弱,目前未鉆遇到火山巖。此類潛山主要發(fā)育在斷陷盆地演化早期,隆升相對緩慢,并經歷一定程度的暴露和風化剝蝕過程。沉積蓋層發(fā)育較齊全,潛山頂部直接覆蓋銅缽廟或南屯組,但其厚度較洼槽區(qū)所對應的地層薄。(3)古地貌及沉積相由傾向相同的同沉積斷裂體系控制所形成的臺階狀潛山。主要分布于霍德莫爾以東地區(qū),由兩組東傾斷層控制形成兩個臺階。古地貌自西向東分別為洼槽區(qū)、第一臺階潛山、第二臺階潛山。第一臺階潛山東側的斷層傾角較大、幅度較大,潛山頂面發(fā)育早期同生斷層,形成小規(guī)模地塹或半地塹寬緩洼槽,接受厚度相對較小的南屯組沉積,局部發(fā)育銅缽廟組。第二臺階潛山東側的斷層傾角較緩、幅度較小,潛山頂面相對平緩,長期隆升并遭受剝蝕,頂部直接覆蓋大磨拐河組二段。(4)潛山周緣層序主要分布于高陡斷塊型古潛山和斷階型潛山側緣緊鄰洼槽之深部,受同沉積控凹斷層和調節(jié)斷層的強烈切割,并遭受風化剝蝕殘留而形成。潛山外形呈孤立的山丘,傾角適中、幅度中等,裂縫和溶蝕孔洞均有發(fā)育,潛山周緣與南屯組烴源巖對接、潛山頂部覆蓋南屯組。此類潛山發(fā)育規(guī)模小,主要分布在蘇德爾特與霍德莫爾之間和蘇德爾特西緣局部地區(qū),如貝14井鉆遇的潛山。3巖性致密、物性差貝爾凹陷基巖潛山巖性為一套凝灰?guī)r、火山巖(安山巖、玄武巖、閃長玢巖)、輕微蝕變碎裂不等粒砂巖、坍塌角礫巖、凝灰質不等粒砂巖、含粉砂碎裂凝灰質泥巖等,類型復雜、巖性致密、物性差。根據巖心分析數據,潛山儲層孔隙度一般小于5%,滲透率小于1.0mD,屬特低孔、特低滲儲層,但在繼承性發(fā)育的同生斷層兩側廣泛分布的裂縫和潛山風化殼頂部的溶蝕孔洞為油氣聚集提供了良好的儲集空間。3.1裂縫形態(tài)、寬度及密度分布特點基巖潛山裂縫主要為伴生構造縫,受北東向同沉積斷層控制發(fā)育高角度裂縫或垂直縫;受近東西向調節(jié)斷層控制發(fā)育剪切縫,兩組定向排列的伴生構造裂縫相互交錯在平面構成網格狀。根據巖心觀察和鏡下鑒定,裂縫寬度一般為1～30mm,2～10mm較常見,裂縫長度為5～140mm,平均為30mm。裂縫傾角為15°～80°,其中剪切縫傾角為30°～60°,高角度縫傾角為60°～85°。裂縫密度為0.84～4.21m-1,局部可達250～640m-1。裂縫的發(fā)育程度受斷裂體系的影響明顯,即距控凹斷層越近,裂縫發(fā)育程度越高,裂縫的密度和延伸長度也越大。3.2風化型儲層的發(fā)育特點由于長期裸露遭受風化和淡水淋濾的作用,在潛山頂部形成風化殼,風化殼往往由破碎的巖石構成并廣泛發(fā)育溶蝕孔、洞、縫。貝爾凹陷的寬緩背斜型潛山最利于形成風化型儲層,一般在斷陷早期隆升并遭受風化剝蝕,在快速斷陷階段基本停止發(fā)育,其頂部或周緣接受烴源巖覆蓋,形成良好的儲蓋組合關系。溶蝕孔洞與網狀構造裂縫往往交織在一起形成不規(guī)則分布的孔洞縫連通體,為油氣聚集提供重要儲集空間。通過巖心觀察發(fā)現,溶蝕孔洞的大小一般為2～3cm,扁平型孔洞的最大長度可達約5cm。