隆起区和斜坡区断-砂输导体系控制油气分布特征的差异性

付 广, 王 慧

(东北石油大学地球科学学院,黑龙江大庆 163318)

留楚地区和文安斜坡区是渤海湾盆地冀中坳陷的2个油气富集区。留楚地区位于饶阳凹陷中部,是一个北东东走向的塌陷背斜构造,背斜核部位于其北部和中北部,背斜的东翼陡,西翼缓,位于源岩区内。文安斜坡区位于霸县凹陷的东部,为一个东抬西倾的斜坡,位于霸县凹陷源岩区之外。留楚地区和文安斜坡区地层沉积从下至上均为古近系的孔店组、沙河街组、东营组和新近系的馆陶组、明化镇组及第四系。截至目前,留楚地区已发现的油气主要分布在东二、三段,少量分布在馆陶组,在平面上主要分布在背斜核部的断裂密集带内。文安斜坡区油气主要分布在沙一、二段,少量分布在东营组和馆陶组,在平面上沿构造脊线主要分布在断裂密集带内及边部。留楚地区和文安斜坡区油气在空间分布上的差异,除了受到构造、盖层及砂体发育的影响外,在很大程度上受到断-砂输导体系的影响。能否正确认识留楚地区和文安斜坡区断-砂输导体系控制油气分布特征的差异性是油气勘探的关键。关于留楚地区和文安斜坡区油气成藏曾做过一定研究和探讨,对留楚地区油气成藏条件及其控藏作用主要是从其构造成因及其类型研究其对油气成藏的作用[1-3],从沉积微相类型及其分布特征研究其对油气分布的控制作用[4-6],从不同类型断裂分布与油气分布之间关系,研究断裂在油气成藏中的作用[7-9]。对文安斜坡区油气成藏条件及其控藏作用主要从油气来源及源岩供烃特征研究其对油气成藏的作用[10-11],从沉积微相及分布特征研究其对油气分布的控藏作用[12-13],从不同类型断裂分布与油气关系研究断裂对油气成藏的控藏作用[14-15],通过数值模拟方法和地化手段研究油气运移路径及其分布对油气成藏的控制作用[16-18]。这些研究对认识留楚地区和文安斜坡区油气分布规律和指导油气勘探起到了非常重要的作用,但这些研究对留楚地区和文安斜坡区油气输导体系及其控制油气分布特征研究的相对较少,而对二者断-砂输导体系控制油气分布特征的差异性研究未见到报道,这不利于留楚地区和文安斜坡区油气勘探的深入。依据油气分布与断-砂输导体系分布之间的关系分析,笔者对留楚地区和文安斜坡区断-砂输导体系控制油气分布特征的差异性进行研究。

