上覆儲蓋組合油源斷裂運聚油氣部位預測方法及其應用

楊 珀 楊勝來 馬朋朋 韓 晶 陳繼成 袁世權

（1. 中國石油大學（北京）石油工程學院，北京 102249；2. 中國華油集團有限公司油氣資源事業(yè)部，北京 100101）

0 引 言

油氣勘探發(fā)現(xiàn)，在含油氣盆地多套區(qū)域性泥巖蓋層之下的儲層中會發(fā)現(xiàn)油氣聚集部位，這是因為在下伏地層中，源巖埋藏深，有機質豐富且成熟，能夠借助油源斷裂為上覆無源儲蓋區(qū)提供充足的“源”。所以，能不能精準地預判出上覆無源儲蓋組合油源斷裂運聚油氣部位，是含油氣盆地中油氣勘探的關鍵之處。歷年來，石油地質學家們針對源儲蓋組合與油源斷裂運聚油氣關系已做過多方面的研究：通過油源斷裂輸導油氣部位和上覆蓋層封閉部位耦合來研究油源斷裂運聚油氣部位［1-2］，認為油源斷裂運聚油氣部位是油源斷裂輸導油氣部位和上覆區(qū)域性泥巖蓋層封閉部位的相重部位。首先，上覆油源斷裂輸導層［3-4］發(fā)育且穿過下伏油氣中轉站［5-8］的才被稱為油源斷裂輸導油氣部位，可用油源斷裂在油氣成藏期的古活動速率和油源斷裂輸導油氣所需的最小活動速率研究油源斷裂輸導油氣部位，通過借助現(xiàn)場提供的勘探地震資料查明目的層內斷距，再根據(jù)最大斷距相減法［9-11］研究油源斷裂輸導部位、源內已聚集油氣部位［12］和源外已聚集油氣部位的最大分布部位研究下伏油氣中轉站發(fā)育部位［13］；其次，依據(jù)斷裂在區(qū)域性泥巖蓋層內分段生長上下連接所需的相對最大斷接厚度和上覆區(qū)域性泥巖蓋層油氣成藏期的古斷接厚度來確定上覆區(qū)域性泥巖蓋層封閉部位。

但是，上述研究成果僅是對上覆有源儲蓋組合油源斷裂運移和聚集油氣的表征，并未考慮到上覆地層會在區(qū)域擠壓應力下致使其中源巖埋深較淺、露頭較多、有機質尚不成熟乃至不發(fā)育源巖這一情況。因此，開展上覆無源儲蓋組合油源斷裂運聚油氣部位預測方法研究，對指導含油氣盆地中油氣勘探多層油氣運聚具有重要價值。

1 機制及部位

由于上覆無源儲蓋組合源巖未成熟，只能通過油源斷裂將來自下伏有源儲蓋組合中已聚集的油氣運聚成藏。油氣成藏機制為下伏有源儲蓋組合中已聚集的油氣在剩余孔隙流體壓力和浮力的作用下，通過油源斷裂向上輸導，穿過下伏區(qū)域性泥巖蓋層滲漏區(qū)，進入到上覆無源儲蓋組合，在上覆區(qū)域性泥巖蓋層封閉區(qū)內聚集成藏（圖1）。

圖1 上覆無源儲蓋組合油源斷裂運聚油氣機制示意Fig. 1 Mechanism of hydrocarbon migration and accumulation by overlying passive reservoir-seal assemblage oil source fault

由上述運聚油氣機制可得，上覆無源儲蓋組合油源斷裂運聚油氣的部位應是下伏供油氣部位和上覆區(qū)域性泥巖蓋層封閉部位的重合部位（圖2）。

圖2 上覆無源儲蓋組合油源斷裂運聚油氣部位示意Fig. 2 Schematic diagram of hydrocarbon migration and accumulation location of overlying passive reservoir-seal assemblage oil source fault

