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油氣化探異常雙因素評(píng)價(jià)方法
——以渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)坳陷臨南—錢官屯地區(qū)為例

2018-05-08 12:23:54沈忠民王國(guó)建寧麗榮
石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì) 2018年2期
關(guān)鍵詞:濟(jì)陽(yáng)洼陷化探

楊 俊,沈忠民,王國(guó)建,寧麗榮

(1. 油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué)),成都 610059;2. 中國(guó)石化 石油勘探開(kāi)發(fā)研究院 無(wú)錫石油地質(zhì)研究所,江蘇 無(wú)錫 214126)

針對(duì)油氣化探方法及其影響因素[1-10]、異常識(shí)別[1, 11]、異常模式[12-14]以及異常成因[15-16]的研究較多,但是關(guān)于異常評(píng)價(jià)的研究相對(duì)較少[17],特別是將化探指標(biāo)和地質(zhì)要素相結(jié)合進(jìn)行異常綜合評(píng)價(jià)的研究更少。然而,地表油氣化探異常的形成、分布與地質(zhì)要素密不可分,因此化探異常的評(píng)價(jià)不能脫離地質(zhì)特征。本文以渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)坳陷惠民凹陷的臨南—錢官屯地區(qū)為例,將化探指標(biāo)和地質(zhì)要素相結(jié)合,建立一種化探—地質(zhì)雙因素油氣化探異常綜合評(píng)價(jià)方法,具有較好的應(yīng)用效果。

1 地質(zhì)背景

圖1 濟(jì)陽(yáng)坳陷惠民凹陷臨南—錢官屯地區(qū)地質(zhì)特征及井位分布 [18]夏口斷層以北為T6構(gòu)造圖,錢官屯地區(qū)為T8構(gòu)造圖。

臨南—錢官屯地區(qū)位于濟(jì)陽(yáng)坳陷惠民凹陷西南部,惠民凹陷南坡的臨南洼陷是重要的生油洼陷,研究區(qū)位于臨南洼陷西南邊緣及斜坡部位(圖1)[18]。富有機(jī)質(zhì)的沙三段和沙四段成熟泥質(zhì)巖是臨南地區(qū)重要的烴源巖[19-20],臨南和錢官屯地區(qū)原油同源[19]。沙四段、沙三上亞段、沙三中亞段、沙三下亞段、沙二段是主要的儲(chǔ)集層;沙三中—下亞段、沙一段—東營(yíng)組、館陶組和明化鎮(zhèn)組沉積的泥巖是主要的區(qū)域蓋層[21]。油氣自臨南洼陷向南部斜坡運(yùn)移[22],斷層、不整合以及砂體組成疏導(dǎo)體系,因地層壓力偏低導(dǎo)致運(yùn)移動(dòng)力較弱,橫向運(yùn)移距離有限[23-24]。運(yùn)移條件,特別是斷裂對(duì)研究區(qū)內(nèi)油氣成藏有明顯控制作用,古近系東營(yíng)組沉積時(shí)期斷裂活動(dòng)比較強(qiáng)烈,例如夏口斷層,封閉性較差,斷裂主要起通道作用;新近系館陶組之后,斷裂活性逐漸減弱,次級(jí)斷裂以封堵油氣為主[25]。洼陷中心兩期成藏,為東營(yíng)組和館陶組—明化鎮(zhèn)組沉積期,以第二期為主;洼陷邊緣一期成藏,為館陶組—明化鎮(zhèn)組沉積期[26-27]。

2 異常提取

臨南—錢官屯地區(qū)精查化探面積為130 km2,采樣網(wǎng)度為500 m500 m,樣品類型有土壤碳酸鹽含量、酸解烴、游離烴、物理吸附烴和頂空輕烴,采樣物理點(diǎn)2 173個(gè)。最常用的單指標(biāo)異常提取方法有濃度等值線法和趨勢(shì)面剩余值分析法。濃度等值線法采用的異常下限為一恒定值,適用于工區(qū)范圍小、屬于同一地質(zhì)背景和同一地貌的情況。然而,當(dāng)工區(qū)范圍較大、覆蓋不同地質(zhì)背景或地貌單元時(shí),異常下限并不是一恒定值,即背景不是一個(gè)平面而是曲面,此時(shí)采用趨勢(shì)面剩余值法提取異常。臨南—錢官屯研究區(qū)橫跨2類地質(zhì)背景,包括臨南洼陷和南部斜坡帶,所以研究采用趨勢(shì)面法。圈定單指標(biāo)異常的一般原則是:(1)自然內(nèi)彎曲度好,構(gòu)成環(huán)的指標(biāo)濃度異常有一種自然內(nèi)彎曲的趨勢(shì)并趨于閉合形態(tài);(2)連續(xù)度高,表征了圍繞油氣藏?zé)N類微滲漏的樣本概率高,可信度高;(3)高值帶寬度適中,高值帶寬度不宜太窄,而單點(diǎn)異常只作為圈環(huán)參考;(4)與已知區(qū)地質(zhì)、構(gòu)造背景結(jié)合圈環(huán),圈環(huán)時(shí)充分考慮斷層的影響。

