渤海灣盆地東濮凹陷膏鹽巖與油氣的關(guān)系①

劉景東 蔣有錄 談?dòng)衩?慕小水

(1.中國(guó)石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 山東青島 266580;2.中國(guó)石化中原油田分公司 河南濮陽 457001)

0 引言

據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球含油氣盆地和具遠(yuǎn)景的含油氣盆地有近200個(gè)，有一半以上的盆地發(fā)現(xiàn)了具商業(yè)價(jià)值的油氣田，而這其中就有58%的油氣田與含鹽地層有關(guān)［1］。歐亞大陸所有含鹽盆地基本上都含油氣，其中一些還是世界上最大的含油氣區(qū)，如中東、近東和北海的含鹽盆地。在油、鹽共生的盆地中，有46%的盆地的油氣層產(chǎn)于鹽系地層之下，41%的盆地的油氣層產(chǎn)于鹽系地層之上，13%的盆地的油氣層產(chǎn)于鹽系地層之間［2］?？梢姡}巖與油氣有著非常密切的關(guān)系。前人研究表明，蒸發(fā)鹽型的環(huán)境具有巨大的有機(jī)物質(zhì)生成能力，可以形成有利的生油巖系［2～6］。受沉積相變控制，膏鹽巖周圍普遍發(fā)育以牽引流為主的砂巖儲(chǔ)集體［7，8］，石膏自身脫水也可形成具備儲(chǔ)集能力的次生孔隙［9～12］，同時(shí)膏鹽層對(duì)壓實(shí)作用和其下部巖層的成巖作用有很強(qiáng)的抑制作用，有利于儲(chǔ)層的原始孔隙的保存［6，13］。膏鹽層具有很高的排驅(qū)壓力，在蓋層分級(jí)中屬于特級(jí)蓋層，對(duì)油氣和異常壓力均具有很強(qiáng)的封堵能力［14，15］。膏鹽巖的塑性流動(dòng)可以形成斷層、裂縫［4，5］，成為有利的運(yùn)移通道，也可以形成各種鹽構(gòu)造［17～19］，為油氣聚集提供有利場(chǎng)所。雖然上述研究涉及到了生烴有機(jī)質(zhì)、儲(chǔ)集層、蓋層和圈閉等多個(gè)方面，但大多從單方面開展研究，缺乏深入和系統(tǒng)的分析，對(duì)膏鹽巖發(fā)育區(qū)油氣富集規(guī)律的認(rèn)識(shí)存在不足。

東濮凹陷位于渤海灣盆地臨清坳陷東南部，呈NNE走向，北窄南寬，面積約5 300 km2。東濮凹陷北部地區(qū)具有“兩洼一隆一斜坡”的構(gòu)造格局，自西向東依次發(fā)育西部斜坡帶、海通集洼陷、中央隆起帶和前梨園洼陷，在中央隆起帶內(nèi)部還發(fā)育濮衛(wèi)洼陷(圖1)。鉆遇的古近系地層有沙河街組沙四段、沙三段、沙二段、沙一段及東營(yíng)組，其中沙三段地層厚度可達(dá)3 000 m，可細(xì)分為沙三下、沙三中、沙三上三個(gè)亞段，古近系屬于一套湖泊相的含鹽碎屑巖沉積體系。東濮凹陷北部地區(qū)主要發(fā)育五套膏鹽層，包括沙一段的沙一鹽、沙三上亞段的沙三1鹽、沙三中亞段的沙三2鹽和沙三3鹽，沙三下亞段的沙三4鹽，除沙三1鹽分布局限外，其他四套膏鹽層分布廣泛，以文留、衛(wèi)城地區(qū)為厚度中心，膏鹽層累積厚度可達(dá)950 m。勘探實(shí)踐證實(shí)，東濮凹陷為渤海灣盆地油氣并舉的富油氣凹陷，而近93.7%的石油和近80%的天然氣分布于北部膏鹽巖發(fā)育區(qū)，且油氣在縱向上大部分分布于含膏鹽層系，可見膏鹽層對(duì)油氣平面富集范圍和縱向富集層位均具有重要的控制作用。

