饒陽凹陷留楚地區東二段、東三段斷—砂配置輸導 油氣能力及其與油氣富集關系

韓 剛 曹 成 張文婧 曹 陽 王樹恒 包 麗

（1東北石油大學地球科學學院；2東北石油大學“非常規油氣成藏與開發”省部共建國家重點實驗室；3中國石油大慶油田公司勘探開發研究院）

0 引言

勘探實踐證明，含油氣盆地下生上儲式生儲蓋組合中斷裂和砂體配置是油氣運移的重要輸導通道[1-2]，并在一定程度上控制著油氣的分布。斷裂與砂體配合形成的各種類型的油氣藏已成為我國目前油氣勘探的主要目標。這不僅表現在含油氣盆地的隆起區，而且也表現在含油氣盆地的凹陷區。關于斷裂和砂體作為油氣運移輸導通道，國內外學者通過野外觀察、理論研究、物理模擬[3-11]等方面進行了大量研究，闡述了影響斷裂和砂體輸導有效性的因素[12-15]、斷裂和砂體輸導油氣特征[16-17]及斷裂和砂體分布對油氣成藏與分布的控制作用[18-21]等，對指導含油氣盆地斷裂發育區油氣分布規律認識和油氣勘探起到了非常重要的作用。但對構成斷—砂配置輸導體系的斷裂優勢輸導通道與砂體的分布特征，以及不同輸導油氣能力的斷—砂配置輸導體系與油氣聚集成藏之間關系等方面的研究幾乎沒有。基于此，本文從刻畫斷裂優勢輸導通道和連通砂體分布入手，研究斷—砂配置輸導體系輸導油氣能力與油氣富集關系，對于正確認識含油氣盆地下生上儲式生儲蓋組合油氣成藏規律和指導油氣勘探均具重要意義。

1 地質概況

渤海灣盆地是中國東部重要的含油氣盆地[22-25]。 留楚地區位于該盆地冀中坳陷饒陽凹陷南部（圖1），是受東側留楚—黃埔村斷裂和西側大王莊東斷裂雙向擠壓形成的北東向不對稱塌陷背斜構造。背斜核部位于留楚地區北部和中部地區，背斜東翼陡、西翼緩。

圖1 留楚地區構造綱要圖Fig.1 Structural outline map of Liuchu area

留楚地區從下至上發育的地層有古近系孔店組、沙河街組、東營組和新近系館陶組、明化鎮組及第四系平原組（圖2）。目前留楚地區已發現的油氣主要分布在東營組二段和三段（分別簡稱東二段、東三段），少量分布在東營組一段（簡稱東一段）和館陶組，油氣源對比結果[25-27]表明，其油氣主要來自下伏沙河街組一段（簡稱沙一段）烴源巖，屬于典型的下生上儲式生儲蓋組合。然而，留楚地區東二段、東三段目前已發現的油氣主要分布在北部留楚背斜核部，少量分布在中北部留楚南背斜核部，這除了與其構造和儲層發育有關，在很大程度上受到東二段、東三段斷—砂配置輸導體系輸導油氣能力強弱的影響，斷—砂配置輸導體系輸導油氣能力越強，越有利于油氣聚集分布；反之，則不利于油氣聚集與分布。因此，明確斷—砂配置輸導體系內在機理和控制要素應是留楚地區東二段、東三段油氣勘探的關鍵。

