南堡1－5區(qū)斷－蓋匹配對(duì)油氣垂向輸導(dǎo)的影響

齊慶鵬，孫同文，伍宇博，于晟道，侯政煜

(1.東北石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，黑龍江大慶163318;2.遼河油田淺海石油開發(fā)公司，遼寧盤錦124010;3.渤海裝備遼河重工有限公司，遼寧 盤錦124010;4.遼河油田油氣集輸公司，遼寧盤錦124010)

南堡凹陷位于渤海灣盆地黃驊坳陷北段，是一個(gè)具有北斷南超結(jié)構(gòu)的典型陸相斷陷盆地的箕狀凹陷，其二級(jí)構(gòu)造帶包括高尚堡構(gòu)造帶、柳贊構(gòu)造帶、老爺廟構(gòu)造帶、北堡構(gòu)造帶、西南莊及南堡1號(hào)至5號(hào)富油構(gòu)造帶，自下而上發(fā)育古近系沙河街組三段、二段和一段、東營組，新近系館陶組、明化鎮(zhèn)組及第四系.南堡1號(hào)構(gòu)造又可分為南堡1－1、南堡1－3和南堡1－5三個(gè)區(qū)塊，南堡1－5區(qū)為鼻狀構(gòu)造，位于南堡1號(hào)構(gòu)造東南部，面積約為50 km2(圖1)，截至目前已發(fā)現(xiàn)探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量28 645.44×104t，這表明南堡1－5區(qū)具有良好的含油氣潛力和勘探前景［1］.眾所周知，蓋層對(duì)油氣在垂向上具有保存作用，而斷裂在活動(dòng)時(shí)期作為油氣輸導(dǎo)的通道，會(huì)對(duì)蓋層造成破壞使油氣穿越蓋層發(fā)生再運(yùn)移或散失，本區(qū)主力產(chǎn)油層為東一段，其上部館三段蓋層與油源斷裂的匹配關(guān)系是南堡1－5區(qū)油氣成藏的關(guān)鍵，但是，館三段蓋層發(fā)育程度如何?斷－蓋如何匹配關(guān)系才能保證油氣在東一段富集?這些問題是本區(qū)油氣勘探的關(guān)鍵.盡管前人已對(duì)該區(qū)斷裂、蓋層的發(fā)育特征及對(duì)成藏的作用做過不少研究和探討［2－5］，但以定性分析為主，對(duì)斷裂和蓋層匹配關(guān)系及定量評(píng)價(jià)油氣保存能力方面幾乎沒有，在一定程度上制約了該區(qū)東一段油層勘探的深入.基于此，本文系統(tǒng)研究了南堡1－5區(qū)油源斷裂發(fā)育特征、蓋層發(fā)育特征并定量評(píng)價(jià)了二者共同作用對(duì)油氣垂向輸導(dǎo)能力的影響，應(yīng)用此方法可以明確油氣究竟富集在蓋層上部還是下部，有效地降低了勘探風(fēng)險(xiǎn).

1 油源斷裂厘定及其分布特征

大量的石油地質(zhì)研究和油氣勘探實(shí)踐證實(shí)，國內(nèi)外含油氣盆地中許多油氣藏的形成、破壞和再形成都與斷裂密切相關(guān)，斷裂是控制油氣運(yùn)聚和散失的主要因素，對(duì)油氣的運(yùn)移和聚集有著重要的影響［6－9］.油源斷裂是指成藏關(guān)鍵時(shí)刻活動(dòng)并連接烴源巖與儲(chǔ)層的斷裂.在明確各套含油氣系統(tǒng)中斷裂系統(tǒng)構(gòu)成的基礎(chǔ)上，結(jié)合油氣成藏關(guān)鍵時(shí)刻、斷裂活動(dòng)期次便可厘定油源斷層及其分布.研究區(qū)成藏關(guān)鍵時(shí)刻有兩個(gè)時(shí)期，分別是東營組沉積末期和明化鎮(zhèn)組沉積末期至現(xiàn)在，區(qū)域內(nèi)主要發(fā)育2套烴源巖層，分別是沙三段烴源巖和沙一段－東三段烴源巖，因此在東營組沉積后期至現(xiàn)在活動(dòng)的斷層且與沙三段以及沙一－東三段溝通的斷裂均有可能成為油源斷裂.研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于中淺層含油氣系統(tǒng)，其中的油源斷裂分為2類，分別為僅溝通沙一段－東三段源巖斷裂和溝通沙三段與沙一段－東三段源巖斷裂(圖2).

