王家崗油田斷層啟閉性的地球化學(xué)判識(shí)方法

宋成鵬，宋國(guó)奇，邱桂強(qiáng)，郝雪峰，張立寬，雷裕紅，程明，楊彬

（1.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京100083；2.中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所油氣資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029；3.中國(guó)石化勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院，山東 東營(yíng) 257015；4.中國(guó)石油大學(xué)（華東），山東 東營(yíng) 257061）

王家崗油田斷層啟閉性的地球化學(xué)判識(shí)方法

宋成鵬1，2，宋國(guó)奇3，邱桂強(qiáng)3，郝雪峰3，張立寬2，雷裕紅2，程明4，楊彬4

（1.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京100083；2.中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所油氣資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029；3.中國(guó)石化勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院，山東 東營(yíng) 257015；4.中國(guó)石油大學(xué)（華東），山東 東營(yíng) 257061）

斷層的啟閉性是控制油氣運(yùn)移和聚集的關(guān)鍵因素，但對(duì)此一直缺少有效的判識(shí)方法。文中以東營(yíng)凹陷南斜坡王家崗油田為研究區(qū)，根據(jù)斷層帶流體活動(dòng)的方式和地化生標(biāo)參數(shù)的運(yùn)移示蹤作用，在原油地化特征分析及其來(lái)源確定的基礎(chǔ)上，通過(guò)斷層兩盤油藏中原油成因類型的對(duì)比分析，對(duì)典型剖面控油斷層在油氣運(yùn)移時(shí)期表現(xiàn)出來(lái)的啟閉性特征進(jìn)行了判識(shí)，分析了斷層對(duì)油氣運(yùn)聚成藏的控制作用。研究表明，該方法作為一種新的斷層啟閉性研究手段，能夠更為科學(xué)、有效地提供斷層啟閉性的信息，對(duì)斷層啟閉性的判識(shí)具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

斷層；啟閉性判識(shí)；運(yùn)移過(guò)程；原油來(lái)源；地球化學(xué)；王家崗油田

越來(lái)越多的勘探實(shí)踐證實(shí)，斷層表現(xiàn)出來(lái)的開(kāi)啟或封閉行為是控制油氣運(yùn)移和聚集的關(guān)鍵因素，了解斷層的啟閉性對(duì)油氣勘探目標(biāo)的決策和開(kāi)發(fā)方案的制訂具有重要意義，長(zhǎng)期以來(lái)，如何有效地確定斷層啟閉性受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的高度重視［1-27］。然而，油氣運(yùn)聚是發(fā)生在地質(zhì)歷史時(shí)期中的動(dòng)態(tài)過(guò)程，不同來(lái)源和期次的油氣沿?cái)鄬影l(fā)生運(yùn)移，相對(duì)于漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史時(shí)期而言非常短暫，在實(shí)際勘探和研究中無(wú)法直接觀察，甚至難以獲得其遺留的痕跡［18］，因而斷層啟閉性的研究主要局限在理論和模式探討方面，一直缺少有效的判識(shí)方法。

鑒于此，本文依據(jù)斷層帶內(nèi)流體活動(dòng)的特點(diǎn)和地球化學(xué)資料示蹤作用，選擇東營(yíng)凹陷南斜坡王家崗油田作為研究區(qū)，通過(guò)斷層兩盤油藏原油的地球化學(xué)測(cè)試，在確定原油充注期次和來(lái)源的前提下，對(duì)比了斷層兩盤原油的地化特征，依據(jù)對(duì)比結(jié)果對(duì)主要控?zé)N斷層的啟閉性進(jìn)行了判識(shí)。

1 油田地質(zhì)背景及斷層特征

研究區(qū)位于東營(yíng)凹陷南坡東段，南北兩側(cè)均受斷層控制，北面以NE走向、西北傾的現(xiàn)河斷層為界與中央隆起帶相鄰，南面以陳官莊-王家崗斷階帶為界與南部斜坡相接，面積約650 km2［28］。目前王家崗油田已發(fā)現(xiàn)了21個(gè)含油斷塊，含油層系包括Ng，Ed，Es1，Es2，Es3，Es4，Ek等。

受古近紀(jì)以來(lái)持續(xù)張扭構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)和箕狀斷陷演化背景的控制，研究區(qū)斷裂體系十分發(fā)育，共有100余條，規(guī)模大小不一，主要屬于三、四級(jí)斷裂，平面上走向基本為東西—北東東向，垂向上多呈階梯狀組合分布（見(jiàn)圖1），活動(dòng)期主要為東營(yíng)末期和館陶期—現(xiàn)今2期［29］，斷層后期活動(dòng)與研究區(qū)的主要成藏期相匹配，這些斷層構(gòu)成了復(fù)雜的斷塊系統(tǒng)，控制了油氣成藏。

