油源斷裂向砂體轉(zhuǎn)換輸導(dǎo)油氣形式分布部位預(yù)測方法
——以歧口地區(qū)港東斷裂砂一下亞段為例

張金寶

大慶油田有限責(zé)任公司勘探事業(yè)部,黑龍江 大慶 163453

0 引言

經(jīng)過實際地質(zhì)勘探驗證,油氣通過油源斷裂輸導(dǎo)并在盆地中聚集成藏,須向砂體發(fā)生轉(zhuǎn)換輸導(dǎo),否則油氣無法聚集成藏,而油源斷裂向砂體轉(zhuǎn)換輸導(dǎo)油氣既可以是完全轉(zhuǎn)換輸導(dǎo),也可以是部分轉(zhuǎn)換輸導(dǎo)[1-3]。然而由于油源斷裂向砂體轉(zhuǎn)換輸導(dǎo)油氣形式不同、分布部位不同,受其控制的油氣分布規(guī)律也不同。油源斷裂向砂體完全轉(zhuǎn)換輸導(dǎo)油氣形式分布部位油氣相對富集;而油源斷裂向砂體部分轉(zhuǎn)換輸導(dǎo)油氣形式分布部位油氣不富集。由此不難看出,正確總結(jié)含油氣盆地油源斷裂位置的油氣分布規(guī)律及指導(dǎo)油氣勘探的關(guān)鍵,在于能否準(zhǔn)確地預(yù)測油源斷裂向砂體轉(zhuǎn)換輸導(dǎo)油氣形式的分布部位。

關(guān)于油源斷裂向砂體轉(zhuǎn)換輸導(dǎo),前人曾進(jìn)行過探討研究,對其歸納總結(jié)主要有3個方面:①通過斷蓋配置封閉與否,研究油源斷裂向砂體轉(zhuǎn)換輸導(dǎo)油氣與其之間的關(guān)系[4-10],認(rèn)為當(dāng)蓋層阻止斷裂繼續(xù)向上輸導(dǎo)油氣時,油氣便通過油源斷裂向砂體進(jìn)行側(cè)向輸導(dǎo),相反,蓋層沒有阻擋油源斷裂繼續(xù)向上輸導(dǎo)油氣時,就不能向砂體發(fā)生側(cè)向輸導(dǎo)。②利用地層砂地比值的相對大小,研究油源斷裂向砂體轉(zhuǎn)換輸導(dǎo)油氣的層位[11-15],認(rèn)為油源斷裂應(yīng)向高砂地比值地層中的砂體轉(zhuǎn)換輸導(dǎo)油氣。③利用油源斷裂輸導(dǎo)油氣優(yōu)勢路徑和砂體輸導(dǎo)油氣優(yōu)勢路徑之間的位置關(guān)系,研究油源斷裂向砂體轉(zhuǎn)換輸導(dǎo)油氣的部位[16-19],認(rèn)為只有與油源斷裂輸導(dǎo)油氣優(yōu)勢路徑直接相連或者二者相距較近時,油源斷裂才能向砂體轉(zhuǎn)換輸導(dǎo)油氣,此砂體輸導(dǎo)油氣優(yōu)勢路徑分布部位為油源斷裂向砂體轉(zhuǎn)換輸導(dǎo)油氣部位。上述3個方面的研究成果均為指導(dǎo)含油氣盆地油源斷裂處油氣勘探提供了理論依據(jù)。然而,上述研究并未對油源斷裂向砂體轉(zhuǎn)換輸導(dǎo)油氣形式及分布部位開展研究,不利于準(zhǔn)確認(rèn)識油源斷裂位置的油氣分布規(guī)律,也就不利于對油源斷裂位置進(jìn)行深入的油氣勘探工作。因此,為正確總結(jié)歧口凹陷港東斷裂位置的沙一下亞段油氣分布規(guī)律及指導(dǎo)后面的油氣勘探,通過港東斷裂向沙一下亞段砂體轉(zhuǎn)換輸導(dǎo)油氣形式分布部位預(yù)測,總結(jié)港東斷裂位置的沙一下亞段油氣分布特征,以期為進(jìn)一步實地勘探提供理論依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