1 断-砂输导体系及其分布特征

由于留楚地区和文安斜坡区所属的构造位置(图1)不同,油气生储盖组合类型不同,其构成油气运移的断-砂输导体系的分布特征也就明显不同。

1.1 留楚地区断-砂输导体系及其分布特征

油气源对比结果表明,留楚地区已发现的油气主要来自下伏沙一段源岩,属于下生上储式生储盖组合。从留楚背斜和南背斜油气藏解剖结果(图2、3)可以发现,留楚地区油气藏的形成主要是由于沙一段源岩生成的油气通过油源断裂向上覆地层中运移,再沿东二、三段和馆陶组砂体短距离侧向分流运移,最后在留楚背斜核部和留楚南背斜核部聚集形成的。留楚地区油气运移的断-砂输导体系是由油源断裂(连接源岩和目的储层,且在油气成藏期——明化镇组沉积晚期[19]活动的断裂)与其上覆东二、三段和馆陶组连通砂体构成的,其分布明显受到油源断裂输导油气部位和连通砂体的共同控制(图4)。由图4可以看出,留楚地区东二、三段及馆陶组油源断裂主要分布在其中东部,其中北部相对发育,其次是南部,中部相对较少。油源断裂并非大面积向上输导油气,而主要是通过凸面脊[20](有利输导油气部位)向上输导油气的。通过三维地震资料追索断层面空间分布,根据断层面埋深,计算其油势能值。根据断层面油势能值法线汇聚分布特征,便可以确定出油源断裂的凸面脊。留楚地区东二、三段及馆陶组油源断裂凸面脊相对发育,也主要分布在其北部,其次是南部,中部相对较少。由于油源断裂输导油气量还要受到源岩品质的影响,留楚地区东二、三段及馆陶组油源断裂有利输导油气部位主要分布在其北部,较有利输导油气部位主要分布在其中部及北部边部,不利输导油气部位主要分布在其南部及东西边部。钻井揭示结果表明,留楚地区东二、三段及馆陶组主要为扇三角洲沉积,砂体发育,留楚地区东二、三段沉积相研究层位相对较多,难以用一层沉积相来表示砂体横向连续分布特征,本文中采用砂地比值来综合表示砂体的横向连通性。地层砂地比值越高,砂岩越发育,砂体横向连通的可能性越大;反之则越小。当地层砂地比值大于20%时,其内砂体皆为油层;反之则为水层或干层。表明砂地比大于20%,砂体分布连续,油方可运移进入聚集;否则无油聚集。由地层砂地比预测得到的东二、三段连通砂体(砂地比大于20%)平面分布(图4),留楚地区东二、三段仅有北部边部砂体不连通,其余广大地区砂体均是连通的。油气在东二、三段砂体内的侧向运移主要受到油势能场分布特征的控制,油主要向留楚背斜核部和留楚南背斜核部低势区侧向运移(图2、3)。上述油源断裂输导油气部位与连通砂体分布叠合,可以得到留楚地区断-砂输导体系的分布(图3),留楚地区东二、三段及馆陶组有利的断-砂输导体系主要分布在其北部,较有利的断-砂输导体系主要分布在其中边及北部边部,不利的断-砂输导体系主要分布在其南部及东西边部(图4)。

图1 冀中坳陷留楚地区和文安斜坡构造区域位置Fig.1 Structural location of Liuchu area and Wenan slope area in Jizhong Depression

图2 留楚地区过留楚背斜核部油气藏剖面Fig.2 Profile of oil-gas reservoirs of core of Liuchu anticline in Liuchu area

图3 留楚地区过留楚南背斜核部油气藏剖面Fig.3 Profile of oil-gas reservoirs of core of Liuchu south anticline in Liuchu area

图4 留楚地区东二、三段断-砂输导体系与油气分布关系Fig.4 Relationship of oil-gas distribution and fault-sand transporting system in Ed2 and Ed3 of Liuchu area

