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擴大未探明大型圈閉區帶的新方法

加利福尼亞州San Joaquin盆地發現大型油氣圈閉

近來,運營商一直專注于加州San Joaquin盆地和其它含油氣盆地非常規頁巖(尤其是Monterey組地層)油氣區的勘探,但其結果卻令人嘆息。而對San Joaquin盆地更深地層的鉆探研究發現,雖然烴源巖已成熟,但其油氣產量卻依舊沒有突破。

San Joaquin盆地Monterey地層及其它頁巖層段的油氣資源是否具商業開采價值,尚待進一步的研究。雖然非常規頁巖油氣開采成功的實例較少,但是富含有機質烴源巖及其它富油氣區域仍不可小覷。特別指出,盆地中常規含油氣圈閉的開采已非常成功,并且其所承擔的勘探風險和開采成本均相對較低。

San Joaquin盆地西坡(WS)是一個新勘探的常規油氣區,并且其與諸多加州含油氣盆地類似,屬于晚新生代逆沖斷層作用形成的褶皺沖斷構造。通過對儲層與烴源巖的反復研究表明,逆沖斷層作用不僅提升了油氣的“聚集空間”、烴源巖的埋藏深度和有機質的熱成熟度,而且也增加了未經驗證的次級沖斷背斜圈閉和其它有效圈閉的數量。

本文針對WS的研究提出了一個構造模型和常規油氣區帶概念。如果該模型和概念得到驗證,即可在探明含油氣區帶的基礎上擴大未探明的大型圈閉區帶,從而提高潛在石油儲量。

WS是一個褶皺斷裂帶,2005年的探明油氣儲量達117億桶。如下圖所示,WS位于San Andreas大斷裂和相對穩定的中部凹槽之間,其包括Temblor Range和南部 Diablo Range(圖1)。在WS大量探井表明,其發育富有機質的烴源巖(包括Monterey頁巖、Tumey頁巖和 Kreyenhagen 頁巖)以及復雜的構造和地層條件,這為更多常規油氣的形成提供了良好的圈閉條件。而一個構造活躍的且富油氣系統有利于潛在儲藏的形成。

加利福尼亞州San Joaquin盆地發現大型油氣圈閉

WS區域復雜的地質條件和困難的地震采集過程導致難以獲取其清晰地震圖像,但僅依靠此類低質量圖像也可找到圈閉,甚至是大型圈閉。多年來,San Joaquin盆地常規構造油氣區的勘探一直十分成功,但依據現有的地質資料很難發現其他大型圈閉。同時,最新的構造研究提出了一個與北東向楔形體相關的褶皺沖斷帶構造模型,可更好地解釋WS晚新生代構造幾何形態及構造演化特征。

楔形解釋模型

地質學家在對WS區等強烈的構造變形區域進行勘探時,常需構造模型和構造圖來解釋低質量地震數據的反射圖并預測油氣勘探開發潛力。過去50年間主要應用壓扭性斷層模型解釋WS的大型油氣富集褶皺帶及其與San Andreas轉換斷層的關系。同時,壓扭斷層是由隨深度增大而逐漸變陡的斜滑逆斷層和平移斷層組成的正花狀構造,其下盤是有利的勘探區(圖2a)。

加利福尼亞州San Joaquin盆地發現大型油氣圈閉

基于更加理想的并且建立在地質數據基礎上的WS構造模型,加利福尼亞州南部和中部的其他晚新生代擠壓變形區屬于具有應力分區的轉換壓扭帶。同時,這些構造變形帶是由沿San Andreas大斷裂分布的純走滑斷層和由San Andreas大斷裂純剪切作用誘導形成的小型褶皺逆沖帶組成。褶皺沖斷帶解釋模型使加州油氣勘探展現出更為樂觀的開采潛力。大規模的逆沖推覆體并沒有隨深度的增加而逐漸變陡,反而是隨深度的增加而更加平緩,這使斷層下盤處隱藏了大量的有利次級構造單元。

包括WS在內的大多褶皺逆沖斷層帶均有一個楔形橫剖面,并且向盆地構造穩定區方向逐漸變?。▓D2b)。而楔形體一般以逆沖斷層作用和褶皺作用向盆地中心演化,該連續變形過程類似于推土機或掃雪機推移物體的過程。

