新西兰Taranaki盆地Maui气田构造建模

新西兰Taranaki盆地Maui气田构造建模
AKM Eahsanul Haque;AMINULIslam;MOHAMEDRagabShalaby
【摘要】利用三维地震和测井资料对Maui气田晚白垩世—上新世的沉积层序建立构造模型,结合地质统计学方法预测Taranaki盆地的构造力学特征.通过构造模型识别出受断裂影响的3期构造运动:晚白垩世—古新世裂谷期、晚始新世—中新世挤压性断裂期、上新世—更新世构造分化期(Maui气田南部挤压性断裂、Maui 气田北部正断层活动).各期构造运动形成不同的构造样式,早渐新世以前具有轻微走滑特征的正断层较发育,断层倾角大(40°～70°),北部地层倾角(10°～15°)低于南部(15°～20°);中渐新世—晚中新世发育低角度逆断层(20°～40°),表明这一时期构造整体受到挤压性应力作用;中渐新世—上新世地层出现构造反转,表明这一时期构造应力为先挤压后拉张.
【期刊名称】《石油勘探与开发》
【年(卷),期】2016(043)006
【总页数】10页(P883-892)
【关键词】Taranaki盆地;Maui气田;三维地震;断层格架;伸展构造;反转构造;变差函数分析;构造建模
【作者】AKM Eahsanul Haque;AMINULIslam;MOHAMEDRagabShalaby 【作者单位】University of Brunei Darussalam, Brunei Darussalam;University of Brunei Darussalam, Brunei Darussalam;University of Brunei Darussalam, Brunei Darussalam
【正文语种】中文
【中图分类】TE122.2
Taranaki盆地是新西兰西海岸最大的白垩纪—新生代沉积盆地，面积达
1×105km2。

盆地主体位于近海大陆架[1-2]。

晚白垩世—古新世盆地构造演化受
澳大利亚—太平洋板块边界运动的影响，构造要素主要包括裂谷转换、台地沉降、被动陆缘、俯冲、会聚转换、火山弧、褶皱冲断、弧后裂谷。

盆地分为西部稳定地台（WSP）和东部活动带（EMB）两大构造单元（见图1），西部稳定地台自白
垩纪至今相对稳定，未经历大规模的构造运动[3]，白垩纪—新生代为一个沉积旋回。

盆地晚白垩世同生裂谷期沉积形成Pakawau群，覆盖于基底之上，并与基底呈不整合接触。

古新统—始新统沉积形成Kapuni群和Moa群，其中Kapuni群
以陆相沉积为主，局部发育边缘海海相沉积，包含Farewell组、Kaimiro组、Mangahewa组3套储集层（见图2）；Moa群为海相沉积，由Turi组陆架/斜
坡相泥岩构成。

渐新统—中新统沉积形成Ngatoro群，由海相碳酸盐岩构成。

中新统沉积形成的Waiti群为海退序列，顶部见Manganui组、Urenui组和Mohakatino组陆架—盆底泥岩[4]。

上新统—更新统沉积形成的Rotokare群以
砂岩为主，包含Mangaa组、Giant Foresets组、Matemateaonga组。

Maui气田是新西兰最大的凝析气田，位于南Taranaki盆地东部活动带，面积约150 km2。

气田处于西部Whitiki断层和东部Cape Egmont断层所控制的低缓背斜构造上[5-7]，分为A区和B区，主要产气层为Kapuni群的Mangahewa组、Kaimiro组和Farewell组[8-9]。

关于Taranaki盆地区域构造和形成机制的相关文献较多[10-19]，但是针对Maui 气田的精细构造解释及三维构造建模工作尚属空白。

本文利用构造建模对Maui气田的储集层和断层进行精细刻画，为气田的进一步挖潜奠定基础。

2.1 数据和软件
体积建模算法（VBM）是构建隐式构造模型最有效的方法之一[20]。

利用时间域
叠加地震数据体及井斜和测井数据，使用斯伦贝谢公司的Petrel软件建立高精度
构造模型。

研究区三维地震覆盖区域面积为1 500 km2，依托时间域的三维地震
资料绘制储集层与非储集层顶面构造图，重点研究从Turi组泥岩（盖层）到Farewell组的储集层段，解释关键层位12个，沿关键层位解释断层68条（见图3）。

2.2 构造建模流程
依照地震解释结果，应用VBM算法生成Maui气田格架模型和几何模型，主要包含2个步骤：①利用三维地震数据体得到层位和断层的解释成果，并把断层分为
主要和次要两大类。

