渤中凹陷西部北緣生烴期邊界斷層活動(dòng)對油氣富集的影響

龐小軍，王清斌，崔海忠，張雪芳，劉占博

(中海石油(中國)有限公司天津分公司 渤海石油研究院，天津 300452)

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渤中凹陷西部北緣生烴期邊界斷層活動(dòng)對油氣富集的影響

龐小軍，王清斌，崔海忠，張雪芳，劉占博

(中海石油(中國)有限公司天津分公司 渤海石油研究院，天津 300452)

通過對渤中凹陷西部北緣邊界斷層活動(dòng)、烴源巖熱演化及成藏史等綜合分析，定量探討了生烴期邊界斷層活動(dòng)與油氣差異富集的關(guān)系。結(jié)果表明，研究區(qū)生烴期主要為館陶組至現(xiàn)今，斷層活動(dòng)以“弱—弱—強(qiáng)”為主。館陶組與明化鎮(zhèn)組下段時(shí)期，斷層活動(dòng)弱(活動(dòng)速率小于10 m/Ma)，在明化鎮(zhèn)組中期(約7.5 Ma)，烴源巖由生烴進(jìn)入主要生烴階段，油氣向古近系圈閉中運(yùn)移并成藏，斷層以封堵作用為主。在明化鎮(zhèn)組上段(大約5.3 Ma)開始，烴源巖進(jìn)入高熟階段，斷層活動(dòng)增強(qiáng)，油氣開始差異成藏，當(dāng)斷層活動(dòng)速率小于10 m/Ma時(shí)，油氣主要在古近系成藏；當(dāng)斷層活動(dòng)速率在10～25 m/Ma時(shí)，斷層具有一定的輸導(dǎo)作用，且對古近系油氣藏造成一定的破壞，油氣主要在古近系和館陶組分布；當(dāng)斷層活動(dòng)速率大于25 m/Ma時(shí)，斷層主要起到輸導(dǎo)作用，且古近系油氣藏被破壞，油氣向淺層運(yùn)移并在新近系成藏。

斷層活動(dòng)；烴源巖；油氣成藏；油氣運(yùn)移；圈閉；渤中凹陷

龐小軍，王清斌，崔海忠，等.渤中凹陷西部北緣生烴期邊界斷層活動(dòng)對油氣富集的影響[J].西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2016，31(4):38-43.

PANG Xiaojun,WANG Qingbin,CUI Haizhong,et al.Effect of boundary fault activities on oil and gas accumulation in the northern margin of the west of Bozhong Sag in hydrocarbon generation period[J].Journal of Xi'an Shiyou University (Natural Science Edition),2016,31(4):38-43.

引　言

近年來，斷陷盆地?cái)鄬拥男纬蓹C(jī)制及斷層對層序、儲(chǔ)層、烴源巖、油氣運(yùn)移和保存的控制方面的研究較多，也成為分析油氣差異富集的主要手段和理論依據(jù)[1-4]。由于渤中凹陷及其周圍淺層油氣資源有限，該區(qū)的勘探逐漸向陡坡帶及深層轉(zhuǎn)移。近年來，在渤中凹陷陡坡帶發(fā)現(xiàn)了大量油氣[5]。前人對渤中凹陷結(jié)構(gòu)、層序、儲(chǔ)層分布、儲(chǔ)層物性影響因素、烴源巖等方面進(jìn)行了大量的研究[5-6]，且主要集中在渤中凹陷的東部，對渤中凹陷西部的研究仍然處在局部儲(chǔ)層分布、成巖以及超壓對儲(chǔ)層物性的影響等方面，但是還缺乏對該區(qū)斷層與油氣差異富集方面的研究。本文充分利用三維地震，結(jié)合鉆井和分析化驗(yàn)等資料，在明確生烴期和成藏期的基礎(chǔ)上，對該區(qū)主要生烴期的邊界斷層進(jìn)行定量研究，探討邊界斷層活動(dòng)性與油氣差異富集的定量關(guān)系。