楔形體內逆沖斷層的運動方向可能不同,導致容易形成由反沖構造(頂板逆沖斷層)和傾向相反的基底逆沖斷層組成的構造三角帶(圖2b)。Antelope Valley逆沖斷層位于Diablo Range南端,呈北東走向,是沿楔形體頂部出露良好的反沖斷層的地表露頭(圖3)。根據地質圖顯示,其它大型逆沖構造均是WS的組成部分,例如Temblor Creek逆沖斷層屬于Temblor Range,Waltham Canyon斷層和Coalinga背斜屬于 Diablo Range(圖1)。

加利福尼亞州San Joaquin盆地發現大型油氣圈閉

1988年首次提出了楔形構造模型,以此研究分析了WS北部的構造演化特征,并解釋1983年Coalinga 地震(6.5震級)與其他Coalinga背斜之間的關系(圖1)。Coalinga地區的構造三角帶是由具較低石油潛力的白堊紀和侏羅紀地層組成的一系列次級逆沖背斜構成。本文將楔形體模型應用于北部的Temblor Range和North Belridge油田之間的 Antelope隆起區(圖4)。Antelope隆起的楔形體包含第三紀烴源巖和儲層,因而其比Coalinga地區更具勘探前景。

加利福尼亞州San Joaquin盆地發現大型油氣圈閉

Antelope隆起構造

從圖4可看出,Antelope隆起區域分布著許多淺層油氣井并附有地震反射曲線剖面,且古近紀地層出露地表或埋藏較淺(圖4)。盡管Antelope隆起具有規模大、構造起伏及不同于其它大型背斜油氣藏的特征,但其幾何結構和形成機制卻很少受到界內質疑。本文描述了一個區域性的橫剖面,并應用斷坡褶皺理論(例如:斷彎褶皺和斷展褶皺)和平衡剖面法解釋了Antelope隆起和WS(圖5)。

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雖然該橫剖面的解釋結果并不具有唯一性,也未經鉆井工藝證實,但其在本質上有著重要的意義,比如可以進行構造恢復以及展示隆起下伏的幾何構造特征和未經證實的油氣潛力(圖5b)。目前,尚無證據表明該走滑斷層與位于San Andreas斷層東側的橫剖面線相交,該解釋結果與沿擠壓應力方向的(沿該橫剖面線)地層二維恢復結果相符合。該橫剖面的恢復程度和斷層上下盤中斷坪、斷坡的匹配度證實了該剖面解釋的有效性。該橫剖面是由幾條二維地震曲線、井身數據和地表地質數據綜合解釋的結果(圖4)。Temblor地層頂部等高線顯示了隆起的寬闊的脊部以及北部、東部和南部側翼。隆起的西翼是一個沿北部Temblor Range區山麓分布的局部向形構造,其核心為Monterey地層。

晚新生代的褶皺隆升和剝蝕作用,導致Antelope隆起區僅發育很薄或缺失新近紀和第四紀地層,且隆起部位位于更早期、更廣泛的上升地塊。同時,這也說明Antelope Valley半島從漸新世至中新世早期見證了地層的非沉積作用、剝蝕作用和地層超覆作用。

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地震測線B展示了位于Antelope隆起中呈北東向傾向翼部的地層特征及大量的構造起伏特征。除此之外,區域性構造圖表明該褶皺翼屬于上地殼大型構造帶的一部分;相比于隆起的脊部和坡腳的小斷層,其對WS的發展演化更為重要。

同時,地震測線B還顯示了中新世末期至上新世和第四紀Tulare地層沉積之前的地層褶皺隆升現象。呈北東走向的褶皺翼的構造變形比第四紀Lost Hills背斜、North Belridge和South Belridge背斜的形成時間早;同時,與形成更早的Antelope隆起相比,其具有不同的幾何結構和較小的規模(圖4和圖5a)。前第四紀構造變形前緣位于褶皺翼底部,處于楔形體尖端上部(圖2)。在隆起的北東部缺失了有意義的前第四紀構造變形,導致斷坡褶皺和斷滑褶皺的發育受到局限。觀察橫剖面可知,Shale Hill逆沖斷層(SHT)上盤發育有斷彎褶皺。

