從常規(guī)與非常規(guī)油氣成藏的正相關(guān)性角度預(yù)測有利區(qū)
——以孤島1號凹隆域低部位為例

郝牧歌，張金功，馬士磊

（西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西西安 710069）

濟(jì)陽坳陷已發(fā)現(xiàn)大量常規(guī)油氣藏，而以頁巖油為主的非常規(guī)油氣藏勘探是濟(jì)陽坳陷下步油氣勘探的重點(diǎn)［1-2］。前人通過已發(fā)現(xiàn)油氣藏尋找未發(fā)現(xiàn)油氣藏主要是采用擴(kuò)邊法［3］，在油氣藏分布相鄰或相近的情況下取得了很好的應(yīng)用效果，但濟(jì)陽坳陷已發(fā)現(xiàn)常規(guī)油氣藏分布較廣泛、勘探較完善，現(xiàn)有研究并未充分考慮常規(guī)油氣藏與非常規(guī)油氣藏的關(guān)系，且擴(kuò)邊法難以對與已發(fā)現(xiàn)非常規(guī)油氣藏距離較遠(yuǎn)的區(qū)域進(jìn)行有利區(qū)預(yù)測。

筆者依據(jù)常規(guī)與非常規(guī)油氣藏的成藏正相關(guān)性，提出基于相關(guān)性油氣藏范圍的非常規(guī)油氣藏有利區(qū)預(yù)測方法。根據(jù)已發(fā)現(xiàn)常規(guī)油氣藏與未發(fā)現(xiàn)非常規(guī)油氣藏的相關(guān)性分析結(jié)果，以已發(fā)現(xiàn)的烴源巖上覆層系常規(guī)砂巖型油氣藏、烴源巖層系非常規(guī)砂巖型油氣藏及部分烴源巖層系非常規(guī)泥頁巖型油氣藏為依托，進(jìn)行相關(guān)性基礎(chǔ)研究以及相關(guān)性油氣藏范圍、運(yùn)移情況、儲集體特征研究，進(jìn)而對烴源巖層系非常規(guī)油氣藏進(jìn)行有利區(qū)預(yù)測，以期為濟(jì)陽坳陷下步的非常規(guī)油氣勘探提供新的思路。

1 相關(guān)性油氣藏概念

濟(jì)陽坳陷常規(guī)與非常規(guī)油氣藏具有統(tǒng)一性與分布相關(guān)性。統(tǒng)一性是指常規(guī)與非常規(guī)油氣藏在凹隆組合構(gòu)造中具有統(tǒng)一的油氣來源及運(yùn)移驅(qū)動(dòng)力。油氣自凹隆域最低部位起始，首先在烴源巖層系內(nèi)部運(yùn)移，接著沿?cái)鄬舆\(yùn)移至上覆層系，隨后繼續(xù)在上覆層系內(nèi)部運(yùn)移，這一連續(xù)過程受統(tǒng)一的油氣驅(qū)動(dòng)力影響，會在凹隆域內(nèi)部各層系形成常規(guī)砂巖型油氣藏、非常規(guī)砂巖型油氣藏及非常規(guī)泥頁巖型油氣藏3 類具有同一油氣來源的油氣藏，這就是油氣成藏的統(tǒng)一性（圖1）。

圖1 濟(jì)陽坳陷3種主要油氣藏類型的油氣成藏統(tǒng)一性模式Fig.1 Uniformity model of oil and gas accumulation of three main types of oil and gas reservoirs in Jiyang Depression

統(tǒng)一性是常規(guī)與非常規(guī)油氣藏分布相關(guān)性的基礎(chǔ)。分布相關(guān)性有2種，即斷層相關(guān)和疊置相關(guān)。斷層相關(guān)指依靠同一斷層作為輸導(dǎo)通道的油氣藏彼此具有正相關(guān)性。來自烴源巖層系的油氣運(yùn)移至斷層，在斷層上盤形成非常規(guī)油氣藏，并進(jìn)一步沿?cái)鄬酉蛏线\(yùn)移，最終從斷層下盤運(yùn)出并形成常規(guī)油氣藏。因此若在上覆層系存在已發(fā)現(xiàn)的油氣藏，則圍繞斷層在運(yùn)移至此所經(jīng)過層系的優(yōu)質(zhì)儲層中一定會有未發(fā)現(xiàn)的油氣藏；若在烴源巖層系中存在已發(fā)現(xiàn)的油氣藏，且有斷層在其油氣的有效運(yùn)移范圍內(nèi)，則在該斷層控制范圍內(nèi)依照成藏規(guī)律很有可能存在未發(fā)現(xiàn)的油氣藏。

