劉軍鍔，解習(xí)農(nóng)，孟　濤，杜學(xué)斌

(1. 構(gòu)造與油氣資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢　430074； 2.中國(guó)石化 勝利油田分公司 地質(zhì)科學(xué)研究院，山東 東營(yíng)　257015)

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沾化凹陷埕南北部陡坡帶深層扇體控砂機(jī)理及儲(chǔ)層評(píng)價(jià)

劉軍鍔1,2，解習(xí)農(nóng)1，孟濤2，杜學(xué)斌1

(1. 構(gòu)造與油氣資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢430074； 2.中國(guó)石化 勝利油田分公司 地質(zhì)科學(xué)研究院，山東 東營(yíng)257015)

摘要：渤海灣盆地沾化凹陷埕南地區(qū)沙河街組陡坡扇體發(fā)育，但發(fā)育規(guī)律復(fù)雜、地層對(duì)比難度大、儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，缺乏有效的儲(chǔ)層定量評(píng)價(jià)手段。在明確扇體控砂機(jī)制基礎(chǔ)上，通過(guò)古坡角的定量計(jì)算，分析儲(chǔ)層的縱橫向演化規(guī)律。古物源的展布與古地形具有明顯的匹配關(guān)系；邊界斷層傾角角度越大，扇根亞相越寬，扇中亞相寬度越窄。砂體展布具有 “溝扇對(duì)應(yīng)”、大溝對(duì)大扇，物源量供給充足、“連片發(fā)育”，縱向上“扇體后退”的特點(diǎn)。應(yīng)用地球物理分析和地質(zhì)綜合統(tǒng)計(jì)2種方法，圈定了砂礫巖體有效儲(chǔ)層，剔除非有效的致密礫巖。沙三下亞段3砂組在濱古604、義159等井區(qū)屬于致密扇根相帶，具有側(cè)向遮擋的作用；義109、義104-4等井區(qū)屬于扇中相帶即有效儲(chǔ)層分布區(qū)，具有非油即干的特點(diǎn)，是成藏的有利區(qū)；義107-1井區(qū)處于扇體的扇端部位，有效儲(chǔ)層不發(fā)育。

關(guān)鍵詞：有效儲(chǔ)層；控砂機(jī)理；近岸水下扇；埕南地區(qū)；沾化凹陷；渤海灣盆地

埕南斷裂帶位于渤海灣盆地沾化凹陷渤南洼陷的北部，是受埕南斷層控制的陡坡構(gòu)造帶(圖1)。陡坡帶砂礫巖扇體具有規(guī)模大、類型多的特點(diǎn)[1-7]。該區(qū)沙四上和沙三下亞段是優(yōu)質(zhì)烴源巖，扇體包裹于烴源巖之中，成藏條件非常有利[8-12]。截至2011年底，針對(duì)埕南沙四上、沙三下亞段砂礫巖扇體共上報(bào)控制儲(chǔ)量4 246.86×104t，預(yù)測(cè)儲(chǔ)量3 833.05×104t，展示了埕南砂礫巖體巨大的勘探潛力。但由于扇體發(fā)育規(guī)律復(fù)雜，儲(chǔ)層非均質(zhì)性較強(qiáng)，且受埋深大、地震資料品質(zhì)較差的影響，造成儲(chǔ)層定量評(píng)價(jià)比較困難，制約了對(duì)該類扇體的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)和儲(chǔ)量的升級(jí)。本文針對(duì)這一問(wèn)題，通過(guò)深化沉積認(rèn)識(shí)、開(kāi)展定量評(píng)價(jià)，明確該區(qū)有效儲(chǔ)層展布規(guī)律，以指導(dǎo)該區(qū)的油氣藏勘探。

圖1　渤海灣盆地沾化地區(qū)構(gòu)造單元

1地質(zhì)概況

1.1　構(gòu)造地層特征

渤南洼陷由于受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，具有北斷南超的特點(diǎn)，埕南地區(qū)位于埕南邊界斷層的下降盤，是鏟式邊界斷層所控制的陡坡構(gòu)造帶。埕南斷層是以一條基底斷裂為主的邊界斷層，構(gòu)成洼陷的雛形，造成渤南洼陷與埕東凸起地形高差，對(duì)埕東凸起的剝蝕和渤南洼陷陡坡帶的沉積起著決定性的作用(圖2)。

