埕島東斜坡館上段斷-砂輸導(dǎo)能力定量評價

潘中華，吳笑荷，孫耀庭，程付啟，伊 慧

（1．中國石化勝利油田分公司物探研究院，山東 東營 257015；2．濱州學(xué)院建筑工程學(xué)院，山東 濱州 256600；3．中國石油大學(xué) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580）

引 言

油氣輸導(dǎo)體系溝通烴源巖與圈閉，在油氣運聚成藏過程中具有關(guān)鍵作用，直接影響油氣的運移方向和聚集部位，控制油氣的富集，因此，輸導(dǎo)體系是油氣成藏動力學(xué)研究的核心內(nèi)容之一［1-2］。油氣輸導(dǎo)機制從根本上來說是油氣在空間輸導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)中的運移機制，主要包括輸導(dǎo)載體、輸導(dǎo)動力及其之間的內(nèi)在聯(lián)系和演化規(guī)律［3］。近年來，圍繞油氣輸導(dǎo)體系對油氣聚集的控制作用這一問題，油氣地質(zhì)工作者在輸導(dǎo)要素分析、形成與作用時期、輸導(dǎo)動力與輸導(dǎo)空間、運聚模擬等領(lǐng)域進行了大量的研究［4-7］，如采用斷層泥比率法量化表征斷層的輸導(dǎo)能力，確定油氣成藏期輸導(dǎo)斷層及側(cè)向輸導(dǎo)部位；采用連通概率法量化表征砂巖輸導(dǎo)層的輸導(dǎo)能力，確定砂巖輸導(dǎo)層的優(yōu)勢輸導(dǎo)通道；將輸導(dǎo)斷層、砂巖輸導(dǎo)層、油源斷層斷面脊及構(gòu)造脊四相耦合，實現(xiàn)對斷-砂復(fù)合輸導(dǎo)體系及優(yōu)勢輸導(dǎo)通道的表征。

埕島-樁海地區(qū)新近系探明石油儲量3．8×108t，占總探明儲量的76%，是勝利油田的主要產(chǎn)能區(qū)域，已發(fā)現(xiàn)油氣主要分布在埕島凸起主體，埕島斜坡帶連接埕島凸起和渤中凹陷，是油氣運移的必經(jīng)之路，是下一步增儲上產(chǎn)的主要區(qū)域。斜坡帶成藏，運移是關(guān)鍵，油源斷層、骨架砂體組成的復(fù)合輸導(dǎo)體系是新近系油藏形成的關(guān)鍵因素。埕島東斜坡新近系不同構(gòu)造砂體、同一構(gòu)造的不同砂體含油性存在顯著差異，目前缺少有效的評價方法，不能對有利砂體含油性展開評價和預(yù)測，制約了斜坡帶勘探開發(fā)進程。研究區(qū)新近系油藏多數(shù)是與斷層有關(guān)的構(gòu)造-巖性油藏，油源斷層及其次生斷層附近油氣富集，據(jù)統(tǒng)計，與油源斷層相接砂體的含油率為83%。斷層對油氣的輸導(dǎo)能力隨著輸導(dǎo)距離的增加而減弱，如鄰近油源斷層的埕北379井砂體見熒光顯示，而遠(yuǎn)離油源斷層的樁海112井砂體無顯示，如何對斷層特別是油源斷層的輸導(dǎo)能力進行定量評價是研究的熱點和難點，也是確定油氣聚集帶的關(guān)鍵。本文從斷層與砂巖的類型與分布等靜態(tài)特征分析入手，針對不同斷-砂輸導(dǎo)體系組合特征，分析油氣運移動力，建立斷-砂配置選擇性充注圖版，以期為砂體含油性評價及預(yù)測提供參考。

1 油田地質(zhì)概況

圖1 埕島東斜坡地理位置及新近系地層發(fā)育特征Fig．1 Geographical location and Neogene strata development characteristics of Chengdao east slope