不同化探方法檢測(cè)的烴類,在土壤中賦存狀態(tài)有差異。勘探實(shí)踐表明,游離烴甲烷(YC1)、頂空氣甲烷(DC1)、物理吸附烴甲烷(XC1)和酸解烴甲烷(SC1)剩余值異常與油田吻合較好(圖2),為有效指標(biāo);土壤碳酸鹽含量剩余值異常與油田關(guān)系很差,在該地區(qū)為無(wú)效指標(biāo)。YC1、DC1和XC1主要檢測(cè)的為近地表土壤孔隙中處于游離狀態(tài)的甲烷以及土壤礦物顆粒表面處于弱吸附狀態(tài)的甲烷,皆屬于活躍類指標(biāo),其中YC1和DC1以前者為主,XC1兼而有之。三者單指標(biāo)異常分布比較相似,基本分布在以油田為中心的一定范圍,而在油氣藏頂部異常較弱(圖2a,b,c)。SC1主要檢測(cè)的是土壤顆粒內(nèi)吸留以及被礦物強(qiáng)吸附的甲烷,是地質(zhì)歷史時(shí)期長(zhǎng)期累積的結(jié)果,屬于穩(wěn)定的化石類指標(biāo)。SC1異常呈現(xiàn)一個(gè)大的環(huán)狀暈圍繞著臨南油田以及東南部的錢斜14井油藏和錢141井油藏,而在北部洼陷區(qū)、背景區(qū)和東南部油藏區(qū)(錢19井油藏、錢斜5井油藏和錢4井油藏)上方地表無(wú)明顯異常分布,與活躍類指標(biāo)相比,SC1異??傮w上有一定南偏(圖2d)。以有效指標(biāo)YC1、DC1、XC1和SC1的單指標(biāo)異常為基礎(chǔ),將4個(gè)單異常圖進(jìn)行疊合,獲得綜合異常和環(huán)形態(tài)較好異常分布圖(圖3)。

3 異常雙因素評(píng)價(jià)

3.1 化探評(píng)價(jià)

以往從化探角度評(píng)價(jià)異常,對(duì)異常所含指標(biāo)個(gè)數(shù)和異常襯度重視比較多,而較少關(guān)注異常成因,從而未對(duì)真假異常進(jìn)行深入研究。此次化探評(píng)價(jià)不僅關(guān)注指標(biāo)貢獻(xiàn)率(與異常所含指標(biāo)的重要程度和數(shù)量有關(guān))和異常襯度,更結(jié)合了異常熱成因概率,使得化探評(píng)價(jià)的結(jié)果更為可靠。

圖2 濟(jì)陽(yáng)坳陷惠民凹陷臨南—錢官屯地區(qū)游離烴、頂空輕烴、物理吸附烴和酸解烴甲烷剩余值異常

3.1.1 異常指標(biāo)總貢獻(xiàn)率(G)

圖3中綜合異??梢允撬闹笜?biāo)疊合,也可以是三指標(biāo)疊合和兩指標(biāo)疊合;另外,圖3中保留了環(huán)形態(tài)較好的單指標(biāo)異常。綜合異常和環(huán)形態(tài)較好的單指標(biāo)異常所含化探指標(biāo)見(jiàn)表1。

不同盆地/地區(qū)有效指標(biāo)各異,有效指標(biāo)中又分為主要指標(biāo)和輔助指標(biāo)。當(dāng)有已知區(qū)作為參考時(shí),可據(jù)單指標(biāo)異常與已知油氣田符合程度確定主、輔指標(biāo);當(dāng)無(wú)已知區(qū)作為參考時(shí),可依據(jù)單指標(biāo)異常分布形態(tài)和異常指標(biāo)屬性確定。

