東濮凹陷北部流體作用與油氣運(yùn)聚

徐田武，張成富，金愛民，朱蓉，王君，王庫，王睿，姚欣雨

（1.中國石化中原油田分公司勘探開發(fā)研究院，河南 濮陽 457001；2.浙江大學(xué)海洋學(xué)院，浙江 舟山 316021；3.中國石化中原油田分公司文留采油廠，河南 濮陽 457171；4.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司監(jiān)督中心，天津 300452；5.中陜核工業(yè)集團(tuán)地質(zhì)調(diào)查院有限公司，陜西 西安 710000）

含油氣盆地中地層水與油氣的生成、運(yùn)移、成藏、保存和散失等過程有著密切的關(guān)系。在這些過程中，地層水與圍巖、油氣不斷發(fā)生物質(zhì)和能量的交換，且伴隨各種物理、化學(xué)反應(yīng)，因此研究地層水可以獲得與油氣相關(guān)的大量信息[1-3]。通過研究與油氣運(yùn)聚、保存相關(guān)的地層水化學(xué)特征，可以為油氣勘探的方向提供化學(xué)依據(jù)。地層水不僅是油氣運(yùn)移、聚集的載體，也是其運(yùn)移動力之一[4-5]。盆地流體動力學(xué)連接了油氣生成、運(yùn)移、聚集成藏、調(diào)整破壞的全過程[6]。東濮凹陷北部地質(zhì)條件比較復(fù)雜，本文結(jié)合不同地區(qū)流體化學(xué)與流體動力學(xué)特征，深入分析了流體作用與油氣運(yùn)聚的關(guān)系，總結(jié)了研究區(qū)油氣富集的主要控制因素，以期為油氣勘探提供指導(dǎo)。

1 地質(zhì)背景

東濮凹陷北部位于渤海灣盆地南緣臨清坳陷的東南部，東部以蘭聊斷裂與魯西隆起為界，西部超覆于內(nèi)黃隆起上，南部隔蘭考凸起與開封坳陷相望，北部以馬陵斷層與莘縣凹陷相連。凹陷呈NNE走向，北部窄南部寬，在構(gòu)造演化及沉積相帶上具有明顯的“南北分區(qū)、東西分帶”的特征，是一個早期箕狀東斷西超、晚期雙斷式凹陷[7-11]。凹陷又可分為東部陡坡帶、東部洼陷帶、中央隆起帶、西部洼陷帶、西部斜坡帶等5個構(gòu)造帶。洼陷帶是盆地的沉積中心，是盆地內(nèi)主要烴源巖的發(fā)育區(qū)。東濮凹陷是我國東部地區(qū)典型的既富油又富氣的盆地，在古近系沉積了多套鹽巖，也是一個典型的含鹽盆地。東濮凹陷古近系可以分為2個大的沉積旋回：第 1 旋回從沙四段（Es4）到沙二段下亞段（Es2l），第 2旋回從沙二段上亞段（Es2u）到東營組（Ed）。

2 東濮凹陷北部地層水化學(xué)特征

2.1 地層水氫、氧同位素特征

地層水氫、氧同位素測試已經(jīng)成為地層水成因和演化研究中最重要的分析方法。國內(nèi)外學(xué)者結(jié)合區(qū)域地質(zhì)和古水文地質(zhì)背景，對大量的地層水、溶質(zhì)及伴生礦物進(jìn)行同位素分析。他們的研究表明，地層水通常有著復(fù)雜的演化史，并且由不同來源的水混合而成[12-15]。

東濮凹陷北部古近系地層水氫、氧同位素δD，δ18O值（SMOW標(biāo)準(zhǔn)）的分布范圍分別為-50‰～-76‰，-8.8‰～0.7‰，平均值分別為-58.06‰，-3.68‰（見表1）。 根據(jù)研究區(qū)地層水氫、氧同位素測試數(shù)據(jù)與全球大氣降水曲線的分布關(guān)系可知（見圖1），東濮凹陷北部沙河街組地層水氫、氧同位素的特征是右偏大氣降水曲線，偏離距離較遠(yuǎn)，隨著研究區(qū)層位變老，偏移距離有增大趨勢。測試數(shù)據(jù)表明，東濮凹陷北部地層水以原生沉積水為主，是強(qiáng)烈水巖作用的結(jié)果，除局部斷裂發(fā)育帶外，研究區(qū)整體受大氣降水影響較弱，且隨埋深增加，大氣降水影響程度進(jìn)一步減弱。這反映了東濮凹陷北部地層封閉性整體較好，有利于油氣的聚集、保存。

