低凸起帶油氣充注機理及運聚模式：以濟陽坳陷林樊家低凸起帶為例

蔣有錄崔小君賈光華范婕李虹

摘要：斷陷盆地低凸起帶具有遠離油源，油氣富集層系淺的特點，其油氣充注機理及運聚模式研究還較薄弱。以濟陽坳陷林樊家低凸起帶為例，從油氣來源入手，分析了油氣成藏動力與阻力的關系，探討了低凸起帶油氣充注方式和運聚模式。結(jié)果表明：林樊家低凸起帶原油具有高伽馬蠟烷/C30霍烷值、低姥植比的特點，來源于利津洼陷沙四上亞段烴源；在成藏地質(zhì)背景分析的基礎上，結(jié)合成藏動力阻力計算結(jié)果，確定了林樊家低凸起帶油氣主要為“斷層雙重輸導多層系充注不整合面分流”的充注方式；根據(jù)斷層在活動時期和靜止時期輸導方式及輸導能力的差異，結(jié)合圈閉發(fā)育情況，林樊家低凸起帶油氣成藏可總結(jié)為“斷層垂向輸導巖性尖滅控圈”、“斷層側(cè)向輸導‘天窗開啟巖性尖滅控圈”、“斷層側(cè)向輸導不整合面遮擋”、“斷層側(cè)向輸導巖性尖滅控圈”等4種成藏模式。

關鍵詞：油氣成藏；充注機理；運聚模式；斷陷盆地；低凸起帶；斷層輸導；濟陽坳陷；渤海灣盆地

中圖分類號：P618.13；TE122.1文獻標志碼：A

0引言

林樊家低凸起帶底圖為館陶組底構造圖；其他地區(qū)底圖為沙四段底構造圖

圖1林樊家低凸起帶構造位置

Fig 1Tectonic Location of Linfanjia Lowuplift Zone

斷陷盆地低凸起帶遠離生烴洼陷，來自洼陷中心的油氣經(jīng)沿途分流，多級輸導運移至低凸起帶，因而低凸起帶往往具有復式輸導、多層系含油的特點[15]。低凸起帶為正向構造帶，是區(qū)域性油氣運移的重要指向區(qū)，具有優(yōu)越的成藏背景。渤海灣盆地在低凸起帶取得了豐碩的勘探成果，如渤南低凸起、孤島低凸起、埕北低凸起等均發(fā)現(xiàn)了億噸級大油田[67]，新近系油氣主要富集于低凸起帶[8]。低凸起帶具有獨特的地質(zhì)條件，其成藏獨具特色，但目前關于斷陷盆地低凸起帶的成藏研究還相對薄弱，如低凸起帶不整合面十分發(fā)育，不整合面在油氣運聚中起到何種作用？低凸起帶往往具有不整合面上、下多層系含油的特點，不整合面上、下各層系油氣充注機理有何差異？本文以渤海灣盆地濟陽坳陷林樊家低凸起帶為例，從油氣來源入手，分析了輸導體系和油氣充注機理，探討了斷陷盆地低凸起帶油氣運聚特征。

1油氣地質(zhì)概況

林樊家低凸起帶位于渤海灣盆地濟陽坳陷東營凹陷與惠民凹陷之間，北連陽信洼陷，東、南以尚西（林東）斷層和林南斷層為界，與尚店油田和里則鎮(zhèn)洼陷相鄰（圖1），構造面積約650 km2。該區(qū)發(fā)育古近系孔店組、新近系及第四系，缺失沙河街組（Es）、東營組（Ed）地層，東部邊緣局部保存有少量東營組地層，新近系館陶組缺失館下段，孔店組（Ek）與上覆館陶組（Ng）呈角度不整合接觸。

研究區(qū)已發(fā)現(xiàn)的油藏主要分布在孔店組和館陶組，發(fā)育有構造巖性、巖性及地層等多種油氣藏類型，以構造巖性油氣藏為主。巖性油氣藏主要分布在館陶組，以巖性尖滅油氣藏為主；地層油氣藏分布在孔店組，以不整合遮擋油氣藏為主，由于后期抬升剝蝕， 孔店組頂部形成了局部不整合面，易形成不整合遮擋油氣藏；構造巖性油氣藏主要分布在東部尚西（林東）斷層附近，油藏受斷層和巖性雙重控制。

平面上，該區(qū)不同層系油氣分布具有較大差異。館陶組油氣主要分布在距尚西斷層較近的部位，在平面上連片，分布范圍較廣[圖2（a）]?？椎杲M油氣展布相對較窄，僅在研究區(qū)西南部有零星分布，且油氣分布未疊合連片，自NE向SW形成3個獨立的含油氣塊[圖2（b）]?？v向上，油氣主要富集在館陶組， 孔店組油氣儲量僅為館陶組的1/6。

