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  地质通报  2018, Vol. 37 Issue (1): 93-99  
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卢进才, 宋博, 牛亚卓, 魏仙样, 魏建设, 许海红. 银额盆地哈日凹陷Y井天然气产层时代厘定及其意义[J]. 地质通报, 2018, 37(1): 93-99.
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Lu J C, Song B, Niu Y Z, Wei X Y, Wei J S, Xu H H. The age constraints on natural gas strata and its geological signficance of Well Y in Hari depression, Yingen-Ejin basin[J]. Geological Bulletin of China, 2018, 37(1): 93-99.
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基金项目

中国地质调查局项目《银额盆地及邻区石炭—二叠系油气远景调查》(编号:121201112096)和《银额盆地及周缘油气基础地质调查》(编号:121201152201)

作者简介

卢进才(1961-), 男, 本科, 教授级高级工程师, 从事石油天然气勘探与开发研究。E-mail:shiyou2002@163.com

文章历史

收稿日期: 2017-07-20
修订日期: 2017-09-20
银额盆地哈日凹陷Y井天然气产层时代厘定及其意义
卢进才 , 宋博 , 牛亚卓 , 魏仙样 , 魏建设 , 许海红     
中国地质调查局西安地质调查中心, 陕西 西安 710054
摘要: 银额盆地哈日凹陷Y井钻遇多层天然气显示层,并对井深2946.0~2951.0m井段射孔压裂,获天然气9.15×104m3/d(无阻流量)。对浅层天然气显示层确定为白垩系银根组无异议,但获得工业气流的产层时代归属尚存争议。通过镜质体反射率(Ro)随深度的变化规律的研究,以及利用钻井岩心实验分析获得泥岩地球化学特征对沉积物源区沉积环境的判别,约束了二叠系与白垩系巴音戈壁组的不整合界面位于第9次取心(岩心底深2593.80m)与第10次取心(岩心顶深2909.60m)之间;地球物理测井自然伽马、电阻率等曲线在2792.0m出现突变,确定二叠系与白垩系巴音戈壁组的不整合界面为2792.0m。明确了Y井天然气产层为二叠系,指示了二叠系良好的油气资源前景,区内今后油气勘探应以二叠系为主要目的层。
关键词: 哈日凹陷    银额盆地    天然气产层    不整合界面    二叠系    白垩系    
The age constraints on natural gas strata and its geological signficance of Well Y in Hari depression, Yingen-Ejin basin
LU Jincai, SONG Bo, NIU Yazhuo, WEI Xianyang, WEI Jianshe, XU Haihong     
Xi'an Geological Survey Center, China Geological Survey, Xi'an 710054, Shaanxi, China
Abstract: Well Y intersects several natural gas strata in Hari depression, Yingen-Ejin basin. It is characterized by open flow capacity of 91500m3 natural gas per day after hydra perforating and fracturing between 2946.5m and 2951.0m. This paper has no suspect on the oil source of the superficial zone of this well, which came from the Cretaceous Yin'gen Formation. Additionally, there exists controversy on the stratigraphic age of the industrial gas flow. Based on the Roversus depth correlation and geochemical characteristics discrimination of well mudstones, the unconformity between the Permian and the Cretaceous Bayin'gebi Formation was identified in the depth between 2593.80m and 2909.60m. Meanwhile, the gamma ray and specific resistance curve of the geophysical log revealed obvious changes at the 2792.0m of the tenth coring. Moreover, this research confirms that 2792.0m is the unconformity between the Permian and Cretaceous Bayin'gebi Formation. Particularly, it means that the natural gas derived from Permian has good hydrocarbon prospects. The oil-gas exploration in future should mainly focus on the Permian strata.
Key words: Hari depression    Yingen-Ejin basin    natural gas reservoir    unconformity interface    Permian    Cretaceous    

银额盆地哈日凹陷油气勘探程度极低,20世纪90年代,中石油新区事业部以中生界为目的层施钻了2口探井,并于白垩系钻遇不同程度的油气显示[1]

近年来,随着银额盆地石炭纪—二叠纪盆地形成演化研究与油气地质条件评价不断取得新的认识[2-5],企业加大了银额盆地油气勘探力度,在以中生界为主要目的层的同时,兼顾了石炭系—二叠系的油气地质研究与勘探。近期,石油企业在哈日凹陷施钻的第一口参数井于井深2925.0~3040.0m井段钻遇良好的天然气显示,对2946.0~2951.0m井段试气获9.15×104m3/d(无阻流量)的高产天然气[6],Y井既是哈日凹陷的第一口工业气井,也是银额盆地的第一口高产工业气井。