歧口地區(qū)是渤海灣盆地油氣勘探的重點地區(qū),構(gòu)造上包括北大港潛山、板橋次凹、歧北斜坡、歧北次凹、歧口主凹和沈青莊潛山的部分地區(qū)(圖1a)[20-21]。該區(qū)從古至今先后經(jīng)歷了古近系(孔店組、沙河街組、東營組)、新近系(館陶組、明化鎮(zhèn)組)以及少量第四系沉積(圖1b)。港東斷裂位于歧口凹陷北大港潛山的南側(cè),發(fā)育規(guī)模較大,是一條北東走向的正斷裂,平面上延伸長度約2.3 km,以傾角53°～71°向東南方向傾斜,從沙三段向上斷至地表附近,具有長期繼承性發(fā)育的特征(圖2、3)[22]。通過實際勘探可知,現(xiàn)在港東斷裂處已獲得的油氣來自于沙一下亞段,從下伏沙三段源巖輸導(dǎo)而來[23]。根據(jù)油源斷裂劃分規(guī)則可知,其在油氣藏形成過程的關(guān)鍵時期明化鎮(zhèn)組中晚期發(fā)生劇烈活動,且連接了沙三段源巖層與目的儲層沙一下亞段,因此可知港東斷裂應(yīng)為沙一下亞段的油源斷裂。目前已勘探出的油氣主要存在于整個港東斷裂附近,這不僅僅受到圈閉部位與砂體存在部位的控制,還與港東斷裂向沙一下亞段砂體轉(zhuǎn)換輸導(dǎo)油氣形式分布部位有關(guān)。因此,預(yù)測出港東斷裂沙一下亞段砂體轉(zhuǎn)換輸導(dǎo)油氣形式分布部位,對于總結(jié)港東斷裂處沙一下亞段內(nèi)油氣分布聚集及指導(dǎo)油氣勘探均具重要意義。

圖2 港東斷裂向沙一下亞段砂體轉(zhuǎn)換輸導(dǎo)油氣形式分布部位與油氣分布關(guān)系圖

圖3 過港東斷裂地震剖面

2 油源斷裂向砂體轉(zhuǎn)換輸導(dǎo)油氣形式及分布部位預(yù)測方法

在油氣成藏過程中,由于劇烈地質(zhì)活動導(dǎo)致油源斷裂伴生裂縫發(fā)育。這些伴生裂縫是油源斷裂輸導(dǎo)油氣的通道,與砂體相比,往往具有較高的孔滲性。一般而言,油源斷裂輸導(dǎo)油氣遇到區(qū)域性泥巖蓋層時,由于油源斷裂在區(qū)域性泥巖蓋層內(nèi)分段生長上下不連接,泥巖蓋層阻止油氣通過斷裂向上繼續(xù)輸導(dǎo)油氣,而向區(qū)域性泥巖蓋層之下砂體中進(jìn)行側(cè)向運移油氣,形成油源斷裂向砂體完全轉(zhuǎn)換輸導(dǎo)油氣形式(圖4a)。若斷裂在區(qū)域性泥巖蓋層內(nèi)分段生長上下連接,區(qū)域性泥巖蓋層開啟,油源斷裂繼續(xù)向上輸導(dǎo)油氣,而不會向區(qū)域性泥巖蓋層之下砂體輸導(dǎo)油氣轉(zhuǎn)換。但若此套區(qū)域性泥巖蓋層之上的上覆區(qū)域性泥巖蓋層封閉,油源斷裂輸導(dǎo)油氣向上運移受阻,一部分油氣仍可向區(qū)域性泥巖蓋層之下砂體中側(cè)向運移,形成油源斷裂向砂體部分轉(zhuǎn)換輸導(dǎo)油氣形式(圖4b)。

