吳東勝，郭惠平

(長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州 434023)

李先平，周從安，朱潔瓊

(中石油華北油田分公司物探研究院，河北 任丘 062552)

霸縣凹陷文安斜坡油氣輸導(dǎo)格架的三維表征

吳東勝，郭惠平

(長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州 434023)

李先平，周從安，朱潔瓊

(中石油華北油田分公司物探研究院，河北 任丘 062552)

文安斜坡在西傾緩坡背景上發(fā)育了北東向西掉斷層、北東東向或近南北向東掉斷層等2組主要斷層，古近系發(fā)育辮狀河三角洲、濱淺湖、辮狀河及曲流河等沉積，長(zhǎng)期活動(dòng)的北東向順向正斷層與三角洲、河流砂體的空間配置構(gòu)成了文安斜坡中淺層油氣運(yùn)移的“階梯型”輸導(dǎo)格架。以中期旋回層序劃分油氣運(yùn)聚單元，建立初始地質(zhì)概念模型，采用砂地比作為滲透性砂體輸導(dǎo)性能的評(píng)價(jià)參數(shù)，以啟閉性作為斷層輸導(dǎo)性能綜合評(píng)價(jià)的基本參數(shù)?；跂鸥駭?shù)據(jù)模型構(gòu)建了綜合表征砂巖輸導(dǎo)體、構(gòu)造形態(tài)和斷層分布的三維輸導(dǎo)格架數(shù)字模型。與油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移路徑、鉆井油層分布和油氣顯示的對(duì)應(yīng)分析表明，該模型可準(zhǔn)確地反映文安斜坡中淺層復(fù)雜斷裂條件下的油氣輸導(dǎo)格架特征。

流體輸導(dǎo)格架；數(shù)字表征；文安斜坡

含油氣盆地內(nèi)，輸導(dǎo)體系連接著油氣運(yùn)聚成藏的各個(gè)要素，是油氣成藏動(dòng)力學(xué)研究的基礎(chǔ)[1-2]。斷裂和裂縫、不整合面、骨架砂體、古老風(fēng)化帶、刺穿的底辟構(gòu)造和碳酸鹽巖都可作為輸導(dǎo)體[3-8]，輸導(dǎo)要素在三維空間的組合、配置構(gòu)成了約束流體活動(dòng)和油氣運(yùn)移的輸導(dǎo)格架[9]。斷陷盆地可由單一輸導(dǎo)要素構(gòu)成連通砂體、斷層、不整合面等簡(jiǎn)單輸導(dǎo)系統(tǒng)，但多要素組合而成的砂體-斷層、不整合面-斷層、砂體-不整合面-斷層等復(fù)合型輸導(dǎo)體系則更為發(fā)育[10-11]，盆地的不同構(gòu)造階段和構(gòu)造部位可能發(fā)育網(wǎng)毯型、T型、階梯型、裂隙型等不同的輸導(dǎo)格架典型樣式[12-13]。霸縣凹陷文安斜坡中淺層巖性油氣藏勘探近幾年取得了良好的成果，但油層變化快且層位分布復(fù)雜，常規(guī)地質(zhì)要素空間匹配分析方法難以準(zhǔn)確地把握油氣藏形成條件和分布規(guī)律，油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移路徑預(yù)測(cè)為基礎(chǔ)的圈閉評(píng)價(jià)技術(shù)則可較好地解決這類復(fù)雜油氣藏的評(píng)價(jià)問(wèn)題[14]。筆者通過(guò)對(duì)文安斜坡中淺層輸導(dǎo)體系類型的詳細(xì)解剖和輸導(dǎo)格架組合樣式的整體研究,劃分沙二段-東營(yíng)組的油氣縱向運(yùn)聚單元。應(yīng)用地理信息系統(tǒng)的一系列空間數(shù)據(jù)分析方法實(shí)現(xiàn)輸導(dǎo)體系的數(shù)字表征，建立斜坡帶由斷裂、帶狀砂體構(gòu)成的復(fù)雜油氣輸導(dǎo)格架的三維立體模型，為油氣運(yùn)聚過(guò)程的模擬和分析提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，進(jìn)而預(yù)測(cè)和分析油氣運(yùn)移網(wǎng)絡(luò)特征及巖性油氣藏成藏規(guī)律。

