南堡凹陷東一段油氣成藏規(guī)律及輸導油氣能力評價

0東一年油氣成藏模式南堡坍塌位于渤海灣盆地黃仁部落北部。它是明代裂谷盆地的二維負向構(gòu)造單元。一般來說，北斷南超，形成了東西斜面斷裂。自上而下，有孔店群、沙河街群、營山群、新泉陶群、明化市群和第四系地層。截至目前,在南堡凹陷已發(fā)現(xiàn)了高尚堡、柳贊、老爺廟、南堡1號、南堡2號、南堡3號、南堡4號和南堡5號油田,油氣縱向上分布廣泛,從下部的沙河街組至上部的明化鎮(zhèn)組均有分布,但以東營組東一段居多。油源對比結(jié)果表明,東一段油氣主要來自下伏沙三段或沙一段—東三段源巖,二者之間至少相隔東二段地層中發(fā)育的大套泥巖蓋層,源巖生成的油氣只有通過斷裂才能向上運移至東一段并成藏。何種類型的斷裂才能成為東一段油氣的輸導通道?其輸導油氣能力的強弱與東一段油氣的分布又有何關(guān)系?對這些問題能否給予準確回答是東一段油氣勘探的關(guān)鍵。前人曾對南堡凹陷的油氣成藏進行過大量的研究和探討,其主要是斷裂的本身特征、區(qū)域構(gòu)造活動、沉積充填、蓋層和油氣運移等與油氣成藏的關(guān)系以及不同油氣藏類型、組合和區(qū)帶評價研究等[12,13,14,15,16,17,18,19]。雖然這些也涉及到斷裂對油氣運聚成藏的研究,但主要是針對控藏斷裂、油氣運移和油氣成藏等方面的研究,而針對東一段油氣成藏和油源斷裂及輸導油氣能力評價的研究較少。因此,開展南堡凹陷東一段油源斷裂分布及輸導油氣能力定量評價研究,對于探索其與油氣聚集關(guān)系、正確認識油氣成藏規(guī)律以及指導油氣勘探均具有借鑒作用。1斷裂活動時代三維地震解釋結(jié)果表明:南堡凹陷內(nèi)發(fā)育大量斷裂,其剖面呈平直、鏟式和坡坪式分布,以館陶組底為界,可將其分為上、下2套斷層系,其中上部斷層系的剖面以“V”字形、同向斷階、“Y”字形或反“Y”字形組合為主;下部斷層系的剖面則構(gòu)成“花狀”或“似花狀”組合,局部為“Y”字形或反“Y”字形組合[圖1(a)]。無論是上部斷層系還是下部斷層系,二者在平面上的斷裂均呈密集帶分布。南堡凹陷共發(fā)育22條密集帶,其中,NEE向斷裂密集帶為4條,NE向斷裂密集帶為12條,NW向斷裂密集帶為2條,近EW向斷裂密集帶為4條[圖1(b)]。通過對斷層的生長指數(shù)及剖面的伸展變形強度進行研究發(fā)現(xiàn),南堡凹陷主要有3個斷裂活動時期,即沙二段和沙三段沉積時期的伸展變形時期、沙一段—東營組沉積時期的走滑和伸展變形時期以及館陶組—第四紀沉積時期的張扭變形時期。由上可知,斷裂是沙三段或沙一段—東三段源巖生成的油氣向上覆東一段運移的輸導通道,但并非東一段內(nèi)的所有斷裂均可成為輸導通道,只有連接沙三段或沙一段—東三段源巖和東一段地層,且在前者大量排烴期—東營組沉積末期或明化鎮(zhèn)組沉積晚期的活動的斷裂才能成為有效輸導斷裂,即油源斷裂。從圖2可看出,南堡凹陷東一段油源斷裂非常發(fā)育,幾乎分布全區(qū),尤其是柳贊、高尚堡、老爺廟、南堡1號、南堡2號、南堡3號、南堡4號和南堡5號油田,其構(gòu)造都有利于下伏沙三段或沙一段—東三段源巖生成的油氣向東一段運移。