油氣優(yōu)勢運移方向分析
——以渤海東部新近系為例

曾 萱，張宏國

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300459）

渤海東部海域面積約9 000 km2，探井約90余口，在渤海油田范圍內(nèi)屬于勘探程度較低的區(qū)域之一。研究區(qū)斷裂體系以NNE、NE向為主，主干斷裂在深層以線性連續(xù)展布為主，在淺層表現(xiàn)為次級斷裂成雁列式或平行式展布，斷裂性質(zhì)以走滑、伸展及走滑—伸展疊加為主[1-2]。除蓬萊9-1花崗巖潛山油田之外，渤海東部已發(fā)現(xiàn)的油氣藏大多分布在新近系，儲量占比超過了70%，展現(xiàn)了良好的成藏潛力。由于新近系與古近系烴源巖不直接接觸，斷層控制了油氣垂向上的優(yōu)勢運移方向[3-4]，因此斷裂的精細(xì)研究具有重要的成藏意義。

斷裂控藏的研究由來已久，主要是針對油氣沿斷裂的垂向運移作用的重要性。斷裂的活動性、斷裂活動時期與主要生排烴期的匹配、斷裂活動強度與區(qū)域蓋層的配置等是渤海中東部地區(qū)斷裂控藏早期研究的主要內(nèi)容[5-7]。隨著研究的深入，斷裂的輸導(dǎo)性和封堵性的“兩面性”特征逐漸引起地質(zhì)學(xué)家的重視，斷裂帶是由不同變形和物性特征的結(jié)構(gòu)單元組成的復(fù)雜三維地質(zhì)體[8-9]。渤海東部處于勘探早期，缺少對運移斷裂的精細(xì)刻畫，油氣宏觀優(yōu)勢運移路徑等方面還認(rèn)識不清，有利成藏區(qū)帶中高豐度斷塊的預(yù)測更是無從談起。本次研究首先從運移斷裂的識別入手，在明確斷裂帶內(nèi)部結(jié)構(gòu)差異控制封堵性的基礎(chǔ)之上，通過多因素的模糊評價分析明確油氣有利的聚集區(qū)帶，并開展斷層面與地層配置的精細(xì)研究來確定油氣高豐度斷塊。

1 渤海東部地質(zhì)概況

渤海東部主要是指渤海灣渤中坳陷東部，由渤東凹陷、渤東低凸起、廟西凸起、廟西凹陷等不同構(gòu)造單元組成。研究區(qū)發(fā)育郯城—廬江斷裂帶與張家口—蓬萊斷裂帶等兩大斷裂體系，其中郯廬斷裂帶及其分支走滑南北向貫穿研究區(qū)，形成的斷裂體系以NE向、NNE向走向為主的構(gòu)造格局[10]（圖1a）。渤東凹陷已經(jīng)證實的烴源巖主要包括古近系的東營組、沙河街組，其中沙河街組為主力烴源巖層系[11]。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的油氣藏主要分布在潛山與新近系，其中新近系儲蓋組合良好（圖1b），館陶組和明下段均有規(guī)模性發(fā)現(xiàn)，展現(xiàn)出良好勘探前景。由于研究區(qū)長期處于中外合作期，勘探程度較低，缺少油氣優(yōu)勢聚集區(qū)帶與高豐度斷塊的分析，影響了新近系勘探的進(jìn)程。

圖1 渤海東部地質(zhì)略圖

2 渤海東部運移斷裂的識別

渤海東部新近系成藏存在近源與遠(yuǎn)源兩種成藏模式，近源成藏模式為“烴源巖—斷層—圈閉”，遠(yuǎn)源成藏模式為“輸導(dǎo)脊—斷層—圈閉”。在兩種模式中，斷層的運移條件研究成藏的關(guān)鍵，而主力運移斷裂的厘清對于明確油氣優(yōu)勢運移方向至關(guān)重要。本次主要從斷裂規(guī)模、斷裂活動期與烴源巖接觸程度、斷層活動性及斷裂內(nèi)部結(jié)構(gòu)等方面開展分析。

