劉 濤， 張宏兵， 許自強(qiáng)， 但志偉， 吳其林， 宋 鵬

(1.河海大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京10098；2.中海油能源發(fā)展工程技術(shù)特普公司, 廣東 湛江 524000； 3.中國(guó)海洋大學(xué)海底科學(xué)與探測(cè)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266100)

斷裂作為油氣運(yùn)移優(yōu)勢(shì)通道的條件分析
——以珠一西地區(qū)為例?

劉 濤1,2， 張宏兵1， 許自強(qiáng)2， 但志偉2， 吳其林2， 宋 鵬3??

(1.河海大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京10098；2.中海油能源發(fā)展工程技術(shù)特普公司, 廣東 湛江 524000； 3.中國(guó)海洋大學(xué)海底科學(xué)與探測(cè)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266100)

本文以珠一西地區(qū)為例，從珠一西地區(qū)斷裂特征研究出發(fā)，結(jié)合實(shí)際井位信息，闡述了在特殊油氣地質(zhì)情況下，斷裂作為油氣運(yùn)移優(yōu)勢(shì)通道的條件，指出運(yùn)移通道是否存在油氣運(yùn)移還和斷裂與烴源巖的相對(duì)位置、斷裂內(nèi)部結(jié)構(gòu)、斷面的形態(tài)以及斷裂的組合形式等有關(guān)，為類似地質(zhì)情況的盆地尋找油氣藏提供了一種研究思路及研究手段。

油氣運(yùn)移通道；高角度斷層；淺層油氣藏

在含油氣盆地形成演化、油氣藏形成破壞的全過程中，油氣運(yùn)移始終起著重要的紐帶作用，所以它是石油地質(zhì)學(xué)的基本理論課題之一，更是油氣勘探開發(fā)中必須探討的實(shí)際問題[1]。油氣的運(yùn)移通?？蓜澐譃槌醮芜\(yùn)移和二次運(yùn)移，其中油氣的二次運(yùn)移是指油氣“進(jìn)入儲(chǔ)集層或運(yùn)載層以后的一切運(yùn)移[2]”，即油氣在儲(chǔ)集層(或輸導(dǎo)層)內(nèi)的側(cè)向運(yùn)移，或從一個(gè)儲(chǔ)集層進(jìn)入另一個(gè)儲(chǔ)層(向上或向下)的穿層運(yùn)移，以及停聚后由于條件變化而發(fā)生的再次運(yùn)移都屬于二次運(yùn)移的范疇。油氣二次運(yùn)移的研究，對(duì)于提高油氣藏定位的精度，降低油氣勘探的風(fēng)險(xiǎn)具有重要的意義，目前，國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者，通過采用流體示蹤劑法、物理模擬法、數(shù)值模擬法等研究手段，針對(duì)油氣運(yùn)移的相態(tài)、運(yùn)移動(dòng)力、運(yùn)移通道、運(yùn)移時(shí)間、運(yùn)移距離、運(yùn)移數(shù)量等研究?jī)?nèi)容進(jìn)行了深入的探討，取得了一系列的研究成果[3-4]。

油氣的二次運(yùn)移中，在無外來干擾情況下,其自然優(yōu)先流經(jīng)的通道稱為優(yōu)勢(shì)通道。對(duì)油氣優(yōu)勢(shì)通道的證實(shí)以及對(duì)優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道在微觀和宏觀控制因素的研究有助于提高油氣運(yùn)移的預(yù)測(cè)精度，降低油氣勘探的風(fēng)險(xiǎn)。構(gòu)成油氣運(yùn)移優(yōu)勢(shì)通道有斷裂、不整合面、高孔滲的輸導(dǎo)層等，本文以珠一西地區(qū)為例，結(jié)合實(shí)際井位信息，從珠一西地區(qū)斷裂特征研究出發(fā)，闡述了在特殊油氣地質(zhì)情況下，斷裂作為油氣運(yùn)移優(yōu)勢(shì)通道的條件，為類似地質(zhì)情況的盆地尋找淺層油氣藏提供了一種研究思路及研究手段。

