夏口斷裂帶斷層封閉史及油氣運聚規(guī)律

王東曄

(中國石化勝利油田分公司 勘探開發(fā)研究院,山東 東營 257015)

1 區(qū)域地質(zhì)概況

夏口斷裂帶位于渤海灣盆地濟陽坳陷惠民凹陷南部,是臨南洼陷與斜坡帶之間的重要分界斷裂[1]。研究區(qū)內(nèi)正斷層十分發(fā)育,夏口斷裂的上升盤劃分為四個構(gòu)造單元:曲堤地壘帶、濟陽地塹、仁風(fēng)潛山帶和西南緩坡帶(圖1)。斷層下降盤自西向東依次為興隆寺花式背斜構(gòu)造、雙豐鼻狀構(gòu)造、江家店鼻狀構(gòu)造等。在夏口斷裂帶的下降盤,雙豐鼻狀構(gòu)造發(fā)現(xiàn)了臨南油田,江家店鼻狀構(gòu)造發(fā)現(xiàn)了江家店油田;在夏口斷裂的上升盤,曲堤地壘發(fā)現(xiàn)了曲堤油田,西南緩坡帶發(fā)現(xiàn)了錢官屯含油構(gòu)造,但目前無大的突破[2-3]。研究區(qū)內(nèi)不同構(gòu)造帶、不同含油層系油氣富集程度差異較大,斷層封堵性成為制約勘探的關(guān)鍵問題,以往研究主要側(cè)重于現(xiàn)今斷層封閉性研究[4-6],對于不同歷史時期斷層的封閉史及其對油氣富集的控制作用缺乏系統(tǒng)研究。針對存在的問題,筆者通過系統(tǒng)研究,對研究區(qū)的斷層封閉性演化特征進行深入研究,明確夏口斷裂帶油氣運聚規(guī)律。

圖1 夏口斷裂帶構(gòu)造概況

2 斷層封閉史

斷層在油氣成藏過程中發(fā)揮的作用主要取決于其封閉性[7-11]。由于在地質(zhì)歷史的演變過程中,控制或影響斷層封閉性的因素是變化的,這就導(dǎo)致大部分斷層在某一段時間內(nèi)是封閉的,而在另一段時間內(nèi)是開啟的,斷層總是處在“封閉-不封閉-封閉”的循環(huán)過程中。因此研究斷層封閉性的演化歷史,對油氣成藏過程的分析具有重要的指導(dǎo)作用?；谘芯繀^(qū)埋藏史、構(gòu)造演化史、構(gòu)造應(yīng)力場等研究,考慮影響斷層封閉性的4個主控因素,采用模糊綜合評價技術(shù)對夏口斷裂帶典型斷層不同時期的封閉性進行了量化評價。

2.1 單因素評價

2.1.1 斷面力學(xué)性質(zhì)F1

斷層縱向封堵性在某種程度上受斷面應(yīng)力的控制,其力學(xué)性質(zhì)是斷層具有封閉性的重要條件。當斷面力學(xué)性質(zhì)為壓剪性時,斷面緊閉,且有利于斷裂帶物質(zhì)的研磨,斷層封閉性很強,其隸屬度取1.0;當斷面力學(xué)性質(zhì)為純壓應(yīng)力時,斷層封閉性較好,隸屬度取0.8;斷面力學(xué)性質(zhì)為張剪性時,斷層一定程度開啟,封閉性一般,隸屬度取0.3;斷面力學(xué)性質(zhì)為張性時,斷層開啟,不具有封閉性,其隸屬度取0。

2.1.2 斷面巖性配置F2

當儲層在上傾方向與斷層另一側(cè)的非滲透性巖層(泥巖或膏巖)對置時,斷層封閉性好,其隸屬度取1;如果兩側(cè)儲層對接,上傾方的地層排驅(qū)壓力較大時,斷層封閉性一般,能封閉一定程度的油氣,隸屬度取0.5;如果兩側(cè)儲層對接,但上傾方的地層排驅(qū)壓力小時,斷層不能封堵油氣,隸屬度就取0。

2.1.3 斷層活動強度F3

斷層活動是影響斷層封閉程度的一個重要因素,斷層活動強度大時,斷層封閉性較差,斷層活動強度小時,則斷層封閉性較好。目前,研究斷層的活動強度主要采用斷面生長指數(shù)和斷層活動速率,其中后者反映斷層在這段時期內(nèi)的平均活動強度,并且不受地層剝蝕量的影響,因此采用斷層的活動速率(Vf)來表征斷層的活動強度,用Vf的大小來反映活動強度及封閉程度。研究全區(qū)斷層活動強度與油氣分布的關(guān)系后,取Vf最大時,其隸屬度為0;Vf最小時,隸屬度為1;Vf介于兩者之間時時,隸屬函數(shù)取1-Vf/Vfmax。