疊置相關(guān)是指烴源巖層系中的泥頁巖型油氣藏與砂巖型油氣藏多呈疊置分布，且具有正相關(guān)性。烴源巖層系內(nèi)發(fā)育砂體的沉積相帶中存在砂巖與泥頁巖的互層帶。互層帶部位可出現(xiàn)大量裂縫［4］，為油氣的運(yùn)聚成藏提供便利（圖2）。這些砂巖、泥頁巖疊置分布的層段，如羅67 井埋深為3 376～3 388 m、渤深4井埋深為4 035～4 041 m、陳40井埋深為1 446～1 453 m 井段的砂泥互層巖心中明顯可見裂縫，且裂縫中見油氣充填，同時(shí)氣測曲線反映的油氣層厚度超過對應(yīng)砂體的厚度。砂巖型油氣藏附近存在泥頁巖油氣顯示、泥頁巖高產(chǎn)井，如邵25、羅12 和大18 井。這種砂泥互層在砂體沉積相帶廣泛發(fā)育，且多呈大面積連片式分布。

圖2 濟(jì)陽坳陷砂泥互層裂縫發(fā)育特征Fig.2 Development characteristics of fractures in sand-mud interbeds in Jiyang Depression

斷層為溝通烴源巖層系與常規(guī)儲層的主要通道，斷陷盆地大量常規(guī)油氣藏的發(fā)育與斷層有關(guān)［5-7］。斷層相關(guān)或疊置相關(guān)的油氣藏稱為相關(guān)性油氣藏，其成藏過程中油氣運(yùn)移路徑所經(jīng)過的巖層范圍為相關(guān)性油氣藏范圍，烴源巖層系離斷層較遠(yuǎn)的油氣藏疊置相關(guān)于離斷層較近的油氣藏，后者又相關(guān)于烴源巖上覆層系油氣藏。濟(jì)陽坳陷常規(guī)與非常規(guī)油氣藏具有統(tǒng)一性與分布相關(guān)性的研究成果，為基于研究區(qū)大量已發(fā)現(xiàn)上覆層系油氣藏預(yù)測烴源巖層系的非常規(guī)油氣藏提供了依據(jù)。

2 相關(guān)性油氣藏的判斷

孤島凸起及周邊烴源巖層系和上覆層系中已發(fā)現(xiàn)油氣藏主要有沙三段油源、沙四段油源和沙三段-沙四段混源3 種情況［8-10］。其中孤島1 號凹隆域較低部位烴源巖層系油氣藏主要為沙三段油源［11］，其大面積連片分布且被孤島凸起北部斷層切斷。而孤島凸起館陶組砂巖型油氣藏為沙四段—沙三段混源［11］，油氣經(jīng)孤島凸起南、北兩條斷層共同匯聚成藏。孤島凸起北部斷層活動(dòng)性較好，具有油氣運(yùn)移通道的作用［12-14］。孤島1 號凹隆域低部位與斜坡部位油氣藏被孤島凸起北部斷層分割（圖3，圖4），綜合判斷孤島1 號凹隆域較低部位烴源巖層系油氣藏與孤島凸起館陶組砂巖型油氣藏為斷層相關(guān)的油氣藏。

為更清晰地反映各油氣藏與斷層的相關(guān)性，對自孤島1號凹隆域兩側(cè)低部位分別向孤島凸起的義132 井1 號剖面和渤古1 井1 號剖面（圖3，圖4）進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其油氣藏明顯呈階梯狀排列。這是由于渤深4井、義132井周圍發(fā)育的斷層在孤島1號凹隆域烴源巖層系內(nèi)分布較為局限，難以起到對油氣藏的分割作用，也反映出油氣沿?cái)鄬酉蚬聧u凸起運(yùn)移。分析自孤島1 號凹隆域西側(cè)低部位向隆線的line1240 剖面，發(fā)現(xiàn)其烴源巖層系油氣藏也呈階梯狀排列。綜上所述認(rèn)為孤島1號凹隆域低部位油氣藏與孤島凸起油氣藏為斷層相關(guān)性油氣藏。

