松辽北部典型井构造部位沉积-剥蚀过程分析

松辽北部典型井构造部位沉积-剥蚀过程分析

白牙是松辽盆地构造改革的重要推进。盆地构造的沉积发育经历了以下阶段：裂谷补偿阶段（j3-k1），以及上侏罗统火石岭群、下白牙沙河子群和营城群。在坍塌和塌陷之间的非补偿阶段（k1-k），白牙登楼水库群、泉头群、青山口群、姚家群和吴江群；在弯曲褶皱填充阶段（k-q），收集了上白牙四方台组、明水组、古近系和新生代系（表1）（m），1991a和1991b；翟光明等人，1993年；郭占谦等人，1998年；周庆华等人，2007），松辽盆地下段的双重结构（迟源林等，2002）。徐家围子断陷是松辽盆地北部具有代表性的含气断陷,2002年徐深1井下白垩统营城组四段砾岩-营城组一段火山岩获超百万高产天然气,标志着松辽盆地北部天然气勘探的重大突破,开拓了深层白垩系火山岩气藏勘探的新领域.目前已查明徐家围子断陷深层天然气资源量为n×1012m3(殷进垠等,2002).伴随着大规模天然气藏的发现,近年来在松辽盆地白垩系划分、深层地层展布、构造断裂特征及其与油气关系等方面开展了大量工作(黄清华等,1998;舒良树等,2003;张龙军等,2009;张守仁等,2009).但白垩纪频繁的构造运动导致了松辽盆地地层中存在多期不整合,并且关于不整合剥蚀厚度研究甚少(卢双舫等,2005),特别是在白垩系不整合剥蚀量系统定量恢复方面的研究尚未开展.因此,导致断陷期和凹陷期沉降和剥蚀中心迁移规律无法追溯和准确描述,难以预测有利相带的古构造和沉积体系的发育过程,在相当程度上制约了松辽盆地深层天然气勘探.为此,笔者以松辽盆地北部徐家围子断陷白垩系不整合剥蚀量系统定量恢复为研究切入点,选择不同构造单元上的14口探井(图1),采用盆地波动过程分析研究方法,结合泥岩声波时差和镜质体反射率辅助方法,系统定量地分析了盆地北部白垩纪沉积-剥蚀过程,判识和计算不同规模和类型不整合的剥蚀量,揭示了白垩纪不同时期沉降沉积区和抬升剥蚀区的分布规律,为深入研究松辽盆地深层油气分布规律奠定了基础.1盆地沉积-剥蚀过程及盆地油气藏水、储、盖特征盆地波动过程分析方法是从动态和成因过程角度研究盆地构造沉积演化的新方法(Mясникова,1991a,199b).其在详细整理地质资料(地震、钻井、测井和露头)的基础上,将地层岩性剖面转化为沉积速率剖面;在沉积速率剖面上,通过分析一系列周期的、非周期的、似周期的地质现象,采用滑动窗口分解出一系列的周期波,确定出它们的周期、振幅和零相位,建立波动方程,从而达到相对准确地定量描述构造运动所导致的沉积-剥蚀响应、恢复无地层“记录”的沉积-剥蚀过程和预测盆地油气藏生、储、盖特征的目的(ΜясниковагandДилвман,1989;Μясниковаг.,1991a,1991b;刘国臣等,1994;刘国臣等,1995金之钧等,1996;施比伊曼等,2005).波动过程分析方法的独特性在于不仅能够定量地计算出地层剥蚀量,而且能够刻画出不同时间域内的沉积和剥蚀的速率、起止时间和过程,具有预测无沉积记录时期和未钻遇地层内的沉积-剥蚀状态的功能.2不同层真及剥蚀区地层厚度变化在徐家围子选择区域上分布均匀、能够反映断陷内部地质结构、构造沉积特征和含气性的徐深3井等14口井(图1).首先进行了地层厚度和岩性统计、地层真厚度恢复、地层顶和底界年龄标定(表1)以及沉积速率计算,建立了每口井的波动参数表;然后分别对工区14口井进行波动过程分析,建立了波动方程,根据不同波动周期的波动曲线特征分析其沉积-剥蚀演化;最终通过对剥蚀区波动特征曲线包络面积积分,计算出不整合所导致的地层剥蚀厚度(刘国臣等,1995;胡圣标和张容燕,1999).由于篇幅所限,本文仅以徐深3井为例加以分析,其余13口井则根据相同原理建立波动方程和计算剥蚀量.2.1徐深3井23.3.3波动方程徐深3井位于徐家围子断陷中部,钻遇早白垩世地层从上到下依次为泉头组、登楼库组和营城组(未钻穿),并对其进行了准层序的划分,建立了徐深3井的波动参数(表2).