復(fù)合型花狀構(gòu)造油氣富集規(guī)律
——以渤海海域蓬萊C構(gòu)造為例

張宏國，官大勇，宿 雯，劉朋波，張 參，麻旭剛

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復(fù)合型花狀構(gòu)造油氣富集規(guī)律
——以渤海海域蓬萊C構(gòu)造為例

張宏國，官大勇，宿 雯，劉朋波，張 參，麻旭剛

(中海石油(中國)天津分公司 渤海石油研究院，天津 300452 )

渤海海域渤東凹陷南洼凹陷區(qū)蓬萊C構(gòu)造是以明化鎮(zhèn)組為主要目的層系的復(fù)合型花狀構(gòu)造，油氣富集規(guī)律不明確導(dǎo)致潛力砂體勘探效果存在差異.根據(jù)復(fù)合型花狀構(gòu)造形成機(jī)制，以斷裂研究為中心，運(yùn)用相干切片、油源對比、斷—砂耦合面積計算等方法，分析蓬萊C構(gòu)造砂體油氣富集規(guī)律.結(jié)果表明，該構(gòu)造受控于郯廬斷裂帶新構(gòu)造運(yùn)動，晚期走滑擠壓強(qiáng)度較小，造成早期派生斷層再次活動及地層產(chǎn)狀變化，“花心”部位易發(fā)育雙/多斷型砂體；根據(jù)斷—砂耦合油氣豐度半定量預(yù)測模板，認(rèn)為雙/多斷型砂體是油氣高豐度區(qū)；沙河街組有機(jī)質(zhì)形成環(huán)境與類型較好，為主力烴源巖，不同烴源巖層系對砂體含油豐度影響較小；在成藏條件配置關(guān)系基礎(chǔ)上，預(yù)測蓬萊C構(gòu)造切入沙河街組烴源巖的斷層附近位于“花心”部位的淺層砂體為油氣富集區(qū)，砂體高部位斷—砂耦合程度對油氣運(yùn)聚具有積極意義.

郯廬斷裂； 蓬萊C構(gòu)造； 油氣運(yùn)移； 淺層砂體； 斷—砂耦合； 渤東凹陷

0 引言

蓬萊C構(gòu)造位于渤東凹陷南洼凹陷區(qū)，組成為正斷層，地層表現(xiàn)為兩側(cè)向中心上拱的背形，屬于典型的復(fù)合型花狀構(gòu)造[1]，為烴源巖—斷層—砂體的近源成藏模式.目前研究多集中于對地震識別及構(gòu)造成因機(jī)制方面[2]，對形成機(jī)制與油氣成藏內(nèi)在聯(lián)系及富集規(guī)律的研究尚不多見，有關(guān)成藏模式中斷層—烴源巖配置的研究集中于斷層對烴源巖生、排烴的影響及油氣主運(yùn)移方向的定性判斷[3-4].在斷層—砂體配置方面，孫建軍[5]認(rèn)為砂體與水平面之間夾角大于0°及反向的斷—砂配置有利于油氣向砂體分流；張新濤[6]提出斷—砂耦合面積計算模式及公式，認(rèn)為砂體低部位斷—砂耦合面積與砂體含油豐度呈正相關(guān)關(guān)系.

根據(jù)復(fù)合型花狀構(gòu)造形成機(jī)制，筆者綜合運(yùn)用相干切片、油源對比、斷—砂耦合面積計算等方法，分析不同層系烴源巖排烴量差異及砂體高部位斷—砂耦合面積對砂體含油豐度的影響，引入砂體高部位斷—砂耦合面積計算，制作油藏豐度半定量預(yù)測圖版，為凹陷區(qū)復(fù)合型花狀構(gòu)造尋找高豐度油藏提供借鑒.

1 地質(zhì)概況

蓬萊C構(gòu)造位于渤海海域東部渤東凹陷南洼凹陷到東南斜坡的過渡區(qū)，處于蓬萊19-3/25-6油田區(qū)走滑斷裂向北的延伸部分，淺層地層向中心方向上傾，整體表現(xiàn)為依托兩條主控斷層形成的復(fù)合型花狀構(gòu)造(見圖1).南洼凹陷發(fā)育古近系沙河街組與東營組、新近系館陶組與明化鎮(zhèn)組、第四系平原組地層，其中，古近系為泥質(zhì)沉積，新近系為砂泥互層沉積，花狀構(gòu)造的主控斷層溝通古近系烴源巖與新近系儲層，形成典型的下生上儲型成藏模式.蓬萊C構(gòu)造已鉆井C1/C2井證實，明化鎮(zhèn)組為極淺水三角洲沉積，砂巖質(zhì)量分?jǐn)?shù)在20%～25%之間，有利于形成構(gòu)造—巖性圈閉，為主要勘探目的層系.不同井區(qū)及相鄰砂體含油豐度存在差異，復(fù)合型花狀構(gòu)造油氣富集規(guī)律呈現(xiàn)一定的復(fù)雜性，影響油氣富集區(qū)的進(jìn)一步探尋.

