源外斜坡區(qū)油氣運移主控因素及優(yōu)勢路徑刻畫
——以渤海海域石臼坨凸起斜坡區(qū)為例

楊傳超,張新濤,郭濤,姚城,郭瑞,張震

(中海石油(中國)有限公司天津分公司,天津 300457)

0 引言

石臼坨凸起是渤海重要的聚油單元,繼南堡35-2,QHD32-6,QHD33-1S等多個大中型油氣田發(fā)現(xiàn)后,凸起高部位油藏已基本鉆探殆盡.近年,圍繞老油田滾動勘探在其斜坡部位發(fā)現(xiàn)了QHD33-1S等油田,累計落實石油地質(zhì)儲量超過1X108t,展現(xiàn)出石臼坨凸起斜坡區(qū)良好的油氣勘探前景[1].

凸起斜坡區(qū)自身無法生油,油氣均來源于凹陷中的古近系烴源巖.因此,油氣運移路徑是制約源外斜坡區(qū)油氣成藏的關(guān)鍵.目前,研究區(qū)與油氣輸導(dǎo)、運移相關(guān)的研究很多[2-5],但側(cè)重于油氣運移的總體方向,對油氣運移的具體路徑缺乏研究,尤其對于"從烴源到圈閉"的整個運移過程分析較為薄弱.烴源供給的差異勢必會影響油氣在凸起區(qū)的運聚.因此,筆者通過綜合分析凹陷的烴源條件、邊界斷裂及凸起區(qū)構(gòu)造脊等制約成藏的三大因素,利用盆地流線模擬技術(shù),精細刻畫了渤海灣盆地石臼坨凸起斜坡區(qū)的油氣優(yōu)勢運移路徑,以期為研究區(qū)的下步油氣勘探提供地質(zhì)理論依據(jù),同時也為渤海灣盆地類似斜坡區(qū)的勘探開發(fā)提供一定的借鑒.

1 區(qū)域背景

石臼坨凸起位于渤海海域西北部,南、北分別與石南一號斷層、秦南凹陷和渤中凹陷相接.凸起區(qū)高部位已全部鉆探,先后發(fā)現(xiàn)了QHD32-6,NB35-2和QHD33-1S等3個億噸級油氣田.研究區(qū)位于凸起南側(cè),北側(cè)緊鄰QHD32-6和NB35-2油田所在的高凸起,為一北高南低、西高東低的斜坡(見圖1).

圖1 石臼坨凸起區(qū)域位置

石臼坨凸起在漸新世前后,經(jīng)歷了先隆后拗的過程,在中生界火山巖基底上主要沉積了新近紀地層,局部發(fā)育較薄的東營組[5].進入新近系后,渤海灣盆地整體處于區(qū)域性拗陷的后裂陷階段,而其海域部分作為盆地沉積中心,沉積了厚層的館陶組和明化鎮(zhèn)組,將盆地填平補齊.其中:新近系館陶組為辮狀河沉積,主要發(fā)育大套的含礫砂巖夾薄層泥巖;明化鎮(zhèn)組為曲流河相沉積,明化鎮(zhèn)組底部和上段穩(wěn)定發(fā)育的泥巖是研究區(qū)2套主要的區(qū)域性蓋層(見圖2).

鉆探結(jié)果證實:渤中凹陷發(fā)育東三段、沙一段和沙三段3套有效烴源巖,具有較好的油源條件.凸起帶為凹陷內(nèi)部生成油氣的有利運移指向區(qū),該區(qū)帶新近系油氣主要來自于渤中凹陷的沙河街組烴源巖[3].

2 運移路徑的主控因素

石臼坨凸起斜坡區(qū)6個構(gòu)造帶、15口井的鉆探結(jié)果表明,斜坡區(qū)油氣運移路徑主要受3個方面的因素控制.

圖2 石臼坨凸起區(qū)域綜合柱狀圖

2.1 "中轉(zhuǎn)站"控制油氣初始聚集區(qū)

對含油氣盆地而言,烴源巖是油氣生成的物質(zhì)基礎(chǔ),也是油氣運移的起始點[6].斷陷期主控邊界斷裂的下降盤是烴源巖發(fā)育的有利區(qū)[7].單純與烴源巖接觸的斷面,其運移能力并不強,只有與烴源巖內(nèi)的砂體"中轉(zhuǎn)站"配合,才能為上部圈閉提供充足的油源[8].

"中轉(zhuǎn)站"形成的首要因素是烴源巖條件.渤中凹陷主要的烴源巖層系是古近系沙河街組,形成于斷陷期,斷層活動強烈,沉降幅度大,湖水加深,廣泛發(fā)育半深-深湖相泥巖.因此,沙河街組烴源巖具有有機質(zhì)豐度高、類型好、熱演化程度高以及分布廣等特點.據(jù)統(tǒng)計,該區(qū)沙河街組烴源巖有機碳質(zhì)量分數(shù)為1.85%～2.72%,有機質(zhì)類型以Ⅱ1型和Ⅱ2型為主,為優(yōu)質(zhì)烴源巖.研究區(qū)烴源巖在3 000 m左右進入生烴門限,有機質(zhì)開始生油[9].

