平衡地质剖面技术在鄂尔多斯盆地西缘中南段中的应用

冯娟萍,欧阳征健 ,黄正良

(1.西安科技大学 地质与环境学院,陕西 西安 710054;2.成都理工大学 沉积地质研究院,四川 成都610059;3.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室,陕西 西安 710018;4.中国石油 长庆油田分公司 勘探开发研究院,陕西 西安 710018)

0 前 言

20世纪初,随着前陆盆地油气勘探理论引入,以及在中国西部前陆地区油气勘探取得了突破性进展,具有类似于“前陆冲断带”特征的鄂尔多斯盆地西缘再次成为油气地质与勘探工作者关注的地区(任文军等,1999;高峰等,2000;张进等,2000,2004;赵红格等,2006,2009;杨圣彬等,2008;杨华等,2010,2011a,2011b;欧阳征健等,2012;李相博等,2012)。近年来,长庆油田在西缘中南段陆续投入钻井工作量,但是油气勘探没有取得实质性的突破,且实钻结果与原设计存在较大的误差。其根本原因在于以下几个方面:①高陡度地震资料处理与解释难度大;②构造圈闭落实比较困难;③ 油气勘探领域、方向不明确。

为了提高西缘复杂构造地区地震品质,长庆油田于2011、2012年分别在西缘中南段部署高密度地震测线170 km、630 km,处理后地震品质得到了较大的提升。但是由于该地区地表、地下地质情况十分复杂,地震剖面品质整体上来说还不够理想,地震解释多解性、不确定性问题比较突出,导致实钻结果与地质设计存在较大的误差。因此,有必要采用新理论、新技术和新手段对西缘地震资料进行精确解释,落实构造圈闭,为油气勘探部署提供建设性建议。

已有研究表明,平衡地质剖面技术是一种研究前陆盆地复杂构造地区地质与油气勘探问题行之有效的方法。本文尝试借助2DMOVE软件,利用平衡地质剖面技术对西缘地震剖面进行解释、平衡与反演,对地震资料品质较差的地区进行预测,并对不同地区最短压缩量进行计算,取得了良好效果。相信该技术将为盆地西缘地震剖面解释提供一种新的方法,构建不同地区构造模型,为油气勘探部署提供可靠的基础资料。

1 地质概况

1.1 大地构造背景

在区域大地构造位置上,鄂尔多斯盆地西缘位于我国东、西两大构造域的衔接地带,东跨鄂尔多斯地块,西北部与阿拉善-内蒙地块相接,西南部紧邻祁连造山带,南部与秦岭造山带相接,研究区位于盆地西缘中南段(图1)。

1.2 地质概况

以本次利用平衡地质剖面技术解释的地震剖面为依据,结合常规地震解释剖面与区域地质资料,确定区内主要发育 9条一级断裂,并以此为基础,将研究区及其周缘地区依次划分为以下 4个一级构造单元:祁连褶皱造山带,鄂尔多斯盆地西缘断裂带,华北地块和阿拉善地块。依据转换断层、地质结构和构造样式的不同,将西缘断裂带自北向南依次划分为马家沟段、甜水堡段、石板沟段、沙井子段和彭阳段共5个段(图2)。

图1 鄂尔多斯盆地及周缘地区构造单元划分图Fig.1 Map of the structure units of the Ordos Basin and its neighboring areas

盆地西缘自下而上发育元古界、古生界、中生界和新生界四套地层系统,滑脱层共有9层:①侏罗系延安组底部深灰-灰黑色泥岩及煤层(Tj9);②三叠系延长组长7油页岩、页岩、泥岩(Tt7);③上二叠统石千峰组棕红色、紫褐色、紫红色泥岩;④下二叠统山西组煤层及暗色泥岩;⑤下二叠统太原组煤层及暗色泥岩;⑥石炭系羊虎沟组顶部煤层(Tc2);⑦奥陶系马家沟组浅灰色泥粉晶灰岩、泥岩,平凉组泥质灰岩、页岩及灰黑色泥岩;⑧寒武系馒头组红色薄层状泥灰岩、泥质白云岩和页岩;⑨中元古界长城系底部的泥质砂岩、泥岩和暗紫色、灰绿色页岩(Tg)。

2 平衡地质剖面检验

图2 盆地西缘中南段及周缘构造单元划分图Fig.2 Map of the structure units in the mid-south section of the west margin of the Ordos Basin and its neighboring areas

优选西缘中段吴忠-马家滩地区地震测线(H126489)作为研究对象,这是一条近东西向的地震剖面,该剖面与构造轴向基本上垂直,遵循平衡地质剖面技术选择剖面的基本原则(图2)。该地震测线是2012年新采集的高密度地震测线,处理后地震品质相对老地震资料得到了明显提高(图3)。以断层相关褶皱理论为指导,利用平衡地质剖面技术和2DMOVE软件对该剖面进行了精细解释。首先对其进行轴面分析,其后根据断层与地层的配置关系标定地层与断层(图4)。

图3 鄂尔多斯盆地西缘吴忠-马家滩地区H126489地震剖面Fig.3 Map of the H126489 seismic section in the Wuzhong-Majiatan area of the western margin of the Ordos Basin

