黃河口凹陷新近系斷裂-砂體控藏分析
——以墾利3-2構(gòu)造為例

于海波 牛成民 彭文緒 王德英 鄭江峰

(中海石油(中國)有限公司天津分公司渤海油田勘探開發(fā)研究院)

黃河口凹陷新近系斷裂-砂體控藏分析
——以墾利3-2構(gòu)造為例

于海波 牛成民 彭文緒 王德英 鄭江峰

(中海石油(中國)有限公司天津分公司渤海油田勘探開發(fā)研究院)

以墾利3-2構(gòu)造為例,通過斷層斷距統(tǒng)計半定量分析了該構(gòu)造區(qū)新近系斷層活動規(guī)律,系統(tǒng)研究了斷層活動、砂體發(fā)育對油氣成藏的控制作用。斷層活動時間與儲蓋組合“耦合”控制了油氣垂向聚集層位,斷層活動強度與砂體發(fā)育展布“耦合”控制了油氣平面分布,邊界斷層應(yīng)力調(diào)節(jié)帶是油氣聚集的優(yōu)勢區(qū)帶。在斷裂-砂體的控制下,新近系主要含油層段明下段形成了油氣富集程度高的巖性-構(gòu)造油氣藏和構(gòu)造-巖性油氣藏。

黃河口凹陷 斷裂-砂體 油氣成藏 墾利3-2構(gòu)造

關(guān)于我國東部油氣區(qū)斷層對成藏的控制作用的研究,前人大多是從新構(gòu)造運動特征、區(qū)域斷層活動規(guī)律、斷裂幾何學(xué)特征、斷裂輸導(dǎo)、斷裂帶內(nèi)部特征及斷層封堵等方面來分析[1-7]。近幾年來,隨著中國東部淺層河道砂體油氣的不斷發(fā)現(xiàn),斷裂-砂體控藏分析已受到越來越多的重視[8-9]。渤海海域南部黃河口凹陷烴源巖主要為古近系沙河街組湖相泥巖,但新近系明化鎮(zhèn)組下段油氣儲量占到已發(fā)現(xiàn)油氣儲量的一半以上;受郯廬走滑斷裂和新構(gòu)造運動的影響,該凹陷區(qū)斷裂發(fā)育,新近系主要為淺水三角洲和河流相沉積,河道砂體發(fā)育,油氣聚集成藏明顯受斷裂和砂體共同控制。因此,筆者結(jié)合實際鉆井結(jié)果,以墾利3-2構(gòu)造為例,詳細分析了斷裂砂體“耦合”控藏特征,以期進一步揭示黃河口凹陷淺層河道砂體油氣成藏的規(guī)律。

1 地質(zhì)概況

墾利3-2構(gòu)造位于黃河口凹陷西南斜坡帶,與萊北低凸起相鄰,是黃河口凹陷中央構(gòu)造的一部分,處于郯廬走滑斷裂西支構(gòu)造帶上(圖1)。墾利3-2構(gòu)造為發(fā)育于渤中34中央構(gòu)造脊南緣的一個掀斜斷塊,新近系發(fā)育曲流河、淺水三角洲沉積,以厚層泥巖夾砂巖為特征,淺水三角洲前緣砂體與湖相泥巖、曲流河河道砂體與河漫灘泥巖等形成多套有利的儲蓋組合,斷裂與砂體的發(fā)育構(gòu)成了淺層油氣聚集成藏的基本地質(zhì)條件。

圖1 墾利3-2構(gòu)造區(qū)域位置圖

2 斷裂特征與砂體發(fā)育特征

2.1 斷裂特征

受郯廬斷裂西支走滑斷層和新構(gòu)造運動的影響,墾利3-2構(gòu)造斷裂活動比較強烈,斷層較發(fā)育。早期主要受走滑斷裂的控制和近東西向邊界斷層的影響,形成了半背斜或斷塊的構(gòu)造背景;晚期受走滑斷層及邊界斷層派生的次級斷層的影響,淺層構(gòu)造被復(fù)雜化,形成了一系列的局部圈閉,地層明顯向北西方向傾斜。墾利3-2構(gòu)造范圍內(nèi),近南北向的走滑斷層和近東西向的邊界斷層是主控斷層,走滑斷裂上下貫通,深部陡傾,在淺層并不顯露,邊界斷層長期活動;邊界斷層、走滑斷層及其派生斷層在淺部呈“花狀”結(jié)構(gòu),共同控制了區(qū)內(nèi)新近系局部構(gòu)造的形成及變形。

