東部凹陷沙三段天然氣輸導(dǎo)體系與運(yùn)移方向

王群一

(中國(guó)石油遼河油田分公司,遼寧 盤錦 124010)

東部凹陷基底發(fā)育兩條前新生代斷裂,分別為北東和近東西走向。北東走向斷裂位于現(xiàn)今東部凹陷榮興屯至青龍臺(tái)一線,控制中、古生界及元古界(榮古4、界古1井鉆遇)的沉積和構(gòu)造格局。新生代盆地起重要控制作用的斷層既對(duì)基底斷裂有一定的繼承性,又存在新生特征。發(fā)育時(shí)間長(zhǎng)是這類斷裂的特點(diǎn),但最主要的發(fā)育期是早第三紀(jì),尤其是古新世-始新世(房身泡期-沙三期)。東部凹陷次級(jí)斷裂具有如下特點(diǎn):一是其對(duì)盆地形成和演化的控制作用相對(duì)較小,二是因?yàn)樗鼈兓蛘呤窃缙谥饕獢嗔训呐缮鷶鄬?或者發(fā)育時(shí)期以晚期為主。次級(jí)斷裂的主要作用是局部構(gòu)造的定型與構(gòu)造單元的分割,對(duì)漸新世以來(lái)東部凹陷的構(gòu)造格局起著重要作用。

1 輸導(dǎo)體系類型

東部凹陷自古近紀(jì)以來(lái)經(jīng)歷了早期的斷陷-坳陷演化,并在東營(yíng)晚期中國(guó)東部走滑應(yīng)力場(chǎng)中發(fā)育了壓扭性和張剪性構(gòu)造樣式,導(dǎo)致不同規(guī)模、不同組合樣式的斷裂廣泛分布,相互交織成網(wǎng)。這些斷裂與斷陷期湖盆內(nèi)發(fā)育的河流、三角洲、扇三角洲、湖底扇等砂體連通,共同組成了油氣運(yùn)移的主要通道,此外,各構(gòu)造末期地殼抬升所形成的不整合面在不同地區(qū)也為油氣的側(cè)向運(yùn)移作出不同程度的貢獻(xiàn)。

1.1 斷裂

東部凹陷天然氣藏在各凹陷內(nèi)沿?cái)嗔褞嗬m(xù)分布,縱向上貫穿多個(gè)層系,與原油關(guān)系復(fù)雜。氣源對(duì)比結(jié)果表明,天然氣主要來(lái)源于沙河街組尤其是沙三段烴源巖,因此斷裂帶對(duì)于天然氣的垂向運(yùn)移作用十分明顯。

1.2 儲(chǔ)集體

對(duì)于缺乏油源斷層的圈閉,儲(chǔ)集體就會(huì)成為至關(guān)重要的輸導(dǎo)要素。在垂向斷裂的配合下,橫向上連通的滲透性儲(chǔ)集砂體,只要存在良好的蓋層,油氣將沿著砂體的上傾方向不斷運(yùn)移,至斷裂面附近或巖性上傾尖滅處,便會(huì)由于遮擋作用聚集形成油氣藏。砂體的發(fā)育主要受沉積相控制,不同沉積相中的強(qiáng)水流環(huán)境都可以發(fā)育不同的砂體。

1.3 不整合面

東部凹陷經(jīng)歷了中生界晚期、沙三段沉積后期以及東營(yíng)組沉積末期共三次規(guī)模較大的抬升運(yùn)動(dòng),發(fā)育了古近系底界、沙三段頂界和東營(yíng)組頂界3個(gè)不整合面[1]。由于不整合面附近地層經(jīng)歷了風(fēng)化剝蝕、溶解淋濾、構(gòu)造等作用,孔隙往往比較發(fā)育,滲透性好,油氣可以沿不整合面聚集成藏,形成地層超覆油氣藏和潛山油氣藏。

斷裂、砂體及區(qū)域不整合面均可作為油氣運(yùn)移通道,在空間上以相互組合的形式構(gòu)成各種類型的輸導(dǎo)體系[2]。一般而言,反向正斷層控制下的緩坡帶,砂體是天然氣側(cè)向運(yùn)移的重要通道;陡坡帶天然氣運(yùn)移以油源斷裂為主,連通砂體也很重要;對(duì)于潛山構(gòu)造帶而言,不整合面對(duì)天然氣的輸導(dǎo)作用尤為重要(見(jiàn)圖1)。

