上覆储盖组合油源断裂运聚油气部位预测方法及其应用

杨 珀 杨胜来 马朋朋 韩 晶 陈继成 袁世权

（1. 中国石油大学（北京）石油工程学院，北京 102249；2. 中国华油集团有限公司油气资源事业部，北京 100101）

0 引 言

油气勘探发现，在含油气盆地多套区域性泥岩盖层之下的储层中会发现油气聚集部位，这是因为在下伏地层中，源岩埋藏深，有机质丰富且成熟，能够借助油源断裂为上覆无源储盖区提供充足的“源”。所以，能不能精准地预判出上覆无源储盖组合油源断裂运聚油气部位，是含油气盆地中油气勘探的关键之处。历年来，石油地质学家们针对源储盖组合与油源断裂运聚油气关系已做过多方面的研究：通过油源断裂输导油气部位和上覆盖层封闭部位耦合来研究油源断裂运聚油气部位［1-2］，认为油源断裂运聚油气部位是油源断裂输导油气部位和上覆区域性泥岩盖层封闭部位的相重部位。首先，上覆油源断裂输导层［3-4］发育且穿过下伏油气中转站［5-8］的才被称为油源断裂输导油气部位，可用油源断裂在油气成藏期的古活动速率和油源断裂输导油气所需的最小活动速率研究油源断裂输导油气部位，通过借助现场提供的勘探地震资料查明目的层内断距，再根据最大断距相减法［9-11］研究油源断裂输导部位、源内已聚集油气部位［12］和源外已聚集油气部位的最大分布部位研究下伏油气中转站发育部位［13］；其次，依据断裂在区域性泥岩盖层内分段生长上下连接所需的相对最大断接厚度和上覆区域性泥岩盖层油气成藏期的古断接厚度来确定上覆区域性泥岩盖层封闭部位。

但是，上述研究成果仅是对上覆有源储盖组合油源断裂运移和聚集油气的表征，并未考虑到上覆地层会在区域挤压应力下致使其中源岩埋深较浅、露头较多、有机质尚不成熟乃至不发育源岩这一情况。因此，开展上覆无源储盖组合油源断裂运聚油气部位预测方法研究，对指导含油气盆地中油气勘探多层油气运聚具有重要价值。

1 机制及部位

由于上覆无源储盖组合源岩未成熟，只能通过油源断裂将来自下伏有源储盖组合中已聚集的油气运聚成藏。油气成藏机制为下伏有源储盖组合中已聚集的油气在剩余孔隙流体压力和浮力的作用下，通过油源断裂向上输导，穿过下伏区域性泥岩盖层渗漏区，进入到上覆无源储盖组合，在上覆区域性泥岩盖层封闭区内聚集成藏（图1）。

图1 上覆无源储盖组合油源断裂运聚油气机制示意Fig. 1 Mechanism of hydrocarbon migration and accumulation by overlying passive reservoir-seal assemblage oil source fault

由上述运聚油气机制可得，上覆无源储盖组合油源断裂运聚油气的部位应是下伏供油气部位和上覆区域性泥岩盖层封闭部位的重合部位（图2）。

图2 上覆无源储盖组合油源断裂运聚油气部位示意Fig. 2 Schematic diagram of hydrocarbon migration and accumulation location of overlying passive reservoir-seal assemblage oil source fault

2 预测方法

基于油源断裂输导油气部位是基于其输导部位与下伏已聚集油气部位两者间肯定的配置关系而研析出的。通过借助现场提供的勘探地震资料查明研究区油源断裂在目的层内的断距，用最大断距相减法往回剥析出油气成藏期油源断裂古断距，古断距与断裂活动时期的比值即为油源断裂古活动速率，然后划定出的断裂输导油气所需最小活动速率［14-16］小于油源断裂古活动速率的部位即为油源断裂输导部位（图3（a））。下伏源内已聚集油气部位的确定需要以源岩排烃、源内连通砂体分布部位为基础，依据源岩有关地化因子和其埋藏深度之间线性关系确定出其排烃门限［17-19］，然后由源岩埋深划定其排烃分布部位。借助钻井资料统计研究区源内地层砂地比，刻画出连通砂体分布所需的最小地层砂地比［20-21］小于研究区源内地层砂地比的部位，便为连通砂体分布区，再将其与油源断裂进行叠合，就可确定出源内连通砂体分布部位（图3（b））。

图3 油源断裂输导油气部位示意Fig. 3 Schematic diagram of hydrocarbon accumulated locations in underlying source

已厘定出的源岩排烃分布部位（图4（a））和源内连通砂体分布部位（图4（b））的重合部位即为下伏源内已聚集油气部位（图4（c））。用钻井资料统计出下伏源岩之外上覆储盖组合之下的全部油气显示井，将其整合后再与油源断裂叠合，二者的重合部位是下伏源外已聚集油气部位（图5）。下伏已聚集油气部位即为下伏源内与源外叠合的最大重合部位。以上厘定出的油源断裂输导部位和下伏已聚集油气部位的重合部位即是油源断裂输导油气部位。

