南堡凹陷4號(hào)構(gòu)造帶蛤坨斷層特征與油氣成藏關(guān)系

張華文,周江羽,劉德志,劉國(guó)超,何雅娟

(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)構(gòu)造與油氣資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北武漢430074)

南堡凹陷4號(hào)構(gòu)造帶蛤坨斷層特征與油氣成藏關(guān)系

張華文,周江羽,劉德志,劉國(guó)超,何雅娟

(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)構(gòu)造與油氣資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北武漢430074)

南堡凹陷4號(hào)構(gòu)造帶斷裂發(fā)育,既發(fā)育溝通烴源巖的深斷裂,也發(fā)育溝通淺層圈閉的次級(jí)斷裂。綜合利用地震、測(cè)井、巖性等資料分析斷層的空間展布,計(jì)算蛤坨斷層的生長(zhǎng)指數(shù)和斷層泥比率(SGR),分析斷層的活動(dòng)性、封堵性,評(píng)價(jià)其輸導(dǎo)性能,并結(jié)合其與烴源巖生排烴期的匹配關(guān)系研究斷裂與油氣運(yùn)移、聚集的關(guān)系及控制規(guī)律。在典型油氣藏剖面解剖的基礎(chǔ)上,建立了4號(hào)構(gòu)造帶油氣運(yùn)聚成藏模式。

蛤坨斷層;生長(zhǎng)指數(shù);斷層泥比率;油氣成藏;南堡凹陷

南堡凹陷位于華北板塊北部,是渤海灣盆地群北側(cè)中新生界疊合的含油氣凹陷,其特征是經(jīng)中生代、新生代斷塊運(yùn)動(dòng)而發(fā)育起來(lái)的一個(gè)中—新生界北斷南超的箕狀凹陷[1]。它是一個(gè)典型的陸相斷陷湖盆,具有幕式沉降的特點(diǎn)。南堡4號(hào)構(gòu)造(圖1)位于曹妃甸次洼東側(cè),是一個(gè)近南北向展布的背斜構(gòu)造,由北東向和北西向斷層分割成若干斷塊,為近年來(lái)冀東油田勘探新區(qū),其資源量大,是南堡灘海區(qū)主要含油氣構(gòu)造帶之一。

作為油氣運(yùn)移的重要通道,斷裂一直是國(guó)內(nèi)外同界學(xué)者們的研究對(duì)象[2-4]?？碧綄?shí)踐表明含油氣盆地,尤其是斷陷盆地油氣的聚集和分布與斷裂有密切的關(guān)系。南堡凹陷蛤坨斷裂帶位于曹妃甸富油次洼的東側(cè),它對(duì)4號(hào)構(gòu)造帶的油氣運(yùn)移與成藏起到關(guān)鍵性的控制作用。斷裂的空間展布,主斷層的活動(dòng)性與封閉性以及輸導(dǎo)時(shí)期與源巖大量排烴期的匹配關(guān)系是影響油氣運(yùn)聚的重要因素,因此,綜合這些因素,分析4號(hào)構(gòu)造帶油氣成藏規(guī)律對(duì)今后的勘探實(shí)踐起重要的參考作用。

圖1 南堡凹陷4號(hào)構(gòu)造帶斷裂體系分布特征Fig.1 Distribution of fault system in the 4thstructural belt of Nanpu Dep ression

1 烴源巖特征

南堡4號(hào)構(gòu)造帶臨近曹妃甸生油次凹,分為3個(gè)構(gòu)造層:前第三系基底,古近系斷陷期層系(沙河街組Es、東營(yíng)組Ed)和新近系坳陷期層系(館陶組Ng、明化鎮(zhèn)組Nm)。曹妃甸生油次凹的主力烴源巖為沙河街組和東營(yíng)組暗色湖相泥巖,分四個(gè)段:Es31段、Es1段、Ed32段和Ed31段。

1.1 沙河街組烴源巖

Es31段形成于湖泊水進(jìn)體系域及高位體系域,由一套粗碎屑巖與深灰色泥巖構(gòu)成,屬扇三角洲、淺湖—半深湖沉積環(huán)境。暗色泥巖厚度在100～300 m左右,暗色泥巖的TOC一般在1.5%～4%,其中TOC大于1%的泥巖厚度在50～200 m,干酪根類(lèi)型以Ⅱ1—Ⅱ2型為主,是一套生烴潛力較大的優(yōu)質(zhì)烴源巖。

