高柳斜坡带高精度层序地层及有利储层分布
发布时间：2020-01-07
摘要:南堡凹陷高柳斜坡带已进入高勘探程度区，有效勘探岩性圈闭是研究的难点。为精确预测有利储层分布，基于钻井、测井和三维地震资料，运用高精度层序地层学研究方法，建立了高柳斜坡带沙三段高精度层序等时地层格架。高柳斜坡带沙三段由4个三级层序(SQ1—SQ4)构成，以其内部岩性突变面和稳定泥岩段为界进行高精度层序划分，识别出12个四级层序地层单元。通过层序内部含油气特征分析，明确了有利储层分布特征及控制因素，认为SQ2-2、SQ2-3、SQ3-1、SQ3-2和SQ3-3四级层序内水下分流河道和河口坝是有利含油储集砂体;以层序约束、砂体分布及构造匹配为基础对有利储层分布进行了预测。该研究可为岩性油气藏勘探提供地质依据。
关键词:高精度层序地层;有利储层;岩性圈闭;高柳斜坡带
0引言
近年来，利用层序地层学理论研究地质问题的尺度和精度得到了不断发展和完善[1-4]，随着地震资料的改善和研究手段的多元化，层序地层学的研究不断从盆地规模的层序和沉积体系域分析向沉积微相和储层规模的高精度层序地层分析深化[5]。准确地在高勘探程度构造带搭建高精度层序地层格架，并在四级层序格架下识别优势储集砂体是高效勘探的一项重要内容。
南堡凹陷高柳斜坡带是一个重要的含油构造带，沙三段是主要含油层系。近年来，在三级层序格架下开展了沉积、储层以及岩性体识别优选等研究。该区层序地层对比精度较低，三级层序组划分单元精度约为200m，随着勘探的深入，三级层序研究已难以满足目前高柳斜坡带的精细勘探需求。在高精度层序格架下优势储集砂体预测方面的研究相对薄弱，从而影响研究区油气勘探的方向。应用高精度层序地层学研究方法，以岩心、测井和地震资料为基础，构建了高柳斜坡带沙三段四级层序地层格架，在该格架下开展了优势储集砂体识别，并明确了有利含油层段和区带，为南堡凹陷岩性地层油气藏的有效勘探提供地质依据。
1区域地质背景
南堡凹陷位于黄骅坳陷北端，北面紧邻东西向燕山隆褶带，是一个在华北地台基底上，经中、新生代运动发育起来的、具有北断南超结构的典型陆相断陷盆地，是渤海湾盆地北侧一个小型油气富集区[6-9]。研究区高柳斜坡带位于南堡凹陷北部，由2个正向构造单元(高尚堡构造和柳赞构造)和1个负向构造单元(拾场次凹)组成，勘探面积约为200km2。该区边界断层极其发育，盆地西北部和东北部边缘分别以西南庄断层和柏各庄断层为界。
根据沉积旋回特征，沙河街组地层自下而上分为3段，即沙三段、沙二段和沙一段，岩性组合上主要为砂泥岩互层。其中，沙三段是主要的油气勘探与开发层段。目前正向构造带主体的高尚堡构造和柳赞构造已投入开发，主要是构造油气藏，以断背斜和断鼻为主[2-3]。高柳斜坡带目前沙三段多口井投产，单井产量高，呈现整体含油的趋势，是岩性油气藏勘探的主要区带[2]。
2层序地层格架和沉积体系分析
2.1二级层序及其界面特征
根据边界断层的发展演化，可将南堡凹陷古近系的构造演化历史划分为初始断陷期、快速断陷期、断陷萎缩期和拗陷期[10]。依据构造演化及沉积响应特征，将研究区划分为2个一级层序界面(图1):其一是古近系底界(Tg)，是区域性角度不整合面，全凹陷范围发育，下伏地层包括中生界、古生界或更老地层，多数褶皱变形或高角度倾斜，全区易于追踪对比，连续性中等—较好，振幅中等偏强(图2);其二是新近系底界(Ng)，形成于南堡凹陷古近系沉积末期，受东营运动影响，南堡凹陷发生整体抬升，遭受长时期风化、剥蚀，形成区域性不整合面，上覆普遍发育的巨厚火山岩和底砾岩的组合使该界面成为全区典型的标志层。
古近系(Es—Ed)构造地层在第三纪沉积期间，构造处于幕式裂陷阶段，根据地震相与岩相组合可明确地划分出4个裂陷幕。与之相对应，古近系可划分为4个二级层序。
