基于斷層封閉性研究的晚期成藏油氣運移模式探討
——以渤海油田遼東灣為例

彭靖淞

(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300452)

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基于斷層封閉性研究的晚期成藏油氣運移模式探討
——以渤海油田遼東灣為例

彭靖淞

(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300452)

受大規(guī)模生排烴期控制，遼東灣油氣充注主要發(fā)生在中新世之后。將晚期成藏與斷層封閉性研究相結(jié)合，探討了油氣輸導系統(tǒng)中斷裂和儲層二者對油氣輸導能力(排驅(qū)壓力)的影響，并建立了兩類典型輸導系統(tǒng)運移模式。通過對10個油田油氣運移特征、條件和模式的對比研究表明, 新構(gòu)造運動及其斷裂活動帶的東移控制了遼東灣油氣晚期成藏：在新構(gòu)造運動不活躍的遼西帶，油氣以側(cè)向運移為主，在深層斷砂耦合的低勢區(qū)階梯式成藏；在新構(gòu)造活躍的遼東帶，油氣以垂向運移為主，在近源淺層低幅構(gòu)造區(qū)貫穿式成藏。

渤海油田；遼東灣；晚期成藏；新構(gòu)造運動；斷層封堵；油氣運移

油氣晚期-超晚期成藏是中國含油氣盆地的重要特點[1-6]。受烴源巖大規(guī)模排烴和構(gòu)造運動時空匹配的影響，渤海地區(qū)的絕大多數(shù)油田以油氣晚期成藏為主[7-15]。從古近紀到新近紀，遼東灣凹陷郯廬斷裂的活動帶逐漸由遼西帶向遼東帶轉(zhuǎn)移，新構(gòu)造運動主要集中發(fā)育在遼東灣的東部地區(qū)，那么新構(gòu)造運動及其斷裂活動帶的轉(zhuǎn)移對遼東灣的晚期成藏會帶來哪些影響呢？前人對渤海以及遼東灣油氣運移做過大量的研究[16-22]，總結(jié)出多種運移模式，同時也認識到輸導體系中斷裂系統(tǒng)的重要作用。但一直缺乏對于晚期成藏中斷裂系統(tǒng)的活動性差異與油氣運移之間關系的研究。本文將晚期成藏與斷層封堵性研究相結(jié)合，分析了斷裂開啟與封閉對油氣二次運移路徑的影響，建立斷裂帶的油氣運移模型，探討在新構(gòu)造運動影響下遼東灣東西兩帶的成藏差異。

1　研究區(qū)概況

遼東灣位于渤海東北部海域，凹陷的整體結(jié)構(gòu)為三凹兩凸，自西向東依次為遼西凹陷、遼西凸起、遼中凹陷、遼東凸起和遼東凹陷。其中，遼中和遼西凹陷是該區(qū)的兩個生烴凹陷，新生代的沉積厚度分別達到9 000 m和5 000m，主要發(fā)育古近系沙河街組和東營組烴源巖。12 Ma以后，烴源巖進入生排烴高峰期，現(xiàn)今遼西凹陷和遼中凹陷的烴源巖已大量成熟，達到成熟-過成熟。鹽水包裹體的均一溫度與埋藏史的匹配關系表明遼東灣地區(qū)主要的油氣成藏期應該是12 Ma以來，這與盆地大規(guī)模生排烴期相吻合(圖1)?？梢?，遼東灣主要為油氣晚期成藏。

2　晚期成藏斷裂輸導系統(tǒng)差異

在遼東灣的晚期成藏中，新構(gòu)造運動的活動主要發(fā)育在遼東和遼西帶(圖2)。斷裂輸導系統(tǒng)可分兩類：一類是晚期活動斷裂輸導系統(tǒng)，主要由上新世以來活動或繼承性活動的斷層組成，廣泛分布在遼東灣東部地區(qū)，簡稱遼東帶(圖2，圖3a)；另一類晚期不活動斷裂輸導系統(tǒng)，由上新世之前形成的斷層組成(圖2，圖3b)，主要分布在遼東灣西部地區(qū)，簡稱遼西帶。