該區(qū)地層發(fā)育較全，洼陷內(nèi)發(fā)育古近系孔店組、沙河街組、東營(yíng)組、新近系和第四系平原組等。

圖2　沾化凹陷埕南地區(qū)新渤深1—義105井沙四上—沙三下亞段近南北向儲(chǔ)層對(duì)比

孔店組、沙河街組由南向北逐層超覆于埕南斷面之上。根據(jù)鉆井、地震、化驗(yàn)分析資料，在井震結(jié)合的基礎(chǔ)上，把沙四上亞段和沙三下亞段均細(xì)分為4個(gè)砂層組。

1.2　沉積特征

沙四上亞段沉積早期(3、4砂組沉積時(shí)期)，主要發(fā)育扇三角洲沉積類型；沙四上亞段沉積晚期(1、2砂組沉積時(shí)期)以及沙三下亞段沉積時(shí)期，主要發(fā)育近岸水下扇沉積類型。沙四上亞段沉積早期為斷陷初始期，邊界斷層活動(dòng)不強(qiáng)烈，水體較淺，主要發(fā)育扇三角洲沉積類型。沙四上亞段沉積晚期處于斷陷最強(qiáng)烈時(shí)期，邊界斷層活動(dòng)強(qiáng)烈(圖2，3)，降水量大，湖平面不斷上升，沿陡坡帶的凸起邊緣主要發(fā)育近岸水下扇沉積類型。

2控砂機(jī)理分析

陡坡帶扇體時(shí)空展布受湖盆的構(gòu)造演化階段、邊界條件、物源區(qū)性質(zhì)、古氣候等因素的影響，其中古物源、古地形、古坡角等要素對(duì)扇體沉積具有明顯的控制作用。

2.1　古物源與古地形

“古物源”是指古水系入盆卸載端口的位置[13]，物源注入口的準(zhǔn)確落實(shí)是明確扇體分布規(guī)律的基礎(chǔ)。通過(guò)對(duì)沙四上—沙三下亞段邊界的精細(xì)刻畫(huà)，明確了古物源注入口。印支運(yùn)動(dòng)末期濟(jì)陽(yáng)坳陷受北東向拉張應(yīng)力場(chǎng)的控制，發(fā)育了5條北西向斷裂帶及大量伴生斷層。新生代發(fā)生構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的轉(zhuǎn)換，北東向斷層切割北西向斷層，凸起上早期形成的北西向斷層成為后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中易遭受剝蝕的薄弱部位，沿?cái)嗝嫘纬晒艣_溝或下切谷。受多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，埕南凸起自西向東發(fā)育了埕918北、義109、義159、義153、樁341、樁31等6個(gè)

圖3　沾化凹陷埕南地區(qū)

圖4　沾化凹陷埕南地區(qū)古沖溝發(fā)育示意

古沖溝，這是物源供給的主要通道，物源沿著這些通道搬運(yùn)并在沖溝口堆積，從而形成典型的“溝扇對(duì)應(yīng)”的特點(diǎn)(圖4)。

沉積古地貌制約著沉積物的分散過(guò)程和砂體分布樣式[1，14-17]。埕南地區(qū)主要發(fā)育近扇三角洲和近岸水下扇沉積類型。扇體向前推進(jìn)主要受控于沉積時(shí)期的古地形，砂礫巖體優(yōu)先沉積于古沖溝前方對(duì)應(yīng)的低洼區(qū)。古物源與古地形相匹配，可以明確砂體的宏觀展布規(guī)律(圖5)。

來(lái)自北部物源的扇體在縱橫向上逐漸演化相變，形成了形態(tài)各異、規(guī)律性強(qiáng)的溝—扇組合沉積系列。同時(shí)，由于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的差異、邊界條件的變遷，導(dǎo)致扇體平面組合、類型均有大的變化。扇體的發(fā)育規(guī)模受控于物源量供給的多少，在沙四上—沙三下亞段沉積時(shí)期物源供應(yīng)充足時(shí)，總體表現(xiàn)為“多扇疊合、連片發(fā)育”的沉積特點(diǎn)(圖5)。