Es1段沉積時(shí)的沉積環(huán)境主要為半深湖、深湖、與淺湖相組成,總體形成于湖水較淺、構(gòu)造較平靜的沉積環(huán)境之中,局部地區(qū)發(fā)育三角洲沉積。暗色泥巖厚度在200～300 m之間,TOC一般在1.2%～2.3%,多數(shù)在1.6左右,其中TOC大于1%的泥巖厚度在50～250 m。干酪根類(lèi)型以Ⅰ、Ⅱ2型為主,也是一套生烴潛力較大的優(yōu)質(zhì)烴源巖。

1.2 東營(yíng)組烴源巖

東營(yíng)組烴源巖主要為Ed3段,形成于淺湖—中深湖相,包括Ed32和Ed31兩個(gè)亞段。

Ed32段的暗色泥巖厚度在100～300 m左右,TOC大于1%的暗色泥巖在50～200 m,平均TOC在1.5%～2.6%,有機(jī)質(zhì)類(lèi)型以Ⅱ1—Ⅱ2型為主,有機(jī)質(zhì)成熟度在0.6%～0.8%,處于低成熟階段,是一套生烴潛力較大的有效烴源巖。

Ed31段的暗色泥巖厚度在100～300 m左右,TOC大于1%的暗色泥巖在50～250 m,平均TOC在1.5%～2.6%,有機(jī)質(zhì)類(lèi)型以Ⅱ1—Ⅱ2型為主,有機(jī)質(zhì)成熟度在0.5%～0.7%,處于低成熟階段,也是一套生烴潛力較大的有效烴源巖。

2 蛤坨斷裂體系

斷層為一種很好的輸導(dǎo)通道。垂向上,斷層把多套烴源層和儲(chǔ)集層連通起來(lái),為油氣的垂向運(yùn)聚提供了空間,但那些持續(xù)活動(dòng)、切穿區(qū)域蓋層的“通天”斷層則成為油氣散失的通道;側(cè)向上斷裂帶的物質(zhì)特性和斷距決定了兩盤(pán)地層巖性配置和其本身的封閉程度。油氣成藏過(guò)程中,斷層的開(kāi)啟要么導(dǎo)致油氣散失,要么使油氣發(fā)生重新分配,使得斷裂控制的原生油氣藏極易發(fā)生再次運(yùn)移。

2.1 斷層的空間展布

蛤坨斷層(圖1)發(fā)育在曹妃甸次凹的東邊界,走向北東轉(zhuǎn)北西,延伸長(zhǎng)度8.8～13.5 km,傾角40～60°,其分支斷裂系共有8～10條,走向?yàn)楸睎|、北東東延伸長(zhǎng)度6～10 km,傾角40～70°。

平面上,分支斷裂系與主斷層呈斜交至近垂直相交,是在主斷層發(fā)育過(guò)程中所伴生的小斷層,比主斷層發(fā)育晚,起分散油氣與連通儲(chǔ)層的作用。

垂向上(圖2,圖3),蛤坨斷層與其分支斷層系呈Y型和復(fù)Y性組合。蛤坨斷層于新生代早期開(kāi)始發(fā)育,斷至中生界潛山,為一條典型的油源斷層。斷裂帶具走滑、拉張性質(zhì),圖2和圖3顯示出分支斷層發(fā)育,基本為正斷層,主斷層斷距為80～1 400 m,分支斷層斷距為20～600 m。

圖2 北東向構(gòu)造解釋剖面Fig.2 Interpreted NEorientation structural profile

2.2 斷層活動(dòng)性

自從Thorsen[5]提出斷層生長(zhǎng)指數(shù)研究斷層的活動(dòng)性以來(lái),生長(zhǎng)指數(shù)在國(guó)內(nèi)外同生斷層的研究中得到了廣泛的應(yīng)用,被許多文獻(xiàn)引用推廣[6-7]。蛤坨構(gòu)造帶的斷裂主要是同沉積斷裂,通過(guò)對(duì)同沉積斷層的生長(zhǎng)指數(shù)的分析,可以定量分析斷層的相對(duì)活動(dòng)強(qiáng)度和斷層的活動(dòng)歷史。

圖3 北西向構(gòu)造解釋剖面Fig.3 Interp reted SW orientation structural profile

蛤坨構(gòu)造帶的斷裂主要是同沉積斷裂,通過(guò)對(duì)同沉積斷層的生長(zhǎng)指數(shù)的分析,可以定量分析斷層的相對(duì)活動(dòng)強(qiáng)度和斷層的活動(dòng)歷史。選取過(guò)蛤坨斷層的三條測(cè)線(圖1),分別計(jì)算其生長(zhǎng)指數(shù),對(duì)蛤坨斷層在不同時(shí)期的活動(dòng)做定量的研究發(fā)現(xiàn)蛤坨控制著沙河街組和東營(yíng)組的沉積,東西兩盤(pán)地層厚度相差明顯,可達(dá)300 m。計(jì)算結(jié)果表明(圖4)蛤坨斷層走向?yàn)楸蔽鞯牟糠肿訣s3期開(kāi)始活動(dòng),該部分北端主要活動(dòng)期是Es2期,之后活動(dòng)性減弱,南端在Es3和Ed3為其主要活動(dòng)期,Es1和Es2期活動(dòng)趨于平緩;斷層在Ed1期活動(dòng)性最弱,在Ng期又開(kāi)始活動(dòng),生長(zhǎng)指數(shù)在1.2～1.5之間。