将岩性-深度剖面转化为岩性-时间剖面,计算各准层序沉积速率,以横坐标作为沉积速率、纵坐标作为时间,建立其沉积速率直方图,然后利用波动分析软件对沉积速率直方图进行频谱分析和滑动窗口滤波,拟合出波动特征曲线(图2),建立徐深3井的波动方程,其表达式如下:F(t)=30+0.015tsin(2×3.1415926·(t-630)/750,g(t)=(1.2abs(F(t)))sin(2×3.1415926·(t-65)/100),G(t)=F(t)+g(t),l(t)=(1.2abs(F(t)))sin(2×3.1415926·(t-30)/35),L(t)=G(t)+l(t),m(t)=(1.3abs(F(t)))sin(2×3.1415926·(t-16)/18),M(t)=L(t)+m(t),n(t)=(1.8abs(F(t)))sin(2×3.1415926·(t-0.1)/8),N(t)=M(t)+n(t),k(t)=(2.8abs(F(t)))sin(2×3.1415926·(t-3)/4),K(t)=N(t)+k(t),j(t)=(3.0abs(F(t)))sin(2×3.1415926·(t-3)/1),J(t)=K(t)+j(t).徐深3井波动方程反映出其存在750Ma、100Ma、35Ma低频波动周期和18Ma、8Ma、4Ma、1Ma高频波动周期.其中,750Ma和100Ma的波动周期与天文周期波和板块运动有着重要的对应关系,30Ma的波动周期反映了盆地规模的沉积-剥蚀过程(金之钧等,1996);18Ma(m(t))、8Ma(m(t))、4Ma(m(t))和1Ma(m(t))的高频波动周期反映了盆地内不同凹陷以及同一凹陷不同构造部位沉积-剥蚀过程(李儒峰等,2004).由于本文旨在研究徐家围子断陷构造-沉积演化以及与油气运移密切相关的不整合,因此重点分析徐深3井早白垩世8Ma、4Ma和1Ma高频波动周期的波动曲线特征.徐深3井高频波动特征曲线反映出沙河子末期、营城中期、营城末期-登楼库早期和泉头晚期发生了4次抬升剥蚀过程.实钻结果已证明:营城中期和营城末期-登楼库早期2次抬升剥蚀过程,导致了营城组缺失营二段和营三段,登楼库组缺失登一段,剥蚀厚度分别为146m和122m(表3).同时,通过1Ma的高频波动周期判识和预测出营城期曾经发生过5次规模相对较小的构造抬升运动,剥蚀厚度分别为3m(a)、40m(b)、66m(c)、20m(d)和17m(e)(图2),并由此导致营城期火山岩具有多期次特征,进而决定了营城组气藏的多期成藏.根据徐深3井波动特征曲线,系统预测并定量计算了白垩系火石岭组-第四系主要不整合发育层位和地层剥蚀厚度(表3).2.21最大升降剥蚀区5ma陷其余13口典型井进行了不整合剥蚀量系统恢复,预测和定量计算了侏罗系火石岭组-白垩系主要不整合发育层位和地层剥蚀厚度(表3).对比分析不整合剥蚀量数据,得出徐家围子地区构造抬升剥蚀阶段主要发生在:(1)燕山运动中期早期,即K1sh/J3h(144～134.5Ma),最大抬升剥蚀区位于徐深13和徐深14井区,剥蚀厚度大于1000m,最小抬升剥蚀区位于徐深21井区,剥蚀厚度280m,平均剥蚀厚度为633m;(2)燕山运动晚期,即E2/K2(65～33.7Ma),最大抬升剥蚀区位于徐深13-徐深14-徐深3-徐深3-徐深16-徐深15井构成的北西向隆起带上,剥蚀厚度大于1400m,最小抬升剥蚀区位于徐深6-101和徐深7井区,剥蚀厚度为750m左右,平均剥蚀厚度为1279m;(3)喜马拉雅运动早期,即N1/E2(33.7～5.3Ma),继承和强化了燕山运动晚期构造特征,最大抬升剥蚀区仍位于徐深13-徐深14-徐深3-徐深3-徐深16-徐深15井构成的北西向隆起带上,但剥蚀厚度大于1500m,最小抬升剥蚀区位于徐深6-101和徐深21井区,剥蚀厚度为970m左右,平均剥蚀厚度为1414m.2.3地层剥蚀量对比分析为了检验波动过程分析方法所获得的不整合剥蚀量数据的可靠性,本文应用不连续镜质体反射率法(佟彦明等,2005;付晓飞等,2004)和声波时差测井法(付晓飞等,2004)对不整合剥蚀量进行恢复,并将其与波动过程分析方法所得不整合剥蚀量进行对比分析(表4).结果表明,不同方法所适用的条件和计算过程不同,并不是每种方法都能计算出每一期构造抬升所导致的地层剥蚀量.声波时差计算出的剥蚀量普遍偏大,是由于地层中泥岩成因、压实和保存等差异所致;同时由于声波时差法主要是针对含油气层段,受到测井井段的制约,对于未钻遇地层和无测井井段,则无法识别可能存在的不整合和估算不整合的剥蚀量,因此,恢复剥蚀量的系统性和准确性相对较差.