王家岗油田断层启闭性的地球化学判识方法

宋成鹏，宋国奇，邱桂强，郝雪峰，张立宽，雷裕红，程明，杨彬

（1.中国石油勘探开发研究院，北京100083；2.中国科学院地质与地球物理研究所油气资源研究重点实验室，北京 100029；3.中国石化胜利油田分公司地质科学研究院，山东 东营 257015；4.中国石油大学（华东），山东 东营 257061）

王家岗油田断层启闭性的地球化学判识方法

宋成鹏1，2，宋国奇3，邱桂强3，郝雪峰3，张立宽2，雷裕红2，程明4，杨彬4

（1.中国石油勘探开发研究院，北京100083；2.中国科学院地质与地球物理研究所油气资源研究重点实验室，北京 100029；3.中国石化胜利油田分公司地质科学研究院，山东 东营 257015；4.中国石油大学（华东），山东 东营 257061）

断层的启闭性是控制油气运移和聚集的关键因素，但对此一直缺少有效的判识方法。文中以东营凹陷南斜坡王家岗油田为研究区，根据断层带流体活动的方式和地化生标参数的运移示踪作用，在原油地化特征分析及其来源确定的基础上，通过断层两盘油藏中原油成因类型的对比分析，对典型剖面控油断层在油气运移时期表现出来的启闭性特征进行了判识，分析了断层对油气运聚成藏的控制作用。研究表明，该方法作为一种新的断层启闭性研究手段，能够更为科学、有效地提供断层启闭性的信息，对断层启闭性的判识具有一定的应用价值。

断层；启闭性判识；运移过程；原油来源；地球化学；王家岗油田

越来越多的勘探实践证实，断层表现出来的开启或封闭行为是控制油气运移和聚集的关键因素，了解断层的启闭性对油气勘探目标的决策和开发方案的制订具有重要意义，长期以来，如何有效地确定断层启闭性受到国内外学者的高度重视［1-27］。然而，油气运聚是发生在地质历史时期中的动态过程，不同来源和期次的油气沿断层发生运移，相对于漫长的地质历史时期而言非常短暂，在实际勘探和研究中无法直接观察，甚至难以获得其遗留的痕迹［18］，因而断层启闭性的研究主要局限在理论和模式探讨方面，一直缺少有效的判识方法。

鉴于此，本文依据断层带内流体活动的特点和地球化学资料示踪作用，选择东营凹陷南斜坡王家岗油田作为研究区，通过断层两盘油藏原油的地球化学测试，在确定原油充注期次和来源的前提下，对比了断层两盘原油的地化特征，依据对比结果对主要控烃断层的启闭性进行了判识。

1 油田地质背景及断层特征

研究区位于东营凹陷南坡东段，南北两侧均受断层控制，北面以NE走向、西北倾的现河断层为界与中央隆起带相邻，南面以陈官庄-王家岗断阶带为界与南部斜坡相接，面积约650 km2［28］。目前王家岗油田已发现了21个含油断块，含油层系包括Ng，Ed，Es1，Es2，Es3，Es4，Ek等。

受古近纪以来持续张扭构造应力场和箕状断陷演化背景的控制，研究区断裂体系十分发育，共有100余条，规模大小不一，主要属于三、四级断裂，平面上走向基本为东西—北东东向，垂向上多呈阶梯状组合分布（见图1），活动期主要为东营末期和馆陶期—现今2期［29］，断层后期活动与研究区的主要成藏期相匹配，这些断层构成了复杂的断块系统，控制了油气成藏。

2 原油地化特征及成因类型

首先采集了研究区36块泥岩样品和21个含油构造的98个油砂和原油样品，进行了岩石抽提物和原油样品的色谱、质谱分析，结果见表1。

2.1 原油类型划分

东营凹陷南斜坡存在沙三下和沙四上2套主力烃源岩［30-32］。2套烃源岩的沉积环境不同，沙三下烃源岩形成于弱氧化条件下的微咸水深湖—半深湖环境，沙四上烃源岩形成于强还原条件下的咸水—半咸水湖相环境［33］，因此反映沉积环境的生标参数必然存在明显不同。利用对沉积环境具有较强区分作用的Pr/Ph、甲藻甾烷/C29规则甾烷、4-甲基甾烷/C29规则甾烷、C35/C34升藿烷和伽马蜡烷/（伽马蜡烷+C30霍烷）等比值参数［33］，通过多种地化参数的油源对比分析，进行了原油类型划分（见图2）。