開展東濮凹陷膏鹽層與油氣關(guān)系研究，不僅有利于剖析東濮凹陷古近系油氣成藏特征，而且對(duì)于認(rèn)識(shí)斷陷鹽湖盆地含鹽層系油氣成藏規(guī)律，以及更好地挖掘其油氣資源潛力具有重要的指導(dǎo)作用。

圖1 東濮凹陷北部地區(qū)構(gòu)造格局及膏鹽巖分布圖Fig.1 Structural units and gypsum-salt rock distribution of northern Dongpu depression

1 蒸發(fā)巖系地質(zhì)特征

東濮凹陷的蒸發(fā)巖與碎屑巖、碳酸鹽巖在縱向上呈多旋回式發(fā)育，其蒸發(fā)巖系可以劃分為兩種組合類型，即碎屑巖—蒸發(fā)巖組合類型和碎屑巖—碳酸鹽巖—蒸發(fā)巖組合類型(圖2)。其中碎屑巖—蒸發(fā)巖組合類型的巖性由下而上主要表現(xiàn)為砂泥巖→含膏泥巖→膏鹽巖→鹽巖→膏鹽巖→含膏泥巖→砂泥巖的變化規(guī)律，該類型主要分布于沙三下亞段和沙三中亞段，沙三上亞段分布局限，在沙二段和沙一段分布最少。碎屑巖—碳酸鹽巖—蒸發(fā)巖組合類型的巖性由下而上主要表現(xiàn)為砂泥巖→白云質(zhì)泥巖→泥質(zhì)白云巖→含膏泥巖→膏鹽巖→鹽巖→膏鹽巖→含膏泥巖→泥質(zhì)白云巖→白云質(zhì)泥巖→砂泥巖的變化規(guī)律，在少數(shù)地層中碳酸鹽巖表現(xiàn)為泥質(zhì)灰?guī)r，該類型主要分布于沙二段和沙一段，沙三段相對(duì)不發(fā)育。可以看出，這兩種組合類型的巖性變化在縱向上均可劃分為膏鹽巖、膏鹽巖—砂泥巖過渡帶和砂泥巖，相應(yīng)的地層可以劃分為膏鹽巖發(fā)育帶、膏鹽巖—砂泥巖過渡帶和砂泥巖發(fā)育帶，反映了古水體鹽度由淡水→微咸水→咸水→微咸水→淡水的旋回式變化，這主要是由于沉積時(shí)的湖盆水體始終處于淡水注入和蒸發(fā)作用的平衡體系中，當(dāng)蒸發(fā)作用大于淡水注入時(shí)，水體會(huì)濃縮咸化，且隨著咸化程度的增加會(huì)沉積碳酸鹽—硫酸鹽—氯化鹽等蒸發(fā)巖。

圖2 東濮凹陷蒸發(fā)巖系縱向組合類型Fig.2 Vertical compositions of gypsum-salt sediment group in Dongpu depression

2 膏鹽巖對(duì)油氣成藏要素的影響

2.1 有助于形成優(yōu)質(zhì)烴源巖

東濮凹陷古近系烴源巖包括沙三下、沙三中、沙三上亞段和沙一段，其中沙三下、沙三中亞段和沙一段烴源巖分布較為廣泛，沙三上亞段分布局限。上述層系烴源巖的發(fā)育規(guī)模分別與凹陷內(nèi)膏鹽巖的發(fā)育規(guī)模相對(duì)應(yīng)，且烴源巖與膏鹽巖在縱向上互層，平面上疊置，具有明顯的共生關(guān)系。為分析膏鹽巖對(duì)烴源巖發(fā)育的影響，分別統(tǒng)計(jì)了膏鹽巖發(fā)育區(qū)(包括膏鹽巖發(fā)育區(qū)和膏鹽巖—砂泥巖過渡帶)和膏鹽巖欠發(fā)育區(qū)(砂泥巖發(fā)育區(qū))烴源巖的地球化學(xué)資料，并從空間上進(jìn)行了對(duì)比。