2 預測方法

基于油源斷裂輸導油氣部位是基于其輸導部位與下伏已聚集油氣部位兩者間肯定的配置關系而研析出的。通過借助現(xiàn)場提供的勘探地震資料查明研究區(qū)油源斷裂在目的層內的斷距，用最大斷距相減法往回剝析出油氣成藏期油源斷裂古斷距，古斷距與斷裂活動時期的比值即為油源斷裂古活動速率，然后劃定出的斷裂輸導油氣所需最小活動速率［14-16］小于油源斷裂古活動速率的部位即為油源斷裂輸導部位（圖3（a））。下伏源內已聚集油氣部位的確定需要以源巖排烴、源內連通砂體分布部位為基礎，依據(jù)源巖有關地化因子和其埋藏深度之間線性關系確定出其排烴門限［17-19］，然后由源巖埋深劃定其排烴分布部位。借助鉆井資料統(tǒng)計研究區(qū)源內地層砂地比，刻畫出連通砂體分布所需的最小地層砂地比［20-21］小于研究區(qū)源內地層砂地比的部位，便為連通砂體分布區(qū)，再將其與油源斷裂進行疊合，就可確定出源內連通砂體分布部位（圖3（b））。

圖3 油源斷裂輸導油氣部位示意Fig. 3 Schematic diagram of hydrocarbon accumulated locations in underlying source

已厘定出的源巖排烴分布部位（圖4（a））和源內連通砂體分布部位（圖4（b））的重合部位即為下伏源內已聚集油氣部位（圖4（c））。用鉆井資料統(tǒng)計出下伏源巖之外上覆儲蓋組合之下的全部油氣顯示井，將其整合后再與油源斷裂疊合，二者的重合部位是下伏源外已聚集油氣部位（圖5）。下伏已聚集油氣部位即為下伏源內與源外疊合的最大重合部位。以上厘定出的油源斷裂輸導部位和下伏已聚集油氣部位的重合部位即是油源斷裂輸導油氣部位。

圖4 下伏源內已聚集油氣部位示意Fig. 4 Determination of accumulated oil and gas locations within the underlying source

圖5 下伏源外已聚集油氣部位示意Fig. 5 Schematic diagram of hydrocarbon accumulated location outside underlying source

由鉆井和三維地震資料得到下伏和上覆區(qū)域性泥巖蓋層厚度和其內的油源斷裂斷距，據(jù)地層古厚度恢復方法［22-23］和最大斷距相減法恢復油源斷裂在油氣成藏期下伏和上覆區(qū)域性泥巖蓋層古厚度和古斷距，二者相減可以計算出下伏和上覆區(qū)域性泥巖蓋層古斷接厚度，再依照區(qū)域性泥巖蓋層內斷裂分段生長上下連接所需最小斷接厚度確定方法［24-25］計算出其在區(qū)域性泥巖蓋層內分段生長上下連接所需最小斷接厚度，然后劃定出的下伏區(qū)域性泥巖蓋層古斷接厚度小于區(qū)域性泥巖蓋層內斷裂分段生長上下連接所需的最小斷接厚度的部位就是下伏區(qū)域性泥巖蓋層滲漏部位（圖6）。上覆區(qū)域性泥巖蓋層封閉部位是上覆區(qū)域性泥巖蓋層古斷接厚度大于或等于斷裂在區(qū)域性泥巖蓋層內分段生長上下連接的部位。

最后，油源斷裂輸導油氣部位和下伏區(qū)域性泥巖蓋層滲漏部位的重合部位即為下伏供油氣部位。再將其和上覆區(qū)域性泥巖蓋層封閉部位進行疊合，二者重合就可以劃定出上覆無源儲蓋組合油源斷裂運聚油氣部位。

3 應用實例

應用本文闡述的方法對渤海灣盆地歧口凹陷上覆館陶組—明化鎮(zhèn)組儲蓋組合港東斷裂運聚油氣部位進行預測，通過對港東斷裂處館陶組油氣分布之間關系進行分析，來檢驗上覆無源儲蓋組合油源斷裂運聚油氣部位的有效性。

