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物探与化探, 2021, 45(6): 1606-1616 doi: 10.11720/wtyht.2021.0274

《重、磁方法理论及应用研究》专栏

特立尼达盆地重力场特征及油气远景

邢锦程,1,2, 袁炳强1,2, 张春灌1,2, 冯旭亮1,2, 段瑞锋1,2, 薛健1,2, 贾洪杨1,2, 李想1,2

1.西安石油大学 地球科学与工程学院,陕西 西安 710065

2.陕西省油气成藏地质学重点实验室,陕西 西安 710065

Gravity characteristics and hydrocarbon prospect of Trinidad Basin

XING Jin-Cheng,1,2, YUAN Bing-Qiang1,2, ZHANG Chun-Guan1,2, FENG Xu-Liang1,2, DUAN Rui-Feng1,2, XUE Jian1,2, JIA Hong-Yang1,2, LI Xiang1,2

1. College of Geosciences and Engineering, Xi’an Shiyou University, Xi’an 710065,China

2. ShaanXi Key Lab of Petroleum Accumulation Geology, Xi’an 710065,China

责任编辑: 王萌

收稿日期: 2021-02-13   修回日期: 2021-05-19  

基金资助: 西安石油大学创新基金项目.  YCS20112012
中海石油(中国)有限公司项目“委内瑞拉北部近海地区微型重力资料及航磁资料处理与解释”.  J2010CLKTFN002

Received: 2021-02-13   Revised: 2021-05-19  

作者简介 About authors

邢锦程(1991-),男,硕士研究生,主要从事地球物理研究工作。Email: xingjincheng0808@sina.com

摘要

特立尼达盆地位于南美洲委内瑞拉北部,加勒比海南缘,该盆地具有良好的油气资源前景。前人对盆地的构造演化、沉积特征等进行了研究,研究范围主要集中在盆地东南部海域。目前尚缺乏对整个盆地构造特征的研究,为了系统研究盆地的断裂分布和基底特征,预测盆地内油气远景区,为盆地进一步勘探工作提供依据,本文利用GETECH公司提供的船测和卫星重力资料,分析研究了该盆地的重力场特征,推断了盆地的断裂构造体系;利用相关分析及Parker法计算了盆地基底深度,并对盆地进行了构造单元划分及油气勘探远景区预测。研究结果表明,特立尼达盆地构造复杂,主要发育NE向和NW向2组断裂,NE向主要断裂控制着盆地的范围和盆地内地层的发育。盆地基底起伏较大,盆地内可以划分为东部次盆、北部次盆、中部隆起带、西部次盆和西北部凸起5个次级构造单元。盆地内东部次盆、北部次盆和西部次盆均为有利油气勘探区。

关键词： 重力异常 ; 断裂构造 ; 基底特征 ; 油气远景 ; 特立尼达盆地

Abstract

Trinidad Basin, which is located in the northern part of Venezuela in South America and the southern margin of the Caribbean Sea has a good prospect for oil and gas resources. The formers have studied the tectonic evolution, sedimentary characteristics of the basin, the work was mainly focused on the southeastern basin, there is lack of research on the characteristics of the structure of the entire basin. In order to study systematically the distribution of faults and basement characteristics of the basin, predict the prospective areas of hydrocarbon, and provide a basis for further hydrocarbon exploration and development in the basin. This paper uses ship log gravity data and satellite gravity data provided by GETECH to analyze and study the characteristics of the gravity field of the basin, infer the fault structure system of the basin. With the constraints of the three existing seismic profiles, the three gravity profiles with the same position as the above seismic profiles were fitted, the basement depth of the basin is calculated combined with correlation analysis and Parker, the structural units and favorable hydrocarbon exploration areas of the basin are predicted. The results show that the structure of Trinidad basin is complex, there are mainly two groups of faults in NE direction and NW direction, the NE-oriented main faults control the scope of the basin and the development of stratum in the basin. The basement of the basin is undulating and can be divided into six structural units: the eastern subbasin, the northern subbasin, the central uplift belt, the central nappe belt, the western subbasin and the western uplift. The eastern sub-basin, the north sub-basin and the western sub-basin are favorable areas for hydrocarbon exploration.