图4 鄂尔多斯盆地西缘吴忠-马家滩地区H126489地震地质解释剖面Fig.4 Map of H126489 the seismic geological interpretation section in the Wuzhong-Majiatan area of the western margin of the Ordos Basin

图5 鄂尔多斯盆地西缘吴忠-马家滩地区H126489地震地质解释剖面正演过程图Fig.5 Maps of direct evolution for the H126489 seismic geological interpretation section in the Wuzhong-Majiatan area of the western margin of the Ordos Basin

表1 鄂尔多斯盆地西缘中南段不同地区最短压缩量统计表Table1 The shortest percentages of contraction in different area in the mid-south section of the western margin of the Ordos Basin

利用平衡地质剖面技术对H126489地震测线进行了正演,从正演过程中可以看出,该解释方案几何学上是协调的,运动学上是平衡的,符合该地区由西向东依次逆冲推覆、逆冲推覆作用西强东弱的动力学机制(图5)。因此,该构造模型是一种合理的、可接受的解释方案。此剖面变形前长度为 68.9 km,经历一期四次逆冲推覆构造作用后缩短为 50.1 km,其最小缩短量为 18.8 km,最小缩短率(应变率)为27.3%(图5、表1)。同样可以看出,马家滩地区主体为薄皮构造,浅层沿 Tc2反射层滑覆变形,深层构造变形较弱,深浅构造层次差异明显(图5)。

3 构造变形分析

在断层相关褶皱理论的指导下,利用平衡地质剖面技术和2DMOVE软件对盆地西缘中南段骨架地震剖面进行了精细解释、平衡与反演,对不同地区最短收缩量进行了计算(图2),具体最短压缩量见表1。西缘中南段不同区段最短收缩量不同,甜水堡段构造变形强度最大,压缩比变化范围为30.41%～50.62%;马家滩段、石板沟段、沙井子段变形强度次之,压缩比变化范围分别为7.48%～23.94%、32.80%、16.50%～38.55%;彭阳段构造变形强度较小,压缩比变化范围为 12.87%～17.91%(表1)。

4 认识与结论

(1) 以利用平衡地质剖面技术解释的地震剖面为基础,重新厘定盆地西缘及周缘地区一级断裂 9条,一级构造单元 4个,并将西缘中南段划分为 5个段。

(2) 建立了不同段构造模式,其中马家滩地区构造模式为典型的薄皮构造。不同区段构造模式的建立有助于指导不同区段地震剖面精细解释,并对地震品质较差的部位进行预测。

(3) 西缘中南段不同区段最短收缩量不同,甜水堡段构造变形强度最大,马家滩段、石板沟段和沙井子段变形强度次之,彭阳段构造变形强度较小。

(4) 平衡地质剖面技术在盆地西缘中南段地震剖面精细解释中是一种行之有效的方法,在实际应用中取得了良好的效果。

高峰,王岳军,刘顺生,胡宝清.2000.利用磷灰石裂变径迹研究鄂尔多斯盆地西缘热历史.大地构造与成矿学,24(1):87-91.

李相博,刘化清,完颜容,冯明,魏立花.2012.鄂尔多斯晚三叠世盆地构造属性及后期改造.石油实验地质,34(4):377-382.

欧阳征健,陈洪德,冯娟萍.2012.鄂尔多斯盆地西缘中南段构造特征与演化.现代地质,26(4):691-695.

任文军,张庆龙,张进,郭令智.1999.鄂尔多斯盆地中央古隆起板块构造成因初步研究.大地构造与成矿学,23(2):191-196.

杨华,付金华,欧阳征健,孙六一,马占荣.2010.鄂尔多斯盆地西缘汝箕沟大岭-鼓鼓台玄武岩锆石U-Pb定年及其构造意义.地球学报,31(2):229-236.

杨华,付金华,欧阳征健,孙六一.2011a.鄂尔多斯盆地西缘晚三叠世构造-沉积环境分析.沉积学报,29(3):427-439.

杨华,陶家庆,欧阳征健,李刚,景春利.2011b.鄂尔多斯盆地西缘构造特征及其成因机制.西北大学学报(自然科学版),41(5):863-868.

杨圣彬,耿新霞,郭庆银,侯贵廷,刘忠宝.2008.鄂尔多斯盆地西缘北段中生代构造演化.地质论评,54(3):307-315.

张进,马宗晋,任文军.2000.鄂尔多斯盆地西缘逆冲带南北差异的形成机制.大地构造与成矿学,24(2):124-133.

张进,马宗晋,任文军.2004.鄂尔多斯西缘逆冲褶皱带构造特征及其南北差异的形成机制.地质学报,78(5):600-611.

赵红格,刘池洋,王峰,王建强.2006.鄂尔多斯盆地西缘构造分区及其特征.石油与天然气地质,27(2):173-177.

赵红格,刘池洋,王建强,张东东.2009.鄂尔多斯盆地西缘中部的横向构造带探讨.西北大学学报(自然科学版),39(3):490-496.