1、断层成为油气有效运移通道的主控因素分析以东营凹陷南斜坡为例长江大学(自然科学版)2008 年 9 月第 5 卷第 3 期:理工JournalofYangtzeUniversity(NatSciEdit)Sep.2008,Vo1.5No.3:Sci8LEng断层成为油气有效运移通道的主控因素分析以东营凹陷南斜坡为例韩忠义(胜利油田分公司现河采油厂,山东东营 267068)摘要立足于成熟探区油气勘探取得的成果和认识,以东营凹陷南斜坡为例,对断层成为油气有效运移通道的主控因素进行了分析.研究结果表明,处于南斜坡低部位和高部位的断层,由于受到油气供给条件的影响,它们成为油气有效运移通道的主控因素不同.
2、在南斜坡低部位,由于断层直接沟通有效生油岩,成烃期后断层的活动性是断层成为油气有效运移通道的主要控因;而在南斜坡高部位,由于断层远离生油洼陷,油气首先要沿着输导层发生较长距离的侧向运移后才能进入断层,因而输导层构造形态对断层成为油气有效运移通道起到明显的控制作用.通过开展断层成为油气有效运移通道的主控因素分析,这可以进一步提高断层相关圈闭的勘探及滚动勘探成功率,从而为我国断陷盆地的老区挖潜增效提供理论支持.关键词 断层 ;油气; 运移通道;东营凹陷;南斜坡中国分类号TEl22.1 文献标识码A文章编号16731409(2008)O3 一 N05204中国东部地区绝大多数油气藏受断裂控制,中,西
3、部地区油气藏大多也与断裂有密切的关系.通过对全国范围内大庆等 4O 个具有典型代表意义的油气田统计 ,断裂对烃源岩,运移,圈闭,油气聚集,油气藏分布的重要控制率都在 70%以上_1.断层对油气的成藏和分布具有双重作用.通常情况下封闭的断层可以作为油气聚集的重要遮挡条件,而开启的断层可以作为油气纵向运移的通道.尽管许多学者依据断层现今的封闭性进行断层的油气输导能力评价 r3,但现今封闭的断层不能说明在油气主要运移期断层也是封闭的.中国东部含油气盆地内绝大多数断层都具有多幕继承性活动特点4,断层的封闭性在地质历史时期也呈现波动性变化.另外,断层能够成为油气有效运移通道,这不仅需要在油气主要运移期断
4、层具有良好开启性,同时还需要有油气注入断层的充足物质基础和能量条件.中国渤海湾盆地大量油气勘探实践表明,并非所有开启性断层都是油气有效运移通道,为此探井落空的实例也屡见不鲜 j.因此,断层成为油气有效运移通道受到了多种因素影响,是一个十分复杂和亟待解决的问题.笔者立足于成熟探区油气勘探取得的成果和认识,通过典型实例解剖对断层成为油气有效运移通道的主控因素进行分析,以期能为我国东部断陷盆地老区挖潜增效工作提供一定的理论支持.1 油气地质概况研究区位于渤海湾盆地东营凹陷南斜坡地区,勘探面积约 600km.该区整体构造呈北低南高的单斜构造背景,但有 2 个大型鼻状构造带近似呈“V“型横亘研究区内.研
5、究区位置及构造单元划分如图 1 所示.图 1 研究区位置及构造单元划分收稿日期2008 一 O6 一 n作者简介 韩忠义 (1960 一), 男,1986 年大学毕业,高级工程师,现主要从事石油地质学和储层地质学方面的研究工作.第 5 卷第 3 期:理工韩忠义:断层成为油气有效运移通道的主控因素分析以东营凹陷南斜坡为例?53?历经 40 余年的油气勘探工作,目前该区已进入较高的油气勘探期.在该区沙四上亚段(Es:=),沙三下亚段(Es3v), 沙三中亚段(Es), 沙三上亚段(Es)和沙二段(Es.) 等多套层系中都发现了油气藏,油气藏类型主要为断块油气藏,构造一岩性油气藏和超压岩性油气藏.断
