斷層封閉史在臨邑洼陷油氣成藏中的作用

韓 敏，邱貽博

(中國石化勝利油田分公司，山東 東營 257061)

1 區(qū)域地質(zhì)特征

臨邑洼陷位于惠民凹陷的西南部(圖1)，是受臨商斷裂和夏口斷裂共同控制的雙斷式洼陷，長為70 km、寬為15 km，面積約為1 000 km2。其北以中央隆起帶與滋鎮(zhèn)洼陷相隔，南以斜坡帶向魯西隆起過渡[1-2]。臨邑洼陷是惠民凹陷勘探程度較高的一個洼陷，現(xiàn)今惠民凹陷發(fā)現(xiàn)的含油區(qū)帶主要集中在臨邑洼陷及其周緣，呈環(huán)帶狀分布。其油藏類型主要有2種：一是受斷層遮擋形成的構(gòu)造油藏，二是受斷層及儲層控制的構(gòu)造-巖性油藏，該油氣的富集在很大程度上受到斷層封閉性的影響。為深入研究斷裂在油氣成藏過程中的作用，研究斷層的封閉史顯得尤為重要。

2 斷層封閉史研究

斷層的封閉史是指控油斷層封閉性的發(fā)展和演化歷史[3-11]，是油氣成藏的主要控制因素。為了對油氣的整個成藏過程有全面的認(rèn)識和分析，著重研究斷層的發(fā)展演化歷史。

圖1 臨邑洼陷地質(zhì)構(gòu)造

斷層封閉性受多種地質(zhì)因素的影響和控制，通過前人的研究以及發(fā)展現(xiàn)狀，已建立了一套研究控油斷層封閉史的方法[2]，即應(yīng)用埋藏史、構(gòu)造演化史及斷面的力學(xué)性質(zhì)等方面，來定性、定量地反映在各個地質(zhì)時期控油斷層是否封閉或者開啟，以及封閉和開啟的程度。

2.1 臨邑洼陷埋藏史恢復(fù)

埋藏史研究是進(jìn)行斷層封閉史研究的一個重要前提，通過恢復(fù)研究區(qū)的埋藏史可以明確各沉積體系在時間、空間上的分布和發(fā)育演化規(guī)律，進(jìn)而揭示控制圈閉形成的因素以及圈閉的發(fā)育演化過程；通過定量分析可建立盆地的沉降模型，確定盆地演化的力學(xué)機(jī)制[12-15]。

利用研究區(qū)各井的測井資料，結(jié)合區(qū)域壓實模擬實驗和原始孔隙度分析資料，確定了臨邑洼陷砂巖、泥巖孔隙度與深度的關(guān)系式：

φ砂=0.4367e-0.0003112H

(1)

φ泥=0.5677e-0.0007935H

(2)

式中：H為深度，m；φ砂、φ泥分別為砂巖、泥巖的孔隙度，%。

采用回剝方法[3]對臨邑洼陷臨82、商10、夏323、夏46等井進(jìn)行了埋藏史恢復(fù)(圖2)。由圖2可知，臨邑洼陷沙三段由西向東埋深逐漸變淺，表明構(gòu)造沉降逐漸減弱。由沙三段至沙一段沉積時期是凹陷沉積速率逐漸變小的過程，在埋藏史曲線上表現(xiàn)為斜率變緩。東營組沉積時期，全區(qū)進(jìn)入一個快速的沉降時期。在東營組末期，臨邑洼陷進(jìn)入坳陷期，地層整體抬升遭受剝蝕，尤以北部的中央隆起帶和南部的斜坡帶剝蝕量較大，可剝蝕到沙三段或沙四段地層。東營組末期后，館陶期沉積速率明顯變小，明化鎮(zhèn)期至現(xiàn)今沉積速率又變大。總體來看，臨邑洼陷的沉積速率是由大變小再變大的過程。臨邑洼陷主要的烴源巖為沙三段，且認(rèn)為生油門限在2 800 m左右，在東營組末期，沙三段烴源巖開始進(jìn)入生油門限，其首先生油的地區(qū)為臨邑洼陷西部靠近臨商斷裂一側(cè)。

