饒陽凹陷留楚地區(qū)東二段、東三段斷—砂配置輸導(dǎo) 油氣能力及其與油氣富集關(guān)系

韓 剛 曹 成 張文婧 曹 陽 王樹恒 包 麗

（1東北石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院；2東北石油大學(xué)“非常規(guī)油氣成藏與開發(fā)”省部共建國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3中國石油大慶油田公司勘探開發(fā)研究院）

0 引言

勘探實(shí)踐證明，含油氣盆地下生上儲(chǔ)式生儲(chǔ)蓋組合中斷裂和砂體配置是油氣運(yùn)移的重要輸導(dǎo)通道[1-2]，并在一定程度上控制著油氣的分布。斷裂與砂體配合形成的各種類型的油氣藏已成為我國目前油氣勘探的主要目標(biāo)。這不僅表現(xiàn)在含油氣盆地的隆起區(qū)，而且也表現(xiàn)在含油氣盆地的凹陷區(qū)。關(guān)于斷裂和砂體作為油氣運(yùn)移輸導(dǎo)通道，國內(nèi)外學(xué)者通過野外觀察、理論研究、物理模擬[3-11]等方面進(jìn)行了大量研究，闡述了影響斷裂和砂體輸導(dǎo)有效性的因素[12-15]、斷裂和砂體輸導(dǎo)油氣特征[16-17]及斷裂和砂體分布對油氣成藏與分布的控制作用[18-21]等，對指導(dǎo)含油氣盆地?cái)嗔寻l(fā)育區(qū)油氣分布規(guī)律認(rèn)識(shí)和油氣勘探起到了非常重要的作用。但對構(gòu)成斷—砂配置輸導(dǎo)體系的斷裂優(yōu)勢輸導(dǎo)通道與砂體的分布特征，以及不同輸導(dǎo)油氣能力的斷—砂配置輸導(dǎo)體系與油氣聚集成藏之間關(guān)系等方面的研究幾乎沒有。基于此，本文從刻畫斷裂優(yōu)勢輸導(dǎo)通道和連通砂體分布入手，研究斷—砂配置輸導(dǎo)體系輸導(dǎo)油氣能力與油氣富集關(guān)系，對于正確認(rèn)識(shí)含油氣盆地下生上儲(chǔ)式生儲(chǔ)蓋組合油氣成藏規(guī)律和指導(dǎo)油氣勘探均具重要意義。

1 地質(zhì)概況

渤海灣盆地是中國東部重要的含油氣盆地[22-25]。 留楚地區(qū)位于該盆地冀中坳陷饒陽凹陷南部（圖1），是受東側(cè)留楚—黃埔村斷裂和西側(cè)大王莊東斷裂雙向擠壓形成的北東向不對稱塌陷背斜構(gòu)造。背斜核部位于留楚地區(qū)北部和中部地區(qū)，背斜東翼陡、西翼緩。

圖1 留楚地區(qū)構(gòu)造綱要圖Fig.1 Structural outline map of Liuchu area

留楚地區(qū)從下至上發(fā)育的地層有古近系孔店組、沙河街組、東營組和新近系館陶組、明化鎮(zhèn)組及第四系平原組（圖2）。目前留楚地區(qū)已發(fā)現(xiàn)的油氣主要分布在東營組二段和三段（分別簡稱東二段、東三段），少量分布在東營組一段（簡稱東一段）和館陶組，油氣源對比結(jié)果[25-27]表明，其油氣主要來自下伏沙河街組一段（簡稱沙一段）烴源巖，屬于典型的下生上儲(chǔ)式生儲(chǔ)蓋組合。然而，留楚地區(qū)東二段、東三段目前已發(fā)現(xiàn)的油氣主要分布在北部留楚背斜核部，少量分布在中北部留楚南背斜核部，這除了與其構(gòu)造和儲(chǔ)層發(fā)育有關(guān)，在很大程度上受到東二段、東三段斷—砂配置輸導(dǎo)體系輸導(dǎo)油氣能力強(qiáng)弱的影響，斷—砂配置輸導(dǎo)體系輸導(dǎo)油氣能力越強(qiáng)，越有利于油氣聚集分布；反之，則不利于油氣聚集與分布。因此，明確斷—砂配置輸導(dǎo)體系內(nèi)在機(jī)理和控制要素應(yīng)是留楚地區(qū)東二段、東三段油氣勘探的關(guān)鍵。