①區(qū)域性泥巖蓋層;②砂體層;③上覆區(qū)域性泥巖蓋層;a. 油源斷裂向砂體完全轉(zhuǎn)換輸導(dǎo)油氣形式;b. 油源斷裂向砂體部分轉(zhuǎn)換輸導(dǎo)油氣形式。

由上述分析可知,油源斷裂向砂體轉(zhuǎn)換輸導(dǎo)油氣形式不同,其所需的條件也不同,造成其分布部位也就不同。因此,斷裂向砂體完全轉(zhuǎn)換分布部位應(yīng)是油源斷裂輸導(dǎo)油氣部位、區(qū)域性泥巖蓋層封閉部位和連通砂體分布部位的重合部位;斷裂向砂體部分轉(zhuǎn)換分布部位應(yīng)是油源斷裂輸導(dǎo)部位、區(qū)域性泥巖蓋層不封閉部位、連通砂體分布部位和上覆區(qū)域性泥巖蓋層封閉部位的重合部位(圖5)。

a. 油源斷裂處上覆區(qū)域性泥巖蓋層封閉部位;b. 油源斷裂輸導(dǎo)部位;c. 油源斷裂處連通砂體分布部位;d. 油源斷裂處區(qū)域性泥巖蓋層封閉部位;e. 油源斷裂向砂體轉(zhuǎn)換輸導(dǎo)油氣形式。①油源斷裂向砂體完全轉(zhuǎn)換輸導(dǎo)油氣形式分布部位;②油源斷裂向砂體部分轉(zhuǎn)換輸導(dǎo)油氣形式分布部位。

確定出油源斷裂輸導(dǎo)部位、連通砂體分布部位以及區(qū)域性泥巖蓋層封閉部位是油源斷裂向砂體完全轉(zhuǎn)換輸導(dǎo)油氣形式分布部位預(yù)測的關(guān)鍵。

確定油源斷裂輸導(dǎo)部位。首先應(yīng)利用斷裂斷穿層位和油氣成藏期,按照文獻(xiàn)[1-3]中的油源斷裂厘定方法厘定油源斷裂;然后利用三維地震資料求取油源斷裂在目的層內(nèi)的斷距,根據(jù)文獻(xiàn)[24]斷裂古斷距恢復(fù)方法,對油氣成藏期油源斷裂在目的層中的古斷距進(jìn)行恢復(fù);最后除以油源斷裂活動時間求取油源斷裂在目的層中的古活動速率。統(tǒng)計并取得歧口地區(qū)能輸導(dǎo)并存在油氣顯示的油源斷裂最小古活動速率值,輸導(dǎo)油氣的油源斷裂古活動速率值應(yīng)大于這個數(shù)值。這是因為只有斷裂發(fā)生輸導(dǎo)作用,才伴隨有油氣運移和聚集,鉆探才會有油氣顯示;否則無油氣顯示。因此,油源斷裂輸導(dǎo)部位即為斷裂輸導(dǎo)油氣所需的最小活動速率小于或等于油源斷裂古活動速率的部位(圖5b)。

確定連通砂體分布部位。利用鉆井資料求取砂體所在地層的砂地比值,通過對研究區(qū)砂體所在地層砂地比值與油氣顯示之間關(guān)系的研究,發(fā)現(xiàn)砂體要連通,則砂地比值必須大于油氣分布處最小地層砂地比值。因為只有砂體連通分布,油氣才會運移和聚集,鉆探才有油氣顯示。因此,連通砂體分布部位便是連通砂體分布所需的最小地層砂地比值小于或等于砂體所在地層砂地比值的部位(圖5c)。