2 天然氣成藏配置關(guān)系

2.1 主力氣源巖生烴史

對(duì)東部凹陷沙三段、沙一段和東營(yíng)段三套烴源巖地質(zhì)時(shí)期累計(jì)生氣量進(jìn)行統(tǒng)計(jì),沙三段是東部凹陷的主力氣源巖層系。

2.2 成藏時(shí)間綜合分析

盆地內(nèi)圈閉的形成期與油氣運(yùn)移期若同步,或較油氣運(yùn)移期稍早,配置關(guān)系良好,有利于油氣成藏。沙三段作為東部凹陷的主力氣源巖,進(jìn)入東營(yíng)期后才大量生氣,在新近紀(jì)以來(lái)仍持續(xù)大量生氣。而東營(yíng)晚期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致斷裂密布,大大改善油氣輸導(dǎo)條件,圈閉最終定型。但圈閉定型期不等于圈閉形成期,研究區(qū)巖性圈閉形成較早,主要為沙河街組沉積期,早于大規(guī)模油氣運(yùn)移期,另外,東營(yíng)期及新近紀(jì)早期是油氣大規(guī)模充注時(shí)期,直接證明了研究區(qū)良好的成藏配置關(guān)系。

3 成藏機(jī)理與主控因素

3.1 淺層天然氣成藏機(jī)理

東部凹陷已探明的天然氣儲(chǔ)量主要分布在中淺層,與原油伴生關(guān)系復(fù)雜。對(duì)已發(fā)現(xiàn)的氣藏剖面綜合研究發(fā)現(xiàn),原油降解氣一般呈氣層氣產(chǎn)狀分布在油層的上部層段,而常規(guī)天然氣呈氣頂氣分布在復(fù)式油氣藏的構(gòu)造高部位。

深部烴源巖熱演化Ro值處于0.5%～0.8%時(shí),原油大量產(chǎn)出,生氣過(guò)程尚未開(kāi)始。原油沿?cái)嗔严蛏线\(yùn)移到一定深度后,向側(cè)向砂體內(nèi)充注。當(dāng)Ro處于0.8%～1.3%時(shí),液態(tài)烴逐漸變少,氣態(tài)烴進(jìn)入產(chǎn)烴高峰。天然氣經(jīng)斷裂疏導(dǎo)向上運(yùn)移,再注入側(cè)向砂體,溶進(jìn)早期聚集的石油內(nèi),達(dá)到飽和狀態(tài)后,多余的天然氣就會(huì)溢出,以氣相和溶解油相兩種方式運(yùn)移[3]。進(jìn)入圈閉后,重力分異作用使天然氣在油層上部逐漸聚集,形成帶氣頂?shù)挠筒亍?/p>

以沙三段為主力烴源巖而言,東營(yíng)晚期以前,東部凹陷整體以生油為主,新近紀(jì)至今,整體以生氣為主。東營(yíng)晚期發(fā)生的區(qū)域運(yùn)動(dòng)一方面使原來(lái)的油藏破壞、再分配和成藏,另一方面,形成復(fù)雜的網(wǎng)狀斷裂輸導(dǎo)體系和新的圈閉類型,溝通源巖和淺層儲(chǔ)集體,導(dǎo)致天然氣在淺層直接形成氣層氣和氣頂氣。原油在橫向上較大面積穩(wěn)定地分布,而氣藏主要在被斷裂切割的小斷塊內(nèi)緊靠斷裂分布,這一油氣分布特征也從側(cè)面說(shuō)明后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)天然氣成藏影響較大。

3.2 深層天然氣成藏機(jī)理

深層天然氣主要分布于東部凹陷生烴洼陷內(nèi),典型特征是烴源巖熱演化程度高,儲(chǔ)層物性差,運(yùn)移距離短,單層氣藏規(guī)模小,多層分布,整體表現(xiàn)為自生自儲(chǔ)式成藏組合。

對(duì)深層天然氣而言,濁積砂體和致密砂巖帶是主要儲(chǔ)集類型,因此,充足的氣源條件十分重要,一般只有在烴源巖進(jìn)入大量生氣階段,排替壓力差較大時(shí),氣態(tài)烴才能就近進(jìn)入濁積砂體和致密砂巖帶中運(yùn)移、聚集。另外,受斷裂溝通,早期原油跨層運(yùn)移至鄰近有利圈閉條件下聚集,后期成熟度較高的一部分氣體伴生有少量輕質(zhì)油,沿?cái)嗔讯叹嚯x運(yùn)移后,溶解于早期原油中,達(dá)到溶解飽和度后,形成氣頂氣。當(dāng)橫向運(yùn)移大于垂向運(yùn)移時(shí),氣頂氣高度逐漸增加,氣水界面和氣油界面下移,當(dāng)油水界面降至逸出點(diǎn)以下時(shí),原油逸出,表現(xiàn)為氣藏對(duì)早期油藏的取代作用。