2.2　古坡角

埕東凸起具有西緩東陡的特點(diǎn)，從西向東古地貌可分為多階寬緩斜坡型、過(guò)渡型和陡崖型。古邊界斷裂傾角的大小影響了有利儲(chǔ)層的展布范圍。通過(guò)多條骨干剖面的解剖，對(duì)通過(guò)邊界斷層角度、扇體扇根及扇中亞相寬度的統(tǒng)計(jì)，明確了埕南地區(qū)邊界斷層的坡度與扇根占扇體比例的關(guān)系(圖6)。埕南地區(qū)的古邊界斷層傾角一般在15°~30°之間，致密扇根所占扇體的比例在20%~45%之間。邊界斷層傾角越大，扇根亞相越寬，扇中亞相寬度越窄，即有利儲(chǔ)層的相帶越窄。相對(duì)而言，西段比東段有利儲(chǔ)層更為發(fā)育。

在明確沉積主控因素的基礎(chǔ)上，結(jié)合鉆井、地震資料，細(xì)化了各個(gè)砂組儲(chǔ)層的縱橫向演化規(guī)律?？傮w看來(lái)，砂體展布具有以下3個(gè)特點(diǎn)：(1)“溝扇對(duì)應(yīng)”，大溝對(duì)大扇；(2)物源量供給充足，“連片發(fā)育”；(3)縱向上“扇體后退”(圖5)。

圖5　沾化凹陷埕南地區(qū)陡坡帶沙三下亞段砂礫巖體儲(chǔ)層厚度分布

圖6　沾化凹陷埕南地區(qū)陡坡帶坡角—致密儲(chǔ)層散點(diǎn)分析

3有效儲(chǔ)層定量分析

砂礫巖體扇中亞相以礫狀砂巖、含礫砂巖為主，物性較好，為有利儲(chǔ)層；扇根亞相巖性粗，物性差，在埋藏深度較大的情況下，受成巖作用的影響，扇根亞相物性更差，形成致密帶，構(gòu)成側(cè)向遮擋。因此其成藏特征為“南北受扇根封堵，東西靠巖性尖滅”，以扇中亞相的礫狀砂巖或含礫砂巖為有效儲(chǔ)層，疊合連片，整帶含油，為典型的扇根封堵的構(gòu)造—巖性油藏。因此，有效儲(chǔ)層的展布范圍也是有利的成藏有利區(qū)。

本文應(yīng)用地球物理分析和地質(zhì)綜合統(tǒng)計(jì)2種方法來(lái)圈定砂礫巖體有效儲(chǔ)層，剔除非有效的致密礫巖。

(1)地球物理分析。利用地質(zhì)—地震結(jié)合手段，明確了扇根、扇中亞相的地震反射特征，認(rèn)為同一期次砂礫巖體在地震剖面上具有較典型的扇體反射特征，每一個(gè)旋回的頂、底均對(duì)應(yīng)一個(gè)地震強(qiáng)反射。由于砂體快速堆積，扇根內(nèi)部反射表現(xiàn)為雜亂或空白反射，扇中亞相砂泥互層，地震上表現(xiàn)為中強(qiáng)反射振幅，其前方同相軸尖滅、極性反轉(zhuǎn)、能量明顯變?nèi)醯牟课?，大致反映了扇體主體推進(jìn)的邊界(圖7)。根據(jù)鉆井及地震描述結(jié)果，編繪主要目的層沉積相帶及砂巖等厚圖，并以此作為扇根扣除的依據(jù)。

