冀中坳陷文安斜坡第三系油气有效输导体系研究

第37卷第2期2015年3月石油雾劈弛届PETROLEUMGEOLOGYEXPERIMENTVOL_37NO2MAR，2015文章编号10016112201502017908DOI107603S4097201500280冀中坳陷文安斜坡第三系油气有效输导体系研究郭凯，曾溅辉，金凤鸣，郗秋玲，巩兴会1中国石油长城钻探工程有限公司解释研究中心，北京100101；2中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室，北京102249；3中国石油大学地球科学学院，北京102249；4中国石油华北油田勘探开发研究院，河北任丘062552；5中国石化上海海洋油气分公司研究院，上海200120摘要通过断层和砂体特征、古鼻状构造、断层活动史及有效运移通道指数等分析，对冀中坳陷文安斜坡第三系油气输导体系的组成与有效性及其对油气运移的影响进行了研究。研究区输导体系主要由骨架砂岩与多级顺向和反向断层组成，倾伏于斜坡西侧生油洼槽的多个古鼻状构造与该区输导体系的良好配置构成了油气向斜坡汇集与运移的有利条件；油气大规模运移时斜坡上主要断层的垂向输导作用有限，而众多NE向断层侧向调节所导致的砂砂对接使得油气可穿层运移，油气主要以由深层至浅层的阶梯状长距离侧向运移为主。关键词输导体系；鼻状构造；生长断层；油气运移；冀中坳陷中图分类号TE1221文献标识码AEFFECTIVEPETROLEUMMIGRATIONSYSTEMINTHETERTIARYOFWENANSLOPE，JIZHONGDEPRESSIONGUOKAI，ZENGJIANHUI，JINFENGMING，XIQIULING，GONGXINGHUI1GEOSCIENCECENTER，CNPCGREATWALLDRILLINGCOMPANY，BEOING100101，CHINA；2STATEKEYLABORATORYOFPETROLEUMRESOURCESANDPROSPECTING，CHINAUNIVEITYOFPETROLEUM，BEIJING102249，CHINA；3COLLEGEOFCEOSCIENCES，CHINAUNIVEITYOFPETROLEUM，BEING102249，CHINA；4RESEARCHINSTITUTEOFEXPLORATIONANDDEVELOPMENT，HUABEIOILD，CNPC，RENQIU，HEBEI062552，CHINA；5RESEARCHINSTITUTEOFSINOPECSHANGHAIOFFSHOREOILGASCOMPANY，SHANGHAI200120，CHINAABSTRACTBASEDONTHEANALYSISOFTHECHARACTERISTICSOFFAULTSANDSANDBODIES，PALEONOSESTRUCTURES，FAULTACTIVITYANDEFFECTIVEMIGRATIONPATHWAYINDEX，THECONSTITUTIONANDEFFECTIVENESSOFTHEMIGRATIONSYSTEMINTHETERTIARYOFTHEWENANSLOPEOFTHEJIZHONGDEPRESSIONANDITSEFFECTONOILMIGRATIONWERESTUDIEDTHEMIGRATIONSYSTEMOFTHESTUDYAREAWASMAINLYCOMPRISEDOFFRAMEWORKSANDSTONESANDMANYNORMALORREVERSEFAULTSSEVERALPALEONOSESTRUCTURESTOWARDSOILSOURCINGSAGSLOCATEDINTHEWESTOFTHEWENANSLOPEANDTHEIRMATCHWITHTHEMIGRATIONPATHWAYSYSTEMWASFAVORABLEFOROILCONVERGENCEANDMIGRATIONTOWARDSTHESLOPEVERTICALMIGRATIONWASLIMITEDDURINGLARGESCALEOILMIGRATION，BUTLATERALMIGRATIONCOULDOCCURTHROUGHSANDJUXTAPOSITIONOFDIFFERENTFORMATIONSLATERALLYADJUSTEDBYMANYNEFAULTSLADDERLIKELATERALMIGRATIONOVERLONGDISTANCEFROMDEEPTOSHALLOWWASTHEDOMINANTMIGRATIONPATTERNKEYWORDSMIGRATIONPATHWAYSYSTEM；NOSESTRUCTURE；GROWTHFAULT；OILMIGRATION；JIZHONGDEPRESSION输导体系是连接源岩与圈闭的桥梁与纽带，其实质是所有油气运移通道及相关围岩的总和12。众多学者已对输导体系的类型与组成、输导方式与特征及其对油气成藏的控制等进行过有益的探讨1。一般来说，输导体系主要包括断层或裂缝、渗透性砂体和不整合。目前已在断层封闭性及断裂带的输导作用5、不整合的结构及其输导作用80以及储层非均质性所导致的差异输导作用_1卜等方面进行了许多卓有成效的研究。随着研究的深入，对于输导体系的研究已不再是单纯的静态刻画，而更侧重于对输导体系的时空演化及其有效性进行分析，从而阐明连接烃源灶与圈闭的有效输导体系及优势运移路径1315。迄今为止，尽管已有不少学者对冀中坳陷文安斜坡的油气成藏特征与分布规律进行过研究1621，但这些研究多侧重于简单的油气成藏条件与成藏特征总结，尚没收稿日期201311一O6修订日期2015一叭一14。作者简介郭凯1986一，男，博士，工程师，从事油气成藏综合地质研究。EMAILGK1228126CORN。基金项目国家油气重大专项2011ZX05006001资助。L80石油雾驺沾届第37卷有系统地对文安斜坡第三系油气输导体系的有效性进行过研究。本文旨在通过对文安斜坡断层、砂体与不整合及其组合关系的分析，并结合地质、地化等资料，对文安斜坡有效输导体系的形成及其控制下的油气有效运移通道进行研究，以期对该区的油气运聚规律有系统的认识1地质概况文安斜坡位于冀中坳陷霸县凹陷东部。东向大城凸起过渡，西与霸县洼槽和马西一郸州洼槽相邻，向南延伸至饶阳凹陷的南马庄构造，北以里澜断裂与武清凹陷相隔图1。斜坡整体处于西断东超的霸县箕状凹陷的东部缓坡带是一个NNE向展布的东抬西倾的沉积斜坡，面积约1200KM，区域地层西倾，第三系各组段由西向东逐层超覆。频繁的构造活动使斜坡内发育了NENNE向和NW向2组断裂体系其中第三系以NENNE向断裂体系为主。斜坡可分为北、中、南3段，其中，中南段发育4个宽缓的断裂鼻状构造带，自北向南依次为中段的苏桥南、史各庄鼻状构造和南段的长丰镇、议论堡鼻状构造且斜坡低部位至高部位大致以两排顺向断层为界，可划分为内、中、外3个断层或沉积坡折带图1。文安斜坡第三系在古近系各层段沙四段一东营组及新近系馆陶组均发现油气，以构造、岩性一构造或构造一岩性油气藏为主，斜坡中段油气分布层位普遍较浅，而南段分布层位普遍较深_】。其西邻的霸县和马西一鄣州洼槽沙三段和沙一下亚段主力烃源岩生成的油气为斜坡的主要油气来源。该区多油源、多断裂的特点使其油气运移情况复杂，同时由于多年的勘探使得斜坡上较易发现的油气藏已发现殆尽，勘探难度越来越大，亟需在斜坡带油气成藏规律等认识上有所突破2输导体系组成及特征一般来说，输导体系主要南砂岩输导层、不整合以及断层与裂缝等诸多要素中的一种或几种组成。文安斜坡的输导体系主要南各级断层与图1冀中坳陷文安斜坡中南段构造位置与特征FIG1STRUCTURALLOCATIONANDFEATURESOFMIDDLEANDSOUTHERNSEGMENTSINWENANSLOPE，JIZHONGDEPRESSION第2期郭凯等冀中坳陷文安斜坡第三系油气有效输导体系研究L8L各层位的连通砂体交错配置形成。