依據(jù)現(xiàn)有三維地震資料,對墾利3-2構(gòu)造范圍內(nèi)主干斷層斷距進行了統(tǒng)計(圖2),其中 F0為郯廬走滑斷裂帶的一部分,位于工區(qū)的東南端,向南延伸超出墾利3-2構(gòu)造,走向近南北向;F1斷層位于構(gòu)造南部,為近東西走向,長期活動,向西延伸超出墾利3-2構(gòu)造,最大垂直斷距180m;次級斷層F2～F5主要呈北東走向,斷層性質(zhì)均為正斷層,以南東傾向為主,最大垂直斷距30～130m。

圖2 墾利3-2構(gòu)造主干斷層斷距統(tǒng)計

2.2 砂體發(fā)育特征

鉆井揭示,墾利3-2構(gòu)造范圍內(nèi)發(fā)育古近系沙河街組和東營組、新近系館陶組和明化鎮(zhèn)組以及第四系平原組,其物源主要來自墾東凸起方向,其中沙河街組儲層位于扇三角洲前緣亞相,主要為細砂巖,測井孔隙度7.4%～20.2%;東營組儲層以粗—中砂巖為主,為辮狀河三角洲沉積,測井孔隙度14.4%～24.4%,滲透率7.8～328.5mD,為中孔中低滲儲層;館陶組儲層主要為含礫細砂巖、含礫中砂巖和細砂巖,為低彎度曲流河沉積,巖性較為疏松,孔隙發(fā)育,連通性好,測井孔隙度主要分布在15.0%～25.0%之間,滲透率主要分布在10.0～500.0mD之間;明下段儲層主要為細砂巖、粉砂巖,為淺水三角洲沉積,巖心樣品實測孔隙度20.3%～37.4%,滲透率4.8～2 716.8mD,具有中高孔滲的儲集物性特征。

3 斷裂-砂體耦合對油氣成藏的控制作用

3.1 斷層活動時間與儲蓋組合“耦合”控制油氣垂向聚集層位

圖3 墾利3-2構(gòu)造主要含油層段明下段儲蓋組合特征

墾利3-2構(gòu)造明化鎮(zhèn)組下段主要為淺水三角洲相沉積,表現(xiàn)為“泥包砂”沉積特征(圖3),砂巖含量10%～17%,平均14%,單砂層厚度0.4～28.9m,砂泥比小于20%,泥巖單層最大厚度可達95m,橫向發(fā)育比較穩(wěn)定,形成了淺水三角洲分流河道砂巖與淺水湖相泥巖組成的良好儲蓋組合,為油氣的聚集成藏提供了良好的場所。

墾利3-2構(gòu)造晚期斷裂發(fā)育,大多數(shù)斷至古近系,為邊界斷層F1和走滑斷層F0的派生斷層,主要形成于中新世構(gòu)造運動較強時期,對沉積無明顯的控制作用,主要是使淺層圈閉復(fù)雜化,對油氣聚集成藏具有調(diào)整、控制作用。

通常多采用斷層生長指數(shù)和斷層落差[10-14]進行斷層活動強度、活動規(guī)律的研究。墾利3-2構(gòu)造斷裂多數(shù)為晚期斷層,與邊界斷層呈平行或“y”字型相交,上升盤與下降盤地層等厚,因此,結(jié)合該構(gòu)造晚期斷層活動特征,利用斷距統(tǒng)計方法進行斷層主要活動時間和活動強度半定量分析具有一定的可行性。從墾利3-2構(gòu)造地震解釋層位斷層斷距統(tǒng)計結(jié)果分析,F1～F5具有相似的特征(圖4),即在 T0～T02之間的層位斷距較大,在 T02層之上和在 T0層之下斷距逐漸減小,表明明下段沉積中期應(yīng)為晚期斷裂F2～F5斷層的主要活動時間,而F1為邊界斷層且長期持續(xù)活動。已鉆井揭示,測井解釋油氣層主要分布在明下段中下部,占整個構(gòu)造已發(fā)現(xiàn)油氣層的69.6%,其次為館陶組占25.4%,東營組和沙河街組共占5.0%,這與斷層的主要活動時間具有一致性,進一步說明油氣沿斷至新近系長期活動的斷層進行過垂向運移,形成多個含油氣層位,晚期斷層進一步調(diào)整、分配油氣,所以斷層活動時間與儲蓋組合的“耦合”關(guān)系決定了油氣垂向聚集層位。