2.1.1 有利于提高有機(jī)質(zhì)豐度

研究發(fā)現(xiàn)，東濮凹陷北部地區(qū)烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度的高低與膏鹽巖發(fā)育程度成正比。從不同層系來看，沙三下、沙三中亞段和沙一段膏鹽巖發(fā)育區(qū)烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度高，達(dá)到“較好—好”的標(biāo)準(zhǔn)，而沙三上亞段膏鹽巖欠發(fā)育區(qū)烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度相對(duì)較低，僅達(dá)到“較差—較好”的標(biāo)準(zhǔn)(表1)。橫向上，文留及其周邊地區(qū)為膏鹽巖發(fā)育區(qū)，綜合評(píng)價(jià)烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度高，而凹陷南部及西部等膏鹽巖欠發(fā)育區(qū)烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度較低。不同巖性地層發(fā)育帶及不同巖性烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度參數(shù)對(duì)比表明，東濮凹陷膏鹽巖—砂泥巖過渡帶的膏泥巖、含鹽泥巖有機(jī)質(zhì)豐度最高，其次為膏鹽巖—砂泥巖過渡帶或膏鹽巖發(fā)育帶的鹽間泥巖、鹽上或鹽下泥巖，砂泥巖發(fā)育帶的泥巖或粉砂質(zhì)泥巖有機(jī)質(zhì)豐度則較低(圖3)。烴源巖與膏鹽巖的距離與烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度具有明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，即烴源巖越靠近膏鹽巖，烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度越高，當(dāng)烴源巖與膏鹽巖距離超過30～40 m時(shí)，烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度受膏鹽巖的影響明顯減弱(圖4)。

為研究不同沉積帶烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度差異的原因，對(duì)衛(wèi)69井沙三中亞段膏鹽巖發(fā)育帶(圖5a)、膏鹽巖—砂泥巖過渡帶(圖5b)和砂泥巖發(fā)育帶(圖5c)的泥質(zhì)巖烴源巖分別進(jìn)行了飽和烴氣相色譜—色質(zhì)分析。結(jié)果表明，膏鹽巖發(fā)育帶與砂泥巖發(fā)育帶泥巖正構(gòu)烷烴含量低，二者分布均呈偏前峰型，主峰碳分別為C18和C20;而膏鹽巖—砂泥巖過渡帶泥巖正構(gòu)烷烴含量介于上述兩者之間，分布呈雙峰型，主峰碳為C18和C28，反映了膏鹽巖發(fā)育帶和砂泥巖發(fā)育帶有機(jī)質(zhì)以水生生物輸入為主，而膏鹽巖—砂泥巖過渡帶則為水生生物和部分陸源高等植物的混合輸入。膏鹽巖—砂泥巖過渡帶烴源巖的伽馬蠟烷含量最高，可以作為不同鹽度水體分層的標(biāo)志，認(rèn)為表層水鹽度小(交替出現(xiàn)淡水和半咸水)，利于水生生物的大量繁殖，同時(shí)由于河流等不斷地供給陸源生物和有機(jī)物質(zhì)，所以湖泊中持續(xù)有大量的生物和有機(jī)質(zhì)供給;而深水部位的底層水鹽度較大，缺氧條件好，利于優(yōu)質(zhì)烴源巖的堆積和保存，從而造成膏鹽巖—砂泥巖過渡帶烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度要好于膏鹽巖發(fā)育帶和砂泥巖發(fā)育帶。

圖3 東濮凹陷北部地區(qū)不同巖性烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度對(duì)比圖Fig.3 Organic matter abundance comparison among different source rocks in northern Dongpu depression

表1 東濮凹陷北部古近系烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度評(píng)價(jià)表Table 1 Evaluation for organic matter abundance of Paleozoic source rock in Northern Dongpu depression

圖4 東濮凹陷北部地區(qū)烴源巖—膏鹽巖垂向距離與烴源巖豐度關(guān)系圖Fig.4 Relationship between organic matter abundance and vertical distance from source rock to gypsum-salt rock in northern Dongpu depression

圖5 衛(wèi)69井不同沉積地層泥巖飽和烴氣相色譜—質(zhì)譜圖Fig.5 Gas chromatogram and mass spectrometry for saturated hydrocarbons extracted from different mudstones of Well Wei 69

圖6 不同層段干酪根類型判識(shí)圖Fig.6 Identification map for kerogen types of different layers

2.1.2 有利于形成腐泥型有機(jī)質(zhì)