2 蓋層發(fā)育及分布特征

由于南堡凹陷斷層異常發(fā)育，蓋層的質(zhì)量、厚度、連續(xù)性和分布范圍對(duì)油氣的逸散程度及油氣藏的保存條件有決定性影響.南堡凹陷1－5區(qū)蓋層包括明化鎮(zhèn)組下段、館陶組三段、東營組二段、沙三組二段、沙三組四段的厚層泥巖，由于研究區(qū)主力產(chǎn)油層位為東一段，而對(duì)東一段油氣富集起直接影響的為上部館陶組三段火山巖蓋層，本文以館陶組三段的火山巖蓋層為例進(jìn)行研究.

圖2 南堡凹陷1－5區(qū)中淺層油源斷裂圖

館陶組三段火山巖分布范圍較大，鉆井揭示巖性為致密玄武巖及玄武質(zhì)泥巖，一般單層厚度3～20 m，最大單層厚度可達(dá)176 m，從館三段蓋層等值線圖可以看出(圖3)，累積蓋層厚度一般在200～300 m之間，最大厚度達(dá)到425 m，最小厚度小于120 m，具有自西向東蓋層厚度逐漸減小的特征.多井對(duì)比結(jié)果表明，在該區(qū)域蓋層之下油氣富集程度非常高，最大油氣柱高度可達(dá)到1 000 m，而在該區(qū)域蓋層之上所發(fā)現(xiàn)的油氣均是由于后期斷層活動(dòng)破壞蓋層形成的，因此，館三段火成巖對(duì)南堡凹陷1－5區(qū)東一段油氣富集起到了十分關(guān)鍵的作用.

圖3 南堡凹陷1－5區(qū)館陶組三段蓋層等值線圖

3 油源斷裂與蓋層之間空間匹配關(guān)系及特征

某一區(qū)域性蓋層如果被斷層錯(cuò)動(dòng)時(shí)，錯(cuò)斷蓋層的斷距較小，并沒有將蓋層完全錯(cuò)開，蓋層封閉油氣的能力基本沒有變化，因此油氣在一定范圍內(nèi)不能穿越蓋層向上運(yùn)移(圖4a);當(dāng)錯(cuò)斷蓋層的斷距較大，但是還沒有完全錯(cuò)動(dòng)開，盡管斷層沒有明顯破壞蓋層的連續(xù)性，但斷層附近蓋層內(nèi)的裂縫已經(jīng)溝通了蓋層的上，下儲(chǔ)層，形成了油氣穿越蓋層向上運(yùn)移的通道，如果錯(cuò)動(dòng)蓋層的這類斷層越多，蓋層被分裂得越破碎，連續(xù)分布的面積就越小，封蓋油氣的能力也就越弱(圖4b);如果斷層的斷距大于蓋層的厚度，蓋層被斷層完全錯(cuò)開，下降盤一側(cè)的蓋層之上與上升盤一側(cè)的蓋層之下形成了儲(chǔ)層與儲(chǔ)層的對(duì)置段，原先被限定在蓋層之下的油氣在儲(chǔ)層對(duì)置段穿越斷層面運(yùn)移到下降盤一側(cè)的蓋層之上(圖 4c)［10－13］.

