贝尔凹陷基岩潜山成因及其对地球物理的响应

贝尔凹陷基岩潜山成因及其对地球物理的响应

1潜山油气勘探方向海拉尔盆地位于内蒙古呼伦布尔盟西南部，总面积7080公里（包括盆地南部的蒙古地区），总面积4410公里。盆地构造演化主要经历断陷、断拗转换、拗陷以及构造反转四个演化阶段。贝尔凹陷是海拉尔盆地贝尔湖拗陷的次级构造单元,地层自下而上发育有前白垩系基岩,白垩系铜钵庙组、南屯组、大磨拐河组、伊敏组、青元岗组,古近系呼查山组及第四系等。以铜钵庙组和南屯组为主力烃源岩,形成上生下储型油气藏(基岩潜山)、自生自储型油气藏(铜钵庙组、南屯组)、下生上储型次生油气藏(大磨拐河组)等含油气体系。贝尔凹陷目前已发现了苏仁诺尔、苏德尔特、霍德莫尔以及贝中油田,除苏德尔特为潜山油藏之外,其余地区均未发现潜山油气藏。相对白垩系碎屑岩油气藏而言,潜山油气藏的勘探程度相对较低,但勘探前景良好。因此开展贝尔凹陷潜山成因特征和储层特征研究对潜山勘探具有重要意义。海拉尔盆地的基岩潜山地层(前人统指布达特群,由于岩性复杂,地层时代归属不清),主要为三叠系和侏罗系,岩性复杂、类型多,主要有砂岩、砂砾岩、火山喷发岩和侵入岩、轻变质的砂泥岩以及火山碎屑岩等。岩性致密、孔渗条件差,储层类型主要以裂缝和风化孔洞为主。目前关于裂缝和孔洞的成因研究相对薄弱,尤其对裂缝和孔洞的地球物理响应及预测方法等研究很少。本文充分利用地震、测井资料,通过地质、地球物理一体化研究思路,开展了针对潜山(布达特群)的裂缝、孔洞成因特征和有效储层的地震预测研究。2草莓特征2.1快速断陷盆地阶段贝尔凹陷潜山的形成伴随伸展断陷盆地的三个演化阶段。在铜钵庙组沉积时期,盆地处于初始裂陷阶段,贝尔凹陷由一系列断、隆相间的小型裂陷群构成,潜山雏形基本形成;到了南屯组沉积时期,盆地处于快速断陷阶段,贝尔凹陷形成两拗一隆的宏观构造格局,东西两侧基岩逐步整体抬升,分别形成东、西缓坡带,中央构造带由两组倾向相反的同沉积生长断裂体系控制形成东、西洼槽和中央隆起带,差异沉降明显,洼隆幅度增大,潜山带的分布规模基本成型;在大磨拐河组沉积时期,盆地处于断拗转换阶段,同沉积生长断裂体系继承性活动,但活动规模减弱,潜山带的分布规模定型。在伸展断陷盆地发育的三个演化阶段,除发育北东向同沉积生长断层之外,每个阶段均不同程度地发育近东西向或北东东向的调节断层。受同沉积生长断裂体系和调节断层的共同控制,潜山的分布具有东西分带、南北分块的特征。2.2不同外光谱、岩石组合、盖层组合特征贝尔凹陷中央构造带的古潜山,自北向南具有不同外形、岩石组合、盖层组合特征。根据成因可分为高陡断块型、宽缓背斜型、断阶型以及孤立穹隆型等四种古潜山类型(图1,图2)。(1)南大别晚古生代陆内倾角大、岩性复杂分别由东、西倾向的两组长期继承性生长断层控制,受近东西向调节断层切割,由此形成高陡断块型潜山。此类潜山主要分布于贝尔凹陷南部,潜山东、西两侧的倾角较大(30°～40°),幅度大(1000～2500m),岩性复杂,主要为前白垩系轻变质碎屑岩、火山碎屑岩。