1 珠一西地區(qū)地質(zhì)概況

珠江口盆地位于南海北部大陸邊緣，總體呈NE-SW向展布，東西長(zhǎng)約800 km，面積約17.8×104km2，是南海北部一個(gè)重要的含油氣盆地(珠一西地區(qū)斷裂平面分布如圖1所示)。珠江口盆地處于歐亞、太平洋和印度洋三大板塊交匯處，是一個(gè)在加里東、海西、燕山期褶皺基底上形成的準(zhǔn)被動(dòng)大陸邊緣盆地。地殼拉張導(dǎo)致了位于板塊交匯處的珠江口盆地形成了南北分帶、東西分塊的構(gòu)造格局，從北至南，新生代沉積盆地大致分布在走向NE-NEE的坳陷帶中，坳陷帶之間為3條隆起帶相隔，形成三坳三隆的格局。同時(shí)，這些NE-NEE向構(gòu)造又被若干NW向斷裂所切割，成為走向略有不同的若干段，形成“東西分塊”的格局[5]。

珠一西地區(qū)位于珠江口盆地珠一坳陷帶的西部，北為北部隆起帶，南靠番禺低隆起和東沙隆起帶，東臨陸豐凹陷，西接珠三坳陷，為南北向隆起帶夾持的長(zhǎng)形地帶，其中包含有4個(gè)負(fù)向構(gòu)造：恩平凹陷、番禺4洼、西江凹陷和惠州凹陷。珠一西地區(qū)自下而上共發(fā)育兩套斷裂系統(tǒng)，早期以NE走向?yàn)橹鞯臄嗔褍H發(fā)育在裂陷期，表現(xiàn)為張性低角度鏟式正斷層，僅切割下部地層，控制了文昌組、恩平組兩套烴源巖的發(fā)育，這一類斷裂基本都消亡在珠海組沉積后。之后的坳陷期發(fā)育了一批NWW 走向斷裂和少量近EW向斷裂，其活動(dòng)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，為張性斷層，在由珠江組到韓江組的發(fā)育過程中，斷裂活動(dòng)強(qiáng)度逐漸衰弱，至粵海期斷裂活動(dòng)強(qiáng)度明顯增強(qiáng)[6]。在早期斷裂發(fā)育的基礎(chǔ)上，性質(zhì)由拉張轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂凶呋?拉張?zhí)卣?。坳陷期發(fā)育的斷層切割地層的層系多，在油氣成藏過程中起到溝通下部源巖和上部?jī)?chǔ)層的作用，成為油源斷層[7]。

圖1 珠一西地區(qū)斷裂平面分布圖

2 珠一西地區(qū)斷裂作為油氣運(yùn)移優(yōu)勢(shì)通道條件分析

任何一條斷裂都有可能是潛在的運(yùn)移通道，但并不是所有的運(yùn)移通道都存在油氣運(yùn)移，運(yùn)移通道是否存在油氣運(yùn)移還和斷裂與烴源巖的相對(duì)位置、斷裂內(nèi)部結(jié)構(gòu)、斷面的形態(tài)以及斷裂的組合形式等有關(guān)。

2.1 烴源巖位置分析

斷裂能否直接起到輸導(dǎo)油氣的作用，與烴源巖的位置關(guān)系非常密切。通常情況下，與烴源巖直接接觸的斷裂，即通常所說的油源斷裂，是油氣的主要運(yùn)移通道。越處于生油巖中心的深大斷裂，其排烴強(qiáng)度和超壓程度就越強(qiáng)，斷面作為優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道所運(yùn)載油氣的距離就越長(zhǎng)，也越有利于淺層油氣的聚集。只要有足夠的油氣供給，斷面優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道就能充分發(fā)揮輸導(dǎo)油氣的作用[8]。

從已有的勘探成果可知：珠一西地區(qū)廣泛分布深湖-半深湖相泥巖文昌組烴源巖，具有生油能力。因此，從與烴源巖的相對(duì)位置角度分析，珠一西地區(qū)的斷裂具備作為油氣運(yùn)移通道的條件。