含油氣凹陷中,各地區(qū)由于烴源巖有機(jī)質(zhì)類型、豐度、成熟度等差異較大,導(dǎo)致其深層天然氣成因、聚集過(guò)程也有變化,如東部凹陷陸上部分主要為低熟氣。除充足的氣源條件外,深部天然氣在運(yùn)移、聚集方面也有自己的特點(diǎn),運(yùn)移通道主要為各種微裂縫或次級(jí)斷裂,后期成巖作用對(duì)儲(chǔ)層的改造也有重要成藏意義,如果儲(chǔ)集層中有次生的溶蝕孔隙或微裂縫發(fā)育,則可以改善儲(chǔ)集條件,有利于天然氣聚集。

4 天然氣富集主控要素

4.1 構(gòu)造洼陷

東部凹陷探明天然氣儲(chǔ)量主要分布在蓋州灘、牛居洼陷等周邊。因?yàn)橥菹葜苓厷庠闯渥?斷裂發(fā)育,儲(chǔ)層物性好[4]。洼陷內(nèi)往往有機(jī)質(zhì)類型好、厚度大、成熟度高,成為含油氣凹陷的生烴中心。另外,由于沉積期的深陷作用,勢(shì)必發(fā)育多組同沉積斷層,并控制了相關(guān)砂體的發(fā)育。

4.2 斷裂作用

東部凹陷已發(fā)現(xiàn)的圈閉類型基本都與斷裂相關(guān),已發(fā)現(xiàn)的天然氣藏均沿?cái)嗔褞Х植?此外,斷裂也是天然氣運(yùn)移最重要的輸導(dǎo)體類型。斷裂在天然氣成藏過(guò)程中所起的作用類型主要取決于斷層的傾向,一般順向正斷層輸導(dǎo)作用較強(qiáng),而反向正斷層遮擋作用較強(qiáng)。順向正斷層分布廣泛,在陡坡帶、洼中隆等部位尤為常見(jiàn),是天然氣垂向運(yùn)移的主要通道。反向正斷層主要發(fā)育在西部斜坡帶,一般成為斷層圈閉的遮擋條件。斷裂傾向與天然氣運(yùn)移、聚集關(guān)系對(duì)天然氣成藏預(yù)測(cè)具有重要意義。

4.3 蓋層分布

東部凹陷天然氣富集程度與多層系、大面積分布的區(qū)域蓋層密切相關(guān),沙三上和沙一段是東部凹陷兩個(gè)全凹陷分布的區(qū)域蓋層都存在封閉性能較好、突破壓力高的特征。氣藏主要位于沙一段和沙三段,東營(yíng)組由于缺乏大面積展布的區(qū)域蓋層,氣藏多數(shù)散失。

4.4 沉積相帶展布與儲(chǔ)層發(fā)育程度控制天然氣成藏富集

湖盆演化過(guò)程中的各種沉積體系在平面上交錯(cuò)相接,在縱向上相互疊置,構(gòu)成多層次、大面積分布的儲(chǔ)集空間。古近系發(fā)育扇三角洲、三角洲、湖泊等多種沉積體系,這些儲(chǔ)層具有多物源、近距離搬運(yùn)、快速充填、規(guī)模小、垂向砂層多、累計(jì)厚度大、物性好等特點(diǎn)。已發(fā)現(xiàn)的天然氣與原油伴生,主要分布在沉積碎屑顆粒較粗的扇三角洲平原與三角洲前緣、三角洲平原沉積相等相帶內(nèi),顯示了沉積相和良好儲(chǔ)集層對(duì)油氣的明顯控制作用,臨近生烴凹陷的較好儲(chǔ)集層對(duì)天然氣大規(guī)模聚集有利,但傳統(tǒng)意義上的較差儲(chǔ)集層在分布、厚度較大時(shí)也可作為天然氣的勘探領(lǐng)域,如致密砂巖帶。

5 天然氣運(yùn)移方向

東部凹陷沙三段氣源巖主要發(fā)育于沙三段,平面上天然氣藏圍繞生烴洼陷呈帶狀分布,與斷裂關(guān)系密切,結(jié)合氣源對(duì)比結(jié)果認(rèn)為各洼陷內(nèi)沙三段生成的天然氣主要沿?cái)鄬酉驑?gòu)造高部位運(yùn)移(見(jiàn)圖2)。