陸相成熟烴源巖區(qū)連通砂體對(duì)油氣運(yùn)移的控制作用

郭麗麗,張衛(wèi)海,吳 剛,韓園園,張偉忠

(中國石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,山東東營257061)

0 引言

與輸導(dǎo)體系有效溝通的烴源巖才是有效的烴源巖[1-5]。砂體、斷層和不整合是陸相斷陷盆地成藏體系中最常見的輸導(dǎo)體,是連接烴源巖與圈閉之間的紐帶。各類輸導(dǎo)體與烴源巖之間的接觸關(guān)系,對(duì)油氣運(yùn)移具有重要的控制作用,目前尚無系統(tǒng)研究。在各類輸導(dǎo)體中,烴源巖-砂體接觸最為常見。烴源巖的排烴過程非常漫長,在相當(dāng)長的地質(zhì)歷史時(shí)期內(nèi)是持續(xù)進(jìn)行的,而斷層和不整合是特定構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)物。相比之下,與烴源巖長期直接接觸的砂體對(duì)油氣運(yùn)移的影響更為普遍和重要。筆者將連通砂體輸導(dǎo)體系分為烴源巖內(nèi)連通砂體和烴源巖外連通砂體,并在陸相斷陷盆地成熟烴源巖排烴機(jī)制的基礎(chǔ)上,著重討論烴源巖內(nèi)輸導(dǎo)體系對(duì)油氣運(yùn)移的影響和控制作用。

1 烴源巖與連通砂體配置關(guān)系模型

王克等根據(jù)臨南洼陷烴源巖與連通砂體接觸關(guān)系,將其配置組合劃分為垂向接觸和側(cè)向接觸,并指出二者均為沉積成因,分別為垂向沉積相變和側(cè)向沉積相變的結(jié)果[6]。這種分類方式只考慮了沉積過程連續(xù)的接觸類型,構(gòu)造成因則可以使烴源巖與砂體連通。

圖1 連通砂體與烴源巖接觸類型Fig.1 Contact Types of Connected Sandbody and Hydrocarbon Source Rock

筆者將烴源巖與連通砂體的配置關(guān)系分為垂向沉積相變接觸型(圖1a)、側(cè)向沉積相變接觸型(圖1b)和交錯(cuò)復(fù)合接觸型(圖1c、d)。交錯(cuò)復(fù)合接觸型中連通砂體與烴源巖既有垂向接觸也有側(cè)向接觸,其中垂向接觸是沉積相變的結(jié)果,側(cè)向接觸則是構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。構(gòu)造作用影響連通砂體與烴源巖接觸關(guān)系有兩種情形:一是構(gòu)造運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生斷層,使地層錯(cuò)動(dòng)而造成側(cè)向上串層接觸(圖1c),由于在斷層兩盤為“面接觸”時(shí)才能形成烴源巖與連通砂體的側(cè)向接觸,實(shí)際上大多數(shù)斷層兩盤都為“帶接觸”,只有斷開烴源巖層系的小級(jí)別斷層才能形成烴源巖與砂巖的交錯(cuò)接觸;二是構(gòu)造運(yùn)動(dòng)在烴源巖層系沉積之前形成角度不整合,使后沉積的烴源巖層系與不整合面之下的連通砂體直接接觸(圖1d)。垂向沉積相變接觸型和側(cè)向沉積相變接觸型是烴源巖-連通砂體的主要接觸類型。

2 烴源巖-連通砂體接觸類型的排烴機(jī)制

在烴源巖中,浮力大小不足以克服泥巖細(xì)小孔徑中巨大的毛細(xì)管阻力的束縛,因此流體異常壓力是排烴最重要的動(dòng)力[7-11]。油氣在異常壓力作用下由烴源巖排入砂體,分為穩(wěn)態(tài)連續(xù)滲流形式和幕式微裂縫排烴形式[12]。盡管幕式微裂縫排烴是間歇性排烴方式,與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)控制下大型幕式排烴的瞬時(shí)性相比,仍可以認(rèn)為是一種連續(xù)運(yùn)移方式。所以總體上來說,烴源巖-連通砂體配置組合以穩(wěn)態(tài)連續(xù)排烴為主。

在烴源巖埋藏較淺、孔隙度較高的連續(xù)壓實(shí)階段,油氣以穩(wěn)態(tài)滲流形式排入連通砂體。隨著烴源巖埋藏深度的加深,烴源巖可壓實(shí)性變得很小,滲透性很差,只能依靠黏土礦物脫水及有機(jī)質(zhì)生烴等作用在烴源巖內(nèi)形成異常高壓。當(dāng)異常高壓超過烴源巖的破裂極限,便可在烴源巖內(nèi)部及烴源巖與連通砂體的接觸界面上形成大量微裂縫,使油氣得以進(jìn)入連通砂體。張俊等在牛莊洼陷沙三段下亞段烴源巖中發(fā)現(xiàn)大量溝通烴源巖層和連通砂體的微裂縫,可以作為烴源巖在異常高壓作用下向直接接觸的薄層砂巖中排烴的主要證據(jù)[13]。