Keywords： gravity anomaly ; fault structure ; basement characteristics ; hydrocarbon prospect ; Trinidad Basin

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本文引用格式

邢锦程, 袁炳强, 张春灌, 冯旭亮, 段瑞锋, 薛健, 贾洪杨, 李想. 特立尼达盆地重力场特征及油气远景. 物探与化探[J], 2021, 45(6): 1606-1616 doi:10.11720/wtyht.2021.0274

XING Jin-Cheng, YUAN Bing-Qiang, ZHANG Chun-Guan, FENG Xu-Liang, DUAN Rui-Feng, XUE Jian, JIA Hong-Yang, LI Xiang. Gravity characteristics and hydrocarbon prospect of Trinidad Basin. Geophysical and Geochemical Exploration[J], 2021, 45(6): 1606-1616 doi:10.11720/wtyht.2021.0274

0 引言

特立尼达盆地位于南美洲委内瑞拉北部,包括特立尼达岛和其近海地区,为一被动大陆边缘盆地。盆地油气资源前景良好,在盆地东南部已发现油气田131个,探明最终可采油气储量为137.32亿桶油当量,其中石油40.93亿桶,凝析油6.03亿桶,天然气54.215 TCF。油气资源结构以气为主。特立尼达盆地油气勘探历史悠久,最早可追溯至1855年,1942年开展海上勘探,20世纪50年代开始了地球物理调查,并在陆上油气田范围及向海洋延伸部分进行地震调查,完成地震测线近90 000 km。1954年完钻第一口海上探井,1955年发现海上索尔达多油田。1990~1997年,勘探焦点转移至海上,地震工作大量增加,陆上勘探活动减少[1]。这些勘探工作成果为盆地开发和后来的钻探部署提供了重要信息。盆地地震勘探工作和研究工作主要集中于盆地东部的海上区域,鲜有对整个盆地的构造和基底特征的研究。为了系统研究整个盆地的断裂分布和基底特征,本文基于卫星和船测重力数据,结合已有相关研究成果对特立尼达盆地的断裂构造及基底特征进行了研究,并结合盆地油气地质特征,预测了盆地的油气远景区。研究成果可为盆地内进一步油气勘探提供地球物理依据。

1 地质背景

特立尼达盆地的北部边界为加勒比海与南美板块之间的连续分布的El Pilar断裂带,东部边界延伸至大西洋大陆架。盆地的南侧为东委内瑞拉盆地;西南以特立尼达和委内瑞拉国界线为盆地边界;西部边界以委内瑞拉东部赛若娜(Serrania)隆起东部的转换断层为界(图1)。盆地总面积27 336 km2,其中陆上面积3 861 km2,海上面积23 475 km2。盆地内发育白垩系、古近系和新近系地层,在特立尼达岛北部有侏罗系出露。盆地基底为侏罗系和白垩系变质岩及火成岩,盆地中烃源岩主要为上白垩统Albian-Campanian期的Gautier组和Naparima Hill组海相页岩和碳酸盐岩以及新近系泥岩。主要储层为上中新统—上新统地层的砂岩。上上新统Erin/Palmiste组(两组为同期沉积的相变地层)、下上新统Moruga群砂岩、第四系更新统Cedros组、渐新统Lower Cipero组、中新统Cipero组中的Karamat砂岩段-Herrera砂岩段是盆地内主要储集层(图2)。储层孔隙度为20%~36%,渗透率在不同储层差异较大,最低为50 md,最高为2 000 md[1]。

图1

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图1   特立尼达盆地构造位置(据IHS修改[1],其中红色框所围为盆地范围)

Fig.1   The tectonic sketch of Trinidad (modified after IHS[1],the red line shows the basin area)


图2

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图2   特立尼达盆地地层综合柱状图

Fig.2   The synthetical stratum histogram of Trinidad Basin


2 重力场特征及地质意义

本文使用的重力资料为GETECH公司提供的8 km×8 km网格化卫星重力布格异常数据,据此编绘了研究区的布格重力异常图(图3)。由图3看出,特立尼达盆地重力异常宏观上反映为一NEE向的重力低,盆地北部为一近EW向条带状的重力高,盆地东南部为一近EW向的重力高。盆地东部布格重力异常形态较为复杂,整体上为一NNW向重力高,重力高与重力低之间发育梯级带。