圖2 留楚地區(qū)斷裂系統(tǒng)劃分模式圖Fig.2 Division pattern of fault system in Liuchu area

2 斷—砂配置輸導(dǎo)體系斷裂輸導(dǎo)通道特征

2.1 斷裂類型及特征

斷裂不僅可以作為油氣聚集的遮擋，更重要的是作為油氣運(yùn)移的輸導(dǎo)通道，起著連接烴源巖和圈閉的橋梁作用，使油氣聚集成藏[28-32]。留楚地區(qū)東二段、東三段內(nèi)發(fā)育有大量不同規(guī)模和類型的斷裂，各斷裂呈密集帶分布（圖3a）。依據(jù)斷裂的活動(dòng)時(shí)期：沙河街組三段（簡稱沙三段）屬于伸展期、東營組屬于走滑伸展期、館陶組以來屬于張扭期（圖2），留楚地區(qū)東二段、東三段儲(chǔ)層中發(fā)育早期伸展斷裂、中期走滑伸展斷裂、晚期張扭斷裂、早期伸展—中期走滑伸展斷裂、中期走滑伸展—晚期張扭斷裂和早期伸展—中期走滑伸展—晚期張扭斷裂6種類型。其中，連接沙一段烴源巖和東二段、東三段儲(chǔ)層且在油氣成藏期——明化鎮(zhèn)組沉積末期活動(dòng)的斷裂，即第五類中期走滑伸展—晚期張扭斷裂和第六類早期伸展—中期走滑伸展—晚期張扭斷裂兩類，是沙一段烴源巖生成的油氣向上覆東二段、東三段儲(chǔ)層運(yùn)移的優(yōu)勢輸導(dǎo)通道（圖3b）。由圖3可以看出，留楚地區(qū)東二段、東三段輸導(dǎo)斷裂呈北北東向展布，第五類中期走滑伸展—晚期張扭斷裂幾乎全區(qū)范圍內(nèi)發(fā)育，第六類早期伸展—中期走滑伸展—晚期張扭斷裂僅在邊部發(fā)育。

圖3 留楚地區(qū)東二段、東三段不同類型斷裂分布圖Fig.3 Distribution of different type faults of Ed2+3 members in Liuchu area

2.2 優(yōu)勢輸導(dǎo)通道分布特征

受斷層面凸凹不平的影響，留楚地區(qū)沙一段烴源巖生成的油氣并非沿整條輸導(dǎo)斷裂大面積向上覆東二段、東三段儲(chǔ)層中運(yùn)移，而是沿著凸面脊部向上運(yùn)移。由于凸面脊部構(gòu)造位置相對較高，為油氣運(yùn)移的高勢區(qū)，而凹面脊部構(gòu)造位置相對較低，為油氣運(yùn)移的低勢區(qū)，油氣沿?cái)嗔延上轮辽线\(yùn)移過程中，凸面脊兩側(cè)凹面脊部的油氣會(huì)向凸面脊部匯聚運(yùn)移，形成優(yōu)勢運(yùn)移通道（圖4）。由此可知，油氣主要是通過凸面脊沿輸導(dǎo)斷裂由下至上運(yùn)移。根據(jù)三維地震資料解釋追索留楚地區(qū)東二段、東三段內(nèi)每條輸導(dǎo)斷裂斷面形態(tài)，以及斷面凸脊、凹脊分布位置確定斷裂優(yōu)勢輸導(dǎo)通道位置（圖5）。

圖4 油源斷裂凸面脊匯聚運(yùn)移油氣示意圖 Fig.4 Sketch map of hydrocarbon migration and accumulation along convex ridge of oil source faults