Es35期处于裂陷一幕，对应形成最下部的二级构造层序。Es35电性特征呈现一组高泥岩基值与长刺刀状高峰电阻率曲线，自然电位曲线幅度差异较明显，是区域对比的一级标志层(图3)。Es34—Es31期处于裂陷二幕，该时期盆地断陷强烈，气候潮湿，发育了以砾岩、含砾砂岩、灰色和灰绿色泥岩为主的地层，相应形成了南堡凹陷古近系最为主要的含油和储油层系。从Es34到Es31继承性发育扇三角洲。Es1沉积期处于裂陷三幕，沉积了沙一段以灰色泥岩、砂岩和生物灰岩为主的沉积，其沉积环境以浅湖和扇三角洲为主(图3)。裂陷四幕相当于东营组沉积期，此时沉积中心转移到高柳断层的下降盘，东营末期该区整体抬升受到剥蚀，结束了古近系裂陷发育阶段，进入了新近系坳陷阶段。
2.2三级层序及其界面特征
通常认为一个三级层序对应于一个长期基准面旋回;根据高柳斜坡内部局部不整合特征识别，并结合钻井和测井相特征，将研究区沙河街组划分为7个长期基准面旋回[11-12]，其中，沙河街组三段可划分出4个长期基准面旋回;分别为SQ1———Es35、SQ2———Es34+Es33下部、SQ3———Es33上部+Es32、SQ4———Es31(图2、3)。
研究区三级层序界面可分为2种类型:一类为不整合剥蚀间断面，如SB1、SB2、SB4、SB5，不整合面上下岩性和测井曲线特征变化明显;二类为基准面变化转换面，如SB3，相当于Es33中部的沉积转换面，测井曲线上表现为进积向退积转换，电阻率由漏斗型向钟型转换，多对应于分流河道冲刷面。SB3不整合面主要在盆地东部发育，在盆地西部缓坡带，该不整合与基底不整合重合;而在大部分发育地区与之平行或以微角度相交;SB4在地震剖面上可见明显削截现象，在斜坡区为超覆特征，凸起上为披覆特征;SB5在地震剖面上表现为削截特征，在湖盆的边缘地区，特别是在远离边界断层的斜坡地带可见到明显的上超现象。
2.3四级层序及其界面特征
高精度层序地层单元是指在三级层序基础上进一步划分的体系域和四、五级层序;而四级层序是高精度层序格架的基本单元，其对应中期基准面旋回，主要受控于气候造成的湖平面高频振荡、物源体系供给。通过地震反射特征、钻井分层对比、岩性组合特征进行识别划分。研究区大部分钻井在沙三段可识别出12个中期基准面旋回，根据半旋回对比原则，可划分为24个对比单元;每个对比单元厚度为30～90m。其中，SQ1分为2个中期基准面旋回，SQ2分为3个中期基准面旋回，SQ3分为4个中期基准面旋回，SQ4分为3个中期基准面旋回(图3)。从已钻井岩性组合特征分析可知，研究区四级层序界面大多位于砂岩到泥岩的突变面。
SQ1期处于盆地的初始断陷期，地层厚度各地差异性较大，沉积相空间变化快;钻井揭示的粗碎屑与泥岩沉积层形成了明显的进积和退积组合序列，横向可对比性较差。
SQ2期地层厚度变化率均匀，呈南薄北厚趋势，下部岩性较细、曲线低平，上部砂泥互层、测井曲线齿化明显。剖面上各井在SQ2和SQ3转换面附近均有良好的油气显示(如图3中高66x3、高22和高3105井)。SQ2-1、SQ2-2时期，区域沉降造成可容纳空间快速增大，形成了广泛分布的厚层泥页岩段;从SQ2-3到SQ3-2时期，经历基准面下降到上升的转换过程，区内以东高西低的沉积地貌为主，来自东北部的物源体系的进退控制了砂体空间的分布，在纵向上形成了由典型进积序列向典型退积序列的转变。SQ3-3、SQ3-4时期(Es32沉积期)随着构造地貌的平缓与湖盆的变浅，区内主要表现为物源体系大幅度进退，与湖相泥岩互层叠置，从而形成的加积序列。
SQ4-1、SQ4-2时期边界断裂的差异演化造成沉积地貌的变化及相应的物源体系格局转变[13]。在拾场次凹斜坡区底部发育一套较为稳定的泥岩，向上沉积序列主要表现为典型的进积序列，再变为弱退积及加积序列。SQ4-3时期全区以加积序列为特征。如图3中SQ4时期，L202X2井紧靠边界断层，砂体单层厚度大，但与G22和G66X3井仍具有相似性，均呈稳定泥岩段—进积(退积)叠置—加积的特征，说明柏各庄断层物源体系在各时期均有物源提供，且一直延伸到G66X3井区域。
3层序地层格架内有利储集砂体特征
