齊慶鵬,孫同文,伍宇博,于晟道,侯政煜
(1.東北石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,黑龍江大慶163318;2.遼河油田淺海石油開發(fā)公司,遼寧盤錦124010;3.渤海裝備遼河重工有限公司,遼寧 盤錦124010;4.遼河油田油氣集輸公司,遼寧盤錦124010)
南堡凹陷位于渤海灣盆地黃驊坳陷北段,是一個(gè)具有北斷南超結(jié)構(gòu)的典型陸相斷陷盆地的箕狀凹陷,其二級(jí)構(gòu)造帶包括高尚堡構(gòu)造帶、柳贊構(gòu)造帶、老爺廟構(gòu)造帶、北堡構(gòu)造帶、西南莊及南堡1號(hào)至5號(hào)富油構(gòu)造帶,自下而上發(fā)育古近系沙河街組三段、二段和一段、東營組,新近系館陶組、明化鎮(zhèn)組及第四系.南堡1號(hào)構(gòu)造又可分為南堡1-1、南堡1-3和南堡1-5三個(gè)區(qū)塊,南堡1-5區(qū)為鼻狀構(gòu)造,位于南堡1號(hào)構(gòu)造東南部,面積約為50 km2(圖1),截至目前已發(fā)現(xiàn)探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量28 645.44×104t,這表明南堡1-5區(qū)具有良好的含油氣潛力和勘探前景[1].眾所周知,蓋層對(duì)油氣在垂向上具有保存作用,而斷裂在活動(dòng)時(shí)期作為油氣輸導(dǎo)的通道,會(huì)對(duì)蓋層造成破壞使油氣穿越蓋層發(fā)生再運(yùn)移或散失,本區(qū)主力產(chǎn)油層為東一段,其上部館三段蓋層與油源斷裂的匹配關(guān)系是南堡1-5區(qū)油氣成藏的關(guān)鍵,但是,館三段蓋層發(fā)育程度如何?斷-蓋如何匹配關(guān)系才能保證油氣在東一段富集?這些問題是本區(qū)油氣勘探的關(guān)鍵.盡管前人已對(duì)該區(qū)斷裂、蓋層的發(fā)育特征及對(duì)成藏的作用做過不少研究和探討[2-5],但以定性分析為主,對(duì)斷裂和蓋層匹配關(guān)系及定量評(píng)價(jià)油氣保存能力方面幾乎沒有,在一定程度上制約了該區(qū)東一段油層勘探的深入.基于此,本文系統(tǒng)研究了南堡1-5區(qū)油源斷裂發(fā)育特征、蓋層發(fā)育特征并定量評(píng)價(jià)了二者共同作用對(duì)油氣垂向輸導(dǎo)能力的影響,應(yīng)用此方法可以明確油氣究竟富集在蓋層上部還是下部,有效地降低了勘探風(fēng)險(xiǎn).
大量的石油地質(zhì)研究和油氣勘探實(shí)踐證實(shí),國內(nèi)外含油氣盆地中許多油氣藏的形成、破壞和再形成都與斷裂密切相關(guān),斷裂是控制油氣運(yùn)聚和散失的主要因素,對(duì)油氣的運(yùn)移和聚集有著重要的影響[6-9].油源斷裂是指成藏關(guān)鍵時(shí)刻活動(dòng)并連接烴源巖與儲(chǔ)層的斷裂.在明確各套含油氣系統(tǒng)中斷裂系統(tǒng)構(gòu)成的基礎(chǔ)上,結(jié)合油氣成藏關(guān)鍵時(shí)刻、斷裂活動(dòng)期次便可厘定油源斷層及其分布.研究區(qū)成藏關(guān)鍵時(shí)刻有兩個(gè)時(shí)期,分別是東營組沉積末期和明化鎮(zhèn)組沉積末期至現(xiàn)在,區(qū)域內(nèi)主要發(fā)育2套烴源巖層,分別是沙三段烴源巖和沙一段-東三段烴源巖,因此在東營組沉積后期至現(xiàn)在活動(dòng)的斷層且與沙三段以及沙一-東三段溝通的斷裂均有可能成為油源斷裂.研究發(fā)現(xiàn),對(duì)于中淺層含油氣系統(tǒng),其中的油源斷裂分為2類,分別為僅溝通沙一段-東三段源巖斷裂和溝通沙三段與沙一段-東三段源巖斷裂(圖2).
