沉积盆地地层古埋深的恢复_邵新军

沉积盆地地层古埋深的恢复邵新军(1) 刘　震(2) 崔文富(3)(1)中国石油天然气集团公司石油勘探开发科学研究院　(2)石油大学　(3)胜利石油管理局胜利采油厂引 言盆地地层埋藏史和盆地构造演化史的恢复,是盆地模拟的重要内容。

传统的方法是采用“回剥”技术重建地层演化史[1～3],其中一项重要参数———古孔隙度的确定,习惯依据在研究区范围内拟合得出的孔隙度2深度演化趋势,利用等效深度法[4]计算得出当今孔隙度值。

但是人们早就注意到地层的埋藏时间对于其孔隙度演化是有影响的,如塔里木盆地埋深4000m的东河塘组砂岩储集层的孔隙度还是很大(25%左右),经分析就是由于其地层埋藏于较大深度的时间短。

东营凹陷系统取样也证实,处于相同深度的同种岩性地层,由于埋藏于某一深度的时间不同,其孔隙度的差别十分明显①。

因此同时考虑地层的埋藏时间与埋藏深度因素,改进求取地层古孔隙度的关系式,对于准确恢复盆地演化史的研究是很有意义的。

地层古埋深恢复的原理与步骤所谓回剥技术,就是根据沉积压实原理,从已知的单井分析参数出发,按地层年代由新到老逐层剥去,其间要考虑沉积压实、单层剥蚀、多层连续剥蚀、沉积间断等地质事件,直至全部地层剥完为止,最终得到的结果是各地层的埋深与地质年代相互关系的历史[1,3]。

显然,回剥得到的地层埋藏史中的现今各层分层深度与实测的分层一致,而过去的分层深度是建立在沉积压实原理基础上的:随着地层埋藏深度的增加,地层的上覆压力也增大,导致其孔隙度变小、地层体积变小。

可以假定地层的横向位置在沉积过程中不变,而仅是纵向位置的改变,因此地层体积的变小就可以归结为地层厚度的变小。

根据骨架密度在沉降过程中不变的假设,地层的骨架厚度始终不变,除非发生剥蚀事件。

骨架厚度是假定地层孔隙度变为零时的地层厚度,它总是小于地层的实际厚度[1]。

地层古埋深的恢复,一般首先求出地质分层的各地层骨架厚度,然后根据地层骨架厚度不变的假设,利用骨架厚度计算公式推导出地层的古埋深计算式,代入相应参数值即可得到地层的古埋深数据[3]。

1　地层的骨架厚度计算传统的地层骨架厚度的计算公式为:h s=∫z2z1(1-φ)d z(1) 其中φ是以地层埋深为参数的孔隙度函数。

考虑到时间对地层孔隙度的影响作用,地层的孔隙度实际上应该是关于其埋藏深度和埋藏时间的函数,因此地层的骨架厚度计算式可以改写为h s=∫∫L[1-φ(z,t)]d z d t(2)式中　h s———地层的骨架厚度,m;φ(z,t)———地层孔隙度关于深度、时间的函数,小数;L———地层的顶、底界深度(m)范围与相应的地质年代(Ma)范围。

如果研究区范围内地层岩性主要为砂岩与泥岩,则地层孔隙度的演化关系式可以写成φ(z,t)=psφs(z,t)+p mφm(z,t)(3)式中　p s,p m———地层中砂岩、泥岩的含量,小数,p s+ p m=1;φs(z,t),φm(z,t)———地层中砂岩、泥岩的孔隙度关于深度与时间的函数。

根据研究,同时考虑地层的埋藏时间与埋藏深度的地层砂、泥岩孔隙度计算公式可以分别写作φs(z,t)=φ0s exp(a s t+b s z+c s tz)(4)φm(z,t)=φ0m exp(a m t+b m z+c m tz)(5)式中　φ0s———砂岩的初始孔隙度;φ0m———泥岩的初始孔隙度。