圖4 斷層破壞前后蓋層封蓋范圍變化示意圖(據(jù)文獻(xiàn)［13］修改)

蓋層斷接厚度是指蓋層厚度－斷穿蓋層的斷裂斷距，當(dāng)斷距大于蓋層厚度時(shí)，斷接厚度為負(fù)值，蓋層斷接厚度越大，油氣越不容易穿過蓋層段向上繼續(xù)運(yùn)移［14］.蓋層(主要為塑性泥巖或膏巖)對(duì)油氣在垂向上的輸導(dǎo)起著重要的阻礙作用，當(dāng)蓋層厚度較大而斷穿蓋層的斷裂規(guī)模較小時(shí)，蓋層未被拉斷，剪切型泥巖涂抹層較厚，垂向上油氣完全被封堵;相反，當(dāng)蓋層厚度小而斷裂規(guī)模較大時(shí)蓋層完全被拉斷，失去連續(xù)性，垂向開啟，油氣發(fā)生穿越繼續(xù)向上運(yùn)移.因此，通過蓋層和斷穿蓋層的斷裂斷距的相對(duì)大小可以評(píng)價(jià)油源斷裂的垂向輸導(dǎo)能力.

4 南堡1－5區(qū)蓋層斷接厚度對(duì)油氣垂向運(yùn)移與分布的控制作用

蓋層對(duì)油氣垂向運(yùn)移具有阻礙作用，但蓋層被斷裂斷穿后，油氣能夠沿?cái)嗔芽缭缴w層向上運(yùn)移，向上運(yùn)移的油氣量受控于蓋層被斷裂破壞的程度.本文利用蓋層斷接厚度來界定蓋層被破壞的程度，計(jì)算了南堡1－5區(qū)各油源斷裂處蓋層斷接厚度，并沿油源斷裂走向以柱狀圖形式標(biāo)注，通過館三段蓋層斷接厚度與館上段和東一段油氣顯示進(jìn)行疊合結(jié)果可知，南堡1－5區(qū)蓋層斷接厚度普遍較大，中部和南部主要油源斷裂(f1－3，f4－48，f2－12)附近，斷接厚度基本都大于130 m，東一段鉆遇的井具有較好的油氣顯示，基本都為油流井和油氣層井(圖5)，而對(duì)應(yīng)在蓋層之上館上段基本無或僅少量油氣顯示(圖6)，由此可以看出，當(dāng)館三段火山巖蓋層斷接厚度大于130 m時(shí)對(duì)油氣垂向輸導(dǎo)起到明顯的遮擋作用，為了進(jìn)一步確認(rèn)蓋層斷接厚度影響油氣垂向輸導(dǎo)能力的界限，統(tǒng)計(jì)了南堡1－5區(qū)以及周邊地區(qū)的35口油井在館三段蓋層斷接厚度與其上、下的油氣顯示情況(圖7)，從圖7中可以看出，當(dāng)館三段局部蓋層斷接厚度在130～160 m以下時(shí)，油氣在館三段蓋層上下均有油氣分布，而當(dāng)蓋層斷接厚度在130～160 m以上時(shí)，油氣僅在該套蓋層之下分布，這就說明蓋層斷接厚度130～160 m可能是蓋層與斷層匹配垂向封蓋油氣的臨界條件.

綜上可知，蓋層斷接厚度控制油氣垂向分布的層位，蓋層斷接厚度大于一定值時(shí)油氣不能大量穿越蓋層向淺層運(yùn)移，在淺層不能形成有效油氣層.通過在典型區(qū)塊中進(jìn)一步研究和驗(yàn)證油氣垂向輸導(dǎo)理論的應(yīng)用效果，可將已開發(fā)的成熟區(qū)域作為刻度區(qū)，用以類比和指導(dǎo)未鉆井區(qū)域的油氣輸導(dǎo)特征.