圖2林樊家低凸起帶館陶組、孔店組油氣分布

Fig.2Hydrocabon Occurrence of Guantao Formation and Kongdian Formation in Linfanjia Lowuplift Zone

2油氣來源分析

油源對比在油氣勘探中具有重要意義，通過油源對比確定油氣來源，圈定可靠油源區(qū)，并指示油氣運移方向，可為油氣成藏研究和勘探部署奠定基礎[910]。林樊家低凸起帶三面環(huán)洼，東靠利津洼陷，北連陽信洼陷，南鄰里則鎮(zhèn)洼陷（圖1）。各洼陷對于研究區(qū)的油氣貢獻尚不明確，有待進一步研究。

里則鎮(zhèn)洼陷烴源巖成熟度較低，生烴量較少[11]，對林樊家低凸起帶油氣聚集沒有貢獻。陽信洼陷發(fā)育沙一段、沙三段、沙四段3套烴源巖，但沙三段和沙一段烴源巖烴轉(zhuǎn)化率較低[12]，生成的烴類較少，對林樊家低凸起帶的貢獻可忽略不計。利津洼陷主要發(fā)育沙三下亞段和沙四上亞段兩套優(yōu)質(zhì)烴源巖，兩套烴源巖在沉積水體環(huán)境、源巖母質(zhì)來源、成熟度等方面具有顯著的差異，具有較好的區(qū)分度[13]。沙四上亞段烴源巖屬于咸化水體沉積，植烷優(yōu)勢明顯，成熟度較高；沙三下亞段烴源巖沉積水體為半咸水—微咸水，植烷優(yōu)勢不明顯。

地球化學分析表明，林樊家低凸起帶原油具有中等伽馬蠟烷/C30霍烷值、低姥植比的特點，而陽信洼陷沙四段烴源巖沉積時水體鹽度大，伽馬蠟烷/C30霍烷值可超過06，與研究區(qū)原油有顯著區(qū)別。利津洼陷沙四段烴源巖具有明顯的植烷優(yōu)勢，姥植比較低；而沙三段烴源巖植烷烴優(yōu)勢消失，姥植比較高（圖3、4）。林樊家低凸起帶原油伽馬蠟烷含量顯著低于陽信洼陷沙四段烴源巖，而姥植比大于利津洼陷沙三段烴源巖，整體上該區(qū)原油與利津洼陷沙四段烴源巖具有較好的親緣性，因此，林樊家低凸起帶油氣主要來自利津洼陷沙四上亞段烴源巖。

圖3林樊家低凸起帶油源地球化學參數(shù)對比

Fig.3Correlation of Oil Source Geochemistry Parameters in Linfanjia Lowuplift Zone

圖4林樊家低凸起帶油源對比質(zhì)量色譜

Fig.4Mass Chromatograms of Oilsource Correlation in Linfanjia Lowuplift Zone

3油氣充注機理

油氣充注主要有超壓驅(qū)動下的幕式充注和浮力驅(qū)動下的置換式充注兩種方式[1416]。 林樊家低凸起帶含油層系埋藏較淺，為常壓系統(tǒng)，且遠離生烴洼陷，洼陷中心的超壓難以傳遞到低凸起帶，因此，低凸起帶油氣以浮力驅(qū)動下的置換式充注為主。

林樊家低凸起帶館陶組、孔店組油氣在縱向上相互疊置（圖2、5），平面上疊合連片分布，兩套層系油氣的充注具有明顯的相關性，但兩套層系油氣的充注方式尚不明確。

館陶組油氣分布面積大，儲量多，主要分布在東北部構造低部位，而孔店組油氣分布較為局限，主要富集在西南部構造高部位。林樊家低凸起帶位于坳陷邊緣，遠離油源，因此，孔店組油氣較少可能是油源供給不足導致，極有可能是由油氣更為豐富的館陶組充注。從接觸關系來看，兩套地層及不整合面的傾向相同，不整合面位于輸導路徑中的高部位；根據(jù)連通器原理，油氣可以在浮力作用下由館陶組注入孔店組；但另一方面， 孔店組與館陶組之間存在不整合面，孔店組曾經(jīng)歷了較大埋深，遭受了嚴重的壓實作用，其物性與館陶組有較大差別，油氣由館陶組進入孔店組需克服較大的毛細管阻力。