21砂岩输导体文安斜坡中南段第三系沉积物源主要来自东侧的大城凸起。在斜坡背景下沙三段一馆陶组经历了从湖相沉积到河流相沉积的演变不同时期骨架砂体的类型与发育特征明显不同。总体来看，文安斜坡骨架砂岩发育的主体部位呈现出白较深层位至较浅层位逐渐由斜坡内带向斜坡外带迁移，由南段向中段迁移的特点。沙三段和沙二段骨架砂岩以I角洲前缘的各类砂体为主，主要分布于斜坡较低部位的中内带，且以南段分布为主，累计厚度普遍在75M以上罔2A，B。沙一段和东营组骨架砂岩多为J角洲前缘分流河道砂及河流相砂体，主要分布于斜坡较高部位的中外带，且以中段最为发育，厚度多在60M以上2C，D。此外，馆陶组砂体主要为河道砂砂岩几乎遍布于整个文安斜坡且普遍较厚。骨架砂岩的分布与斜坡上中段油气分布层位较浅、而南段分布层位较深这一油气分布规律L】具有一致性表明骨架砂岩发育对斜坡上的油气分布具有重要作用22断层输导体文安斜坡第三系断层主要呈NE向和NEE向展布，NE向断裂多为斜坡上的主断层，延伸较长，多在几至数十千米图1。斜坡中段第J三系断层多是在古近纪区域伸展作用下形成的伸展正断层且多为古近纪持续发育的生长断层L2。这些生长断层倾向NW或SE，倾角多在50。75。，对斜坡的沉积结构及油气成藏具有重要的控制作用。此外还发育众多NEE向后期浅层小断层，这些小断层在剖面上常与早期断层构成“Y”字形、反“Y”字形和复合“Y”字形等多种组合图3。斜坡南段主要发育马西一陵城、梁召、王仙庄3条主生长断层及众多的次级小断层，均属于马西走滑断裂系统2。马西断层北部为显著走滑段，走向近SN，延伸约20KM，断面陡直，以两倾为主，局部东倾并具逆断特征，该断层控制了马西洼漕的发育，沟通了马西洼槽烃源岩与斜坡储集层。此外，受基底抬升活动的控制，凹陷中还发育了多期局部不整合，如沙三中亚段底部及沙二段底部不整合。但这些局部不整合在文安斜坡多分布局限或不发育，难以成为有效的油气运移通道。而文安斜坡馆陶组底部不整合之上普遍发育了一套厚度在2060M的砂砾岩，这套底砾岩广泛且稳定分布，理论上可以成为良好的油气输导层_9J。但由于该套不整合输导层分布较浅，因而其实际输导作用有限，仅在斜坡外带高部位具有一定的输导作用。因此文安斜坡第三系输导体系主要南骨架砂岩与断层构成，骨架砂岩的发育区多对应断层的展布区域图2，受断层错断作用，不同层位的骨架砂岩相互对接，砂体与多级顺向和反向断层等输导体组合配置形成了研究区独特的阶梯状输导体系图3，为油气由斜坡内带向外带的阶梯状运移创造了条件。3油气来源及运移指向31油源对比文安斜坡南段毗邻马西一郭州洼漕，而中段则与霸县洼漕相接，主要发育沙一下亚段、沙I中一下亚段2套烃源岩，其次为沙四段源岩，具有多洼漕、多套烃源岩供油的特点。沙一下亚段烃源岩南富氢页岩和暗色泥岩组成，在霸县洼漕和马西一郑州洼漕均有发育，具有明显的植烷优势，姥植比一般小于07，PHNC一般大于1L2。沙三中一下亚段烃源岩也在霸县洼漕和马西一鄣州洼漕均有发图2冀中坳陷文安斜坡沙段一东营组砂岩分布与第三系断裂叠合图FIG2DISTRIBUTIONOFSANDSTONESFROM3RDMEMBEROFSHAHEJIEFORMATIONTODONGYINGFORMATIONANDITSOVERLAYWITHFAULTSINTHETERIARYOFWENANSLOPE，JIZHONGDEPRESSIONL82石油寥驺沾届第37卷图3冀中坳陷文安斜坡中段A与南段B第三系输导体系组成特征FIG3CHARACTERISTICSOFTHEMIGRATIONPATHWAYSYSTEMINTHETERIARYOFMIDDLEAANDSOURTHERNBSEGMENTSOFWENANSLOPE，JIZHONGDEPRESSION育，具有较明显的姥鲛烷优势，姥植比绝大多数大于08，PHNC多在15以下L2。沙四段烃源岩分布局限，仅在霸县洼漕深层发育，其姥鲛烷优势十分明显，PRPH一般大于2，PHNC多小于05L2引。