隆起區(qū)和斜坡區(qū)斷-砂輸導體系控制油氣分布特征的差異性

付 廣, 王 慧

(東北石油大學地球科學學院,黑龍江大慶 163318)

留楚地區(qū)和文安斜坡區(qū)是渤海灣盆地冀中坳陷的2個油氣富集區(qū)。留楚地區(qū)位于饒陽凹陷中部,是一個北東東走向的塌陷背斜構造,背斜核部位于其北部和中北部,背斜的東翼陡,西翼緩,位于源巖區(qū)內(nèi)。文安斜坡區(qū)位于霸縣凹陷的東部,為一個東抬西傾的斜坡,位于霸縣凹陷源巖區(qū)之外。留楚地區(qū)和文安斜坡區(qū)地層沉積從下至上均為古近系的孔店組、沙河街組、東營組和新近系的館陶組、明化鎮(zhèn)組及第四系。截至目前,留楚地區(qū)已發(fā)現(xiàn)的油氣主要分布在東二、三段,少量分布在館陶組,在平面上主要分布在背斜核部的斷裂密集帶內(nèi)。文安斜坡區(qū)油氣主要分布在沙一、二段,少量分布在東營組和館陶組,在平面上沿構造脊線主要分布在斷裂密集帶內(nèi)及邊部。留楚地區(qū)和文安斜坡區(qū)油氣在空間分布上的差異,除了受到構造、蓋層及砂體發(fā)育的影響外,在很大程度上受到斷-砂輸導體系的影響。能否正確認識留楚地區(qū)和文安斜坡區(qū)斷-砂輸導體系控制油氣分布特征的差異性是油氣勘探的關鍵。關于留楚地區(qū)和文安斜坡區(qū)油氣成藏曾做過一定研究和探討,對留楚地區(qū)油氣成藏條件及其控藏作用主要是從其構造成因及其類型研究其對油氣成藏的作用[1-3],從沉積微相類型及其分布特征研究其對油氣分布的控制作用[4-6],從不同類型斷裂分布與油氣分布之間關系,研究斷裂在油氣成藏中的作用[7-9]。對文安斜坡區(qū)油氣成藏條件及其控藏作用主要從油氣來源及源巖供烴特征研究其對油氣成藏的作用[10-11],從沉積微相及分布特征研究其對油氣分布的控藏作用[12-13],從不同類型斷裂分布與油氣關系研究斷裂對油氣成藏的控藏作用[14-15],通過數(shù)值模擬方法和地化手段研究油氣運移路徑及其分布對油氣成藏的控制作用[16-18]。這些研究對認識留楚地區(qū)和文安斜坡區(qū)油氣分布規(guī)律和指導油氣勘探起到了非常重要的作用,但這些研究對留楚地區(qū)和文安斜坡區(qū)油氣輸導體系及其控制油氣分布特征研究的相對較少,而對二者斷-砂輸導體系控制油氣分布特征的差異性研究未見到報道,這不利于留楚地區(qū)和文安斜坡區(qū)油氣勘探的深入。依據(jù)油氣分布與斷-砂輸導體系分布之間的關系分析,筆者對留楚地區(qū)和文安斜坡區(qū)斷-砂輸導體系控制油氣分布特征的差異性進行研究。