另外受伸展断层影响,岩浆活动强烈,沿断层两侧往往发育中、基性火山喷发岩(贝D7井钻遇安山岩、贝6井钻遇玄武岩)和中性侵入岩(德5井钻遇闪长玢岩)。此类潜山隆升强烈,长期遭受剥蚀,沉积盖层较薄,潜山顶部仅沉积大磨拐河组二段及其上覆地层,潜山两侧中下部与铜钵庙组、南屯组等烃源岩地层对接。(2)潜山或山缘断陷层其外部形态多呈宽缓背斜状,构造幅度小,侧翼倾角缓。主要分布于凹陷中部的苏德尔特和霍德莫尔地区。多发育早期裂陷型断层,断层断距小、切穿层位少,仅对铜钵庙和局部南屯组地层起控制作用。潜山岩性主要为三叠系轻变质碎屑岩、火山碎屑岩。岩浆活动相对较弱,目前未钻遇到火山岩。此类潜山主要发育在断陷盆地演化早期,隆升相对缓慢,并经历一定程度的暴露和风化剥蚀过程。沉积盖层发育较齐全,潜山顶部直接覆盖铜钵庙或南屯组,但其厚度较洼槽区所对应的地层薄。(3)古地貌及沉积相由倾向相同的同沉积断裂体系控制所形成的台阶状潜山。主要分布于霍德莫尔以东地区,由两组东倾断层控制形成两个台阶。古地貌自西向东分别为洼槽区、第一台阶潜山、第二台阶潜山。第一台阶潜山东侧的断层倾角较大、幅度较大,潜山顶面发育早期同生断层,形成小规模地堑或半地堑宽缓洼槽,接受厚度相对较小的南屯组沉积,局部发育铜钵庙组。第二台阶潜山东侧的断层倾角较缓、幅度较小,潜山顶面相对平缓,长期隆升并遭受剥蚀,顶部直接覆盖大磨拐河组二段。(4)潜山周缘层序主要分布于高陡断块型古潜山和断阶型潜山侧缘紧邻洼槽之深部,受同沉积控凹断层和调节断层的强烈切割,并遭受风化剥蚀残留而形成。潜山外形呈孤立的山丘,倾角适中、幅度中等,裂缝和溶蚀孔洞均有发育,潜山周缘与南屯组烃源岩对接、潜山顶部覆盖南屯组。此类潜山发育规模小,主要分布在苏德尔特与霍德莫尔之间和苏德尔特西缘局部地区,如贝14井钻遇的潜山。3岩性致密、物性差贝尔凹陷基岩潜山岩性为一套凝灰岩、火山岩(安山岩、玄武岩、闪长玢岩)、轻微蚀变碎裂不等粒砂岩、坍塌角砾岩、凝灰质不等粒砂岩、含粉砂碎裂凝灰质泥岩等,类型复杂、岩性致密、物性差。根据岩心分析数据,潜山储层孔隙度一般小于5%,渗透率小于1.0mD,属特低孔、特低渗储层,但在继承性发育的同生断层两侧广泛分布的裂缝和潜山风化壳顶部的溶蚀孔洞为油气聚集提供了良好的储集空间。3.1裂缝形态、宽度及密度分布特点基岩潜山裂缝主要为伴生构造缝,受北东向同沉积断层控制发育高角度裂缝或垂直缝;受近东西向调节断层控制发育剪切缝,两组定向排列的伴生构造裂缝相互交错在平面构成网格状。根据岩心观察和镜下鉴定,裂缝宽度一般为1～30mm,2～10mm较常见,裂缝长度为5～140mm,平均为30mm。裂缝倾角为15°～80°,其中剪切缝倾角为30°～60°,高角度缝倾角为60°～85°。裂缝密度为0.84～4.21m-1,局部可达250～640m-1。裂缝的发育程度受断裂体系的影响明显,即距控凹断层越近,裂缝发育程度越高,裂缝的密度和延伸长度也越大。3.2风化型储层的发育特点由于长期裸露遭受风化和淡水淋滤的作用,在潜山顶部形成风化壳,风化壳往往由破碎的岩石构成并广泛发育溶蚀孔、洞、缝。