3.1高精度层序的含油气性
钻井揭示的各层含油气特征对比结果表明，SQ2-2、SQ2-3、SQ3-1、SQ3-2、SQ3-3的油气显示井多，各井中含油气级别较高层段比例较大。高级别油气显示比较集中，主要分布在紧邻SQ2最大湖泛泥岩之上的砂层中(SQ2-2、SQ2-3、SQ3-1);SQ3-3、SQ3-4砂体虽也较为发育，但含油气级别高的层段少而薄。不整合面SQ3-4顶、SQ4-3顶的3个四级层序含油气性较好，表明该层序砂体油气富集。从含油气统计角度分析，岩性-地层油气藏勘探的有利勘探层段为SQ3的中下部和SQ2的中上部。
3.2有利储集砂体分布特征及控制因素
在纵向上，砂体在层序地层格架中的位置控制着储层质量与有利储层的分布，进而影响含油性[14]。斜坡区油气显示主要集中在SQ2的高位体系域、SQ3低位与水进体系域，该层段的底部有SQ2-1厚层泥岩，顶部有SQ3-4的多套泥岩段。不同的四级层序叠加样式类型控制着油气分布特征，进积型层序中油气主要集中在四级层序上部的水下分流河道砂岩中;而退积型层序中油气则主要集中在四级层序下部的分流河道或水下分流河道的砂岩中。因此，在四级层序中油气多分布在基准面转换时期的较厚层砂岩中。
有利砂体类型与形态及构造位置的匹配，决定了砂体能否成为有利的含油气储集层。不同层沉积砂体的构造位置决定了圈闭发育类型[15](图4)。SQ2-1发育的砂体类型多为湖相砂坝砂，易形成岩性圈闭。SQ2-2、SQ2-3、SQ3-1及SQ3-2中发育的砂体类型丰富，地层掀斜反转形成的斜坡区，水下分流河道砂体末端上倾，易形成岩性上倾尖灭型圈闭，该类砂体为区内最有利的储集砂体类型。SQ3-4的顶部在研究区东北区域为削蚀不整合面，若上部泥岩封盖条件好，也可形成地层不整合圈闭。SQ4沉积期斜坡区水下分流水道砂体易形成上倾尖灭型圈闭。而在南部的高尚堡、柳赞构造带，断层复杂、断裂破碎，圈闭类型受控于断层与岩性边界的复合控制。
4层序地层格架内有利储集砂体分布预测
有利储集砂体分布特征及控制因素综合表明，沙河街组沙三段存在SQ2-2、SQ2-3、SQ3-1、SQ3-2、SQ3-3、SQ4-1、SQ4-2等7个四级层序相对有利层段(图5)。分析各层段砂体成因、分布及其与构造的匹配关系表明，区内存在3类有利储集相带:Ⅰ类区域在地层掀斜反转形成的斜坡区，水下分流河道砂体末端上倾，易形成岩性上倾尖灭型圈闭，该类砂体为区内最有利的储集砂体类型;Ⅱ类区域在高北断裂附近地区，断层复杂，圈闭类型受断层与岩性边界的复合控制，易形成断层-岩性圈闭;Ⅲ类区域靠近西南庄和柏各庄断层，分流水道上倾被断层封闭，易形成断层-岩性复合圈闭。
以SQ3-1为例(图5)，SQ3-1位于Es33中部，跨越层序转换面，砂体十分发育，主要为水下分流河道、河口坝和远砂坝等沉积微相砂体。水下分流河道砂体尖灭在湖相泥岩之中，易形成砂体上倾尖灭圈闭;河口坝、远砂坝砂体夹在湖相泥岩中易形成透镜状圈闭。
5结论
(1)通过井震结合，在高柳斜坡带沙河街组沙三段识别出4个三级层序、12个四级层序，四级层序半旋回的单层厚度约为30～80m，地层划分精度可满足研究区岩性地层油气藏精细勘探需求。
(2)四级层序中SQ2-2、SQ2-3、SQ3-1、SQ3-2、SQ3-3的油气显示活跃，油气多分布在基准面转换时期的较厚层砂岩中;含油性最好的是扇三角洲前缘水下分流河道和河口坝，其次是扇三角洲平原的分流河道和浅湖中的滩坝沉积。
(3)从储集砂体在层序格架中的位置、发育程度、埋藏深度等因素综合分析，SQ2-2、SQ2-3、SQ3-1、SQ3-2、SQ3-3、SQ4-1、SQ4-2等7个四级层序在沙三段内为相对较好的优质储集砂体富集层段，区内存在高柳西斜坡、高北断裂北部地区和边界断裂下降盘3类有利储集相带，是下步有利的勘探区带。
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