泌阳凹陷南部陡坡带核三段砂体沉积和油气分布特征分析

刘良刚,罗顺社,刘启亮,伍 媛 (长江大学地球科学学院,湖北荆州434023)

泌阳凹陷是东部陆相断陷湖盆的典型代表,其南部特殊的改造背景,使沉积地层中各种成因的砂砾岩扇体发育,并成为勘探目标。为此,笔者针对南部陡坡带不同砂砾岩扇体进行成藏模式研究,分析成藏控制因素,探讨油气藏分布规律,以期能有效指导勘探工作。

1 区域地质背景

泌阳凹陷是南襄盆地的一个次级凹陷,位于河南省南部唐河与泌阳县之间,其基底属于秦岭褶皱带的褶皱基底,新生代由于受南部唐河-栗园断裂和东部泌阳-栗园断裂的共同作用,形成了南陡北缓的扇形箕状断陷盆地。凹陷总面积为1000km2,有效勘探面积为800km2,中、新生界沉积岩厚度达8000m,其中油源岩的最大厚度为2200m。根据该凹陷的古构造地貌特征和现今构造格局,可以将其划分为3个带,即南部陡坡带、中部深凹带和北部斜坡带 (见图1)。南部陡坡带是基岩断面倾斜带,断面倾角较大(约60°),其北部紧邻中部深凹带,其南部以边界断裂为界。核桃园组核三段沉积于湖盆相对稳定时期,以较深湖相灰色泥岩、砂岩为主,成为该盆地勘探的主要目的层。

图1 泌阳凹陷南部陡坡带位置

2 砂体分布特征

泌阳凹陷属于断陷湖盆,因其南缘和东缘长期受北西向及北东向断裂张性活动控制,形成南深北浅的箕状,沉降中心和沉积中心偏向东南部安棚-安店一带。核三段时期,泌阳凹陷南部陡坡带沿边界断裂带下盘一侧发育了平氏、杨桥、侯庄、古城、井楼、长桥和桂岸等一系列的不同类型的砂体。通过对录井资料、测井资料、地震资料、分析化验资料和古生物资料的分析,将该地区的砂体类型归纳为3种,即扇三角洲砂体、辫状河三角洲砂体和曲流河三角洲砂体。

2.1 扇三角洲砂体

扇三角洲主要发育于靠近南部边界断层的陡坡带,如井楼、长桥、桂岸、平氏和杨桥扇三角洲群,边界断层东部梨树凹、下二门一带也有扇三角洲分布,其中平氏扇三角洲沉积规模最大,相带发育比较完整,且双河、赵凹等主力油田也与该砂体的储性有关系。

研究区主要发育扇三角洲前缘和前扇三角洲亚相,扇三角洲平原亚相不发育,根据钻井资料显示,只有泌150井核三段V砂组底部基岩不整合面之上有一套厚约40m的扇三角洲平原块状砾岩沉积[1]。扇三角洲前缘是扇三角洲平原在水下的延伸,是该区扇三角洲砂体最主要的分布相带,由碎屑流沉积、水下分流河道沉积、水下分流河道间沉积及河口砂坝、席状砂沉积组成。碎屑流为平原环境中灾害事件形成的泥石流在水下的延伸,其沉积特征类似于泥石流沉积,但颜色多为浅灰-灰色。其由砾岩、砂砾岩构成,砾石大小不等,分选差,含量在40%～60%左右,其填隙物为不等粒砂级颗粒及泥质。水下分流河道沉积为平原环境中灾变期形成的分流河道在水下的延伸,一般以砂岩、含砾砂岩为主,砾岩含量相对少些、粒度较细。砂、砾岩层灰白色,厚层、块状,单层厚度多为5～10m左右,部分由多个砂岩透镜体在纵向上相互叠置而形成厚达数米的砂体。砂体中发育大、中型槽状交错层、平行层理,砂体底部发育冲刷面构造。河口砂坝在研究区不甚发育,主要由砂、粉砂岩组成,厚度较薄,具沙纹层理。水下分流河道间沉积是水下分流河道之间的较细粒沉积,由深灰色泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩组成,见水平层理和植物碎屑。

2.2 辫状河三角洲砂体

盆地东北端的孙岗-程店一带主要以辨状河沉积为主,从沉积背景上看,坡度中等,分流河道具有高度沟道化的特征,具有辨状河河道3个沉积单元结构的特点[2],前缘亚相中反韵律的河口砂坝发育,在前三角洲泥岩中浊积岩比较发育,是比较典型的辨状河三角洲沉积。该区域主要发育辨状河三角洲前缘亚相和前辨状河三角洲亚相。