圖4 蛤坨斷層生長(zhǎng)指數(shù)Fig.4 The grow th index of Getuo Fault

主干斷層與分支斷層在平面及剖面上的不同組合樣式對(duì)分支斷層的活動(dòng)性具有不同的影響方式。蛤坨斷層與其分支斷層在平面上具有帚狀的組合型式,距主干斷層距離越近的分支斷層的活動(dòng)性受主干斷層的控制越明顯,活動(dòng)性也越強(qiáng)烈。

2.3 斷層封堵性

活動(dòng)期的斷層的主體部分可以看成是開(kāi)啟的,而評(píng)價(jià)斷層靜止時(shí)期的封堵性和有泥巖剪切帶發(fā)育在儲(chǔ)層附近時(shí)斷層的輸導(dǎo)性就需要考慮由于塑性泥巖形成非滲透層側(cè)向封堵和泥質(zhì)充填物形成的垂向封堵。

Yielding等[8]提出的斷層泥比率SGR(Shale Gouge Ratio),是評(píng)價(jià)斷層的側(cè)向封閉性的有效手段[9-10]。計(jì)算斷距內(nèi)的泥巖含量百分比率,其值越大,反映斷層的側(cè)向封堵性越好。通常按下列公式計(jì)算:

式中:SGR為通過(guò)各種機(jī)理擠入斷層帶的泥頁(yè)巖的比例(地層一般是非均質(zhì)的厚地層)。圍巖中泥頁(yè)巖含量越高,斷層帶中泥頁(yè)巖、斷層泥化可能性就越大,其孔滲性就越差,毛細(xì)管排替壓力就越高,形成封閉的可能性就越大,反之就越小。根據(jù)Yielding等[8]用SGR區(qū)分?jǐn)鄬邮欠忾]還是開(kāi)啟的門(mén)限值為25%～30%,其值越大,封閉性越好。結(jié)合該區(qū)實(shí)際,利用項(xiàng)目已建立的SGR評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(表1)。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2,蛤坨斷層Nm封堵性較好;Ng可作為輸導(dǎo)層;Ed1可作為輸導(dǎo)層。

表1 SGR值等級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 The assessing standards of SGR

表2 SGR評(píng)價(jià)結(jié)果Tab.2 The evaluation results of SGR

3 時(shí)空匹配關(guān)系

同一條斷層在不同時(shí)期的輸導(dǎo)性能具有差異性,其開(kāi)啟與封閉時(shí)期及其與油氣生排烴史的匹配性將在很大程度上影響,甚至決定斷層輸導(dǎo)油氣的能力和輸導(dǎo)量。對(duì)烴源巖做生排烴史模擬可以得到油氣的主生排烴期[11-12]。

選取過(guò)剖面(圖2,圖3)的兩口井NP4-2和NP4-3進(jìn)行有機(jī)質(zhì)演化史模擬,得到有機(jī)質(zhì)成熟期及生排烴高峰期。Es31成熟期為Ed1中～Ng末,排烴高峰期為Ng末;Es1成熟期為Ng中～Nm末,排烴高峰期為2Ma～現(xiàn)今;Ed32成熟期為Nm初～現(xiàn)今,排烴高峰為現(xiàn)今;Ed31正處在成熟期和開(kāi)始排烴期。

斷層作為油氣輸導(dǎo)的重要通道,多數(shù)專(zhuān)家認(rèn)為,在其活動(dòng)期(生長(zhǎng)指數(shù)>1),斷層帶主要為垂向開(kāi)啟狀態(tài),而在靜止期,則可采用SGR值來(lái)判斷斷層是否可作為輸導(dǎo)層。結(jié)合斷層與油氣生排烴史的匹配關(guān)系,可對(duì)斷層的輸導(dǎo)性作出有效的評(píng)價(jià)。