圖2 留楚地區斷裂系統劃分模式圖Fig.2 Division pattern of fault system in Liuchu area

2 斷—砂配置輸導體系斷裂輸導通道特征

2.1 斷裂類型及特征

斷裂不僅可以作為油氣聚集的遮擋，更重要的是作為油氣運移的輸導通道，起著連接烴源巖和圈閉的橋梁作用，使油氣聚集成藏[28-32]。留楚地區東二段、東三段內發育有大量不同規模和類型的斷裂，各斷裂呈密集帶分布（圖3a）。依據斷裂的活動時期：沙河街組三段（簡稱沙三段）屬于伸展期、東營組屬于走滑伸展期、館陶組以來屬于張扭期（圖2），留楚地區東二段、東三段儲層中發育早期伸展斷裂、中期走滑伸展斷裂、晚期張扭斷裂、早期伸展—中期走滑伸展斷裂、中期走滑伸展—晚期張扭斷裂和早期伸展—中期走滑伸展—晚期張扭斷裂6種類型。其中，連接沙一段烴源巖和東二段、東三段儲層且在油氣成藏期——明化鎮組沉積末期活動的斷裂，即第五類中期走滑伸展—晚期張扭斷裂和第六類早期伸展—中期走滑伸展—晚期張扭斷裂兩類，是沙一段烴源巖生成的油氣向上覆東二段、東三段儲層運移的優勢輸導通道（圖3b）。由圖3可以看出，留楚地區東二段、東三段輸導斷裂呈北北東向展布，第五類中期走滑伸展—晚期張扭斷裂幾乎全區范圍內發育，第六類早期伸展—中期走滑伸展—晚期張扭斷裂僅在邊部發育。

圖3 留楚地區東二段、東三段不同類型斷裂分布圖Fig.3 Distribution of different type faults of Ed2+3 members in Liuchu area

2.2 優勢輸導通道分布特征

受斷層面凸凹不平的影響，留楚地區沙一段烴源巖生成的油氣并非沿整條輸導斷裂大面積向上覆東二段、東三段儲層中運移，而是沿著凸面脊部向上運移。由于凸面脊部構造位置相對較高，為油氣運移的高勢區，而凹面脊部構造位置相對較低，為油氣運移的低勢區，油氣沿斷裂由下至上運移過程中，凸面脊兩側凹面脊部的油氣會向凸面脊部匯聚運移，形成優勢運移通道（圖4）。由此可知，油氣主要是通過凸面脊沿輸導斷裂由下至上運移。根據三維地震資料解釋追索留楚地區東二段、東三段內每條輸導斷裂斷面形態，以及斷面凸脊、凹脊分布位置確定斷裂優勢輸導通道位置（圖5）。

圖4 油源斷裂凸面脊匯聚運移油氣示意圖 Fig.4 Sketch map of hydrocarbon migration and accumulation along convex ridge of oil source faults

圖5 留楚—皇甫村油源斷裂優勢輸導通道分布圖Fig.5 Distribution of dominant hydrocarbon transport paths of oil source faults in Liuchu-Huangpucun area

3 斷—砂配置輸導體系砂體分布特征

由于留楚地區東二段、東三段探井少且分布不均，難以準確確定其砂體空間連續分布范圍，故只能利用地層砂地比資料來間接預測。由已知井點處東二段、東三段油氣層的砂地比值統計結果可以看出（圖6），留楚地區東二段、東三段油層最小平均砂地比為20%，即其砂體連通所需最小砂地比應為20%。因為只有砂體連通，砂體與輸導斷裂配置，沙一段烴源巖生成的油氣才可以向上覆東二段、東三段儲層運移，進而聚集成藏；否則油氣不能進入，也就無油氣聚集成藏。

圖6 留楚地區東營組平均砂地比統計圖Fig.6 Relationship between sand-formation ratio and oil-gas distribution of Ed Formation in Liuchu area

圖7 留楚地區東二段、東三段斷—砂配置輸導體系與砂體分布關系Fig.7 Relationship between hydrocarbon transport system of fault-sandstone configuration and distribution of sand bodies of Ed2+3 members in Liuchu area

利用鉆井和地震資料預測留楚地區東二段、東三段連通砂體分布可知（圖7），留楚地區東二段、東三段輸導斷裂兩側發育大量砂體，除了北部邊部外，其余廣大地區砂體皆為連續分布。東二段、東三段這種斷—砂配置輸導體系主要是由輸導斷裂優勢輸導通道與上盤連通砂體構成，在平面上主要分布在留楚地區東部、南部和中北部地區，西部地區相對較少。