通常含有主要指標(biāo)的綜合異??尚哦雀?,而不含主要指標(biāo)的綜合異??尚判暂^差;其次,綜合異常含有的單指標(biāo)個(gè)數(shù)越多,可信度越高。對(duì)于含有多個(gè)指標(biāo)的綜合異常,可根據(jù)其包含的指標(biāo)類型(主、輔)以及指標(biāo)數(shù)量進(jìn)行指標(biāo)貢獻(xiàn)率評(píng)價(jià)。

圖3 濟(jì)陽(yáng)坳陷惠民凹陷臨南—錢官屯地區(qū)綜合異常及環(huán)形態(tài)較好的單指標(biāo)異常

異常序號(hào)123456789101112異常所含指標(biāo)SYDXSYDYDXXYDYXDXSYXYDSDXYG/%1008565506530855035151535

注:S-酸解烴,Y-游離烴,D-頂空氣,X-物理吸附氣

活躍類指標(biāo)中以YC1異常與已知油氣田吻合最好,DC1和XC1次之;SC1異常與已知油氣田吻合程度也較高。因此,可將YC1和SC1作為研究區(qū)化探異常分析的主要指標(biāo),DC1和XC1作為輔助指標(biāo),主、輔單指標(biāo)貢獻(xiàn)率見(jiàn)表2。所以,圖3中綜合異常及環(huán)形態(tài)較好單指標(biāo)異常指標(biāo)總貢獻(xiàn)率見(jiàn)表1。

表2 濟(jì)陽(yáng)坳陷惠民凹陷臨南—錢官屯地區(qū)綜合異常中主、輔指標(biāo)貢獻(xiàn)率

單指標(biāo)異常襯度通常用來(lái)反映單指標(biāo)異常相對(duì)于背景的強(qiáng)度。但是,綜合異常包含多個(gè)單指標(biāo),而每個(gè)單指標(biāo)在綜合異常內(nèi)的襯度(Ci)是不一樣的。某綜合異常內(nèi)第i個(gè)單指標(biāo)的襯度Ci:

(1)

式中:I為異常內(nèi)第i個(gè)單指標(biāo)的異常樣本平均值;A為研究區(qū)內(nèi)第i個(gè)單指標(biāo)所有樣本平均值。

但是,綜合異常由多個(gè)單指標(biāo)異常疊合而成,包含多個(gè)單指標(biāo)異常的襯度,而綜合異常襯度應(yīng)該是反映綜合異常內(nèi)所有單指標(biāo)異常相對(duì)于背景的強(qiáng)度。綜合異常平均襯度(Cavg)可反映綜合異常內(nèi)所有單指標(biāo)異常相對(duì)于背景的強(qiáng)度。

(2)

式中:Cavg為某綜合異常平均襯度;Ci為某綜合異常內(nèi)第i個(gè)單指標(biāo)的襯度,i=1,2,…n;n為某綜合異常內(nèi)所含單指標(biāo)個(gè)數(shù)。

再將所有綜合異常平均襯度以及環(huán)形態(tài)較好的單指標(biāo)異常襯度進(jìn)行歸一化處理,獲得異常襯率C:

(3)

據(jù)此,可獲得圖3中綜合異常及環(huán)形態(tài)較好單指標(biāo)異常的襯率(表3)。對(duì)于圖3中1~12號(hào)異常,并不是所含單指標(biāo)個(gè)數(shù)越多,襯率就越高;反之,也不是襯率越高,異常所含單指標(biāo)個(gè)數(shù)越多。所以,不能僅依據(jù)所含單指標(biāo)個(gè)數(shù)或者襯率來(lái)判定綜合異常優(yōu)劣。

3.1.3 異常熱成因概率(R)