上述多参数对比结果表明，该区原油可划分为3种类型：Ⅰ类原油与沙三下烃源岩样品的分布区域相同，应来源于沙三下源岩；Ⅱ类原油与沙四上烃源岩样品的分布区域相同，应来源于沙四上烃源岩；Ⅲ类原油可能有2种不同的成因，其一来自孔店组，其二来自各油源的混合。前人研究结果表明，孔店组储层内原油的Pr/Ph值分布在0.46～0.69，烃源岩的伽马蜡烷/（伽马蜡烷+C30藿烷）比值分布在0.21～0.44［34］，与Ⅲ类原油对应参数的分布范围明显不一致（见表1）；而在多参数对比图中，Ⅲ类原油均分布在沙三下与沙四上烃源岩区域之间（见图2）。综合分析认为，Ⅲ类原油应该与孔店组烃源岩无关，而为2套烃源岩生成原油的混合油。

2.2 原油成藏期次划分

大量野外露头及断层带钻井岩心均证实，断层带不是一个简单的物理面，而是具有一定厚度和复杂内部结构的带。观察到的与断层输导有关的油气分布，都是在一段地质时间内所发生的全部断层活动与油气运移过程的综合，因而，断层输导体系的研究也应该选择合适的时间尺度分析断层的活动性，而不是某一时刻流体在通过断层带时的动力学特征［18］。

表1 源岩和原油样品特征参数系列值分布统计

图2 原油成因类型划分多地化参数对比

依据前人油气成藏期次研究成果［29］，结合埋藏演化史分析认为，研究区存在2期油气充注。对于沙三下烃源岩，只在后一期馆陶末—现今成熟，因此该套烃源岩所生成的Ⅰ类原油应该只发生了晚期一期充注；对于沙四上烃源岩，在东营末期就已成熟，该期成熟度Ro最高达到0.6%，现今成熟度Ro达到1.0%左右，其所生成的Ⅱ类原油应发生了早、晚（东营末期和馆陶末—现今）2期充注。在前文划分原油来源的基础上，根据成熟度指标C29αββ/（αββ+ααα）比值与Ro的相互关系［33］（见图3），统计了不同类型原油的成熟度指标C29αββ/（αββ+ααα）比值分布（见图3a）。以C29αββ/（αββ+ααα）比值0.25所对应的Ro值0.6%为界，将C29αββ/（αββ+ααα）比值小于0.25（Ro值小于0.6%）区间的原油划为早期充注（东营末期）的原油，将C29αββ/（αββ+ααα）比值大于0.25（Ro值大于0.6%）区间的原油划为晚期充注（馆陶末—现今）的原油。

由划分结果看，沙三下来源的Ⅰ类原油都表现出晚期充注的特点；沙四上来源的Ⅱ类原油样品绝大多数表现出晚期充注的特点，少部分体现出早期充注的特点（见图3b）；Ⅲ类原油应为沙三下和沙四上烃源岩晚期生成的原油混合充注而成。可见，研究区的原油以晚期充注为主，因此，以下分析主要针对油气以晚期一期充注的情况。

图3 研究区油气成藏期次划分

3 断层启闭性的判识

断裂造成地层横向连续性变差的同时，也造成纵向水动力连通，这种连通性的判断指标应为流体本身及其流动过程中的遗留痕迹，因而通过断层带两侧油藏密集的原油地球化学样品测试，利用生标指纹参数所指示的不同原油类型对比分析，可以对断层的启闭性特征进行有效判识，并示踪油气沿断层运移的过程。

为了有效地对断层启闭性进行判识，研究中选择两盘钻井相对较多的断层段为分析目标，断层上下盘储层内的含油气性必定存在4种情况：上盘和下盘都含有油气、上盘含油气而下盘不含油气、下盘含油气而上盘不含油气、上下盘均不含油气。当上下盘都含有油气时，情况比较复杂，两盘的油气类型（来源）相同时，可以认为油气能通过断点进入下盘储集层，那么断点处是开启的，反之，当两盘所含油气类型（来源）不相同时，那么断点处是封闭的；如果上盘含油而下盘不含油，那么断点处也是封闭的；如果下盘含油而上盘不含油，那么断点处是开启的；若两盘都不含油气，则断点可能开启也可能封闭，因而不作为启闭性分析的样本。

在原油成因及来源对比基础上，将原油成因类型标注在油藏剖面中，结合地质条件的认识，判识了剖面上各断点处的启闭性。本次共选取了14条剖面进行断层启闭性研究，以过控烃断层数量最多的典型剖面为例进行介绍（见图4）。对原油地球化学特征分析证实，过王542井—王21井剖面上王542块（王542井、NZW542-2井）、王3-斜1块（王631、WJW3-10井）沙三段原油和通61块（WJTN61-613井）沙二段原油均为来自沙三下烃源岩的Ⅰ类原油；王14-51块（WJW14-51井）沙二段原油来自沙三下和沙四上烃源岩Ⅲ类混合原油；而斜坡高部位王21块（王21井）沙四段原油来自沙四上源岩的Ⅱ类原油（见表2）。