1 斷-砂輸導體系及其分布特征

由于留楚地區(qū)和文安斜坡區(qū)所屬的構造位置(圖1)不同,油氣生儲蓋組合類型不同,其構成油氣運移的斷-砂輸導體系的分布特征也就明顯不同。

1.1 留楚地區(qū)斷-砂輸導體系及其分布特征

油氣源對比結果表明,留楚地區(qū)已發(fā)現(xiàn)的油氣主要來自下伏沙一段源巖,屬于下生上儲式生儲蓋組合。從留楚背斜和南背斜油氣藏解剖結果(圖2、3)可以發(fā)現(xiàn),留楚地區(qū)油氣藏的形成主要是由于沙一段源巖生成的油氣通過油源斷裂向上覆地層中運移,再沿東二、三段和館陶組砂體短距離側(cè)向分流運移,最后在留楚背斜核部和留楚南背斜核部聚集形成的。留楚地區(qū)油氣運移的斷-砂輸導體系是由油源斷裂(連接源巖和目的儲層,且在油氣成藏期——明化鎮(zhèn)組沉積晚期[19]活動的斷裂)與其上覆東二、三段和館陶組連通砂體構成的,其分布明顯受到油源斷裂輸導油氣部位和連通砂體的共同控制(圖4)。由圖4可以看出,留楚地區(qū)東二、三段及館陶組油源斷裂主要分布在其中東部,其中北部相對發(fā)育,其次是南部,中部相對較少。油源斷裂并非大面積向上輸導油氣,而主要是通過凸面脊[20](有利輸導油氣部位)向上輸導油氣的。通過三維地震資料追索斷層面空間分布,根據(jù)斷層面埋深,計算其油勢能值。根據(jù)斷層面油勢能值法線匯聚分布特征,便可以確定出油源斷裂的凸面脊。留楚地區(qū)東二、三段及館陶組油源斷裂凸面脊相對發(fā)育,也主要分布在其北部,其次是南部,中部相對較少。由于油源斷裂輸導油氣量還要受到源巖品質(zhì)的影響,留楚地區(qū)東二、三段及館陶組油源斷裂有利輸導油氣部位主要分布在其北部,較有利輸導油氣部位主要分布在其中部及北部邊部,不利輸導油氣部位主要分布在其南部及東西邊部。鉆井揭示結果表明,留楚地區(qū)東二、三段及館陶組主要為扇三角洲沉積,砂體發(fā)育,留楚地區(qū)東二、三段沉積相研究層位相對較多,難以用一層沉積相來表示砂體橫向連續(xù)分布特征,本文中采用砂地比值來綜合表示砂體的橫向連通性。地層砂地比值越高,砂巖越發(fā)育,砂體橫向連通的可能性越大;反之則越小。當?shù)貙由暗乇戎荡笥?0%時,其內(nèi)砂體皆為油層;反之則為水層或干層。表明砂地比大于20%,砂體分布連續(xù),油方可運移進入聚集;否則無油聚集。由地層砂地比預測得到的東二、三段連通砂體(砂地比大于20%)平面分布(圖4),留楚地區(qū)東二、三段僅有北部邊部砂體不連通,其余廣大地區(qū)砂體均是連通的。油氣在東二、三段砂體內(nèi)的側(cè)向運移主要受到油勢能場分布特征的控制,油主要向留楚背斜核部和留楚南背斜核部低勢區(qū)側(cè)向運移(圖2、3)。上述油源斷裂輸導油氣部位與連通砂體分布疊合,可以得到留楚地區(qū)斷-砂輸導體系的分布(圖3),留楚地區(qū)東二、三段及館陶組有利的斷-砂輸導體系主要分布在其北部,較有利的斷-砂輸導體系主要分布在其中邊及北部邊部,不利的斷-砂輸導體系主要分布在其南部及東西邊部(圖4)。

圖1 冀中坳陷留楚地區(qū)和文安斜坡構造區(qū)域位置Fig.1 Structural location of Liuchu area and Wenan slope area in Jizhong Depression

圖2 留楚地區(qū)過留楚背斜核部油氣藏剖面Fig.2 Profile of oil-gas reservoirs of core of Liuchu anticline in Liuchu area

圖3 留楚地區(qū)過留楚南背斜核部油氣藏剖面Fig.3 Profile of oil-gas reservoirs of core of Liuchu south anticline in Liuchu area

圖4 留楚地區(qū)東二、三段斷-砂輸導體系與油氣分布關系Fig.4 Relationship of oil-gas distribution and fault-sand transporting system in Ed2 and Ed3 of Liuchu area