表1 東濮凹陷北部古近系地層水δD，δ18O值統(tǒng)計

圖1 東濮凹陷北部沙河街組地層水氫、氧同位素關(guān)系

2.2 平面分布特征

東濮凹陷北部沙三段（Es3）地層水礦化度最高。礦化度高值區(qū)主要分布在中央隆起帶的文留地區(qū)，尤其是文留東部，沙河街組各層段高礦化度地層水分布范圍基本吻合，表明該地區(qū)斷裂發(fā)育，地層垂向連通性具有一定的繼承性。東部前梨園洼陷及西部海通集洼陷、柳屯洼陷由于泥巖壓實排出地層水的淡化作用（離心流），礦化度較低。西部斜坡帶外緣，尤其是西北部文明寨地區(qū)，由于地層抬升剝蝕強(qiáng)烈，大氣降水下滲（向心流），使得地層水礦化度下降。西部斜坡帶位于向心流與離心流匯合形成的越流泄水區(qū)，地層水在越流過程中不斷濃縮，礦化度增加。生烴洼陷生成的油氣伴隨離心流由洼陷中心向構(gòu)造高部位運(yùn)移，地層水礦化度高值區(qū)與油氣富集區(qū)在平面分布上具有高度的一致性（見圖2）。

圖2 東濮凹陷北部沙三段地層水礦化度平面分布

鈉氯系數(shù)是地層封閉性、地層水變質(zhì)程度和活動性的重要指標(biāo)[3]。鈉氯系數(shù)越高，地層水受大氣降水下滲的影響越強(qiáng)，對烴類的保存越不利；鈉氯系數(shù)越低，地層的封閉性越好，越有利于烴類保存。礦化度高值區(qū)往往鈉氯系數(shù)較低。研究區(qū)西北部衛(wèi)城-文明寨地區(qū)受大氣降水下滲的影響較大，鈉氯系數(shù)高，地層封閉性較差。文留地區(qū)由于鹽巖發(fā)育，地層封閉性較好，地層水變質(zhì)程度大，鈉氯系數(shù)低（見圖3）。

圖3 東濮凹陷北部沙三段地層水鈉氯系數(shù)平面分布

2.3 典型剖面地層水化學(xué)特征與油氣運(yùn)聚關(guān)系

文留中部油氣主要來源于前梨園洼陷和海通集洼陷，烴源巖主要是古近系沙三段泥巖。油氣沿斷裂具有幕式排放的特征，以垂向運(yùn)移為主?？v向上烴類聚集層系沿主干斷裂呈羽狀分布。

文留中部處于東部前梨園洼陷和西部海通集洼陷之間的疊合越流泄水區(qū)，泥巖壓實排出的地層水在向構(gòu)造高部位越流過程中不斷濃縮，礦化度增加，加之受鹽巖淋濾影響，地層水礦化度高（大于330 g/L）（見圖4）。淺層局部斷層開啟，溝通大氣降水下滲淡化，地層水礦化度較低。

圖4 文留中部文208井—文110井地層水礦化度剖面分布

3 東濮凹陷北部流體動力學(xué)特征

地層壓力是地下流體運(yùn)動的動力，流體由地層壓力系數(shù)高值區(qū)向低值區(qū)運(yùn)動；在地層溫度差作用下，流體以熱對流形式運(yùn)動。因此，研究東濮凹陷北部地層溫壓場特征，有利于深入分析油氣運(yùn)移的動力。

3.1 地層壓力系數(shù)剖面分布特征

東濮凹陷北部地層壓力數(shù)據(jù)主要集中在沙二、沙三段，以常壓—高壓為主；沙一段壓力數(shù)據(jù)較少，且以常壓為主。整個沙河街組地層壓力系數(shù)最高可達(dá)2.0。總體上，地層壓力系數(shù)隨埋深增加逐漸增大。高壓在各層段均有分布，超高壓（地層壓力系數(shù)大于1.5）主要集中在沙三段。該區(qū)域鹽巖發(fā)育，地層封閉性良好，加之油氣大量運(yùn)移充注，導(dǎo)致地層高壓。