2 原油地化特征及成因類型

首先采集了研究區(qū)36塊泥巖樣品和21個(gè)含油構(gòu)造的98個(gè)油砂和原油樣品，進(jìn)行了巖石抽提物和原油樣品的色譜、質(zhì)譜分析，結(jié)果見(jiàn)表1。

2.1 原油類型劃分

東營(yíng)凹陷南斜坡存在沙三下和沙四上2套主力烴源巖［30-32］。2套烴源巖的沉積環(huán)境不同，沙三下烴源巖形成于弱氧化條件下的微咸水深湖—半深湖環(huán)境，沙四上烴源巖形成于強(qiáng)還原條件下的咸水—半咸水湖相環(huán)境［33］，因此反映沉積環(huán)境的生標(biāo)參數(shù)必然存在明顯不同。利用對(duì)沉積環(huán)境具有較強(qiáng)區(qū)分作用的Pr/Ph、甲藻甾烷/C29規(guī)則甾烷、4-甲基甾烷/C29規(guī)則甾烷、C35/C34升藿烷和伽馬蠟烷/（伽馬蠟烷+C30霍烷）等比值參數(shù)［33］，通過(guò)多種地化參數(shù)的油源對(duì)比分析，進(jìn)行了原油類型劃分（見(jiàn)圖2）。

上述多參數(shù)對(duì)比結(jié)果表明，該區(qū)原油可劃分為3種類型：Ⅰ類原油與沙三下烴源巖樣品的分布區(qū)域相同，應(yīng)來(lái)源于沙三下源巖；Ⅱ類原油與沙四上烴源巖樣品的分布區(qū)域相同，應(yīng)來(lái)源于沙四上烴源巖；Ⅲ類原油可能有2種不同的成因，其一來(lái)自孔店組，其二來(lái)自各油源的混合。前人研究結(jié)果表明，孔店組儲(chǔ)層內(nèi)原油的Pr/Ph值分布在0.46～0.69，烴源巖的伽馬蠟烷/（伽馬蠟烷+C30藿烷）比值分布在0.21～0.44［34］，與Ⅲ類原油對(duì)應(yīng)參數(shù)的分布范圍明顯不一致（見(jiàn)表1）；而在多參數(shù)對(duì)比圖中，Ⅲ類原油均分布在沙三下與沙四上烴源巖區(qū)域之間（見(jiàn)圖2）。綜合分析認(rèn)為，Ⅲ類原油應(yīng)該與孔店組烴源巖無(wú)關(guān)，而為2套烴源巖生成原油的混合油。

2.2 原油成藏期次劃分

大量野外露頭及斷層帶鉆井巖心均證實(shí)，斷層帶不是一個(gè)簡(jiǎn)單的物理面，而是具有一定厚度和復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的帶。觀察到的與斷層輸導(dǎo)有關(guān)的油氣分布，都是在一段地質(zhì)時(shí)間內(nèi)所發(fā)生的全部斷層活動(dòng)與油氣運(yùn)移過(guò)程的綜合，因而，斷層輸導(dǎo)體系的研究也應(yīng)該選擇合適的時(shí)間尺度分析斷層的活動(dòng)性，而不是某一時(shí)刻流體在通過(guò)斷層帶時(shí)的動(dòng)力學(xué)特征［18］。

表1 源巖和原油樣品特征參數(shù)系列值分布統(tǒng)計(jì)

圖2 原油成因類型劃分多地化參數(shù)對(duì)比

依據(jù)前人油氣成藏期次研究成果［29］，結(jié)合埋藏演化史分析認(rèn)為，研究區(qū)存在2期油氣充注。對(duì)于沙三下烴源巖，只在后一期館陶末—現(xiàn)今成熟，因此該套烴源巖所生成的Ⅰ類原油應(yīng)該只發(fā)生了晚期一期充注；對(duì)于沙四上烴源巖，在東營(yíng)末期就已成熟，該期成熟度Ro最高達(dá)到0.6%，現(xiàn)今成熟度Ro達(dá)到1.0%左右，其所生成的Ⅱ類原油應(yīng)發(fā)生了早、晚（東營(yíng)末期和館陶末—現(xiàn)今）2期充注。在前文劃分原油來(lái)源的基礎(chǔ)上，根據(jù)成熟度指標(biāo)C29αββ/（αββ+ααα）比值與Ro的相互關(guān)系［33］（見(jiàn)圖3），統(tǒng)計(jì)了不同類型原油的成熟度指標(biāo)C29αββ/（αββ+ααα）比值分布（見(jiàn)圖3a）。以C29αββ/（αββ+ααα）比值0.25所對(duì)應(yīng)的Ro值0.6%為界，將C29αββ/（αββ+ααα）比值小于0.25（Ro值小于0.6%）區(qū)間的原油劃為早期充注（東營(yíng)末期）的原油，將C29αββ/（αββ+ααα）比值大于0.25（Ro值大于0.6%）區(qū)間的原油劃為晚期充注（館陶末—現(xiàn)今）的原油。