将(4)式、(5)式代入(3)式,然后再代入(2)式,整理可得 ①邵新军,东营凹陷古流体势与油气藏分布关系研究,石油大学硕士论文,1997年。

33 石　油　勘　探　与　开　发 1999年6月 PETROL EUM EXPLORA TION AND DEV ELOPMEN T Vol.26No.3 　h s=z2-z1-p sφ0s exp(a s t2)-exp(a s t1)a s×∫z2z1exp(b s z)exp(c s t2z)-exp(c s t1z)c s zd z+p mφ0m exp(a m t2)-exp(c m t1)a m×∫z2z1exp(b m z)exp(c m t2z)-exp(c m t1z)c m zd z(6)式中　z2,z1———地层现今的顶、底埋深,m;t2,t1———地层顶、底埋藏时间,Ma;a s,b s,c s,a m,b m,c m———砂、泥岩地层孔隙度演化关系式的参数,对于一定的岩性来说,它们均为定值。

采用数值积分的方法,就可以得到地层的骨架厚度h s(i)。

2　地层古埋深的计算剥去第一层后,对于第二层,设h0=z2-z1,并令A A=p sφ0s{exp[a s(t2-d t)]-exp[a s(t1-d t)]}/(a s c s)BB=p mφ0m{exp[a m(t2-d t)]-exp[a m(t1-d t)]}/(a m c m)F1=∫z2z1{exp[(b s+c s t2)x]/x}d x-∫z2z1{exp[(b s+c s t1)x]/x}d xF2=∫z2z1{exp[(b m+c m t2)x]/x}d x-∫z2z1{exp[(b m+c m t1)x]/x}d x将h0、A A、BB、F1、F2代入(6)式并整理,则所要求解的地层骨架厚度方程可写作h s=h0-A A F1-BB F2(7)对于上式中的F1、F2,可以利用积分定义式得到∶F1=0.5f(z1)d z+6n i=1f(z1+i d z)d z-0.5f(z1+n d z)d z(8) F2=0.5p(z1)d z+6n i=1p(z1+i d z)d z-0.5p(z1+n d z)d z(9)由于地层的骨架厚度、孔隙度函数中的参数在一个地区为已知,地层顶面时间t1=0,底面时间t2等于当今的底面年代值与第一层的底面年代值之差,这样(7)式中就只有z为未知数。

选取合适步长d z,从z=z1开始计算(7)式,一旦求出的h s大于地层的骨架厚度,则停止计算,z=z1+n d z-d z/2即为埋藏深度。

同理,对于第三层,利用第二层底界的古埋深作为第三层的顶界古埋深,其顶、底界面年代与第一层的底面年代之差作为t1和t2,按相同的方法计算,可以得到第三层的底界古埋深。

依此类推,便可求得以后各层的地层古埋深。

当然,如果在地层埋藏过程中曾有剥蚀发生,古埋深计算时就需要对剥蚀的量进行估算,相应地要重新计算地层的骨架厚度值,再求出地层的古埋深值[1,3]。

实例分析渤海湾盆地东营凹陷勘探起步较早,探明油气极为丰富。

本文即以东营凹陷为例,应用上述方法计算了各地层的古埋深。

本文研究采用了地层古孔隙度演化关系式φ=φ0 exp(a z+b t+c z t),其中的a、b、c对于单一的岩性是常数。

在东营凹陷采样拟合后得到的砂、泥岩古孔隙度演化的关系式分别为φs=40exp(-0.0212t-0.1997z-0.0299z t)φm=70exp(-0.0112t-0.0926z-0.0417z t) 利用东营凹陷的砂、泥岩孔隙度演化关系式,根据地质分层的顶底埋深和相应地质年代数据,按上述地层古埋深恢复的方法即可得到地层的古埋深。

根据前人所做的工作,认为东营组沉积期虽然凹陷整体抬升,但地层剥蚀厚度并不大,一般为几十米至上百米(孔凡仙,1994)。

在凹陷的南斜坡地区,从声波测井曲线上读取东营组地层相应的泥岩声波时差值,其声波时差演化趋势的差异性指示了剥蚀事件的存在,而且在地震剖面上,东营组顶面的剥蚀面的存在是全区性的,可以在整个凹陷范围内追踪,其余的剥蚀面(如沙二段顶)多为地区性的,不是研究的重点,前人的论述中也没有定量的描述[5],本次研究中不予考虑。