2.2 斷裂內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析

斷裂帶一般由中心的破碎帶以及兩側(cè)的高裂縫帶組成，其間不同的結(jié)構(gòu)具有不同的輸導(dǎo)能力。伴生裂縫發(fā)育會(huì)提高斷層的垂向滲透性，成為斷裂活動(dòng)時(shí)期油氣運(yùn)移的優(yōu)勢(shì)通道；斷裂帶所處巖層的性質(zhì)決定了斷裂內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不均一性，進(jìn)而控制斷面優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道的發(fā)育。脆性斷裂帶的優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道為斷層巖的伴生裂縫，無黏結(jié)力的斷層巖和誘導(dǎo)裂縫可以作為垂向運(yùn)移通道[9]。珠一西地區(qū)斷裂伴生裂縫發(fā)育，而且縱向上為大傾角的平直型斷裂(這樣的斷裂多發(fā)于砂地比為50%左右的區(qū)域，儲(chǔ)層物性非常好)，有利于形成良好的油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道[10]。

2.3 斷面的形態(tài)分析

斷面形態(tài)是影響斷層內(nèi)流體運(yùn)移的重要因素[11]。斷面空間形態(tài)上的不規(guī)則性，主要表現(xiàn)在縱向上斷面陡緩的相對(duì)變化，以及走向上斷面形態(tài)的起伏差異。斷面產(chǎn)狀的三種基本類型為：上陡下緩型、平直型和上緩下陡型，其中越趨向垂直的斷面越有利于油氣的垂向運(yùn)移；另一方面，走向上，彎度越少的層段，越有利于油氣的垂向運(yùn)移。對(duì)于有多條斷層組成的斷裂系，傾角越大的斷層，越易于成為油氣垂向運(yùn)移的優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道[12]。

珠一西地區(qū)淺層斷裂發(fā)育的最顯著特點(diǎn)就是高角度，這是與其它盆地所不同的地方。無論在渤海灣盆地，還是在松遼盆地，斷裂的傾角一般在40°以下，而珠一西地區(qū)的斷裂傾角可達(dá)60°～70°(見表1)。這樣的大傾角斷裂，只有在中國(guó)西部一些盆地可見到，如準(zhǔn)噶爾盆地陸東地區(qū)、柴達(dá)木盆地尕斯地區(qū)，這些地區(qū)高傾角均為逆斷層，斷層傾角達(dá) 70°～80°[13]。

表1 淺層斷面傾角統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistical table of shallow fault dip angle

珠一西地區(qū)淺層高角度斷層的形成機(jī)制與其所受區(qū)域張扭應(yīng)力場(chǎng)有密切關(guān)系，其發(fā)育可分為早晚兩個(gè)期次，早期斷裂以低角度為特點(diǎn)，控制了生油凹陷的發(fā)育，這樣的斷裂，多數(shù)在后期不再發(fā)育；晚期斷裂控制了構(gòu)造帶的發(fā)育，斷裂發(fā)育以高角度為特征，斷面自下而上傾角均較大，表現(xiàn)為板狀，一般斷面傾角為60°～70°[14]。

斷層的開啟性會(huì)隨著斷層傾角增加而增大；而從物理學(xué)角度分析也可知，斷層傾角越大，油氣在浮力作用下沿?cái)鄬用孢\(yùn)移的動(dòng)力分量越大，從而更有利于油氣的垂向運(yùn)移[15]。

2.4 斷裂的組合形式分析

根據(jù)珠一西地區(qū)斷裂的平面組合樣式，可以分為以下四種，首尾相接形、平行形、單一弧形、相交形(見圖2)[16]。其中的首尾相接形和單一形，這兩種組合形式整體表現(xiàn)為弧形結(jié)構(gòu)，表明所受應(yīng)力場(chǎng)具有旋轉(zhuǎn)或扭動(dòng)的明顯特點(diǎn)，這類張扭性斷裂沿走向上斷距時(shí)大時(shí)小，具有分段連接特點(diǎn)，有利于形成良好的油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道。據(jù)屈春燕等實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析認(rèn)為：在兩個(gè)斷層段分段銜接處，跨斷層兩側(cè)形變速率梯度是不同的，初步分析認(rèn)為拉分盆是斷裂上活動(dòng)性較強(qiáng)的段落，在斷裂兩側(cè)出現(xiàn)了明顯的形變差異[17]。

