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层序地层格架内的油气勘探

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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第16卷第1期 2005年2月 天然气地球科学 E()S :E 6 2()()5 天然气地质学 层序地层格架内的油气勘探 尹太举 ,张昌民 (1.长江大学地球科学学院,湖北荆州434023;2.中原油田分公司博士后科研工作站,河南濮阳457001) 摘要:层序格架控制了油气藏形成和储量的分布,不同体系域内储量分布差异明显.低位体系域储 量占绝对优势。不同地质背景下地层形成过程不同,油气成藏、赋存方式的不同形成了不同的勘探 模式。不同勘探阶段的勘探目标和方法不同。勘探预备阶段通过对盆地生油层系(主要是密集段) 的分析,确定潜在资源量,解决盆地内有无油气的问题。勘探早期主要是确定远景勘探区.格架内的 生储盖配置关系和运移路径的研究是重点。勘探中期的目标是油气藏,通过对构造的落实和储层展 布的预测,发现油气藏、落实油气藏。进入滚动勘探扩边阶段,预测非主体部位的储层发育特征是发 现新的油气藏的重要手段。在主体油气藏外围预测有利的储层发育带和较好的圈闭或在油藏内的 差储层中或非储层段内预测有效储层,以增加储量。高分辨率层序格架对油气分布的控制基于其对 储层展布和储层非均质性的控制。在中长期基准面的低部位。砂体物性好,连续性强.油气藏规模较 大,易于发现,故在勘探中后期,多难于有新的储量发现,相反在中长期基准面的高部位的小规模隐 蔽油气藏,在勘探后期是储量增长的重要领域。 关键词:层序格架;沉积背景;勘探阶段;成藏模式;勘探目标 中图分类号: 文献标识码:A 文章编号:1672—1926(2005)01 0025—06 兴起于20世纪70年代的层序(地震)地层学。 在过去的30年中受到了极大的关注。得到了极高的 评价。已成为一种研究地层分布、降低勘探风险的重 要技术和方法。 层序地层学具有2个方面的优点。一是理论意 义上的科学性。二是经济意义上的预测性。正是基于 其预测性。在油气勘探开发的各个阶段都得到了广 泛的应用。在勘探上的价值在于通过层序地层研究。 提高预测源岩、储层、盖层、油气藏的成功率。降低勘 探风险。在南非海上 现了数个与低水位体系域相关的油田,在墨西哥湾 新增200多亿桶原油或油当量,使文土拉盆地油气 储量增加了4O%。在科罗拉多曾发现了9个油田、 14口井获高产油流,在出104.7开发方面,应用该 理论与技术,曾在沙特阿拉伯的整 了注水方案,使油水比率显著提高。本文正是基于 此,讨论如何基于层序地层格架在不同勘探阶段依 据层序地层学进行油气勘探。 1 层序地层学应用于油气勘探的理论 基础 1.1 层序地层学基本原理 层序地层学是根据地震、钻井和露头资料进行 地层分布型式、沉积环境和岩相综合解释的一门科 学。通过解释提出一种侵蚀或无沉积的不整合.或 之可以对比的整合为边界的、周期悱(旋回性)的、在 成因上有联系的年代地层格架。。。住这个格架中,通 过解释可查清沉积环境和岩相的分布。这些岩相单 元可以限定在以层面为界的等时间段内。也可以是 高角度跨越层面的穿时间段。经典的层序地层学模 式建立在被动大陆边缘,依据相对海平面变化中各 地层单元之间及其内部的相互关系建立了层序地层模式,用于进行地层发育预测。在3的发展历程中,层序地层学得剑了长足的进展. 收稿日期:2004 1O 回日期:2001 11—20 作者简介:尹太举(1971一)。男。博士后,副教授。