圖1 蓬萊C構(gòu)造區(qū)域位置Fig.1 Regional location of Penglai C structure

2 復(fù)合型花狀構(gòu)造形成機(jī)制

研究區(qū)位于郯廬斷裂帶，凹陷區(qū)復(fù)合型花狀構(gòu)造是郯廬斷裂新構(gòu)造運(yùn)動的表現(xiàn)形式之一，長期活動斷層為主要油源斷層，晚期走滑擠壓反轉(zhuǎn)形成的背斜形態(tài)具有良好的聚油背景.受古近系塑性地層厚度等因素影響，郯廬斷裂由凸起區(qū)蓬萊19-3/25-6油田區(qū)到凹陷區(qū)蓬萊C構(gòu)造再到深凹區(qū)蓬萊A構(gòu)造(見圖1藍(lán)色虛線方框)，走滑活動強(qiáng)度逐漸減弱，形成的斷裂也各有差異.蓬萊19-3/25-6油田區(qū)的走滑斷層(剖面線見圖1C-D)平直，有的甚至直通海底[7](見圖2(a))；蓬萊C構(gòu)造走滑斷裂(剖面線見圖1A-B)在基底明顯存在，受新近系末期新構(gòu)造運(yùn)動影響，走滑斷層在淺層具有一定痕跡，剖面上表現(xiàn)為斷面呈扭曲狀，平面上表現(xiàn)為不連續(xù)的小段(見圖2(b)、(c)).上新世與第四紀(jì)之間的“渤海運(yùn)動”形成規(guī)模較大的走滑擠壓應(yīng)力場[8]，是蓬萊C構(gòu)造與蓬萊19-3油田區(qū)最終定型的主要動力.兩者不同的是，蓬萊19-3油田區(qū)

圖2 蓬萊C構(gòu)造與蓬萊19-3油田區(qū)走滑斷裂對比Fig.2 Comparison of strike-slip fault between Penglai C structure and 19-3 oilfield

位于渤南低凸起，走滑強(qiáng)度較大，擠壓反轉(zhuǎn)形成背斜；蓬萊C構(gòu)造位于渤東凹陷區(qū)，古近系塑性泥巖地層厚度較大，走滑作用被吸收，強(qiáng)度減小，僅誘發(fā)早期走滑派生斷層的再次活動與地層產(chǎn)狀的變化.在弱走滑擠壓作用下，早期走滑派生斷層再活動，形成溝通烴源巖與淺層砂體的運(yùn)移斷層，地層逆沖幅度小于伸展時期的斷距，斷層依舊保持正斷層的性質(zhì)，兩側(cè)地層向中心上拱形成背斜的形態(tài)，有利于周圍油氣向花狀構(gòu)造運(yùn)聚.

3 砂體含油豐度差異性

蓬萊C構(gòu)造走滑派生斷層切至古近系泥巖地層，形成烴源巖—斷層—砂體的近源成藏模式，油源斷層與不同層系烴源巖配置、油源斷層與砂體的耦合關(guān)系決定明化鎮(zhèn)組砂體成藏與否及豐度大小.

3.1 烴源巖與油源斷層配置關(guān)系

烴源巖排烴量直接決定成藏豐度的高低，不同層系烴源巖具有不同的有機(jī)質(zhì)形成環(huán)境及類型，排烴量也有差異，因此需要研究油源斷層與不同層系烴源巖的配置關(guān)系.在相似構(gòu)造背景下，烴源巖有機(jī)質(zhì)類型、沉積介質(zhì)環(huán)境和巖性結(jié)構(gòu)共同影響烴源巖的排烴效率[9]、排烴總量.渤東凹陷南洼東三段烴源巖是以Ⅱ型有機(jī)質(zhì)為主的厚層較純泥巖，由淡水—氧化沉積環(huán)境形成，排烴效率較低[10]，排烴量有限，適合就近在東營組上段或館陶組下部成藏.沙河街組烴源巖是以Ⅰ—Ⅱ1類有機(jī)質(zhì)為主的夾薄層砂巖的泥巖，由咸水—半咸水沉積環(huán)境形成，排烴量較大，是形成高豐度油藏的物質(zhì)基礎(chǔ).

