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扩大未探明大型圈闭区带的新方法

加利福尼亚州San Joaquin盆地发现大型油气圈闭

近来,运营商一直专注于加州San Joaquin盆地和其它含油气盆地非常规页岩(尤其是Monterey组地层)油气区的勘探,但其结果却令人叹息。而对San Joaquin盆地更深地层的钻探研究发现,虽然烃源岩已成熟,但其油气产量却依旧没有突破。

San Joaquin盆地Monterey地层及其它页岩层段的油气资源是否具商业开采价值,尚待进一步的研究。虽然非常规页岩油气开采成功的实例较少,但是富含有机质烃源岩及其它富油气区域仍不可小觑。特别指出,盆地中常规含油气圈闭的开采已非常成功,并且其所承担的勘探风险和开采成本均相对较低。

San Joaquin盆地西坡(WS)是一个新勘探的常规油气区,并且其与诸多加州含油气盆地类似,属于晚新生代逆冲断层作用形成的褶皱冲断构造。通过对储层与烃源岩的反复研究表明,逆冲断层作用不仅提升了油气的“聚集空间”、烃源岩的埋藏深度和有机质的热成熟度,而且也增加了未经验证的次级冲断背斜圈闭和其它有效圈闭的数量。

本文针对WS的研究提出了一个构造模型和常规油气区带概念。如果该模型和概念得到验证,即可在探明含油气区带的基础上扩大未探明的大型圈闭区带,从而提高潜在石油储量。

WS是一个褶皱断裂带,2005年的探明油气储量达117亿桶。如下图所示,WS位于San Andreas大断裂和相对稳定的中部凹槽之间,其包括Temblor Range和南部 Diablo Range(图1)。在WS大量探井表明,其发育富有机质的烃源岩(包括Monterey页岩、Tumey页岩和 Kreyenhagen 页岩)以及复杂的构造和地层条件,这为更多常规油气的形成提供了良好的圈闭条件。而一个构造活跃的且富油气系统有利于潜在储藏的形成。

加利福尼亚州San Joaquin盆地发现大型油气圈闭

WS区域复杂的地质条件和困难的地震采集过程导致难以获取其清晰地震图像,但仅依靠此类低质量图像也可找到圈闭,甚至是大型圈闭。多年来,San Joaquin盆地常规构造油气区的勘探一直十分成功,但依据现有的地质资料很难发现其他大型圈闭。同时,最新的构造研究提出了一个与北东向楔形体相关的褶皱冲断带构造模型,可更好地解释WS晚新生代构造几何形态及构造演化特征。

楔形解释模型

地质学家在对WS区等强烈的构造变形区域进行勘探时,常需构造模型和构造图来解释低质量地震数据的反射图并预测油气勘探开发潜力。过去50年间主要应用压扭性断层模型解释WS的大型油气富集褶皱带及其与San Andreas转换断层的关系。同时,压扭断层是由随深度增大而逐渐变陡的斜滑逆断层和平移断层组成的正花状构造,其下盘是有利的勘探区(图2a)。

加利福尼亚州San Joaquin盆地发现大型油气圈闭

基于更加理想的并且建立在地质数据基础上的WS构造模型,加利福尼亚州南部和中部的其他晚新生代挤压变形区属于具有应力分区的转换压扭带。同时,这些构造变形带是由沿San Andreas大断裂分布的纯走滑断层和由San Andreas大断裂纯剪切作用诱导形成的小型褶皱逆冲带组成。褶皱冲断带解释模型使加州油气勘探展现出更为乐观的开采潜力。大规模的逆冲推覆体并没有随深度的增加而逐渐变陡,反而是随深度的增加而更加平缓,这使断层下盘处隐藏了大量的有利次级构造单元。

包括WS在内的大多褶皱逆冲断层带均有一个楔形横剖面,并且向盆地构造稳定区方向逐渐变薄(图2b)。而楔形体一般以逆冲断层作用和褶皱作用向盆地中心演化,该连续变形过程类似于推土机或扫雪机推移物体的过程。