由劃分結(jié)果看，沙三下來(lái)源的Ⅰ類原油都表現(xiàn)出晚期充注的特點(diǎn)；沙四上來(lái)源的Ⅱ類原油樣品絕大多數(shù)表現(xiàn)出晚期充注的特點(diǎn)，少部分體現(xiàn)出早期充注的特點(diǎn)（見(jiàn)圖3b）；Ⅲ類原油應(yīng)為沙三下和沙四上烴源巖晚期生成的原油混合充注而成?？梢?jiàn)，研究區(qū)的原油以晚期充注為主，因此，以下分析主要針對(duì)油氣以晚期一期充注的情況。

圖3 研究區(qū)油氣成藏期次劃分

3 斷層啟閉性的判識(shí)

斷裂造成地層橫向連續(xù)性變差的同時(shí)，也造成縱向水動(dòng)力連通，這種連通性的判斷指標(biāo)應(yīng)為流體本身及其流動(dòng)過(guò)程中的遺留痕跡，因而通過(guò)斷層帶兩側(cè)油藏密集的原油地球化學(xué)樣品測(cè)試，利用生標(biāo)指紋參數(shù)所指示的不同原油類型對(duì)比分析，可以對(duì)斷層的啟閉性特征進(jìn)行有效判識(shí)，并示蹤油氣沿?cái)鄬舆\(yùn)移的過(guò)程。

為了有效地對(duì)斷層啟閉性進(jìn)行判識(shí)，研究中選擇兩盤鉆井相對(duì)較多的斷層段為分析目標(biāo)，斷層上下盤儲(chǔ)層內(nèi)的含油氣性必定存在4種情況：上盤和下盤都含有油氣、上盤含油氣而下盤不含油氣、下盤含油氣而上盤不含油氣、上下盤均不含油氣。當(dāng)上下盤都含有油氣時(shí)，情況比較復(fù)雜，兩盤的油氣類型（來(lái)源）相同時(shí)，可以認(rèn)為油氣能通過(guò)斷點(diǎn)進(jìn)入下盤儲(chǔ)集層，那么斷點(diǎn)處是開(kāi)啟的，反之，當(dāng)兩盤所含油氣類型（來(lái)源）不相同時(shí)，那么斷點(diǎn)處是封閉的；如果上盤含油而下盤不含油，那么斷點(diǎn)處也是封閉的；如果下盤含油而上盤不含油，那么斷點(diǎn)處是開(kāi)啟的；若兩盤都不含油氣，則斷點(diǎn)可能開(kāi)啟也可能封閉，因而不作為啟閉性分析的樣本。

在原油成因及來(lái)源對(duì)比基礎(chǔ)上，將原油成因類型標(biāo)注在油藏剖面中，結(jié)合地質(zhì)條件的認(rèn)識(shí)，判識(shí)了剖面上各斷點(diǎn)處的啟閉性。本次共選取了14條剖面進(jìn)行斷層啟閉性研究，以過(guò)控?zé)N斷層數(shù)量最多的典型剖面為例進(jìn)行介紹（見(jiàn)圖4）。對(duì)原油地球化學(xué)特征分析證實(shí)，過(guò)王542井—王21井剖面上王542塊（王542井、NZW542-2井）、王3-斜1塊（王631、WJW3-10井）沙三段原油和通61塊（WJTN61-613井）沙二段原油均為來(lái)自沙三下烴源巖的Ⅰ類原油；王14-51塊（WJW14-51井）沙二段原油來(lái)自沙三下和沙四上烴源巖Ⅲ類混合原油；而斜坡高部位王21塊（王21井）沙四段原油來(lái)自沙四上源巖的Ⅱ類原油（見(jiàn)表2）。

圖4 典型油藏剖面斷層啟閉性判識(shí)