圖2 臨邑洼陷埋藏史剖面

2.2 臨邑洼陷構(gòu)造演化史

在地質(zhì)歷史演化過程中，臨邑洼陷經(jīng)歷了多期的構(gòu)造運動及斷裂交錯，斷裂發(fā)育相當(dāng)復(fù)雜。為正確再現(xiàn)該區(qū)復(fù)雜的構(gòu)造演化特征，對該區(qū)的斷裂活動和構(gòu)造演化進(jìn)行了分析和研究(圖3、4)。

圖3 中央隆起帶構(gòu)造演化剖面

研究表明，東營組沉積期，全區(qū)斷層活動強烈。到館陶組沉積時期，斷層活動開始微弱，構(gòu)造形態(tài)變化不大；明化鎮(zhèn)期，臨商斷裂再次活動，其中，以西部的臨邑斷層活動最為強烈，明顯強于其他斷層，油氣縱向運移明顯。由于臨邑斷層下降盤沙河街組與上升盤孔店組及更老地層接觸，側(cè)向封閉性能較好；而上部，下降盤館陶組、東營組與上升盤沙三段相對接，側(cè)向封閉較差，油氣可進(jìn)入上升盤儲層。夏口斷層在東營、館陶組沉積期間，下降盤沙三段與上升盤沙三段或沙四上段相對接，側(cè)向封閉較差，部分油氣可穿斷層側(cè)向運移到上升盤儲層中。明化鎮(zhèn)期，由于夏口斷層?xùn)|西部活動差異，西部斷層落差較大，下降盤沙三段主要與上升盤沙四段或孔店組相對接，斷層側(cè)向封閉性能較好，油氣主要聚集在斷層下降盤成藏；在東部，夏口斷層下降盤沙三段與上升盤沙三段或沙四上段相對接，斷層封閉性較差，油氣側(cè)向運移明顯?？梢姡ㄟ^構(gòu)造演化史研究，能查明控油斷層在各個時期，特別是成藏期或成藏期以后的封閉性或開啟性，以及封閉或開啟程度，這對指導(dǎo)油氣勘探有重要意義。

2.3 臨邑洼陷斷面主應(yīng)力

斷層的側(cè)向封堵性在某種程度上來說主要受控于斷面應(yīng)力。斷面應(yīng)力即斷面所承受的力，包括剪應(yīng)力和正應(yīng)力。剪應(yīng)力主要控制斷層的活動，造成斷層兩盤發(fā)生明顯錯動；正應(yīng)力使得斷面開啟或緊閉。一般來說，張性和張剪性斷層多具有開啟性，壓性和壓剪性斷層多具有封閉性。

利用斷面應(yīng)力計算公式計算了東營組、館陶組沉積末期及現(xiàn)今目的層段(沙三段)斷面所承受的應(yīng)力值(表1)。

由表1可知，自東營末期以來，在區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場的作用下，研究區(qū)斷面力學(xué)性質(zhì)為壓剪性。在斷層活動時，壓剪性斷層有利于斷裂帶內(nèi)物質(zhì)的研磨，使得巖石顆粒更加泥粒化，增大斷層的封閉能力；而在斷層活動靜止期，壓剪性斷層又使得斷面緊閉，隨著埋深的增大，斷面承受應(yīng)力越大，斷面緊閉程度越好，斷層的封閉性能也就越好。由此可見，從東營組末期至現(xiàn)今，在斷層活動的靜止期，研究區(qū)內(nèi)斷層垂向封閉性較好，油氣主要以側(cè)向運移為主。