2.1.4 斷層活動時期與油氣運聚匹配程度F4

在油氣大規(guī)模運聚期活動強烈的斷層,主要作為輸導(dǎo)油氣的通道,其封閉性較差;油氣運聚時期活動較弱或者不活動的斷層,其封閉性較好,主要起到遮擋油氣的作用。兩者的匹配程度可用油氣大規(guī)模運聚時期的斷層平均活動強度來表示,其隸屬函數(shù)也可用1-Vf/Vfmax表征。

2.2 權(quán)重系數(shù)

根據(jù)夏口斷裂帶實際地質(zhì)條件,采用層次分析和專家調(diào)查兩種方法綜合確定權(quán)重系數(shù)(表1)?？梢钥闯?決定研究區(qū)斷層封堵程度的最重要因素為斷層的活動強度和斷層兩盤的巖性配置,由于斷面的力學(xué)性質(zhì)自生烴期以來一直為壓剪性,這對油氣運移時期斷層封閉性的變化情況來說影響不大,取其處于較重要的程度,斷層活動時期與油氣運聚匹配程度處于相對次要的地位。

表1 單因素權(quán)重系數(shù)

2.3 綜合評價

本次研究采用加權(quán)平均型計算方法:

式中,Wi為第i種因素的權(quán)重系數(shù);Di為第i種因素的隸屬度;S為斷層封閉性綜合評判結(jié)果,S值越大,斷層封閉性越強。根據(jù)夏口斷裂帶實際計算情況,S值大于0.65時,封閉性較好。

通過夏口斷裂帶主要斷層不同時期的封閉性S值分布曲線上可以看出,從東營組沉積末期該區(qū)烴源巖開始生烴到現(xiàn)在,斷層的封閉性是一個復(fù)雜變換的過程。東營組沉積末期是全區(qū)斷層活動比較活躍的一個時期,大多數(shù)斷層此時都不具有封堵性,這時溝通油源的斷層成為油氣運移的通道;館陶組沉積時期是全區(qū)斷層活動的間歇期,此時研究區(qū)內(nèi)的各級斷層都比較平靜,斷層的封堵性與東營末期時相比,有了一定程度的增強;明化鎮(zhèn)及平原組沉積時期由于部分斷層的重新活動,使得這部分斷層的封堵性大大的減弱,夏口斷層由于早期東西部斷層活動強度的差異,使得斷面兩盤巖性配置有所不同,這直接影響了各段斷層的封閉性;現(xiàn)今斷層的封閉性都已經(jīng)有了較大幅度的提高,除在某些層段還存在側(cè)向開啟外,總體上封閉性良好(圖2)。

3 油氣運聚規(guī)律及勘探方向

3.1 油氣運移方向

利用原油的成熟度梯度變化、原油物性變化、含氮化合物等研究表明,臨南油田與錢官屯地區(qū)的原油大多同源,曲堤油田與江家店油田的原油大多也具有很好的同源性,它們都主要來自于臨南洼陷生成的油氣。臨南洼陷生成的油氣運移至江家店地區(qū)聚集,而且大量的油氣經(jīng)過江家店地區(qū)再運移至曲堤地區(qū)聚集成藏,相繼發(fā)現(xiàn)江家店油田和曲堤油田;臨南洼陷南部的油氣側(cè)向運移至雙豐鼻狀構(gòu)造聚集形成臨南油田后,又通過夏口斷裂帶運移至西南緩坡帶錢官屯地區(qū)聚集成藏(圖3)。

圖2 夏口斷裂帶典型斷層不同時期封閉性評價

圖3 夏口斷裂帶油氣運聚方向

3.2 油氣富集規(guī)律

由研究區(qū)油氣分布特征及相關(guān)斷層的封閉史分析可知,臨南油田由于其內(nèi)部斷層很早就具有封閉性,成藏時間較早,由于該段夏口斷層從東營末期至今的封閉性一直都很強,使大量的油氣被封閉在此,因此油氣較為富集。在油氣運移期斷層活動強度不大,導(dǎo)致油氣縱向運移不大,含油氣層系主要集中于沙二、沙三段,尤其是沙三段。