圖3 孤島1號凹隆域低部位相關(guān)性油氣藏平面分布特征及與孤北斷層的關(guān)系Fig.3 Planar distribution characteristics of correlated oil and gas reservoirs in low part of Gudao No.1 sag-uplift band and their relationships with Gubei fault

圖4 孤島1號凹隆域低部位相關(guān)性油氣藏剖面發(fā)育特征Fig.4 Sectional development characteristics of correlated oil and gas reservoirs in low part of Gudao No.1 sag-uplift band

3 相關(guān)性油氣藏范圍的研究基礎(chǔ)

從相關(guān)性油氣藏的概念可知，相關(guān)性油氣藏范圍的研究有4個(gè)基礎(chǔ)。相關(guān)的油氣藏應(yīng)具有相同的運(yùn)移驅(qū)動(dòng)力，需研究各油氣藏所在層系反映統(tǒng)一驅(qū)動(dòng)力單元的凹隆域，以及烴源巖分布情況。相關(guān)性油氣藏應(yīng)圍繞同一斷裂帶分布于不同層系或相鄰、疊置于同一砂層組，該砂層組周圍發(fā)育存在裂縫的砂泥互層，所以需要研究斷層與鄰近巖層的組合構(gòu)造、砂體展布和砂泥互層隨埋深形變及產(chǎn)生裂縫的情況。相關(guān)性油氣藏應(yīng)具有同一油氣來源、運(yùn)移路徑部分重合，所以需進(jìn)行油源對比研究其油氣的運(yùn)移路徑。

3.1 凹隆域及烴源巖的分布

凹隆域?yàn)橛蜌獠厮趯酉稻哂薪y(tǒng)一驅(qū)動(dòng)力的區(qū)域。利用T6地震反射層對烴源巖層系凹隆域進(jìn)行劃分。其中孤島1號凹隆域的槽線為孤島凸起北部一系列凹陷的連線，隆線部分為孤島凸起邊界斷層、部分為孤島凸起與陳家莊凸起之間的地層區(qū)域高點(diǎn)，為一個(gè)側(cè)凹側(cè)隆型凹隆域，發(fā)育一條脊線（分流線）（圖3）。凹隆域斜坡低部位烴源巖層系的暗色泥頁巖厚度在400 m 以上，斜坡高部位暗色泥頁巖厚度約為100 m。凹隆域低部位總有機(jī)碳含量為3%，以Ⅰ型干酪根為主，沙四段烴源巖成熟度較高但分布有限，沙三段主力烴源巖以沙三段下亞段為主，雖然成熟度不高，但已達(dá)到生烴門限［15-16］。烴源巖展布總體上與凹隆域展布一致，脊線（分流線）基本與烴源巖等厚線垂直。因此凹隆域可以反映導(dǎo)致流體運(yùn)移的驅(qū)動(dòng)力，即上覆靜巖壓力和烴源巖生烴增壓情況。該凹隆域內(nèi)宏觀上油氣由低部位向脊線匯聚，進(jìn)而向高部位運(yùn)移。

3.2 斷層與鄰近巖層的組合構(gòu)造

斷面具有相對較小的運(yùn)移阻力，往往使得斷層成為油氣運(yùn)移的最佳通道［17-18］。孤島1 號凹隆域低部位的油氣藏主要受孤島凸起北部的孤北斷層控制，從烴源巖層系發(fā)育的油氣藏展布情況來看，孤北斷層對油氣藏具有分割作用（圖3，圖4），為一條斷切斜坡發(fā)育的斷層。其主要由沙四段上亞段斷至館陶組或明化鎮(zhèn)組，埋深約為1 000～4 000 m（圖3），為一條持續(xù)性活動(dòng)的斷層，油氣經(jīng)該斷層可向高部位繼續(xù)運(yùn)移［12］。斷層與兩側(cè)巖層主要呈半脊半谷的關(guān)系，利于油氣由上盤運(yùn)移至斷層，由下盤運(yùn)移出斷層。