主要从事油藏描述和开发地质教学和研究工作 E— .‘6 天 然 气 地球 科 学 6 已从被动大陆边缘发展到多种地质背景下的层序模 式,建立了许多不同于经典的层序地层模式。 海相层序地层研究方面,按层序边界选取的差 异分为3个学派:①以地表不整合或与此不整合可 以对比的整合面为边界的、以地层学派;②采用最大洪泛面作为层序边界的、以 继派;③采用地表不整合面或海进冲刷不整合面为 边界的以旋回(海进海退 旋回)学派。 基于对陆相盆地形成因素认识的差异,陆相层 序地层研究划归为以下几个方面:“类海相”学派、 “构造”学派、综合学派。“类海相”学派认为湖泊和海 洋可以相类比,湖平面的变化可与海平面的变化相 类比,直接套用海相层序地层研究的方法。这显然过 于简化了陆相沉积,其局限性不言而喻。“构造”学派 将构造作为层序形成的主控因素,认为进行层序分 析时,先要分析其构造层序,在构造层序分析的基础 上。划分其体系域和沉积建造 ]。该学派认为层序分 析的本质是把相、沉积体系放于盆地整体地层格架 中进行研究,这种格架主要根据等时地层意义的界 面划分。层序分析的核心是建立等时地层格架,在此 基础上将盆地充填序列解析为不同级别建造块。它 突破经典层序地层的束缚。全面考虑了盆地构造发 展史和沉积演化史,强调构造作用和沉积作用的影 响。从旋回角度对体系域进行了划分,使陆相层序地 层研究向前迈出了一大步。然而控制陆相层序的因 素是多变的,如气候作用、物源供给速率等因素对层 序的形成有着明显的影响,其作用不容忽视。 在陆相层序及其成因复杂性认识的基础上,综 合学派综合分析了海平面变化、湖平面变化、沉积物 供给、构造运动和气候等各种因素的影响,在陆相湖 盆分类的基础(敞流湖盆、闭流湖盆)上,讨论了沉积 基准面和可容空间,认为地层展布样式受控于可容 空间和新增可容空间的形成速率。在对陆相层序控 制因素(构造、气候、沉积物供应、湖平面变化等)分 析的基础上,认为构造和气候是主因,将层序划分为 构造和气候层序两种类型。构造层序又分为简单断 坳层序、同生断坳层序和多期断坳层序。同生断坳层 序由低位体系域、湖扩体系域、湖缩体系域和非湖泊 体系域构成;简单断坳层序只发育厚的湖缩体系域; 多期断坳层序由多期进积式准层序构成;气候层序 由低位、高位和湖扩、湖缩体系域组成I。]。 1.2层序地层格架内油气的生、运、聚 层序地层格架中的地层发育的规律性及其空间 配置的有序性,为石油地质分析提供了依据,为油气 分析提供了工具。 作为油气资源基础的油源研究是油气研究的基 础和前提。尽管在层序地层格架内的多个部位都有 烃源岩发育,然而大规模的生油源岩主要集中于密 集段,密集段的研究便成为油源研究的核心。在经典 的层序地层样式中,密集段发育于水进体系域和高 位体系域的下部,而在陆相地层中,由于控制层序发 育的各种因素的复杂性,密集段的发育也较为复杂, 但湖侵体系域一般是密集段最为发育的层段。 油气运移通道是解决油气二次运移路径的关 键。在层序地层格架内的油气二次运移一种是靠不 整合面。一种是靠断层,再一种就是就地生油、就地 成藏的岩性油气藏。不整合面主要在低位体系域的 底面,油气沿此面向上运移至各种体系域内的储集 砂体中,因而在这一基本的运移方式下。低位体系域 具有“近水楼台先得月”的优势,常成为油气优先进 入的场所而富集了大量的油气{L 。而断层在形成油 气藏的过程中也具有较大的意义,尤其是在断陷盆 地内,各类同生断层往往成为油气动移的主要通道 而控制了油气藏的形成,加强对该类控油断层的研 究对油气藏的预测具有十分重要的意义。而在烃源 岩内部的透镜状砂体,其油气富集模式大多具有自 生自储的特征,多是同期的烃源岩中的油气进人到 该类砂体内而成为岩性油气藏。 