東濮凹陷不同構(gòu)造帶先后經(jīng)歷了超壓原始積累階段、超壓釋放階段和超壓重新形成階段。東營組剝蝕之前（27 Ma之前），由于下部地層埋藏深度的不斷增加和烴類的逐漸生成，地層壓力不斷積累，至東營組沉積末期達(dá)到最大值，是主要的超壓原始積累階段；東營組抬升剝蝕期（27～17 Ma），由于強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動，本區(qū)已有的斷層活動性增強(qiáng)，為異常壓力釋放提供了條件；東營組抬升剝蝕期之后（17 Ma之后），上覆地層厚度逐漸增加，封閉系統(tǒng)重新形成，地層壓力再次逐漸增加，形成了現(xiàn)今的壓力分布格局。

3.2 流體動力平面分布特征

除西部斜坡帶及衛(wèi)城-文明寨地區(qū)為弱低壓—常壓外，研究區(qū)北部沙三段普遍發(fā)育高壓。文留地區(qū)超高壓分布區(qū)也是油氣最為富集的區(qū)域。文留地區(qū)文東滾動背斜帶和文東地塹帶是超高壓分布區(qū)，也是地層水礦化度高值區(qū)。這種現(xiàn)象表明，沙三段異常高礦化度地層水形成于相對封閉的環(huán)境之中。

從沙三段油勢平面分布看，油勢高值區(qū)主要分布在中央隆起帶的文留東部及西部洼陷帶。文留東部緊鄰前梨園生烴洼陷，大量油氣不斷運(yùn)移充注，加之鹽巖良好的封蓋性以及斷層的封堵，導(dǎo)致油勢增加（見圖5）。西部洼陷帶為油勢高值區(qū)，流體由洼陷中心向周緣運(yùn)移，西部斜坡帶流體主要來源于該洼陷帶。

圖5 東濮凹陷北部沙三段油勢平面分布

3.3 典型剖面流體動力學(xué)特征與油氣運(yùn)聚關(guān)系

在文留中部文208井—文110井剖面上，近洼帶鹽下及鹽間形成超高壓，油勢高，油氣沿斷裂具有幕式排放的特征，油氣運(yùn)移動力主要是深部地層超壓（見圖6、圖7）。早期斷層活動開啟，大量油氣沿著斷層快速運(yùn)移至淺部地層，油勢隨之減小。后期斷裂活動性減弱，斷裂封閉性增強(qiáng)，油氣就近運(yùn)聚，在洼陷低部位形成油藏。局部地層封閉性較差，地層流體泄壓，導(dǎo)致地層壓力下降。

圖6 文留中部文208井—文110井地層壓力系數(shù)剖面分布

圖7 文留中部文208井—文110井油勢剖面分布

4 結(jié)論

1）東濮凹陷北部地層水礦化度高值區(qū)主要分布在中央隆起帶的文留地區(qū)，沙河街組各層段高礦化度地層水分布范圍基本吻合，表明該地區(qū)斷裂發(fā)育，地層垂向連通性具有一定的繼承性。地層水礦化度高值區(qū)與油氣富集區(qū)在平面分布上具有高度的一致性?？傮w上，東濮凹陷北部地層水以原生沉積水為主，是強(qiáng)烈水巖作用的結(jié)果，受大氣降水影響作用相對較弱，地層封閉條件較好。西北部衛(wèi)城-文明寨地區(qū)受大氣降水下滲影響較為明顯。

2）東濮凹陷北部沙三段除西部斜坡帶及衛(wèi)城-文明寨地區(qū)為弱低壓—常壓外，其余地區(qū)普遍發(fā)育高壓。超高壓主要分布在文留東部及中部，超高壓分布區(qū)也是油氣最為富集的區(qū)域。文留地區(qū)由于油氣大量運(yùn)移充注及鹽巖良好的封蓋性，對高壓的保存起著極其重要的作用。

3）東濮凹陷北部文留地區(qū)油氣成藏機(jī)理與西部斜坡帶有所不同。文留地區(qū)斷裂發(fā)育，油氣以垂向運(yùn)移為主、側(cè)向運(yùn)移為輔，呈現(xiàn)高地層水礦化度、高地層壓力系數(shù)特征；西部斜坡帶油氣以側(cè)向運(yùn)移為主、垂向運(yùn)移為輔，為高地層水礦化度、相對低地層壓力系數(shù)區(qū)，鄰近深凹的邊緣平緩儲層，有利于天然氣的聚集，天然氣可準(zhǔn)連續(xù)分布。