圖4 墾利3-2構(gòu)造斷層斷距統(tǒng)計特征

3.2 斷層活動強度與砂體發(fā)育展布“耦合”控制油氣平面分布

墾利3-2構(gòu)造淺層沉積環(huán)境主要為淺水三角洲(明下段)、低彎度曲流河(館陶組),砂體沉積受河道控制為主,河道側(cè)向遷移比較大,導(dǎo)致儲層橫向展布存在一定的變化。明下段主要含油層段發(fā)育淺水三角洲前緣亞相沉積,物源來自墾東凸起方向,由于湖水波浪作用比較弱,沉積微相主要為分流河道沉積,河口壩和遠砂壩相對不發(fā)育。墾利3-2構(gòu)造淺層主要含油氣層段地震屬性圖(圖5)揭示,砂體在平面上主要呈北東—南西方向分布,與主要構(gòu)造斷裂走向一致,西北方向砂體發(fā)育較差。

圖5 墾利3-2構(gòu)造地震最小振幅屬性圖(圖中黃色為河道砂體)

墾利3-2構(gòu)造晚期斷裂發(fā)育存在差異,南塊斷裂發(fā)育并形成多個斷塊或斷鼻構(gòu)造,北塊斷裂欠發(fā)育,邊界斷層、走滑斷層及晚期斷裂與砂體發(fā)育展布匹配關(guān)系對油氣的平面富集起到了關(guān)鍵作用,并決定了構(gòu)造內(nèi)南北兩塊油氣平面分布的差異性。

墾利3-2構(gòu)造南塊儲層砂體、斷裂發(fā)育(圖5), F1為邊界斷層,長期持續(xù)活動,與砂體分布一起控制著南塊油氣的聚集分布。實鉆結(jié)果表明,油氣層主要發(fā)育在南塊,3口井鉆探的油層累計厚度占整個構(gòu)造已發(fā)現(xiàn)油層的66%,各井鉆遇的油氣層厚度普遍大于北塊,進一步證實了邊界斷層活動強度大,有利于油氣運移聚集成藏。

墾利3-2構(gòu)造北塊 F2、F3、F4三條派生斷層控制和調(diào)整油氣的聚集成藏,它們在明下段 T1612、T1512、T1442(明下段中部主力油層頂面地震解釋層位,控制油氣層分布)時期活動特征具有一定的相似性,均表現(xiàn)為斷層斷距 F3最大,F4次之,F2最小(圖6)。在這3條斷層附近分別鉆探了KL3-2-1、KL3-2-2和KL3-2-4井(圖2),其中東部的KL3-2-1、KL3-2-2井儲層分布穩(wěn)定,具有可對比性,鉆遇油氣層的厚度與F2、F3斷層活動強度具有很好的對應(yīng)關(guān)系(圖6),即斷層活動強度大,油氣聚集豐度高,油氣層厚度大;西部的 KL3-2-4井油氣層厚度相對較薄,實鉆資料揭示該井油層發(fā)育受斷層活動強度和砂體發(fā)育程度雙重控制,盡管F4斷層活動強度在該井區(qū)比較大,但因砂體橫向變化導(dǎo)致儲層欠發(fā)育,進而導(dǎo)致該井區(qū)油氣聚集豐度不高。

圖6 墾利3-2構(gòu)造明下段斷層斷距及油層厚度統(tǒng)計

3.3 邊界斷層應(yīng)力調(diào)節(jié)帶為油氣聚集優(yōu)勢區(qū)帶

邊界斷層 F1斷距大,長期處于活動中,但早期活動強度較弱,晚期活動性增強。在邊界斷層F1控制的南塊所鉆探的3口井中,KL3-2-3井所在區(qū)域淺層明下段、館陶組油氣富集程度高,油氣層厚度大,分別占新近系已發(fā)現(xiàn)油氣層累計厚度的25%和17%(圖7),邊界斷層F1在此處的特征表現(xiàn)為斷距較小,而從此處向兩端斷距均較大,說明在構(gòu)造運動期間,邊界斷層應(yīng)力在 KL3-2-3井區(qū)發(fā)生了變換,使得該井區(qū)成為應(yīng)力調(diào)節(jié)帶(圖7)。

圖7 墾利3-2構(gòu)造油層分布與邊界斷層斷距特征

構(gòu)造應(yīng)力調(diào)節(jié)帶的存在是 KL3-2-3井區(qū)淺層油氣聚集豐度高的主要原因。構(gòu)造應(yīng)力是油氣聚集的主要動力之一,尤其是成藏期構(gòu)造應(yīng)力場直接控制油氣聚集和分布[15]。油氣總是從高勢區(qū)向低勢區(qū)運移,油勢梯度變化最大的方向為油氣運移的主要方向,低油勢區(qū)是油氣聚集的最有利區(qū)[15-16]。構(gòu)造應(yīng)力場與油氣運移勢場具有密切的相關(guān)關(guān)系,在構(gòu)造應(yīng)力場中,油氣流體勢能高低不均衡,導(dǎo)致應(yīng)力驅(qū)動油氣從高勢能區(qū)向低勢能區(qū)運移[17]。邊界斷層F1的斷距在 KL3-2-3井區(qū)比由該井區(qū)向兩端要小(圖7),該帶處于應(yīng)力低勢區(qū),為油氣運聚成藏的優(yōu)勢區(qū)帶。

