曹 躍,劉延哲,段昕婷,付明義,張 慶
鄂爾多斯盆地是國家實現(xiàn)“西氣東輸”戰(zhàn)略的重要研究領(lǐng)域。與國外大型克拉通盆地不同,鄂爾多斯盆地是一個穩(wěn)定沉降、坳陷遷移的多旋回沉積盆地。盆地在上三疊系延長組持續(xù)拗陷并逐漸沉降,發(fā)育了河流 -湖泊相陸源碎屑巖巖系[1-2]。以往主要研究對象為延長組上部組合,延長組下部組合研究認(rèn)識程度較低,存在一系列問題急需要解決,如物源多變、巖性變化復(fù)雜、儲層致密、油氣聚集關(guān)鍵要素認(rèn)識不清等,甚至認(rèn)為下部組合資源潛力不大[3-4]。因此,深化研究延長組下部組合沉積儲層及成藏關(guān)鍵要素等顯得十分必要,尋找油氣資源的后備接替層系迫在眉睫。
近年來,隨著延長組下組合勘探開發(fā)實物工作量的投入,部分地區(qū)在沉積、儲層、成藏要素等方面取得了初步研究成果,延長組下組合具有儲層規(guī)模小、類型多、物性差,背斜圈閉少、經(jīng)歷多旋回構(gòu)造改造等特點,油氣藏復(fù)雜多樣,勘探開發(fā)難度大。鄧秀芹等認(rèn)為鄂爾多斯盆地延長組受來自5個物源的影響,發(fā)育沖積扇、河流、三角洲、湖泊等沉積相[4];王變陽、齊亞林、宋平等認(rèn)為盆地西部為多物源沉積,巖石類型多為巖屑長石砂巖,物性條件差,控制因素主要受沉積微相和成巖作用的影響[5-7];段昕婷、王香增等認(rèn)為盆地中西部延長組下部長7,長9烴源巖為主要貢獻者[8-9];蒲仁海、高勝利等認(rèn)為古構(gòu)造及其演化具有十分重要的研究價值,可以指示烴類聚集[10-11]。以上成果認(rèn)識為延長組下部組合深入研究積累了初步理論認(rèn)識基礎(chǔ),然而針對延長組下部致密儲層沉積及油氣聚集關(guān)鍵要素等復(fù)雜多變等特點,目前取得的這些成果認(rèn)識還很膚淺,仍需要持續(xù)深化研究,提供更加豐富的理論指導(dǎo)。
定邊地區(qū)區(qū)域構(gòu)造位于陜北斜坡西部邊緣,緊鄰天環(huán)坳陷。長期以來重點研究延長組長6以上地層,長7以下研究工作幾乎一片空白。文中利用15口地質(zhì)資源井、10余口普通薄片、鑄體薄片和巖心分析等資料,應(yīng)用致密儲層地質(zhì)學(xué)理論為指導(dǎo),從沉積微相、砂體分布、儲層巖石學(xué)、構(gòu)造和烴源巖特征等方面開展了定邊地區(qū)延長組下部長7~長9地質(zhì)特征研究,并結(jié)合大量測試資料提升總結(jié)了延長組下部儲層的沉積地質(zhì)意義,為指導(dǎo)延長組下部長7~長9有利目標(biāo)區(qū)優(yōu)選提供了依據(jù)及方向。
鄂爾多斯盆地油氣資源十分豐富,現(xiàn)今盆地可劃分為伊盟隆起、西緣逆沖帶、天環(huán)坳陷、伊陜斜坡、晉西撓褶帶和渭北隆起等6個一級構(gòu)造單元,上三疊系延長組沉積了一套以河湖相沉積為主的陸源碎屑巖系[1-2],發(fā)育長1~長10共10個油層組,本次研究主要目的層為長7,長8,長9等3個油層組。首先在地層劃分與對比的基礎(chǔ)上,整理了87口地質(zhì)資料井?dāng)?shù)據(jù),編制了定邊地區(qū)長7底面、長8底面構(gòu)造圖2張(圖1(a)、圖1(b)),現(xiàn)今構(gòu)造形態(tài)為一簡單的西傾單斜,各層具有良好的繼承性,研究區(qū)中北部發(fā)育4排鼻狀撓區(qū)構(gòu)造帶,分別位于A62-A53-A51-A52井一帶、A37-A36-A25-A29井一帶、A48-A20-A26-A58-A57井一帶、A16-A42井一帶,這些鼻隆構(gòu)造帶有利于形成多種生儲蓋組合的油氣聚集,是十分重要的研究領(lǐng)域,值得關(guān)注與重視[10-11]。