在本次地层埋深的计算中,只是对剥蚀厚度明显的井点,用几何作图法,从地层联井剖面上对东营组的剥蚀厚度做了估算(见表1)[6],对相应的剥蚀明显、厚度较大的地区地层骨架厚度和埋藏深度作了校正,而在东营凹陷中央地带则认为其剥蚀厚度是可以忽略的。

在计算出地层的古埋深之后,就可以作出东营凹陷地层的埋藏史图。

本文为了对比,分别采用传统方法(只考虑埋藏深度与孔隙度的关系)和本文方法(同43 石油勘探与开发・地质勘探 Vol.26No.3　时考虑埋藏时间和埋藏深度两种因素与孔隙度的关系)①作出G 6井的地层埋藏史图(见图1)。

表1　估算的东营组地层剥蚀厚度表井号剥蚀厚度(m )井号剥蚀厚度(m )金1130通420高2660通29120高2330通42140高540草10150坨1170坨960(a )传统方法作图;(b )本文方法作图图1　G 6井地层埋藏史图由图可见,两种方法得到的结果存在明显差异,即采用传统方法得到的地层埋藏曲线的梯度变化比较大。

须要说明,由于不同沉积盆地的物源条件、沉降历史、热史以及成岩作用各有其特点,以致地层的孔隙度演化具有不同趋势[7],因此在某一地区作地层埋藏史研究时,应首先取样求得地层孔隙度关于埋深和埋藏时间的函数。

另外,由于采用的孔隙度演化模型没有考虑超压的影响,对于埋藏较深、超压明显的地层,计算结果会有误差,需要进一步的校正。

结 论1,利用“回剥”技术恢复地层的古埋深,其关键是确定地层的古孔隙度演化关系式。

而传统的确定地层古孔隙度的方法仅适用于匀速沉积的地层,对于地层埋藏历史比较复杂的地区,其计算结果与实际情况的误差就较大。

本文采用地层的孔隙度与埋深、埋藏时间关系式作为计算古孔隙度的函数,从而使地层古埋深的计算方法得到了改进,恢复的地层埋藏史也更准确。

2,采用地层的古孔隙度演化关系式后,传统的利用直接积分法计算出地层的骨架厚度,然后计算得出地层古埋深的方法就不再适用了。

因此本文首先利用数值积分法,将地层的现今地质分层数据代入,计算出地层的骨架厚度值,然后根据地层的骨架厚度不变的假设,利用回剥技术,代入地层的地史时期各项参数值,得到地层的古埋深值。

在进行数值积分时,可以根据研究精度的需要,确定合适的步长。

3,本文恢复地层古埋深的基础是更为合理的以地层埋藏时间与埋藏深度为变量的地层孔隙度演化函数,对于连续沉积的地层,地层经历的淋滤作用和溶蚀作用对于地层孔隙度的影响可以忽略不计;如果地层是非匀速沉积的,则利用改进的孔隙度演化公式得到的地层古埋深是更可信的。

参　考　文　献1　石广仁.油气盆地数值模拟方法.北京:石油工业出版社,1994.2　罗晓容等.江汉盆地地层埋藏史研究.石油实验地质,1989,11(4).3　袁炳存等.计算沉积层古厚度的逐层恢复法.石油实验地质,1986,8(3).4　Magara paction and migration of fluids in Miocene mudstone ,Nagaoka plain ,Japan.AAPG Bull.,1968,52:2466～2501.5　胜利油田石油地质志编写组.中国石油地质志・卷六・胜利油田.北京:石油工业出版社,1993.6　尹天放.多种信息综合计算剥蚀厚度的方法.石油勘探与开发,1992,19(5).7　刘震,张万选等.辽西凹陷下第三系异常地层压力分析.石油学报,1993,14(1).第一作者简介　邵新军,男,27岁,博士研究生,现从事石油地质及含油气系统研究。