在蓬萊C構(gòu)造近源成藏模式中，沙河街組和東營組烴源巖通過斷層垂向運(yùn)移至明化鎮(zhèn)組成藏，油源對比是確定主力烴源巖層系的直接方式.分析C1井明化鎮(zhèn)組油樣色譜—質(zhì)譜，上部兩套主力油層具有中等—低C24四萜烷、中等—Ga、較低重排甾烷、中等4—甲基甾烷、中—高三芳甲藻甾烷的地化特征(見圖3(a)、(b))，與沙河街組相似；下部壁心油樣具有高C24四萜烷、低Ga、中等重排甾烷、低4-甲基甾烷、低三芳甲藻甾烷的地化特征(見圖3(c))，與東營組相似.沙河街組烴源巖排烴量遠(yuǎn)大于東營組的，說明與沙河街組烴源巖接觸的油源斷層具有較大的垂向油氣運(yùn)移量.蓬萊C構(gòu)造主干斷層切至沙河街組，為油氣主要的垂向輸導(dǎo)通道，與它相搭接的次級斷層對油氣起再分配作用；其余切至東營組的斷層為油氣垂向運(yùn)移次級通道，不易形成高豐度油藏.

3.2 油源斷層與砂體耦合程度關(guān)系

在長期活動的油源斷層與沙河街組充足油源的條件下，研究明化鎮(zhèn)儲層的斷—砂耦合程度對于成藏至關(guān)重要[12].根據(jù)砂體與斷層接觸的長度與寬度之積得出斷—砂耦合面積，砂體低部位耦合面積越大，砂體油柱高度越大，含油豐度越高[6]，表明斷層與砂體的反向配置關(guān)系有利于油氣充注[5].蓬萊C構(gòu)造的C2井鉆遇多個砂體，但是砂巖含油豐度差異較大，砂體的運(yùn)移斷層切至沙河街組烴源巖，不存在不同層系烴源巖對砂體含油豐度的影響；砂體與斷層的配置關(guān)系為反向組合，且砂體的傾角基本相同；砂體油源斷層相同且活動性基本一致.因此，斷—砂耦合程度的差異是造成C2井砂體含油豐度差異的關(guān)鍵因素.計算各砂體高、低部位斷—砂耦合面積(見表1)，在相同斷層活動性及斷層—砂體配置關(guān)系的條件下，砂體含油豐度不僅受低部位斷—砂耦合面積的影響，同時也受高、低部位斷—砂耦合面積的共同控制.

圖3 C1井明化鎮(zhèn)組油源對比Fig.3 Oil-source correlation of C1 well in Minghuazhen formation

油氣經(jīng)過烴源巖的初次運(yùn)移和斷層的二次運(yùn)移，最終進(jìn)入砂體成藏，油氣總是由高勢區(qū)向低勢區(qū)運(yùn)移[13].對單斷型砂體，上傾尖滅的砂體中水體不可壓縮，加之?dāng)嗝嬷杏椭叨扔邢?，難以突破砂體孔隙壓力，導(dǎo)致砂體無法進(jìn)行油氣充注(見圖4(a))；對雙斷型與多斷型砂體，砂體中油氣與水體可以向上傾方向流動，砂體充注量較大(見圖4(b)、(c)).不同類型砂體油氣充注量不同，取決于砂體高部位與斷層接觸程度的差異.斷層的活動時期是應(yīng)力不斷釋放的過程[14]，蓬萊C構(gòu)造明化鎮(zhèn)組砂體高部位存在斷層時，斷層形成油氣運(yùn)聚低勢區(qū)，有利于油氣斜向運(yùn)聚，從而導(dǎo)致上傾尖滅的單斷型砂體與高、低部位存在斷層的雙/多斷型砂體，形成具有差異的油氣運(yùn)聚條件.明化鎮(zhèn)組砂體含量較低，整體為富泥的巖性特征，因此斷面兩側(cè)砂巖與砂巖對接造成斷層側(cè)封[15]的概率較小，斷—砂耦合程度是蓬萊C構(gòu)造C2井淺層砂體成藏差異的主控因素.