由于南堡凹陷斷層異常發(fā)育,蓋層的質(zhì)量、厚度、連續(xù)性和分布范圍對(duì)油氣的逸散程度及油氣藏的保存條件有決定性影響.南堡凹陷1-5區(qū)蓋層包括明化鎮(zhèn)組下段、館陶組三段、東營組二段、沙三組二段、沙三組四段的厚層泥巖,由于研究區(qū)主力產(chǎn)油層位為東一段,而對(duì)東一段油氣富集起直接影響的為上部館陶組三段火山巖蓋層,本文以館陶組三段的火山巖蓋層為例進(jìn)行研究.
圖2 南堡凹陷1-5區(qū)中淺層油源斷裂圖
館陶組三段火山巖分布范圍較大,鉆井揭示巖性為致密玄武巖及玄武質(zhì)泥巖,一般單層厚度3~20 m,最大單層厚度可達(dá)176 m,從館三段蓋層等值線圖可以看出(圖3),累積蓋層厚度一般在200~300 m之間,最大厚度達(dá)到425 m,最小厚度小于120 m,具有自西向東蓋層厚度逐漸減小的特征.多井對(duì)比結(jié)果表明,在該區(qū)域蓋層之下油氣富集程度非常高,最大油氣柱高度可達(dá)到1 000 m,而在該區(qū)域蓋層之上所發(fā)現(xiàn)的油氣均是由于后期斷層活動(dòng)破壞蓋層形成的,因此,館三段火成巖對(duì)南堡凹陷1-5區(qū)東一段油氣富集起到了十分關(guān)鍵的作用.
圖3 南堡凹陷1-5區(qū)館陶組三段蓋層等值線圖
某一區(qū)域性蓋層如果被斷層錯(cuò)動(dòng)時(shí),錯(cuò)斷蓋層的斷距較小,并沒有將蓋層完全錯(cuò)開,蓋層封閉油氣的能力基本沒有變化,因此油氣在一定范圍內(nèi)不能穿越蓋層向上運(yùn)移(圖4a);當(dāng)錯(cuò)斷蓋層的斷距較大,但是還沒有完全錯(cuò)動(dòng)開,盡管斷層沒有明顯破壞蓋層的連續(xù)性,但斷層附近蓋層內(nèi)的裂縫已經(jīng)溝通了蓋層的上,下儲(chǔ)層,形成了油氣穿越蓋層向上運(yùn)移的通道,如果錯(cuò)動(dòng)蓋層的這類斷層越多,蓋層被分裂得越破碎,連續(xù)分布的面積就越小,封蓋油氣的能力也就越弱(圖4b);如果斷層的斷距大于蓋層的厚度,蓋層被斷層完全錯(cuò)開,下降盤一側(cè)的蓋層之上與上升盤一側(cè)的蓋層之下形成了儲(chǔ)層與儲(chǔ)層的對(duì)置段,原先被限定在蓋層之下的油氣在儲(chǔ)層對(duì)置段穿越斷層面運(yùn)移到下降盤一側(cè)的蓋層之上(圖 4c)[10-13].
圖4 斷層破壞前后蓋層封蓋范圍變化示意圖(據(jù)文獻(xiàn)[13]修改)
蓋層斷接厚度是指蓋層厚度-斷穿蓋層的斷裂斷距,當(dāng)斷距大于蓋層厚度時(shí),斷接厚度為負(fù)值,蓋層斷接厚度越大,油氣越不容易穿過蓋層段向上繼續(xù)運(yùn)移[14].蓋層(主要為塑性泥巖或膏巖)對(duì)油氣在垂向上的輸導(dǎo)起著重要的阻礙作用,當(dāng)蓋層厚度較大而斷穿蓋層的斷裂規(guī)模較小時(shí),蓋層未被拉斷,剪切型泥巖涂抹層較厚,垂向上油氣完全被封堵;相反,當(dāng)蓋層厚度小而斷裂規(guī)模較大時(shí)蓋層完全被拉斷,失去連續(xù)性,垂向開啟,油氣發(fā)生穿越繼續(xù)向上運(yùn)移.因此,通過蓋層和斷穿蓋層的斷裂斷距的相對(duì)大小可以評(píng)價(jià)油源斷裂的垂向輸導(dǎo)能力.