图4 典型油藏剖面断层启闭性判识

表2 典型剖面原油样品特征参数分布

图4显示了各断点处的启闭性判识结果，可推断油气运移和聚集过程为：沙三下生成的油气沿沙三段输导层穿过F1断层后运移至F1a断层，穿过F1a断层向上运移至沙二段储层中，形成王3-斜1块油藏，然后继续向南部缓坡运移至F1b断层，发生垂向运移后形成了通61块油藏，此后穿过F2断层并与沙四烃源岩生成的Ⅲ类原油混合运移至F3断层，在王14-51区被F3断层遮挡，形成了断层-岩性复合型油气藏。沙四上烃源岩生成的原油，一部分可能通过F2断层或者穿过F2断层后直接沿沙四输导层运移至F3处，与沙三下生成的原油相互混合后运移成藏，另一部分可能沿沙四段输导层通过F2，F3和F4断层后继续向南部凸起运移，在王15、王21井区聚集成藏。剖面上，2套主力烃源岩生成的油气总体表现出由生烃洼陷经过砂岩输导体和断层向南部斜坡运移的趋势，与东营凹陷南斜坡油气整体运移趋势一致。

4 结论

1）研究区的原油有3种类型，Ⅰ型原油与沙三下烃源岩具有亲缘关系；Ⅱ型原油与沙四上烃源岩具有亲缘关系；Ⅲ型原油分布在沙三下和沙四上烃源岩的中间区域，应为沙三下和沙四上烃源岩排出的原油在运移过程中形成的混合油。

2）通过断层两盘油藏中原油成因类型的对比分析，对东营凹陷南坡王家岗油田典型剖面控油断层在油气运移时期表现出来的启闭性特征进行了判识，分析了油气成藏过程。

3）该方法作为一种新的断层启闭性研究手段，能够更为科学、有效地提供断层启闭性信息，对断层启闭性的判识具有一定的应用价值。

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（编辑 王淑玉）

A geochemical method of fault sealing discrimination in Wangjiagang Oilfield

Song Chengpeng1，2,Song Guoqi3,Qiu Guiqiang3,Hao Xuefeng3,Zhang Likuan2,Lei Yuhong2,Cheng Ming4,Yang Bin4
(1.Research Institute of Petroleum Exploration and Development,PetroChina,Beijing 100083,China;2.Key Laboratory of Petroleum Resources Research,Institute of Geology and Geophysics,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100029,China; 3.Geological Research Institute,Shengli Oilfield Company,SINOPEC,Dongying 257015,China;4.China University of Petroleum, Dongying 257061,China)

Fault sealing is the key factor of controlling the hydrocarbon migration and accumulation,but effective method to discriminate the fault sealing has been absent.In this paper,according to active patterns of the fluid in fault belt and the tracing application of biomarker,Wangjiagang Oilfield in the southern slope of Dongying Dpression is regarded as study area,and sealing characteristics shown in hydrocarbon migration period of oil-controlling fault with typical profile is discriminated through the analysis of crude oil genesis type in the reservoir of two walls of fault,based on the geochemical characteristics analysis and source determination of crude oil.Controlling action of fault on hydrocarbon migration and accumulation is analyzed.The research indicates that this method can effectively provide the information of fault sealing as a new study measure of fault sealing,which has the definite application value for the discrimination of fault sealing.

fault;fault sealing discrimination;migration process;crude oil source;geochemistry;Wangjiagang Oilfield

国家自然科学基金项目“二次运移途中油气损失量估算方法研究及应用”（41102078）；国家科技重大专项“深层油气、非常规天然气成藏规律与有利勘探区评价技术”（2008ZX05008-004）

TE121.2；TE132.1+4

A

10.6056/dkyqt201204012

2011-12-02；改回日期：2012-05-18。

宋成鹏，男，1980年生，博士，主要研究方向为石油地质与盆地分析。E-mail：songcp80@163.com。

宋成鹏，宋国奇，邱桂强，等.王家岗油田断层启闭性的地球化学判识方法［J］.断块油气田，2012，19（4）：453-457.

Song Chengpeng，Song Guoqi，Qiu Guiqiang，et al.A geochemical method of fault sealing discrimination in Wangjiagang Oilfield［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2012，19（4）：453-457.