1 地層沉積特征

文安斜坡新生代裂谷期斷裂活動(dòng)強(qiáng)烈，地層自下而上發(fā)育古近系沙河街組和東營(yíng)組、新近系館陶組和明化鎮(zhèn)組、第四系。根據(jù)層序地層學(xué)研究可將沙二段～東二段地層進(jìn)一步劃分為16個(gè)中期旋回，由下往上分別為MSC1、MSC2中期旋回(沙二段)，MSC3 、MSC4中期旋回(沙一下亞段)，MSC5、MSC6、MSC7、MSC8、MSC9中期旋回(沙一上亞段)、MSC10 、MSC11 、MSC12 、MSC13中期旋回(東三段)和MSC14 、MSC15 、MSC16中期旋回(東二段)。

文安斜坡沙二段～東二段沉積物源主要來(lái)自東側(cè)的大城凸起，發(fā)育長(zhǎng)豐鎮(zhèn)、蘇橋南2個(gè)繼承性的物源入口，在斜坡背景下經(jīng)歷了從湖泊相到河流相沉積的演變。沙二段發(fā)育辮狀河三角洲沉積，斜坡主體為辮狀三角洲前緣亞相沉積，西北部發(fā)育有少量辮狀三角洲平原亞相沉積，砂體類型主要為前緣亞相的水下分流河道砂體及平原亞相的分支河道砂體；沙一下亞段沉積時(shí)期處于斷坳擴(kuò)展期，湖盆范圍擴(kuò)大，發(fā)育廣泛的濱淺湖相沉積，盆地中心局部水體較深，砂體類型以濱淺湖砂灘(壩)為主；沙一上亞段沉積時(shí)期，盆地進(jìn)入斷陷抬升期，湖盆范圍顯著縮小，文安斜坡廣泛發(fā)育一套辮狀河流沉積，砂體類型主要為辮狀河道充填和心灘砂；東營(yíng)組沉積時(shí)期，文安斜坡以曲流河沉積為主，砂體類型為河道充填和邊灘砂。

2 油氣輸導(dǎo)體系

含油氣盆地中，油氣往往不是沿單一輸導(dǎo)體、而是沿多種輸導(dǎo)體在三維空間組合而成的流體輸導(dǎo)格架發(fā)生運(yùn)移。斷層和砂體是冀中坳陷最主要的油氣輸導(dǎo)要素和匯流通道[15]。

2.1斷層輸導(dǎo)體

文安斜坡帶古近系經(jīng)歷了喜馬拉雅Ⅰ幕構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的擠壓作用，整體上主要發(fā)育有北東向、北東東向2組斷層。其中，北東向生長(zhǎng)斷層在斜坡南北均有分布，平面延伸長(zhǎng)度十到數(shù)十公里，控制了斜坡帶古近系的沉積。北東東向斷裂主要分布于斜坡南部、文安城東和左各莊地區(qū)，對(duì)油藏形成具有明顯控制作用。此外，斜坡南端發(fā)育南北向延伸的馬西-陵城斷裂，斷層落差巨大，是控制斜坡與洼漕的主斷層，同時(shí)也是馬西洼漕向南馬莊斜坡及文南地區(qū)供油的油源斷層。

斷層輸導(dǎo)性能與其活動(dòng)性有密切的關(guān)系。古近紀(jì)繼承性發(fā)育的斷層大多為北東、北東東走向的同沉積斷層，平面上呈雁列式展布，斷裂體系常構(gòu)成多級(jí)臺(tái)階的陡坎?；顒?dòng)時(shí)間長(zhǎng)，斷開(kāi)層位深，直接溝通了烴源層和輸導(dǎo)-儲(chǔ)集層，構(gòu)成了斜坡淺層Es1、Ed等層位的重要油源斷裂。古近紀(jì)中晚期(沙二段沉積后)發(fā)育的斷層多為北東東走向，剖面上多與切割基巖的同生斷裂形成“Y”字型組合。根據(jù)油藏分布與斷層傾向關(guān)系的分析統(tǒng)計(jì)，這類斷層、尤其是反向斷層對(duì)封堵油氣具有重要的作用。

2.2砂巖輸導(dǎo)體

1)沙二段 砂體類型主要為辨狀三角洲前緣亞相的水下分流河道砂體及平原亞相的分支河道砂體，砂巖分布廣泛，呈北西-南東方向延伸，往斜坡下傾方向逐漸減薄。整個(gè)地區(qū)砂地比多在15%～60%，平均為40%左右，砂巖物性相對(duì)較好，平均孔隙度18%～20%，平均滲透率大于100×10-3μm2。砂巖分布廣泛且連續(xù)，具備良好的側(cè)向長(zhǎng)距離輸導(dǎo)油氣的能力。