2斷裂帶內(nèi)部滲透率,斷裂之所以能成為油氣在地下運移的輸導通道,是由斷裂帶本身的結(jié)構(gòu)特征所決定的。斷裂帶通常由滑動破碎帶和誘導裂縫帶組成(圖3),其中,滑動破碎帶位于斷裂帶的中心部位,表現(xiàn)為復雜、成組、交叉排列的斷層滑動面和相應(yīng)斷層體的組合,并以發(fā)育斷層巖和伴生裂縫為主要特征,其消耗了斷裂發(fā)育時釋放的大部分能量且集中了斷裂帶的大部分變形;誘導裂縫帶主要分布在斷裂兩側(cè)的有限區(qū)域內(nèi)或斷層末端的應(yīng)力釋放區(qū)內(nèi),并以斷裂伴生的低級別及多次序裂縫發(fā)育為特征,巖石被縱橫交錯的裂縫切割但仍保留了原母巖的基本特征。由于斷層巖和斷層泥的發(fā)育,導致滑動破碎帶的孔、滲均低于圍巖,使得其最終難以成為油氣向上運移的輸導通道,但誘導裂縫帶的滲透率明顯高于圍巖,其仍可成為油氣向上運移的輸導通道。正是由于斷裂帶內(nèi)部存在滲透率相對較高的誘導裂縫帶,當斷裂活動時,油氣才能在浮力作用下沿斷裂向上運移,并進入到上覆不同層位的地層中,從而起到對油氣垂向運移的輸導作用。大量研究結(jié)果表明:斷裂輸導油氣能力的強弱主要取決于斷裂帶的滲透率大小,滲透率越大,其輸導油氣能力越強;反之,斷裂輸導油氣能力越弱。然而,地下斷裂帶的滲透率通常是難以獲取的,因此只能利用間接因素來反映斷裂帶的滲透率大小對斷裂輸導油氣能力的影響,而能夠反映其大小的間接參數(shù)主要有斷裂延伸長度、傾角、發(fā)育條數(shù)及斷裂走向與區(qū)域主壓應(yīng)力方向的交角等。斷裂延伸長度的大小反映了其空間發(fā)育規(guī)模的大小,延伸長度越大,則發(fā)育規(guī)模越大,斷裂滲濾輸導油氣的能力就越強;反之則越弱。斷裂傾角的大小反映了斷裂空間的傾斜狀態(tài),傾角越大,斷裂越陡,即斷裂帶中誘導裂縫帶越陡,當油氣在斷裂帶內(nèi)受到的浮力沿斷裂面及其垂直方向分解后,沿斷裂面方向的分力越大,斷裂滲濾輸導油氣的能力越強;反之則越弱。斷裂條數(shù)的多少反映了斷裂空間發(fā)育密度的大小,斷裂條數(shù)越多,則密度越大,即斷裂帶內(nèi)部的誘導裂縫條數(shù)越多,輸導油氣空間越大,斷裂滲濾輸導油氣的能力越強;反之則越弱。斷裂走向與區(qū)域主壓應(yīng)力方向之間的夾角反映了斷裂活動中斷裂帶開啟的程度。如圖4所示,如果夾角為90°,斷裂帶所受到的壓力最大,斷裂封閉程度最高,形成的輸導油氣空間最小,斷裂滲濾輸導油氣能力最弱;如果夾角為0°,斷裂帶所受的壓力最小,斷裂開啟程度最高,形成的輸導油氣空間最大,斷裂滲濾輸導油氣能力最強。由此可以看出,隨著斷裂走向與區(qū)域主壓應(yīng)力方向之間的夾角不斷增大,斷裂帶所受的壓力不斷增大,斷裂開啟程度不斷降低,形成的輸導油氣空間不斷減小,斷裂滲濾輸導油氣能力就不斷減弱。