蓋層對(duì)油氣垂向運(yùn)移具有阻礙作用,但蓋層被斷裂斷穿后,油氣能夠沿?cái)嗔芽缭缴w層向上運(yùn)移,向上運(yùn)移的油氣量受控于蓋層被斷裂破壞的程度.本文利用蓋層斷接厚度來界定蓋層被破壞的程度,計(jì)算了南堡1-5區(qū)各油源斷裂處蓋層斷接厚度,并沿油源斷裂走向以柱狀圖形式標(biāo)注,通過館三段蓋層斷接厚度與館上段和東一段油氣顯示進(jìn)行疊合結(jié)果可知,南堡1-5區(qū)蓋層斷接厚度普遍較大,中部和南部主要油源斷裂(f1-3,f4-48,f2-12)附近,斷接厚度基本都大于130 m,東一段鉆遇的井具有較好的油氣顯示,基本都為油流井和油氣層井(圖5),而對(duì)應(yīng)在蓋層之上館上段基本無或僅少量油氣顯示(圖6),由此可以看出,當(dāng)館三段火山巖蓋層斷接厚度大于130 m時(shí)對(duì)油氣垂向輸導(dǎo)起到明顯的遮擋作用,為了進(jìn)一步確認(rèn)蓋層斷接厚度影響油氣垂向輸導(dǎo)能力的界限,統(tǒng)計(jì)了南堡1-5區(qū)以及周邊地區(qū)的35口油井在館三段蓋層斷接厚度與其上、下的油氣顯示情況(圖7),從圖7中可以看出,當(dāng)館三段局部蓋層斷接厚度在130~160 m以下時(shí),油氣在館三段蓋層上下均有油氣分布,而當(dāng)蓋層斷接厚度在130~160 m以上時(shí),油氣僅在該套蓋層之下分布,這就說明蓋層斷接厚度130~160 m可能是蓋層與斷層匹配垂向封蓋油氣的臨界條件.
綜上可知,蓋層斷接厚度控制油氣垂向分布的層位,蓋層斷接厚度大于一定值時(shí)油氣不能大量穿越蓋層向淺層運(yùn)移,在淺層不能形成有效油氣層.通過在典型區(qū)塊中進(jìn)一步研究和驗(yàn)證油氣垂向輸導(dǎo)理論的應(yīng)用效果,可將已開發(fā)的成熟區(qū)域作為刻度區(qū),用以類比和指導(dǎo)未鉆井區(qū)域的油氣輸導(dǎo)特征.
圖5 南堡凹陷1-5區(qū)館三段斷接厚度與東一段油氣顯示結(jié)合圖
圖6 南堡凹陷1-5區(qū)館三段斷接厚度與館上段油氣顯示結(jié)合圖
圖7 南堡凹陷1-5區(qū)及周邊地區(qū)館三段蓋層斷接厚度與油氣縱向分布關(guān)系圖
1)對(duì)于中淺層含油氣系統(tǒng),將其中的油源斷裂分為2種類型,分別為溝通沙三段與沙一段-東三段烴源巖的斷裂和溝通沙一段-東三段烴源巖的斷裂.
2)蓋層斷接厚度是指蓋層厚度-斷穿蓋層斷裂斷距,當(dāng)斷距大于蓋層厚度時(shí),斷接厚度為負(fù)值,蓋層斷接厚度越大,油氣越不容易穿過蓋層段向上繼續(xù)運(yùn)移.
3)油源斷裂與蓋層的匹配關(guān)系(斷接厚度)控制著油氣的富集層位,對(duì)于南堡凹陷1-5區(qū)來說,當(dāng)館三段的斷接厚度大于130~160 m時(shí),油氣無法穿越火山巖蓋層,因此在東一段富集成藏,館上段基本無或僅少量油氣顯示;當(dāng)館三段的斷接厚度小于130~160 m時(shí),油氣在館三段蓋層上下均有油氣分布.這就說明蓋層斷接厚度130~160 m可能是蓋層與斷層匹配垂向封蓋油氣的臨界條件.
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