利用镜质体反射率计算出的剥蚀量和波动方法计算出的剥蚀量相近,但由于火山岩的发育和Ro实测数据少,因此,也难以系统和相对准确地恢复不整合剥蚀厚度.与前两者相比,波动过程分析方法则具有系统性、预测性和受资料制约小的特点.因此,对于经历了多次构造运动、有火山活动影响、岩性复杂和时代跨度大的地层剥蚀量恢复行之有效.3有利勘探区域预测徐家围子断陷天然气勘探成果已证明:气藏主要赋存层位是基岩风化壳、下白垩统营城组四段砾岩-营城组一段火山岩和登娄库组登二段,烃源岩主要为沙河子组煤系地层,气藏主要的分布与古隆起和断裂带密切相关(付广等,2010;王贵文等,2008).为此,笔者在系统计算研究区14口井各主要不整合剥蚀量的基础之上,定量地分析了与气藏密切相关的晚侏罗世火石岭末期、早白垩世沙河子末期和营城末期3期不整合剥蚀量平面分布特征,再现了成藏关键时期沉降沉积区和隆起剥蚀区区域的分布规律.(1)晚侏罗世火石岭末期不整合(K1sh/J3h).其主要隆升剥蚀区位于徐深401井-徐深201井-徐深3井-徐深16井西南,地层剥蚀厚度大于500m,具有从东北向西南剥蚀厚度增大的趋势,最大剥蚀厚度为1581m,位于徐深13井区;次要隆升剥蚀区分别位于研究区徐深605井-徐深601井-徐深1-2井-徐深502井以北和徐深15井以东,地层剥蚀厚度小于700m.上述隆升剥蚀区域间为剥蚀厚度小于500m的隆起斜坡区,地层保存相对完整,且分别位于徐西断裂带北段西侧以及中段和南段东侧.因此,预测上述区域为有利勘探区域(图3).(2)早白垩世沙河子末期不整合(K1yc/K1sh).隆升剥蚀区位于徐深601井-徐深1-2井-徐深502井-徐深201井-徐深14井-徐深16井-徐深15井以西,地层剥蚀厚度大于100m,具有向西南剥蚀量增大的趋势,剥蚀中心位于徐深502井区,剥蚀厚度230m;徐西断裂带中段和南段东侧,地层保存完整,预测为有利勘探区域(图4).(3)营城末期不整合(K1d/K1yc).其主要隆升剥蚀区位于徐深1-2井-徐深401井-徐深13井-徐深14井-徐深16井-徐深16井-徐深3井-徐深21井所包络的区域,地层剥蚀厚度大于120m,具有从南向北剥蚀厚度增大的趋势,最大剥蚀厚度为243m,位于徐深201井区;次要隆升剥蚀区分别位于研究区徐深605井区以西和徐深15井以东,最大地层剥蚀厚度分别为287m和245m.上述隆升剥蚀区域间为剥蚀厚度小于120m的隆起斜坡区,地层保存相对完整,且分别位于徐西断裂带中北段西侧以及中南段东侧.因此,预测上述区域为有利勘探区域(图5).综合分析研究区含气地层及其不整合平面分布规律发现:(1)晚侏罗世火石岭期构造抬升强烈,地层剥蚀厚度大,隆起剥蚀区主要位于研究区西南;(2)进入早白垩世构造抬升剥蚀作用明显减弱,特别是从沙河子期到营一段末期,同时与晚侏罗世相比,其构造沉积样式发生明显改变,即最大隆升剥蚀区由徐深13井区向东北迁移至徐深502井区;(3)进入早白垩世营城子晚期,研究区主体构造沉积样式又发生改变,最大隆升剥蚀区由徐深502井区向北迁移至徐深201井区.构造沉积样式演化反映出研究区构造-沉积演化的周期性.因此,必然导致研究区油气成藏的多旋回性.4构造升降剥蚀阶段应用盆地波动过程分析方法,对徐家围子14口典型井沉积-剥蚀过程进行了系统和定量研究,主要认识如下:(1)徐深3井8Ma和4Ma高频波动周期的波动曲线特征反映出:在早白垩世沙河子末期、营城中期、营城末期-登楼库早期和泉头晚期发生了4次抬升剥蚀过程.其中,营城中期和营城末期-登楼库早期2次抬升剥蚀过程,导致了营城组缺失营二和营三段,登楼库组缺失登一段,剥蚀厚度分别为146m和122m.(2)通过徐深3井1Ma高频波动周期的波动曲线特征判识和预测出:营城期曾经发生过5次规模相对较小的构造抬升运动,导致营城期火山岩具有多期次特征,决定了营城组气藏为多期成藏.(3)预测和定量计算了徐家围子14口典型井白垩系火石岭组—第四系主要不整合发育层位和地层剥蚀厚度,得出了徐家围子地区构造抬升剥蚀阶段主要发生在燕山运动中期(K1sh/K1h,144～134.5Ma),平均剥蚀厚度约为633m;燕山运动晚期(E2/