3油源斷裂儲存能力的定量評價3.1斷裂走向與區(qū)域主壓應(yīng)力方向之間的夾角從上述分析可以看出,斷裂輸導油氣能力主要由斷裂本身的發(fā)育特征(斷裂延伸長度、傾角、條數(shù))及其與區(qū)域主壓應(yīng)力方向之間的夾角關(guān)系來描述,即斷裂輸導油氣能力與斷裂延伸長度、傾角和條數(shù)成正比,與斷裂走向和區(qū)域主壓應(yīng)力方向之間的夾角成反比。由此,可定義式(1)來綜合反映各種因素對斷裂輸導油氣能力的作用,即式中:T為斷裂輸導油氣能力評價參數(shù);Li為計算網(wǎng)格中第i條斷裂的延伸長度,m,主要目的層的斷裂延伸長度可通過構(gòu)造圖計算;θi為計算網(wǎng)格中第i個斷裂的傾角,可通過地震剖面直接讀取;n為計算網(wǎng)格中斷裂的條數(shù),可依據(jù)計算時所確定的網(wǎng)格面積大小來計算網(wǎng)格內(nèi)的斷裂條數(shù);βi為計算網(wǎng)格中第i條斷裂走向與區(qū)域主壓應(yīng)力方向之間的夾角,先將區(qū)域主壓應(yīng)力方向標注在構(gòu)造圖上,再用量角器直接量取該夾角大小。由式(1)可看出,T值越大,表明斷裂輸導油氣能力越強;反之則越弱。3.2斷裂輸導油氣能力的區(qū)域分布為了研究油源斷裂在東一段儲層中的輸導油氣能力,將南堡凹陷劃分為800m×800m網(wǎng)格,首先統(tǒng)計油源斷裂發(fā)育的長度、傾角、條數(shù)及其與區(qū)域主壓應(yīng)力方向之間的夾角,然后利用式(1)對每個網(wǎng)格內(nèi)的油源斷裂輸導油氣能力進行計算,最后繪制出東一段內(nèi)油源斷裂輸導油氣能力的評價結(jié)果與油藏分布圖(圖5)。由圖5可看出,南堡凹陷東一段油源斷裂輸導油氣能力的高值區(qū)主要分布在高尚堡、柳贊、老爺廟、南堡1號、南堡2號及其東北地區(qū)、南堡4號及其以南地區(qū)、南堡5號以東地區(qū),由這些高值區(qū)向其四周輸導油氣的能力逐漸減弱。目前已發(fā)現(xiàn)的油田皆分布在油源斷裂輸導油氣能力強的區(qū)域內(nèi)或其附近,表明這類油田是由于其油源斷裂輸導能力較強而形成的。與此同時,從下伏沙三段或沙一段—東三段源巖處向上運移至東一段地層中的油氣量越多,則越有利于油氣在該地層中聚集成藏,這可能是南堡凹陷在該區(qū)東一段能找到大量油氣藏的一個重要原因。如圖5所示,在唐海油田的東北部、高尚堡油田與唐海油田之間、老爺廟油田的東南部、南堡4號油田的西南部等區(qū)域,斷裂輸導油氣能力均相對較高,因此可將它們作為未來油氣勘探的重點區(qū)域。其他地區(qū)由于油源斷裂輸導油氣能力弱,從下伏沙三段或沙一段—東三段源巖處向上運移輸導的油氣量也較少,從而不利于油氣聚集成藏,至今在這些地區(qū)也尚未找到油氣藏。4斷裂輸導油氣能力(1)在斷裂帶內(nèi)部結(jié)構(gòu)及輸導油氣機理研究的基礎(chǔ)上,利用斷裂帶滲濾能力的間接影響因素建立了一套油源斷裂輸導油氣能力的定量評價方法。(2)利用該評價方法對南堡凹陷斷裂輸導油氣能力進行了評價。結(jié)果顯示,南堡凹陷東一段在高尚堡、柳贊、老爺廟、南