確定區(qū)域性泥巖蓋層封閉部位。利用鉆井和三維地震資料求取斷裂在區(qū)域性泥巖蓋層內(nèi)的斷距和被其錯開的區(qū)域性泥巖蓋層的厚度,根據(jù)文獻(xiàn)[24]中古斷距和文獻(xiàn)[25-26]中古厚度的恢復(fù)方法,最終還原油氣成藏過程中斷裂在區(qū)域性泥巖蓋層內(nèi)的古斷距與被其錯開的區(qū)域性泥巖蓋層的古厚度,兩者相減可以得到區(qū)域性泥巖蓋層的古斷接厚度。通過得到的研究區(qū)區(qū)域性泥巖蓋層古斷接厚度與在其之上和之下的油氣分布規(guī)律,厘定斷裂在蓋層的阻擋作用下分段生長上下連接所需的最大斷接厚度。這是由于,油氣在區(qū)域性泥巖蓋層之下聚集分布的必要條件是斷裂在區(qū)域性泥巖蓋層內(nèi)分段生長上下不連接和區(qū)域性泥巖蓋層封閉;油氣在區(qū)域性泥巖蓋層上下聚集分布的必要條件是其上覆區(qū)域性泥巖蓋層封閉、斷裂在區(qū)域性泥巖蓋層內(nèi)分段生長上下連接。將斷裂在區(qū)域性泥巖蓋層內(nèi)分段生長上下連接所需的最大斷接厚度大于或等于區(qū)域性泥巖蓋層古斷接厚度的部位圈在一起,便可以得到區(qū)域性泥巖蓋層封閉部位(圖5d)。

3 港東斷裂向沙一下亞段砂體轉(zhuǎn)換油氣形式分布預(yù)測

本文利用三維地震資料及文獻(xiàn)[24]中的斷裂古斷距恢復(fù)方法,對明化鎮(zhèn)組沉積中晚期油氣成藏過程中港東斷裂在沙一下亞段內(nèi)的古斷距進(jìn)行恢復(fù)。由古斷距除以斷裂活動時間,得到其古活動速率;由歧口凹陷油源斷裂輸導(dǎo)油氣所需的最小活動速率約為4 m/Ma[27],可以得到明化鎮(zhèn)組沉積中晚期油氣成藏過程中港東斷裂的輸導(dǎo)部位(圖6)。從圖6中可以看出,港東斷裂除西部端部外,剩余部分都能輸導(dǎo)油氣。

由于港東斷裂未斷穿上覆明化鎮(zhèn)組區(qū)域性泥巖蓋層(圖3),且港東斷裂位置的明化鎮(zhèn)組之上一直沒有發(fā)現(xiàn)油氣,說明明化鎮(zhèn)區(qū)域性泥巖蓋層封閉,可以有效阻止油氣向上運移。利用鉆井資料獲取港東斷裂位置的沙一下亞段地層砂地比值,由歧口凹陷沙一下亞段連通砂體分布所需的最小地層砂地比值約為18%[13],得到該處沙一下亞段連通砂體分布部位(圖7)。由圖7可知,港東斷裂除東部局部外,其余部位沙一下亞段砂體均為連通砂體分布部位。

通過鉆井等地質(zhì)資料得到港東斷裂在沙一下亞段蓋層內(nèi)斷距與被其錯開的蓋層厚度,根據(jù)文獻(xiàn)[20]中斷裂古斷距和文獻(xiàn)[25-26]中地層古厚度的恢復(fù)方法,得到恢復(fù)的古斷距和古厚度,由古厚度減去古斷距得到沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層古斷接厚度;再由歧口凹陷油源斷裂在沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層內(nèi)分段生長上下連接所需的最大斷接厚度約為139 m[24],可以得到港東斷裂位置沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層封閉與不封閉部位(圖8)。由圖8可以看出,港東斷裂東部和西部為沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層封閉部位,而其中部則為沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層不封閉部位。