3.3 斷—砂耦合油氣豐度半定量預(yù)測模板

首先計算斷層與砂體接觸的傾角(α)及砂體自身與水平線之間的夾角(β)，結(jié)合鉆遇砂體垂厚(h)，得出砂體與斷層接觸的寬度(H)；再與斷—砂接觸長度(L)相乘得出斷—砂耦合面積(S)，計算C2井砂體高/低部位斷—砂耦合面積(見表1、表2)，制成交會圖版，可形成3種不同的油氣豐度預(yù)測區(qū)間(見圖5).類型A表明，砂體低部位斷—砂耦合程度是砂體成藏的基礎(chǔ)，即使在較小低部位與較大高部位耦合面積的配置下，油氣豐度仍然較低(砂體g)；類型B類似于單斷型砂體，在較大低部位與較小高部位耦合面積的配置下，砂體含油豐度仍然較低(砂體a、c、f).雖然砂體a測井解釋為油水同層，距圈閉最高點(diǎn)26 m，油柱高度遠(yuǎn)小于26 m，在此視為含油豐度較低的水層；類型C表明，在較大低部位與較大高部位耦合面積的配置下，砂體含油豐度相對較高(砂體b、d、e)，且兩者同時較大時，油柱高度越大(砂體e).因此，砂體高部位斷—砂耦合對油氣運(yùn)聚具有積極意義，高低部位斷—砂耦合面積的相對大小影響砂體的含油豐度，低部位耦合面積相差不大時，高部位耦合面積越大，砂體含油豐度越大(砂體b、d).在蓬萊C構(gòu)造中，同時滿足低部位斷—砂耦合面積大于6×103m2與高部位耦合面積大于30×103m2的條件時，淺層砂體含油豐度較高.

圖4 不同類型淺層砂體油氣與水運(yùn)移方向示意Fig.4 Migration model for water and oil & gas in different types of shallow sands

表1 C2井淺層砂體低部位斷—砂耦合面積計算數(shù)據(jù)Table 1 Fault-sand coupling data in low position of shallow sand in C2 well

表2 C2井淺層砂體高部位斷—砂耦合面積計算數(shù)據(jù)Table 2 Fault-sand coupling data in high position of shallow sand in C2 well

受張扭應(yīng)力大小的差異影響，復(fù)合型花狀構(gòu)造的“花瓣”部位斷層發(fā)育密度較小，相對于“花心”部位，有利于形成單斷型砂體；“花心”部位斷裂發(fā)育密度較大，雙/多斷型砂體較為發(fā)育，有利于形成砂體高部位的斷—砂耦合.針對花心、花瓣部位發(fā)育砂體類型的差異，建立復(fù)合型花狀構(gòu)造“花瓣”、“花心”部位不同的運(yùn)移模式(見圖6)，不同砂體類型形成不同的運(yùn)聚條件，是控制C1、C2井及C2井區(qū)不同砂體含油豐度的關(guān)鍵因素.深切沙河街組烴源巖的大斷裂附近位于“花心”部位的雙/多斷型砂體是蓬萊C構(gòu)造油氣富集區(qū).

斷—砂耦合程度是淺層砂體成藏的關(guān)鍵因素，砂體高、低部位斷—砂耦合面積共同影響含油豐度.斷—砂耦合油氣豐度半定量預(yù)測模板對“下生上儲”的凹陷區(qū)復(fù)合型花狀構(gòu)造勘探具有一定借鑒意義.

圖5 淺層砂體斷—砂耦合預(yù)測油氣豐度模板示意

圖6 復(fù)合型花狀構(gòu)造淺層斷—砂耦合類型模式Fig.6 Fault-sand coupling models in composite flower structure

4 結(jié)論

(1)蓬萊C構(gòu)造的復(fù)合型花狀構(gòu)造形成受控于郯廬斷裂新構(gòu)造運(yùn)動，走滑作用強(qiáng)度較小，僅產(chǎn)生早期走滑派生斷層的再活動與地層的產(chǎn)狀變化，為花狀構(gòu)造油氣富集提供良好的運(yùn)移斷層及斷層—地層組合類型.

(2)渤東凹陷南洼凹陷區(qū)沙河街組烴源巖相對于東營組排烴量較大，為優(yōu)質(zhì)烴源巖，斷層與沙河街組烴源巖接觸具有較大的垂向油氣運(yùn)移量；結(jié)合運(yùn)移斷層判斷不同層系烴源巖對砂體油氣豐度影響較小.

(3)在相同斷層—砂體配置、斷層活動性及側(cè)封條件下，砂體高部位斷—砂耦合面積對油氣運(yùn)聚具有積極意義；淺層砂體同時滿足低部位耦合面積大于6×103m2和高部位耦合面積大于30×103m2的條件時，砂體含油豐度較高.

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2015-04-08；編輯：朱秀杰

國家科技重大專項(2011ZX05023-006-002)

張宏國(1986-)，男，碩士，工程師，主要從事油氣勘探及石油地質(zhì)綜合方面的研究.

TE121.2

A

2095-4107(2015)04-0038-07

DOI 10.3969/j.issn.2095-4107.2015.04.005