3.3 烴源巖層系的砂體展布

在孤島1號凹隆域低部位烴源巖層系中的沙三段上亞段、中亞段、下亞段和沙四段上亞段均有發(fā)育砂體的沉積相帶分布［19-20］。其中，沙三段上亞段順坡發(fā)育水下扇微相，物源為埕子口凸起附近，該微相的發(fā)育與主要運(yùn)移驅(qū)動(dòng)力方向平行，位于脊線附近，易在其上傾部位形成巖性圈閉；沙三段中亞段發(fā)育河口壩微相和水下分流河道微相，河口壩微相易發(fā)育透鏡體型儲層，水下分流河道微相的物源來自于孤島凸起方向，利于形成油氣運(yùn)移至孤北斷層的通道；沙三段下亞段和沙四段上亞段均發(fā)育扇三角洲相，但被斷層切割（圖5）。在沙三段下亞段扇三角洲相邊緣的義160 井3 127.5 m 處砂泥互層巖心中發(fā)育裂縫且明顯含油（圖6），表明發(fā)育砂體的沉積相帶中的砂泥互層發(fā)育大量的裂縫，可以作為優(yōu)質(zhì)的輸導(dǎo)層及儲層［19-20］。該凹隆域內(nèi)其他相鄰位置的巖心及熒光薄片觀察結(jié)果也顯示具有相似的特征（圖7）。

圖5 孤島1號凹隆域烴源巖層系沉積砂體展布Fig.5 Sedimentary sand body distribution in source rock strata in Gudao No.1 sag-uplift band

圖6 孤島1號凹隆域義160井綜合柱狀圖Fig.6 Comprehensive bar chart of Well Yi160 in Gudao No.1 sag-uplift band

3.4 油氣來源及運(yùn)移路徑

判斷油氣運(yùn)移路徑首先需判斷該處巖層能否作為流體運(yùn)移通道。一般認(rèn)為烴源巖層系中的砂巖致密、孔滲較低，不利于油氣運(yùn)移［21-22］。但如前文所述如果該處巖層中發(fā)育裂縫，則油氣可以通過裂縫進(jìn)行運(yùn)移。由于裂縫主要發(fā)育于砂泥互層，而取樣巖心直徑較小，難以分析砂泥互層破裂后的滲透率變化，因此針對渤南地區(qū)烴源巖層系分別采取能反映該凹隆域一般巖性的砂巖與泥頁巖巖心，先測其滲透率，再對其加壓至相應(yīng)地層壓力，并測量其出現(xiàn)裂縫狀態(tài)的滲透率。其中砂巖巖心取自義3-7-7 井3 119.94 m 處，為不等粒長石巖屑砂巖；泥頁巖巖心取自羅67 井3 309.80 m 處，為白云質(zhì)泥頁巖。研究結(jié)果表明，出現(xiàn)裂縫后無論是砂巖還是泥頁巖的滲透率都會大幅增加，足以使油氣在其中運(yùn)移（表1）。此外，對孤島1號凹隆域烴源巖層系的部分含油巖心進(jìn)行鑄體薄片觀察，發(fā)現(xiàn)其裂縫中具有較好的熒光顯示，且熒光主要呈橫向分布，也反映該處油氣存在側(cè)向運(yùn)移（圖7）。

表1 孤島1號凹隆域砂巖、泥頁巖巖心破裂前后滲透率對比Table1 Permeability comparison of sandstone and shale cores in Gudao No.1 sag-uplift band before and after rupture

圖7 孤島1號凹隆域巖心熒光薄片觀察特征Fig.7 Observation characteristics of cores and fluorescent thin sections in Gudao No.1 sag-uplift band

孤島1號凹隆域烴源巖層系低部位油氣藏主要為沙三段油源，而孤島凸起油氣藏主要為沙四段—沙三段混源［23］。由于孤島1號凹隆域的油氣運(yùn)移驅(qū)動(dòng)力與凹隆域相關(guān)性較高，且孤北斷層可以作為油氣運(yùn)移通道，綜合判斷在烴源巖層系油氣自凹隆域低部位順層向脊線匯聚，在孤北斷層處進(jìn)入斷面并向上運(yùn)移，在各上覆層系運(yùn)出斷層形成油氣藏，這與油氣來源研究成果相符。