本文对Y井的白垩系巴音戈壁组顶界及以上地层划分无异议。由于区内钻井少,而且取心有限,未获得白垩系巴音戈壁组与二叠系分层界线的岩心资料,同时缺乏具有时代意义的古生物资料,故巴音戈壁组与二叠系界线的划分尚存争议。石油企业将白垩系巴音戈壁组与上古生界二叠系界线划为3112.0m,认为天然气产层为白垩系巴音戈壁组,但按照该划分方案,在镜煤反射率(Ro)与深度关系图上,Ro在巴音戈壁组内部出现拐点。Ro作为热演化史研究的传统指标,随深度变化的拐点作为剥蚀面在剥蚀厚度恢复中被广泛应用[6-7],因此,有学者对地层划分提出了质疑,并提出了不同的划分方案[8]。由于地层划分标准不统一,影响了对该井天然气产层时代归属的认识,或认为天然气产气层为白垩系巴音戈壁组,或为二叠系[9]。因而,影响了对区内油气地质条件与资源前景的认识,以及对油气勘探主要目的层的确定。

本文通过银额盆地哈日凹陷Y井Ro随深度的变化特征、重点取心层段泥岩岩石地球化学特征,以及地球物理测井主要曲线特征的研究,探讨中生界白垩系巴音戈壁组与上古生界二叠系的分层界线,从而明确天然气产层的时代归属,为区内油气地质条件与资源前景评价,以及勘探部署提供依据。

1 地质概况

银额盆地是上古生代与中生代的叠合盆地,哈日凹陷位于银额盆地中北部,中生代所属构造单元为苏宏图坳陷的一个次级构造单元(凹陷),呈北东—南西向展布;晚古生代石炭纪—二叠纪跨黑鹰山-额济纳旗坳陷、马鬃山-切刀中间隆起带、红柳园-巴丹吉林坳陷等构造单元。

Y井位于内蒙古自治区西部阿拉善右旗塔木素布拉格镇北部的恩格尔乌苏与马拉盖哈达之间(图 1),中生代构造位置位于银额盆地苏宏图坳陷哈日凹陷中部。哈日凹陷周缘出露的二叠系埋汗哈达组暗色泥岩发育,有机质丰度中等-高、干酪根类型以Ⅱ型为主,不乏良好的烃源岩[11],烃源岩演化进入成熟-高成熟阶段。钻井揭示的中生界以湖相沉积为主,巴音戈壁组和银根组发育暗色泥岩,尤其是银根组,暗色泥岩厚度巨大、有机质丰度高、干酪根类型为Ⅰ~Ⅱ型,烃源岩演化程度处于低成熟-未成熟阶段,以产生物气为主。

图 1 Y井井位及区域地质略图[10] Fig.1 The location of Well Y and regional geological sketch map 1—新生界;2—中生界;3—上古生界;4—下古生界;5—古生界;6—中元古界;7—古中元古界;8—古元古界;9—元古宇;10—新太古界-元古宇;11—新太古界;12—超基性岩;13—火山岩;14—地名;15—工业气井
2 钻遇地层及油气显示 2.1 钻遇地层

Y井完钻井深3735m,钻遇地层自上而下为:新生界第四系、上白垩统乌兰组、下白垩统银根组、苏宏图组和巴音戈壁组,上古生界二叠系(未穿)。

(1)第四系:井深0~10.0m,厚10.0m,岩性为棕黄色砂砾层,未成岩。

(2)上白垩统乌兰苏海组(K2w):井深10.0~342.0m,厚332.0m。岩性为棕色、棕红色灰质泥岩、砂质泥岩、灰色灰质泥岩、泥岩、粉砂质泥岩,棕红色-棕黄色砂砾岩、灰色砂砾岩。

(3)下白垩统银根组(K1y):井深342.0~960.0m,厚618.0m。岩性为灰色-深灰色灰质泥岩,白云质泥岩,夹薄层泥灰岩,含丰富的有机质,为良好的烃源岩。但由于烃源岩埋藏浅,演化程度处于低成熟-未成熟阶段,以产生物气为主。

(4)下白垩统苏宏图组(K1s):960.0~1906.0m,厚946.0m。按岩性组合分为上、下2段。上段(苏二段)为灰色-深灰色灰质泥岩、泥岩,夹凝灰质泥岩;下段(苏一段)为褐色-褐灰色玄武岩、灰色安山岩、灰绿色凝灰岩、褐灰色泥岩、灰色泥岩、凝灰质泥岩、凝灰质细砂岩、凝灰质粉砂岩。

(5)下白垩统巴音戈壁组(K1b):1906.0~ 2792.0m,厚886.0m。岩性组合为灰色-深灰色灰质泥岩、云质泥岩、泥岩,以及灰色细砂岩、含砾中砂岩、砂砾岩、砾岩。

