非洲Muglad盆地高孔高渗储层成因机制探讨.pdf

第3 3 卷第6 期中国矿业大学学报 V 0 1 ．3 3N o ．6 2 0 0 4 年11 月J o u r n a lo fC h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g ＆T e c h n o l o g y N o v ．2 0 0 4 文章编号1 0 0 0 1 9 6 4 2 0 0 4 0 6 0 7 0 8 0 4 非洲M u g l a d 盆地高孔高渗储层成因机制探 欧阳文生1 ’2 ，曹代勇1 ，孙开江2 ，刘德民1 1 ．中国矿业大学煤炭资源教育部重点实验室，北京1 0 0 0 8 3 ； 2 ．中国石油天然气勘探开发公司，北京1 0 0 0 1 1 讨 摘要从岩石学、地球化学、储层地质学和构造地质学等角度，探讨了非洲中部的M u g l a d 盆地高 孔高渗储集层特征．研究表明，M u g l a d 盆地优质储层发育的地质机理在于其独特的沉积构造背 景被动裂谷．在被动裂谷幕式旋回坳陷期相对稳定的构造背景下，沉积了远距离物源的高成 熟度砂体，加之超淡的沉积水介质和偏低的地温梯度，形成了M u g l a d 盆地高孔隙度、高渗透率、 高石英比和胶结程度相对较弱的区域性优质储集层． 关键词储层；被动裂谷；成因机制 中图分类号T E1文献标识码A M e c h a n i s mo fF o r m i n gH i g hP o r o s i t ya n d P e r m e a b i l i t yR e s e r v o i ri nM u g l a dB a s i no fA f r i c a O U Y A N GW e n s h e n 9 1 ’2 ，C A OD a i y o n 9 1 ，S U NK a i j i a n 9 2 ，L I UD e m i n l 1 ．K e yL a b o r a t o r yo fC o a lR e s o u r c e so fM i n i s t r yo fE d u c a t i o n ，C U M T ，B e i j i n g1 0 0 0 8 3 ，C h i n a ； 2 ．C h i n aN a t i o n a lP e t r o l e u mC o r p o r a t i o n ，B e i j i n g1 0 0 0 1 1 ，C h i n a A b s t r a c t H i g hp o r o s i t ya n dp e r m e a b i l i t yc h a r a c t e r so fr e s e r v o i r si nM u g l a db a s i no fc e n t r a lA f r i c a w a sr e s e a r c h e df r o mt h ep o i n to fv i e wo fl i t h o l o g y ，g e o c h e m i s t r y ，r e s e r v o i rg e o l o g y ，t e c t o n i c s ，a n d S Oo n ．T h eg e o l o g i c a lm e c h a n i s mo fh i g hq u a l i t yr e s e r v o i ri nM u g l a db a s i ni sd u et oi t sp a r t i c u l a r s e d i m e n t a r y t e c t o n i cb a c k g r o u n d p a s s i v er i f t ．T h eh i g hm a t u r e ds a n d s t o n eo ff a r f o r t hm a s s s o u r c ew a sd e p o s i t e di nt h eb a s i nd u r i n ge v e r ys t e a d yd e p r e s s i o np e r i o do fp a s s i v er i f t i n g ，w h i c h ， t o g e t h e rw i t ht h eg e o l o g i c a le n v i r o n m e n to ff r e s hd i a g e n e s i sw a t e ra n