圖5 南堡凹陷1－5區(qū)館三段斷接厚度與東一段油氣顯示結(jié)合圖

圖6 南堡凹陷1－5區(qū)館三段斷接厚度與館上段油氣顯示結(jié)合圖

圖7 南堡凹陷1－5區(qū)及周邊地區(qū)館三段蓋層斷接厚度與油氣縱向分布關(guān)系圖

4 結(jié)論

1)對(duì)于中淺層含油氣系統(tǒng)，將其中的油源斷裂分為2種類型，分別為溝通沙三段與沙一段－東三段烴源巖的斷裂和溝通沙一段－東三段烴源巖的斷裂.

2)蓋層斷接厚度是指蓋層厚度－斷穿蓋層斷裂斷距，當(dāng)斷距大于蓋層厚度時(shí)，斷接厚度為負(fù)值，蓋層斷接厚度越大，油氣越不容易穿過蓋層段向上繼續(xù)運(yùn)移.

3)油源斷裂與蓋層的匹配關(guān)系(斷接厚度)控制著油氣的富集層位，對(duì)于南堡凹陷1－5區(qū)來說，當(dāng)館三段的斷接厚度大于130～160 m時(shí)，油氣無法穿越火山巖蓋層，因此在東一段富集成藏，館上段基本無或僅少量油氣顯示;當(dāng)館三段的斷接厚度小于130～160 m時(shí)，油氣在館三段蓋層上下均有油氣分布.這就說明蓋層斷接厚度130～160 m可能是蓋層與斷層匹配垂向封蓋油氣的臨界條件.

［1］劉德江，周江羽，馬 良，等.渤海灣盆地南堡凹陷斷裂控藏特征研究［J］.海洋石油，2009，29(4):19－25.

［2］黃 學(xué)，付 廣，賴 勇，等.斷裂對(duì)蓋層封閉性破壞程度定量研究［J］.大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2008，27(6):5－9.

［3］杜春國，郝 芳，鄒華耀，等.斷裂輸導(dǎo)體系研究現(xiàn)狀及存在的問題［J］.地質(zhì)科技情報(bào)，2007，26(1):51－55.

［4］呂延防，張紹臣，王亞明.蓋層封閉能力與蓋層厚度的定量關(guān)系［J］.石油學(xué)報(bào)，2000，21(2):27－30.

［5］付 廣，許鳳鳴.蓋層厚度對(duì)封閉能力控制作用分析［J］.天然氣地球科學(xué)，2003，14(3):186－190.

［6］趙密福，李 陽，張 煜，等.斷層兩盤巖性配置關(guān)系及斷層封閉性［J］.中國石油大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2006，30(1):7－11.

［7］付曉飛，方德慶，呂延防，等.從斷裂帶內(nèi)部結(jié)構(gòu)出發(fā)評(píng)價(jià)斷層垂向封閉性的方法［J］.地球科學(xué):中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，30(3):328 －336.

［8］呂延防，沙子萱，付曉飛，等.斷層垂向封閉性定量評(píng)價(jià)方法及其應(yīng)用［J］.石油學(xué)報(bào)，2007，28(5):34－38.

［9］郝 芳，鄒華耀，方 勇，等.斷－壓雙控流體流動(dòng)與油氣幕式快速成藏［J］.石油學(xué)報(bào)，2004，25(6):38－43.

［10］付 廣，王劍秦.地殼抬升對(duì)油氣藏保存條件的影響［J］.天然氣地球科學(xué)，2000，11(2):18－24.

［11］付 廣，孟慶芬.油氣封蓋的主控因素及其作用分析［J］.海洋石油，2003，23(3):29－35.

［12］付曉飛，呂延防，付 廣，等.逆掩斷層垂向封閉性定量模擬實(shí)驗(yàn)及評(píng)價(jià)方法［J］.地質(zhì)科學(xué)，2004，39(2):223－233.

［13］呂延防，萬 軍，沙子萱，等.被斷裂破壞的蓋層封閉能力評(píng)價(jià)方法及其應(yīng)用［J］.地質(zhì)科學(xué)，2008，43(1):162－174.

［14］呂延防，李國會(huì)，王躍文，等.斷層封閉性的定量研究方法［J］.石油學(xué)報(bào)，1996，17(3):39－451.