6、层与该区油气藏的形成和分布密切相关,但也发现了一些断块具有良好构造圈闭而探井落空.2 断层发育特征及其封闭性分析一般认为,油气聚集期停止活动的断层,特别是停止活动时间较长的断层,多数情况下对油气起到封堵作用;而在油气聚集期尚活动的断层通常具有开启性 ,使油气沿断层通道由深层向浅层运移7 卅.Hippler 对拉张型断层附近砂岩的显微变形构造与成岩作用研究发现1,盆地中与油气二次运移同期活动的断层对油气运移起重要的通道作用.在剖面上,东营凹陷南斜坡东段下第三系断裂体系呈现出“双层结构“;在下第三系深部层系发育有一系列的南倾正断层,这些断层向上延伸到孔店组及沙河街组 Es;在 Es 到 Es.沉积
7、期,研究区进入强烈断陷构造活动阶段,发育了一系列的北倾正断层,这构成了下第三系上部构造层.众多的北倾断裂带都具有明显的生长断层性质,断层上,下盘地层沉积厚度差异较大.很多断层都断至 T 地震反射层即断至上第三系,这表明这些断层在晚第三纪仍存在着一定的活动性.无论断层现今的封闭与否,但这些北倾断层在晚第三纪活动过程中应具有很好的开启性.东营凹陷油气主要生成期及运聚期是处于东营组沉积后期以及晚第三纪 Ell,12.因此,在时间序列上晚第三纪断层的活动与研究区生油岩的大量生烃过程具有很好的匹配关系,诸多北掉断层都具有成为油气有效纵向运移通道的开启性条件.3 断层成为油气有效运移通道的控因尽管研究区众
8、多断层在晚期都具有开启性,并且晚期断层的开启在时间序列上有效,但油气沿着这些断裂带的分布状况差异较大.通过对断层附近探井油气显示情况的统计发现,沿着一些断层附近常多个层系见到油气显示,而另一部分断层附近则探井出现多个层系全部落空.即使对于同一条断层,不同位置油气富集程度也存在较大差异.在东营凹陷南斜坡地区,有充足的油气资源注入断层是断层成为油气有效运移通道的另一个重要控制因素.依据断层的油气供给条件差异,可以将研究区断层进行分类评价,一类断层位于南斜坡低部位即牛庄洼陷及其南缘,直接沟通厚层有效生油岩;另一类断层位于南斜坡高部位,远离生油洼陷,油气首先需要沿输导层发生较长距离的侧向运移后才能进入
9、断层.3.1 南斜坡低部位断层东营凹陷南斜坡低部位发育有 Es和 Es2 套主力生油岩 ,有机质丰富 ,具有十分大的生油潜力.东营组沉积期后经历了 10ma 的剥蚀期或无沉积状态,在新近系沉积过程中南斜坡低部位主力生油岩(Es 和 Es)埋深再次加大,它们相继进入生油高峰期.受超压遮挡层的限定,烃类物质的生成等因素也导致了超压系统内异常流体压力的迅速升高】.在时间序列上,牛庄洼陷及其南缘油气的生成,超压系统的演化和断层的活动具有很好的对应关系,油气生成,超压演化及断层活动的时间序列对应图如图 2 所示.在晚第三纪断层的活动过程中,超压流体将沿着断裂带发生泄流,圈 2 油气生成,超压演化及断层活
10、动的时间序列对应圈长江大学(自然科学版)2008 年 9 月同时伴随烃类物质注入到这些油源断层内.研究区中,浅层地层水矿化度背景值都处于 3050g/L,但沿着晚期活动的油源断层附近常出现地层水矿化度异常,矿化度可以超过 200g/L.中,浅层系地层水矿化度的局部异常充分说明,晚期活动的油源断层是超压系统内油,气,水混相流体的主要泄流通道.牛 20 断层是牛庄生烃洼陷南缘一条近东西向延伸的典型油源断层,该断层断遇主力生油岩层.自东向西牛 2O 断层的晚期活动逐渐减弱,至西端在晚第三纪牛 2O 断层已经停止活动.在地震剖面上,牛 2O 断层东段及中段切穿了 T 地震反射轴,而牛 2O 断层西段未