利用地震解释结果建立层位模型，通过层位与断层的合理连接来闭合整个模型。

②应用三维构造栅格来构建阶梯状的断层以降低模型中三维节点附近的“边缘扭曲”。

遵循叠加原则和截切关系在断层格架模型中建立三维柱体，最终得到层位和断层约束的体积模型。

Taranaki盆地经历多期变形作用，期间伴随断层活动，出现明显的断层反转。

盆
地构造发育的主要阶段为晚白垩世—古新世断控裂谷转换期、始新世—早渐新世
被动收缩边缘期、渐新世延续至今的主动边缘期[21]。

针对Maui构造识别出3期断层作用：晚白垩世—古新世裂谷期、晚始新世—中新世挤压性断裂期、上新世—更新世构造分化期（Maui气田南部挤压性断裂、Maui气田北部正断层活动）。

鉴于Maui构造特征和复杂性，从构造模型截取2条剖面，以确保走向的一致性，用于解决断层-层位交叉和切割关系的构造细节问题。

AA＇剖面位于气田最北部，周围未钻井。

剖面可见复杂的构造样式，从Farewell 组到Mangahewa组见正断层活动，少量基底卷入断层并向上延伸至Moki组，
表现出“下正上逆”的构造反转特征。

地层倾向以东西向为主，倾角10°～15°。

老层序中可见以地堑和半地堑为边界的断块（见图4），集中分布在Kaimiro组到Turi组。

解释认为Turi组泥岩是全气田范围内分布的一套区域性盖层。

正断层倾向以北东—南西向为主，少数为北西—南东向。

反转期形成的断层延伸方向与早期正断层走向近似平行，说明挤压方向大致平行于伸展方向。

切入基底的晚期正断层可能是早期基底卷入断层重新活动的结果。

鉴于从Farewell组到Mangahewa组均为产层，推断该层系的正断层具备封堵性。

BB＇剖面位于气田最南部，过Maui-7井（见图5），与AA＇剖面最显著的区别表现在构造机制上。

地震解释认为气田东部和中部可能存在区域逆断层，南部总体以褶皱作用为主（见图6）。

距今15～7 Ma期间沉积的地层与Moki组呈厚度变薄的不整合接触，为倾向向西的单斜构造，倾角15°～20°，相比气田中部和北部较陡。

通过建立二维构造恢复模型进一步落实Maui气田构造特征（见图7）。

模型显示岩石圈板块存在拉张和减薄现象，很可能是Maui构造早期拉张变形的诱发机制，进而引发构造中北部后期广泛的正断层活动[22]。

North Cape组是迄今为止发现最老的沉积地层，在海侵沉积体系控制下，该组上部沉积Farewell组和Kaimiro 组。

随着地壳进一步拉张，Maui构造北部发育大量正断层，而南部受正断层作用影响较小，因此发育大量以垒堑为界的断块构造。

至早渐新世，正断层相对密集，伴随轻微走滑，断层倾角大。

海侵一直持续至晚渐新世，在Turi组上部沉积最年轻的储集岩Mangahewa组。

构造模型揭示Maui气田在渐新世—晚中新世形成挤压构造，挤压构造特征在气田南部表现得尤为明显。

恢复模型表明Moki组顶部存在区域不整合，大约形成于7 Ma前。

海退期始于早中新世，这一时期沉积了Manganui组至上新统。

中渐新世—上新世时期，晚期沉积经历了先挤压再拉张的过程，有可能出现构造反转，但在恢复模型中未找到明显证据。

基底卷入断层向上切割了所有的主要沉积单元，
说明中新世—早上新世逆断块受到了晚期正断层作用影响[23]。

受周边板块边界构造机制影响，Maui构造北部断层比南部发育。

地震资料显示Mangahewa组断块内部变形作用明显。

沉积层序中发育铲式断层，部分铲式断层诱发滚动背斜并导致断块发生位移（见图8）。

同拉张沉积层的厚度随滚动背斜倾角的增大而增大。

受Maui构造拉张机制影响，在主干正断层上盘发育滚动背斜、下盘发育次生同向或反向断层[24]。

Maui构造北部地层倾角10°～15°，南部地层倾角15°～20°（见表1）。

老断层表现为拉张错动，新断层则出现逆向错动和反转现象。

若不考虑断层的形成年代，Maui构造断层特征为北东—南西走向、倾角以40°～70°为主、方位角30°～40°、断距大致在400～6 000 m（见图9、表2），多为由先期正断层变形形成的年轻（渐新世以后）逆断层。

不同地层发育的断层走向相似，但数量存在较大差异，在晚白垩世与早上新世地层界面上表现尤为明显。

对比发现，Kaimiro组和Tikorangi组断层相对富集且为拉张错动，切割Manganui 组至Moki组的早期正断层在晚期层序中发生反转变为数量逐渐减少的逆断层。