图3

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图3   特立尼达盆地及邻区布格重力异常

Fig.3   Map of Bouguer gravity anomaly in Trinidad basin and its adjacent areas


为了研究盆地局部剩余重力异常特征,应用正则化滤波,滑动平均,解析延拓等方法对布格重力异常进行了分离[2,3],并结合已有地质、地震资料对比分析了上述几种位场分离方法的结果,发现滑动平均法求取的剩余重力异常与已有地质资料成果对应较好,因此,选用滑动平均法(窗口长70 km)求取了特立尼达盆地及邻区的剩余重力异常(图4)。可以看出, 在盆地北部剩余重力异常为一近EW向重力梯度带,对应北部边界处的EI-PILAR断裂带。剩余重力异常最大值位于特立尼达岛西侧的圭里亚附近,该高值带梯度较大、呈串珠状分布。盆地西部边界以委内瑞拉东部奥连特隆起的东部转换断层为界,西南以特立尼达和委内瑞拉国界线为盆地边界,其剩余重力异常反映为一NE向重力梯级带。盆地的东部边界处剩余重力异常为一近SN—NW向重力低。盆地内部剩余重力异常由北东向南西宏观反映为NW向的2个重力低值带夹1个重力高值带的特征。

图4

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图4   特立尼达盆地及邻区剩余重力异常

Fig.4   Map of residual gravity anomaly in Trinidad Basin and its adjacent areas


3 断裂构造

为确定研究区构造格架,推测断裂发育特征,对布格重力异常进行了垂向二阶导数、斜导数、线性增强—重力水平总梯度、归一化水平总梯度、NVDR-THDR(归一化总水平导数垂向导数)等计算[4]。研究区断裂构造的推断,首先在布格重力异常图、剩余重力异常图、垂向二阶导数图、斜导数异常图、线性增强—重力水平总梯度图、归一化水平总梯度图等图件上识别出线性构造信息,并把不同图件上反映的线性构造信息标绘出来,再综合区域地质研究成果及部分地震剖面上的解释的断裂[5,6,7],推断出了特立尼达盆地的断裂构造体系(图5~图7)。

图5

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图5   特立尼达盆地剩余异常与断裂分布

Fig.5   Map of the fault distribution with residual gravity anomaly in Trinidad Basin


图6

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图6   特立尼达盆地NVDR-THDR与断裂分布

Fig.6   Map of the fault distribution with NVDR-THDR of Bouguer gravity anomaly in Trinidad Basin


图7

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图7   特立尼达盆地斜导数与断裂分布

Fig.7   Map of the fault distribution with TA of Bouguer gravity anomaly in Trinidad Basin


由图5~图7可以看出,特立尼达盆地发育的主要断裂走向为NE向,此外,还发育切断主要断裂的NW向的次级断裂。主要断裂走向与区域构造走向一致。主要断裂规模大,延伸距离长,控制着盆地的范围、边界及盆地内地层的发育,是构成盆地边界及盆地内次级构造单元边界的基底断裂。次级断裂规模相对较小,且切断主要断裂,可能为沉积层内部的断裂,控制了盆地内局部凹陷(凸起)的范围,为构成局部凹陷(凸起)的边界断裂。

4 基底特征

特立尼达盆地基底为侏罗纪和白垩纪的火成岩和变质沉积岩。Flinch等、Algar 等、Garciacaro等[5,6,7]利用地震测深确定了位于特立尼达盆地西部、特立尼达岛东部及盆地东部海域3条测线的基底深度,并解释了3条剖面(AA'、BB'、CC',剖面位置见图3)。为了确定整个盆地的基底深度,利用地震剖面解释的基底深度作为重力异常剖面拟合的约束条件,对与上述地震剖面位置相同的3条重力剖面进行了拟合,结果表明,计算所得的重力异常与实测重力异常吻合较好(图8~图10)。研究区大部分位于海域,密度资料缺乏,故同时利用上述重震拟合剖面,反演出了盆地内主要发育地层的密度,结果为:第四系密度约为(2.05~2.20)×103 kg/m3,新近系约为(2.10~2.35)×103 kg/m3,古近系约为(2.30~2.40)×103 kg/m3,白垩系约为2.58×103 kg/m3。

图8

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图8   AA'剖面重力异常拟合结果(密度单位为103 kg/m3)

Fig.8   2D interpreted and modelled of section AA' (the density unit is 103 kg/m3)