(A首尾相接形End to end；b平行形Parallel；c單一弧形Single arc；d相交形Intersect)

圖2 斷裂平面組合樣式圖
Fig.2 Planar graph of fault polygon

此外，珠一西地區(qū)剖面上高角度的正斷層，具有上陡下緩特征，呈鏟式或多米諾式。這與所受應(yīng)力轉(zhuǎn)變有關(guān)，區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)所產(chǎn)生的應(yīng)力場(chǎng)方向由左行張扭逐漸轉(zhuǎn)為右行壓扭。產(chǎn)生斷裂的中段曲率最大，稱為弧頂。斷層兩端的斷距較小，生長(zhǎng)指數(shù)小，活動(dòng)性較弱，稱為收斂段。從弧頂?shù)绞諗慷?，主要伴生與其近似直交的羽狀斷層，撒開段的斷距較大(見圖3)，活動(dòng)性強(qiáng)，具有同生性質(zhì)，生長(zhǎng)指數(shù)大(見圖4)，為長(zhǎng)期活動(dòng)的同生斷層。壓扭斷裂在活動(dòng)期是油氣運(yùn)移通道，但后期都有利于遮擋油氣，起較好的保存作用。此外，斷層巖也可以較好地封堵油氣。

圖3 B4-1斷裂T35斷距統(tǒng)計(jì)圖

圖4 B4-1斷裂生長(zhǎng)指數(shù)統(tǒng)計(jì)圖

3 珠一西地區(qū)斷裂作為通道的實(shí)例分析

珠一西地區(qū)斷裂，不但其伴生裂縫發(fā)育，而且縱向上為大傾角的平直型斷裂，同時(shí)平面上組合形式多樣。其中 “羽狀”形式的斷裂組合，具有生長(zhǎng)斷層的特征，其成核、分段生長(zhǎng)、派生、連鎖等不同的形成階段下，形成了平面上明顯的“首尾”聯(lián)接特征，其儲(chǔ)層物性非常好，有利于形成良好的油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道。結(jié)合鉆井分析，推測(cè)此類斷裂具有油氣通道的作用。圖5是其中的A區(qū)PE1構(gòu)造圖，該構(gòu)造南側(cè)為高角度斷裂，斷裂的平面走勢(shì)明顯看到有拐點(diǎn)，可大致分為兩段。該圈閉鉆井兩口，所處構(gòu)造高度幾乎等高(見圖6)，然而兩口井含油差異較大，對(duì)應(yīng)于PE1-1井的含油層，在PE1-2井卻為水層或干層，說明靠近斷裂的井，含油性比遠(yuǎn)離斷裂的要好。

圖5 A區(qū)PE1構(gòu)造圖

圖6 A區(qū)PE1構(gòu)造地質(zhì)剖面

B區(qū)的B4構(gòu)造見圖8，該構(gòu)造由多段傾向一致的斷層共同組成一條控制斷裂(見圖9)。這樣的斷裂伴生裂縫非常發(fā)育，伴生裂縫提高了斷層的垂向滲透性，成為油氣運(yùn)移的優(yōu)勢(shì)通道。其結(jié)果造成了距離斷裂較近的B4-1、B4W-1井含油，遠(yuǎn)離斷裂的B4-2井不含油(見圖10)。這一事實(shí)也說明，垂向裂縫的發(fā)育，使得油氣在垂向的運(yùn)移速度遠(yuǎn)大于橫向上砂巖儲(chǔ)層內(nèi)的運(yùn)移速度。斷層傾角越大，油氣在垂向浮力作用下沿?cái)鄬用孢\(yùn)移的動(dòng)力越大，油氣的運(yùn)聚都是受兩個(gè)力學(xué)法則控制的，一是運(yùn)移動(dòng)力大于阻力，油氣發(fā)生運(yùn)移；反之，油氣發(fā)生聚集。二是油氣運(yùn)移指向阻力最小的方向[15]。