東濮凹陷北部地區(qū)烴源巖有機(jī)質(zhì)類型同樣與膏鹽巖發(fā)育程度有關(guān)，但影響程度相對(duì)較弱。沙三下、沙三中亞段和沙一段膏鹽巖發(fā)育區(qū)的烴源巖有機(jī)質(zhì)類型以II1型干酪根為主，其次為I和II2型干酪根，有少量III型干酪根;而膏鹽巖欠發(fā)育區(qū)的沙三上亞段烴源巖同樣以II1型干酪根為主，但同時(shí)含有較大比例的II2型干酪根。平面上，文留及其周邊的膏鹽巖發(fā)育區(qū)除沙三上亞段烴源巖含II2型干酪根外，沙三中、下亞段和沙一段烴源巖干酪根均以II1型和I型為主;而南部的橋口、白廟等膏鹽巖欠發(fā)育區(qū)沙三段和沙一段烴源巖干酪根則以II1型和II2型為主。由此可以看出，膏鹽巖發(fā)育區(qū)易于形成II1型和I型干酪根烴源巖，膏鹽巖欠發(fā)育區(qū)易于形成II1型和II2型干酪根烴源巖。究其原因，沙三下、沙三中亞段和沙一段膏鹽巖發(fā)育層段沉積水體鹽度較大，一些嗜鹽菌藻類適應(yīng)高鹽環(huán)境而大量繁殖，飽和烴C31之后的長(zhǎng)鏈霍烷含量較高反映了大量水生生物較為富集，并成為沉積有機(jī)質(zhì)的主要來源，從而利于形成腐泥型有機(jī)質(zhì)。

2.1.3 有利于擴(kuò)大生烴窗范圍

地溫是烴源巖有機(jī)質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化過程中最有效、最持久的作用因素。由于膏鹽巖相對(duì)其他巖性巖石熱導(dǎo)率較高，生熱率較低，使得深部地溫容易傳到淺部，從而導(dǎo)致緊鄰膏鹽層的上部地層地溫梯度偏低于無鹽地層，出現(xiàn)異常高溫，而緊鄰膏鹽層的下部地層地溫梯度則偏高于無鹽地層，出現(xiàn)異常低溫。如文留地區(qū)為沙三4鹽的厚度中心，其沙三段烴源巖主要分布于沙三4鹽之上，烴源巖達(dá)到生烴高峰(Ro=1.0%)和過成熟階段(Ro=1.3%)的門限深度要明顯淺于橋口、白廟等膏鹽巖欠發(fā)育區(qū);馬寨地區(qū)為沙三2鹽的厚度中心，其沙三段烴源巖主要分布于沙三2鹽之下，烴源巖達(dá)到生烴高峰(Ro=1.0%)和過成熟階段(Ro=1.3%)的門限深度要明顯深于橋口、白廟等膏鹽巖欠發(fā)育區(qū)(圖7)。

膏鹽層對(duì)溫度的影響與其累積厚度密切相關(guān)［20］，膏鹽層累計(jì)厚度越大，緊鄰其上部和下部地層的溫度差異就越大。據(jù)前人研究，東營(yíng)凹陷每100 m厚的膏鹽層，其導(dǎo)熱性可使其下部地層的溫度比正常值降低2℃左右［10］。東濮凹陷衛(wèi)76井含鹽地層的溫度縱向變化表明，含膏鹽地層及其上部和下部地層地溫梯度和地溫存在明顯的差異，約350 m厚的含鹽地層(其中膏鹽巖約198 m)造成其上部和下部地溫分別與正常值最大差別2℃ ～3℃。膏鹽層造成的鹽上和鹽下地層溫度異常使烴源巖生烴門限深度降低、過成熟門限深度增加，對(duì)全區(qū)來說可以有效地?cái)U(kuò)大生烴窗范圍。

2.2 改善膏鹽層下部?jī)?chǔ)層的儲(chǔ)集性能

受鹽湖盆地沉積沉降中心控制，不同時(shí)期膏鹽巖的發(fā)育位置在不斷變化，空間上表現(xiàn)為各套膏鹽巖的明顯遷移，從而導(dǎo)致不同膏鹽巖與砂巖形成“指狀交叉帶”式接觸，砂巖層大多上伏有膏鹽層。