2.1 斷裂體系的分析

影響渤海東部構(gòu)造演化的主要區(qū)域性大斷裂是NNE向的郯城—廬江斷裂帶和NWW向的張家口—蓬萊斷裂帶，兩條區(qū)域性斷裂帶形成了共軛剪切力，共同影響著研究區(qū)的構(gòu)造演化[12]。郯城—廬江斷裂帶是控制研究區(qū)斷裂發(fā)育的關(guān)鍵，形成了以平行主走滑方向（NNE向）為主的主干斷裂帶，以及NE走向的走滑派生斷裂帶，NWW向的張家口—蓬萊斷裂帶只在蓬萊3構(gòu)造區(qū)有所顯現(xiàn)（圖1a）。

其中，NNE向斷裂體系包括中央走滑斷裂、渤東1號、渤東2號、斷階1號、斷階2號斷裂等；NE向斷裂體系包括長興島斷裂、渤東3號、廟西1號、廟西2號等斷裂；NWW向斷裂體系包括蓬萊3走滑斷裂。

根據(jù)分割構(gòu)造單元或控制構(gòu)造帶形成，橫向、垂向延伸距離以及活動性強度，將主力油源斷層分為三級。其中一級斷裂5條，發(fā)育規(guī)模大，分別是中央走滑斷裂、渤東1號斷裂、渤東2號斷裂、長興島斷裂、渤東3號斷裂；二級斷裂3條，規(guī)模較大，分別是蓬萊3走滑斷裂、廟西1號斷裂、廟西2號斷裂；三級斷裂2條，規(guī)模較小，分別是斷階1號斷裂和斷階2號斷裂。

2.2 主力運移斷裂的識別

在晚期成藏的大背景下，斷裂晚期活動性與主力烴源巖生、排烴期的匹配是新近系成藏的關(guān)鍵，另外斷裂內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同，擔(dān)當(dāng)油氣運移路徑的誘導(dǎo)裂縫與滑動裂縫發(fā)育存在差異，油氣垂向運移量也有所不同。晚期活動性越強，與烴源巖生、排烴時期耦合越好，油氣垂向運移動力越足，一元型結(jié)構(gòu)有利于橫向和垂向運移，而二元、三元型的斷裂結(jié)構(gòu)相對有利于油氣垂向運移[13]。例如，渤東3號斷層（F3）為長期活動斷層，新近系深度段對應(yīng)二元斷裂結(jié)構(gòu)，與古近系烴源巖接觸面積大，晚期活動性較強，為主力運移斷層（圖2）?；谏鲜龇矫鎸Σ澈|部地區(qū)的運移斷裂進(jìn)行了綜合評價，結(jié)果表明：渤東1號斷裂、渤東3號斷裂、廟西1號斷裂、長興島斷裂為好的運移斷裂，渤東2號斷裂、廟西2號斷裂、中央走滑斷裂、斷階 2號斷裂為中等運移斷裂，斷階1號斷裂、蓬萊3走滑斷裂為差運移斷裂（表1）。

圖2 渤海東部構(gòu)造構(gòu)架剖面圖（地震剖面位置見圖1）

3 有利成藏區(qū)帶分析

3.1 斷裂垂向封閉機(jī)理

斷裂的垂向輸導(dǎo)性與封堵性是相輔相成的，對于油氣的輸導(dǎo)作用與封堵作用最終取決于斷裂帶內(nèi)部與目的層系內(nèi)排替壓力大小的差異[14]，但是斷裂結(jié)構(gòu)單元的差異是導(dǎo)致斷裂側(cè)封或運移的關(guān)鍵。斷裂主要包括誘導(dǎo)裂縫帶（induced fracture zone，IFZ）、滑動破碎帶（slip fractured zone， SFZ）、斷層巖（fault core， FC）等三種結(jié)構(gòu)單元。以LD16-X-1井為例，其鉆遇斷點深度約為2 050 m（圖3a），結(jié)合該井測井曲線特征將鉆遇斷裂內(nèi)部結(jié)構(gòu)劃分為上下兩盤的誘導(dǎo)裂縫帶和中間的滑動破碎帶，其中誘導(dǎo)裂縫帶在測井曲線上特征表現(xiàn)為聲波時差曲線產(chǎn)生周波跳躍或聲波時差的增大，密度測井值整體偏小，且曲線呈現(xiàn)為窄尖峰狀，電阻率測井曲線一般顯示為視電阻率低值，補償中子測井值偏大等特征；滑動破碎帶在測井曲線上的特征表現(xiàn)為聲波時差值偏小，且穩(wěn)定，聲波時差值偏小，且穩(wěn)定，密度測井值偏大等特征（圖3b）。