图4 下伏源内已聚集油气部位示意Fig. 4 Determination of accumulated oil and gas locations within the underlying source

图5 下伏源外已聚集油气部位示意Fig. 5 Schematic diagram of hydrocarbon accumulated location outside underlying source

由钻井和三维地震资料得到下伏和上覆区域性泥岩盖层厚度和其内的油源断裂断距，据地层古厚度恢复方法［22-23］和最大断距相减法恢复油源断裂在油气成藏期下伏和上覆区域性泥岩盖层古厚度和古断距，二者相减可以计算出下伏和上覆区域性泥岩盖层古断接厚度，再依照区域性泥岩盖层内断裂分段生长上下连接所需最小断接厚度确定方法［24-25］计算出其在区域性泥岩盖层内分段生长上下连接所需最小断接厚度，然后划定出的下伏区域性泥岩盖层古断接厚度小于区域性泥岩盖层内断裂分段生长上下连接所需的最小断接厚度的部位就是下伏区域性泥岩盖层渗漏部位（图6）。上覆区域性泥岩盖层封闭部位是上覆区域性泥岩盖层古断接厚度大于或等于断裂在区域性泥岩盖层内分段生长上下连接的部位。

最后，油源断裂输导油气部位和下伏区域性泥岩盖层渗漏部位的重合部位即为下伏供油气部位。再将其和上覆区域性泥岩盖层封闭部位进行叠合，二者重合就可以划定出上覆无源储盖组合油源断裂运聚油气部位。

3 应用实例

应用本文阐述的方法对渤海湾盆地歧口凹陷上覆馆陶组—明化镇组储盖组合港东断裂运聚油气部位进行预测，通过对港东断裂处馆陶组油气分布之间关系进行分析，来检验上覆无源储盖组合油源断裂运聚油气部位的有效性。

港东断裂发育于歧口凹陷中北部，平面延伸长度约23 km，断层面向东南方向发生倾斜，倾角为55°～71°。剖面上从下部的沙三段一直向上断至上部地表附近，为一条长期继承性发育的正断层（图7（a））。油气勘探揭示歧口凹陷北部所发育地层由底至顶依次为：古近系（孔店组、沙河街组、东营组），新近系（馆陶组和明化镇组）及少量第四系。现如今港东断裂处已勘探油气主要布集在沙一下亚段、东三段和馆陶组，发育了3 套区域性泥岩盖层：古近系的沙一中亚段、东二段和新近系的明化镇组。港东断裂搭接了沙三段源岩、明化镇组且在明化镇组沉积中晚期活动，是馆陶组的油源断裂。现如今港东断裂处馆陶组已勘探油气主要布集于其中部和东部（图7（b）），圈闭及砂体发育程度会对油气分布造成一定的影响，但其主要是受到了上覆馆陶组—明化镇组储盖组合港东断裂运聚油气部位分布的影响。因此，能不能精确无误地预测出上覆馆陶组—明化镇组储盖组合港东断裂运聚油气部位，是认识油气勘探揭示港东断裂处馆陶组油气分布规律的关键。

图7 港东断裂及主要油气分布关系Fig. 7 Relationship between Gangdong Fault and main hydrocarbon distribution

凭借现场提供的勘探地震资料查明港东断裂在沙一下亚段内断距，由文献［9-11］中最大断距相减法可获得油气成藏期（明化镇组沉积中晚期）港东断裂在沙一下亚段内古断距，再由其与断裂活动时期的比值即可求得港东断裂在沙一下亚段内古活动速率，由图8 可得，港东断裂古活动速率（约为4 m/Ma）大于或等于歧口凹陷断裂输导油气所对应的活动速率最小的部位，即是港东断裂在沙一下亚段内输导部位，除其东、西部端部外，剩余部位皆为港东断裂在沙一下亚段内输导部位。

图8 港东断裂在沙一下亚段内古活动速度和输导部位Fig. 8 Paleoactiving rate and transport location of Gangdong Fault in Es1x

利用源岩地化指标（（S1+S2）/w（TOC））随其埋深之间变化关系，由源岩排烃门限确定方法［18-20］确定出源岩排烃门限，根据其埋深（约为3 600 m）能够圈出歧口凹陷沙三段源岩排烃分布部位（图9（a））。利用钻井资料统计歧口凹陷港东断裂处沙三段源内地层砂地比，划定出连通砂体分布所需的最小地层砂地比［21-22］小于歧口凹陷港东断裂处地层砂地比（约为18%）的部位，再将此部位与港东断裂进行叠合，二者的重合之处就是港东断裂处下伏沙三段源内连通砂体分布部位（图9（b））。由港东断裂处沙三段源岩排烃分布部位和其源内连通砂体分布部位，便可以得到港东断裂处下伏沙三段源内已聚集油气部位，由图9（c）可见，港东断裂处下伏沙三段源内已聚集油气部位主要分布在中部和东部，少量分布在西部。