1　研究區(qū)概況

渤中凹陷西部北緣位于渤海海域渤中凹陷的西北部陡坡帶(圖1)，該區(qū)北部與石臼坨凸起以邊界斷層相接，南與沙壘田凸起相望，東與渤中凹陷主體區(qū)相連，西與南堡凹陷過渡。該區(qū)地層發(fā)育齊全，由老到新依次發(fā)育古近系孔店組(Ek)、沙河街組(沙四段(Es4)、沙三段(Es3)、沙二段(Es2)、沙一段(Es1))、東營組(東三段(Ed3)、東二段(上段(Ed2u)、下段(Ed2L))、東一段(Ed1))，新近系館陶組(Ng)、明化鎮(zhèn)組(下段(NmL)、上段(Nmu))，第四系平原組(Qp)[7-8]。沙三段、沙二段、沙一段和東三段主要發(fā)育近源扇三角洲和辮狀河三角洲儲(chǔ)層，也是主要的烴源巖發(fā)育期，東二段以近源辮狀河三角洲和遠(yuǎn)源曲流河三角洲儲(chǔ)層為主，東一段主要發(fā)育辮狀河三角洲和辮狀河儲(chǔ)層，館陶組以辮狀河儲(chǔ)層為主，明化鎮(zhèn)組主要發(fā)育曲流河與淺水三角洲儲(chǔ)層[5-9]。區(qū)域上，古近系蓋層主要為湖侵域的湖相泥巖，館陶組與明化鎮(zhèn)組蓋層以泛濫平原相泥巖為主，油氣主要來自沙三段和沙一段烴源巖。

渤中凹陷西部北緣邊界控盆斷層發(fā)育(圖1)，這些斷層對油氣的生成、運(yùn)移和保存具有明顯的控制作用。

圖1　研究區(qū)位置及地震測線分布Fig.1　Location of study area and distribution of seismic surveylines

2　斷層特征

2.1斷層分布

渤中凹陷西部北緣邊界斷層發(fā)育(圖1)，平面上，按照走向可分為東西2部分，西部走向?yàn)楸蔽鳌蠔|(傾向西南)，東部走向?yàn)槟衔鳌睎|(傾向南東)，西部向西北方向延伸，東部向東北方向延伸，東西兩側(cè)斷層均向渤中凹陷西次洼延伸相交，邊界斷層具有鏟狀和座椅狀等樣式。在邊界斷層附近發(fā)育一系列走向近似為南西—北東展布的次生斷層，剖面上與邊界斷層組成反“Y”字型、順向斷階等組合樣式(圖2)。

圖2　研究區(qū)斷層剖面組合樣式Fig.2　Fault profile combination styles in study area

渤中凹陷西部北緣邊界斷層的平面分布及與次生斷層的垂向組合樣式形成了陡坡帶的古地理格局，且在生烴期對油氣的運(yùn)移和保存具有重要作用。

2.2斷層活動(dòng)性分析

目前，斷層活動(dòng)性的分析主要為斷層活動(dòng)速率法[2-3]，斷層活動(dòng)速率考慮了地質(zhì)時(shí)間的因素，能直接反映斷層活動(dòng)的強(qiáng)度。因此，運(yùn)用該方法，利用三維地震剖面和鉆井資料，由西向東，對渤中凹陷西部北緣新近系—第四系各沉積時(shí)期不同位置的邊界斷層活動(dòng)速率進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和計(jì)算，并繪制了邊界斷層館陶組、明化鎮(zhèn)組下段、明化鎮(zhèn)組上段—現(xiàn)今的斷層活動(dòng)速率柱狀圖(圖3)以及不同段不同沉積時(shí)期的斷層活動(dòng)速率曲線圖(圖4)，按照斷層活動(dòng)強(qiáng)弱變化規(guī)律，將其分為A、B、C、D和E等5段，在此基礎(chǔ)上，總結(jié)了館陶組至現(xiàn)今不同沉積時(shí)期不同段的斷層活動(dòng)特征。

平面上，同一沉積時(shí)期不同位置的斷層活動(dòng)具有明顯的差異性。同一沉積時(shí)期，由西向東，斷層具有“強(qiáng)—弱”交替活動(dòng)的特點(diǎn)，在L5處明化鎮(zhèn)組上段至現(xiàn)今斷層活動(dòng)性最強(qiáng)，L1、L12、L21、L22處斷層不活動(dòng)。

縱向上，不同沉積時(shí)期斷層活動(dòng)不同。渤中凹陷西部北緣地區(qū)，邊界斷層活動(dòng)表現(xiàn)為明化鎮(zhèn)組至現(xiàn)今最強(qiáng)，館陶組次之，明化鎮(zhèn)組下段最弱。這是由于館陶組至明化鎮(zhèn)組下段，盆地遭受熱沉降作用，斷層活動(dòng)較弱，至明化鎮(zhèn)組上段開始，盆地經(jīng)歷了新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，斷層活動(dòng)增強(qiáng)，至平原組后期，大部分?jǐn)鄬油Ｖ够顒?dòng)。