11、断至 T地震反射轴.紧邻牛 20 断层北侧的一条近东西向连井剖面展示出含油性的差异,这与断层的晚期活动性密切相关,牛 2O断层北侧近东西向连井油气显示剖面图如图 3).在牛 2O 断层东部及中部,出现了沙河街组 Es,Es 和 Es 多个含油层图 3 牛 20 断层北侧近东西向连井油气显示剖面图系,而牛 2O 断层西部仅在 Es 见到了油气显示,并且含油丰度较低 .目前根据储量报告计算,牛 2O断层东段周缘地区 Es 上部层系已累计上报探明地质储量 114lOt,Es 累计上报探明储量超过 2500l0t;牛 20 断层中段周缘地区 Es 上部层系未上报探明储量,Es 累计上报探明储量约 18
12、00i0t;而牛 2o 断层西段周缘地区 Es 上部层系未见油气显示,Es 累计上报探明储量仅i00X10t.上述实例充分说明,油源断层的晚期活动性与油气资源的层间分布状况具有明显的对应关系.晚期断层的活动不仅与油气生成在时间序列上匹配,同时断层的开启诱发了超压系统内流体的活动,从而大量烃类物质能够注入断层.油源断层成为油气有效运移通道,关键取决于主力生油岩生烃后断层的活动状况.3.2 南斜坡高部位断层南斜坡高部位断裂体系远离主力生油岩,即断层没有与生油岩直接沟通.烃类物质首先需要沿 Es输导层发生较长距离的侧向运移1,然后遇到开启性断层后才有可能注入断层.在这种情况下,断层能否成为油气有效运
13、移通道已不仅仅取决于断层本身的开启性,更取决于断层与输导层的衔接状况.输导层顶面构造形态在宏观尺度上对油气运移和聚集具有重要的影响 L1.切穿不同构造部位的断层,油气注入的物质条件充足与否差异性较大.由于输导层构造“脊“ 或正向构造带通常是油气侧向运移和聚集的优势部位,切穿该位置处的断层具有充沛的油气物质基础,开启性断层可以成为油气有效纵向运移通道;输导层构造低洼带是油气运移路径的“分隔槽“I1 引,因为切穿该位置处的断层缺乏油气注入的物质基础,即使开启性很好的断层也很难成为油气有效运移通道.东营凹陷南斜坡大量实例证明,Es 输导层构造形态高部位断层的油气供给具有明显的控制作用.通 4 断层是
14、东营凹陷南斜坡高部位一条大型断裂带,沿该断裂带先后部署了多口探井.处于正向构造带的 G7 井在 Ed,Es,Es 和 Es 多个层系获得工业油流,而在构造低洼带的多口探井,如 T52 井,G108井和 Tl3 井在 Es 及其上部层系未见任何油气显示,通 2O 断层北侧近东西向连井油气显示剖面图如图 4.通 40 断层和官 114 断层近东西向展布,在第三纪它们整体都存在着强烈的活动.在沿着断层部署的诸多探井中,量趟媾疑到三 m.?,.,.- 一一一一一 一一 f_-.-.,-一一一一一,高.Es,“-,.-.,-._-l 一一一一一一.,-,.一一一一一.一.一一.-.-一,图 4 通 20
15、 断层北侧近东西向连井油气显示剖面图Iu/i!碡镰第 5 卷第 3 期:理工韩忠义:断层成为油气有效运移通道的主控因素分析以东营凹陷南斜坡为例只有处于 Es 输导层鼻状构造带上的探井在中,浅层见到了油气显示,而处于构造低洼带的探井在中,浅层未获得任何油气显示.上述实例充分说明,Es 输导层构造形态对南斜坡高部位断层能否成为油气有效运移通道具有重要的控制作用,只有断穿鼻状构造带的部分断层才是油气有效运移通道.总之,断层能够成为油气有效纵向运移通道需要同时满足油气运移期开启性条件,油气注入的充足物质条件和良好动力学条件.由于东营凹陷南斜坡低部位与高部位断层的油气供给条件存在差异,它们成为油气有效运