4 斷—砂配置輸導體系輸導油氣能力及分布特征

留楚地區東二段、東三段斷—砂配置輸導體系輸導油氣能力的強弱，還受到與其連接下伏烴源巖品質好壞的影響。被油源斷裂溝通的烴源巖品質越好，為油源斷裂優勢通道輸導提供的油氣量越多，越有利于油源斷裂優勢通道輸導油氣；反之則不利于輸導油氣。因此，沙一段烴源巖品質越好，東二段、東三段斷—砂配置供油氣能力越強；反之則越弱。由鉆井及地震資料統計可知，留楚地區沙一段烴源巖厚度最大可以達到200m以上，主要分布在留楚地區北部，東南部烴源巖厚度減小至50m以下，如圖8所示。有機地球化學測試結果表明，留楚地區沙一段烴源巖有機質豐度相對較高，總有機碳含量（TOC）為0.6%～2.0%；氯仿瀝青“A”為0.15%～0.2%；生烴潛量（S1+S2）為3.0～9.0mg/g；有機質類型以Ⅱ1和Ⅱ2為主；有機質演化已進入生烴門限（埋藏深度為3000m），Ro為0.5%～1.0%。留楚地區沙一段烴源巖品質分為好、中等和差3個 等級。將東二段、東三段斷—砂配置輸導體系分布與沙一段烴源巖分布區疊合（圖8）可以看出，強輸導油氣能力的斷—砂配置輸導體系個數相對較多，主要分布在留楚地區北部的好品質烴源巖區；其次弱輸導油氣能力的斷—砂配置輸導體系，主要分布在留楚地區東南部的差品質烴源巖區；再次為中等輸導油氣能力的斷—砂配置輸導體系，主要分布在留楚地區中部及東、西兩側邊部的中等品質烴源巖區。

圖8 留楚地區東二段、東三段斷—砂配置輸導體系與沙一段優質烴源巖分布關系圖Fig.8 Relationship between hydrocarbon transport system of fault-sandstone configuration of Ed2+3 members and distribution of high-quality source rocks of Es1 member in Liuchu area

5 斷—砂配置輸導體系對油氣成藏與分布的控制作用

從圖7可以看出，留楚地區東二段、東三段目前已發現的油氣主要分布在北部留楚背斜核部和中北部留楚南背斜核部，與不同輸導油氣能力斷—砂配置輸導體系分布之間存在較好的對應關系。通過統計工業油流井與不同輸導油氣能力斷—砂配置輸導體系之間的關系（圖7）可知，強輸導油氣能力斷—砂配置輸導體系附近油氣最富集，其次是中等輸導油氣能力斷—砂配置輸導體系，弱輸導油氣能力斷—砂配置輸導體系附近目前尚未獲得工業油流井。這是因為只有位于強輸導油氣能力斷—砂配置輸導體系附近的圈閉，才能從下伏沙一段烴源巖獲得大量油氣，有利于油氣運聚成藏，油氣最為富集。位于中等輸導油氣能力斷—砂配置輸導體系附近的圈閉，從下伏沙一段烴源巖獲得的油氣有限，只能形成少量的油氣聚集，典型例子為留楚南背斜（圖9）。而位于弱輸導油氣能力斷—砂配置輸導體系附近的圈閉，從下伏沙一段烴源巖獲得的油氣更少，不利于油氣聚集成藏，如留楚地區南部及東、 西兩側（圖1）。

圖9 留楚地區油氣藏剖面圖（剖面位置見圖1）Fig.9 Oil and gas reservoirs profile in Liuchu area（profile location as shown in Fig.1）

6 結論

（1）留楚地區東二段、東三段儲層與下伏沙一段烴源巖被多套泥巖層相隔，沙一段烴源巖生成的油氣不能直接通過地層巖石孔隙向上覆東二段、東三段儲層運移，只能通過斷裂才能使沙一段烴源巖生成的油氣進入東二段、東三段儲層，而只有連接沙一段烴源巖和東二段、東三段儲層且在油氣成藏期活動的斷裂才能構成斷—砂配置的優勢輸導通道。

（2）留楚地區東二段、東三段斷—砂配置輸導體系主要由斷裂優勢輸導通道和連通砂體構成，其輸導油氣能力的強弱與烴源巖品質密切相關并控制著油氣富集程度，這一研究結果與留楚地區東二段、東三段油氣勘探所揭示的油氣分布相吻合。