2)沙一上亞段 砂體類型主要為辮狀河道充填和心灘砂，由于河道的頻繁遷移和改道，砂體相互切割和疊加，砂巖平面分布廣泛且連通性較好，構(gòu)成了斜坡上較好的輸導(dǎo)層。縱向上因?yàn)槌练e基準(zhǔn)面的上升和物源不斷后退，砂體發(fā)育程度逐漸變差，作為輸導(dǎo)層其性能也變差。

3)沙一下亞段 砂體類型以濱淺湖砂灘(壩)為主，薄層席狀砂體呈團(tuán)塊狀平行湖岸線分布，平面上連通性較差，砂地比多在10%～40%之間，平均20%左右。砂巖分布較為局限，不具備油氣長(zhǎng)距離側(cè)向輸導(dǎo)能力。

4)東營(yíng)組 砂體類型為河道充填和邊灘砂，發(fā)育區(qū)主要分布在史各莊、蘇橋南、長(zhǎng)豐鎮(zhèn)等斜坡鼻狀構(gòu)造的中外帶。砂地比15%～40%，孔隙度平均在20%～25%。砂巖在斜坡中段呈帶狀分布，具備側(cè)向輸導(dǎo)能力，但斷層對(duì)砂體的切割限制了長(zhǎng)距離運(yùn)移。

根據(jù)砂體類型、砂地比、物性及分布特征，認(rèn)為該區(qū)沙二段辨狀三角洲沉積砂體構(gòu)成了主要的油氣側(cè)向運(yùn)移輸導(dǎo)層，其次為沙一上亞段辮狀河沉積、東營(yíng)組曲流河沉積的砂體。

2.3流體輸導(dǎo)格架

長(zhǎng)期活動(dòng)的同沉積斷層連通性良好，構(gòu)成了油氣縱向運(yùn)移的主要通道。沙二段發(fā)育的辮狀河三角洲沉積砂體分布廣泛且與沙三段、沙一段生油巖直接接觸，為該區(qū)油氣長(zhǎng)距離側(cè)向運(yùn)移的主要輸導(dǎo)層。其次，沙一上亞段辮狀河沉積、東營(yíng)組曲流河沉積砂體物性較好但平面分布較局限，為油氣側(cè)向運(yùn)移的次要輸導(dǎo)層。

文安斜坡輸導(dǎo)格架主要由連通斷層和滲透性砂層構(gòu)成，北東、北東東走向的順向同沉積斷裂體系平面上呈雁列式展布，常構(gòu)成多級(jí)臺(tái)階的陡坎，與此同時(shí)也切割東西向延伸的三角洲及河道砂體。斷層與骨架砂體的空間配置構(gòu)成了“階梯型”輸導(dǎo)格架，油氣可沿?cái)鄬用嫦蛏线\(yùn)移或沿砂體側(cè)向運(yùn)移。

3 油氣輸導(dǎo)格架的定量表征

3.1地質(zhì)概念模型

通過(guò)對(duì)油層縱向分布規(guī)律的分析，發(fā)現(xiàn)中期旋回上部或頂部泥巖分布較為穩(wěn)定，橫向連續(xù)性較好，構(gòu)成了有效隔層并阻止油氣的垂向穿層運(yùn)移，致使油層主要分布于泥巖層之下的1～2個(gè)砂層中。因此，可考慮以中期旋回層序劃分縱向油氣運(yùn)聚單元，并作為油氣輸導(dǎo)格架模擬和定量表征的地層單元。由此可建立油氣輸導(dǎo)格架的地質(zhì)概念模型：以油氣運(yùn)聚單元為單位，由一個(gè)或多個(gè)三維面組合而成，并被斷層復(fù)雜化所形成的網(wǎng)絡(luò)狀格架模型。

三維面代表一套具成因聯(lián)系的相互連通的砂巖輸導(dǎo)層，參數(shù)為封蓋層底面構(gòu)造形態(tài)和砂巖輸導(dǎo)體分布。根據(jù)油藏分布規(guī)律和斷層發(fā)育特征的研究，初始地質(zhì)模型中的輸導(dǎo)斷層由分布于斜坡內(nèi)～中帶的長(zhǎng)期發(fā)育的順向生長(zhǎng)斷層構(gòu)成，晚期形成的反向斷層主要起封閉作用。