楔形体内逆冲断层的运动方向可能不同,导致容易形成由反冲构造(顶板逆冲断层)和倾向相反的基底逆冲断层组成的构造三角带(图2b)。Antelope Valley逆冲断层位于Diablo Range南端,呈北东走向,是沿楔形体顶部出露良好的反冲断层的地表露头(图3)。根据地质图显示,其它大型逆冲构造均是WS的组成部分,例如Temblor Creek逆冲断层属于Temblor Range,Waltham Canyon断层和Coalinga背斜属于 Diablo Range(图1)。

加利福尼亚州San Joaquin盆地发现大型油气圈闭

1988年首次提出了楔形构造模型,以此研究分析了WS北部的构造演化特征,并解释1983年Coalinga 地震(6.5震级)与其他Coalinga背斜之间的关系(图1)。Coalinga地区的构造三角带是由具较低石油潜力的白垩纪和侏罗纪地层组成的一系列次级逆冲背斜构成。本文将楔形体模型应用于北部的Temblor Range和North Belridge油田之间的 Antelope隆起区(图4)。Antelope隆起的楔形体包含第三纪烃源岩和储层,因而其比Coalinga地区更具勘探前景。

加利福尼亚州San Joaquin盆地发现大型油气圈闭

Antelope隆起构造

从图4可看出,Antelope隆起区域分布着许多浅层油气井并附有地震反射曲线剖面,且古近纪地层出露地表或埋藏较浅(图4)。尽管Antelope隆起具有规模大、构造起伏及不同于其它大型背斜油气藏的特征,但其几何结构和形成机制却很少受到界内质疑。本文描述了一个区域性的横剖面,并应用断坡褶皱理论(例如:断弯褶皱和断展褶皱)和平衡剖面法解释了Antelope隆起和WS(图5)。

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虽然该横剖面的解释结果并不具有唯一性,也未经钻井工艺证实,但其在本质上有着重要的意义,比如可以进行构造恢复以及展示隆起下伏的几何构造特征和未经证实的油气潜力(图5b)。目前,尚无证据表明该走滑断层与位于San Andreas断层东侧的横剖面线相交,该解释结果与沿挤压应力方向的(沿该横剖面线)地层二维恢复结果相符合。该横剖面的恢复程度和断层上下盘中断坪、断坡的匹配度证实了该剖面解释的有效性。该横剖面是由几条二维地震曲线、井身数据和地表地质数据综合解释的结果(图4)。Temblor地层顶部等高线显示了隆起的宽阔的脊部以及北部、东部和南部侧翼。隆起的西翼是一个沿北部Temblor Range区山麓分布的局部向形构造,其核心为Monterey地层。

晚新生代的褶皱隆升和剥蚀作用,导致Antelope隆起区仅发育很薄或缺失新近纪和第四纪地层,且隆起部位位于更早期、更广泛的上升地块。同时,这也说明Antelope Valley半岛从渐新世至中新世早期见证了地层的非沉积作用、剥蚀作用和地层超覆作用。

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地震测线B展示了位于Antelope隆起中呈北东向倾向翼部的地层特征及大量的构造起伏特征。除此之外,区域性构造图表明该褶皱翼属于上地壳大型构造带的一部分;相比于隆起的脊部和坡脚的小断层,其对WS的发展演化更为重要。

同时,地震测线B还显示了中新世末期至上新世和第四纪Tulare地层沉积之前的地层褶皱隆升现象。呈北东走向的褶皱翼的构造变形比第四纪Lost Hills背斜、North Belridge和South Belridge背斜的形成时间早;同时,与形成更早的Antelope隆起相比,其具有不同的几何结构和较小的规模(图4和图5a)。前第四纪构造变形前缘位于褶皱翼底部,处于楔形体尖端上部(图2)。在隆起的北东部缺失了有意义的前第四纪构造变形,导致断坡褶皱和断滑褶皱的发育受到局限。观察横剖面可知,Shale Hill逆冲断层(SHT)上盘发育有断弯褶皱。