(2)地質(zhì)綜合統(tǒng)計(jì)。統(tǒng)計(jì)埕南地區(qū)多口井點(diǎn)不同深度的致密扇根寬度。以義284井為例，利用

圖7　沾化凹陷埕南地區(qū)過(guò)義284井南北向地震剖面

將不同井點(diǎn)的致密扇根寬度和對(duì)應(yīng)深度進(jìn)行擬合，求得致密扇根寬度和深度的擬合公式(圖8)。利用該計(jì)算結(jié)果，可以計(jì)算不同埋深致密相帶的寬度。在每個(gè)砂組的砂巖厚度等值線圖上可以定量描述致密扇根的寬度，并明確有效儲(chǔ)層的北部邊界，每個(gè)砂層組的南邊界(25 m砂巖厚度等值線是該砂層組有效儲(chǔ)層的南部邊界)，由此計(jì)算出該砂層組有效儲(chǔ)層的范圍和厚度(圖9)。以沙三下亞段3砂組為例，濱古604、義159等井屬于致密扇根相帶，具有側(cè)向遮擋的作用；義109、義104-4等井屬于扇中相帶即有效儲(chǔ)層分布區(qū)，具有非油即干的特點(diǎn)，是成藏的有利區(qū)；義107-1井處于扇體的扇端部位，有效儲(chǔ)層不發(fā)育。

圖8　沾化凹陷埕南地區(qū)陡坡帶

圖9　沾化凹陷埕南地區(qū)陡坡帶砂礫巖體有效儲(chǔ)層厚度

4結(jié)論

陡坡扇體是埕南地區(qū)重要的勘探類型之一。來(lái)自北部物源的扇體具有“溝扇對(duì)應(yīng)”的特點(diǎn)，在沙四上—沙三下亞段沉積時(shí)期物源供應(yīng)充足時(shí)，總體表現(xiàn)為“多扇疊合、連片發(fā)育”的沉積特點(diǎn)。古物源的展布與古地形具有明顯的匹配關(guān)系。通過(guò)古坡角的定量計(jì)算，認(rèn)為埕南地區(qū)的古邊界斷層傾角在15°~30°之間，致密扇根所占扇體的比例在20%~45%之間。邊界斷層傾角角度越大，扇根亞相越寬，扇中亞相寬度越窄；利用多口井?dāng)?shù)據(jù)擬合，計(jì)算不同埋深致密相帶的寬度，定量圈定了有效儲(chǔ)層的邊界。已部署的6口探井均獲得成功，并一次上報(bào)探明儲(chǔ)量3 781×104t。

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(編輯徐文明)

Mechanism of sand-control and quantitative evaluation of reservoir

effectiveness in the northern steep slope of Chengnan area in the Zhanhua Sag

Liu June1,2, Xie Xinong1, Meng Tao2, Du Xuebin1

(1.KeyLaboratoryofTectonicsandPetroleumResourcesofMinistryofEducation,ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan,

Hubei430074,China; 2.GeologicalScientificResearchInstituteofShengliOilfieldCompany,

SINOPEC,Dongying,Shandong257015,China)

Abstract:Fans are widespread in the Shahejie Formation in the northern steep slope of Chengnan area in the Zhanhua Sag. They are distributed in a complicated pattern. It is difficult to make stratigraphic correlation. Reservoir heterogeneity is strong. As a result, an effective method for the quantitative evaluation of reservoir is demanded. We studied the mechanism of sand-control, and determined the vertical and horizontal evolution rules of reservoirs by the quantitative calculation of slope angle. The distribution of paleo sources matches well with paleotopography. Higher boundary fault angle led to a wider fan root and narrower middle-fan. The distribution of the sand body can be summarized as the matching of the channel and fan, the matching of a large channel and large fan, sufficient supply, continuous development, and vertically backward fan. We found some effective reservoirs by using geophysical and geological statistics. Sand group no. 3 in the lower section of the third member of Shahejie Formation close to wells Binggu604 and Yi159 has a tight fan root, which impedes lateral hydrocarbon migration. Middle fan facies around wells Yi109 and Yi104-4 work as effective reservoirs for either oil or dry gas, and are favorable exploration targets. The area around well Yi107-1 is a fan edge, where few effective reservoirs developed.

Key words:effective reservoir; sand-control mechanism; subaqueous fan; Chengnan area; Zhanhua Sag; Bohai Bay Basin

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金青年科學(xué) (41202086)資助。

作者簡(jiǎn)介：劉軍鍔(1974—)，男，博士，高級(jí)工程師，能源地質(zhì)工程專業(yè)。E-mail:ljelyx@163.com。

收稿日期：2014-09-26；

修訂日期：2015-12-11。

中圖分類號(hào)：TE122.2+4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-6112(2016)01-0122-06doi：10.11781/sysydz201601122