鉆探揭示,孔洞的發(fā)育帶一般位于潛山頂面之下厚約50～150m的范圍內。4儲層類型的劃分基巖潛山經過風化溶蝕和剪切構造縫的強烈改造之后,其物性、流體性質等屬性發(fā)生較大變化,形成良好的儲層類型。潛山儲層均有相應的地球物理響應特征,表現為潛山頂面風化殼地震反射特征明顯、構造型裂縫在測井曲線上具有敏感響應特征。4.1潛山頂面特征貝爾凹陷巖性致密的基巖潛山經長期暴露風化后形成風化殼,巖石屬性發(fā)生變化,發(fā)育大量的溶蝕型孔洞,致使巖石密度降低、結構疏松。風化殼結構特征與上覆沉積蓋層和下部基巖均有較大差異,此類差異性在地震剖面上也同樣具有不同反射特征,表現為有效儲層的敏感性特征。貝40井所鉆遇的古潛山位于霍德莫爾、蘇德爾特以及貝西洼槽三角帶,潛山外形呈丘型,寬緩、低幅(圖3a),埋深相對較大,潛山頂面埋深為-2310m。潛山頂部白堊系發(fā)育齊全,自下而上有銅缽廟組、南屯組及大磨拐河組等。鉆井揭示潛山巖石類型為碎裂安山質凝灰?guī)r、凝灰質粉砂巖,巖性致密,物性較差(孔隙度為1.2%～5.8%,滲透率為0.03～0.24mD)。由于潛山面長期暴露具風化特征,大量發(fā)育溶蝕孔洞和裂縫(圖3d),內部充填方解石、黏土等礦物,呈半充填狀態(tài),溶蝕孔洞和裂縫的發(fā)育大大改善了巖石的儲集性能和物性條件,形成了潛山型油氣藏。貝40井在該層段試油,獲得日產11.7t的工業(yè)油流。圖3反映了風化殼儲層的地震響應特征,由圖中可見:風化殼儲層內部為空白反射,外部形態(tài)呈透鏡狀,其最大時間厚度為120ms(圖3a)(時深轉換之后,風化殼最大厚度可達200m),有效儲層深度距風化殼頂面可達150m;等時切片反映了風化殼的平面分布范圍及與圍巖的接觸特征(圖3b)。圖3表明,白堊系的地震波組表現為中等—強振幅、連續(xù)反射特征,前白堊系的地震波組表現為弱振幅、不連續(xù)、雜亂反射特征,風化殼的地震波組表現為外部輪廓為透鏡體、內部為弱反射特征。長期暴露的風化殼在剖面和平面上均有一定程度的異常地球物理響應,可作為判斷潛山有效儲層的一種手段。4.2貝30井測井響應貝爾凹陷致密的基巖潛山在測井曲線上表現為低伽馬、高電阻率、高密度、低聲波時差等特點。伽馬值最小為42API,最大為118API,平均為62API;深、淺側向電阻率值最小為8Ω·m,最大為1200Ω·m,平均為250Ω·m;密度值最小為2.3g/cm3,最大為2.75g/cm3,平均為2.6g/cm3;聲波時差值最小為54ms/ft,最大為94ms/ft,平均為62ms/ft。裂縫性儲層在測井曲線上往往表現異常,易于識別。