表3 濟(jì)陽(yáng)坳陷惠民凹陷臨南—錢官屯地區(qū)綜合異常及環(huán)形態(tài)較好的單指標(biāo)異常的襯率

近地表識(shí)別出的異常,是否為地下熱成因油氣藏中烴類微滲漏到地表而形成?JONES等建立了輕烴判別地下油氣屬性的圖版[28],SECHMAN等研究波蘭東部某油氣區(qū)時(shí),發(fā)現(xiàn)土壤輕烴(soil gas)能較好地反映地下油氣屬性[29]。頂空氣、物理吸附氣和游離氣3種都可用于屬性判別,由于臨南—錢官屯地區(qū)頂空氣烴類組分含量較低,重?zé)N特別是異丁烷(iC4)和正丁烷(nC4)及其更重組分,大多數(shù)樣品未能檢測(cè)到;游離氣和物理吸附氣重?zé)N檢出率更高,因游離氣為主要指標(biāo),因此選擇此方法進(jìn)行油氣屬性研究。以1號(hào)綜合異常為例,異常點(diǎn)個(gè)數(shù)為19個(gè),屬于一個(gè)族群,皆位于原油區(qū)或者原油區(qū)附近;僅有2個(gè)異常點(diǎn)明顯遠(yuǎn)離原油區(qū),不屬于地下原油中輕烴微滲漏到地表形成。因此,1號(hào)綜合異常原油熱成因概率為89.47%(圖4)。依次對(duì)圖3中綜合異常及環(huán)形態(tài)較好的單指標(biāo)異常進(jìn)行熱成因圖版判別,其熱成因概率見(jiàn)表4。

3.1.4 綜合異?;皆u(píng)價(jià)概率(P)

圖4 濟(jì)陽(yáng)坳陷惠民凹陷臨南—錢官屯地區(qū)1號(hào)綜合異常成因判別

異常編號(hào)123456789101112R/%89.4710081.8210010010010010010091.67100100

3.2 地質(zhì)評(píng)價(jià)

近地表化探主要是根據(jù)地表土壤中微弱的油氣信息預(yù)測(cè)油氣藏,就整個(gè)勘探而言,近地表化探預(yù)測(cè)油氣還需與地下地質(zhì)特征,特別是研究區(qū)油氣成藏的主控因素相結(jié)合。

油氣成藏包含眾多地質(zhì)因素,包括烴源巖、儲(chǔ)層、蓋層、圈閉、輸導(dǎo)體系和保存條件等。學(xué)者們研究認(rèn)為,臨南—錢官屯地區(qū)輸導(dǎo)條件(特別是斷裂)和運(yùn)移距離是成藏的主控因素[22-25]。因此,將斷裂(L)和運(yùn)移距離(J)作為地質(zhì)評(píng)價(jià)的主要因素。區(qū)內(nèi)斷裂除了夏口斷裂為一級(jí)斷裂,是臨南洼陷和錢官屯斜坡的分界斷裂,其他斷裂為更次級(jí)的斷裂。根據(jù)斷裂級(jí)次,對(duì)斷裂進(jìn)行賦值(表6)。實(shí)際生產(chǎn)表明,油氣從北部洼陷向南部斜坡運(yùn)聚,隨著與北部臨南洼陷距離的增加,油氣井產(chǎn)量和油氣藏規(guī)模有減小趨勢(shì)。首先,根據(jù)“近水樓臺(tái)”原則,認(rèn)為緊鄰夏口斷層的臨南洼陷內(nèi)圈閉捕獲油源最為有利,微滲漏方式以擴(kuò)散為主,表明儲(chǔ)層和蓋層條件好;其次,從夏口斷層向南到錢斜14井南,距離臨南洼陷內(nèi)油源較近,微滲漏方式以擴(kuò)散為主,表明儲(chǔ)層和蓋層條件較好;再次,從錢斜14井南到錢4井南,距離臨南洼陷內(nèi)油源較遠(yuǎn),微滲漏方式以滲透為主,表明儲(chǔ)層和蓋層條件較差;最后,錢4井以南地區(qū),距離臨南洼陷內(nèi)油源最遠(yuǎn),微滲漏特征研究結(jié)果為背景區(qū),表明臨南洼陷內(nèi)油源難以運(yùn)抵[18]。為此,依據(jù)運(yùn)移距離,結(jié)合斷裂分布對(duì)不同的成藏區(qū)進(jìn)行賦值,夏口斷層以北的臨南洼陷內(nèi)圈閉捕獲原油的概率極高,為75%~100%,夏口斷層—錢斜14井南為50%~75%,錢斜14井南—錢4井南為25%~50%,錢4井以南幾乎不能獲得臨南洼陷內(nèi)油源,賦值為0~25%(圖3)。

表5 濟(jì)陽(yáng)坳陷惠民凹陷臨南—錢官屯地區(qū)化探異常的化探評(píng)價(jià)概率

表6 濟(jì)陽(yáng)坳陷惠民凹陷臨南—錢官屯地區(qū)斷層級(jí)次與重要性

3.3 雙因素評(píng)價(jià)