(6)上古生界二叠系:井深2792.0~3735.0m,厚943.0m(未穿)。按岩性组合可分为上、下2段。上段为深灰色、灰色泥岩、凝灰质泥岩,灰色砂岩、泥质砂岩、凝灰质细砂岩,夹含砾砂岩;下段为安山岩、玄武岩、凝灰岩、凝灰质泥岩、凝灰质砾岩,以及棕褐色泥岩、砂砾岩、含砾砂岩。

2.2 钻遇油气层及气层测试成果

Y井于白垩系银根组和二叠系钻遇良好气显示,对二叠系进行气层测试,获天然气9.15×104m3/d(无阻流量),产少量凝析油。

(1)银根组油气显示

银根组钻遇气(页岩气)显示层5层,累计厚度404.0m,岩性主要为云质泥岩。气测录井全烃异常值为5.648%~13.504%,异常强度为2.44~6.89,重烃异常值为0.041%~4.04%,异常强度为1.71~8.36,重烃异常随深度的增加而增大,主要受烃源岩演化程度的影响。

(2)二叠系油气显示

二叠系钻遇气显示层6层,累计厚度115.0m,岩性为泥质砂岩、细砂岩。气测录井全烃异常值1.390%~13.302%,异常强度为1.55~187.61,重烃异常值为0.056%~0.874%,异常强度为3.34~8.0,无荧光显示。

对2946.0~2951.0m井段进行射孔压裂,经20d排液,压力、产量达到稳定后,采用5mm孔板求产,油层静压29.628Mpa,日产气11880m3/d,折合无阻流量915000m3/d。天然气地球化学特征指示为油型凝析油伴生气[9]

3 白垩系与二叠系界线的确定 3.1 镜煤反射率对分层界线的约束

正常情况下,Ro随深度变化是连续渐变的,Ro的突变代表了地层的缺失(不整合界面的存在)[12],或岩浆的热接触作用,或断层等的影响。

在Y井Ro与深度关系图中(图 2),第9次取心(2591.00~2593.80m井段)与第10次取心(2909.60~ 2913.67m井段)之间,Ro随深度变化出现突变(拐点),依据过Y井的地震资料及钻井资料,排除了断层及岩浆热接触作用的影响,认为其间存在一个不整合面。结合区域地层分析,该不整合界面为白垩系巴音戈壁组与二叠系的界面,即约束了白垩系巴音戈壁组与二叠系界线为2593.80~2909.60m井段之间。

图 2 Y井Ro随深度变化 Fig.2 Correlation of Ro versus depth of Well Y
3.2 岩石地球化学特征及物源分析

碎屑岩岩石地球化学特征主要受沉积物源与沉积环境的控制,岩性相同的岩石地层,稀土元素和微量元素的变化主要反映了沉积物源的变化,沉积物源的突变通常代表地层不整合面的存在或地层的缺失。因此,碎屑岩地球化学特征在沉积物源判别与地层划分对比中被广泛应用[13-14]

本次研究对Ro约束的二叠系与白垩系巴音戈壁组界线上、下获得的钻井岩心,分别采集了泥岩样品进行岩石地球化学分析,其中,第9次取心采集了1件样品,采样深度为2592.88m,岩性为含白云质含粉砂质泥岩,样品号为HC-32;第10次取心采集了4件样品,采样井段为2909.60~ 2912.95m,岩性亦为含白云质含粉砂质泥岩,样品号为HC-33~HC-36。2次取心岩性相同,故沉积环境对岩石地球化学特征影响不大,可以进行沉积物源对比。

3.2.1 稀土元素特征与物源分析

根据稀土元素分析结果,5件样品稀土元素球粒陨石标准化配分模式基本一致,均具有Eu亏损的特点(图 3)。但第10次取心的4件样品的稀土元素总量(∑REE)显著低于第9次取心的∑REE(表 1),第10次取心的∑REE为109.2×10-6~129.7×10-6,平均为116.8×10-6;第9次取心的∑REE为159.4×10-6,2次取心的稀土元素含量存在显著差异,指示了二者沉积物源的突变,表明期间存在沉积间断(或不整合),二者为不同时代的地层。

图 3 Y井泥岩稀土元素配分模式[15] Fig.3 Chondrite-normalized REE patterns for mudstones of Well Y
表 1 Y井泥岩稀土和微量元素分析结果 Table 1 REE and trace elements data of mudstones from Well Y

结合区域地层分布,认为不整合面之下为二叠系(未分组),不整合面之上为白垩系巴音戈壁组。因此,认为白垩系巴音戈壁组与二叠系界线在2593.80~2909.60m井段之间,与Ro对地层界线的约束吻合。