圖5林樊家低凸起帶油藏剖面

Fig.5Reservoir Profile in Linfanjia Lowuplift Zone

為了進一步明確林樊家低凸起帶孔店組油氣的運移方式，對油氣由館陶組進入孔店組的成藏動力阻力進行了計算。基本思路是反證法，即利用阻力來耦合動力，根據(jù)成藏所需要克服的阻力換算出動力條件，來驗證油氣是否能由館陶組注入孔店組。本區(qū)孔店組、館陶組均為常壓系統(tǒng)，成藏動力主要是浮力，阻力主要是排替壓力差。理論上，油氣成藏時的動力阻力關系能夠準確反映油氣充注過程，但目前恢復成藏期的動力、阻力存在較多難點?？紤]到研究區(qū)成藏之后地層穩(wěn)定沉積，隨著地層埋深增大，館陶組砂體排替壓力逐漸增大，而孔店組砂體排替壓力保持不變（孔店組地層遭受過抬升剝蝕，現(xiàn)今仍未達到歷史最大埋深），二者排替壓力差逐漸減小，現(xiàn)今排替壓力差代表了成藏最小阻力條件，因此，本次擬采用現(xiàn)今的成藏動阻力做近似逼近。

根據(jù)毛細管壓力與孔喉半徑的關系及毛細管半徑與孔滲性的相關性[17]，毛細管壓力（P）及孔喉半徑（r）的計算公式為

P=2σcos θr（1）

r=8kφ（2）

式中：σ為兩相界面張力；θ為固液相接觸角； k為滲透率；φ為孔隙度。

可將毛細管壓力計算公式簡化為

P=2σcos θφ8k（3）

近似認為館陶組和孔店組具有相同的兩相界面張力σ和固液相接觸角θ，館陶組和孔店組的排替壓力之比為

PNgPEk=φNgkEkφEkkNg（4）

式中：PNg、PEk分別為館陶組、孔店組排替壓力；φNg、φEk分別為館陶組、孔店組孔隙度；kNg、kEk分別為館陶組、孔店組滲透率。

克服排替壓力差所需臨界油柱高度h為

h=PEk-PNgρg（5）

式中：ρ為原油密度；g為重力加速度。

為減小誤差， 館陶組滲透率、孔隙度數(shù)據(jù)為不整合面以上20 m范圍內(nèi)砂巖的平均值， 孔店組滲透率、孔隙度數(shù)據(jù)為不整合面以下20 m范圍內(nèi)砂巖的平均值。實測結(jié)果表明， 館陶組排替壓力較為相近，且該區(qū)新近系和第四系厚度變化較小，沉積平緩， 館陶組地層經(jīng)歷了相似的成巖作用，因此，在計算時將館陶組排替壓力取統(tǒng)一值。

計算結(jié)果表明（表1）， 孔店組排替壓力變化范圍較大，為0.09～0.16 MPa，顯著大于館陶組，克服二者排替壓力差所需的臨界油柱高度為3455～6933 m。研究區(qū)構造較平緩， 館陶組最大含油高度不足30 m，不能滿足上述成藏動力條件，因此，油氣不可能由館陶組通過不整合面進入孔店組。來自東部利津洼陷沙四上亞段的油氣通過尚西斷層直接進入孔店組，沿著孔店組砂體運移，在不整合面遮擋作用下聚集成藏。

4油氣成藏模式

通過對油氣來源和充注機理的研究，證實了尚西斷層是林樊家低凸起帶的主要油源斷層。尚西斷層縱向上切穿至明化鎮(zhèn)組（Nm），在明化鎮(zhèn)組時期仍然存在微弱活動，與主成藏期（館陶組末期至明化鎮(zhèn)組時期）匹配較好[18]，有利于油氣的輸導（圖6）。利津洼陷生成的油氣運移至尚西斷層東側(cè)，尚西斷層在活動時開啟，油氣沿斷裂帶快速垂向運移；斷層靜止時，垂向優(yōu)勢運移通道消失。在斷層側(cè)向封閉性較好的地方，油氣在尚西斷層外側(cè)聚集成藏；在斷層側(cè)向封閉性較差的地方，油氣穿過尚西斷層與林樊家低凸起帶的輸導體系對接。

從油氣分布來看，靠近尚西斷層地區(qū)的館陶組油氣分布較為集中，而對應位置孔店組卻沒有油氣

顯示，說明有部分油氣是通過斷層直接運移至館陶組聚集成藏。斷層活動時，斷裂帶破碎，局部形成斷裂空腔[19]，斷裂內(nèi)部誘導裂縫帶十分發(fā)育[20]，在垂向上形成高孔高滲帶，溝通深層與淺層流體，使得斷裂帶具有極佳的垂向輸導能力，油氣以垂向輸導為主。油氣在浮力以及深層與淺層流體壓力差的作用下沿著斷裂帶優(yōu)勢運移通道快速向上運移，在館陶組上部泥巖層遮擋下轉(zhuǎn)為側(cè)向運移，進入林樊家低凸起帶館陶組砂體進一步運移，在砂體尖滅的地方聚集成藏，即“斷層垂向輸導巖性尖滅控圈”成藏模式[圖7（a）]。