研究區(qū)發(fā)育長7張家灘油頁巖、長91李家畔油頁巖2套重要烴源巖。長7張家灘油頁巖為延長組第一套分布廣、厚度大、有機質(zhì)豐度高、烴類轉(zhuǎn)化效率高的烴源巖[12-15],縱向上發(fā)育上、中、下3 套油頁巖(底部一套最為穩(wěn)定且厚度較大),厚度20~50 m,整體上呈由西南向東北逐漸變薄的趨勢(圖2)。長91李家畔油頁巖為為延長組第二套局部分布、質(zhì)量較好的烴源巖[13,16],主要發(fā)育長9上部,厚度2~15 m,也呈由西南向東北逐漸變薄的趨勢。
圖1 定邊區(qū)塊長7底面構(gòu)造Fig.1 Structural map of the bottom of Chang7 in Dingbian Block
依據(jù)大量巖心觀察描述,借鑒前人沉積相研究中相標(biāo)志識別標(biāo)準(zhǔn)[17-18],建立了定邊地區(qū)巖性、層理構(gòu)造、測井曲線特征等相標(biāo)志特征,應(yīng)用30~50口測井資料對定邊地區(qū)延長組長7,長8,長9進行沉積微相進行劃分,識別出水下分流河道、分流間灣、湖湘等微相。依據(jù)巖心、測井相標(biāo)志,結(jié)合砂地比平面分布及區(qū)域沉積相展布特征,編制了定邊地區(qū)長11,長81,長7沉積微相平面圖(圖3(a)~圖3(c))。
圖2 定邊區(qū)塊長7烴源巖平面等厚圖Fig.2 Source rocks contour map of Chang7 in Dingbian Block
從長91,長81,長7沉積相平面圖上可以看出,該區(qū)物源主要為繼承性發(fā)育的來自北西及北東方向的物源,與區(qū)域物源方向一致,北西方向與北東方向物源交匯于研究區(qū)的中南部,研究區(qū)南部主要為東北物源的貢獻。從長91至長81沉積時期,隨著湖盆面積的增大,三角洲發(fā)育規(guī)模有逐漸縮小的趨勢,至長7沉積時期,三角洲發(fā)育規(guī)模比長8沉積時期又有一定程度的削弱。
從沉積相分布研究的地質(zhì)意義分析,大量文獻證實,三角洲前緣水下分流河道微相是控制油氣富集的重要相帶[4]。然而通過對定邊地區(qū)長7~長9測試資料分析,長7、長81,長9新發(fā)現(xiàn)的17個油氣藏,除過7個(占41%)分布在水下分流河道微相外,還有10個(占59%)分布于研究區(qū)中南部北西向與北東向三角洲前緣水下分流河道微相交匯區(qū)域,說明三角洲前緣水下分流河道微相有利于油氣聚集外,更重要的是不同方向三角洲前緣水下分流河道微相交匯區(qū)域更有利于油氣聚集。分析其原因,與多物源、多相帶(水下分流河道微相、水下分流間灣微相、湖相等)不均衡疊置連片分布有關(guān),易于形成各種類型砂巖透鏡體巖性圈閉、成巖巖性圈閉及致密砂巖巖性圈閉等,值得地質(zhì)研究工作者給予足夠重視與關(guān)注。
圖3 定邊區(qū)塊長91,長81,長7沉積相平面分布Fig.3 Sedimentary facies of Chang91,Chang8 1 and Chang7 in Dingbian Block
按照砂質(zhì)含量>80%的錄取標(biāo)準(zhǔn),在綜合測井圖上對定邊地區(qū)66口地質(zhì)資料井讀取了砂巖數(shù)據(jù),并整理了砂巖厚度數(shù)據(jù),結(jié)合物源方向、區(qū)域沉積相展布特征,編制了定邊地區(qū)延長組長91,長81,長7砂體等厚圖 3張(圖 4(a),圖 4(b),圖 4(c))。