地震测线C横穿北部Temblor区域,地表主要出露呈北东走向的白垩纪至中新世地层(图4)。通过地震测线C不难发现,呈北东向倾斜的地层下部发育有大量呈南西走向的地层(图7)。垂直向上倾向的地层突变主要是由南西倾斜的大型挤压断层造成的,如图7所示的Temblor Range逆冲断层(TRT)。其地表和地下条件使TRT浅层形成一个沿Temblor Range山麓分布的局部向形构造。与北东向倾斜的Shale Hill逆冲断层(SHT)一样,Temblor Range逆冲断层(TRT)未能延伸至地表,而与另一反向逆冲断层共同形成一个被Monterey地层掩盖的构造三角带。同时野外实地考察发现,其向形凹槽是由复杂的断裂作用形成的不连续地层构成,位于褶皱两翼之间,也可能是一个位于Temblor Range逆冲断层(TRT)和Shale Hill 逆冲断层(SHT)之间的 “空隙”带,并且与Monterey地层在原始沉积位置相差几英里,而现在呈并列分布状态。

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地震测线E西侧剖面显示,北部Temblor Range浅层发育大量呈北东向走向的地层,而深部发育着大量被Temblor Range逆冲断层(TRT)分隔的南西走向地层(图8)。该测线位于Antelope隆起南部,探测深度较浅,仅达到古近纪地层(图4)。从地震测线E东侧部分可知,其地表及地下浅层主要为经历过褶皱变形与断裂作用的Monterey地层。地震测线E还显示了位于Temblor Range逆冲断层(TRT)和Shale Hill 逆冲断层(SHT)之下的构造三角带以及反向倾斜的大型次级冲断背斜。1946年该区打了一口深度为11000英尺的井眼,其地震测线探测到Temblor地层顶部,并显示存在明显的油气特征。同时,钻井岩心倾向与背斜的北东翼钻井岩心倾向一致。

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烃源岩与储集层特征

关于发育在晚白垩世至中新世的烃源岩和储集层的分布形态即Temblor Range逆冲断层(TRT)和Shale Hill 逆冲断层(SHT)之下的构造三角带地层,现存在两种假设说法:

第一种假设:下盘断块地层与未发生变形的中心凹槽地层具有相同的构造起伏特征。一旦断层发生滑动,下盘断块将沿第四纪Lost Hills逆冲断层发生推移(图5b)。

第二种假设:利用深井数据和走向地震测线绘制出了Cymric油藏的横剖面图(图9及相对应的表格)

加利福尼亚州San Joaquin盆地发现大型油气圈闭

这些地质单元向北倾斜,位于Antelope隆起南缘的侧向斜坡之下,形成了构造三角带。其它地震测线与少数探井表明Antelope隆起之下的三角带和次级逆冲断层区域均由褶皱作用形成了背斜与向斜(图8)。基于构造模型,通过对大量的二维地震测线解释发现,未经验证的次级冲断背斜具有1000~10000英亩的圈闭空间。相比之下,Elk Hills油田作为一个背斜圈闭构造油田,生产区面积约为21170英亩,石油总储量高达13.92亿桶。

加利福尼亚州San Joaquin盆地发现大型油气圈闭

次级逆冲断层区域的发现使WS区油气圈闭能力提高了18%(隆起带下盘的面积约为80000英亩,而WS大型油气田总面积为440000英亩)。

隆起下部富有机质烃源岩埋藏深度的增加以及其从烃源岩至圈闭短距离的运移,使得下盘区块的勘探潜力进一步增大。楔形模型也可应用于WS其它地方。除此之外,考虑到Temblor Ranga和西侧其它区域的反冲断层作用,该方法也可能有利于在San Joaquin盆地WS未经验证的大型圈闭中发现更多的油气潜在区。

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柠檬
石油圈认证作者
毕业于中国石油大学(华东),油气井工程硕士,长期聚焦国内外石油行业前沿技术装备信息,具有数十万字技术文献翻译经验。如需获取更多技术资料,请联系我们。