表1 主力運移斷裂的識別表

圖3 LD16-X-1井鉆遇斷層處的測井響應(yīng)

不同的斷裂帶結(jié)構(gòu)形成不同的斷裂帶物性，從而對油氣運移與封堵的影響也不同。由于研究區(qū)鉆遇斷裂帶的鉆井很少，難以直接對斷裂帶內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行判識。同為渤海灣盆地的濟(jì)陽坳陷斷裂帶結(jié)構(gòu)研究表明，斷裂的活動強度、斷點在目的層系埋深、巖性匹配等地質(zhì)條件均影響斷裂帶內(nèi)部結(jié)構(gòu)。據(jù)此，研究區(qū)斷裂帶分為一元、二元、三元型四種結(jié)構(gòu)模式。

3.1.1 一元型結(jié)構(gòu)模式

誘導(dǎo)裂縫帶一元型：斷裂發(fā)育初期，發(fā)育在脆性地層中，地層受力較小，滑動破碎帶不發(fā)育，使得斷裂帶內(nèi)部僅發(fā)育大量連通性較好的微裂隙，這為油氣垂向運移提供了通道（圖4a）。

滑動破碎帶一元型：斷裂一般發(fā)育在塑性地層中，當(dāng)形成主破裂面之后，斷裂順著這個面產(chǎn)生滑距，形成主滑動面。這種情況使得整個斷裂帶呈垂向和側(cè)向封堵狀態(tài)（圖4b）。

3.1.2 二元型結(jié)構(gòu)模式

該模式一般是斷裂兩盤巖性存在著差異性，主動盤通常發(fā)育誘導(dǎo)裂縫帶，斷裂中心為滑動破碎帶。由于滑動破碎帶（面）的差滲透性和誘導(dǎo)裂縫帶的高滲透性，整個斷裂帶對油氣呈現(xiàn)對垂向輸導(dǎo)、側(cè)向封堵的狀態(tài)（圖4c）。

圖4 一元、二元型斷裂結(jié)構(gòu)模式與油氣運聚關(guān)系

3.1.3 三元型結(jié)構(gòu)模式

該模式一般出現(xiàn)在斷裂發(fā)育的成熟期，內(nèi)部結(jié)構(gòu)完整。但是由于各結(jié)構(gòu)組分的孔、滲差異明顯，以及滑動破碎帶是否閉合（或被泥質(zhì)充填、礦物膠結(jié)），使得整個斷裂帶對油氣存在輸導(dǎo)、封堵的差異。斷裂帶三元型結(jié)構(gòu)發(fā)育且滑動破碎帶未閉合的情況下，滑動破碎帶拉開的優(yōu)勢裂隙、斷裂空腔在整個斷裂帶中孔、滲性最好，是油氣運移的優(yōu)勢通道（圖5a）。當(dāng)滑動破碎帶被泥質(zhì)充填或后期礦物膠結(jié)時，滑動破碎帶的優(yōu)勢空間被封堵，滑動破碎帶對油氣起封堵作用，而誘導(dǎo)裂縫帶對油氣主要起垂向輸導(dǎo)作用（圖5b），當(dāng)誘導(dǎo)裂縫被充填膠結(jié)，則整個斷裂帶對油氣起封堵作用（圖5c）。

圖5 三元型斷裂結(jié)構(gòu)模式與油氣運聚關(guān)系

3.2 斷裂封堵性模糊綜合評價

渤海東部主要斷裂一般埋深在1 000~3 000 m之間，斷距介于100~300 m左右，大多數(shù)屬于二元或三元型斷裂結(jié)構(gòu)。研究表明，斷裂內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性與影響斷裂側(cè)封性的因素種類呈正相關(guān)的關(guān)系（《渤東構(gòu)造演化、成因機(jī)制及油氣成藏主控因素》，內(nèi)部資料）。單一因素評價研究區(qū)斷裂的封閉性是不全面的，而是與斷裂兩側(cè)巖性配置、泥巖涂抹、斷面壓力等多種因素相關(guān)[15]。此次采用模糊數(shù)學(xué)的方法，將各種影響因素綜合起來考慮，以便對研究區(qū)的斷裂封堵性做出較客觀評價。