图9

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图9   BB'剖面拟合结果(密度单位为103 kg/m3)

Fig.9   2D interpreted and modelled of section BB'(the density unit is 103 kg/m3)


图10

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图10   CC'剖面拟合结果=2.38 (密度单位为103 kg/m3)

Fig.10   2D interpreted and modelled of section CC' (the density unit is 103 kg/m3)


为了解特立尼达盆地的基底发育特征,划分盆地构造单元,预测盆地内油气远景区,对特立尼达盆地的基底深度进行了计算。目前,常见的密度界面反演方法主要有Parker法,Parker-Oldenburg法等,也有一些变密度反演方法[8,9,10,11,12,13]。为提高反演精度,根据研究区重力异常特征的分区性和断裂对盆地构造的控制作用,将研究区分为3部分[14],分别为盆地北部的A区,位于研究区中部转换带的B区及位于研究区东南部的C区(如图11)。选用Parker法反演了盆地基底深度,平均界面深度参考已有地震解释深度,界面密度差参考拟合得到的地层密度,反演结果如图12所示。

图11

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图11   基底深度计算分区示意

Fig.11   Sketch map of basement depth calculation zone


图12

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图12   盆地基底深度反演结果(Parker法)及验证点位置

Fig.12   Inverse result of basement depth in Trinidad basin by Parker method and location of verification points of inverse result


为验证反演结果的合理性,对比分析了盆地内部分已知地震解释基底深度点位结果与Parker法反演结果之间的差异(验证点位置见图12),对比结果如表1所示。

表1   Parker法反演结果与地震解释深度对比

Table 1  Comparison table of Parker method inverse results and seismic interpretation depth

点号地震解释深度/mParker法反演深度/m误差/m误差率/%
A138947851395750.4
A241086012190531.7
A336383461-1775.1
A436501407-2242159.3
A528102154-65730.5
A622581966-29214.9
B179301009-6921685.7
B279691638-6331386.5
B380814062-401898.9
B481374443-369483.1
B581924588-360478.5
B682324734-349873.9
B782644888-337669.1
B883565208-314860.4
B984585217-324162.1
B1085555080-347568.4
B1186415050-359171.1
B1287185368-335062.4
B1387866046-273945.3
C190547513-154120.5
C290597493-156620.9
C388768144-7329.0
C488138797-160.2
C5883493625285.6
C6889398609679.8
C7908610414132912.8

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由表1可以看出,C区使用Parker法效果较好,A、B区计算结果误差较大,推断原因为A、B两个区域构造活动较为剧烈,断裂发育,沉积层横向变化大,因此在缺少地层深度约束的条件下,应用Parker界面反演方法计算的基底深度误差较大。故在盆地内针对A、B区,选取相关分析法计算了基底深度[15]。

计算基底深度回归公式的确定是通过分别对比A、B区地震解释基底深度与不同窗口尺度位场分离得到的剩余异常、区域异常以及布格重力异常的相关性得出的,选取与地震解释深度相关性最高的剩余重力异常值,与地震解释深度进行回归分析,得到二者之间的函数关系,再将全区剩余重力值代入函数关系式,计算出基底深度。

对比后发现A区基底深度与使用滑动平均滤波方法(窗口直径70 km)求取的剩余场相关性最好(R2=0.713),双侧显著性为0。回归分析结果显示,6次函数拟合效果最好(R2=0.993),基底深度H=-7.921404726×10-7Δg6 -3.130398376×10-5Δg5 -0.0002175962005Δg4+0.004240172887Δg3+0.05845750911Δg2+0.4021498138Δg-2.576221587[16]。

B区基底深度与使用滑动平均法(窗口直径70 km)求取的剩余场相关性最好(R2=0.889),回归分析显示,七次函数拟合效果最好(R2=0.957),基底深度H=-2.103245409×10-9Δg7-2.312577661×10-7Δg6+3.31232206×10-7Δg5+0.0001954573656Δg4+ 0.0005100842874Δg3-0.03984203034Δg2+0.2970269756Δg-5.465641293,上述两区回归分析结果如图13所示。将上述区域的重力异常值代入回归分析得到的方程中,得到A、B区基底深度(计算结果见图14)。

图13

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图13   A区(a)和B区(b)剩余重力异常与地震解释深度回归分析结果