3.2輸導(dǎo)格架的數(shù)值表征

筆者以地理信息系統(tǒng)為研究平臺(tái)，在多源數(shù)據(jù)集成管理的基礎(chǔ)上應(yīng)用空間數(shù)據(jù)分析方法，首先采用柵格數(shù)據(jù)模型表達(dá)砂體、斷層等三維概念面的構(gòu)造和輸導(dǎo)性能，而后基于統(tǒng)一地理坐標(biāo)進(jìn)行三維面的空間組合，由此實(shí)現(xiàn)流體輸導(dǎo)格架的三維表征。

1)數(shù)據(jù)獲取與管理 以中期旋回為單元，油氣輸導(dǎo)格架三維立體表征所需參數(shù)包括油氣主運(yùn)移期的砂巖輸導(dǎo)體頂部構(gòu)造數(shù)據(jù)和輸導(dǎo)性能評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，連通性斷層的斷面構(gòu)造數(shù)據(jù)及輸導(dǎo)性能評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)。其中，構(gòu)造數(shù)據(jù)可通過(guò)地震精細(xì)解釋得到，輸導(dǎo)體評(píng)價(jià)參數(shù)可由錄井、測(cè)井及地震儲(chǔ)層預(yù)測(cè)等資料的綜合分析獲得。上述數(shù)據(jù)均需導(dǎo)入地理信息系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)庫(kù)，應(yīng)用坐標(biāo)配準(zhǔn)方法實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)的坐標(biāo)統(tǒng)一。

2)砂巖輸導(dǎo)層數(shù)值表征 砂巖輸導(dǎo)體的數(shù)值表征包括頂部構(gòu)造和輸導(dǎo)性能的表征。以地震精細(xì)解釋的構(gòu)造數(shù)據(jù)為輸入，應(yīng)用數(shù)字高程模型(DEM)表達(dá)中期旋回頂面的構(gòu)造起伏形態(tài)。依據(jù)斷層類型、活動(dòng)時(shí)間、斷層兩側(cè)錄井油氣顯示對(duì)斷層的封閉或開(kāi)啟性作基本評(píng)價(jià)，應(yīng)用柵格數(shù)據(jù)處理方法將封閉性斷層以空值疊加到構(gòu)造DEM之中，形成構(gòu)造-封閉性斷層?xùn)鸥駭?shù)據(jù)模型(見(jiàn)圖1)。

文安斜坡中淺層湖辮狀三角洲前緣水下分流河道、辮狀河道和心灘、曲流河道和邊灘等微相砂體連通性好，油氣顯示分布廣泛，油層發(fā)育，砂地比一般大于20% 。分流河道間、泛濫平原、河漫灘等微相沉積區(qū)砂體則不發(fā)育，砂地比小于20% 。因此，結(jié)合沉積相和砂地比平面分布研究成果，采用柵格數(shù)據(jù)插值、矢-柵數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換方法構(gòu)造砂巖輸導(dǎo)體柵格數(shù)據(jù)模型，以中期旋回為單元?jiǎng)澐譃闈B透性砂巖和不滲透性泥巖分布區(qū)(見(jiàn)圖2)。

圖1 中期旋回構(gòu)造-斷層模型(MSC1) 圖2 中期旋回砂巖輸導(dǎo)性評(píng)價(jià)模型(MSC1)

3)斷層輸導(dǎo)體數(shù)值表征 在斷層封閉或開(kāi)啟性基本評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，斷層輸導(dǎo)體主要針對(duì)連通性斷層進(jìn)行斷面構(gòu)造和輸導(dǎo)性能的數(shù)值表征，其表達(dá)方式類似于砂巖輸導(dǎo)層。構(gòu)造表征依據(jù)地震解釋所獲得的斷面構(gòu)造數(shù)據(jù)，應(yīng)用DEM表達(dá)斷面構(gòu)造形態(tài)。斷層輸導(dǎo)性能則應(yīng)用斷層傾角、斷面正壓力、斷層兩盤泥巖含量等數(shù)據(jù)計(jì)算啟閉系數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，而后以柵格數(shù)據(jù)模型加以表征[16]。

4)三維輸導(dǎo)格架的空間表征 基于統(tǒng)一空間地理坐標(biāo)和數(shù)據(jù)分辨率，應(yīng)用掩模格網(wǎng)、數(shù)據(jù)裁剪等數(shù)據(jù)處理方法，使多個(gè)運(yùn)聚單元(MSC1～MSC16)的頂面構(gòu)造DEM具有相同的邊界范圍。作為油氣垂向運(yùn)移通道的連通性斷層切割并溝通上下多個(gè)地層單元，其在空間上的不規(guī)則幾何面可應(yīng)用掩模格網(wǎng)來(lái)表達(dá)。通過(guò)準(zhǔn)確標(biāo)定斷面與地層頂面空間交切位置，實(shí)現(xiàn)地層頂面構(gòu)造DEM、斷面DEM在空間位置上的精確對(duì)應(yīng)。