辫状河三角洲前缘是辫状河三角洲沉积最活跃的场所,其沉积物亦是辫状河三角洲的主体,水下分流河道、河口砂坝和远砂坝构成了前缘亚相的砂岩骨架部分。水下分流河道特别活跃,其沉积物在前缘亚相中占总量的85%以上,其主要为砾质砂岩、含砾砂岩和砂岩组成的正旋回沉积,底部冲刷明显,砂体的平面形态呈指状或舌状向湖盆方向延伸,横剖面上则变现为透镜状和部分席状。河口砂坝由中、细粒砂岩组成,砂岩磨圆度为次圆状,分选较好,可见交错层理、压扁层理、波状层理和浪成波痕,从下向上多显示由细变粗的层序。远砂坝沉积的分布范围较窄,偶见递变层理的薄层砾质砂岩和含砾砂岩,属水下分流河道的末梢沉积。

前辫状河三角洲位于辫状河三角洲前缘向湖的较深水区,由灰色、深灰色薄层状粉砂质泥岩和泥岩组成。由于河流携带大量的碎屑沉积物在河口部位不断堆积,坡度变的越来越陡,在洪水和其他因素的诱发下,常常在前辨状河三角洲中形成浊积岩,并且构成了前辨状河三角洲的主要储集体[3]。

2.3 曲流河三角洲砂体

曲流河三角洲是在距物源区相对较远和沉积坡度较缓的条件下,由曲流河入湖而形成的。研究区河流流域面积小,曲流河三角洲规模不大,但仍然具有曲流河三角洲所共有的沉积特征。研究区曲流河三角洲发育于凹陷西北部的高庄、前杜楼一带,面积约70km2,只有三角洲前缘亚相和前三角洲亚相发育。

三角洲前缘处于湖平面之下、正常浪基面之上,是三角洲砂体的主体。包括水下分流河道、河口砂坝和前缘席状砂沉积,其中以河口砂坝发育最为典型。水下分流河道沉积主要由砂岩组成,呈浅灰色、灰色,中、厚层至块状,单砂层厚度多为2～10m,砂体呈条带状,与其下伏岩层呈突变接触,而且底面为凹凸不平的冲刷面,与上伏岩层多为渐变接触,自下而上由粗变细。河口坝沉积是三角洲前缘亚相带中的主要沉积类型,由交错层理和波状交错层理的中、细砂岩组成,砂岩分选好,成熟度高,垂向剖面上组成反旋回层序。前缘席状砂沉积主要为河口砂坝向湖盆一侧分布的水平纹理粉,细砂岩及水流和波浪成因波状交错层理粉,细砂岩沉积,砂层薄,一般不超过1m,分布广,分选好,其自然电位曲线呈指状。

前三角洲亚相是三角洲相向湖相的过渡沉积,主要为浅灰色块状或水平纹理泥岩中夹薄层波状交错层理粉砂岩和泥质粉砂岩。在毕店地区由于洪水和重力流的影响,三角洲前缘砂向前滑塌形成了滑塌浊积岩。

3 砂体的储集物性

断裂陡坡带南部附近的扇三角洲前缘亚相的各种微相砂体是双河、赵凹、安棚等油田的主要储层。储集性能从中等至好,孔隙度一般为15%～25%,渗透率为0.63%～1.82%。各种微相带砂体中,前缘砂储层物性最好,水下分流河道砂物性中等,河口砂坝和边缘席状砂物性最差。同类砂体由于埋藏深度不同,受成岩作用和当时古气候和古地貌的影响,其储集性能差别较大。如安棚油田位于平氏扇三角洲东部靠近深凹陷一侧,油藏埋深比位于平氏扇三角洲中部的双河油田深450m以上[4],又处于弱水动力区,因此物性变差,同类型砂层物性与双河油田相比,孔隙度降低了2%～4%,渗透率降低了0.2%～0.7%。

侯庄辫状河三角洲前缘砂构成了王集、新庄油田的主要储层,水下分流河道砂是该地区最主要的储层。岩石分选好,基质含量较低,砂,砾岩体的侧向连续性和连通性能较好,因此该区有较高的渗透率和孔隙度,但是随着油藏埋深的加大,孔隙度和渗透率有所降低。

古城油田的储层主要由曲流河三角洲前缘砂构成,岩性主要为细砂岩和粉砂岩,砾岩和含砾砂岩比较少。砂层比较薄,一般少于10m,但是横向分布比较稳定,整个油田的物性比较好,孔隙度平均为26%,渗透率平均为0.67%。