本次将所获得的16个原油样品与各套烃源岩对比，结果表明文安斜坡存在4种类型的原油。I类原油主要来自沙一下亚段ESL烃源岩，具有低姥植比、高PHNC的特点图4，在斜坡南段与中段均有分布。类原油主要来自沙三中一下亚段ES中烃源岩，具有较高的姥植比，较低的PHNC，图4，在斜坡南段与中段均有分布。类原油为混源油，原油与沙一下亚段和沙三中一下亚段烃源岩均有相似性图4，也在斜坡南段与中段均有分布。类原油主要来自深层沙四段ES烃源岩，具有很高的姥植比和很低的PHNC图4，仅在斜图4冀中坳陷文安斜坡烃源岩与原油的PRPH与PHNC关系FIG4RELATIONSHIPBETWEENPRPHANDPHNCI8OFSOURCEROCKSANDCRUDEOILSINWENANSLOPE，1IZHONGDEPRESSION坡中段近霸县洼槽地区分布。第2期郭凯，等冀中坳陷文安斜坡第I系油气有效输导体系研究L83总体来看沙一下亚段和沙I段2套主要烃源岩生成的原油均运移至斜坡且可能在斜坡中高部位混源。南于文安斜坡自形成伊始一直为面向洼槽的西倾斜坡，因而可以推测文安斜坡南段的原油应主要来自其西侧紧邻的马西一鄞州洼漕，而中段的原油则主要来自西侧霸县洼漕，且均主要由沙一下亚段和沙I中一下亚段烃源岩供油。因此，供烃洼漕及其内烃源岩的分布与发育特征导致了文安斜坡油气分区运移的格局32古鼻状构造古近纪渐新世以来，渤海湾盆地已由中生代时期的左旋剪切压扭构造体制，转变为拉张兼具右旋剪切的张扭构造体制2，在这一区域应力环境下冀中坳陷形成了拉张背景下的与剪切走滑作用有关的新生代伸展构造系统，且随着渐新世中晚期右行走滑作用及其扭转作用的增强，坳陷东部形成了一系列的NW向鼻状隆起L2。文安斜坡发育的4个NW向断裂鼻状构造带也正与此有关。这些鼻状构造倾伏角多为4。6。，轴部到翼部起伏高度约100M，在斜坡中高部位宽约47KM图5。从图2可知研究区大片的区域性骨架砂岩主要嗣绕这些断裂鼻状构造带的轴部或翼部分布且主要断层的延伸方向与鼻状构造的倾向斜交或近垂直，因而这些鼻状构造与研究区断层和砂体组成的输导体系形成了有利的配置。南于区域性的倾伏构造具有良好的汇油作用273，因此文安斜坡上向西倾伏于各生油洼漕的这些宽缓鼻状构造成为油气运移的主要指向，汇集于鼻状构造的油气会进一步沿着断层与砂体组成的阶梯状输导体系不断向斜坡高部位调整运移。遇到有利的遮挡条件便聚集成藏4输导体系的有效性与油气运移41输导体系的时间有效性与油气运移断层的活动性是决定油气沿断层垂向或侧向2520靶L51M沙四一孔店期沙三期沙二期沙一期东营期一一鼍一马西断层北段一王仙庄断层粱召断层一由一W64井东断层一一W102井东断层一X_一62井西断麒S12井东断层A生长指数图5冀中坳陷文安斜坡史各庄鼻状构造地震剖面FIG5SEISMICCROSSSECTIONSHOWINGSHIGEZHUANGNOSEDSTRUCTUREINWENALLSLOPE，JIZHONGDEPRESSION运移的主要因素L7。在以断层和砂体为主的输导体系中。断层的活动性及其与砂体的配置关系无疑对油气运移方式具有重要的控制作用，其与油气运移时期的关系更是从时间层面上影响了输导体系输导油气的方式。因此，以断层和砂体为主的输导体系的时间有效性分析主要是指断层的活动史与油气运移期的匹配关系。一般来说，断层的活动性直接影响其垂向封闭性活动性强的断层往往具有较强的垂向输导作用，但当断层活动速率小于10MMA时，其输导能力将大大降低而以垂向封闭为主L2。对控制研究区油气成藏的主要生长断层的生长指数与古落差分析表明，这些持续活动的生长断层一般在孑L店期一沙一期活动较强烈，至东营期活动全面减弱图6，在东营期及以后的最大活动速率为一一马西断层北段一王仙庄断层6一粱召断层W64井东断层一W102井东断层一X一62井西断层S12井东断层B古落差图6冀叶1坳陷文安斜坡主要生长断层的生长指数与古落差分析L84石油察茸叁沾届第37卷15MMA，平均为9MMAL2引，活动微弱。