從濮33井孔隙度—深度變化關(guān)系可以看出，膏鹽層下部?jī)?chǔ)層孔隙度相對(duì)膏鹽巖不發(fā)育區(qū)的正常壓實(shí)地層偏大2% ～10%(圖8)。分析認(rèn)為，導(dǎo)致膏鹽層下部?jī)?chǔ)層孔隙度偏大的原因主要包括3個(gè)方面:一是由于膏鹽層較為致密，對(duì)下部地層產(chǎn)生明顯欠壓實(shí)，使下部地層保持較高的孔隙度;二是膏鹽巖熱導(dǎo)率高，下部地層熱量容易散出，成巖演化作用受到抑制，使膏鹽層下部?jī)?chǔ)層的高孔隙度得以保存;三是膏鹽層之下一般具有異常高壓，且部分超過了巖石的破裂壓力，易于產(chǎn)生裂縫，促使總孔隙度增加。

圖7 不同位置烴源巖的熱演化特征Fig.7 Thermal evolution characteristics for source rocks in different positions

研究發(fā)現(xiàn)，膏鹽層不僅可以使其下部?jī)?chǔ)層孔隙度明顯增大，而且其下部?jī)?chǔ)層孔隙度隨深度的變化也遵循一定的規(guī)律。一般緊鄰膏鹽巖發(fā)育的地層中往往含有一定量的碳酸鹽，由于碳酸鹽巖的膠結(jié)作用，緊鄰膏鹽巖儲(chǔ)層的孔隙度會(huì)相對(duì)較低;另外在地層成巖壓實(shí)過程中，地層水的垂向滲水作用導(dǎo)致部分膏鹽巖晶粒會(huì)滲入到膏鹽巖周圍儲(chǔ)層中，也可導(dǎo)致儲(chǔ)層孔隙度降低。碳酸鹽和膏鹽巖晶粒造成的孔隙度降低均隨著與膏鹽巖距離的增大而減弱。因此，膏鹽層下部?jī)?chǔ)層孔隙度的最大值并不是緊鄰膏鹽層出現(xiàn)，而是出現(xiàn)在膏鹽層往下的一定距離內(nèi)，如濮33井兩套含鹽地層下部?jī)?chǔ)層的最大孔隙度出現(xiàn)的位置距離上部膏鹽層約165 m左右，這是由于該位置碳酸鹽和膏鹽巖晶粒對(duì)孔隙度的影響降到最小，而隨著深度的增加，由于膏鹽層影響下部?jī)?chǔ)層孔隙度增加的各種因素的影響逐漸減弱，從而導(dǎo)致孔隙度又逐漸減小。

圖8 東濮凹陷儲(chǔ)層總孔隙度隨深度變化關(guān)系Fig.8 Total porosity vs.depth diagram for reservoirs in Dongpu depression

2.3 膏鹽層具備強(qiáng)封蓋能力

東濮凹陷北部地區(qū)膏鹽層厚度大，分布范圍廣，具有優(yōu)越的油氣封蓋條件。膏鹽層分布與其下部油氣柱高度的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明(圖9)，膏鹽巖發(fā)育區(qū)大部分油氣藏分布于厚度為0～50 m的膏鹽層之下，不同厚度的膏鹽層與油氣藏的最大含油或含氣高度沒有明顯的相關(guān)性，反映了膏鹽層對(duì)油氣的封堵能力很強(qiáng)，僅50 m厚的膏鹽層就能封堵累計(jì)500 m的含油或含氣高度。另外，膏鹽層對(duì)油的最大封堵高度以100～200 m和200～500 m為主，而膏鹽層對(duì)氣的最大封堵高度以＜100 m和100～200 m為主，說明膏鹽層封堵的最大含油高度要明顯大于最大含氣高度。