Fig.13   Regression analysis results of residual gravity anomaly and seismic interpretation depth in areas A(a) and B(b)


图14

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图14   A、B区基底深度计算结果

Fig.14   Calculated results of basement depth in zone A and B


在A、B区选取与表一中位置相同的点位验证计算结果的准确性,结果见表2。由表2可以看出,使用相关分析法显著提高了该区域基底深度计算结果的精度。

表2   相关分析法计算结果与地震解释深度对比

Table 2  Comparison table of calculation results of correlation-analysis method and seismic interpretation depth

点号地震解释深度/m相关分析法计算深度/m误差/m误差率/%
A161707851168121.4
A260726012-591.0
A3325234612096.0
A413501407584.1
A522132154-592.7
B1783100922622.4
B217061638-684.2
B33517406254613.4
B4403744434069.1
B5436345882264.9
B6449747342375.0
B7460748882815.8
B8474452084658.9
B9480652174117.9
B10491650801643.2
B1151505050-1012.0
B1255305368-1633.0
B1360256046210.4

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综合A、B区使用相关分析法计算得到的基底深度和C区使用Parker法的计算结果,得到特立尼达盆地基底深度(图15)。此处需要说明的是A、B、C这3个区域均以断裂为界,因此,3个区域接边处基底深度的差异主要反映了断层断距。

图15

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图15   特立尼达盆地基底深度

Fig.15   Basement depth of Trinidad basin


由图15可以看出,特立尼达盆地基底深度在特立尼达岛上部分埋深相对较浅,特立尼达岛东部的海上部分埋深较深,盆地西部Paria湾区基底起伏明显,在特立尼达岛北部近EI-PILAR断裂带处有侏罗系地层露头。特立尼达盆地西北部剩余异常高值带的基底深度在3.5~7.5 km之间,盆地中部重力高—低值转换带的基底深度在5.5~11.5 km之间,盆地东南部重力低值带的基底埋深在6~11.4 km之间。

5 构造单元划分及油气远景

目前,对特立尼达盆地构造单元划分的相关文献和研究成果较少。本研究分析了由重力场特征推测得到的研究区断裂构造分布,以及利用不同方法计算所得的基底深度,结合地质资料,对特立尼达盆地的构造单元进行了划分。

特立尼达盆地东部及西部基底埋深较深,盆地中部及西北部基底埋深较浅,据此,把盆地划分为东部次盆、中部隆起,西部次盆、西北部凸起5个次级构造单元(图16)。

图16

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图16   特立尼达盆地次级构造单元划分示意

Fig.16   Sketch map of the division of secondary structural units in the Trinidad Basin


特立尼达盆地发育上白垩统海相烃源岩及高孔高渗储层,具有良好的储盖组合,为盆地形成大规模的油气聚集提供了基础。

据盆地基底深度及盆内构造单元,研究区西部次盆和位于研究区东部次盆为大面积凹陷,沉积厚度较大,基底埋深在3 500~7 000 m之间,根据已有的地质资料显示,上述两个构造单元内烃源岩较为发育,储集层物性优良,盖层封闭性较好,应为特立尼达盆地油气远景区(图17)。北部次盆南部基底埋深约为4 000 m,新生界发育,也值得进一步关注。

图17

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图17   特立尼达盆地基底深度计算结果与油气远景区叠合

Fig.17   Overlay of basement depth calculation results and oil&gas prospects in the Trinidad Basin


6 结论

1)特立尼达盆地断裂发育,主要断裂走向为NE向,控制了盆地边界和盆地内部构造单元的边界,次要断裂走向为NW向,属于沉积层内断裂,控制了盆地内凹陷和凸起的边界。

2)特立尼达盆地总体上为东西部基底深度大、中部基底深度小,特立尼达盆地可划分为东部次盆、中央隆起带、北部次盆、西部次盆次盆和西北部凸起等5个次级构造单元。

3)特立尼达盆地基底起伏较大。北部近EI-PILAR断裂带处有侏罗系基底出露,盆地中部的特立尼达岛陆上区域断裂发育,基底埋深较浅。盆地东部及西部的基底埋深大,新生界地层厚度大,应为特立尼达盆地油气勘探的有利区,盆地北部部分区域基底埋深相对较大,也值得进一步关注。

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