4 油气展布特征

泌阳凹陷主要生、储油层段是呈南厚北薄楔状的核桃园组,油层面积达950km2,占凹陷残余地层分布面积的90%以上,生油层厚度以安棚区最厚[5]。泌阳凹陷的储集层也很发育,与生油层的空间配置也很理想,为油气的排聚奠定了良好的基础。其中核三段又是核桃园组最主要的含油层位,因此,分析核三段的油气分布规律对于进一步在南部陡坡带找油有重要指导作用。

4.1 油气纵向分布特征

表1 泌阳凹陷南部陡坡带核三段探明储量分布(×104 t)

核三段作为泌阳凹陷的主力储层,不同砂组的油气分布有差异,其Ⅲ、Ⅳ砂组的储量占据全部储量的近一半,区带内不同构造部位的主力含油层位不同,下二门油田储集层主要为Ⅰ、Ⅱ砂组;赵凹-安棚油田主力储集层主要为Ⅳ、Ⅴ砂组;双河油田主力储集层为核三段Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ砂组 (见表1)。

在研究区选取3条有代表性的剖面绘制油藏剖面图,第1条剖面位于双河油田 (在南缘陡坡带与深凹区过渡带逆牵引构造背景下的砂岩上倾尖灭区区域内。双河油田的油藏主要分布在核三段下部,Ⅰ砂组的储集层比较不发育,油水层整体沿平氏方向变厚,向西北方向变薄。

第2条剖面位于赵凹油田 (在南缘陡坡带与深凹区过渡带逆牵引构造背景下的砂岩上倾尖灭区区域内)。该地区油层主要发育于Ⅲ、Ⅳ砂组,往安棚地区储层的埋藏较深,在核三段下部储层较发育。该区域由于受到成岩物性影响,在Ⅲ、Ⅳ砂组中出现了干层和油层直接过渡现象。

第3条剖面位于下二门油田 (在凹陷东部边界断层下降盘内侧,构造形态为近南北向的短轴背斜构造)。由南向北储集层变厚,在泌160井附近的核三上段储层非常发育,但是油气含量少,主要在Ⅲ砂组有油气显示;北西方向剖面表面储层整体比较发育,但是靠近断层带油气显示相对较少。

4.2 油气平面分布特征

泌阳凹陷南缘陡坡带下二门构造与深凹区双河-赵凹构造带是泌阳凹陷油气最富集的区域,已发现的油田有双河、赵凹-安棚、井楼、下二门等,占泌阳凹陷地质储量的绝大部分,其中双河油田是一个亿吨级大油田,占凹陷中已发现地质储量的1/3。南部地区的局部构造向深凹区倾没,因此对油气聚集非常有利。勘探成果表明,在鼻状构造主体部位的高断块钻探多能见到较厚的油层,而到其翼部的低部位一般含油情况变差或者没有油层。这说明鼻状构造不仅给油气聚集提供了有利场所[6],而且对油气的富集起着良好的控制作用,油气田的展布沿南缘陡坡带与深凹区过渡区呈半环带状分布。

5 结 语

泌阳凹陷南部陡坡带核三段碎屑岩的沉积体系独具特色,在小型的断陷湖盆中发育有扇三角洲、曲流河三角洲和辫状河三角洲沉积砂体,上述类型的三角洲砂体不仅沉积特征差异很大,而且储层的储集性能也有差别,都具有从中等至好的储集性能。多种类型三角洲砂岩储层的发育是泌阳凹陷油气聚集的一个重要条件,对油气的分布起着一定的控制作用。在研究区,三角洲沉积体系中的浊积岩比较发育,储集性能也较好,并且处于坡折带的有力构造部位,因此需加强对研究区浊积岩的研究。

[1]李斌,孟自芳,李相博.泌阳凹陷第三系构造特征与沉积体系[J].吉林大学学报,2005,35(3):335～337.

[2]邵先杰.泌阳凹陷新庄辨状三角洲沉积体系及储集性能[J].特种油气藏,2006,13(5):23～25.

[3]邱荣华,李纯菊,郭双亮.泌阳凹陷三类三角洲沉积特征及储集性能 [J].石油勘探与开发,1994,21(1):101～105.

[4]王敏,秦伟军,赵追.南襄盆地泌阳凹陷油气藏形成条件及聚集规律 [J].石油与天然气地质,2001,22(2):171～175.

[5]李祥权,杜学斌,陈少平.泌阳凹陷油气勘探的新领域[J].断块油气田,2004,11(6):19～21.

[6]温志新.南襄盆地泌阳凹陷南部陡坡带隐蔽油气藏形成与分布[J].石油实验地质,2006,28(2):119～121.