贝尔凹陷的宽缓背斜型潜山最利于形成风化型储层,一般在断陷早期隆升并遭受风化剥蚀,在快速断陷阶段基本停止发育,其顶部或周缘接受烃源岩覆盖,形成良好的储盖组合关系。溶蚀孔洞与网状构造裂缝往往交织在一起形成不规则分布的孔洞缝连通体,为油气聚集提供重要储集空间。通过岩心观察发现,溶蚀孔洞的大小一般为2～3cm,扁平型孔洞的最大长度可达约5cm。钻探揭示,孔洞的发育带一般位于潜山顶面之下厚约50～150m的范围内。4储层类型的划分基岩潜山经过风化溶蚀和剪切构造缝的强烈改造之后,其物性、流体性质等属性发生较大变化,形成良好的储层类型。潜山储层均有相应的地球物理响应特征,表现为潜山顶面风化壳地震反射特征明显、构造型裂缝在测井曲线上具有敏感响应特征。4.1潜山顶面特征贝尔凹陷岩性致密的基岩潜山经长期暴露风化后形成风化壳,岩石属性发生变化,发育大量的溶蚀型孔洞,致使岩石密度降低、结构疏松。风化壳结构特征与上覆沉积盖层和下部基岩均有较大差异,此类差异性在地震剖面上也同样具有不同反射特征,表现为有效储层的敏感性特征。贝40井所钻遇的古潜山位于霍德莫尔、苏德尔特以及贝西洼槽三角带,潜山外形呈丘型,宽缓、低幅(图3a),埋深相对较大,潜山顶面埋深为-2310m。潜山顶部白垩系发育齐全,自下而上有铜钵庙组、南屯组及大磨拐河组等。钻井揭示潜山岩石类型为碎裂安山质凝灰岩、凝灰质粉砂岩,岩性致密,物性较差(孔隙度为1.2%～5.8%,渗透率为0.03～0.24mD)。由于潜山面长期暴露具风化特征,大量发育溶蚀孔洞和裂缝(图3d),内部充填方解石、黏土等矿物,呈半充填状态,溶蚀孔洞和裂缝的发育大大改善了岩石的储集性能和物性条件,形成了潜山型油气藏。贝40井在该层段试油,获得日产11.7t的工业油流。图3反映了风化壳储层的地震响应特征,由图中可见:风化壳储层内部为空白反射,外部形态呈透镜状,其最大时间厚度为120ms(图3a)(时深转换之后,风化壳最大厚度可达200m),有效储层深度距风化壳顶面可达150m;等时切片反映了风化壳的平面分布范围及与围岩的接触特征(图3b)。图3表明,白垩系的地震波组表现为中等—强振幅、连续反射特征,前白垩系的地震波组表现为弱振幅、不连续、杂乱反射特征,风化壳的地震波组表现为外部轮廓为透镜体、内部为弱反射特征。长期暴露的风化壳在剖面和平面上均有一定程度的异常地球物理响应,可作为判断潜山有效储层的一种手段。4.2贝30井测井响应贝尔凹陷致密的基岩潜山在测井曲线上表现为低伽马、高电阻率、高密度、低声波时差等特点。伽马值最小为42API,最大为118API,平均为62API;深、浅侧向电阻率值最小为8Ω·m,最大为1200Ω·m,平均为250Ω·m;密度值最小为2.3g/cm3,最大为2.75g/cm3,平均为2.6g/cm3;声波时差值最小为54ms/ft,最大为94ms/ft,平均为62ms/ft。裂缝性储层在测井曲线上往往表现异常,易于识别。