4 相關(guān)性油氣藏范圍分析及有利區(qū)預(yù)測

4.1 相關(guān)性油氣藏范圍分析

具有相關(guān)性的油氣藏中油氣運(yùn)移覆蓋到的總范圍為相關(guān)性油氣藏范圍。相關(guān)性油氣藏范圍內(nèi)油氣來源相同（圖8，圖9），在其烴源巖發(fā)育范圍內(nèi)，先前重視不夠的有利砂巖、砂泥互層、裂縫性泥頁巖儲層中有未發(fā)現(xiàn)的油氣藏。而該相關(guān)性油氣藏范圍中，烴源巖層系發(fā)育大量裂縫，大幅增加了砂巖、泥頁巖及砂泥互層的輸導(dǎo)能力及儲集能力。

圖8 孤島1號凹隆域烴源巖層系相關(guān)性油氣藏范圍平面分布特征Fig.8 Planar distribution characteristics of correlated oil and gas reservoirs in source rock strata in Gudao No.1 sag-uplift band

圖9 孤島1號凹隆域烴源巖層系相關(guān)性油氣藏范圍剖面分布特征Fig.9 Profile distribution characteristics of correlated oil and gas reservoirs in source rock strata in Gudao No.1 sag-uplift band

4.2 有利區(qū)預(yù)測

在油氣運(yùn)移過程中，對于烴源巖層系，由于蓋層、保存條件整體較好，油氣會在遇到有利儲層時(shí)聚集。在相關(guān)性油氣藏范圍內(nèi)對烴源巖層系進(jìn)行有利區(qū)預(yù)測。首先，排除過于靠近低部位的區(qū)域，這是由于該區(qū)域雖然裂縫發(fā)育情況較好，但易被未成熟干酪根充填，且濟(jì)陽坳陷的烴源巖相比中國其他地區(qū)的烴源巖成熟度較低，同時(shí)孤島1 號凹隆域過于靠近低部位的區(qū)域并不存在油氣長距離運(yùn)移通道，導(dǎo)致沒有足夠的油氣經(jīng)過該處［15］。其次，排除因地層埋深不夠，未能產(chǎn)生供油氣運(yùn)移的裂縫，對于烴源巖層系巖石破裂段一般為埋深2 000 m 以下［24］；對于斷層兩側(cè)的泥頁巖、砂巖、砂泥互層，由于受斷層影響裂縫發(fā)育較多，因此會發(fā)育較好的儲層，可預(yù)測為有利區(qū)；而遠(yuǎn)離斷層的區(qū)域，砂泥互層產(chǎn)生的裂縫多于泥頁巖層及砂巖層，因此發(fā)育砂體的沉積相邊界等砂泥互層大量發(fā)育位置也可以預(yù)測為有利區(qū)；在此基礎(chǔ)上還要考慮與凹隆域斜坡走向相同的砂體，若油氣來源同時(shí)與凹隆域走向相近，則會在上傾高部位遇巖性圈閉形成油氣藏。最后，預(yù)測時(shí)需考慮暗色泥頁巖厚度，本次預(yù)測有利區(qū)要求某一亞段中暗色泥頁巖厚度超過50 m。

依據(jù)已發(fā)現(xiàn)油氣藏分布情況對有利區(qū)預(yù)測進(jìn)行分級，由于同一相關(guān)性油氣藏范圍內(nèi)的油氣成藏具有正相關(guān)性，因此有利區(qū)內(nèi)存在已發(fā)現(xiàn)油氣藏對有利區(qū)的判斷就越易于把握。有利區(qū)存在疊置或相鄰的烴源巖層系油氣藏、有利區(qū)緊鄰斷層且上覆層系發(fā)育油氣來自斷層的油氣藏這2 種情況下，為優(yōu)先勘探的有利區(qū)，其他與已發(fā)現(xiàn)油氣藏運(yùn)移路徑重合的有利區(qū)可在優(yōu)先勘探有利區(qū)信息收集后進(jìn)一步勘探（圖10）。