3.4 斷裂-砂體“耦合”關(guān)系控制油氣富集程度及成藏模式

墾利3-2構(gòu)造斷層活動時間與儲蓋組合的“耦合”控制了油氣的垂向聚集層位,斷層活動強度與砂體發(fā)育展布的“耦合”制約并影響了油氣平面分布,來自黃河口凹陷西南次洼的油氣經(jīng)斷裂、砂體、不整合面組合形成的復(fù)式輸導(dǎo)系統(tǒng)運移至該構(gòu)造后,沿斷層進行垂向運移,沿儲層側(cè)向匯聚。

對墾利3-2構(gòu)造主力含油層段明下段按油組進行統(tǒng)計,結(jié)果表明砂巖百分含量與油氣層厚度之間的相關(guān)關(guān)系可分為兩種情況(圖8):一是油氣層厚度與砂巖百分含量呈正相關(guān)關(guān)系,油氣成藏主要受砂體發(fā)育控制,即砂巖百分含量高、厚度大,相應(yīng)的油氣層厚度大、富集程度高;二是油氣層厚度與砂巖百分含量相關(guān)性不明顯,油氣成藏主要受斷層活動控制,在斷層活動時間內(nèi),斷層活動強度大,油氣充注能力強,油氣層厚度大、富集程度高。

圖8 墾利3-2構(gòu)造明下段各油組砂巖百分含量與油氣層厚度關(guān)系

理論上,斷層和砂體的接觸關(guān)系與油氣聚集關(guān)系密切,平行于斷層的砂體不利于油氣聚集,斜交或正交于斷層的砂體有利于油氣聚集成藏。鄧運華提出斷裂-砂體油氣運移“中轉(zhuǎn)站”模式,認(rèn)為當(dāng)砂體內(nèi)的油氣達到一定的飽和度時,在溫壓系統(tǒng)的作用下,隨著斷層的“幕式”活動,油氣從砂體即“中轉(zhuǎn)站”中沿斷層向上運移成藏[9]。薛永安等提出斷層-儲層組合樣式控制淺層油氣富集,并根據(jù)大斷層上升盤、下降盤兩側(cè)儲層翹傾方向不同,將斷層-儲層組合樣式劃分為下傾-上抬型、下傾-下傾型、上抬-上抬型和上抬-下傾型4種類型[18]。墾利3-2構(gòu)造邊界斷層與兩側(cè)砂體組合形成下傾-下傾型,表現(xiàn)為典型的斷裂主控下油氣傾向于在下降盤聚集的特征,構(gòu)造范圍內(nèi)淺層斷裂活動性強,油氣充注能力強,砂體發(fā)育展布影響了油氣的分布,斷層-砂體的耦合關(guān)系控制了油氣的富集程度,主要含油層段明下段油氣分布受構(gòu)造和巖性雙重控制,形成巖性-構(gòu)造油氣藏和構(gòu)造-巖性油氣藏(圖9)。

圖9 墾利3-2構(gòu)造油藏剖面圖

4 結(jié)論

(1)斷層活動時間與儲蓋組合“耦合”共同控制了墾利3-2構(gòu)造油氣垂向聚集層位,決定了油氣主要在新近系明下段聚集成藏;斷層活動強度與砂體發(fā)育展布“耦合”控制了墾利3-2構(gòu)造油氣平面分布,導(dǎo)致構(gòu)造南北兩塊油氣分布存在差異;邊界斷層應(yīng)力調(diào)節(jié)帶為墾利3-2構(gòu)造油氣聚集的優(yōu)勢區(qū)帶。

(2)斷層-砂體“耦合”關(guān)系控制了墾利3-2構(gòu)造油氣富集程度及成藏模式。在斷層主要活動時間內(nèi),斷層活動強度大,砂體發(fā)育,油氣富集程度高,油氣層厚度大;主要含油層系明下段油氣分布受構(gòu)造、巖性雙重控制,形成巖性-構(gòu)造油氣藏和構(gòu)造-巖性油氣藏。

[1] 龔再升,王國純.渤海新構(gòu)造運動控制晚期油氣成藏[J].石油學(xué)報,2001,22(2):1-7.