基底卷入断层以正断层为主，在后期（古近纪晚期—新近纪中期）有可能导致早期断块重新活动，因此认定为生长断层[25]。

为描述断层的空间规模[26]，针对Maui气田12个地震解释层位拾取所有断层，并在特定层位对断层长度和最大垂直断距进行分析[27-28]。

定义断层与层位切割点之间的长度为断层长度，除最上方层位（区域不整合面，2 Ma）外，其他层位均有断层切割，断层长度集中在1 000～4 000 m（见图10）。

断层走向主要为170°～220°和350°～360°（见图11），且以前者为主。

断距为0.1～100 m，以1～30 m断距为主（见图12）。

选择上白垩统—上新统4个有代表性的地层（Pakawau、Kapuni、Ngatoro、Waiti）开展断层变差函数分析[29]，明确Maui气田断层格架机制。

分析表明早
期沉积的Rakopi组和Mangahewa组基台值和块金值应高于晚期沉积的Tikorangi组和区域不整合。

此外断层越长，变差函数的变程越长，因此新断层的值域大于老断层，从地质统计学角度证实了新断层逆向错动而老断层正向错动的特征。

最大断距与断层长度交会图表明（见图13），对于切割两套早期地层Pakawau群和Kapuni群的断层而言，断距越大，长度与断距的相关性越高；对
于切割两套晚期地层Ngatoro群和Waiti群的断层而言，断距越小，长度与断距
的相关性越高；结合地震揭示的拉张特征判断，这可能是拉张-反转混合机制作用
的结果。

图14揭示断层分布具有倾角和倾向一致性较好的特征，多为由先期正断层变形形成的年轻（渐新世以后）逆断层，断层基本为东倾（占55%）和西倾（占45%）2种倾向。

晚白垩世—古新世—中始新世期间，Maui气田处于拉张构造背景下，在区域构造的特定环境下沉积了3套主力储集层（Farewell组、Kaimiro组、Mangahewa 组），以此为目标对构造模型进行针对性测试，最终输出成果符合Taranaki盆地区域构造形成机制。

气田绝大多数井钻遇的Farewell组为滨海相砂岩沉积，这套
地层是最早形成的储集层（见图15）。

裂谷晚期Farewell组沉积在一定程度上受限于Kaimiro组底部不整合面，对于该不整合面的形成，尽管有观点认为始新世隆起作用是造成其向盆地移动的影响因素，但本研究认为是区域准平原化的产物。

Kaimiro组沉积于海侵体系域[30]，构造模型考虑了地层断块的进一步正向错动。

形成较晚的Mangahewa组为边缘海相沉积，底部以河道充填和潮道砂岩为主，顶部海相沉积比例逐渐增大，过渡至区域盖层Turi组。

Mangahewa组砂体形成于叠置高位体系域[30]，模型显示沉积后主
要受正断层削截作用影响，砂体空间分布与内部及外部断层的形成有直接关联。

Maui气田储集层发育符合拉张作用为主的区域动力学特性，后期存在逆断层活动和反转现象。

根据变形断块处最大断距与层位的角度关系判断储集层存在顺倾向滑
动机制。

模型证实存在倾角较陡的正向断块，地堑—半地堑填充层序受限于断块的生长动力。

根据钻井资料估算Maui构造气层厚度为250～450 m。

Mangahewa组与Kaimiro组具有统一的气水界面-3 100 m（垂深）（见图16、17），可以将气水界面模型与构造模型的断层格架相结合。

埋藏最深的Farewell组（见图18）目前尚未钻遇地层水，参考浅部储集层的气油界面估算为-3 230 m（垂深）。

综上分析认为储集层位于一个宽缓背斜、圈闭条件良好的构造圈闭上。

通过三维构造建模研究认识到Maui气田主要由拉张构造和反转构造构成，地层向气田边缘逐渐减薄。

断层的数量与长度呈正相关关系。

从基底延伸至Mangahewa组的早期正断层走向为北东—南西、倾角较陡（40°～70°）。

Manganui组至中新统地层见少量倾角较缓（20°～30°）的逆断层。

气田南部较新的层系内出现逆断层反转成正断层的现象。

气田北部受扩张构造作用影响，较新的层系内仍然可见会聚机制的迹象。

地堑、半地堑等拉张构造是影响储集层砂体分布的重要断块，上盘断层泥可能提供了良好的封堵条件。

利用气水界面模型对三维构造模型进行校正，并对下一步的钻探靶区进行预测。

本次研究证实了三维构造建模对于断层格架识别的重要性。

致谢：本研究受文莱达鲁萨兰大学研究生科研奖学金（GRS-2015）资助并受到文莱达鲁萨兰国政府支持。

作者感谢新西兰商业创新和就业部（MBIE）慷慨提供基础数据。

感谢文莱达鲁萨兰大学物理和地质学系提供工作室和设备，感谢Phua Eng Siong提供的后勤支持。

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