表2 典型剖面原油樣品特征參數(shù)分布

圖4顯示了各斷點(diǎn)處的啟閉性判識(shí)結(jié)果，可推斷油氣運(yùn)移和聚集過(guò)程為：沙三下生成的油氣沿沙三段輸導(dǎo)層穿過(guò)F1斷層后運(yùn)移至F1a斷層，穿過(guò)F1a斷層向上運(yùn)移至沙二段儲(chǔ)層中，形成王3-斜1塊油藏，然后繼續(xù)向南部緩坡運(yùn)移至F1b斷層，發(fā)生垂向運(yùn)移后形成了通61塊油藏，此后穿過(guò)F2斷層并與沙四烴源巖生成的Ⅲ類原油混合運(yùn)移至F3斷層，在王14-51區(qū)被F3斷層遮擋，形成了斷層-巖性復(fù)合型油氣藏。沙四上烴源巖生成的原油，一部分可能通過(guò)F2斷層或者穿過(guò)F2斷層后直接沿沙四輸導(dǎo)層運(yùn)移至F3處，與沙三下生成的原油相互混合后運(yùn)移成藏，另一部分可能沿沙四段輸導(dǎo)層通過(guò)F2，F(xiàn)3和F4斷層后繼續(xù)向南部凸起運(yùn)移，在王15、王21井區(qū)聚集成藏。剖面上，2套主力烴源巖生成的油氣總體表現(xiàn)出由生烴洼陷經(jīng)過(guò)砂巖輸導(dǎo)體和斷層向南部斜坡運(yùn)移的趨勢(shì)，與東營(yíng)凹陷南斜坡油氣整體運(yùn)移趨勢(shì)一致。

4 結(jié)論

1）研究區(qū)的原油有3種類型，Ⅰ型原油與沙三下烴源巖具有親緣關(guān)系；Ⅱ型原油與沙四上烴源巖具有親緣關(guān)系；Ⅲ型原油分布在沙三下和沙四上烴源巖的中間區(qū)域，應(yīng)為沙三下和沙四上烴源巖排出的原油在運(yùn)移過(guò)程中形成的混合油。

2）通過(guò)斷層兩盤油藏中原油成因類型的對(duì)比分析，對(duì)東營(yíng)凹陷南坡王家崗油田典型剖面控油斷層在油氣運(yùn)移時(shí)期表現(xiàn)出來(lái)的啟閉性特征進(jìn)行了判識(shí)，分析了油氣成藏過(guò)程。

3）該方法作為一種新的斷層啟閉性研究手段，能夠更為科學(xué)、有效地提供斷層啟閉性信息，對(duì)斷層啟閉性的判識(shí)具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

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（編輯 王淑玉）

A geochemical method of fault sealing discrimination in Wangjiagang Oilfield

Song Chengpeng1，2,Song Guoqi3,Qiu Guiqiang3,Hao Xuefeng3,Zhang Likuan2,Lei Yuhong2,Cheng Ming4,Yang Bin4
(1.Research Institute of Petroleum Exploration and Development,PetroChina,Beijing 100083,China;2.Key Laboratory of Petroleum Resources Research,Institute of Geology and Geophysics,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100029,China; 3.Geological Research Institute,Shengli Oilfield Company,SINOPEC,Dongying 257015,China;4.China University of Petroleum, Dongying 257061,China)

Fault sealing is the key factor of controlling the hydrocarbon migration and accumulation,but effective method to discriminate the fault sealing has been absent.In this paper,according to active patterns of the fluid in fault belt and the tracing application of biomarker,Wangjiagang Oilfield in the southern slope of Dongying Dpression is regarded as study area,and sealing characteristics shown in hydrocarbon migration period of oil-controlling fault with typical profile is discriminated through the analysis of crude oil genesis type in the reservoir of two walls of fault,based on the geochemical characteristics analysis and source determination of crude oil.Controlling action of fault on hydrocarbon migration and accumulation is analyzed.The research indicates that this method can effectively provide the information of fault sealing as a new study measure of fault sealing,which has the definite application value for the discrimination of fault sealing.

fault;fault sealing discrimination;migration process;crude oil source;geochemistry;Wangjiagang Oilfield

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“二次運(yùn)移途中油氣損失量估算方法研究及應(yīng)用”（41102078）；國(guó)家科技重大專項(xiàng)“深層油氣、非常規(guī)天然氣成藏規(guī)律與有利勘探區(qū)評(píng)價(jià)技術(shù)”（2008ZX05008-004）

TE121.2；TE132.1+4

A

10.6056/dkyqt201204012

2011-12-02；改回日期：2012-05-18。

宋成鵬，男，1980年生，博士，主要研究方向?yàn)槭偷刭|(zhì)與盆地分析。E-mail：songcp80@163.com。

宋成鵬，宋國(guó)奇，邱桂強(qiáng)，等.王家崗油田斷層啟閉性的地球化學(xué)判識(shí)方法［J］.斷塊油氣田，2012，19（4）：453-457.

Song Chengpeng，Song Guoqi，Qiu Guiqiang，et al.A geochemical method of fault sealing discrimination in Wangjiagang Oilfield［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2012，19（4）：453-457.