對孤島1 號凹隆域低部位沙三段上亞段、中亞段、下亞段和沙四段上亞段依據(jù)上述原則進(jìn)行有利區(qū)預(yù)測，結(jié)果（圖10）表明，對于沙三段上亞段，絕大多數(shù)有利區(qū)預(yù)測范圍內(nèi)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)油氣藏，可依據(jù)有利區(qū)范圍擴(kuò)邊。對于沙三段中亞段，未發(fā)現(xiàn)油氣藏的有利區(qū)主要位于孤島凸起北部義133井附近發(fā)育砂體的沉積相帶，該有利區(qū)在各油氣來源方向均有已發(fā)現(xiàn)油氣藏分布，且經(jīng)過該有利區(qū)的油氣運(yùn)至已發(fā)現(xiàn)的孤島凸起館陶組油氣藏中，其內(nèi)部砂泥互層分布較多且靠近斷層，裂縫性儲層發(fā)育較好，為該亞段最主要的有利區(qū)。對于沙三段下亞段，僅義133 北部斷層周邊發(fā)現(xiàn)油氣藏；義77 井見油氣顯示表明有油氣運(yùn)移至此，但義77 井處于與脊線（分流線）相對的谷線處，不利于油氣匯聚，且未鉆遇有利的裂縫性砂泥互層；而義128 井北部發(fā)育砂體的沉積相帶砂泥互層分布較好且斷層較為發(fā)育，產(chǎn)生大量次生裂縫，儲集性較好，且油氣來源方向有義77井鉆遇油氣顯示，為該亞段主要的有利區(qū)。對于沙四段上亞段，暗色泥頁巖主要發(fā)育于凹隆域西北方向，范圍較局限，該層未發(fā)現(xiàn)油氣藏，應(yīng)通過沙三段下亞段有利區(qū)進(jìn)一步認(rèn)證；若沙三段下亞段義77井所在裂縫性砂泥互層有利區(qū)勘探獲得突破，可再勘探該亞段有利區(qū)。

圖10 基于相關(guān)性油氣藏范圍分析的孤島1號凹隆域烴源巖層系有利區(qū)預(yù)測Fig.10 Favorable area prediction for source rock strata in Gudao No.1 sag-uplift band based on correlation range of oil and gas reservoirs

5 結(jié)論

從常規(guī)與非常規(guī)油氣藏的分布相關(guān)性研究入手，以濟(jì)陽坳陷孤島1號凹隆域?yàn)檠芯繀^(qū)，提出通過研究相關(guān)性油氣藏范圍來進(jìn)行有利區(qū)預(yù)測的研究方法。濟(jì)陽坳陷烴源巖上覆層系的油氣藏由于下生上儲的特征，與烴源巖層系油氣藏圍繞斷層具有成藏的正相關(guān)性。而對于烴源巖層系的油氣藏，其中的砂泥互層由于裂縫的連通作用，形成砂巖與泥頁巖油氣藏的疊置相關(guān)，可通過油氣來源、斷層輸導(dǎo)能力、油氣藏縱向分布等方面綜合判斷某一范圍內(nèi)油氣藏的相關(guān)性。如果油氣藏具有相關(guān)性，則其自低部位至各油氣藏之間所有的油氣運(yùn)移路徑的總和可稱為相關(guān)性油氣藏范圍。而在烴源巖層系內(nèi)，對應(yīng)相關(guān)性油氣藏范圍中的優(yōu)勢儲層很有可能會存在未發(fā)現(xiàn)油氣藏，可據(jù)此對烴源巖層系非常規(guī)油氣藏進(jìn)行有利區(qū)預(yù)測。依據(jù)相關(guān)性油氣藏范圍研究結(jié)果，對孤島1號凹隆域低部位沙三段上亞段、中亞段、下亞段和沙四段上亞段4 個(gè)烴源巖層系進(jìn)行有利區(qū)預(yù)測，主要為與已發(fā)現(xiàn)油氣藏相關(guān)的區(qū)域中滿足單一亞段暗色泥頁巖厚度大于50 m、存在活動(dòng)性斷層及發(fā)育砂體的沉積相帶，且已發(fā)現(xiàn)油氣藏基本處于預(yù)測的有利區(qū)范圍內(nèi)。