3.3輸導(dǎo)格架三維數(shù)值模型的應(yīng)用與完善

圖3 文安斜坡優(yōu)勢(shì)路徑——構(gòu)造-沉積疊合圖(MSC1)

油氣輸導(dǎo)格架數(shù)值模型提供了油氣運(yùn)移路徑模擬和預(yù)測(cè)所需的構(gòu)造格局、輸導(dǎo)性能等初始輸入數(shù)據(jù)模型。以中期旋回為處理單元，油氣運(yùn)移模擬中將斷面、地層界面交會(huì)位置作為油氣輸入點(diǎn)或輸出點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)輸導(dǎo)格架中油氣運(yùn)移路徑的三維連續(xù)模擬。應(yīng)用鉆井油氣顯示和油層分布數(shù)據(jù)對(duì)運(yùn)移路徑模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)照分析，并據(jù)此完善構(gòu)造形態(tài)、斷層、沉積、儲(chǔ)層等初始地質(zhì)解釋成果，修改油氣運(yùn)移模擬的初始輸入數(shù)據(jù)模型。初始模型～模擬結(jié)果～反饋修改初始模型的完善和驗(yàn)證研究過(guò)程反復(fù)進(jìn)行，最終得到斷層封閉與連通性、砂層連通性與分布等油氣運(yùn)聚成藏控制因素的可靠的定量評(píng)價(jià)參數(shù)。

應(yīng)用上述方法，最終建立了該區(qū)中淺層(MSC1～MSC16中期旋回)油氣輸導(dǎo)格架的地質(zhì)模型并完成了油氣運(yùn)移路徑的模擬和預(yù)測(cè)。文安斜坡由南往北發(fā)育了議論堡、長(zhǎng)豐鎮(zhèn)、史各莊和蘇橋南4個(gè)東西向展布的鼻狀構(gòu)造帶，并被一系列北東、北東東向斷層所切割，中期旋回頂界的構(gòu)造-斷層?xùn)鸥駭?shù)據(jù)準(zhǔn)確地反映了鼻狀構(gòu)造形態(tài)和封閉性斷層分布，油氣運(yùn)移路徑由西往東、向鼻狀構(gòu)造軸部收斂，遇封閉性斷層則改變運(yùn)移方向。中期旋回砂體輸導(dǎo)性評(píng)價(jià)柵格數(shù)據(jù)則反映了辮狀三角洲滲透性砂體的沉積區(qū)，油氣運(yùn)移路徑只在砂體連通區(qū)發(fā)育，砂體邊部路徑中斷或改向。連通性斷層溝通了下部油源與上部砂巖輸導(dǎo)體，斷面油氣運(yùn)移路徑與中期旋回地層界面的交切位置則成為中期旋回的油氣導(dǎo)入點(diǎn)。油氣運(yùn)移路徑的模擬結(jié)果與油氣層分布則具有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系(見(jiàn)圖3)。

4 結(jié) 論

1)文安斜坡地區(qū)發(fā)育多期以北東向?yàn)橹鞯捻樝蛑鲾嗔眩@些主斷裂切割斜坡并形成了多級(jí)臺(tái)階，形成了多個(gè)垂向連通性良好的斷層；沙二段和沙一上亞段砂體物性好，分布范圍廣，側(cè)向連通性好。兩者構(gòu)成了文安斜坡中淺層的“階梯型”輸導(dǎo)格架。

2)在構(gòu)造、斷層和砂巖輸導(dǎo)體參數(shù)表達(dá)的基礎(chǔ)上，可構(gòu)建文安斜坡輸導(dǎo)格架的地質(zhì)模型，應(yīng)用柵格數(shù)據(jù)模型和空間分析方法實(shí)現(xiàn)其三維空間定量表征。油氣顯示及油氣運(yùn)移模擬結(jié)果表明該模型準(zhǔn)確地反映了輸導(dǎo)格架的空間展布，為該區(qū)的油氣運(yùn)聚和成藏規(guī)律研究打下了良好基礎(chǔ)。

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[編輯] 洪云飛

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.12.008

P618.13

A

1673-1409(2012)12-N023-05