dt h el o w e rg e o t h e r m a l d e g r e e ，r e s u l t i n gi nar e g i o n a lh i g hq u a l i t yr e s e r v o i ri nM u g l a db a s i nw i t ht h ec h a r a c t e r so fh i g h p o r o s i t y ，h i g hp e r m e a b i l i t y ，h i g hq u a r t zr a t i oa n dw e a kc e m e n t a t i o n ． K e yw o r d s r e s e r v o i r ；p a s s i v er i f t ；f o r m a t i o nm e c h a n i s m 1地质背景 1 ．1构造背景 M u g l a d 盆地位于非洲板块中部的中非剪切带 C A S Z 以南，是一个中新生代陆相裂谷盆地 图 1 ．随着冈瓦纳古大陆在中生代的解体，板块之间 的相互作用导致非洲大陆古断裂带被激活，成为板 块分离时的转换断裂带，开始了沿着中非剪切带的 大规模的幕式右旋剪切活动．M u g l a d 盆地群在西 北方向终止于中非剪切带，其发育和演化与中非剪 图1M u g l a d 盆地区域位置图 F i g ．1R e g i o n a ll o c a t i o no fM u g l a dB a s i n 收稿日期2 0 0 4 0 3 15 作者简介欧阳文生 1 9 6 4 一 ，男，云南省禄丰县人，工程师，中国矿业大学博士研究生，从事油气地质方面的研究 万方数据 第6 期 欧阳文生等非洲M u g l a d 盆地高孔高渗储层成因机制探讨 7 0 9 切带右旋走滑及延伸活动密切相关‘卜4 | ． 1 ．2 地层结构 M u g l a d 盆地主要发育白垩系、第三系和第四 系，为一套陆源碎屑沉积．盆地内最大地层厚度达 1 5 0 0 0m ，以白垩系为主，新生界较薄，从下到上发 育3 个断一坳旋回地层组合 图2 ． 底层时代 厚度沉积 唪储盖旋盆地 界 系 统 群组 ／m 岩性筒述 环境组合回 演化 第 灰白色、枯红 统 新 四Z e r a f 葛 色、粉红色砂 生 系 岩、砂砾岩夹褐 河流相旋 界A d o k 红色、浅褐色、 回 凹 第浅灰色泥岩 Ⅲ陷 一 T e n d i 0 ～2 4’灰、棕灰色泥岩 阿一湖鼎 仲展 系 凹陷T e n d i0 ～2 2灰色泥岩夹砂岩河流相 ‘√V 、 ／v v V V 、 M ‘ 、。 桔红色块状砂 上 凸 o o 岩、砂砾岩为 河流相 凹 自 A m a l 旋 陷寸 主，顶底泥岩 垩n 较发育 回 系N 1 1 由 白 皇 B a f a k a 夏 浅深灰色泥岩、 湖相 裂 鲁 G h a z a ● { 粉砂岩夹砂岩陷 凸 Z a t q a 篁 生垩 ∞ 砂岩为主灾泥 界系 下 B e n t i u 岩、或砂泥岩 凹 陷 l n 不等厚互层 o 自 l n 旋‘／、，～ ，，，v v ＼ ‘ o暗色泥岩为主夹砂回 垩 A b u 岩或泥砂岩瓦层 I 初 o 浅湖相 G a b r a I n 始 2 系 o下部为红褐色泥 裂 o 河流棚 陷 o岩、泥灰岩夹砂岩 n ‘、，√＼，～～V V ＼，V V 0 ‘ 前寒武系基底花岗岩 亘盖层田珂储层0 0 Ⅱ皿生油层 图2M u g l a d 盆地综合地层柱状图 F i g ．2S t r a t i g r a p h yi n t e g r a t i o nc o l u m ni nM u g l a db a s i n 1 旋回I早白垩世早期是第一裂谷期， A b uG a b r a 组是本区的第一套沉积岩，以角度不整 合覆盖于前寒武古老基底之上．该层序总体上以冲 积扇、河流相为主，凹陷中央局部发育滨浅湖．早白 垩世晚期为该旋回的坳陷期，B e n t i u 组以区域角度 不整合上覆于A b uG a b r a 组之上，从上至下分多个 砂组，反映为高能、河道极不稳定、具高宽深比的辫 状河流环境，加上频繁改道，形成了平面上分布极 其广泛的沙体，是盆地的主力油层． 2 旋回Ⅱ旋回1 1 由第二裂谷期 晚白垩世 和第二坳陷期 晚白垩世晚期 组成．晚自垩世为弱 裂谷活动期，沉积了D a r f u r 群冲积平原和滨浅湖 相砂泥岩，局部有半深湖一深湖沉积，总体上呈一 向上变粗的反沉积旋回．