美国北达科他州沉积盆地石油地质特征研究

一、构造特征

美国北达科他州威利斯顿盆地为近似于圆形的、次级构造较少的盆地。这个地区的地层倾角通常小于0.5°，局部可以达到1.5°。盆地中部的巴肯页岩埋藏深度为9500～11000ft（2895.6～3352.8m）。

整个盆地构造变化较小，主要是位于北达科他州西北部、南北走向的奈森（Nesson）背斜和蒙大拿东部的北西―南东走向的雪松河（Cedar Creek）背斜。此外，还有南北走向的比林斯鼻状构造以及小刀（Little Knife）背斜。

羚羊背斜为北西―南东走向，位于奈森背斜南端，是当地最重要的构造。羚羊背斜东北部地层倾角较大，具有很强的非对称性，这与西南方的雪松河背斜对比鲜明。斯海帕德（Shepard，1990）认为可能是拉腊米造山运动造成地块下降，使得构造的几何形态呈现右旋转动。

二、地层特征

1.岩性特征

威利斯顿盆地是一个大型克拉通内沉积盆地，盆地最初可能起源于克拉通边缘，在科迪勒拉造山作用过程中演化成为一个克拉通内盆地（Gerhard等，1990）。在显生宙（寒武纪到第四纪）的大部分时间都有沉积作用，沉积地层的厚度大约为4880m。在地层剖面上识别出了多个不整合面，但显生宙期间的所有沉积地层可以划分为以下几种沉积类型：古生界主要由旋回性碳酸盐岩组成；而中生界和新生界以硅质碎屑岩为主。在晚泥盆世和密西西比纪初，这个盆地是北美大陆西缘宽阔陆架区域内的活动沉降区。威利斯顿盆地的原型盆地是加拿大泥盆纪埃尔克波因特（Elk Point）拉张盆地。

2.沉积环境

巴肯组中段的沉积模式为海相碳酸盐岩浅滩复合体。巴肯组中段的岩相构成说明其沉积环境为陆架到较浅的前滨环境。碳酸盐岩沉积物（经成岩作用转变为白云石）可能具有外源的性质，也可能是内源的。外源沉积物可能来自盆地南部出露并遭剥蚀的区域（较老地层例如斯里福克斯组的剥蚀产物）。白云石化作用模糊了原生颗粒组构，从而使人们难于就碳酸盐岩的成因给出明确的答案。巴肯组中段丰富的硅质碎屑物质很可能源自威利斯顿盆地以北的区域（Webster，1984）。在盆地的北部，巴肯组中段的含砂量总体上增多。粉砂和极细粒砂可能通过风暴事件中的悬浮水流或者通过风成沉积作用向盆地方向搬运。

三、详细地层划分

（1）巴肯组下段页岩层

下段页岩厚度一般小于40ft（12m），由均匀、无钙、含炭―沥青、易破裂的厚层页岩组成，但有些地区则呈平行致密薄层状、蜡状、质硬、含黄铁矿、具放射性的暗棕―黑色页岩组合。页岩含丰富的有机质（有机碳平均含量12%）且在薄条状纹理中常富含丰富的黄铁矿。

裂缝产状一般行或近垂直于层理面，裂缝表面充填有白色方解石和浸染状黄铁矿。Christopher将这些裂缝解释为挤压式泥裂。在基底滞留沉积中含有黄铁矿化碎屑、化石碎屑、石英砂及粉砂和磷酸盐的颗粒。

（2）巴肯组中段砂岩层

巴肯组中段砂岩层与下伏巴肯组下段页岩层为区域不整合。其底部存在砾石和风化面。而盆地边缘地区，下段页岩超覆于Torguay地层之上。

巴肯组中段砂岩层厚度为0～50ft（15m），主要由含少量页岩和石灰岩的互层状粉砂岩和砂岩组成，其颜色主要是浅灰―中暗灰色，但在某些地区由于饱含油而使颜色模糊不清。该层中的页岩常是粉砂质的，呈绿灰色；石灰岩为砂屑石灰岩透镜体。该层中化石丰富，主要为腕足类，并含有少量痕迹化石。

（3）巴肯组上段页岩层

巴肯组上段页岩以整合形式叠置于巴肯组的中段砂岩上，而位于Lodgepole石灰岩下面。该段厚度一般小于20ft（7m），Webster认为它与其下伏巴肯组中段呈整合接触。上段页岩地层与下段页岩层类似，说明其沉积条件一致。

四、储层特征

1.储层厚度及物性特征

巴肯组高压产区有效厚度为6～l5ft（1.83～4.57m）。孔隙度平均在8%～12%之间，渗透率在0.05mD到0.5mD之间，盆地大部分地层都分布有高压产区。

但也有报道认为，巴肯组的页岩具有双孔隙度系统，在油藏压力条件下，岩石基质孔隙度只有2%～3%（Burrus等，1992），其中微裂缝占十分之一（裂缝孔隙度0.2%～0.3%）（Breit等，1992）。巴肯页岩岩心样本显示，其基质渗透率为0.02～0.05mD，但是并没有说明这些渗透率是水平还是垂向上的（Reisz，1992）。由于微裂缝的出现，巴肯页岩的有效渗透率大约是0.6mD（Breit等，1992）

2.裂缝发育特点

巴肯页岩中构造应力造成的张性裂缝一般为垂向的，并且通常间隔数十厘米，但是这类裂缝的第一手观测资料非常少。比林斯鼻状构造区域的压力恢复试井一般体现不出这类裂缝的影响，因而储层均质性较高。尽管如此，薄片中可见大量水平的、垂直的、倾斜的、部分胶结的微裂缝（Cramer，1986）。与此相似的，通过在埃尔克霍思兰奇油田的水平井模拟实验发现，巴肯页岩包含的微裂缝的间距只有2cm左右（Breit等，1992）。这些微裂缝的开度随着页岩中流体压力的增大而减小。

五、总结

巴肯组储层没有明显的边底水存在，目前投入生产的油藏主要受裂缝发育程度的控制。因此，对于巴肯组储层，只要储集性能好，就可以形成具有工业价值的油气聚集。

据Balcron 44-24 Varia井的压力恢复中途测试（DST）资料可知，巴肯组略显超压，压力梯度为0.53psi/ft（0.02kPa/m）。井底温度平均为115℃左右。采出的石油在15.5℃条件下的比重为42°API（0.82g/cm3），气油比为50×104 ft3 / bbl（1.4×104m3/bbl），在油田西部上倾方向上，气油比增加到7080×104 ft3 / bbl（2.0×104～2.2×104 m3/bbl）。该油田的驱动机理是溶解气驱。

因此，巴肯组油藏属于一种常规油藏和非常规油藏的复合体，其中砂岩段为常规油藏，上页岩段为受裂缝控制的、自生自储的、不含边底水的、超高压非常规油藏。

作者简介：马健（1985-），男，山东东营人，学历：本科，工作单位：胜利油田地质科学研究院，助理工程师，研究方向：油藏工程。