圖5 留楚—皇甫村油源斷裂優(yōu)勢輸導(dǎo)通道分布圖Fig.5 Distribution of dominant hydrocarbon transport paths of oil source faults in Liuchu-Huangpucun area

3 斷—砂配置輸導(dǎo)體系砂體分布特征

由于留楚地區(qū)東二段、東三段探井少且分布不均，難以準(zhǔn)確確定其砂體空間連續(xù)分布范圍，故只能利用地層砂地比資料來間接預(yù)測。由已知井點(diǎn)處東二段、東三段油氣層的砂地比值統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出（圖6），留楚地區(qū)東二段、東三段油層最小平均砂地比為20%，即其砂體連通所需最小砂地比應(yīng)為20%。因?yàn)橹挥猩绑w連通，砂體與輸導(dǎo)斷裂配置，沙一段烴源巖生成的油氣才可以向上覆東二段、東三段儲(chǔ)層運(yùn)移，進(jìn)而聚集成藏；否則油氣不能進(jìn)入，也就無油氣聚集成藏。

圖6 留楚地區(qū)東營組平均砂地比統(tǒng)計(jì)圖Fig.6 Relationship between sand-formation ratio and oil-gas distribution of Ed Formation in Liuchu area

圖7 留楚地區(qū)東二段、東三段斷—砂配置輸導(dǎo)體系與砂體分布關(guān)系Fig.7 Relationship between hydrocarbon transport system of fault-sandstone configuration and distribution of sand bodies of Ed2+3 members in Liuchu area

利用鉆井和地震資料預(yù)測留楚地區(qū)東二段、東三段連通砂體分布可知（圖7），留楚地區(qū)東二段、東三段輸導(dǎo)斷裂兩側(cè)發(fā)育大量砂體，除了北部邊部外，其余廣大地區(qū)砂體皆為連續(xù)分布。東二段、東三段這種斷—砂配置輸導(dǎo)體系主要是由輸導(dǎo)斷裂優(yōu)勢輸導(dǎo)通道與上盤連通砂體構(gòu)成，在平面上主要分布在留楚地區(qū)東部、南部和中北部地區(qū)，西部地區(qū)相對較少。

4 斷—砂配置輸導(dǎo)體系輸導(dǎo)油氣能力及分布特征

留楚地區(qū)東二段、東三段斷—砂配置輸導(dǎo)體系輸導(dǎo)油氣能力的強(qiáng)弱，還受到與其連接下伏烴源巖品質(zhì)好壞的影響。被油源斷裂溝通的烴源巖品質(zhì)越好，為油源斷裂優(yōu)勢通道輸導(dǎo)提供的油氣量越多，越有利于油源斷裂優(yōu)勢通道輸導(dǎo)油氣；反之則不利于輸導(dǎo)油氣。因此，沙一段烴源巖品質(zhì)越好，東二段、東三段斷—砂配置供油氣能力越強(qiáng)；反之則越弱。由鉆井及地震資料統(tǒng)計(jì)可知，留楚地區(qū)沙一段烴源巖厚度最大可以達(dá)到200m以上，主要分布在留楚地區(qū)北部，東南部烴源巖厚度減小至50m以下，如圖8所示。有機(jī)地球化學(xué)測試結(jié)果表明，留楚地區(qū)沙一段烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度相對較高，總有機(jī)碳含量（TOC）為0.6%～2.0%；氯仿瀝青“A”為0.15%～0.2%；生烴潛量（S1+S2）為3.0～9.0mg/g；有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ1和Ⅱ2為主；有機(jī)質(zhì)演化已進(jìn)入生烴門限（埋藏深度為3000m），Ro為0.5%～1.0%。留楚地區(qū)沙一段烴源巖品質(zhì)分為好、中等和差3個(gè) 等級(jí)。將東二段、東三段斷—砂配置輸導(dǎo)體系分布與沙一段烴源巖分布區(qū)疊合（圖8）可以看出，強(qiáng)輸導(dǎo)油氣能力的斷—砂配置輸導(dǎo)體系個(gè)數(shù)相對較多，主要分布在留楚地區(qū)北部的好品質(zhì)烴源巖區(qū)；其次弱輸導(dǎo)油氣能力的斷—砂配置輸導(dǎo)體系，主要分布在留楚地區(qū)東南部的差品質(zhì)烴源巖區(qū)；再次為中等輸導(dǎo)油氣能力的斷—砂配置輸導(dǎo)體系，主要分布在留楚地區(qū)中部及東、西兩側(cè)邊部的中等品質(zhì)烴源巖區(qū)。

