柴達木盆地西北區(qū)地層剝蝕厚度恢復(fù)及對油氣成藏的啟示

2022-02-26 08:52:02馮德浩劉成林田繼先太萬雪

石油實驗地質(zhì) 2022年1期

馮德浩，劉成林，田繼先，太萬雪，李培，曾旭，孔驊

1.中國石油大學(xué)(北京) 油氣資源與探測國家重點實驗室，北京 102249；2.中國石油大學(xué)(北京) 地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249；3.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083

地層剝蝕厚度恢復(fù)是研究含油氣盆地埋藏史、熱史和油氣成藏史的基礎(chǔ)，長期以來都是含油氣盆地分析的熱點和重點問題。地層剝蝕現(xiàn)象在沉積盆地中廣泛存在，對沉積盆地中油氣的形成與演化、流體運聚和保存具有重要的影響[1]。適宜的構(gòu)造運動有利于形成構(gòu)造圈閉，成為油氣運移和聚集的有利場所；而強烈的構(gòu)造運動易造成地層嚴重剝蝕，破壞油氣的保存條件，從而導(dǎo)致油氣滲漏[2]。因此，恢復(fù)地層剝蝕厚度對研究盆地構(gòu)造演化史和含油氣盆地模擬具有重要意義[3-4]。

柴達木盆地經(jīng)過六十余年的勘探開發(fā)，在柴西古近系—新近系中發(fā)現(xiàn)了大量的油氣資源。但目前已發(fā)現(xiàn)的大型油氣藏多位于柴達木盆地西南區(qū)，柴達木盆地西北區(qū)(以下簡稱柴西北)探明程度總體較低，一里坪地區(qū)更是至今未取得勘探突破[5]。油氣資源評價結(jié)果表明，該地區(qū)仍然具備較大的油氣資源勘探潛力，可成為柴達木盆地重要的油氣資源接替區(qū)[6]。在油氣勘探需求的背景下，開展晚期構(gòu)造運動地層剝蝕量研究將具有重要意義。然而該地區(qū)地層剝蝕厚度研究較為薄弱，前人使用地層趨勢延伸法和Easy%Ro法恢復(fù)了柴西部分重點井位的累計剝蝕厚度[7-10]，未能完全揭示剝蝕量平面和縱向分布規(guī)律，并且未對剝蝕厚度與油氣成藏的影響展開定量研究，除此之外一里坪地區(qū)地層剝蝕厚度研究目前還未見報道。本文基于最新的地震、測井和分析化驗資料，綜合利用多種方法恢復(fù)了柴西北至一里坪地區(qū)晚期構(gòu)造運動導(dǎo)致的剝蝕厚度，并定量探討了地層剝蝕厚度對油氣成藏的影響。此項研究一方面為該地區(qū)下一步的油氣資源風(fēng)險勘探提供基礎(chǔ)的地質(zhì)參數(shù)；另一方面有望豐富柴達木盆地晚期構(gòu)造成藏理論，加深對古近系—新近系含油氣系統(tǒng)的理解。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

圖1 柴達木盆地中西部地區(qū)地質(zhì)概況和地層剖面據(jù)文獻[11-12]修改。

受喜馬拉雅構(gòu)造運動與新構(gòu)造運動影響，該區(qū)新近系和第四系遭受了剝蝕。前人研究表明，研究區(qū)主要經(jīng)歷3次地層剝蝕作用[13-15]。第一次為下油砂山組沉積末期的喜馬拉雅中期構(gòu)造運動，盆地邊緣的下油砂山組地層頂部遭受了部分剝蝕[13]，此次構(gòu)造運動對盆地內(nèi)部油氣成藏影響較??；第二次為上新世末期的喜馬拉雅晚期構(gòu)造運動，此次構(gòu)造運動主要表現(xiàn)為強烈的擠壓導(dǎo)致大規(guī)模的逆沖作用，形成了大量褶皺，致使部分地區(qū)遭受強烈剝蝕；第四紀更新世末以來的新構(gòu)造運動使盆地整體回升，湖盆徹底退去，只在盆地中東部地區(qū)留下一些殘余湖泊，此次構(gòu)造運動使得大部分地區(qū)第四系遭受剝蝕作用[14]。由于后兩次構(gòu)造運動發(fā)生時期接近，且不整合面接近地表，因此常把喜馬拉雅晚期構(gòu)造運動和新構(gòu)造運動放在一起加以考慮[15]。

2 地層剝蝕厚度恢復(fù)方法

地層剝蝕厚度是含油氣盆地模擬的一項基本參數(shù)，前人提出了多種恢復(fù)方法，主要包括地層趨勢延伸法[16-17]、鏡質(zhì)體反射率法[18-19]、聲波時差法[20-21]、米蘭科維奇旋回法[22]和波動分析法等，但這些方法均具有一定的資料要求和應(yīng)用局限性，需根據(jù)地區(qū)實際地質(zhì)條件和資料掌握情況合理選用。青海油田經(jīng)過幾十年的勘探開發(fā)，積累了大量的地震、測井以及鏡質(zhì)體反射率數(shù)據(jù)，因此本文綜合采用地層趨勢延伸法、聲波時差法、鏡質(zhì)體反射率法和Easy%Ro最優(yōu)化法恢復(fù)全區(qū)地層剝蝕厚度。

2.1 地層趨勢延伸法

在使用地層趨勢延伸法恢復(fù)地層剝蝕厚度中嚴格參考了鄰層厚度的變化趨勢，恢復(fù)結(jié)果更加貼近實際地質(zhì)條件，可信程度較高。柴達木盆地二維地震資料豐富，使用該方法恢復(fù)的剝蝕厚度控制點多，在編制剝蝕厚度平面圖件中能夠有效地控制全區(qū)，應(yīng)用效果較好。