Hf. 斷接厚度;Hf,min. 斷裂在區(qū)域性泥巖蓋層內(nèi)分段生長上下連接所需的最小斷接厚度。1—15. 測點號。

將上述已確定的港東斷裂在沙一下亞段內(nèi)輸導(dǎo)部位、沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層封閉部位和沙一下亞段連通砂體分布部位疊合,重合部位便為港東斷裂向沙一下亞段砂體完全轉(zhuǎn)換輸導(dǎo)油氣形式分布部位(圖2)。由圖2所示,港東斷裂向沙一下亞段砂體完全轉(zhuǎn)換輸導(dǎo)油氣形式分布部位主要分布在其東、西部。

將上述港東斷裂在沙一下亞段內(nèi)輸導(dǎo)部位、沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層不封閉部位、沙一下亞段連通砂體分布部位和明化鎮(zhèn)組區(qū)域性泥巖蓋層封閉部位疊合,重合部位便為港東斷裂向沙一下亞段砂體部分轉(zhuǎn)換輸導(dǎo)油氣形式分布部位(圖2)。由圖2顯示,該處砂體部分轉(zhuǎn)換輸導(dǎo)油氣形式分布部位主要分布在其中部,少量分布在其東部局部。

圖2顯示,目前港東斷裂位置沙一下亞段已發(fā)現(xiàn)油氣的部位,正好分布在港東斷裂向沙一下亞段砂體完全和部分轉(zhuǎn)換輸導(dǎo)油氣形式分布部位處(有3口井并未在港東斷裂向沙一下亞段砂體完全和部分轉(zhuǎn)換輸導(dǎo)油氣部位,是因為港東斷裂向沙一下亞段砂體轉(zhuǎn)換輸導(dǎo)油氣形式部位的油氣發(fā)生側(cè)向運移進(jìn)入斷層圈閉所造成的)。這是因為只有位于港東斷裂向沙一下亞段砂體完全轉(zhuǎn)換輸導(dǎo)油氣形式分布部位(東部及西部)的沙一下亞段,才能通過港東斷裂輸導(dǎo)部位從下伏沙三段源巖處獲得油氣,且油氣被沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層封閉,便全部向沙一下亞段連通砂體中發(fā)生側(cè)向分流運移和聚集,油氣鉆探才能發(fā)現(xiàn)油氣。而在港東斷裂向沙一下亞段砂體部分轉(zhuǎn)換輸導(dǎo)油氣形式分布部位(中部,東部局部)的沙一下亞段,也能通過港東斷裂輸導(dǎo)部位從下伏沙三段源巖獲得定量油氣。雖然沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層不封閉,不能阻止油氣向上運移,但由于上覆明化鎮(zhèn)組區(qū)域性泥巖蓋層封閉,油氣不能向上運移,造成部分油氣向沙一下亞段連通砂體中發(fā)生側(cè)向分流運移和聚集,油氣鉆探才能發(fā)現(xiàn)油氣。

4 結(jié)論

1)通過油源斷裂輸導(dǎo)部位、區(qū)域性泥巖蓋層封閉部位和連通砂體分布部位,預(yù)測油源斷裂向砂體完全轉(zhuǎn)換輸導(dǎo)油氣形式分布部位;通過油源斷裂輸導(dǎo)部位、區(qū)域性泥巖蓋層不封閉部位、連通砂體分布部位和上覆區(qū)域性泥巖蓋層封閉部位,預(yù)測油源斷裂向砂體部分轉(zhuǎn)換輸導(dǎo)油氣形式分布部位,基于此,形成了一種預(yù)測油源斷裂向砂體轉(zhuǎn)換輸導(dǎo)油氣形式分布部位的方法。

2)歧口凹陷港東斷裂向沙一下亞段砂體完全轉(zhuǎn)換輸導(dǎo)油氣形式分布部位主要分布在其東、西部,而港東斷裂中部主要為其向沙一下亞段砂體部分轉(zhuǎn)換輸導(dǎo)油氣形式分布部位,在其東部局部也有少量分布。2種形式分布部位控制了港東斷裂處沙一下亞段內(nèi)油氣整個斷裂分布。