圖4 臨邑洼陷南部斜坡帶構(gòu)造演化剖面

斷層名稱位置東營組末期目的層斷面正應(yīng)力/MPa剪應(yīng)力/MPa館陶組末期目的層斷面正應(yīng)力/MPa剪應(yīng)力/MPa現(xiàn)今目的層斷面正應(yīng)力/MPa剪應(yīng)力/MPa臨商斷裂臨82井北14.208.3018.007.9029.707.50盤40井南15.9010.1019.609.3028.507.80盤3井南6.909.5013.5010.0015.102.70商10井北16.107.6018.307.6019.506.10夏口斷裂夏323井南15.106.4020.108.9024.0617.57夏32井南21.222.9223.531.4038.541.73夏26井南22.207.6025.103.8029.516.46夏46井南27.307.9027.405.3029.404.01

3 斷裂對油氣成藏的作用

斷裂構(gòu)造是含油氣盆地中非常重要且常見的構(gòu)造類型之一，斷裂的形成與演化不僅與盆地的構(gòu)造和演化息息相關(guān)，而且控制著含油氣圈閉的形成與發(fā)展，可直接或間接地控制含油氣盆地內(nèi)生油巖以及儲集層的發(fā)育，對內(nèi)部油氣的形成、運移、聚集及油氣藏的分布具有重要的控制作用。臨邑洼陷現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的油氣主要聚集在洼陷周緣，呈環(huán)帶狀分布。洼陷內(nèi)烴源巖埋深較大，在洼陷周緣往往無烴源巖或烴源巖較薄，其油氣來源于臨邑洼陷內(nèi)。斷裂作為油氣運移的通道，是連接烴源巖與圈閉的橋梁，為油氣從烴源巖到圈閉的運移創(chuàng)造了條件。

控制臨邑洼陷沉積的臨商斷裂和夏口斷裂均為油源斷裂，其對油氣藏的形成起到至關(guān)重要的作用。這2條斷裂緊鄰生烴中心，充足的油源為油氣的運移提供了動力。當(dāng)油氣的運聚期恰好對應(yīng)于斷層的活動期時，斷層開啟，斷裂即成為了油氣主要運移通道，大量的油氣將通過斷裂運移到上部儲層。由于這些斷裂往往是構(gòu)造運動應(yīng)力聚集和釋放的地帶，多期的構(gòu)造運動會導(dǎo)致這些斷裂再次活動，為油氣的多期注入提供機(jī)會，使得油氣沿斷裂帶在縱向上形成多套含油層系。位于臨邑洼陷北側(cè)的臨商斷裂，在油氣運移期以來，斷裂的活動主要呈現(xiàn)出由強變?nèi)踉僮儚姷囊?guī)律，在運移早期，油氣可在斷裂附近形成原生油氣藏，在運移晚期，斷裂的活動使油氣既能在淺層形成原生油氣藏，又能破壞深層的原生油氣藏而在淺層形成次生油氣藏。因此，斷層活動使得油氣在上下層位皆有分布，形成具多套含油層系、多油藏類型的復(fù)式油氣聚集帶(圖5)。

圖5 臨商斷裂帶油氣成藏示意圖

4 結(jié) 論

(1) 埋藏史分析發(fā)現(xiàn)，臨邑洼陷由西向東沙三段埋深逐漸變淺，由沙三段至沙一段凹陷沉積速率逐漸變小。在東營組末期，沙三段烴源巖開始進(jìn)入生油門限，其首先生油的地區(qū)為臨邑洼陷西部靠近臨商斷裂一側(cè)。

(2) 東營組末油氣成藏期，構(gòu)造活動劇烈，通過構(gòu)造演化史分析，能查明控油斷層在成藏期或成藏期以后的封閉性或開啟性。

(3) 研究區(qū)斷面力學(xué)性質(zhì)為壓剪性。在斷層活動靜止期，可有效封堵油氣。

(4) 控制臨邑洼陷沉積的臨商斷裂和夏口斷裂均為油源斷裂，2條大斷裂的活動性使得油氣在上下層位皆有分布，形成具多套含油層系、多油藏類型的復(fù)式油氣聚集帶。