圖8 留楚地區(qū)東二段、東三段斷—砂配置輸導(dǎo)體系與沙一段優(yōu)質(zhì)烴源巖分布關(guān)系圖Fig.8 Relationship between hydrocarbon transport system of fault-sandstone configuration of Ed2+3 members and distribution of high-quality source rocks of Es1 member in Liuchu area

5 斷—砂配置輸導(dǎo)體系對油氣成藏與分布的控制作用

從圖7可以看出，留楚地區(qū)東二段、東三段目前已發(fā)現(xiàn)的油氣主要分布在北部留楚背斜核部和中北部留楚南背斜核部，與不同輸導(dǎo)油氣能力斷—砂配置輸導(dǎo)體系分布之間存在較好的對應(yīng)關(guān)系。通過統(tǒng)計(jì)工業(yè)油流井與不同輸導(dǎo)油氣能力斷—砂配置輸導(dǎo)體系之間的關(guān)系（圖7）可知，強(qiáng)輸導(dǎo)油氣能力斷—砂配置輸導(dǎo)體系附近油氣最富集，其次是中等輸導(dǎo)油氣能力斷—砂配置輸導(dǎo)體系，弱輸導(dǎo)油氣能力斷—砂配置輸導(dǎo)體系附近目前尚未獲得工業(yè)油流井。這是因?yàn)橹挥形挥趶?qiáng)輸導(dǎo)油氣能力斷—砂配置輸導(dǎo)體系附近的圈閉，才能從下伏沙一段烴源巖獲得大量油氣，有利于油氣運(yùn)聚成藏，油氣最為富集。位于中等輸導(dǎo)油氣能力斷—砂配置輸導(dǎo)體系附近的圈閉，從下伏沙一段烴源巖獲得的油氣有限，只能形成少量的油氣聚集，典型例子為留楚南背斜（圖9）。而位于弱輸導(dǎo)油氣能力斷—砂配置輸導(dǎo)體系附近的圈閉，從下伏沙一段烴源巖獲得的油氣更少，不利于油氣聚集成藏，如留楚地區(qū)南部及東、 西兩側(cè)（圖1）。

圖9 留楚地區(qū)油氣藏剖面圖（剖面位置見圖1）Fig.9 Oil and gas reservoirs profile in Liuchu area（profile location as shown in Fig.1）

6 結(jié)論

（1）留楚地區(qū)東二段、東三段儲(chǔ)層與下伏沙一段烴源巖被多套泥巖層相隔，沙一段烴源巖生成的油氣不能直接通過地層巖石孔隙向上覆東二段、東三段儲(chǔ)層運(yùn)移，只能通過斷裂才能使沙一段烴源巖生成的油氣進(jìn)入東二段、東三段儲(chǔ)層，而只有連接沙一段烴源巖和東二段、東三段儲(chǔ)層且在油氣成藏期活動(dòng)的斷裂才能構(gòu)成斷—砂配置的優(yōu)勢輸導(dǎo)通道。

（2）留楚地區(qū)東二段、東三段斷—砂配置輸導(dǎo)體系主要由斷裂優(yōu)勢輸導(dǎo)通道和連通砂體構(gòu)成，其輸導(dǎo)油氣能力的強(qiáng)弱與烴源巖品質(zhì)密切相關(guān)并控制著油氣富集程度，這一研究結(jié)果與留楚地區(qū)東二段、東三段油氣勘探所揭示的油氣分布相吻合。