不同段不同時(shí)期的斷層活動(dòng)性迥異，渤中凹陷西部北緣地區(qū)，邊界斷層A段、B段、D段館陶組、明化鎮(zhèn)組上段至現(xiàn)今斷層活動(dòng)均較強(qiáng)，明化鎮(zhèn)組下段較弱，而C段和E段館陶組最強(qiáng)，明下段和明化鎮(zhèn)組上段至現(xiàn)今最弱。館陶組沉積時(shí)期，邊界斷層B段活動(dòng)性最強(qiáng)，A、E、D和C段依次減弱；明化鎮(zhèn)組沉積時(shí)期，斷層活動(dòng)均較弱；明化鎮(zhèn)組上段至現(xiàn)今，邊界斷層B段活動(dòng)最強(qiáng)，D、A和C段依次減弱，E段不活動(dòng)。

圖3　不同位置不同層位斷層活動(dòng)速率柱狀圖Fig.3　Fault activity rate histogram of the different layers in different location

圖4　不同分支不同沉積時(shí)期斷層活動(dòng)平均速率曲線Fig.4　Fault average activity rate curves of different branches in different deposition stages

總之，平面上，由東向西，邊界斷層呈“強(qiáng)—弱”交替變化；縱向上，館陶組和明化鎮(zhèn)組下段斷層活動(dòng)整體較弱，且館陶組的斷層活動(dòng)主要集中在早期，中、后期斷層活動(dòng)極弱；明化鎮(zhèn)組上段至現(xiàn)今，B段活動(dòng)最強(qiáng)，D、A、C段活動(dòng)依次減弱，E段和其它段的局部位置斷層不活動(dòng)。

3　烴源巖生烴期和成藏期的確定

為明確渤中凹陷西部北緣烴源巖生烴特征和成藏特征，選取該區(qū)典型井進(jìn)行烴源巖單井熱演化史進(jìn)行分析，再結(jié)合包裹體測溫，確定古近系和新近系油氣藏的成藏時(shí)間。

3.1烴源巖生烴期的確定

渤海海域渤中凹陷的烴源巖主要發(fā)育在沙三段、沙一段以及東營組，其中沙三段優(yōu)質(zhì)烴源巖分布最廣、沙一段次之，東營組烴源巖質(zhì)量一般[9]。沙三段烴源巖主要是中深湖的暗色泥巖，有機(jī)質(zhì)豐度高、類型好，且展布面積大、厚度大、埋藏深；沙一段烴源巖為半咸水-咸水環(huán)境形成的深灰色泥巖、泥灰?guī)r、油頁巖、鈣質(zhì)頁巖、白云質(zhì)灰?guī)r和生屑灰?guī)r等“特殊巖性段”，具有有機(jī)質(zhì)豐度高、類型好的特點(diǎn)，但厚度和規(guī)模均較小[10]。前人研究認(rèn)為，渤中凹陷帶中心沙三段烴源巖主生油期出現(xiàn)在20～14 Ma，斜坡帶沙三段烴源巖主生油期為10～5 Ma[11]。

本次研究區(qū)位于渤中凹陷西部斜坡帶，對該區(qū)選取典型的單井(D12井和D13井)進(jìn)行熱演化史模擬分析(圖5)。結(jié)果表明，渤中凹陷西部北緣斜坡帶沙三段烴源巖底面在東營組末期(約28 Ma)開始成熟，頂面在館陶組早期(約22 Ma)開始成熟，在明化鎮(zhèn)組下段(約10 Ma)整體進(jìn)入生烴高峰期，且持續(xù)至現(xiàn)今；沙一段烴源巖在館陶組早期(約22 Ma)開始成熟，在明化鎮(zhèn)組下段時(shí)期(約7.5 Ma)進(jìn)入生烴高峰期并持續(xù)至現(xiàn)今；東三段烴源巖整體上處于低成熟—未成熟階段。

圖5　渤中凹陷西部北緣熱演化史、埋藏史Fig.5　Thermal evolution history and burial history in the northern margin of the west of Bozhong Sag

3.2成藏期的確定

近年來，前人在油氣成藏年代方面做了大量研究，認(rèn)為渤海灣盆地主要為晚期幕式快速成藏[12-13]。本文通過流體包裹體測試分析(表1)，結(jié)合烴源巖熱演化史，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)不同時(shí)期的成藏期不同(圖5)，古近系油氣主要經(jīng)歷了2期成藏，第1期主要為明化鎮(zhèn)組下段時(shí)期，距現(xiàn)今約為7.5～5.3 Ma；第2期主要為明化鎮(zhèn)組上段至今，約5.3 Ma至現(xiàn)今。而新近系油氣的主要成藏時(shí)期為5.3 Ma至現(xiàn)今(表1)。