膏鹽層的發(fā)育規(guī)模與其下部原油或天然氣藏的規(guī)模也具有正相關(guān)關(guān)系。隨膏鹽層厚度增加，原油或天然氣藏規(guī)模有增大的趨勢(shì)，但當(dāng)膏鹽層厚度較小時(shí)，也能封堵較大規(guī)模的原油或天然氣藏，統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，厚度為10 m的膏鹽層可封堵原油儲(chǔ)量839×104t，天然氣儲(chǔ)量14×108m3，厚度為55 m的膏鹽層可封堵原油儲(chǔ)量1 726×104t。與渤海灣盆地的泥巖蓋層相比，封堵相同儲(chǔ)量規(guī)模的原油或天然氣所需要的膏鹽層厚度要遠(yuǎn)小于泥巖厚度，如遼河坳陷天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量大于10×108m3的氣藏，泥巖蓋層厚度一般需要大于100 m，黃驊坳陷儲(chǔ)量大于5×108m3的較大氣藏，泥巖蓋層厚度都在20 m以上。

2.4 有利于形成多種與膏鹽巖相關(guān)的圈閉

圖9 儲(chǔ)層上覆最小膏鹽層厚度與最大含氣高度和最大含油高度關(guān)系圖Fig.9 The minimum thickness of overlying gypsum-salt rock vs.the max height of oil and gas for reservoirs

膏鹽巖具有比泥巖更高的致密性，在縱向和橫向上對(duì)油氣均可起到很好的封堵作用，與儲(chǔ)集層配置在一起，可以形成構(gòu)造、巖性等多種圈閉類型。同時(shí)膏鹽巖可塑性強(qiáng)，在較高的溫壓條件下，膏鹽巖本身的構(gòu)造變形影響膏鹽巖上覆地層中圈閉的形成。從圈閉與膏鹽巖的位置關(guān)系來看，與膏鹽巖有關(guān)的圈閉包括鹽下、鹽間、鹽上及鹽巖邊緣四大類，其中鹽下圈閉又包括鹽下地壘圈閉、鹽下背斜圈閉和鹽下斷塊圈閉，鹽上圈閉主要為鹽上地塹式斷塊圈閉，鹽間圈閉主要為鹽間泥巖裂縫圈閉，鹽巖邊緣圈閉包括鹽巖遮擋斷塊圈閉和鹽巖遮擋砂體尖滅圈閉等。各種圈閉的典型模式和特征如表2所示。

3 膏鹽巖分布與油氣運(yùn)移方向

3.1 對(duì)油氣運(yùn)移動(dòng)力分布的影響

大量勘探實(shí)踐表明，超壓是大多斷陷盆地油氣運(yùn)移充注的重要?jiǎng)恿?。東濮凹陷北部地區(qū)沙三段和沙一段發(fā)育多套厚層膏鹽巖，平面上分布廣泛，縱向上與砂泥巖互層，上覆地層沉積過程中泥巖難以垂向排液，易于形成欠壓實(shí)，從而導(dǎo)致超壓，而膏鹽巖的存在又對(duì)超壓的保存起到了積極作用。膏鹽巖的成巖脫水作用也是異常壓力的重要成因之一，石膏脫水變成硬石膏時(shí)，石膏的結(jié)晶格架中的結(jié)晶水將在變質(zhì)過程中轉(zhuǎn)化為游離狀的自由水，當(dāng)這些水進(jìn)入相鄰的地層孔隙中時(shí)，巖層中的流體壓力將會(huì)增大。由于膏鹽巖本身具有塑性強(qiáng)、易流動(dòng)的特點(diǎn)，即使在構(gòu)造擠壓作用下，封閉層產(chǎn)生裂縫與斷裂，膏鹽巖的涂抹或充填也會(huì)一定程度上阻止異常壓力的散失。

膏鹽層下部地層異常壓力的發(fā)育程度與膏鹽層的發(fā)育規(guī)模成正比，在相似的構(gòu)造條件下，膏鹽層厚值區(qū)下部地層的異常壓力最大。一般來說，在流體動(dòng)力驅(qū)動(dòng)下，油氣沿動(dòng)力降低方向運(yùn)移，遇到合適的圈閉或較好的遮擋條件便聚集成藏，其中壓力驅(qū)動(dòng)為東濮凹陷流體最為重要的驅(qū)動(dòng)機(jī)制之一。膏鹽巖主體下部地層異常壓力要大于膏鹽巖邊緣區(qū)，油氣具有由膏鹽巖向外呈發(fā)散式運(yùn)移的趨勢(shì)，即使有膏鹽巖周邊存在油氣向其主體方向運(yùn)移，油氣大多會(huì)受異常壓力側(cè)向阻礙而在膏鹽巖邊緣區(qū)發(fā)生聚集。