對比研究表明：斷層晚期不活動區(qū)，斷層控制的油柱高度普遍大于100 m，最大可達442 m，多發(fā)育異常地層壓力，壓力系數(shù)最大可達1.7，不論砂泥對接如何或者泥巖涂抹好壞，斷層均表現(xiàn)出很高的封閉能力，46段斷層僅4段不能有效封堵，封堵率高達91.3%(圖4、圖5)；晚期斷層活動區(qū)，斷層所封油柱高度都在85 m以下，異常壓力不發(fā)育，壓力系數(shù)基本都在1.0左右，斷層封堵率大于30%后表現(xiàn)出較高的封閉能力，27段斷層，14段封堵，封堵率達到51.8%(圖4、圖5)。可見，晚期不活動斷層較晚期活動的斷層有更好的封閉性，這與相鄰的遼河油田、勝利油田和渤中地區(qū)的斷裂封堵研究結(jié)果相一致[23-27]。重要的是，斷層的封堵性差異還體現(xiàn)了油氣輸導系統(tǒng)中儲層和斷層排驅(qū)壓力的相對大小的差異：在晚期活動斷裂輸導系統(tǒng)中，斷層表現(xiàn)出了較高的封堵概率，常能對油氣形成有效的截流，斷層的排驅(qū)壓力大于儲層排驅(qū)壓力的概率較高。在晚期不活動斷裂輸導系統(tǒng)中，活動斷層的封堵概率較低，斷層與儲層排驅(qū)壓力大小接近的概率基本一致。

圖2　遼東灣晚期活動的斷裂分布

圖3　遼東灣的兩種類型斷裂輸導系統(tǒng)

圖4　斷裂封堵性與油藏高度關系

圖5　斷裂封堵性與壓力系數(shù)關系

3　油氣運移模式的探討

油氣總是優(yōu)先選擇阻力(排驅(qū)壓力)最小的路徑向低勢區(qū)運移。上新世以來，斷層和儲層排驅(qū)壓力的相對大小將對油氣二次運移的路徑產(chǎn)生重要的影響?；跀鄬臃忾]性研究中得到的晚期成藏中斷層與儲層排驅(qū)壓力的相對大小，在不同的斷裂系統(tǒng)匹配下，油氣在運移過程中對運移路徑是如何選擇的？本文做出了如下的探討。

晚期斷裂不活動的區(qū)域，多數(shù)斷裂是封閉的，斷層的排驅(qū)壓力(運移阻力)基本是大于儲層的排驅(qū)壓力，這導致油氣在運移過程中優(yōu)先選擇沿阻力(排驅(qū)壓力)較小的儲層進行運移，表現(xiàn)為側(cè)向運移模式(圖6a)。在晚期斷裂活躍的區(qū)域，多數(shù)斷裂是開啟的，斷層和儲層的排驅(qū)壓力(運移阻力)互為大小的概率基本相當，但由于油氣在運移過程中浮力上傾方向的矢量更大，使油氣優(yōu)先選擇沿斷層垂向運移，表現(xiàn)為貫穿運移模式(圖6b)?？梢姡砥跀鄬拥幕顒有钥刂屏送瑫r期油氣的運移的優(yōu)勢方向。晚期斷裂不活動的輸導系統(tǒng)匹配側(cè)向運移模式，油氣側(cè)向運移為主；晚期斷裂活動的輸導系統(tǒng)匹配貫穿運移模式，油氣垂向運移為主。