此次斷裂封堵性模糊綜合評價中主要考慮了巖性配置、斷裂泥比率、斷裂性質(zhì)、斷面正壓力大小和斷裂兩側(cè)巖層產(chǎn)狀配置關(guān)系等5種因素（U1~U5）。使用離散隸屬函數(shù)來確定各因素的隸屬度并建立了單因素評價矩陣，各單因素隸屬度主要依據(jù)對已發(fā)現(xiàn)油藏的單因素值的概率統(tǒng)計值確定（表2）。

表2 渤東凹陷主要斷裂封閉性單因素隸屬度評價表

研究表明各種因素對斷裂封閉性的奉獻(xiàn)值由大到小依次為斷面正壓力→斷面巖性配置、泥巖涂抹→斷面力學(xué)性質(zhì)→產(chǎn)狀配置。根據(jù)前人研究成果并結(jié)合本區(qū)實際情況，本次采用了專家調(diào)查法確定了上述5個評價因素的權(quán)重系數(shù)。計算模型則選取使用了加權(quán)平均法，因為各因素對斷裂封堵性均影響較大，該模型平均了每種因素的權(quán)重。評價標(biāo)準(zhǔn)為：＞0.7時，封堵性好；0.6~0.7，封堵較好；0.5~0.6，封堵中等；0.4~0.5，封堵較差；＜0.4，封堵性差。根據(jù)以上方法對主要斷裂在新近紀(jì)封堵性模糊評價（圖6），結(jié)果表明多數(shù)斷層具有一定封堵性，其中渤東凹陷北側(cè)的蓬萊3走滑斷裂帶封堵性較好，阻礙了油氣的運移；渤東3號斷裂、廟西1號斷裂顯示出封堵性較差，油氣從渤東凹陷或者廟西凹陷北洼運至廟西北凸起成藏。

研究區(qū)新近系形成了大量的斷塊及斷鼻型圈閉，其中規(guī)模較大的斷裂斷至烴源巖層系或者斷至潛山不整合面，為油氣垂向運移提供了通道。結(jié)合斷層運移與封閉性分析，劃分油氣有利的匯聚區(qū)帶（圖6）。從平面上看，封閉性較差的斷層在新近系運移能力較強，其中渤東低凸起北段（渤東1號斷裂圍區(qū)）、長興島斷裂下降盤、渤東凹陷及其東部緩坡帶和廟西北凸起是新近系油氣有利匯聚區(qū)帶，其中渤東低凸起PL7-X-1井、廟西北凸起PL9-X-1井油氣顯示活躍；蓬萊3走滑斷裂區(qū)及斷階1號、2號斷裂區(qū)油氣運聚相對較差，新近系含油豐度可能相對較低，PL3-X-1井僅有薄層油層成藏。

圖6 渤東凹陷新近系有利區(qū)帶預(yù)測

4 油氣高豐度斷塊的分析

通過對主要運移斷層側(cè)封與輸導(dǎo)性的分析，確定了研究區(qū)的主要有利成藏區(qū)帶。那么在此基礎(chǔ)之上，油氣高豐度斷塊的分析與預(yù)測也具備了條件，主要通過對斷面形式、斷面形態(tài)與輸導(dǎo)層配置、斷面形態(tài)與目的層系地層配置等三方面進(jìn)行研究。斷面形態(tài)與輸導(dǎo)層配置集中體現(xiàn)在斷面的幾何形態(tài)上（斷面脊）[16]，而且與斷面和地層產(chǎn)狀的對接配置關(guān)系有很大聯(lián)系。在此基礎(chǔ)上，斷面形態(tài)與目的層系地層配置分為順向與反向兩類，順向配置有利于油氣沿斷裂向目的層系地層運聚。