3.2 對(duì)油氣橫向運(yùn)移聚集的影響

從前面的分析可知，膏鹽層下部有利于形成孔滲性較好的儲(chǔ)層，同時(shí)縱向上對(duì)油氣具有很強(qiáng)的封隔作用，這對(duì)于油氣在膏鹽層下部的有利砂體中發(fā)生橫向運(yùn)移十分有利。油氣運(yùn)移方向和油氣分布關(guān)系的耦合關(guān)系可以作為膏鹽層遮擋條件下油氣發(fā)生橫向運(yùn)移聚集的有效證據(jù)。

受沉積相和構(gòu)造形態(tài)控制，油氣沿砂體發(fā)生橫向運(yùn)移的路徑以優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道為主，主要體現(xiàn)為沿垂直于油氣的等勢(shì)線方向運(yùn)移，大體上是沿垂直于地層等高線(即砂體頂面構(gòu)造脊)的方向［21～23］。由于膏鹽層的遷移變化，研究區(qū)不同區(qū)帶膏鹽層的下部主力砂體分布層位和分布位置不相一致，以文留地區(qū)沙三中5砂組和濮衛(wèi)地區(qū)沙三中3+4砂組為例，二者均位于沙三2鹽和沙三3鹽之間，油氣在膏鹽層遮擋下有利于發(fā)生橫向運(yùn)移。文留地區(qū)沙三中5砂組的上覆膏鹽層分布表現(xiàn)為文留西部厚度較大，文留東部相對(duì)較薄，在構(gòu)造主體兩側(cè)斜坡帶均發(fā)育有2～3個(gè)構(gòu)造脊，其中文留東部斜坡帶的構(gòu)造脊與砂體分布具有較好的耦合性，這些構(gòu)造脊都可能是優(yōu)越的運(yùn)移路徑，實(shí)踐證明在構(gòu)造脊的指向區(qū)發(fā)現(xiàn)了一定數(shù)量的油氣。而文留西部斜坡帶雖然膏鹽層較為發(fā)育，且同樣發(fā)育構(gòu)造脊，但由于砂體厚度較小，較難成為油氣的運(yùn)移路徑，在構(gòu)造脊的指向區(qū)油氣聚集量較少(圖10a)。濮衛(wèi)地區(qū)沙三中3+4砂組的上覆膏鹽層分布表現(xiàn)為西南部厚度大，向東北方向逐漸變薄直至消失，該區(qū)發(fā)育多個(gè)斜坡帶，且在各斜坡帶發(fā)育多個(gè)構(gòu)造脊(圖10b)，其中在中北部和東部斜坡帶的構(gòu)造脊與砂體分布具有很好的耦合性，這些構(gòu)造脊都可能是優(yōu)越的運(yùn)移路徑，在構(gòu)造脊的指向區(qū)均發(fā)現(xiàn)了一定數(shù)量的油氣。而西南部斜坡帶雖然膏鹽層較為發(fā)育，且同樣也發(fā)育構(gòu)造脊，但由于砂體厚度較小甚至尖滅，所以很難成為油氣的運(yùn)移路徑。

4 膏鹽層與油氣分布具有耦合關(guān)系

膏鹽層分布與油氣分布的疊合關(guān)系表明(圖11，12)，油氣與膏鹽層展布方向一致，均呈NE-SW向，大部分油氣圍繞膏鹽層厚度中心呈環(huán)狀或半環(huán)狀分布，膏鹽層邊緣區(qū)油氣相對(duì)富集，其中膏鹽層邊部相變帶為最有利的油氣聚集區(qū)。從前面膏鹽層厚度與含油氣高度和油氣藏儲(chǔ)量規(guī)模的關(guān)系也可以看出，大部分油氣藏分布于厚度為0～50 m的膏鹽層之下;受膏鹽層封蓋的油氣藏，有90%的儲(chǔ)量分布于膏鹽層厚度小于100 m的范圍內(nèi)。綜合分析膏鹽層邊緣區(qū)油氣富集的原因主要有3個(gè)方面:(1)膏鹽層邊緣區(qū)烴源巖大部分處于膏鹽巖—砂泥巖過渡帶，有機(jī)質(zhì)豐度高，有機(jī)質(zhì)類型以II1型和I型為主，構(gòu)造上大多處于洼陷斜坡帶，部分處于或鄰近洼陷沉降中心，埋深較大，具有良好的成烴條件。(2)膏鹽層邊緣區(qū)為膏鹽巖和砂泥巖的相變帶，受上覆膏鹽層影響，下部砂巖儲(chǔ)層物性較好，同時(shí)砂巖儲(chǔ)層上部及其向膏鹽巖一側(cè)多為膏鹽層所封堵，圈閉條件好。(3)相對(duì)膏鹽層沉積主體和洼陷沉積中心，膏鹽層邊緣區(qū)的超壓幅度較低，而且膏鹽層下部地層發(fā)育良好的砂巖輸導(dǎo)體，具備油氣充注的動(dòng)力和通道條件。