圖4為構造裂縫型儲層的測井響應,由圖中可見:①貝30井在2285～2296m層段的巖性為砂礫巖(圖4b),深、淺側向電阻率值為20～100Ω·m(深、淺側向電阻率幅度差小于5Ω·m)(圖4a),巖性致密,密度較大,一般為2.63～2.72g/cm3(圖4c),聲波時差較小(速度較大),一般為57～67ms/ft(圖4d);②貝30井在2296～2305m層段的巖性也為砂礫巖,但發(fā)育裂縫,形成裂縫型油藏,測井參數明顯表現為異常響應,主要特征為電阻率值急劇增高,深、淺側向電阻率值幅度差明顯增大,密度減小,聲波時差增大,深、淺側向電阻率值為100～1000Ω·m(深、淺側向電阻率幅度差為10～400Ω·m),密度為2.35～2.62g/cm3,聲波時差為57～78ms/ft(圖4a、圖4c、圖4d)。貝爾凹陷基巖潛山的裂縫類型較多,主要有高角度、低角度和網格狀等,其中網格狀裂縫最發(fā)育,為油氣成藏提供主要儲集空間。不同類型的裂縫在雙側向電阻率曲線上表現為不同的響應特征:①高角度平行裂縫使雙側向測井響應幅度呈現正幅度差,低角度裂縫呈現負幅度差,如貝14井(圖5);②網狀裂縫的雙側向測井響應特征受兩組平行裂縫的傾角和夾角的影響,即當兩組裂縫夾角較小時,雙側向測井響應幅值特征趨向于一組平行縫的情形,隨著夾角增大,電阻率幅度降低,傾角影響變小。5裂縫型儲層發(fā)育模式在基巖潛山中的構造裂縫和風化溶孔、洞是良好的儲集空間,一般容易發(fā)育石英、鐵白云石、方解石、伊利石以及其他黏土礦物等。因此孔、洞、縫的開啟程度和含油氣情況往往受控于后期次生礦物和孔隙充填物的數量。鉆探揭示:含油段裂縫充填物相對較少,填隙物的體積系數小于30%,主裂縫及其周邊孔、洞和微裂隙呈開啟狀態(tài),一般均含油,如貝30井2195～2304m層段獲34t/d的高產工業(yè)油流;填隙物的體積系數為30%～80%時,孔、洞、縫呈半開啟狀態(tài),導致滲透率下降,影響油氣的充注度;填隙物的體積系數大于80%時,則孔、洞、縫呈關閉狀態(tài),基本不含油。貝爾凹陷基巖潛山的裂縫型儲層主要平行分布于控凹斷層和調節(jié)斷層的構造發(fā)育帶,距斷層越近裂縫的長度和密度越大,在裂縫發(fā)育帶溶蝕孔、洞也非常發(fā)育,為油氣儲集提供良好空間。在潛山頂面之下150m之內是溶蝕孔、洞優(yōu)勢儲層發(fā)育帶,控凹斷層與調節(jié)斷層交會帶是構造裂縫優(yōu)勢儲層發(fā)育帶,即緊鄰主力生油洼槽的控凹斷層處于有利供油窗口,形成良好的供烴—輸導體系,在上覆蓋層條件完善的情況下易于形成潛山油氣藏。因此有利成藏的潛山和構造帶為:①控凹斷層與調節(jié)斷層交會處,即高陡斷塊型潛山和斷階型潛山緊鄰生油洼槽的控凹斷層發(fā)育帶;②斷陷早期發(fā)育的寬緩背斜型潛山和孤立殘丘型潛山頂部。分析認為,蘇德爾特南部高陡斷塊型潛山及霍德莫爾和巴彥塔拉寬緩背斜型潛山帶是下一步潛山勘探的有利方向和目標。6潛山儲層類型本文充分利用地震、測井資料,對貝爾凹陷的潛山(布達特群)的裂縫、孔洞成因特征和有效儲層特征進行了研究,得出以下結論。(1)貝爾凹陷基巖潛山形成于斷陷期,主要受控凹斷層和調節(jié)斷層所控制。潛山成因類型包括高陡斷塊型、寬緩背斜型、斷階型以及孤立殘丘型等四種類型。(2)斷陷早期形成潛山長期暴露受風化剝蝕和晚期斷裂的改造有利于形成良好儲層,潛山的儲集類型主要有風化溶蝕型和構造裂縫型兩類。風化殼的地震波組外