總之，渤中凹陷西部北緣斜坡帶的烴源巖主要以沙三段和沙一段為主，沙三段烴源巖在明化鎮(zhèn)組下段早期(約10 Ma)整體進(jìn)入生烴高峰期，且持續(xù)至現(xiàn)今；沙一段烴源巖在明化鎮(zhèn)組下段中期(約7.5 Ma)進(jìn)入生烴高峰期并持續(xù)至現(xiàn)今。古近系油氣經(jīng)歷了明化鎮(zhèn)組下段和明化鎮(zhèn)組上段—現(xiàn)今等2個(gè)成藏期；新近系油氣成藏時(shí)間主要為明化鎮(zhèn)組上段—現(xiàn)今。

表1　渤中凹陷西部北緣各井不同層位的包裹體溫度與成藏時(shí)間Tab.1　Inclusion temperature and hydrocarbon accumulation time of different layers in different wells in the northern margin of the west of Bozhong Sag

4　斷層活動(dòng)性差異對油氣富集的影響

生烴期斷層的活動(dòng)為油氣的縱向運(yùn)移提供了通道條件，在油氣來源充足的條件下，斷層活動(dòng)越強(qiáng)，斷層的輸導(dǎo)能力越強(qiáng)，油氣越容易向淺層的有利圈閉中運(yùn)移，且富集程度越高；反之，斷層的輸導(dǎo)能力越弱，油氣主要向附近有利圈閉中運(yùn)移。

渤中凹陷西部北緣的烴源巖主要為沙三段和沙一段，分別在東營組末期和館陶組早期開始生烴，在明化鎮(zhèn)組下段早期(約10 Ma)開始大量生烴。館陶組和明化鎮(zhèn)組下段時(shí)期，斷層活動(dòng)非常弱，平均活動(dòng)速率分別為6.2 m/Ma和2.8 m/Ma，這2個(gè)時(shí)期沙三段和沙一段烴源巖處于低成熟—高成熟階段，且生成油氣開始向有利圈閉中運(yùn)移，且在明化鎮(zhèn)組下段中期(約7.5 Ma)成藏。由于明化鎮(zhèn)組下段整體斷層活動(dòng)弱，平均活動(dòng)速率為2.8 m/Ma，斷層主要起到封閉油氣的作用，阻礙了油氣向淺層運(yùn)移，該時(shí)期油氣主要在古近系有利圈閉中成藏。

明化鎮(zhèn)組上段(約5.3 Ma)開始，整個(gè)渤海灣盆地處于新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)期[12]，斷層活動(dòng)增強(qiáng)，該時(shí)期沙三段和沙一段處于成熟—高成熟階段，烴源巖開始大量生成油氣，該時(shí)期的斷層平均活動(dòng)速率為22.8 m/Ma，斷層起到輸導(dǎo)油氣的作用，油氣沿著斷層向淺層運(yùn)移，并在明化鎮(zhèn)組上段中期至現(xiàn)今(小于5 Ma)成藏。因此，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)之前(館陶組—明化鎮(zhèn)組下段)，斷層活動(dòng)弱，斷層主要起到封閉油氣向淺層運(yùn)移的作用；而在新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)之后(明化鎮(zhèn)組上段至現(xiàn)今)，斷層活動(dòng)增強(qiáng)，進(jìn)而轉(zhuǎn)變?yōu)檩攲?dǎo)油氣向淺層運(yùn)移的作用。

綜上所述，在渤中凹陷西部北緣斜坡帶，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)期(明化鎮(zhèn)組上段至現(xiàn)今)的斷層活動(dòng)控制著油氣向淺層運(yùn)移和分布。邊界斷層在平面上的活動(dòng)具有差異性，由東向西，斷層活動(dòng)性呈“強(qiáng)—弱”交替變化的特點(diǎn)(圖3)，當(dāng)明化鎮(zhèn)組上段至現(xiàn)今的斷層活動(dòng)速率小于10 m/Ma時(shí)，油氣主要在古近系儲(chǔ)層中分布，斷層主要起到封閉作用；當(dāng)斷層活動(dòng)速率為10～25 m/Ma時(shí)，斷層具有一定的輸導(dǎo)作用，油氣主要在古近系，館陶組也有一定的分布；當(dāng)斷層活動(dòng)速率大于25 m/Ma時(shí)，油氣主要分布在新近系。整體上，邊界斷層B段活動(dòng)速率大于25 m/Ma，油氣有利于向淺層運(yùn)移，因此，油氣在新近系分布的可能性較大(表2)；A段和D段活動(dòng)速率主要為10～25 m/Ma，油氣可能主要分布在古近系和館陶組圈閉中；E段斷層活動(dòng)速率為0，油氣可能主要分布在古近系圈閉中(圖6)。