16、移通道的主控因素不同,相应评价方法也不一致.南斜坡低部位断层能够成为油气有效运移通道,主要受控于晚第三纪断层的活动性;而南斜坡高部位断层若成为油气有效运移通道,不仅需要断层具有良好的开启性,而且明显受到断层所切穿的输导层构造形态的控制.4 断层对油气分布的控制研究区油气分布特征主要表现为,在一定古构造背景上多个层系含油,多种油气藏类型叠置,这属于典型的“复式油气聚集带 “.该区众多油气藏都围绕断裂体系分布 ,断层对油气分布的控制作用十分明显.在南斜坡低部位的牛庄洼陷及其周缘存在两套有效的生油岩层,同时伴随地层流体的异常超压,断层成为超压生烃系统内地层流体的主要泄流通道.油气通过断层由深层向浅层
17、运移,在沙河街组 Es,Es 及 Es 等中,浅层系形成了常压构造油气藏及构造一岩性油气藏.同时,断层活动可以增强整个超压系统内地层流体的活动性“,沿着油源断层附近沙河街组 E 及 E 发育有超压岩性油气藏.李丕龙1. 指出,富油凹陷油气具有围绕生烃中心向外呈环状分布的特点.因此,油气运移和聚集过程正是受到了南斜坡低部位断层活动性控制,围绕牛庄洼陷的第一个“复式油气聚集带“ 得以形成.在东营凹陷南斜坡的高部位,油气沿着沙河街组 Es 输导层发生较长距离侧向运移.因而,Es 大型鼻状构造带或正向构造“脊“ 部是油气优势侧向运移和主要聚集场所 ,发育了大量常压构造油气藏及构造一岩性油气藏.切穿 E
18、s 大型鼻状构造带上断层,具有油气注人断层的充足物质条件,从而成为油气有效纵向运移通道.在大型鼻状构造带上众多开启性断层的层间沟通下,Es 以上多个层系形成了构造油气藏.在 Es4 输导层正向构造带上,断层有效沟通油气资源的层间分布,油气藏类型多样,多层系含油,叠合连片,从而远离生油洼陷的“复式油气聚集带“ 也得以形成.总之,在断层的有效层间沟通下,研究区油气主要遵从“复式油气聚集带“ 的分布规律.在南斜坡低部位,“复式油气聚集带 “的形成主要受控于晚期断层的活动性 ,临近生油洼陷周缘分布;而在东营凹陷南斜坡高部位,由于只有切穿输导层正向构造带的断层才能成为油气有效运移通道,“复式油气聚集带“
19、 主要形成于大型鼻状构造带.参考文献Ell 罗群.断裂控烃理论与油气勘探实践 EJ.地球科学 中国地质大学,2002,27(6):751756.23 张文昭 .中国陆相大油田M.北京:石油工业出版社,1997.33 高先志 ,杜玉民,张宝收.夏口断层封闭性及对油气成藏的控制作用模式J.石油勘探与开发,2003,30(3);76 78.4王志欣,信荃麟 .关于地下断层封闭性的讨论以东营凹陷为例J.高校地质,1997,3(3):293300.5安作相,马纪 .断裂与渤海湾盆地形成和油气的关系J.油气地质与采收率,2001,8(1):18 22.6付金华,刘玉亮 ,刘金等.临南地区断层输导体系与油气
20、成藏模式J.油气地质与采收率,2002,9(3):5558.7赵文智.石油地质综合研究导论M.北京:石油工业出版社,1999.232234.8阎福礼,贾东 ,卢华复等.东营凹陷油气运移的地震泵作用J.石油与天然气地质,1999,20(4):295298.9HopperECnFluidmigrationalonggrowthfaultsincompactingsedimentsJ.JournalofPetroleumGeology,1991,14(2):161180.1oHipplerSJ.Deformationmicrostructuresanddiagenesisinsandstoneadjacenttoanextensionalfault:implicationsfortheflowanden