因此，该区主要生长断层在东营期以后的垂向输导作用较弱，绝大多数断层以垂向封闭为主。文安斜坡的供油洼漕霸县和马西一郭州洼漕沙三段烃源岩主要生排烃期为馆陶期一明化镇期_2引，沙一下亚段烃源岩也主要在馆陶期末开始生油29。结合断层的活动史可知，油气大规模运移时斜坡上的断层已基本无垂向输导能力，油气沿断层的垂向运移有限，应主要以沿砂体的侧向运移为主。42输导体系的空间有效性与油气运移研究表明，油气在输导层二次运移的过程中只沿有限的优势通道进行，真正的油气运移通道可能只占整个输导层的110LL。而油气显示记录了油气在输导层中运移或分布的情况但是单独利用油气显示的分布与厚度不能很好地反映油气运移通道，因而有学者将油气显示厚度与输导层的厚度结合起来分析有效运移通道的变化_3。据此，本文将某一层位输导层的不同含油级别的累计油气显示厚度考虑到荧光显示易受污染，计算时取其厚度值的50与该层骨架砂岩累计厚度的比值称为油气有效运移通道指数，并应用该指数来表征输导层发生过油气运移的有效通道，进而反映该输导层的有效输导范围及油气运移特征。从有效运移通道指数的分布来看，各层位的有效运移通道差异很大。沙三段有效运移通道主要位于斜坡内带，中外带分布有限图7A。沙二段有效运移通道分布较广在斜坡南段主要围绕议论堡鼻状构造分布内带的马西断层和中外带的王仙庄断层都有分布，而在中段主要围绕史各庄和苏桥南鼻状构造带分布图7B。沙一段有效运移通道在斜坡南段主要沿中外带的王仙庄断层分布在内带马西断层附近分布明显减小而在中段虽仍主要分布于史各庄和苏桥南鼻状构造带，但其位置已经明显偏向于斜坡中外带图7C。相比于沙一段，东营组有效运移通道进一步向斜坡中段史各庄和苏桥南鼻状构造的中外带分布，而在南段基本无分布图7D。馆陶组有效运移通道仅分布于史各庄和苏桥南鼻状构造的外带高部位图7E。总体来图7冀中坳陷文安斜坡沙三段馆陶组油气有效运移通道指数分布F唔7EFFECTIVEHYDROCARBONMIGRATIONPATHWAYINDEXFROMTHE3RDMEMBEROFSHAHEJIEFORMATIONTOGUANTAOFORMATIONINWENANSLOPE，JIZHONGDEPRESSION第2期郭凯，等冀中坳陷文安斜坡第三系油气有效输导体系研究185看，在斜坡中段有效运移通道逐渐由内带沙三段和沙二段调整运移至中外带东营组和馆陶组，而在斜坡南段则主要由内带沙三段和沙二段调整运移至沙一段；有效运移通道逐渐由内带近洼漕处向斜坡中外带直至外带高部位分布。油气运移层位也逐渐变新，表现出长距离侧向运移的特征。由于研究区断层的垂向输导作用有限，因而由内带至外带油气运移层位的变新可能主要受断层的侧向输导作用控制，即断层导致不同层段的砂砂对接，从而实现油气的穿层运移。综合分析认为，随着运移距离的增加，研究区鼻状构造带上多条北东向断层不断侧向调节，使得油气实现了由低部位至高部位、由深层至浅层的阶梯状长距离侧向运移。而在油气运移的过程中，当遇到侧向封闭性较好的断层或断层导致砂泥对接良好时。油气将受遮挡而聚集成藏，从而形成了研究区主要油气藏沿断层分布的规律。这也进一步说明，斜坡上油气藏的分布主要受控于断层展布及其与砂岩的配置关系因而未来的勘探方向之一是加强对断层的研究，围绕与断层相关的断层油气藏或复合油气藏进一步突破。5结论1广泛发育的骨架砂岩与多级顺向和反向断层构成了文安斜坡第三系独特的阶梯状输导体系，而倾伏于生油洼槽的区域性古鼻状构造及其与以断层和砂体为主的输导体系的良好配置有利于来自斜坡西侧霸县和马西一郭州洼槽的油气向斜坡分区汇集并且向斜坡高部位运移。2油气大规模运移时斜坡上主要断层的垂向输导能力较弱。主要以沿砂体的侧向运移为主，而鼻状构造带上多条北东向断层侧向调节所导致的不同层段的砂砂对接使得油气可穿层运移从而表现出由斜坡内带至外带、由深层至浅层的阶梯状长距离侧向运移特征。