1.2 文安斜坡區(qū)斷-砂輸導體系及其分布特征

油氣源對比結果表明,文安斜坡區(qū)已發(fā)現(xiàn)的油氣主要來自西側(cè)霸縣凹陷沙一段源巖,屬于側(cè)變式生儲蓋組合。從文安斜坡區(qū)油氣藏解剖結果(圖5)發(fā)現(xiàn),文安斜坡區(qū)油氣藏的形成是由于霸縣凹陷沙一段源巖生成的油氣沿砂體向文安斜坡區(qū)側(cè)向運移,途中斷裂起銜接和上調(diào)整作用,使油氣在不同層位的斷層圈閉中聚集形成的。文安斜坡區(qū)油氣運移的斷-砂輸導體系是由連通砂體與輸導斷裂構成的,其分布明顯受到連通砂體內(nèi)油氣側(cè)向運移路徑和輸導斷裂分布的共同控制。文安斜坡區(qū)沙一、二段、東營組及館陶組也為扇三角洲沉積,砂體發(fā)育,由地層砂地比資料預測得到的文安斜坡區(qū)沙一、二段連通砂體分布見圖6、7。由圖6可以看出,文安斜坡區(qū)砂二段連通砂體分布面積相對較大,主要分布在其中部和南部,在其北部、南部和東部邊部砂體不連通;而沙一段連通砂體分布面積相對較小,主要分布在其東部邊部,中部連通砂體分布范圍明顯較北部和南部要大(圖7)。文安斜坡區(qū)沙一、二段砂體大面積分布,油氣沿其側(cè)向運移路徑主要受到油勢能場分布的控制,由沙一、二段連通砂體埋深,計算其油勢能值,再根據(jù)油勢能值線法線匯聚線分布,可以確定出油氣沿砂體側(cè)向運移路徑,文安斜坡區(qū)沙二段油氣側(cè)向運移路徑主要分布在其中部和南部地區(qū),均是由西向東側(cè)向運移,油氣運移路徑延伸相對較遠(圖6)。沙一段油氣側(cè)向運移路徑主要分布在其東部邊部地區(qū),也是由西向東側(cè)向運移,油氣運移路徑延伸相對較近(圖7)。文安斜坡區(qū)沙一、二段油氣在沿連通砂體側(cè)向運移過程中會遇到大量斷裂,由三維地震資料解釋成果可知,文安斜坡區(qū)沙一、二段內(nèi)發(fā)育不同類型的斷裂,但并不是所有這些斷裂均可成為油氣運移的輸導斷裂,只有在油氣成藏期——明化鎮(zhèn)組沉積晚期[19]活動的斷裂為輸導斷裂。文安斜坡區(qū)只有晚期張扭、中期走滑伸展—晚期張扭和早期伸展—中期走滑伸展—晚期張扭3類斷裂為沙一、二段的輸導斷裂(圖8)。由圖6和圖7可以看出,文安斜坡區(qū)沙一、二段連通砂體內(nèi)輸導斷裂發(fā)育,輸導斷裂呈北北東向展布。沙二段連通砂體內(nèi)輸導斷裂主要分布在中南部,南北邊部輸導斷裂相對較少(圖7)。由上述沙一、二段連通砂體內(nèi)油氣側(cè)向運移路徑與輸導斷裂疊合,可得到文安斜坡區(qū)沙一、二段斷-砂輸導體系,沙二段斷-砂輸導體系主要分布在中部和南部地區(qū)(圖6),沙一段斷-砂輸導體系主要分布在東部邊部(圖7)。

圖5 文安斜坡區(qū)油氣藏剖面Fig.5 Profile of oil-gas reservoirs in Wenan slope area

圖6 文安斜坡區(qū)沙二段斷-砂輸導體系與油氣分布關系Fig.6 Relationship of oil-gas distribution and fault-sand transporting system in Es2 of Wenan slope area

圖7 文安斜坡區(qū)沙一段斷-砂輸導體系與油氣分布關系Fig.7 Relationship of oil-gas distribution and fault-sand transporting system in Es1 of Wenan slope area

圖8 文安斜坡區(qū)典型剖面斷裂系統(tǒng)劃分Fig.8 Partition of fault types of typical sections in Wenan slope area

2 斷-砂輸導體系控制油氣分布特征差異性

通過留楚地區(qū)和文安斜坡區(qū)油氣藏解剖及油氣分布與斷-砂輸導體系之間關系研究,可以得到留楚地區(qū)和文安斜坡區(qū)斷-砂輸導體系控制油氣分布特征的差異性主要表現(xiàn)在3個方面。

2.1 油氣縱向分布特征不同

留楚地區(qū)和文安斜坡區(qū)斷-砂輸導體系輸導油氣特征不同,造成油氣縱向分布特征不同。留楚地區(qū)下伏沙一段源巖生成的油氣沿油源斷裂向上運移,受到東一、二段泥巖蓋層阻擋后,向油源斷裂上盤東二、三段地層砂地比大于20%的砂體中側(cè)向分流運移,形成油氣聚集(圖2、3),在留楚背斜核部處由于東一、二段泥巖蓋層斷接厚度小于其封油氣所需的最小斷接厚度,沿油源斷裂向上運移油氣可穿過東一、二段泥巖蓋層向上運移(圖2),油氣除了向東二、三段砂體中側(cè)向分流運移外,還可以向館陶組砂體中側(cè)向分流運移,形成油氣聚集。留楚地區(qū)受斷-砂輸導體系控制形成的油氣縱向分布層位相對較多,同一部位油氣從東三段至館陶組多層分布。霸縣凹陷沙一段源巖生成的油氣通過順向斷裂與沙二段砂體對接進入沙二段砂體,再沿著沙二段砂體向文安斜坡區(qū)側(cè)向運移,在斜坡中部由斷裂上調(diào)至沙一段進行側(cè)向運移,在個別斷裂密集帶內(nèi)部油氣又被上調(diào)至東營組(圖5),在不同部位油氣在不同層位的側(cè)向運移過程中受到斷裂遮擋而聚集成藏。文安斜坡區(qū)油氣雖然也可以從沙二段至東營組分布,但在同一部位油氣僅分布在某一層位內(nèi),這主要是因為油氣側(cè)向運移受到區(qū)域性蓋層分布控制,只能在其下砂體儲層中側(cè)向運移。