2.2 鏡質(zhì)體反射率法

鏡質(zhì)體反射率法最早由DOW在1977年提出，其原理是在一套連續(xù)沉積的地層內(nèi)部鏡質(zhì)體反射率(Ro)的對數(shù)與深度H之間為線性回歸關(guān)系，排除異常熱事件的影響，如果Ro值隨深度呈現(xiàn)突變或跳躍則為地層剝蝕導(dǎo)致的結(jié)果，然后利用不整合面上下鏡質(zhì)體反射率(Ro)差值來估算不整合面處地層剝蝕厚度[18]。后有學(xué)者針對DOW方法，提出了利用鏡質(zhì)體反射率恢復(fù)地層剝蝕厚度的改進方案[19]。前人研究表明，地表處的Ro值約為0.2%，因此將不整合面以下的Ro數(shù)據(jù)點作出lnRo與深度H的散點圖，并回歸出lnRo-H線性關(guān)系，將其外推至ln(0.2)處得到該構(gòu)造層古地表的位置，古地表與不整合面位置的距離即為該構(gòu)造層的剝蝕厚度。依據(jù)此原理對伊深1井等十余口井進行了剝蝕厚度恢復(fù)，恢復(fù)了上新世末期以來的剝蝕厚度(圖3)。由于井位資料限制，無法使用此方法恢復(fù)下油砂山組沉積末期的剝蝕厚度。

圖3 鏡質(zhì)體反射率法恢復(fù)柴達木盆地地層剝蝕厚度

鏡質(zhì)體反射率法恢復(fù)結(jié)果的可靠程度受對研究區(qū)構(gòu)造演化史和盆地?zé)崾返鹊刭|(zhì)問題的認識程度、鏡質(zhì)體反射率測定的精準度以及研究區(qū)地表Ro值的確定度等因素的制約。從恢復(fù)結(jié)果來看，鏡質(zhì)體反射率法在伊深1井、落深1井等部分井位應(yīng)用效果較好(圖3a-d)，但在油6井、南14井等井位應(yīng)用效果較差，油6井和南14井恢復(fù)結(jié)果分別為4 934.8 m和3 448.4 m，明顯不符合實際地質(zhì)條件(圖3e-f)?？傮w來說，該方法在柴達木盆地部分地區(qū)應(yīng)用效果較差，恢復(fù)結(jié)果應(yīng)結(jié)合實際地質(zhì)條件并與其他方法比較，以驗證其合理性與準確性。

2.3 聲波時差法

利用聲波時差資料恢復(fù)地層剝蝕厚度的方法最早出現(xiàn)在MAGARA的著作中，該方法因為原理簡單、資料容易獲取等特點而成為普遍采用的方法[20]。該方法的基本原理為在正常壓實情況下，泥頁巖Δt—H關(guān)系呈指數(shù)關(guān)系，即

Δt=Δt0e-CH

式中:Δt為深度H處泥頁巖的聲波時差值，μs/m；Δt0為研究區(qū)地表處的聲波時差值，理論值為620～656 μs/m；H為泥頁巖埋深，m；C為正常壓實曲線斜率。

圖4 聲波時差法恢復(fù)柴達木盆地地層剝蝕厚度

2.4 Easy%Ro最優(yōu)化方法

該方法依據(jù)使用廣泛的Easy%Ro平行化學(xué)反應(yīng)模型[23]，采用Petromod等盆地模擬軟件建立地質(zhì)模型，通過設(shè)置埋藏史和古大地?zé)崃髦?，來計算相關(guān)動力學(xué)過程并計算Ro值，其簡略表達式為：

Ro=exp(-1.6+3.7Fi)i=1,2,3，…

式中:Ro為計算鏡質(zhì)體反射率，%；Fi為地層底界的第i個埋藏點的化學(xué)反應(yīng)程度，取值為0～0.85。

古今大地?zé)崃髦抵饕獏⒖记耖鷮Σ裎鞯貐^(qū)大地?zé)崃髦颠M行的研究[24]。通過對比計算值和實測值，反復(fù)修改各套地層剝蝕量并應(yīng)用最優(yōu)化方法，使得計算Ro值與實測Ro值吻合得最好，此時的剝蝕量為Easy%Ro法恢復(fù)的剝蝕量。該方法的使用較大程度上依賴鏡質(zhì)體反射率測定的精準度以及古大地?zé)崃髦祬?shù)的準確性，恢復(fù)結(jié)果易出現(xiàn)多解性，需與其他方法相互驗證使用。

3 剝蝕量恢復(fù)結(jié)果

根據(jù)地層趨勢延伸法、聲波時差法、鏡質(zhì)體反射率法和Easy%Ro最優(yōu)化法，多種方法互相約束印證，據(jù)此恢復(fù)了研究區(qū)十余條二維地震測線和40余口重點探井的地層剝蝕厚度(表1)。地層趨勢延伸法與聲波時差法應(yīng)用效果最好，Easy%Ro最優(yōu)化法和鏡質(zhì)體反射率法在部分井應(yīng)用效果較差。編制剝蝕厚度平面分布圖選用數(shù)據(jù)采取以下原則：井間剝蝕厚度主要選取地層趨勢延伸法恢復(fù)結(jié)果。該方法控制點數(shù)量多，能夠控制全區(qū)；重點井剝蝕厚度在去除異常數(shù)據(jù)后，取多種方法恢復(fù)的平均值。