館陶組為河流相沉積，與下伏地層為區(qū)域不整合接觸。根據(jù)巖性組合和沉積旋回特點可劃分為館下段和館上段2個亞段。館下段厚370～600 m，巖性為礫狀砂巖、含礫砂巖和灰色粗砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖夾少量泥巖。館上段厚420～500 m，根據(jù)巖電性組合特征及沉積發(fā)育的旋回性，將館上段自下而上劃分7個砂組。館下段至館上段Ⅶ砂組為辮狀河沉積，館上段Ⅵ砂組至明化鎮(zhèn)組底部為曲流河沉積，明化鎮(zhèn)組中上部為泛濫平原沉積。館陶組主要儲層為曲流河沉積，沉積有各類砂體，多期曲流砂帶疊加，形成沿河流走向的砂巖發(fā)育富集帶，其中的河道和邊灘砂體是最主要的和最好的儲集體。館上段Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ砂組和Ⅶ砂組的頂部均為很好的儲集層。明化鎮(zhèn)組及館上段Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅲ砂組砂地比較低，發(fā)育大套穩(wěn)定分布的泥巖，累計厚度超過150 m，可作為區(qū)域性蓋層。砂組內(nèi)部單層厚度大于10 m的泥巖段分布比較穩(wěn)定，可作為局部性蓋層，形成以館上段Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ砂組為主力含油砂組的油氣分布格局。

2 輸導(dǎo)體系類型及分布特征

輸導(dǎo)體系是指所有運移通道（斷層、裂縫、不整合面、輸導(dǎo)砂層等）及其相關(guān)圍巖的總和。有效恢復(fù)各歷史時期輸導(dǎo)體系的空間展布對確定油氣運移路徑及最終的成藏部位意義重大［8］。埕島東斜坡館陶組輸導(dǎo)體系主要包括斷層和儲集砂層兩類。輸導(dǎo)層為油氣橫向運移的主要通道，斷層是油氣縱向運移的主要通道，二者相互耦合，形成良好的油氣運移立體輸導(dǎo)體系。油氣沿斷層進入輸導(dǎo)層，在輸導(dǎo)層內(nèi)進行橫向運移時，其上傾部位如果形成側(cè)向封堵便可聚集成藏。

2．1 斷層類型及分布

斷層對油氣運移和聚集具有重要作用，尤其是對非烴源巖層油氣分布起決定性作用，張性斷層具有通道性，壓性斷層具有遮擋性。斷層傾角大利于油氣運移，反之利于封閉油氣［9-10］。埕島東斜坡斷層可劃分為主油源斷層、次油源斷層和非油源斷層3類（圖2），其中，主油源斷層主要呈北東東向展布，向下切穿烴源巖層系（沙一、沙三段），向上消失于明化鎮(zhèn)組或第四系，對油氣運移聚集起決定性作用。次油源斷層主要為東西向展布，多為主油源斷層的派生斷層，其未切入烴源巖但與油源斷層相接，對油氣輸導(dǎo)與聚集有一定影響。非油源斷層只斷穿砂體，不起油氣輸導(dǎo)作用。

圖2 埕島東斜坡主成藏期斷層類型及活動性分布特征Fig．2 Types and activity distribution characteristics of faults in main hydrocarbon accumulation period in Chengdao east slope

從儲量分布看目前已發(fā)現(xiàn)的儲量基本位于斷距＞100m的油源斷層附近或者斷距＞50 m的次油源斷層附近。北東向主油源斷層控制油氣運移，近東西向次油源斷層控制油氣富集。斷距＜50 m的非油源斷層對油氣運移和富集貢獻微弱。

2．2 儲集砂層類型及分布

高孔、高滲儲集砂層既是油氣聚集的主要場所，又是一種廣泛存在的重要輸導(dǎo)體系，有利于油氣的側(cè)向運移，因此，高滲透性砂體充當(dāng)了油氣側(cè)向運移的輸導(dǎo)通道。連通砂體是油氣橫向運移的前提，對砂體連通特征的定量刻畫和表征是碎屑巖油氣成藏過程研究的重要內(nèi)容。砂體通過疊置所形成的連通性與砂巖所在層位的砂地比關(guān)系密切［11-12］，利用概率法對埕島地區(qū)館陶組進行計算，認(rèn)為砂地比大于20%時，砂體間連通的概率隨砂地比增大而增大，砂地比達到60%時，砂體間完全連通。研究區(qū)館上段和館下段底部均發(fā)育一套厚層塊砂，砂體連通性好，是良好的油氣運移通道；館下段平均砂地比69%，砂體連通性好，可作為油氣長距離輸導(dǎo)的主要通道。館上段Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ平均砂地比39%，具有一定的橫向輸導(dǎo)能力，自下而上砂地比降低，連通性變差。上部的Ⅰ、Ⅱ砂組砂地比小于20%，砂體橫向不連通。