坳陷期A m a l 组为一大套 厚层块状中一粗石英质砂岩，代表了高能冲积扇一 辫状河流相的冲积平原环境． 3 旋回Ⅲ 裂谷期建造包括始新世一中新世 早期的N a y i l 组和T e n d i 组，总体上表现为构造运 动比较活跃的裂谷背景下的泥岩、粉沙岩、砂泥岩 互层沉积．晚第三纪中新世一第四纪在钻井层序上 表现为大套中一粗砂岩，为坳陷期冲积平原产物． ’ 2 储层特征 M u g l a d 盆地在三次坳陷期形成三套区域性储 层，即B e n t i u 组、A m a l 组和A d o c k 组．其中第一次 坳陷期形成B e n t i u 组是勘探主要目的层，并构成 盆地储量主体． 2 ．1孔隙度 测井和试井结果表明，M u g l a d 盆地储层孔隙 度较高，大多在2 0 ％以上，主力产层的孔隙度在 2 0 ％～3 0 ％之间，最高者可达3 8 ％ 图3 ．纵向上 孔隙度与深度成反比，符合孔隙性储层一般规律． 0 0 ．5 宕1 ．0 芝1 ．5 魁2 ．0 嚣2 ．5 3 ．0 图3 储层孔隙度纵向变化 F i g ．3R e l a t i o n s h i pb e t w e e nd e p t ha n dp o r o s i t y 根据9 6 个常规岩心样品的分析结果，以基本 上不含杂基的高能河道粗粒长石净砂岩和石英净 砂岩的孔隙度最好．孔隙类型以原生和次生粒间孔 为主，不稳定长石和岩屑溶蚀形成的次生颗粒铸模 孔为辅，其次是无效的微孔，孔隙连通性较好．孔隙 度与深度线性负相关，反映压实作用是引起孔隙度 下降的主要因素． 2 ．2 渗透率 由于盆地处于勘探早期，试井资料有限，现有 渗透率资料以测井资料为主，虽然测井资料给出的 渗透率数据会受岩石学性质及试井作业过程的影 响，但测井渗透率数据与试井渗透率数据仍呈良好 的正相关性．根据有限的试井实测渗透率数据与对 应的测井计算渗透率的相关分析，前者是后者的 2 0 倍左右．本区测井计算的渗透率在2 0 ～1 8 0m d 之间 图4 ，换算出实际渗透率为4 0 0 ～36 0 0m d ， 4 5 4 0 1 0_ ．目．园．园．刃．朔．园．。⋯一⋯⋯。． 02 04 0 6 0 8 0 I O O1 2 01 4 0 J 6 01 8 02 0 02 2 02 4 0 2 6 0 2 8 03 0 0 渗透率／m d 图4 测井渗透率直方图 F i g ．4R e l a t i o n s h i pb e t w e e nd e p t ha n dp e r m e a b i l i t y 万方数据 7 1 0中国矿业大学学报第3 3 卷 属于高渗透率储集层． 2 ．3 岩石学特征 储层成岩性普遍较差，主要储集层段录井取到 的大都是未成岩的散砂，钻井取芯困难，收获率一 般在3 0 ％以下；另一方面，岩石成分成熟度高，砂 体分布稳定． B e n t i u 组和A r a d e i b a 组储层砂岩薄片的分析 统计，其骨架颗占岩石总体积的3 8 ％～9 5 ％，基质 占0 ．3 ％～5 2 ％，胶结物以钙质为主，少量硅质，面 孔率1 ％～3 6 ％．砂岩颗粒分选中等，次棱一次园 状，颗粒支撑结构为主，点一线状接触．颗粒成分以 单晶石英为主，含量3 2 ％～9 7 ％ 平均7 7 ％ ，多晶 石英含量o ～5 ％；长石含量o ～3 1 ％，以钾长石为 主，斜长石为辅；岩屑含量o ～4 8 ％．X 衍射分析表 明，其粘土矿物成分以高岭石占绝对优势，少量伊 利石和绿泥石，基本上没有蒙脱石．主要储层段砂 岩处于早成岩和晚成岩晚成岩阶段的早期之间． 2 ．4 油气藏特征 自然产能普遍较高，油藏多为欠压油藏，但抽 汲的自然产能均达日产数十立方米方甚至上百立 方米，主要原因就是储层物性好油藏压力系数偏 低，绝大多数为正常压力系统或偏低的压力系统， 油气比偏低，普遍小于5 ，原油物性受埋深的控制 明显，在13 0 0m 以内重油藏发育，油气比极低． 3 成因分析 3 ．1 构造一沉积背景 M u g l a d 盆地沉积一构造演化可以划分为三个 断一坳旋回、六个裂陷一热沉降阶段． 1 盆地初始化裂陷阶段在前寒武纪稳定的 变质岩系地台上，受中非剪切带的右旋平移影响， 剪切带东段南部地区处于后缘拉张应力场控制，发 生区域性构造伸展作用，沿阶梯状正断层下降盘形 成的半地堑呈封闭汇水区，沉降速率较高，各凹陷 发育湖相泥岩，富含有机质的沉积物得以快速埋藏 保存，形成主要生油层段． 2 盆地统一后的热沉降阶段初始裂陷期的 填平补齐沉积后，盆地整体抬升，部分地区遭受剥 蚀，出现第一次长时期准平原化坳陷，沉积了盆地 的第一套储层．