斷層停止活動后，斷裂帶裂縫閉合，垂向優(yōu)勢運移通道消失，斷裂主要表現(xiàn)為側(cè)向輸導和封堵作用。在油柱高度產(chǎn)生的浮力大于斷裂帶排替壓力的部位，油氣穿過斷層繼續(xù)運移[21]，分別與林樊家低凸起帶館陶組、孔店組的砂體對接。

孔店組地層傾角較大，進入孔店組砂體中的油氣在浮力作用下運移至孔店組頂部。油氣運移至不整合面之后，其運聚成藏特征受不整合結(jié)構的控制[22]，一部分油氣在不整合面砂砂對接的位置通過“天窗”進入館陶組繼續(xù)運移，在館陶組砂體尖滅處聚集成藏，即“斷層側(cè)向輸導‘天窗開啟巖性尖滅控圈”成藏模式[圖7（b）]；一部分油氣受不整合面上覆泥巖遮蓋，無法穿過不整合面繼續(xù)運移，在孔店組頂部聚集成藏，即“斷層側(cè)向輸導不整合面遮擋”成藏模式[圖7（c）]；此外，還有一部分油氣穿過尚西斷層直接進入林樊家低凸起帶館陶組砂體，在館陶組砂體中運移，在砂體側(cè)向尖滅處聚集成藏，即“斷層側(cè)向輸導巖性尖滅控圈”成藏模式[圖7（d）]。

圖7林樊家低凸起帶成藏模式

Fig.7Accumulation Models in Linfanjia Lowuplift Zone

尚西斷層作為林樊家低凸起帶的油源斷層，對林樊家低凸起帶的油氣輸導存在雙重作用：一方面，斷層在活動期和靜止期雙重輸導；另一方面，斷層在垂向上和側(cè)向上雙重輸導。尚西斷層通過館陶組、孔店組兩套層系向林樊家低凸起帶充注油氣。通過孔店組充注的油氣受不整合結(jié)構的分流控制，一部分油氣穿過不整合面進入館陶組聚集成藏，另一部分油氣受不整合面遮擋聚集在孔店組地層。因此，可將林樊家低凸起帶的油氣運聚總結(jié)為“斷層雙重輸導多層系充注不整合面分流”。

綜上所述，孔店組油氣由東側(cè)尚西斷層經(jīng)孔店組砂體輸導而來，向西運移的最大距離受東側(cè)源儲對接深度控制。東側(cè)油源砂體對接深度越深，向西運移的距離就越遠，因此，應進一步加強東側(cè)源儲接觸關系及對接深度的研究，明確林樊家低凸起帶西南部孔店組進一步勘探的范圍。此外，不整合面在該區(qū)油氣運聚中充當了分流的角色，應細化研究不整合面上、下砂泥對接關系，在圈定的孔店組勘探有利區(qū)范圍內(nèi)，不整合面上、下砂砂對接的地方也是館陶組勘探的有利區(qū)塊。

對于斷陷盆地而言，斷層、砂體、不整合面等輸導要素十分發(fā)育。當油氣運移至盆地或坳陷邊緣的低凸起帶時，往往經(jīng)過了沿途各級輸導體系的分流與匯聚，多具有多層系充注、多層系含油的特點。確定油氣的充注方式和輸導路徑對于確定下一步勘探目標具有直接的指導意義。

5結(jié)語

（1）林樊家低凸起帶原油具有高伽馬蠟烷、低姥植比的特點。該區(qū)原油伽馬蠟烷/C30霍烷值顯著低于陽信洼陷沙四段烴源巖，姥植比大于利津洼陷沙三段烴源巖，因此，林樊家低凸起帶的油氣主要來自利津洼陷沙四上亞段烴源巖。

（2）斷陷盆地低凸起帶具有遠離油源，油氣富集層系淺的特點，其油氣充注動力主要為浮力。成藏動力阻力計算結(jié)果表明，林樊家低凸起帶由館陶組注入孔店組需要的臨界油柱高度為3455～6933 m，而該區(qū)充注動力不足，不能滿足此條件，孔店組油氣為尚西斷層直接充注而成。結(jié)合輸導體系和油氣分布特征，該區(qū)的油氣充注可總結(jié)為“斷層雙重輸導多層系充注不整合面分流”。

（3）基于斷層活動時期和靜止時期輸導方式的不同，結(jié)合圈閉發(fā)育情況，可將林樊家低凸起帶的油氣成藏模式總結(jié)為“斷層垂向輸導巖性尖滅控圈”成藏模式、“斷層側(cè)向輸導‘天窗開啟巖性尖滅控圈”成藏模式、“斷層側(cè)向輸導不整合面遮擋”成藏模式以及“斷層側(cè)向輸導巖性尖滅控圈”成藏模式。

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