港東斷裂發(fā)育于歧口凹陷中北部，平面延伸長度約23 km，斷層面向東南方向發(fā)生傾斜，傾角為55°～71°。剖面上從下部的沙三段一直向上斷至上部地表附近，為一條長期繼承性發(fā)育的正斷層（圖7（a））。油氣勘探揭示歧口凹陷北部所發(fā)育地層由底至頂依次為：古近系（孔店組、沙河街組、東營組），新近系（館陶組和明化鎮(zhèn)組）及少量第四系?，F(xiàn)如今港東斷裂處已勘探油氣主要布集在沙一下亞段、東三段和館陶組，發(fā)育了3 套區(qū)域性泥巖蓋層：古近系的沙一中亞段、東二段和新近系的明化鎮(zhèn)組。港東斷裂搭接了沙三段源巖、明化鎮(zhèn)組且在明化鎮(zhèn)組沉積中晚期活動，是館陶組的油源斷裂。現(xiàn)如今港東斷裂處館陶組已勘探油氣主要布集于其中部和東部（圖7（b）），圈閉及砂體發(fā)育程度會對油氣分布造成一定的影響，但其主要是受到了上覆館陶組—明化鎮(zhèn)組儲蓋組合港東斷裂運聚油氣部位分布的影響。因此，能不能精確無誤地預測出上覆館陶組—明化鎮(zhèn)組儲蓋組合港東斷裂運聚油氣部位，是認識油氣勘探揭示港東斷裂處館陶組油氣分布規(guī)律的關鍵。

圖7 港東斷裂及主要油氣分布關系Fig. 7 Relationship between Gangdong Fault and main hydrocarbon distribution

憑借現(xiàn)場提供的勘探地震資料查明港東斷裂在沙一下亞段內斷距，由文獻［9-11］中最大斷距相減法可獲得油氣成藏期（明化鎮(zhèn)組沉積中晚期）港東斷裂在沙一下亞段內古斷距，再由其與斷裂活動時期的比值即可求得港東斷裂在沙一下亞段內古活動速率，由圖8 可得，港東斷裂古活動速率（約為4 m/Ma）大于或等于歧口凹陷斷裂輸導油氣所對應的活動速率最小的部位，即是港東斷裂在沙一下亞段內輸導部位，除其東、西部端部外，剩余部位皆為港東斷裂在沙一下亞段內輸導部位。

圖8 港東斷裂在沙一下亞段內古活動速度和輸導部位Fig. 8 Paleoactiving rate and transport location of Gangdong Fault in Es1x

利用源巖地化指標（（S1+S2）/w（TOC））隨其埋深之間變化關系，由源巖排烴門限確定方法［18-20］確定出源巖排烴門限，根據(jù)其埋深（約為3 600 m）能夠圈出歧口凹陷沙三段源巖排烴分布部位（圖9（a））。利用鉆井資料統(tǒng)計歧口凹陷港東斷裂處沙三段源內地層砂地比，劃定出連通砂體分布所需的最小地層砂地比［21-22］小于歧口凹陷港東斷裂處地層砂地比（約為18%）的部位，再將此部位與港東斷裂進行疊合，二者的重合之處就是港東斷裂處下伏沙三段源內連通砂體分布部位（圖9（b））。由港東斷裂處沙三段源巖排烴分布部位和其源內連通砂體分布部位，便可以得到港東斷裂處下伏沙三段源內已聚集油氣部位，由圖9（c）可見，港東斷裂處下伏沙三段源內已聚集油氣部位主要分布在中部和東部，少量分布在西部。

圖9 港東斷裂處下伏沙三段源內已聚集油氣部位示意Fig. 9 Schematic location of accumulated hydrocarbon in the source of underlying Es3 at Gangdong Fault

可用鉆井資料統(tǒng)計港東斷裂處下伏沙三段源巖之外上覆館陶組之下全部油氣顯示井，并將其圈起來與港東斷裂疊合，即為港東斷裂處下伏沙三段源外已聚集油氣部位。由上述已確定出的港東斷裂處下伏沙三段源內源外（圖10（a）、（b））已聚集油氣部位，便可以得到港東斷裂處下伏沙三段源巖已聚集油氣部位，由圖10（c）可見，其油氣分布規(guī)律與下伏沙三段源內已聚集細氣部位一致，主要分布在中部和東部，少量分布在西部。

圖10 港東斷裂處下伏沙三段源巖已聚集油氣部位示意Fig. 10 Schematic location of accumulated hydrocarbon in underlying Es3 source rock at Gangdong Fault