圖7 PE1構(gòu)造鉆井對(duì)比圖

圖8 B區(qū)B4構(gòu)造圖

圖9 B區(qū)B4構(gòu)造地質(zhì)剖面

圖10 B4構(gòu)造鉆井對(duì)比圖

4 結(jié)論

本文以珠一西地區(qū)為例，從珠一西地區(qū)斷裂特征研究出發(fā)，結(jié)合實(shí)際井位信息，闡述了在特殊油氣地質(zhì)情況下，斷裂作為油氣運(yùn)移優(yōu)勢(shì)通道的條件，并得出如下結(jié)論：

(1)高角度斷裂作為珠一西研究區(qū)淺層的一個(gè)普遍現(xiàn)象，該性質(zhì)斷裂的內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定了斷裂必將成為油氣運(yùn)移的優(yōu)勢(shì)通道。

(2)通過研究斷裂分布與烴源巖的相對(duì)位置關(guān)系、斷裂內(nèi)部結(jié)構(gòu)、斷面的形態(tài)以及斷裂的組合形式等有關(guān)，由此諸多因素來尋找淺層油氣藏，是通過珠一西地區(qū)實(shí)際工作中總結(jié)出的規(guī)律，可以推廣到類似地質(zhì)情況的其它地區(qū)來運(yùn)用。

當(dāng)然，目前依靠斷裂所形成的油藏，其內(nèi)部油氣水分布界限或規(guī)律尚不清楚，因此逐步利用三維地震資料預(yù)測(cè)油氣運(yùn)移路徑，進(jìn)一步研究?jī)?yōu)勢(shì)通道的斷裂內(nèi)部結(jié)構(gòu)，揭示斷裂作為運(yùn)移通道的規(guī)律，將有助于該類油氣藏的開發(fā),最大限度的降低勘探風(fēng)險(xiǎn)。

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AnalysisoftheConditionsofFaultsastheDominantChannelofOilandGasMigration：ACaseStudyofZhuyiWestArea

LIU Tao1,2, ZHANG Hong-Bing1,XU Zi-Qiang2, DAN Zhi-Wei2, WU Qi-Lin2, SONG Peng3

(1.College of Earth Science and Engineerring,HohaiUniversity,Nanjing 210098, China; 2.CNOOC Ener Tech-Drilling & Production Co., Data Processing Co., Zhanjiang 524000, China; 3.Key Lab of Submarine Geosciences and Prospecting Techniques Ministry of Education, Ocean University of China, Qingdao 266100, China)

Illustrated by the example of ZHUYI WEST area and based on the study the of the faults characteristics of a ZHUYI WEST area and the information of the actual well location, the out hor this paper elaborates the conditions of faults as the dominant channel of oil and gas migration under special oil and gas geological conditions, and points out whether the migration channel exists the migration of oil and gas is also related to the relative position of fault with source rock, faults internal structure, cross-section morphology and faults combination. It provides a research way of thinking and research method for the shallow oil and gas reseroirs in the basin which is similar to the geological situation.

oil and gas migration pathway; high angle fault; shallow oil and gas reservoir

TE8

A

1672-5174(2018)02-073-06

10.16441/j.cnki.hdxb.20160365

劉濤， 張宏兵， 許自強(qiáng)， 等. 斷裂作為油氣運(yùn)移優(yōu)勢(shì)通道的條件分析——以珠一西地區(qū)為例[J]. 中國(guó)海洋大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2018, 48(2): 73-78.

LIU Tao, ZHANG Hong-Bing, XU Zi-Qiang, et al. Analysis of the conditions of faults as the dominant channel of oil and gas migration: a case study of ZHUYI WEST area[J].Periodical of Ocean University of China, 2018, 48(2): 73-78.

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41374116，41574105)資助

Supported by National Natural Science Foundation of China(41374116，41574105)

2016-10-26；

2016-12-18

劉濤(1984-)，男，工程師，主要從事地震資料處理、解釋研究。E-mail：liutao9@cnooc.com.cn

? ? 通訊作者：E-mail：pengs@ouc.edu.cn

責(zé)任編輯 徐 環(huán)