参考文献1谢泰俊琼东南盆地天然气运移输导体系及成藏模式J勘探家，2000，511721XIETAIJUNNATURALGASMIGRATIONCONDUCTINGSYSTEMANDRESERVOIRFORMATIONPATTERNINSOUTHEASTHAINANBASINJPETROLEUMEXPLORATION，2000，511721【2张照录，王华，杨红含油气盆地的输导体系研究【J石油与天然气地质，2000，212133135ZHANGZHAOLU，WANGHUA，YANGHONGSTUDYONPASSAGESYSTEMOFPETROLIFEMUSBASINSJ0ILGASGEOLOGY，2OOO，2121331353王良军，邹华耀，段金宝元坝气田油气输导体系及其对成藏的控制作用J油气地质与采收率，2014，2154044WANGLIANGJUN，ZOUHUAYAO，DUANJINBAOSTUDYOFCARRIERSYSTEMANDITSCONTROLONHYDROCARBONRESERVOIRS，YUANBAGASFIELDJPETROLEUMGEOLOGYANDRECOVERYEFFICIENCY，2014，21540444吴伟涛，高先志，卢学军，等冀中坳陷潜山油气输导体系及与油气藏类型的匹配关系J地球科学与环境学报，2011，3317883WUWEITAO，GAOXIANZHI，LUXUEJUN，ETA1PATHWAYSYSTEMANDTHEIRMATCHINGRELATIONSWITHBURIEDHILLRESERVOIRINJIZHONGDEPRESSIONJJOURNALOFEARTHSCIENCESANDENVIRONMENT，2011，33178835YIELDINGG，FREEMANB，NEEDHAMDTQUANTITATIVEFAULTSEALPREDICTIONJAAPGBULLETIN，1997，8168979176KNIPERJJUXTAPOSITIONANDSEALDIAGRAMSTOHELPANALYZEFAULTSEALSINHYDROCARBONRESERVOIRSJAAPGBULLETIN，1997，8121871957吕延防，付广，张云峰，等断层封闭性研究M北京石油工业出版社2002LOYANFANG，FUGUANG，ZHANGYUNFENG，ETA1RESEARCHONFAULTSEALMBEIJINGPETROLEUMINDUSTRYPRESS，20028刘敬，陈昌，李子敬源边型潜山油气成藏及主控因素研究J特种油气藏，2013，2064447LIUJING，CHENCHANG，LIZIJINGRESEARCHONHYDROCARBONACEUMULATIONINSOURCEEDGEBURIEDHILLRESERVOIRSANDMAINCONTROLFACTORSJSPECIALOILGASRESERVOIRS，2013，20644479张善文准噶尔盆地盆缘地层不整合油气成藏特征及勘探展望J石油实验地质，2013，353231237ZHANGSHANWENHYDROCARBONACCUMULATIONCHARACTERISTICSANDEXPLORATIONPROSPECTSOFSTRATIGRAPHICUNCONFORMITYINBASINMARGINOFJUNGGARBASINJPETROLEUMGEOLOGYEXPERIMENT，2013，3532312371O郭凯，曾溅辉，金风鸣，等不整合输导层侧向非均质性及其对油气成藏的差异控制作用J中南大学学报自然科学版，2013，44937763785GUOKAI，ZENGJIANHUI，JINFENGMING，ETA1LATERALHETEROGENEITYOFUNCONFORMITYSTRUCTUREANDITSDIFFERENTIALCONTROLONOILMIGRATIONANDACCUMULATIONJ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