伴隨著鄂爾多斯盆地區(qū)域的沉積環(huán)境的演化,湖盆的形成、發(fā)展和萎縮的過程,從砂體的發(fā)育規(guī)模和沉積微相的演化過程來看:長9期湖盆快速下沉,湖區(qū)迅速擴大。該區(qū)長91期發(fā)育來自近南北方向和北東方向的三角洲前緣水下分流河道砂體,匯源區(qū)在研究區(qū)中南部,其中研究區(qū)西部以近南北方向物源為主,研究區(qū)東部主要為北東方向物源的貢獻,砂體分布范圍大,連續(xù)性較好,砂體厚度主要在13~28 m之間,向南西方向呈條帶或朵狀延伸(圖4(a))。
長8期盆地下降速率減緩,湖盆面積繼續(xù)增大,深湖區(qū)比長9期面積增大。該區(qū)長8期發(fā)育來自北西方向和北東方向的三角洲前緣水下分流河道砂體,匯源區(qū)在研究區(qū)中南部,其中以北西方向物源為主,研究區(qū)南部主要為北東方向物源的貢獻,砂體分布范圍較大,連續(xù)性較好,長81砂體厚度主要在5~15 m之間,向南西方向呈條帶或朵狀延伸(圖4(b))。
長7期湖泊范圍擴大,盆地西部及南部湖水進一步加深,湖水規(guī)模達到最大,湖盆中心位于志丹-吳起-定邊以南。該區(qū)長7期發(fā)育來自北西方向和北東方向的三角洲前緣水下分流河道砂體,匯源區(qū)在研究區(qū)中南部,其中以北西方向物源為主,研究區(qū)南部主要為北東方向物源的貢獻,砂體分布范圍較大,連續(xù)性較好,長7砂巖厚度主要在15~40 m之間,向南西方向呈條帶或朵狀延伸(圖4(c))。
從砂巖儲層分布研究的地質(zhì)意義分析,傳統(tǒng)觀點認(rèn)為,水下分流河道砂巖儲層孔滲條件好,有利于油氣富集高產(chǎn)[19-22]。然而通過對定邊地區(qū)長7~長9砂體分布與測試資料分析,發(fā)現(xiàn)水下分流河道高孔滲砂體控制油氣藏富集高產(chǎn)外,更重要發(fā)現(xiàn)是2大物源混合交匯區(qū)域巖性復(fù)雜多變,發(fā)育高孔滲砂巖、致密砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖等復(fù)雜巖性,由于不同時期砂巖、泥巖周期變遷演化,導(dǎo)致縱向上砂巖與泥巖頻繁互層、平面上高孔滲砂巖、致密砂巖、優(yōu)質(zhì)泥巖不均衡疊加連片分布,生儲蓋配置關(guān)系好,儲層非均質(zhì)性強,十分有利于形成各種類型巖性油氣藏。
圖4 定邊區(qū)塊長91,長81,長7砂體厚度平面分布Fig.4 Sand body of Chang91,Chang81 and Chang7 in Dingbian Block
依據(jù)6口井巖石薄片鑒定資料分析,延長組長7~長9巖石顆粒礦物組成為石英含量50.6% ~69.1%,均值 55.9%;長石含量 20.2% ~41.2%,均值為33.4%;巖屑含量7.5% ~15.0%,均值為10.7%,表明研究區(qū)長7~長9儲層巖性以長石砂巖和巖屑質(zhì)長石砂巖為主(圖5)。顆粒粒徑分布范圍為0.05 ~0.5 mm,主體分布在 0.1 ~0.5 mm范圍內(nèi),主要為細(xì)砂巖。顆粒分選中等~好,磨圓較差,多為次棱角狀。砂巖結(jié)構(gòu)類型多呈顆粒支撐,膠結(jié)類型以薄膜-孔隙式為主,少量為基底式及孔隙式。
研究區(qū)長7~長9儲層填隙物成分組成中,水云母、高嶺石、綠泥石等粘土礦物占填隙物總含量約50.4%;方解石、白云石、鐵方解石等碳酸鹽礦物占填隙物總含量約33.7%;硅質(zhì)礦物占填隙物總含量約10.6%.填隙物結(jié)構(gòu)類型以膠結(jié)物-雜基混合填隙為主,含量為4% ~40%,均值21%.