圖10 文留地區(qū)沙三中5砂組(a)和濮衛(wèi)地區(qū)沙三中3+4砂組(b)頂面構(gòu)造脊與油氣運(yùn)移方向Fig.10 Structural ridges distribution and hydrocarbon migration direction for 5 sand group of middle part of Es3in Wenliu area and 3+4 sand groups of middle part of Es3in Puwei area

圖11 東濮凹陷沙二段油氣與沙一膏鹽巖蓋層(a)和沙三中亞段油氣與沙三2膏鹽巖蓋層(b)分布疊合圖Fig.11 Hydrocarbon distribution of Es2vs.seal thickness of Sha 1 gypsum-salt rock(a)and hydrocarbon distribution of middle part of Es3vs.seal thickness of Sha 3+2 gypsum-salt rock(b)diagrams in Dongpu depression

5 結(jié)論

(1)東濮凹陷北部地區(qū)烴源巖與膏鹽巖共生，膏鹽巖發(fā)育區(qū)的烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度高于膏鹽巖欠發(fā)育區(qū)，其中膏鹽巖—砂泥巖過渡帶的烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度最高;膏鹽巖發(fā)育區(qū)烴源巖有機(jī)質(zhì)類型以II1型和I型為主;緊鄰膏鹽層的上部和下部地層分別具有異常高溫和異常低溫，導(dǎo)致鹽上烴源巖生烴門限深度降低和鹽下烴源巖過成熟門限深度增加，對(duì)全區(qū)來說有效地?cái)U(kuò)大了生烴窗范圍。

圖12 濮深7井—濮95井沙三下亞段油氣與沙三4膏鹽巖蓋層分布關(guān)系圖Fig.12 Hydrocarbon distribution of the lower part of Es3vs.seal thickness of Sha 3+4 gypsum-salt rock diagram from Well Pushen 7 to Well Pu 95

(2)相對(duì)正常壓實(shí)地層，膏鹽層使其下部砂巖儲(chǔ)層孔隙度整體偏大，其孔隙度隨深度增加表現(xiàn)為先增加后減小的變化趨勢(shì)，孔隙度最大值并不是緊鄰膏鹽層出現(xiàn)，而是出現(xiàn)在膏鹽層下部的一定范圍內(nèi)。膏鹽層對(duì)油氣具有很強(qiáng)的封堵能力，而且易于形成與膏鹽巖相關(guān)的鹽下、鹽間、鹽上及鹽巖邊緣等多種圈閉類型。

(3)膏鹽層對(duì)下部?jī)?chǔ)層的保護(hù)及其垂向封堵作用使油氣利于在膏鹽層的遮擋下發(fā)生橫向運(yùn)移;在相似的構(gòu)造條件下，膏鹽層厚值區(qū)地層的異常壓力要明顯大于膏鹽層邊緣區(qū)，因而油氣更易于向膏鹽層邊緣區(qū)的圈閉進(jìn)行充注和保存。

(4)東濮凹陷大部分油氣圍繞膏鹽層厚度中心呈環(huán)狀或半環(huán)狀分布，綜合分析認(rèn)為膏鹽層邊緣區(qū)不僅具有良好的供烴和圈閉條件，而且具備油氣充注的通道和動(dòng)力條件，是最有利的油氣聚集區(qū)。

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