港東斷裂在沙一下亞段內輸導部位和下伏沙三段源巖已聚集油氣部位的重合之處即為其在沙一下亞段內輸導油氣部位，由圖11 可見，除東、西端部，剩余部位均為港東斷裂在沙一下亞段內輸導油氣部位?？捎萌S地震資料讀取港東斷裂在沙一中亞段、東二段區(qū)域性泥巖蓋層內斷距和被其錯斷的沙一中亞段、東二段區(qū)域性泥巖蓋層厚度，由最大斷距相減法和地層古厚度恢復方法恢復其在區(qū)域性泥巖蓋層內古斷距和被其錯斷的沙一中亞段、東二段區(qū)域性泥巖蓋層古厚度，由后者減去前者計算得出的數(shù)值便是其在沙一中亞段和東二段區(qū)域性泥巖蓋層內所對應的古斷接厚度，再依據(jù)沙一中亞段（139 m）和東二段區(qū)域性泥巖蓋層古斷接厚度（236 m）大于或等于歧口凹陷斷裂在沙一中亞段和東二段區(qū)域性泥巖蓋層內分段生長上下連接所需的最大斷接厚度［24-25］的部位，便能得到港東斷裂處沙一中亞段和東二段區(qū)域性泥巖蓋層滲漏與封閉部位（圖12）。由圖12 可見，港東斷裂中東部在沙一中亞段及東二段區(qū)域性泥巖蓋層內屬于滲漏部位，剩余部位均屬于封閉部位。

圖11 港東斷裂處下伏沙三段源巖供油氣部位Fig. 11 Hydrocarbon supply location of underlying Es3 source rock at Gangdong Fault

圖12 港東斷裂在沙一中亞段和東二段區(qū)域性泥巖蓋層內滲漏與封閉部位Fig. 12 Leakage and sealing locations of Gangdong Fault in regional mudstone caprock of Es1z Ed2

明化鎮(zhèn)組地層發(fā)育較厚以致于港東斷裂并未斷穿其區(qū)域性泥巖蓋層，換言之，油氣不能穿透整個明化鎮(zhèn)組向上運移并聚集成藏，故今在其區(qū)域性泥巖蓋層之上并未勘探到油氣，表明港東斷裂處明化鎮(zhèn)組區(qū)域性泥巖蓋是全部封閉的。

港東斷裂在沙一下亞段內輸導油氣部位和沙一中亞段、東二段區(qū)域性泥巖蓋層滲漏部位的重合部位即為港東斷裂處下伏沙三段源巖供油氣部位，主要分布在東部。由港東斷裂處下伏沙三段源巖供油氣部位和上覆明化鎮(zhèn)組區(qū)域性泥巖蓋層封閉部位疊合，便可以得到上覆館陶組—明化鎮(zhèn)組儲蓋組合港東斷裂運聚油氣部位（圖13）。由圖13 可見，油氣主要布集于其中部和東部，與上覆館陶組—明化鎮(zhèn)組儲蓋組合港東斷裂運聚油氣部位相同，這是因為只有位于上覆館陶組—明化鎮(zhèn)組儲蓋組合港東斷裂運聚油氣部位處，才可以借助其從下伏沙三段源巖獲得油氣，穿透沙一中亞段及東二段區(qū)域性泥巖蓋層滲漏部位向上運移且在上覆明化鎮(zhèn)組區(qū)域性泥巖蓋層全封閉的作用下發(fā)生遮擋，從而形成油氣聚集區(qū)，最后用油氣顯示驗證此方法。

圖13 上覆館陶組—明化鎮(zhèn)組儲蓋組合港東斷裂運聚油氣部位與館陶組油氣分布Fig. 13 Hydrocarbon migration and accumulation location in Gangdong Fault of overlying Guantao-Minghuazen formations reservoir-seal assemblage and hydrocarbon distribution in Guantao Formation

4 結 論

（1）上覆無源儲蓋組合油源斷裂運聚油氣部位是下伏供油氣部位和上覆區(qū)域性泥巖蓋層封閉部位的重合部位。

（2）油源斷裂輸導部位和下伏已聚集油氣部位的重合部位即是油源斷裂輸導油氣部位，結合下伏區(qū)域性泥巖蓋層滲漏部位，確定下伏供油氣部位，最后與上覆區(qū)域性泥巖蓋層封閉部位相疊合，設立一種上覆無源儲蓋組合油源斷裂運聚油氣部位預測方法，并將此方法運用于渤海灣盆地歧口凹陷港東斷裂，證明該方法是有效的。

（3）渤海灣盆地歧口凹陷上覆館陶組—明化鎮(zhèn)組港東斷裂運聚油氣部位主要分布在其中部和東部，有利于下伏沙三段源巖已聚集油氣在上覆館陶組內運聚成藏，與港東斷裂處館陶組現(xiàn)已勘探出的油氣顯示相符。