化探評(píng)價(jià)以近地表油氣地球化學(xué)指標(biāo)為基礎(chǔ),地質(zhì)評(píng)價(jià)以地下油氣地質(zhì)條件,特別是油氣成藏主控因素為基礎(chǔ)。以上化探評(píng)價(jià)和地質(zhì)評(píng)價(jià)分別對(duì)識(shí)別出的各個(gè)異常進(jìn)行了打分排序。 若僅僅依據(jù)化探評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)異常進(jìn)行排序,從優(yōu)到差順序?yàn)?,7,2,5,4,8,12,6,9,3,10和11號(hào)異常(表5)。目前已有油藏發(fā)現(xiàn)的3,4,8,9和10號(hào)異常排名靠后,而未有油藏發(fā)現(xiàn)的5和6號(hào)以及已停產(chǎn)的12號(hào)異常排名反而靠前,這一結(jié)果與實(shí)際勘探結(jié)果符合程度不高。

若將化探評(píng)價(jià)和地質(zhì)評(píng)價(jià)相結(jié)合,圖5展示了評(píng)價(jià)結(jié)果。

1,2,3和4號(hào)異常位于圖5中Ⅰ區(qū),Ⅰ區(qū)地質(zhì)評(píng)價(jià)概率和化探評(píng)價(jià)概率皆大于60%,其中1號(hào)綜合異常對(duì)應(yīng)于主力產(chǎn)區(qū)夏52斷塊,2號(hào)綜合異常對(duì)應(yīng)于主力產(chǎn)區(qū)夏32斷塊,其雙因素評(píng)價(jià)得分最高,表明Ⅰ區(qū)內(nèi)的異常存藏概率高,且資源豐度較大。

6,7,8,9和10號(hào)異常位于圖5中Ⅱ區(qū),Ⅱ區(qū)地質(zhì)評(píng)價(jià)概率和化探評(píng)價(jià)概率皆為40%~60%,其中7,8,9和10號(hào)異常發(fā)現(xiàn)油藏,但資源規(guī)模和產(chǎn)量都弱于Ⅰ區(qū)。6號(hào)異常內(nèi)目前未發(fā)現(xiàn)油氣,分析認(rèn)為其可能缺少有效的圈閉條件。因此,Ⅱ區(qū)內(nèi)異常存藏概率中等,資源規(guī)模和產(chǎn)量都不如Ⅰ區(qū)。

5,6和12號(hào)異常位于圖5中Ⅲ區(qū),Ⅲ區(qū)地質(zhì)評(píng)價(jià)概率和化探評(píng)價(jià)概率皆小于40%,其中5和6異常未發(fā)現(xiàn)油藏,12號(hào)異常曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)低產(chǎn)油藏,目前已經(jīng)停產(chǎn)。因此,Ⅲ區(qū)內(nèi)異常存藏概率低,勘探風(fēng)險(xiǎn)大。

綜上可見(jiàn),化探—地質(zhì)雙因素評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際勘探結(jié)果更加一致,比僅從化探角度評(píng)價(jià)優(yōu)選異常更加可靠。

表7 濟(jì)陽(yáng)坳陷惠民凹陷臨南—錢官屯地區(qū)化探異常的地質(zhì)評(píng)價(jià)概率

圖5 濟(jì)陽(yáng)坳陷惠民凹陷臨南—錢官屯地區(qū)化探異常雙因素評(píng)價(jià)

4 結(jié)論

(1)濟(jì)陽(yáng)坳陷惠民凹陷臨南—錢官屯地區(qū)近地表化探有效指標(biāo)為YC1,DC1,XC1和SC1,其中YC1和SC1為主要指標(biāo),對(duì)油氣指示效果更好。

(2)不同化探方法提取的油氣信息,獲取的異常皆受到地下地質(zhì)條件的影響,因此,異常評(píng)價(jià)必須結(jié)合地質(zhì)條件,特別是主控因素。與僅依靠化探指標(biāo)評(píng)價(jià)異常的結(jié)果相比,濟(jì)陽(yáng)坳陷臨南—錢官屯地區(qū)化探指標(biāo)與地質(zhì)條件耦合的雙因素評(píng)價(jià)異常結(jié)果與實(shí)際勘探結(jié)果吻合更高,表明建立的化探—地質(zhì)雙因素油氣化探異常評(píng)價(jià)技術(shù)具有一定可行性,雙因素評(píng)價(jià)的思路可為其他地區(qū)的化探異常評(píng)價(jià)提供借鑒。

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