埕島東斜坡館上段中上部為曲流河體系，河道北東向展布，發(fā)育河道、邊灘、天然堤和決口扇4類砂體，其中的河道和邊灘砂體連續(xù)性好、延伸長、儲滲物性好，是油氣橫向運移的主要通道，當(dāng)烴類從生油巖進入這兩類儲集砂層后，就以兩相或三相流體的形式由高流體勢區(qū)向低勢區(qū)運移和聚集。

2．3 斷-砂輸導(dǎo)體系組合特征

油氣分布與斷-砂輸導(dǎo)體系分布之間關(guān)系密切，輸導(dǎo)體系的末端和邊緣往往是油氣運移的重要指向區(qū)。斷-砂輸導(dǎo)體系可向多層砂體中側(cè)向分流運移，造成同一部位油氣多層分布，油氣主要分布在有利和較有利的斷-砂輸導(dǎo)體系處或附近的背斜核部，斷-砂輸導(dǎo)體系主要沿一層砂體側(cè)向輸導(dǎo)油氣，造成同一部位油氣僅在一層分布，油氣主要分布在油氣側(cè)向運移路徑上的斷層圈閉內(nèi)［13-15］。對研究區(qū)主油源斷層和次油源斷層與斷層兩側(cè)砂體的組合進行統(tǒng)計分類，將斷-砂垂向運移輸導(dǎo)體系劃分為反向正斷層、順向正斷層和“屋脊式”正斷層3種斷-砂配置類型（圖3）。反向斷-砂垂向運移輸導(dǎo)體系分布最廣（12條），對油氣成藏貢獻最大，其次是順向斷-砂垂向運移輸導(dǎo)體系（5條），最少的是屋脊式斷-砂垂向運移輸導(dǎo)體系（3條）。

圖3 埕島-東斜坡新近系斷-砂配置類型Fig．3 Neogene fault-sandbody configuration types in Chengdao east slope

3 斷-砂配置選擇性充注評價

油氣總是順著其介質(zhì)與周邊介質(zhì)孔滲之差最大的通道運移，這個通道就是油氣運移優(yōu)勢通道［16］，雖然優(yōu)勢通道僅占油氣輸導(dǎo)系統(tǒng)的極少一部分，但它輸導(dǎo)的油氣可能占輸導(dǎo)體系輸導(dǎo)油氣總量的絕大部分。油氣運移的優(yōu)勢通道主要受油氣運移的動力（包括自身浮力、流體壓力、介質(zhì)作用產(chǎn)生的毛細(xì)管力）以及油氣運移通過的介質(zhì)條件（包括孔隙度、滲透率及孔滲性分布特征）兩方面因素的控制。

本文采用半剛性的V型4,4′-二(1-咪唑基)苯硫醚為配體,在水和甲醇組成的反應(yīng)介質(zhì)中,與Cd(NO3)2·4H2O反應(yīng),用水熱法合成了新的配合物Cd(BIDPT)2(NO3)2·(H2O)2,并對其進行元素分析、紅外、熱重、單晶衍射等相關(guān)表征.

3．1 油氣運移動力分析

油氣成藏的動力是油氣運移的動力與運移阻力的差值。由于浮力是油氣向上運移的主要動力，而毛細(xì)管力是運移的主要阻力，所以成藏動力可簡化為凈浮力沿運移方向上的分力與毛細(xì)管力之差［17-18］。針對斷層和砂體，成藏動力可分別表示為砂層中油氣成藏動力Fs＝Fbsinα＋Fc-Cs；斷層中油氣成藏動力Ff＝Fbsinβ＋Fc-Cf。其中：Fb為浮力，α為砂體傾角，β為斷層F的傾角，F(xiàn)c為充注動力，Cf為斷層排替壓力，Cs為砂體排替壓力。

油氣隨斷層向上運移過程中，遇到與斷層相交的砂體，油氣是否向砂體中運移和聚集取決于在相交處斷層和砂體中油柱產(chǎn)生浮力和充注動力與各自毛管阻力（排替壓力）的博弈，所以可通過分析Ff和Fs的相對大小來判斷油氣優(yōu)勢選擇的運移路徑。

毛細(xì)管力是油氣運移的主要阻力，目前求取毛細(xì)管力的方法主要是壓汞法，由于砂巖儲層的泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)和壓實埋深的乘積與該巖石的排替壓力之間存在很好的正相關(guān)性［19］，由埕島地區(qū)新近系不同巖性巖石樣品實測排替壓力與其埋深、泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)之間關(guān)系可得到埕島東斜坡新近系儲層排替壓力