2.2 油氣平面分布區(qū)域不同

留楚地區(qū)和文安斜坡區(qū)斷-砂輸導體系的分布特征不同,造成油氣平面分布區(qū)域明顯不同。留楚地區(qū)東二、三段已發(fā)現(xiàn)的油氣主要分布在有利的斷-砂輸導體系的留楚背斜核部,少量分布在較有利的斷-砂輸導體系的留楚背斜核部(圖4)。這是因為只有位于有利的和較有利的斷-砂輸導體系處或附近的背斜核部,才能從下伏沙一段源巖處獲得大量油氣進行匯聚成藏;否則其他成藏條件再好也無油氣聚集分布。文安斜坡區(qū)沙一、二段已發(fā)現(xiàn)的油氣主要分布在中部和南部斷-砂輸導體系(圖6、7)。這是因為只有位于斷-砂輸導體系上的斷層圈閉,才能從西側(cè)霸縣凹陷沙一段源巖處獲得油氣進行聚集成藏;否則其他成藏條件再好也無油氣聚集分布。

2.3 油氣在斷裂密集帶分布部位不同

留楚地區(qū)和文安斜坡區(qū)斷-砂輸導體系分布特征不同,兩個地區(qū)油氣雖然都主要分布在斷裂密集帶處,但是油氣分布部位不同。留楚地區(qū)斷-砂輸導體系發(fā)育在斷裂密集帶內(nèi)部,斷裂密集帶邊部規(guī)模較大的斷裂為油源斷裂,下伏沙一段源巖生成的油氣沿著斷裂密集帶邊部斷裂向上運移,再向斷裂密集帶內(nèi)西傾或東傾的東二、三段砂體,甚至是館陶組砂體側(cè)向分流運移形成斷-砂輸導體系,最后受到斷裂密集帶內(nèi)非油源斷裂遮擋而聚集成藏,使所形成的油氣主要分布在斷裂密集帶內(nèi)(圖2、3)。文安地區(qū)斷-砂輸導體系橫穿斷裂密集帶(圖5),西側(cè)霸縣凹陷沙一段源巖生成油氣沿著砂體側(cè)向運移,當其穿過斷裂密集帶時,受到斷裂密集帶邊界斷裂側(cè)接或上調(diào)作用,形成了斷-砂輸導體系,使油氣的側(cè)向運移發(fā)生變化,如果油氣被斷裂密集帶邊部斷裂遮擋,油氣便在斷裂密集帶邊部聚集分布;如果油氣被斷裂密集帶內(nèi)部非輸導斷裂遮擋,油氣便在斷裂密集帶內(nèi)部聚集分布;如果油氣沒有被斷裂密集帶邊部斷裂和內(nèi)部非輸導斷裂遮擋或斷層圈閉已充滿,那么油氣將穿過斷裂密集帶繼續(xù)側(cè)向運移,當遇到下一個斷裂密集帶時,斷裂密集帶仍會對油氣側(cè)向運移產(chǎn)生上述作用,依次下去使得油氣在運移路徑上的斷裂密集帶處聚集分布,文安斜坡區(qū)油氣除了聚集分布在斷裂密集帶內(nèi),還可以聚集分布在斷裂密集帶邊部。

3 結 論

(1)留楚地區(qū)和文安斜坡區(qū)的斷-砂輸導體系明顯不同。留楚地區(qū)斷-砂輸導體系是以油源斷裂輸導油氣為主,再沿砂體短距離側(cè)向運移構成的油氣垂向運移輸導體系。文安斜坡區(qū)斷-砂輸導體系是以砂體側(cè)向輸導油氣為主,輸導斷裂僅是起側(cè)接或上調(diào)作用構成的油氣側(cè)向運移輸導體系。

(2)留楚地區(qū)和文安斜坡區(qū)斷-砂輸導體系控制油氣分布特征的差異性主要表現(xiàn)在3個方面。油氣縱向分布層位不同,留楚地區(qū)斷-砂輸導體系可向多層砂體中側(cè)向分流運移,造成同一部位油氣多層分布,文安斜坡區(qū)斷-砂輸導體系主要沿一層砂體側(cè)向輸導油氣,造成同一部位油氣僅分布一層;油氣平面分布區(qū)域不同,留楚地區(qū)油氣主要分布在有利和較有利的斷-砂輸導體系處或附近的背斜核部,文安斜坡區(qū)油氣主要分布在油氣側(cè)向運移路徑上的斷層圈閉內(nèi);油氣在斷裂密集帶分布部位不同,留楚地區(qū)斷-砂輸導體系分布在斷裂密集帶內(nèi),油氣聚集分布在斷裂密集帶內(nèi),文安斜坡區(qū)斷-砂輸導體系橫穿斷裂密集帶,油氣聚集分布在斷裂密集帶內(nèi)及邊部。

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