"中轉(zhuǎn)站"形成的另一重要因素是中深層的儲層條件.結(jié)合已鉆井的錄井、測井、壁心、粒度分析及地震相等資料,應(yīng)用高精度層序地層分析技術(shù),對石南一號斷裂下降盤進行了沉積分析,并對其古近系沉積時期的的砂體平面展布進行了預(yù)測[10-11].能否成為有效的"中轉(zhuǎn)站",關(guān)鍵在于古近系的中深層砂體與邊界斷層及烴源巖均能有效搭接.依附于石南一號斷裂下降盤發(fā)育的古近系砂體與烴源巖有效搭接,可形成油氣初始匯聚區(qū).從圖3中可以看出,石南一號斷裂下降盤共形成了Ⅰ-Ⅵ共6個油氣初始匯聚區(qū),即有6個"中轉(zhuǎn)站",控制了油氣的初始運聚方向.

圖3 石南一號斷裂下降盤"中轉(zhuǎn)站"發(fā)育位置

2.2 邊界斷裂控制油氣垂向匯聚點

邊界斷裂是溝通烴源巖和圈閉的重要橋梁,其活動強度決定了油氣的垂向運移能力[12],而斷面形態(tài)是影響油氣匯聚效率的關(guān)鍵[13],二者共同控制了油氣在垂向上的運移方向(見圖4).只有當斷面形態(tài)和斷裂活動性能有效匹配時,油氣才能大量運移到對應(yīng)圈閉.

目前用來表征斷層活動強度的方法主要有斷層落差法、生長指數(shù)法和活動速率法.其中,斷層落差法沒有考慮時間的概念,而生長指數(shù)法則要求凹陷內(nèi)部沉積速率一致,斷層上下盤沒有大的沉積間斷.本次研究采用斷層活動速率法,較好地彌補這些方法的不足,能夠較好地反映斷層活動特征.斷層活動速率是指某一地層單元在一定時期內(nèi),因斷層活動形成的落差與相應(yīng)沉積時間的比值[14].

圖4 石南一號斷層活動速率及斷面形態(tài)

斷面形態(tài)在平面上表現(xiàn)為平直和彎曲2種形態(tài),走向彎曲的斷層,沿其走向可見多個拐點,在三維形態(tài)上表現(xiàn)為凹凸面的特征.斷層凸面范圍是凹陷油氣向該斷層面的主要匯聚區(qū),凹面則是發(fā)散區(qū).斷層在不同層位上向凹陷方向的重要拐點 (即斷層面的構(gòu)造脊與該層位的交點)為油氣沿斷層面垂向運移后向該層位輸導(dǎo)層中注入的主要匯聚點[15],也是油氣在砂巖輸導(dǎo)層中運移的起始點.

石南一號邊界斷層是渤中凹陷油氣向凸起運移的重要輸導(dǎo)通道,在新構(gòu)造運動期,斷層活動差異明顯,東側(cè)活動性最強,活動速率普遍大于30 m/Ma;西側(cè)次之,活動速率在25 m/Ma左右;中部最弱,晚期基本不活動(見圖4a).據(jù)統(tǒng)計,渤海地區(qū)斷層活動速率大于25 m/Ma,被認為是強活動斷裂,對油氣主要起垂向輸導(dǎo)作用[12].結(jié)合石南一號斷層斷面形態(tài),在強活動區(qū)發(fā)育有12個斷層凸面(見圖3b),4-7號以及12號盡管發(fā)育了凸面,但斷層活動速率低,幾乎不活動,難以形成有效的匯聚點.有效的匯聚點為①-⑦號共7個,其中④,⑤號匯聚點的輸導(dǎo)能力最強(見圖4b).這些匯聚點為油氣在橫向輸導(dǎo)層中運移的起始點.

2.3 館陶組構(gòu)造脊控制油氣橫向運移

石臼坨凸起斜坡區(qū)不發(fā)育烴源巖,主要通過砂體、不整合面以及斷裂組成的輸導(dǎo)體系,將凹陷中的油氣運移至凸起區(qū)淺層.首先,凹陷中的油氣優(yōu)先在"中轉(zhuǎn)站"匯聚,緊接著通過油源斷裂垂向運移.由于凸起區(qū)中生界火山巖物性較差,東營組儲層不發(fā)育,僅館陶組發(fā)育大套含礫砂巖,橫向分布穩(wěn)定,儲層物性好,是油氣橫向運移的有利通道[5].

油氣進入凸起區(qū)館陶組輸導(dǎo)層中后,在構(gòu)造相對低洼區(qū),油氣運移呈發(fā)散狀甚至沒有發(fā)生運移,主要是沿構(gòu)造脊橫向運移[16].構(gòu)造脊是指正向構(gòu)造同一巖層面上最高點的連線,油氣在浮力的控制下不斷地向構(gòu)造脊匯聚.勘探結(jié)果證實,在石臼坨凸起東部斜坡區(qū),館陶組構(gòu)造脊上所有鉆井在館陶組至明化鎮(zhèn)組均見到了較長的含油井段,表明油氣充注能力強.相反,位于構(gòu)造脊之外的鉆井僅見到零星顯示[5],這說明館陶組構(gòu)造脊控制了凸起斜坡區(qū)油氣的橫向運移.