3 烴源巖內(nèi)連通砂體對(duì)油氣運(yùn)移的控制作用

烴源巖內(nèi)連通砂體對(duì)初次運(yùn)移的控制作用主要在于影響烴源巖的排烴效率和排烴方向;其與烴源巖外砂體的連續(xù)性則影響了油氣的二次運(yùn)移及成藏模式。

3.1 烴源巖內(nèi)連通砂體對(duì)初次運(yùn)移的控制作用

前人對(duì)于烴源巖排烴效率的研究局限于烴源巖內(nèi)部因素的研究。烴源巖與砂體之間的流體壓力差是烴源巖排烴的主要?jiǎng)恿?流體壓力差越大,則越有利于油氣自烴源巖中排出,它是烴源巖內(nèi)部壓力和砂體內(nèi)壓力共同作用的結(jié)果。在烴源巖內(nèi)部壓力狀態(tài)確定時(shí),砂體內(nèi)壓力狀態(tài)是排烴動(dòng)力的決定性因素。烴源巖內(nèi)砂體與烴源巖的接觸面積、砂泥互層烴源巖層系中砂巖含量、砂體物性及砂體的連續(xù)性是控制排烴效率的主要因素。

(1)烴源巖內(nèi)砂體與烴源巖的接觸面積。連通砂體與烴源巖接觸類型不同,排烴效率也不同。由于側(cè)向接觸面積要小于垂向接觸面積,因此垂向接觸型能夠更好地使相鄰烴源巖中的油氣排出[6]。

(2)砂泥互層烴源巖層系中砂巖含量。烴源巖層系中砂巖含量對(duì)排烴效率的影響主要體現(xiàn)在對(duì)烴源巖排烴厚度的影響。許多學(xué)者研究表明,單層泥巖厚度不大的砂泥間互層段是油氣初次排運(yùn)的最有利層段[14-16]。在烴源巖生油層總厚度不變的情況下,烴源巖層系中兩砂巖層所夾的生油巖厚度小于有效排烴厚度則滿足烴源巖中的油氣能夠全部排出,排烴效率大。陳中紅等通過統(tǒng)計(jì)濟(jì)陽坳陷烴源巖層系砂泥互層關(guān)系,發(fā)現(xiàn)在一定范圍內(nèi)排烴效率隨烴源巖層系砂巖含量的增多而增大[17]。

(3)連通砂體物性。流體首先從高孔隙流體壓力的泥巖層向砂層活動(dòng),在砂層中則又從相對(duì)高的剩余孔隙流體壓力帶向較低帶水平或側(cè)向運(yùn)動(dòng)[15]。連通砂體的孔隙結(jié)構(gòu)好、滲透率大且均質(zhì)性好,則有利于烴源巖向某一方向的連通砂體中源源不斷的排出油氣,增大排烴效率;相反,烴源巖中的油氣將無法完全排出,排烴效率較小。烴源巖內(nèi)連通砂體的孔滲性受沉積環(huán)境及后期成巖作用的控制。沉積環(huán)境通過連通砂體的巖性、粒度、結(jié)構(gòu)等決定砂體的孔滲性及非均質(zhì)性;成巖作用對(duì)烴源巖內(nèi)砂體物性的控制作用則取決于砂泥互層情況及單層砂體厚度。鐘大康等統(tǒng)計(jì)了濟(jì)陽坳陷較深埋藏條件(大于2 500 m)下砂泥互層情況對(duì)砂巖物性的影響,單層砂巖厚度越大,受相鄰泥巖成巖作用影響越小,孔滲性則越好[18]。

(4)砂體分布及連續(xù)性。砂巖分布不穩(wěn)定或連續(xù)性不好,排入烴源巖砂體內(nèi)的油氣無法及時(shí)有效繼續(xù)排出,導(dǎo)致砂體內(nèi)部壓力增大,流體壓力差減小[19]。若沒有斷層溝通,烴源巖層系中油氣無法全部排出,直接影響資源量。若砂體分布穩(wěn)定且連續(xù)性好,排入砂體內(nèi)的油氣及時(shí)排出,則能夠維持流體壓力差,使烴源巖中油氣能夠源源不斷排出,排烴效率大。