3.2.2 微量元素特征与沉积物源分析

相对于主量元素,不活动的微量元素,如La、Th、Sc、Zr等,在经历初始的风化搬运作用后,仍可以很好地指示沉积岩构造环境[16]。微量元素分析结果表明(表 1),第10次取心样品的微量元素Pb、Ni、Zr等显著高于第9次取心样品,而第10次取心样品的Y、Rb、Mo、V、Th等元素显著低于第9次取心样品,指示了二者沉积物源存在显著差异。

由沉积物源区微量元素构造环境判别图(图 4)可见,第10次取心的样品点在Zr-Th、La-Th-Sc构造环境判别图(图 4-ab)上,均落入大陆岛弧环境,在Th-Co-Zr/10构造环境判别图(图 4-c)上,落入大陆岛弧与大洋岛弧环境的过渡带。结合区域地层分布,认为第10次取心样品的地层时代为二叠纪(未细分),与其沉积物源主要为下古生界及物源区构造环境为岛弧环境吻合。

图 4 沉积物源区构造环境判别图[15] Fig.4 Tectonic setting discrimination diagrams with trace elements of sedimentary provenance A—大洋岛湖;B—大陆岛湖;C—活动陆缘;D—被动陆源

第9次取心的样品点在Th-Zr判别图(图 4-a)上落入活动陆缘环境,在La-Th-Sc和Th-Co-Zr/ 10判别图(图 4-bc)上落入大陆岛弧环境与活动陆缘环境的过渡带。结合区域地层分布,认为第9次取心样品的地层时代为早白垩世,对应的岩石地层单元为巴音戈壁组。沉积物源区环境判别指示其沉积物源复杂,既有早古生代岛弧环境的沉积物源,也有晚古生代石炭纪—二叠纪板内裂谷环境的沉积物源,与区域地质背景吻合。

3.3 白垩系与二叠系测井响应

地球物理测井曲线特征是地层岩石骨架、孔隙与孔隙中的流体等特征的综合反映,测井曲线的拐点在一定程度上代表了岩性或岩石学特征的变化。因此,测井曲线在层序地层界面的确定与地层划分对比中被广泛应用。

不同测井曲线对岩石学特征的响应不同,自然伽马曲线是地层放射性元素原子核衰变释放出的γ射线强度的反映[17-18],其强度与地层中40K、232TU、238U的含量有关。高伽马特征一方面代表了沉积物源区具有高放射性物质,另一方面反映沉积时的古气候为较潮湿环境,有利于放射性物质的保存。

通过Y井自然伽马曲线分析,并比较泥岩层段的伽马曲线变化,井深2792m可以作为显著的分层界线(图 5),即分层界线上、下泥岩层段自然伽马曲线特征具有显著差异。界线之上泥岩层段自然伽马值较界线之下高许多,代表沉积物源存在明显差异,与碎屑岩地球化学特征的变化吻合。

图 5 Y井测井曲线特征及其分层 Fig.5 The well log characteristics and stratified data of Well Y

电阻率受岩石骨架电阻和孔隙流体电阻双重因素的影响,电阻率的突变通常作为确定地层分层界线的依据之一。Y井井深2792m处电阻率出现显著拐点,代表其上、下岩性(或岩石学特征)、孔隙及孔隙中的流体性质的变化,将其作为地层分层界线与自然伽马曲线确定的界线吻合。

因此,综合地球物理测井资料,将井深2792m处作为二叠系与白垩系巴音戈壁组的分层界面。

4 结论

(1)Y井Ro随深度的变化在第9次取心和第10次取心之间出现突变点,指示期间存在地层缺失。结合区域地层分布,约束了二叠系与白垩系巴音戈壁组的分层界面在第9次取心(岩心底深2593.80m)与第10次取心(岩心顶深2909.60m)之间。

(2)泥岩微量元素地球化学特征表明,第10次取心样品指示物源区沉积环境为岛弧环境,与早古生代构造环境吻合,认为地层时代为二叠纪,沉积物源为下古生界;第9次取心样品指示可能具有双重物源区特征,既有早古生代岛弧环境的沉积物源,也有石炭纪—二叠纪活动陆缘环境的沉积物源,地层时代为早白垩世早期巴音戈壁期。

(3)自然伽马测井曲线在2792m处存在显著拐点,指示其上、下地层中放射性元素40K、232TU、238U的含量存在显著差异,代表 2792m界线上、下沉积物源的突变,确定二叠系与白垩系巴音戈壁组的界面在2792m处。

(4)依据Y井地层划分,明确了获得高产工业气流的产层时代为二叠纪,与区内二叠系发育良好烃源岩,且烃源岩演化进入成熟-高成熟阶段的认识吻合,区内今后的油气勘探应以二叠系为主要目的层。

致谢: 陕西省延长石油(集团)有限责任公司勘探公司银额指挥部为样品采集提供了方便,中国地质调查局西安地质调查中心实验测试中心进行了样品分析,在此一并表示衷心的感谢。

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