與砂巖儲層類似，斷層排替壓力主要與斷層巖的泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)、斷點埋深和斷層傾角相關(guān)，斷裂帶排替壓力可按

求取。式中：Vsh為儲層泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)，%；SGR為斷裂帶內(nèi)泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)，%；Z為成藏期古埋深，m；Β為斷層傾角，（°）。

通過比較上述公式可知，儲層排替壓力與泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)和埋深呈指數(shù)關(guān)系；斷層排替壓力與斷裂帶泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)、斷層傾角、斷砂交匯點深度呈指數(shù)關(guān)系。由上述對油氣運移動力和阻力的分析可知，砂巖中油氣成藏動力

斷層中油氣成藏動力

通過對與10號、11號、14號這3條主油源斷層相接的17個館上段砂體分別計算Ff與Fs，確定油氣優(yōu)勢運移通道，與油氣顯示及測試結(jié)論對比，優(yōu)勢運移通道為斷層的砂體均解釋為水層和含油水層，優(yōu)勢運移通道為砂層的砂體均解釋為油層和油水同層，證明了該方法判斷油氣充注方向的可行性（表1）。

表1 埕島東斜坡館上段斷-砂交匯處運移動力計算表Tab．1 Calculation results of hydrocarbon m igration power at fault-sandbody intersection positions in upper Guantao member of Chengdao east slope

由于斷層傾角普遍大于砂體傾角，因此，F(xiàn)f的斜率普遍大于Fs。針對同一條斷層上物性不同、傾角相同的3種砂體，油氣選擇性充注的特征表現(xiàn)為以下兩種情況：

① 當(dāng) Cs＜Cf（圖 4（a）），即斷層排替壓力大于砂巖排替壓力，砂巖物性顯著好于斷層物性時，隨著油柱高度和浮力的逐漸增加，油氣運移可劃分為油氣滯留區(qū)（OA段）、砂體運移區(qū)（AB段）、砂層運移優(yōu)勢區(qū)（BC段）和斷層運移優(yōu)勢區(qū)（CD段）。當(dāng)油氣不斷運移至斷砂交匯點，砂體中浮力的分力和充注動力首先大于砂體中的排替壓力（A點），油氣開始向砂層中充注，如果該砂層中砂體物性較好、連續(xù)性強，那么油氣可沿這些砂體進行長距離運移和充注；隨著油柱高度和浮力的逐漸增大，斷層中浮力的分力和充注動力也大于了斷層中的排替壓力（B點），油氣開始沿斷層向上運移，但由于此時Fs＞Ff，油氣還是主要順砂體橫向運移；隨著油柱高度和浮力的進一步增大，F(xiàn)f逐步反超了Fs（C點），油氣沿斷層垂向運移開始占主導(dǎo)地位，直至油氣運移結(jié)束。

圖4 油氣在斷層和砂巖交匯處運移動力變化與運移路徑選擇示意圖Fig．4 Schematic diagram of hydrocarbon m igration power variation and m igration path selection at the intersection of fault and sandstone

②當(dāng)Cs≥Cf（圖4（b），（c）），即斷層排替壓力小于等于砂巖排替壓力，斷層物性好于砂巖物性時，隨著油柱高度和浮力的逐漸增加，油氣運移可劃分為油氣滯留區(qū)（OA段）、斷層運移區(qū)（AB段）和斷層優(yōu)勢運移區(qū)（BC段）。在這種情況下無論油柱高度和浮力怎么變化，斷層垂向運移始終占主導(dǎo)地位，砂體橫向運移微弱，往往只在斷層附近的砂體中見到零星的油氣顯示，難以形成規(guī)模油藏。