表2　各井點(diǎn)附近邊界斷層活動(dòng)速率與油氣顯示、分布關(guān)系Tab.2　Relationship between boundary fault activity rate and the oil and gas show and distribution near to different wells

圖6　渤中凹陷西部北緣邊界斷層不同位置活動(dòng)性與油氣顯示、油氣分布的關(guān)系Fig.6　Relationship between the boundary fault activity at different locations and the oil and gas shows and distribution in the northern margin of the west of Bozhong Sag

5　結(jié)　論

(1)渤中凹陷西部北緣陡坡帶發(fā)育北西—南東走向(傾向西南)和南西—北東走向(傾向南東)的邊界斷層?？v向上，館陶組至現(xiàn)今的斷層活動(dòng)性表現(xiàn)為“弱—弱—強(qiáng)”的特征；平面上，由西向東，明化鎮(zhèn)組上段至現(xiàn)今的邊界斷層活動(dòng)性呈“弱—最強(qiáng)—弱—強(qiáng)—最弱”的特點(diǎn)。

(2)研究區(qū)烴源巖在館陶組與明化鎮(zhèn)組下段時(shí)期成熟并排烴，該時(shí)期斷層活動(dòng)極弱，在明化鎮(zhèn)組中期(約7.5 Ma)，油氣主要在古近系成藏。明化鎮(zhèn)組上段至現(xiàn)今，烴源巖進(jìn)入高成熟階段并大量排烴，斷層活動(dòng)增強(qiáng)，且對古近系油氣藏進(jìn)行破壞與再分配；當(dāng)斷層活動(dòng)速率小于10 m/Ma，油氣主要在古近系有利圈閉中成藏；斷層活動(dòng)速率為10～25 m/Ma，油氣主要分布在古近系和館陶組的有利圈閉中；斷層活動(dòng)速率大于25 m/Ma時(shí)，油氣主要分布在新近系的有利圈閉中。

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責(zé)任編輯：王輝

Effect of Boundary Fault Activities on Oil and Gas Accumulation in the Northern Margin of the West of Bozhong Sag in Hydrocarbon Generation Period

PANG Xiaojun,WANG Qingbin,CUI Haizhong,ZHANG Xuefang,LIU Zhanbo

(Bohai Petroleum Institute,Tianjin Branch of China Offshore Oil (China) Co.,Ltd.,Tianjin 300452,China)

The relationship between boundary fault activities and hydrocarbon accumulation in hydrocarbon generation period is quantitatively studied through the comprehensive analysis of the boundary fault activities,the thermal evolution of hydrocarbon source rocks and hydrocarbon accumulation history in the northern margin of the west of Bozhong Sag.The results show that,the major hydrocarbon period in the study area is from Guantao Formation period (Ng) to the present,and the fault activity is "weak-weak-strong".The fault activity is weak (the activity rate is less than 10 m/Ma) from Guantao Formation period to the lower member period of Minghuazhen Formation.In the middle period of Minghuazhen Formation (about 7.5 Ma),hydrocarbon source rocks enter the main hydrocarbon generating stage,hydrocarbon migrated to Paleogene traps and accumulated there,and the fault mainly plays the role of plugging hydrocarbon.Starting from the upper member (about 5.3 Ma) of Minghuazhen Formation,the hydrocarbon source rock entered into the high mature stage,and the fault activity became strong,and the hydrocarbon began to accumulate.When the fault activity rate is less than 10 m/Ma,hydrocarbon mainly accumulated in Paleogene formation;when the fault activity rate in 10～25 m / Ma,the faults play the role of hydrocarbon migration channel to a certain extent,it has a certain damage effect on Paleogene hydrocarbon reservoirs,and hydrocarbon mainly distributed in Paleogene and Guantao Formation;when the fault activity rate is greater than 25 m/Ma,the faults mainly play the role of hydrocarbon migration channel,the Paleogene hydrocarbon reservoirs were destroyed,the hydrocarbon migrated to shallow formation and accumulated in Neogene reservoirs.

fault activity;hydrocarbon source rock;hydrocarbon accumulation;hydrocarbon migration;trap;Bozhong Sag

A

2016-02-17

國家科技重大專項(xiàng)“近海隱蔽油氣藏勘探技術(shù)”部分研究成果(編號(hào):2011ZX05023-002)

龐小軍(1985-)，男，工程師，碩士，主要從事石油地質(zhì)方面的研究。E-mail：pangxiaojun@126.com

10.3969/j.issn.1673-064X.2016.04.007

TE121.3；P618.13

1673-064X(2016)04-0038-06