地震測線C橫穿北部Temblor區域,地表主要出露呈北東走向的白堊紀至中新世地層(圖4)。通過地震測線C不難發現,呈北東向傾斜的地層下部發育有大量呈南西走向的地層(圖7)。垂直向上傾向的地層突變主要是由南西傾斜的大型擠壓斷層造成的,如圖7所示的Temblor Range逆沖斷層(TRT)。其地表和地下條件使TRT淺層形成一個沿Temblor Range山麓分布的局部向形構造。與北東向傾斜的Shale Hill逆沖斷層(SHT)一樣,Temblor Range逆沖斷層(TRT)未能延伸至地表,而與另一反向逆沖斷層共同形成一個被Monterey地層掩蓋的構造三角帶。同時野外實地考察發現,其向形凹槽是由復雜的斷裂作用形成的不連續地層構成,位于褶皺兩翼之間,也可能是一個位于Temblor Range逆沖斷層(TRT)和Shale Hill 逆沖斷層(SHT)之間的 “空隙”帶,并且與Monterey地層在原始沉積位置相差幾英里,而現在呈并列分布狀態。

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地震測線E西側剖面顯示,北部Temblor Range淺層發育大量呈北東向走向的地層,而深部發育著大量被Temblor Range逆沖斷層(TRT)分隔的南西走向地層(圖8)。該測線位于Antelope隆起南部,探測深度較淺,僅達到古近紀地層(圖4)。從地震測線E東側部分可知,其地表及地下淺層主要為經歷過褶皺變形與斷裂作用的Monterey地層。地震測線E還顯示了位于Temblor Range逆沖斷層(TRT)和Shale Hill 逆沖斷層(SHT)之下的構造三角帶以及反向傾斜的大型次級沖斷背斜。1946年該區打了一口深度為11000英尺的井眼,其地震測線探測到Temblor地層頂部,并顯示存在明顯的油氣特征。同時,鉆井巖心傾向與背斜的北東翼鉆井巖心傾向一致。

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烴源巖與儲集層特征

關于發育在晚白堊世至中新世的烴源巖和儲集層的分布形態即Temblor Range逆沖斷層(TRT)和Shale Hill 逆沖斷層(SHT)之下的構造三角帶地層,現存在兩種假設說法:

第一種假設:下盤斷塊地層與未發生變形的中心凹槽地層具有相同的構造起伏特征。一旦斷層發生滑動,下盤斷塊將沿第四紀Lost Hills逆沖斷層發生推移(圖5b)。

第二種假設:利用深井數據和走向地震測線繪制出了Cymric油藏的橫剖面圖(圖9及相對應的表格)

加利福尼亞州San Joaquin盆地發現大型油氣圈閉

這些地質單元向北傾斜,位于Antelope隆起南緣的側向斜坡之下,形成了構造三角帶。其它地震測線與少數探井表明Antelope隆起之下的三角帶和次級逆沖斷層區域均由褶皺作用形成了背斜與向斜(圖8)?;跇嬙炷P?,通過對大量的二維地震測線解釋發現,未經驗證的次級沖斷背斜具有1000~10000英畝的圈閉空間。相比之下,Elk Hills油田作為一個背斜圈閉構造油田,生產區面積約為21170英畝,石油總儲量高達13.92億桶。

加利福尼亞州San Joaquin盆地發現大型油氣圈閉

次級逆沖斷層區域的發現使WS區油氣圈閉能力提高了18%(隆起帶下盤的面積約為80000英畝,而WS大型油氣田總面積為440000英畝)。

隆起下部富有機質烴源巖埋藏深度的增加以及其從烴源巖至圈閉短距離的運移,使得下盤區塊的勘探潛力進一步增大。楔形模型也可應用于WS其它地方。除此之外,考慮到Temblor Ranga和西側其它區域的反沖斷層作用,該方法也可能有利于在San Joaquin盆地WS未經驗證的大型圈閉中發現更多的油氣潛在區。

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檸檬
石油圈認證作者
畢業于中國石油大學(華東),油氣井工程碩士,長期聚焦國內外石油行業前沿技術裝備信息,具有數十萬字技術文獻翻譯經驗。如需獲取更多技術資料,請聯系我們。
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