3．2 斷 -砂配置選擇性充注定量分析

由于式（3）與式（4）中浮力Fb、斷砂交匯點古埋深Z和充注動力Fc是相同的，實際決定砂巖和斷層中成藏動力取值，即決定斷 -砂輸導(dǎo)體系橫向運移還是縱向運移的地質(zhì)要素可歸結(jié)為砂巖傾角α、斷層傾角β、砂巖泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)Vsh和斷裂帶內(nèi)泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù) SGR。以sinβ／sinα為縱坐標(biāo)，以 Vsh／（SGR·cosβ）為橫坐標(biāo)作圖，針對同一條斷層上的不同砂體，分別選取sinβ／sinα為1∶1、1∶2、1∶3和1∶4時，滿足 Fs＝Ff時的 Vsh／（SGR·cosβ）值，得到模板圖上4個臨界值，以同樣方式，分別選取 Vsh／（SGR·cosβ）為1∶2和1∶3時，滿足 Fs＝Ff時的 sinβ／sinα值，又在模版圖上得到2個臨界值，將這6個臨界值數(shù)據(jù)進行擬合得到一條擬合線，位于該線左側(cè)，油氣沿砂層橫向運移；位于該線右側(cè)，油氣沿斷層垂向運移，據(jù)此建立斷-砂輸導(dǎo)體系油氣運聚方式定量判識模版（圖5）。據(jù)該圖版即可對斷 -砂輸導(dǎo)體系運移方向進行判別，分別計算斷砂交匯點sinβ／sinα值和Vsh／（SGR·cosβ）值，將計算結(jié)果投影到判識圖版上，當(dāng)投影點位于擬合線之上時，油氣沿斷層垂向運移，當(dāng)其位于擬合線之下時，油氣沿砂體橫向運移。油氣運移至斷層與兩砂體交匯處時選擇哪個砂體運移，也可以用該模版，分別計算兩個砂體斷砂交匯點sinβ／sinα值和Vsh／（SGR·cosβ）值，投影到圖版上，測量這兩個投影點與擬合線的距離，距離越遠(yuǎn)的砂體充注動力越大，油氣優(yōu)先選擇充注。

圖5 斷-砂輸導(dǎo)體系油氣運聚方式定量判識模版Fig．5 Quantitative identification chart of hydrocarbon m igration and accumulation modes in fault-sandbody transport system

3．3 館上段斷-砂輸導(dǎo)特征

埕島東斜坡位于埕北30潛山北側(cè)，離凹陷生烴中心較遠(yuǎn)，區(qū)內(nèi)斷層不能直接溝通油源，油氣需經(jīng)過遠(yuǎn)距離運移至區(qū)內(nèi)成藏。油氣通過主油源斷層及次油源斷層與高砂地比砂組河道砂體組成的輸導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)運移。控制油氣成藏的要素是斷層封閉能力、斷-砂側(cè)向分流能力及斷-蓋配置關(guān)系。館上段Ⅶ砂組發(fā)育大套辮狀河塊狀砂巖，可作為良好的輸導(dǎo)層，油氣可沿該層長距離運移。館上段Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ砂組為砂泥互層沉積，砂泥比介于30% ～50%，砂體橫向有一定連通性。館上段Ⅰ＋Ⅱ砂組和明化鎮(zhèn)組屬于高彎度曲流河沉積，砂巖發(fā)育極少，泥巖橫向發(fā)育比較穩(wěn)定，厚度變化小，構(gòu)成館上段油藏的區(qū)域性蓋層，與Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ砂組砂巖形成很好的儲蓋組合，所以該區(qū)油氣主要在Ⅲ-Ⅴ砂組富集。

不同斷-砂配置類型側(cè)向輸導(dǎo)能力存在顯著差異，其中反向正斷層上盤砂體和順向正斷層下盤砂體側(cè)向分流能力較強。為了驗證斷-砂輸導(dǎo)體系油氣運聚方式定量判識模版的可行性，選取與11號斷層（埕北 30南斷層）相接的埕北 152、155、158、306、352這5口井館上段65個砂體（反向正斷層上盤砂體），進行斷-砂配置選擇性充注定量分析（圖5），對其側(cè)向充注能力進行判識，與油氣顯示及測井解釋結(jié)果吻合較好，說明利用斷-砂輸導(dǎo)體系油氣運聚方式定量判識模版判別埕島東斜坡館上段斷-砂配置油氣運移路徑是可行的。

4 結(jié) 論

（1）埕島東斜坡反向斷-砂垂向運移輸導(dǎo)體系分布最廣，其上盤砂體是有利的側(cè)向運移介質(zhì)，決定斷-砂輸導(dǎo)體系運移方式的地質(zhì)要素包括砂巖傾角α、斷層傾角β、砂巖泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)SGR和斷裂帶內(nèi)泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)Vsh。

（2）以 sinβ／sinα為縱坐標(biāo)，以 Vsh／（SGR·cosβ）為橫坐標(biāo)建立斷-砂輸導(dǎo)體系油氣運聚方式定量判識模版，可以明確判別埕島東斜坡館上段斷-砂配置油氣運移路徑。