油气储集的储层是油长期保存的场所,在层序 格架内的不同体系域中均有发育,但其质量和体积 有着巨大的差异,认识此差异是理解不同体系域中 油气藏分布类型和油气数量的前提 ]。 滞留油气的圈闭除地层成因圈闭外,形成大规 模的油气藏的往往与后期构造形成的构造圈闭相 关,因而开发中后期的勘探则应着眼于规模较小的 地层或岩性圈闭油气藏。 1.3层序地层格架内油气的分布 低位体系域砂体形成油气聚集的主要场所。海 相地层中,低位体系域中的油气占绝对主导地位。据 世界86 的储量赋存于低位体系 域中,另有12 的储量赋存于水进体系域中.而只 有2 的储量赋存于高位体系域中 陆相层序中油气分布较为分散。但低位体系域 中的比重也很大。据瞿辉 对松辽盆地南部东南隆 尹太举等:层序地层格架内的油气勘探 27 起区梨树凹陷的主要试油层段的统计分析,有72 的油气层分布于低水位体系域中,24 的油气赋存 于高位体系域中,而仅有4 的油气层段为水进体 系域。朱建伟等 对松辽盆地两斜坡、东南隆起和杏 山断陷等地区不同体系域内的含油气层统计结果表 明,水退体系域(层最发育,储层物性最好, 油气资源最多。除与构造结合形成构造油气藏外,还 发育不同规模的水下扇岩性油气藏和地层油气藏。 宋国奇等 对济阳坳陷层序结构与探明储量关系研 究表明,一级层序低位体系域中的探明储量占总探 明储量的32.5 。 2 不同地质背景下层序地层格架内的 油气勘探 不同地质背景下的地层,其形成过程和特征不 同,油气的赋存方式和规模也不同。/t:海相储 【与低位体系域相关的油气藏占的比霞最大,成为研 究的重点,形成了较为成熟的勘探模式。由于构造环 境的差异,不同的陆牛 减类刑往 蓐别 很大。目前已有许多学者对不同的沉积背景的陆相 盆地进行了研究。’” 。。。 2.1海相地层格架内油气藏的分布 海相地层的各个体系域均可成减,但其成闭类 型、储层成因、盖层属性和油气运移方式均/f 丰}{同 (表1)。如在低位体系域中的盆底扇、陆坡崩和下切 河谷中均可形成油气藏,且基本为地层油气藏,形成 油气藏的砂体从浊积砂再到水道砂到河口湾砂, 盖层在盆底扇为盆地泥岩或斜坡泥岩,下切河谷则 主要是随后沉积的海进泥岩,从油气运移方 卜,盆 表1 海相硅质碎屑岩的成藏类型 底扇和陆坡扇的油源均来自其周缘的深盆泥岩,可 从其上下或侧面进入储层,而下切河谷的油源一是 海进泥岩,二是通过断层来自下部的深盆泥岩。 2.2 陆相断陷盆地油气类型丰富 陆相盆地受湖盆形成机理的差异和沉积物供给 的不同,其油藏类型和成藏机理更为复杂,油气藏的 类型更为丰富,不同的盆地类型其油气藏类型有很 大的差别。以断陷盆地为例,低位体系域中可形成断 层地层超覆油气藏,水进体系域可形成地层超覆、 地层不整合、岩性下倾尖灭、岩性透镜体、岩性相变、 构造地层复合油气藏,高位体系域可形成岩性透 镜体、岩性下倾尖灭、构造一岩性复合油气藏,水退 体系域可形成地层退覆、地层不整合、岩性上倾、岩 性透镜体、岩性相变油气藏。胡受权等¨ 研究了 泌阳凹陷陡坡带的成藏类型和油气藏分布模式,发 现断陷湖盆成藏类型非常丰富(图1)。 3 不同勘探开发阶段层序地层格架内 的油气勘探 3.1勘探预备阶段:潜在资源量的计算 勘探预备阶段主要解决盆地内有无油气的问 题,主要通过对盆地生油层系的分析.确定潜在资源 量,为勘探决策提供依据。 在层序地层格架内,良好的生油层多为水进体 系域和高位体系域时形成的密集段,因而在层序格 架内,该问题便归结为对密集段的性质、质量、分布、 体积等的研究。 海相层序中密集段受海平面变化的控制,大型 密集段主要发育于二级海平面变化旋回的快速上升 期,对应于退积层序组及进积层序组的下部,或高水 位期的加积层序组内部,而密集段的叠置方式有加 积、进积、退积、上超组合等几种组合模式 一,通过 对其组合方式的分析,可更准确地预测密集段的体 积,为资源量的估算奠定基础。 