图9 港东断裂处下伏沙三段源内已聚集油气部位示意Fig. 9 Schematic location of accumulated hydrocarbon in the source of underlying Es3 at Gangdong Fault

可用钻井资料统计港东断裂处下伏沙三段源岩之外上覆馆陶组之下全部油气显示井，并将其圈起来与港东断裂叠合，即为港东断裂处下伏沙三段源外已聚集油气部位。由上述已确定出的港东断裂处下伏沙三段源内源外（图10（a）、（b））已聚集油气部位，便可以得到港东断裂处下伏沙三段源岩已聚集油气部位，由图10（c）可见，其油气分布规律与下伏沙三段源内已聚集细气部位一致，主要分布在中部和东部，少量分布在西部。

图10 港东断裂处下伏沙三段源岩已聚集油气部位示意Fig. 10 Schematic location of accumulated hydrocarbon in underlying Es3 source rock at Gangdong Fault

港东断裂在沙一下亚段内输导部位和下伏沙三段源岩已聚集油气部位的重合之处即为其在沙一下亚段内输导油气部位，由图11 可见，除东、西端部，剩余部位均为港东断裂在沙一下亚段内输导油气部位。可用三维地震资料读取港东断裂在沙一中亚段、东二段区域性泥岩盖层内断距和被其错断的沙一中亚段、东二段区域性泥岩盖层厚度，由最大断距相减法和地层古厚度恢复方法恢复其在区域性泥岩盖层内古断距和被其错断的沙一中亚段、东二段区域性泥岩盖层古厚度，由后者减去前者计算得出的数值便是其在沙一中亚段和东二段区域性泥岩盖层内所对应的古断接厚度，再依据沙一中亚段（139 m）和东二段区域性泥岩盖层古断接厚度（236 m）大于或等于歧口凹陷断裂在沙一中亚段和东二段区域性泥岩盖层内分段生长上下连接所需的最大断接厚度［24-25］的部位，便能得到港东断裂处沙一中亚段和东二段区域性泥岩盖层渗漏与封闭部位（图12）。由图12 可见，港东断裂中东部在沙一中亚段及东二段区域性泥岩盖层内属于渗漏部位，剩余部位均属于封闭部位。

图11 港东断裂处下伏沙三段源岩供油气部位Fig. 11 Hydrocarbon supply location of underlying Es3 source rock at Gangdong Fault

图12 港东断裂在沙一中亚段和东二段区域性泥岩盖层内渗漏与封闭部位Fig. 12 Leakage and sealing locations of Gangdong Fault in regional mudstone caprock of Es1z Ed2

明化镇组地层发育较厚以致于港东断裂并未断穿其区域性泥岩盖层，换言之，油气不能穿透整个明化镇组向上运移并聚集成藏，故今在其区域性泥岩盖层之上并未勘探到油气，表明港东断裂处明化镇组区域性泥岩盖是全部封闭的。

港东断裂在沙一下亚段内输导油气部位和沙一中亚段、东二段区域性泥岩盖层渗漏部位的重合部位即为港东断裂处下伏沙三段源岩供油气部位，主要分布在东部。由港东断裂处下伏沙三段源岩供油气部位和上覆明化镇组区域性泥岩盖层封闭部位叠合，便可以得到上覆馆陶组—明化镇组储盖组合港东断裂运聚油气部位（图13）。由图13 可见，油气主要布集于其中部和东部，与上覆馆陶组—明化镇组储盖组合港东断裂运聚油气部位相同，这是因为只有位于上覆馆陶组—明化镇组储盖组合港东断裂运聚油气部位处，才可以借助其从下伏沙三段源岩获得油气，穿透沙一中亚段及东二段区域性泥岩盖层渗漏部位向上运移且在上覆明化镇组区域性泥岩盖层全封闭的作用下发生遮挡，从而形成油气聚集区，最后用油气显示验证此方法。

图13 上覆馆陶组—明化镇组储盖组合港东断裂运聚油气部位与馆陶组油气分布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 结 论

（1）上覆无源储盖组合油源断裂运聚油气部位是下伏供油气部位和上覆区域性泥岩盖层封闭部位的重合部位。

（2）油源断裂输导部位和下伏已聚集油气部位的重合部位即是油源断裂输导油气部位，结合下伏区域性泥岩盖层渗漏部位，确定下伏供油气部位，最后与上覆区域性泥岩盖层封闭部位相叠合，设立一种上覆无源储盖组合油源断裂运聚油气部位预测方法，并将此方法运用于渤海湾盆地歧口凹陷港东断裂，证明该方法是有效的。

（3）渤海湾盆地歧口凹陷上覆馆陶组—明化镇组港东断裂运聚油气部位主要分布在其中部和东部，有利于下伏沙三段源岩已聚集油气在上覆馆陶组内运聚成藏，与港东断裂处馆陶组现已勘探出的油气显示相符。