圖6　基于斷層封閉性研究的油氣運移模式

4　兩種運移模式分布和成藏特征

為了驗證以上兩種晚期成藏油氣運移模式，本文通過對遼東灣10個油田油氣運移和成藏特征做進一步研究，見表1。

在新構(gòu)造運動不活躍的遼西帶，油氣側(cè)向運移為主，表現(xiàn)為“階梯式”成藏。如：遼西帶錦州25和錦州20區(qū)，該兩區(qū)晚期斷裂活動弱，油氣運移主要為側(cè)向運移模式(圖7a)，在浮力和異常高壓的驅(qū)動下[28]，油氣在“斷砂接力”的運移過程中優(yōu)先選擇沿儲層側(cè)向運移，并在深層斷砂耦合較好的低勢區(qū)成藏，而淺層的圈閉由于缺乏有效油源斷層的溝通難于成藏。該模式含油層系單一，運移效應通常較大，單個油藏幅度較高，油品好，表現(xiàn)為超壓。

圖7　晚期成藏兩種典型的運移模式

在新構(gòu)造運動活躍的遼東帶，油氣貫穿運移為主，表現(xiàn)為“樹叢狀”成藏，如：遼東帶旅大22和旅大27區(qū)。該區(qū)晚期斷裂活動強，深大斷裂發(fā)育，油氣運移主要為貫穿運移模式(圖7b)，此時深部儲層的滲透率應該普遍小于斷層，油氣在浮力和異常高壓的驅(qū)動下，運移過程中優(yōu)先選擇沿斷層向上運移，被斷層溝通的淺層儲層油氣顯示呈現(xiàn)出“串珠狀”或“樹叢狀”分布，具有多層系復式含油特征，并在淺層保存條件較好的構(gòu)造幅度較低的低勢區(qū)形成經(jīng)濟性的油氣聚集。由于斷層的垂向輸導能力較強，而“截流”能力較差，油氣藏處于聚、逸動平衡的過程中[29,30]，形成的油氣聚集，單個油藏幅度較低，原油較稠，通常為常壓。

由此可見，新構(gòu)造運動及其斷裂活動控制了遼東灣油氣的晚期成藏：從古近紀到新近紀，遼東灣凹陷郯廬斷裂的活動帶逐漸由遼西帶向遼東帶轉(zhuǎn)移。在新構(gòu)造運動不活躍的遼西區(qū)，油氣以橫向運移為主，在深層斷砂耦合的低勢區(qū)階梯式成藏；在新構(gòu)造活躍的遼東區(qū)，油氣以垂向運移為主，在近源淺層低幅構(gòu)造區(qū)貫穿式成藏。

表1　油藏模式統(tǒng)計結(jié)果

5　結(jié)論

(1)根據(jù)斷層封閉性研究，得到不同油氣輸導系統(tǒng)中斷裂和儲層二者之間油氣輸導能力(排驅(qū)壓力)的相對大小關系：在晚期活動斷裂輸導系統(tǒng)中，斷層表現(xiàn)出了較高的封堵概率，常能對油氣形成有效的截流，斷層的排驅(qū)壓力大于儲層排驅(qū)壓力的概率較高。在晚期不活動斷裂輸導系統(tǒng)中，活動斷層的封堵概率較低，斷層與儲層排驅(qū)壓力大小接近的概率基本一致。

(2)中新世以來油氣的二次運移主要存在兩種方式：①側(cè)向運移模式，斷裂晚期不活動的輸導系統(tǒng)中，油氣優(yōu)先選擇沿儲層側(cè)向運移；②貫穿運移模式，斷裂晚期活動的輸導系統(tǒng)中，油氣優(yōu)先選擇沿斷層垂向運移。

(3)新構(gòu)造運動及其斷裂活動帶的東移控制了遼東灣晚期油氣晚期成藏：在新構(gòu)造運動不活躍的遼西帶，油氣以橫向運移為主，在深層斷砂耦合的低勢區(qū)階梯式成藏；在新構(gòu)造活躍遼東帶，油氣以垂向運移為主，在近源淺層低幅構(gòu)造區(qū)貫穿式成藏。

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編輯：韓玉戟

1673-8217(2016)04-0066-05

2016-02-26

彭靖淞，工程師,碩士,1984年生，2006年畢業(yè)于成都理工大學，現(xiàn)主要從事石油地質(zhì)綜合研究工作。

國家科技重大專項“近海大中型油氣田形成條件與分布”(2011ZX05023-006)資助。

TE112.12

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