[2] 鄧運華.郯廬斷裂帶新構(gòu)造運動對渤海東部油氣聚集的控制作用[J].中國海上油氣:地質(zhì),2001,15(5):301-305.

[3] 龔再升.中國近海含油氣盆地新構(gòu)造運動和油氣成藏[J].石油與天然氣地質(zhì),2004,25(2):133-138.

[4] 龔再升.中國近海盆地晚期斷裂活動和油氣成藏[J].中國石油勘探,2004,9(2):12-19.

[5] 單寶忠.濟陽坳陷邊界斷裂幾何學(xué)特征及其對油氣成藏的控制作用[J].特種油氣藏,2007,14(1):19-21.

[6] 付廣,付曉飛.斷裂輸導(dǎo)系統(tǒng)及其組合對油氣成藏的控制作用[J].世界地質(zhì),2001,20(4):344-349.

[7] 高君,呂延防,田慶豐.斷裂帶內(nèi)部結(jié)構(gòu)與油氣運移及封閉[J].大慶石油學(xué)院學(xué)報,2007,31(2):4-7.

[8] 何登發(fā).斷裂-巖性體油氣藏特征[J].石油學(xué)報,2007,28(2): 22-28.

[9] 鄧運華.斷裂-砂體形成油氣運移的“中轉(zhuǎn)站”模式[J].中國石油勘探,2005,10(6):14-17.

[10] 趙勇,戴俊生.應(yīng)用落差分析研究生長斷層[J].石油勘探與開發(fā),2003,30(3):13-15.

[11] 張凡芹,王偉鋒,戴俊生.沾化凹陷斷層活動性及其對層序發(fā)育的控制作用[J].石油與天然氣地質(zhì),2003,24(3):253-259.

[12] 陳剛,戴俊生,葉興樹,等.生長指數(shù)與斷層落差的對比研究[J].西南石油大學(xué)學(xué)報,2007,29(3):20-23.

[13] 陳剛強,王偉鋒,萬鈞.民豐洼陷斷層活動性及其對層序的控制作用[J].新疆石油地質(zhì),2007,28(4):480-482.

[14] 馬曉鳴,戴俊生.應(yīng)用落差分析研究高郵凹陷南斷階主控斷層[J].西安石油大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2007,22(4):31-34.

[15] 張樂,姜在興,郭振廷.構(gòu)造應(yīng)力與油氣成藏關(guān)系[J].天然氣地球科學(xué),2007,18(1):32-36.

[16] 張明利,萬天豐.含油氣盆地構(gòu)造應(yīng)力場研究新進展[J].地球科學(xué)進展,1998,13(1):38-43.

[17] 王紅才,王薇,王連捷,等.油田三維構(gòu)造應(yīng)力場數(shù)值模擬與油氣運移[J].地球?qū)W報,2002,23(2):175-178.

[18] 薛永安,鄧運華,余宏忠.渤海海域近期油氣勘探進展與創(chuàng)新認(rèn)識[J].中國石油勘探,2008,13(4):1-7.收稿日期:2009-09-18

(編輯:崔護社)

Abstract:As a case study,Neogene fault activity is semi-quantitatively analyzed by counting fault throws,and the control of Neogene fault activity and sandbody development over hydrocarbon accumulations are systematically researched in the structure Kenli3-2.The results have shown that the vertical intervals of hydrocarbon accumulation may be controlled by a“coupling”between fault activity time and reservoir-seal assemblage,that the hydrocarbon area distribution may be controlled by a“coupling”between faulting intensity and sandbody development,and that the stress adjustment zones of boundary faults are preferential in hydrocarbon accumulation.Under the control of fault and sandbody,some lithologic-strctural and structural-lithologic hydrocarbon accumulations formed in Lower Member,Minghuazhen Formation,which is one of Neogene main oil-bearing intervals in the area.

Key words:Yellow River Mouth depression;faultsandbody;hydrocarbon accumulation;the structure Kenli3-2

An analysis of Neogene fault-sandbody control over hydrocarbon accumulations in Yellow River Mouth depression:a case of the structure Kenli 3-2

Yu Haibo Niu Chengmin Peng Wenxu Wang Deying Zheng Jiangfeng
(Bohai Oilf ield E.&P.Research Institute,

Tianjin B ranch of CNOOC L td., Tinajin,300452)

于海波,男,2007年畢業(yè)于成都理工大學(xué)礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè),獲碩士學(xué)位,現(xiàn)從事油氣勘探研究。地址:天津市塘沽區(qū)609信箱勘探開發(fā)研究院(郵編:300452)。