曲堤油田東營末期江家店-曲堤段夏口斷層封閉性較差,導(dǎo)致油氣通過夏口斷層運聚至曲堤地壘。由于曲堤內(nèi)部三、四級斷層在油氣運移期的活動強度較大,油氣發(fā)生明顯縱向運移,使其含油層系較多,目前已發(fā)現(xiàn)了館陶、沙三、沙四上及沙四下四套主要含油層系,局部還在東營、沙二和孔店組發(fā)現(xiàn)油氣。

江家店油田緊鄰生烴中心臨南洼陷,烴源巖與斷裂的配置關(guān)系為江家店北側(cè)提供了大量油氣,但是油氣運移期斷層活動強度不大,導(dǎo)致油氣縱向運移不大,含油氣層系主要集中于沙三段,局部在沙四和東二段也發(fā)現(xiàn)油氣。

錢官屯地區(qū)斷層封閉時期較晚,故其成藏期較晚,而且由于該段夏口斷層從東營末期至今的封閉性較強,使得臨南洼陷生成的油氣不能大量通過夏口斷層運移至此,導(dǎo)致其油氣相對貧乏。由于在油氣運移期的斷層已停止活動或活動強度很小,這也導(dǎo)致該區(qū)含油層系相對比較單一,主要集中在沙四段(圖4)。

3.3 有利勘探方向

綜上分析,臨南油田及曲堤地區(qū)油源充足,最關(guān)鍵是圈閉。臨南油田勘探層位應(yīng)繼續(xù)以沙三段為主,大斷層伴生和派生的構(gòu)造都應(yīng)是油氣聚集的好場所;曲堤地區(qū)構(gòu)造圈閉很發(fā)育,除了繼續(xù)在館陶、沙三、沙四上及沙四下四套主要的含油層系中尋找構(gòu)造圈閉外,由于曲10南斷層斷距較大,使得中生界儲層同下降盤沙四中、下段油氣運聚儲層對接,因此該區(qū)中生界也可能具有良好的油源條件;江家店地區(qū)油源也較充足,主要斷層整體上封閉性較好,有利于油氣聚集,除了繼續(xù)尋找有利的構(gòu)造圈閉外,今后應(yīng)加大該區(qū)巖性圈閉的勘探,以尋求更大的產(chǎn)量;錢官屯地區(qū)缺乏厚層烴源巖且夏口斷層在此處的封閉性較好,導(dǎo)致其油氣貧乏,該區(qū)缺少構(gòu)造圈閉,因而側(cè)重點應(yīng)放在巖性圈閉勘探上,除了在沙四段繼續(xù)尋找油氣外,該區(qū)沙二、沙三也有大量砂體尖滅,也有可能富集成藏。此外,目前在錢官屯地區(qū)勘探主要放在新生界,通過研究中生界構(gòu)造,發(fā)現(xiàn)中生界地層發(fā)育一系列斷層,這些斷層相互切割形成很多構(gòu)造圈閉,結(jié)合斷層封閉性和油氣運聚規(guī)律研究中生界地層,也會成為后一個重要勘探方向。

圖4 夏口斷裂帶不同地區(qū)油氣分布模式

4 結(jié) 論

(1)斷層封閉性并不是一成不變的,而是一個演變的過程,利用模糊綜合評價方法對研究區(qū)內(nèi)典型斷層的封閉演化歷史進行了定量表征,夏口斷裂帶現(xiàn)今斷層的封閉性整體上好于早期。

(2)斷層封閉性的演變過程決定了油氣成藏的動態(tài)性和復(fù)雜性,夏口斷裂帶臨南油田沙二、沙三段油氣非常富集,尤其是沙三段;曲堤油田已發(fā)現(xiàn)了館陶、沙三、沙四上及沙四下四套主要的含油層系;江家店油田油氣主要富集在沙三段;錢官屯地區(qū)目前僅在沙四段發(fā)現(xiàn)了含油氣層位。

(3)臨南油田及曲堤地區(qū)油源充足,最關(guān)鍵是尋找圈閉;江家店地區(qū)油源也較充足,除了繼續(xù)尋找有利的構(gòu)造圈閉外,今后應(yīng)加大該區(qū)巖性圈閉的勘探;錢官屯地區(qū)油源貧乏,今后應(yīng)一方面在繼續(xù)加強構(gòu)造圈閉勘探的基礎(chǔ)上,重點加強巖性圈閉勘探,另一方面中生界具有較大勘探潛力。