在Es31的成熟期(Ed1中～Ng末)及排烴高峰期Ng末,蛤坨斷層生長(zhǎng)指數(shù)在1.2～1.5之間,斷層活動(dòng)可將Es31的油氣輸導(dǎo)至上覆儲(chǔ)層,輸導(dǎo)性能好;在Es1的成熟期(Ng中～Nm末)及排烴高峰期(為2Ma～現(xiàn)今),蛤坨斷層活動(dòng)性逐漸降低,生長(zhǎng)指數(shù)逐漸趨近1,而SGR值在Ed1和Ng較低,斷層具備開(kāi)啟性,可作為Es1的部分油氣通道;Ed32正處在大量生排烴期,Ed31正處在成熟期和開(kāi)始排烴期,而現(xiàn)今斷層不具活動(dòng)性,垂向上斷層處于關(guān)閉狀態(tài),SGR值則表明蛤坨斷層具備側(cè)向開(kāi)啟性,該兩期油氣可聚集于緊鄰儲(chǔ)層中。

4 聚集規(guī)律

南堡4號(hào)構(gòu)造帶位于柏各莊斷層陡坡帶蛤坨斷層下降盤(pán),構(gòu)造帶內(nèi)發(fā)育一系列雁列式展布的斷層。這些斷層走向由北東向轉(zhuǎn)為走向北西向并逐漸收攏相交,具有典型的羽狀特征。蛤坨斷層西部發(fā)育斷鼻構(gòu)造,為北東向和北西向兩組斷層切割,構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈,圈閉面積大;東部斜坡區(qū)發(fā)育地層圈閉。

南堡4號(hào)構(gòu)造帶油源主要來(lái)自于曹妃店次洼,距油源相對(duì)較遠(yuǎn),油氣多呈臺(tái)階狀運(yùn)移,具有更明顯的混源特征。4號(hào)構(gòu)造帶成藏模式以斷層輸導(dǎo)斷塊圈閉、斷層+砂體輸導(dǎo)斷塊圈閉、斷層+砂體輸導(dǎo)背斜圈閉和斷層+砂體輸導(dǎo)上傾尖滅圈閉模式為主(圖5)。

圖5 南堡凹陷過(guò)NP4-2井剖面油氣成藏模式Fig.5 Model of the hydrocarbon accumulation acrosswell NP4-2 in the 4thStructural Belt of Nanpu Dep ression

5 結(jié)論

(1)蛤坨斷裂構(gòu)造帶臨近曹妃甸生油次凹,蛤坨斷層為油源斷層,并與其分支斷裂系共同形成了油氣輸導(dǎo)的通道。

(2)斷裂系空間分布、生長(zhǎng)指數(shù)及SGR值及其油氣生排烴期的匹配關(guān)系顯示:Ed1中～Ng末蛤坨斷層輸導(dǎo)性能好;Nm初～現(xiàn)今蛤坨斷層輸導(dǎo)性能逐漸變差,具備一定輸導(dǎo)能力;現(xiàn)今蛤坨斷層垂向上處于關(guān)閉狀態(tài),在Ed1～Ng側(cè)向開(kāi)啟,可將油氣輸導(dǎo)至緊鄰儲(chǔ)層中。

(3)蛤坨斷層作為油源斷層對(duì)油氣輸導(dǎo)起重要作用,控制4號(hào)構(gòu)造帶的油氣運(yùn)移與聚集成藏。

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The relationship between Getuo fault and hydrocarbon accumulation in the 4thstructural belt of Nanpu Depression

Zhang Huawen,Zhou Jiangyu,Liu Dezhi,Liu Guochao,He Yajuan
(Key Laboratory of Tectonics and Petroleum Resources,M inistry of Education, China U niversity of Geosciences,W uhan430074)

Faults are well developed in 4thstructural belt of Nanpu Depression,among w hich there are not only deep faults linking hydrocarbon source rocks and traps,but also the associated faults that can reach shallow reservoirs.Based on the analysis results of seismic,logging and oil-testing data,the spatial distribution of faults have been analyzed,the grow th index of faults and Shale Gouge Ration(SGR)are calculated.In addition,evaluation has been done on the activity of faults,the sealing and transportation capability of faults.Combined w ith the study on the matching relationship between the fault activity w ith hydrocarbon generation and expulsion,analyzed w ith modeling results,the relationship between faultsw ith hydrocarbon m igration and accumulation,and the control rolesof the these faultson hydrocarbon migration and accumulation have been studied thoroughly.Finally,based on the analysis of the typical oil and gas reservoir p rofiles,themodel of hydrocarbon migration and accumulation of the 4thstructural belt has been constructed.

Getuo fault;grow th index;Shale Gouge Ration;hydrocarbon accumulation;Nanpu Depression.

book=14,ebook=9

TE122.1

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2010.02.014

1008-2336(2010)02-0014-06

2009-12-02;改回日期:2010-01-27

張華文,1986年生,男,中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)在讀碩士研究生,主要從事石油天然氣勘探開(kāi)發(fā)方面研究工作。E-mail: zhanghuawen1456@163.com。