4.1 斷面形態(tài)與輸導(dǎo)層產(chǎn)狀的配置關(guān)系

4.1.1 平直斷面與斜向地層配置

斷面形態(tài)無明顯變化時，如果斷面的走向與輸導(dǎo)層的走向不一致，存在一定的角度，就會出現(xiàn)一端上傾的情況，即存在著斷面“構(gòu)造脊”，就是尋找油氣優(yōu)勢運移通道的標(biāo)志之一。在順斷裂走向的方向上，油氣容易沿著構(gòu)造脊向斜上方的構(gòu)造高部位運移（圖7a）。

4.1.2 彎曲斷面與水平地層配置

當(dāng)斷面彎曲、油氣輸導(dǎo)層呈現(xiàn)水平狀態(tài)時，斷面和輸導(dǎo)層的交匯區(qū)帶與等深線平行，斷裂的凸面就是“斷面脊”，油氣沿著這個凸面主要進(jìn)行垂向運移（圖7b）。

4.1.3 彎曲斷面與同向地層配置

實際鉆探中常見的是斷面和輸導(dǎo)層的地層都呈現(xiàn)傾斜。當(dāng)橫向輸導(dǎo)層的地層傾角小于斷面傾角的狀態(tài)時，兩者交匯帶在斷面等深線上會顯示出一個“波浪”的形態(tài)，每一個“波浪”的上凸區(qū)帶就是一個構(gòu)造脊，形成優(yōu)勢運移方向并向低勢區(qū)運聚。構(gòu)造脊的形成也造成上盤的油氣有利匯聚區(qū)為斷面內(nèi)凹處，而斷裂的凸面處則成為下盤的油氣有利匯聚區(qū)（圖7c，7d）。

4.2 斷層-地層配置對運移方向的驗證

油氣從深凹區(qū)向淺層運移時，運移路徑存在由發(fā)散向匯聚的特點，不同斷面形態(tài)及其與地層產(chǎn)狀的配置形成的優(yōu)勢運移方向存在差異。斷面的形態(tài)形成油氣垂向運移的優(yōu)勢匯聚點，斷面形態(tài)與地層產(chǎn)狀配置則控制了油氣橫向運移的優(yōu)勢運移路徑。根據(jù)斷層面與輸導(dǎo)層配置關(guān)系的分析，斷層下降盤的凸面就形成油氣優(yōu)勢垂向運移方向（圖7c），即明確了斷層平面上的油氣充注點；進(jìn)而通過地層與斷層的配置關(guān)系，即地層等值線垂直方向為優(yōu)勢的橫向運移方向，遇到圈閉便聚集成藏（圖8）。通過對渤東凹陷東南斜坡的蓬萊某油田分析，已發(fā)現(xiàn)的油藏與運移路徑基本一致，也證實了斷層—地層配置對油氣運移方向的控制作用。

圖7 斷面形態(tài)與地層產(chǎn)狀配置關(guān)系示意圖

圖8 斷層—地層配置對油氣運移方向的控制

5 結(jié)論

（1）斷裂活動期與烴源巖生排烴期匹配程度及斷裂結(jié)構(gòu)分析，認(rèn)為渤東1號斷裂、渤東3號斷裂、廟西1號斷裂、長興島斷裂為好的運移斷裂，渤東2號斷裂、廟西2號斷裂、中央走滑斷裂、斷階 2號斷裂為中等運移斷裂，斷階1號斷裂、蓬萊3走滑斷裂為較差運移斷裂。

（2）不同類型斷裂帶結(jié)構(gòu)導(dǎo)致斷層側(cè)封能力的差異，主要運移斷裂在新近系屬于二元、三元型結(jié)構(gòu)，采用多因素控制的側(cè)封模糊評價法進(jìn)行斷層側(cè)封的分析，渤東1號、3號等斷層控制下渤東低凸起、長興島斷裂下降盤、渤東凹陷及其東部緩坡帶和廟西北凸起的新近系油氣富集。

（3）在有利成藏區(qū)塊確定的基礎(chǔ)上，研究表明不同斷面形態(tài)與輸導(dǎo)層、目的層系地層的產(chǎn)狀的配置決定了油氣優(yōu)勢運移方向。其中斷面形態(tài)，以及斷面形態(tài)與輸導(dǎo)層配置控制油氣垂向運移的優(yōu)勢方向，與斷層凸面接觸的順向地層有利于油氣想目的層系的橫向運聚。

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