1.2 文安斜坡区断-砂输导体系及其分布特征

油气源对比结果表明,文安斜坡区已发现的油气主要来自西侧霸县凹陷沙一段源岩,属于侧变式生储盖组合。从文安斜坡区油气藏解剖结果(图5)发现,文安斜坡区油气藏的形成是由于霸县凹陷沙一段源岩生成的油气沿砂体向文安斜坡区侧向运移,途中断裂起衔接和上调整作用,使油气在不同层位的断层圈闭中聚集形成的。文安斜坡区油气运移的断-砂输导体系是由连通砂体与输导断裂构成的,其分布明显受到连通砂体内油气侧向运移路径和输导断裂分布的共同控制。文安斜坡区沙一、二段、东营组及馆陶组也为扇三角洲沉积,砂体发育,由地层砂地比资料预测得到的文安斜坡区沙一、二段连通砂体分布见图6、7。由图6可以看出,文安斜坡区砂二段连通砂体分布面积相对较大,主要分布在其中部和南部,在其北部、南部和东部边部砂体不连通;而沙一段连通砂体分布面积相对较小,主要分布在其东部边部,中部连通砂体分布范围明显较北部和南部要大(图7)。文安斜坡区沙一、二段砂体大面积分布,油气沿其侧向运移路径主要受到油势能场分布的控制,由沙一、二段连通砂体埋深,计算其油势能值,再根据油势能值线法线汇聚线分布,可以确定出油气沿砂体侧向运移路径,文安斜坡区沙二段油气侧向运移路径主要分布在其中部和南部地区,均是由西向东侧向运移,油气运移路径延伸相对较远(图6)。沙一段油气侧向运移路径主要分布在其东部边部地区,也是由西向东侧向运移,油气运移路径延伸相对较近(图7)。文安斜坡区沙一、二段油气在沿连通砂体侧向运移过程中会遇到大量断裂,由三维地震资料解释成果可知,文安斜坡区沙一、二段内发育不同类型的断裂,但并不是所有这些断裂均可成为油气运移的输导断裂,只有在油气成藏期——明化镇组沉积晚期[19]活动的断裂为输导断裂。文安斜坡区只有晚期张扭、中期走滑伸展—晚期张扭和早期伸展—中期走滑伸展—晚期张扭3类断裂为沙一、二段的输导断裂(图8)。由图6和图7可以看出,文安斜坡区沙一、二段连通砂体内输导断裂发育,输导断裂呈北北东向展布。沙二段连通砂体内输导断裂主要分布在中南部,南北边部输导断裂相对较少(图7)。由上述沙一、二段连通砂体内油气侧向运移路径与输导断裂叠合,可得到文安斜坡区沙一、二段断-砂输导体系,沙二段断-砂输导体系主要分布在中部和南部地区(图6),沙一段断-砂输导体系主要分布在东部边部(图7)。

图5 文安斜坡区油气藏剖面Fig.5 Profile of oil-gas reservoirs in Wenan slope area

图6 文安斜坡区沙二段断-砂输导体系与油气分布关系Fig.6 Relationship of oil-gas distribution and fault-sand transporting system in Es2 of Wenan slope area

图7 文安斜坡区沙一段断-砂输导体系与油气分布关系Fig.7 Relationship of oil-gas distribution and fault-sand transporting system in Es1 of Wenan slope area

图8 文安斜坡区典型剖面断裂系统划分Fig.8 Partition of fault types of typical sections in Wenan slope area

2 断-砂输导体系控制油气分布特征差异性

通过留楚地区和文安斜坡区油气藏解剖及油气分布与断-砂输导体系之间关系研究,可以得到留楚地区和文安斜坡区断-砂输导体系控制油气分布特征的差异性主要表现在3个方面。

2.1 油气纵向分布特征不同

留楚地区和文安斜坡区断-砂输导体系输导油气特征不同,造成油气纵向分布特征不同。留楚地区下伏沙一段源岩生成的油气沿油源断裂向上运移,受到东一、二段泥岩盖层阻挡后,向油源断裂上盘东二、三段地层砂地比大于20%的砂体中侧向分流运移,形成油气聚集(图2、3),在留楚背斜核部处由于东一、二段泥岩盖层断接厚度小于其封油气所需的最小断接厚度,沿油源断裂向上运移油气可穿过东一、二段泥岩盖层向上运移(图2),油气除了向东二、三段砂体中侧向分流运移外,还可以向馆陶组砂体中侧向分流运移,形成油气聚集。留楚地区受断-砂输导体系控制形成的油气纵向分布层位相对较多,同一部位油气从东三段至馆陶组多层分布。霸县凹陷沙一段源岩生成的油气通过顺向断裂与沙二段砂体对接进入沙二段砂体,再沿着沙二段砂体向文安斜坡区侧向运移,在斜坡中部由断裂上调至沙一段进行侧向运移,在个别断裂密集带内部油气又被上调至东营组(图5),在不同部位油气在不同层位的侧向运移过程中受到断裂遮挡而聚集成藏。文安斜坡区油气虽然也可以从沙二段至东营组分布,但在同一部位油气仅分布在某一层位内,这主要是因为油气侧向运移受到区域性盖层分布控制,只能在其下砂体储层中侧向运移。