该套储层表现为盆地内低沉降速率 的坳陷式充填，岩性为分布广泛的大套块状河流相 砂岩，沉积范围广阔． 3 盆地第二期裂陷活动阶段第一套储层沉 积后，盆地统一抬升遭受剥蚀，形成盆地的第一个 区域性不整合面．在此基础上，盆地再次断陷下沉， 接受盆地第二套断陷湖相的沙泥岩交互旋回沉积， 反映了盆地震荡运动特征． 4 盆地第二期热沉降阶段第二套断陷湖盆 沉积后，盆地又抬升遭剥，当再次下沉时，盆地进入 了第二次坳陷期，在长时期准平原化的背景上，发 育了第二套储层沉积，但沉积范围略小于第一套储 层沉积，沉积中心位于盆地轴部． 5 盆地第三期裂陷活动阶段盆地的最后一 次断一坳循回发生在新生界．下第三系，随着红海裂 谷的裂开，中非剪切带开始由右旋转换为左旋，在 白垩系的第二期热沉降形成的区域性储层上，盆地 发生第三次裂陷，沉积了盆地的最后一套浅水砂泥 岩互层，同时由于中非剪切带活动波及地幔，局部 地区出现火山喷发和侵入． 6 盆地第三期热沉降阶段下第三系裂陷沉 积后，盆地整体趋于稳定，上第三系和第四系是盆 地的第三次、也是最后一次坳陷沉积时期．此时，盆 地基底趋于更加稳定，沉积水体日益变浅，并最终 汇集于古尼罗河，盆地彻底填平消失． 3 ．2 成岩介质与成岩作用 M u g l a d 盆地属典型的淡水盆地，大多数地区 地层水含盐度几乎与地表水一致，明显不同于其它 盆地 表1 ．M u g l a d 盆地地层水超淡现象不是简 单的地表水下渗所致，而是原生沉积水．证据有二 1 测试产出的地层水在组分上与地表水有很大的 区别 图5 ；2 渤海湾盆地、二连盆地的地层水矿 化度随深度而增大[ 5 ] ，但在M u g l a d 盆地这种变化 特征不明显，多数地区地层水纵向上基本是稳定 的，个别井地层水含盐度区甚至深度增加而减小． 表1几个裂谷型盆地地层水性质对比 T a b l e1C o n t r a d i s t i n c t i o no ff o r m a t i o nw a t e r c o m p o s i t i o no fs o m er i f tb a s i n s 盆地躺 m g 亍鬻兰端 水型 M u g l a d 8 0 ～12 0 018 0 0 ～4 00 0 0N a H C 0 3 渤海湾4 0 0 ～2 45 0 0 24 0 0 ～9 00 0 0N a H C O sC a C l z 二连17 0 0 ～9 80 0 024 3 3 ～1 1 50 9 0N a H C O sC a C l zN a z S 0 4 一 l OO o o 营10 0 0 逾 1 0 0 删1 0 暴 - 隶 篙 囫地层水困地表水 I 函．邑．豳．卤．毯。鼠．寓．图 P HK N aC a M g C I S 0 4 H C 0 3 总盐度 组分 图5M u g l a d 盆地地表水与地层水成分对比 F i g ．5 C o m p a r i s o no fc o m p o s i t i o nb e t w e e ng r o u n d w a t e ra n ds u r f a c ew a t e r 由于过淡的沉积水矿物质含量低，化学沉淀作 万方数据 第6 期 欧阳文生等非洲M u g l a d 盆地高孔高渗储层成因机制探讨 7 1 1 用较差，再加上岩石成分成熟度较高，沉积物经压 固作用后，化学胶结作用较弱，因此，后生成岩作用 不强、沉积物孔隙得以大量保存、且连通性好． 3 ．3 低地温梯度背景 ℃／h m ，最高仅2 ．8 ℃／h m ，远远小于渤海湾盆地 和二连盆地 表2 ．M u g l a d 盆地的区域性低地温 背景，是储层后生成岩作用较弱，形成高孔高渗储 层的重要原因之一． M u g l a d 盆地的地温梯度值普遍小于2 褡 表2 几个裂谷型盆地特征对比 T a b l e2C o n t r a d i s t i n c t i o no fg e o l o g i c a lc h a r a c t e ra ts o m er i f tb a s i n s 4 讨论 参考文献 裂谷盆地按其动力学机制可分为主动裂谷和 被动裂谷两类[ 5 ‘7 ] ．主动裂谷起因于地幔柱、热点或 地幔隆起，上升的热对流导致岩石圈变弱变薄而产 生裂陷，以初期常伴随区域性隆升、高热流和广泛 的火山活动为特征．