圖5 定邊區(qū)塊長7~長9儲層孔隙類型特征Fig.5 Characteristics of reservoir pore types of Chang7~Chang9 in Dingbian Block
依據(jù)6口井鑄體薄片資料分析,長7~長9砂巖儲集空間主要是孔隙,主要孔隙類型有粒間孔(圖5(a))、粒內(nèi)溶孔(圖5(b))和填隙物組分內(nèi)溶孔(圖5(c)),其中粒間孔是主要的儲集空間,約占總孔隙的56%,粒內(nèi)溶孔約占總孔隙的40.7%,填隙物組分內(nèi)溶孔約占總孔隙的3.3%.儲層面孔率1% ~12%,均值為8.7%,平均孔徑為 0.02 ~0.12 mm,均值為0.07 mm.
通過研究區(qū)11口井長7~長9儲層巖心樣品測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計,長7~長9砂巖儲層隙度分布范圍為0.8% ~21.2%,平均值為 8.4%;滲透率分布范圍0.034 ~58.11 mD,均值為2.99 mD,屬于特低孔 -特低滲儲層(圖6)。孔隙度與滲透率關(guān)系研究表明,研究區(qū)長7~長9砂巖有超過80%巖心樣品點具有隨孔隙度增大滲透率也相應(yīng)增大,儲層為孔隙性類型。
圖6 定邊區(qū)塊長7~長9儲層孔隙度、滲透率頻率Fig.6 Frequency distribution of reservoir porosity and permeability of Chang7~Chang9 in Dingbian Block
綜合以上分析,定邊地區(qū)延長組長7~長9成分成熟度(巖屑質(zhì)長石砂巖)和結(jié)構(gòu)成熟度(分選中等~好,磨圓較差、粘土礦物含量較高)較低,為近源高能沉積環(huán)境下的產(chǎn)物。儲集性能影響因素之一與粘土礦物含量(50.4%)及碳酸鹽礦物含量(33.7%)關(guān)系值密切,值得進一步深入研究??紫殿愋椭饕獮榱ig孔(占56%)和粒內(nèi)溶孔(占40.7%),孔徑為中小孔道(均值 0.07 mm),物性條件差(孔隙度均值 8.4%,滲透率均值 2.99 mD),為特低孔-特低滲儲層。隨著孔隙度增大滲透率也相應(yīng)增大,表現(xiàn)為孔隙性類型的特點(呈顆粒支撐)。以上成果認(rèn)識與前人大多數(shù)觀點相一致[23-26]。
1)現(xiàn)今構(gòu)造面貌為相對簡單的西傾單斜,研究區(qū)中北部發(fā)育4排鼻狀撓曲構(gòu)造帶,應(yīng)該引起足夠重視;長7烴源巖是延長組下部油藏的主要貢獻者,建議圍繞長7及長8上部尋找具有一定規(guī)模的巖性圈閉目標(biāo);
2)發(fā)育北西向、東北向2大物源控制的三角洲前緣水下分流河道微相,在研究區(qū)中南部2大物源控制的水下分流河道混源交匯區(qū)域,砂巖與泥巖縱向上頻繁互層,平面上不均衡疊加連片,生儲蓋配置關(guān)系好,易于形成各種類型巖性油氣藏;
3)巖石類型以長石砂巖和巖屑質(zhì)長石砂巖為主,填隙物中黏土礦物和碳酸鹽礦物占30%以上,儲層巖性主要為細(xì)砂巖,孔隙類型中粒間孔和粒內(nèi)溶孔占40%以上,孔隙度均值8.4%;滲透率均值2.99 mD,為典型近源高能沉積環(huán)境控制下,整體上具有特低孔-特低滲的孔隙型儲集層,局部發(fā)育優(yōu)質(zhì)儲層帶,易于形成各種類型的成巖圈閉。
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