2.2 油气平面分布区域不同

留楚地区和文安斜坡区断-砂输导体系的分布特征不同,造成油气平面分布区域明显不同。留楚地区东二、三段已发现的油气主要分布在有利的断-砂输导体系的留楚背斜核部,少量分布在较有利的断-砂输导体系的留楚背斜核部(图4)。这是因为只有位于有利的和较有利的断-砂输导体系处或附近的背斜核部,才能从下伏沙一段源岩处获得大量油气进行汇聚成藏;否则其他成藏条件再好也无油气聚集分布。文安斜坡区沙一、二段已发现的油气主要分布在中部和南部断-砂输导体系(图6、7)。这是因为只有位于断-砂输导体系上的断层圈闭,才能从西侧霸县凹陷沙一段源岩处获得油气进行聚集成藏;否则其他成藏条件再好也无油气聚集分布。

2.3 油气在断裂密集带分布部位不同

留楚地区和文安斜坡区断-砂输导体系分布特征不同,两个地区油气虽然都主要分布在断裂密集带处,但是油气分布部位不同。留楚地区断-砂输导体系发育在断裂密集带内部,断裂密集带边部规模较大的断裂为油源断裂,下伏沙一段源岩生成的油气沿着断裂密集带边部断裂向上运移,再向断裂密集带内西倾或东倾的东二、三段砂体,甚至是馆陶组砂体侧向分流运移形成断-砂输导体系,最后受到断裂密集带内非油源断裂遮挡而聚集成藏,使所形成的油气主要分布在断裂密集带内(图2、3)。文安地区断-砂输导体系横穿断裂密集带(图5),西侧霸县凹陷沙一段源岩生成油气沿着砂体侧向运移,当其穿过断裂密集带时,受到断裂密集带边界断裂侧接或上调作用,形成了断-砂输导体系,使油气的侧向运移发生变化,如果油气被断裂密集带边部断裂遮挡,油气便在断裂密集带边部聚集分布;如果油气被断裂密集带内部非输导断裂遮挡,油气便在断裂密集带内部聚集分布;如果油气没有被断裂密集带边部断裂和内部非输导断裂遮挡或断层圈闭已充满,那么油气将穿过断裂密集带继续侧向运移,当遇到下一个断裂密集带时,断裂密集带仍会对油气侧向运移产生上述作用,依次下去使得油气在运移路径上的断裂密集带处聚集分布,文安斜坡区油气除了聚集分布在断裂密集带内,还可以聚集分布在断裂密集带边部。

3 结 论

(1)留楚地区和文安斜坡区的断-砂输导体系明显不同。留楚地区断-砂输导体系是以油源断裂输导油气为主,再沿砂体短距离侧向运移构成的油气垂向运移输导体系。文安斜坡区断-砂输导体系是以砂体侧向输导油气为主,输导断裂仅是起侧接或上调作用构成的油气侧向运移输导体系。

(2)留楚地区和文安斜坡区断-砂输导体系控制油气分布特征的差异性主要表现在3个方面。油气纵向分布层位不同,留楚地区断-砂输导体系可向多层砂体中侧向分流运移,造成同一部位油气多层分布,文安斜坡区断-砂输导体系主要沿一层砂体侧向输导油气,造成同一部位油气仅分布一层;油气平面分布区域不同,留楚地区油气主要分布在有利和较有利的断-砂输导体系处或附近的背斜核部,文安斜坡区油气主要分布在油气侧向运移路径上的断层圈闭内;油气在断裂密集带分布部位不同,留楚地区断-砂输导体系分布在断裂密集带内,油气聚集分布在断裂密集带内,文安斜坡区断-砂输导体系横穿断裂密集带,油气聚集分布在断裂密集带内及边部。

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