被动裂谷盆地是区域拉张应力 场作用的结果，大陆岩石圈内的张应力使岩石圈厚 度减薄、强度降低，引起热软流圈的被动上拱． S c h u l l 1 9 9 8 ，M o h a m e d 等 1 9 9 9 认为中非裂 谷系包括邻近中非剪切带的乍得南部边境D o b a ， D o s e d ，S a l a m a t 等几个小盆地、苏丹盆地群，向南通 过肯尼亚的A n z a 坳拉槽进入L a m u 湾，沿刚果克 拉通以北和以东的泛非构造 活动 带分布．该裂谷 系的发育演化与中非剪切带密切相关，属中非剪切 带右旋走滑诱导出的陆内被动裂谷系[ 3 ’8 ] ． 剪切走滑诱导背景下被动裂谷盆地的阶段性 幕式推移旋转，导致盆地演化史上相对激烈的断陷 期和相对稳定的坳陷期的交替．在坳陷期长时期稳 定的地理背景下，可以造成长距离的沉积物搬运， 形成高成熟度的石英砂岩沉积[ 9 ] ．M u g l a d 盆地经 历了三个断一坳陷旋回，坳陷期 尤其是第一旋回 的大套高岩石成熟度 石英含量高 的储层沉积，反 映了盆地长时期稳定的准平原化河流相沉积的地 质背景特征． F a i r h e a dJD ．M e s o z o i cp l a t et e c t o n i cr e c o n s t r u c t i o n s o ft h ec e n t r a lS o u t hA t l a n t i cO c e a n t h er o l eo ft h e W e s ta n dC e n t r a l A f r i c a n R i f ts y s t e m [ J ] ． T e c t o n o p h y s i c s ，1 9 8 8 1 5 5 1 8 8 - 1 9 1 ． M c H a r g u r eTR ，H e i d r i c kTL ，a n dL i v i n g s t o nJK ． T e c t o n o s t r a t i g r a p h i c d e v e l o p m e n to f t h ei n t e r i o r S u d a nr i f t s ，C e n t r a lA f r i c a [ J ] ．T e c t o n o p h y s i c s ，1 9 9 2 2 1 3 1 8 7 2 0 2 ． S c h u l lTJ ．R i f tB a s i n so fI n t e r i o rS u d a n P e t r o l e u m E x p l o r a t i o na n dD i s c o v e r y [ J ] ．A ．A ．P ．GB u l l e t i n ， 1 9 8 8 7 2 1 1 2 8 1 1 4 2 ． 高锡兴．中国含油气盆地油田水F M ] ．北京石油工业 出版社，1 9 9 4 ． K e e nC ．T h ed y n a m i c so fr i f t i n g d e f o r m a t i o no ft h e l i t h o s p h e r eb ya c t i v ea n dp a s s i v ed r i v i n gf o r c e [ J ] ．JR A s t r o n ．S o c ，1 9 8 5 ， 8 0 9 5 1 2 0 ． 陆克政，漆家福，王毅，等．石油构造地质学[ M ] ．北 京石油工业出版社，1 9 9 8 ． 周永胜，王绳祖．裂陷盆地成因研究现状综述与讨论 [ J ] ．地球物理学进展，1 9 9 9 ，1 4 3 1 9 - 4 6 ． Z h o uYS ，W a n gSZ ．R e v i e wa n dd i s c u s s i o no n p r o g r a mi ng e n e s i so ft h er i f tb a s i nI - J ] ．G e o p h y s i c s P r o g r e s s ，1 9 9 9 ，1 4 3 1 9 4 6 ． M o h a m e dY ．M o d e l i n gp e t r o l e u mg e n e r a t i o ni nt h e S o u t h e r nM u g l a dR i f tB a s i n ．S u d a n D ] ．A ．A ．P ．G ． B u l l e t i n ，1 9 9 9 ，8 3 1 2 7 1 8 7 2 7 ． 刘易斯D ．w ．实用沉积学[ M ] ．北京地质出版社， 】9 9 4 ． 责任编辑李成俊 ] ] ] ] ] ] ] ] ] 口 瞳 ∞ ■ 口 印 口 豳 凹 万方数据