總體來說,烴源巖內(nèi)連通砂體對(duì)烴源巖排烴效率的控制作用進(jìn)一步控制了主要排烴方向和油氣資源量評(píng)價(jià)結(jié)果。與烴源巖接觸面積大、互層關(guān)系良好、砂巖物性好且分布連續(xù)的連通砂體分布方向和層系是主要的排烴方向。估算資源量若僅僅考慮烴源巖的排烴能力,而不考慮連通砂體的受烴能力,則會(huì)導(dǎo)致油氣資源量評(píng)價(jià)結(jié)果偏大[20-21]。

3.2 烴源巖內(nèi)連通砂體對(duì)油氣二次運(yùn)移及成藏模式的控制作用

從運(yùn)移角度來說,烴源巖內(nèi)連通砂體連接著烴源巖與烴源巖外連通砂體。油氣自烴源巖排入烴源巖內(nèi)連通砂體以后,能否向外運(yùn)移及如何向外運(yùn)移及成藏,則主要取決于烴源巖內(nèi)砂體與烴源巖外砂體的分布連續(xù)性與物性連通性。若烴源巖內(nèi)砂體是孤立的砂體,油氣無法運(yùn)移出烴源巖區(qū),則形成烴源巖內(nèi)油氣藏(圖2中成熟烴源巖Ⅱ)。若烴源巖內(nèi)砂體與烴源巖外砂體分布連續(xù)且物性連通(圖2中成熟烴源巖Ⅰ),油氣就能進(jìn)行遠(yuǎn)距離運(yùn)移,在更為有利的圈閉分布區(qū)成藏。

圖2 烴源巖內(nèi)連通砂體分布連續(xù)性對(duì)油氣運(yùn)移的控制Fig.2 Control of Continuity of Distribution of Connected Sandbody on Oil-gas Migration in H ydrocarbon Source Rock

以牛莊洼陷為例,牛莊洼陷有沙三段下亞段和沙四段上亞段兩套主力烴源巖。沙四段上亞段為強(qiáng)烈斷陷期的深湖相沉積,烴源巖以深灰色泥巖和灰褐色鈣質(zhì)頁巖為主,與該段連通砂體呈側(cè)向沉積相變接觸類型;沙三段下亞段烴源巖中砂體較為發(fā)育,主要為遠(yuǎn)岸水下扇砂體及濁積扇體[22]。砂體與烴源巖呈互層式或包裹式配置,相對(duì)于沙四段上亞段,垂向接觸類型更為發(fā)育。在這種配置關(guān)系的控制下,沙四段上亞段烴源巖中油氣主要由烴源巖橫向運(yùn)移至側(cè)向相接的連通砂體中成藏;而沙三段下亞段油氣在異常壓力作用下進(jìn)入垂向相接的砂體中,然后在橫向展布及物性較好的砂體中繼續(xù)長距離垂向運(yùn)移或在局部分布的砂巖透鏡體中成藏。油源對(duì)比結(jié)果表明,牛莊洼陷外圍南斜坡油氣藏為沙四型,中部則主要為沙三型[23]。

4 結(jié)語

(1)將連通砂體與烴源巖的接觸類型分為:垂向沉積相變接觸型、側(cè)向沉積相變接觸型及交錯(cuò)復(fù)合接觸型。

(2)烴源巖內(nèi)連通砂體對(duì)初次運(yùn)移的控制作用主要是通過烴源巖內(nèi)砂體與烴源巖的接觸面積、砂泥互層烴源巖層系中的砂巖含量、烴源巖內(nèi)砂體物性及烴源巖內(nèi)砂體的連續(xù)性等因素影響烴源巖與砂體之間的流體壓力差,控制排烴效率大小,進(jìn)一步?jīng)Q定主要排烴方向和資源量。

(3)烴源巖內(nèi)連通砂體與烴源巖外連通砂體的分布連續(xù)性及物性連通性控制了油氣二次運(yùn)移及成藏模式。若烴源巖內(nèi)砂體是孤立的,則形成烴源巖內(nèi)油氣藏。若烴源巖內(nèi)與烴源巖外砂體分布連續(xù)且物性連通,油氣就能進(jìn)行遠(yuǎn)距離運(yùn)移,在更為有利的圈閉分布區(qū)成藏。

(4)通過對(duì)烴源巖與烴源巖內(nèi)連通砂體配置關(guān)系探討,認(rèn)為油氣運(yùn)移是一項(xiàng)系統(tǒng)綜合的工作,需要借助精度較高的錄井、測井及地球化學(xué)資料,將物理模擬方法與地質(zhì)方法相結(jié)合來開展綜合研究。由于目前勘探手段和資料精度的限制,此項(xiàng)工作難度仍然較大,需要進(jìn)一步深入研究。

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