图4为构造裂缝型储层的测井响应,由图中可见:①贝30井在2285～2296m层段的岩性为砂砾岩(图4b),深、浅侧向电阻率值为20～100Ω·m(深、浅侧向电阻率幅度差小于5Ω·m)(图4a),岩性致密,密度较大,一般为2.63～2.72g/cm3(图4c),声波时差较小(速度较大),一般为57～67ms/ft(图4d);②贝30井在2296～2305m层段的岩性也为砂砾岩,但发育裂缝,形成裂缝型油藏,测井参数明显表现为异常响应,主要特征为电阻率值急剧增高,深、浅侧向电阻率值幅度差明显增大,密度减小,声波时差增大,深、浅侧向电阻率值为100～1000Ω·m(深、浅侧向电阻率幅度差为10～400Ω·m),密度为2.35～2.62g/cm3,声波时差为57～78ms/ft(图4a、图4c、图4d)。贝尔凹陷基岩潜山的裂缝类型较多,主要有高角度、低角度和网格状等,其中网格状裂缝最发育,为油气成藏提供主要储集空间。不同类型的裂缝在双侧向电阻率曲线上表现为不同的响应特征:①高角度平行裂缝使双侧向测井响应幅度呈现正幅度差,低角度裂缝呈现负幅度差,如贝14井(图5);②网状裂缝的双侧向测井响应特征受两组平行裂缝的倾角和夹角的影响,即当两组裂缝夹角较小时,双侧向测井响应幅值特征趋向于一组平行缝的情形,随着夹角增大,电阻率幅度降低,倾角影响变小。5裂缝型储层发育模式在基岩潜山中的构造裂缝和风化溶孔、洞是良好的储集空间,一般容易发育石英、铁白云石、方解石、伊利石以及其他黏土矿物等。因此孔、洞、缝的开启程度和含油气情况往往受控于后期次生矿物和孔隙充填物的数量。钻探揭示:含油段裂缝充填物相对较少,填隙物的体积系数小于30%,主裂缝及其周边孔、洞和微裂隙呈开启状态,一般均含油,如贝30井2195～2304m层段获34t/d的高产工业油流;填隙物的体积系数为30%～80%时,孔、洞、缝呈半开启状态,导致渗透率下降,影响油气的充注度;填隙物的体积系数大于80%时,则孔、洞、缝呈关闭状态,基本不含油。贝尔凹陷基岩潜山的裂缝型储层主要平行分布于控凹断层和调节断层的构造发育带,距断层越近裂缝的长度和密度越大,在裂缝发育带溶蚀孔、洞也非常发育,为油气储集提供良好空间。在潜山顶面之下150m之内是溶蚀孔、洞优势储层发育带,控凹断层与调节断层交会带是构造裂缝优势储层发育带,即紧邻主力生油洼槽的控凹断层处于有利供油窗口,形成良好的供烃—输导体系,在上覆盖层条件完善的情况下易于形成潜山油气藏。因此有利成藏的潜山和构造带为:①控凹断层与调节断层交会处,即高陡断块型潜山和断阶型潜山紧邻生油洼槽的控凹断层发育带;②断陷早期发育的宽缓背斜型潜山和孤立残丘型潜山顶部。分析认为,苏德尔特南部高陡断块型潜山及霍德莫尔和巴彦塔拉宽缓背斜型潜山带是下一步潜山勘探的有利方向和目标。6潜山储层类型本文充分利用地震、测井资料,对贝尔凹陷的潜山(布达特群)的裂缝、孔洞成因特征和有效储层特征进行了研究,得出以下结论。(1)贝尔凹陷基岩潜山形成于断陷期,主要受控凹断层和调节断层所控制。潜山成因类型包括高陡断块型、宽缓背斜型、断阶型以及孤立残丘型等四种类型。(2)断陷早期形成潜山长期暴露受风化剥蚀和晚期断裂的改造有利于形成良好储层,潜山的储集类型主要有风化溶蚀型和构造裂缝型两类。风化壳的地震波组外