28 天 然 气 地 球 科 学 6 图l 泌阳凹陷陡坡带的油气藏分布模式胡受权2001) 陆相层序地层受控因素更为复杂,盆地不同演 化阶段层序发育特征并不相同.因而密集段的预测 和估计就更难。石油大学在惠民盆地研究中发现在 断陷初期密集段发育于高水位体系域的最大湖泛面 之上。岩性以半深湖灰质泥岩、油页岩为主;强断陷 期密集段位于湖浸体系域和高位体系域的最大湖泛 面上下,该类密集段分布范围很广,岩性以半深湖、 深湖泥岩、灰岩、云质泥岩和油页岩为主;断陷后期 沉积中的密集段位于最大湖泛面之下,以半深湖泥 岩、油页岩为主 。对于密集段生油岩的石油地质 评价,目前可采用沉积有机相技术来进行口 。沉积 有机相指具有相似沉积环境、生物组合、成岩环境、 氧化一还原条件以及相近有机质特征的地层单元。 在层序地层格架内进行沉积有机相的研究包括层序 划分和对比、沉积环境分析、层序格架内的成岩作用 研究、化学环境分析及有机质评价等内容,通过对不 同类型的烃源岩进行分类、预测、评价,最终计算出 盆地内的资源总量,为勘探远景评价提供依据。 3.2勘探早期:油气聚集带 勘探早期主要是确定远景勘探区,为下步的勘 探提供目标区,而生储盖组合研究和运聚条件分析 则成为研究的主要内容。在层序地层格架内.进行油 气的生储盖组合分析要结合地层格架内的成因关 系,分析各类地层的相互接触关系及其石油地质意 义。在层序地层格架内,密集段是最好的生油层.也 是很好的区域性盖层,大油田的形成多与密集段的 封盖相关。在水进期及高水位期的部分泥岩也可成 为较好的盖层。形成有效的封堵条件。但由于高水位 期的泥岩的分布范围有限,而且其纯度较差,其封堵 能力较密集段为差。不同的体系域内的砂体分布规 律不同,形成的油气藏和油气聚集带的特征也各不 相同。在低位域中形成的主要是各种类型的扇体.形 成的油气藏和油气聚集带多与地层的反转或岩性尖 灭相关,而在水进体系域中多形成各种退积砂体,如 沿岸砂体,这种砂体与较好的构造变形相结合,而成 为大片分布的油气聚集带。高位域中常会发育常规 的三角洲砂体,其规模一般较大,可形成大型的油气 聚集带。运聚条件的分析主要有两个方面,一是运移 通道的分析,二是圈闭与油气生成时间匹配关系的 分析。近年兴起的成藏动力学研究基于油气藏形成 的动力学过程,通过不同的动力学事件和关键时刻 的分析,对油气形成的各种相关因素进行分析,也为 油气勘探提供了一种思路。 3.3勘探中期:目标油气藏,落实构造带上的储层 展布范围 勘探中期的目标是油气藏,在前期确定的油气 聚集带上对具体的构造进行研究,发现油气藏、落实 油气藏。其中有两个方面。一是构造范围,二是储层 范围。构造受控于后期的应力场特征,基本不在层序 地层学分析的范围之内,但由于地层本身的力学特 征的差异造成的差异变形作用,则对构造的形成具 有一定的作用,可在层序地层格架内进行探讨。储层 预测可在层序地层格架内进行。一是依据沉积学原 理,二是依据高分辨率地震资料处理,对未知区进行 较为精确的预测,为油气预测提供论据。沉积格架内 的不同体系域中的砂体的成因不同,其规模和几何 形态也不相同,在经典层序地层学中已有相应的模 式,依据模式对储层的分布进行预测,可大大提高预 30 天 然 气地球科 学 6 能在高含水阶段慢慢地通过各种措施开采出来。 参考文献: [1]j(、.An e~-()[s 0[].K.n ’].le。nt。l。2,1 988.4. 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