3 優(yōu)勢運移路徑刻畫

3.1 基于流線法的油氣運移路徑模擬

利用相分析技術(shù)、鉆井資料以及主力烴源巖層系的沉積相圖,確定與烴源巖密切接觸的古近系砂體發(fā)育范圍(油氣初始匯聚區(qū)).在此基礎(chǔ)上,綜合考慮邊界斷裂的活動性、斷面形態(tài),取強活動性斷層與凸面疊合區(qū)作為油氣在斷面上的匯聚點為油氣在館陶組輸導(dǎo)層中運移的起始點.對于油氣在砂體輸導(dǎo)層中的運移路徑,可以用盆地模擬軟件實現(xiàn).

目前可用于油氣運移模擬的方法主要有滲流力學法、流體勢能分析法、流線法等[17-22].在新近系淺層砂體輸導(dǎo)層中,油氣運移主要受浮力驅(qū)動[16].本文采用基于浮力驅(qū)動的流線法,應(yīng)用IES PetroMod軟件對凸起斜坡區(qū)的油氣運移路徑進行了刻畫.

3.2 模擬結(jié)果

石南一號斷裂上共發(fā)育7個油氣匯聚點,結(jié)合盆模軟件EXPRESS模塊對這7個點進行油氣注入.結(jié)果顯示,凸起斜坡區(qū)共發(fā)育13條油氣運移路徑,其中西段3條,東段10條.由圖5可以看出,油氣運移并非沿所有凸起運移,而是沿著少數(shù)幾個構(gòu)造脊運移.由此可見,油氣從凹陷向凸起運移前,油氣匯聚區(qū)已發(fā)生明顯的變化.盡管凸起上發(fā)育著數(shù)量眾多的構(gòu)造脊,并非所有構(gòu)造脊上都有大量的油氣運移發(fā)生."源-斷-脊"三者的耦合區(qū)決定了油氣在凸起斜坡區(qū)的最終運移方向,即凸起上的油氣優(yōu)勢運移路徑.目前,已在凸起斜坡部位發(fā)現(xiàn)的QHD33-1S億噸級油田,就位于7,8,9,10,11號油氣優(yōu)勢運移路徑上(見圖5).

圖5 石臼坨凸起斜坡區(qū)油氣優(yōu)勢運移路徑

4 運聚模式

綜合分析"源-斷-脊"三者的匹配關(guān)系,認為石臼坨凸起斜坡區(qū)主要為"斷控源倉型"油氣運聚模式.

"斷控源倉型"由烴源巖、古近系扇體、邊界斷裂、館陶組砂礫巖體、明下段砂體與晚期斷裂在空間上有序組合而成.邊界斷裂溝通著古近系烴源巖和館陶組砂礫巖體,晚期斷裂溝通著館陶組砂礫巖體和明下段砂體[23].總體而言,"中轉(zhuǎn)站"、邊界斷裂特征和館陶組構(gòu)造脊三者聯(lián)合控制了凸起斜坡區(qū)的油氣優(yōu)勢運移路徑,缺少其中任何一項,都難以形成有效的油氣優(yōu)勢運移路徑.由圖6可見:①區(qū)"源-斷-脊"三者耦合,在凸起斜坡區(qū)形成油氣優(yōu)勢運移路徑,而②-④區(qū)均未形成有效的油氣優(yōu)勢運移路徑;②區(qū)缺乏邊界斷裂條件,斷裂晚期不活動;③區(qū)缺乏"中轉(zhuǎn)站",古近系砂體與烴源巖不接觸;④區(qū)缺乏館陶組構(gòu)造脊(見圖6).

圖6 石臼坨凸起斜坡區(qū)油氣運聚模式

5 勘探實踐

5.1 位于運移路徑上的構(gòu)造均有好的油氣發(fā)現(xiàn)

勘探實踐證實,凸起斜坡區(qū)已發(fā)現(xiàn)的含油氣構(gòu)造均處在油氣優(yōu)勢運移路徑上,其中QHD33-1S億噸級油田最為典型,是石臼坨凸起斜坡區(qū)迄今為止在新近系發(fā)現(xiàn)的最大油田.該油田位于石臼坨凸起東斜坡,以構(gòu)造-巖性圈閉為主,儲層是明化鎮(zhèn)組極淺水三角洲砂體.油田區(qū)底部無烴源巖發(fā)育,斷至館陶組的晚期斷層是該油田唯一的供油通道.從模擬結(jié)果來看,該區(qū)的晚期斷層均切入了館陶組油氣優(yōu)勢運移路徑上 (見圖6),這表明位于優(yōu)勢運移路徑的館陶組輸導(dǎo)層為QHD33-1S油田提供了充足的油源.

5.2 遠離運移路徑的構(gòu)造鉆探效果不佳

油氣優(yōu)勢運移路徑也來源于失利井的反面立證.在石臼坨凸起斜坡區(qū)乃至凸起高部位,基于三維地震資料落實了一批可靠的構(gòu)造圈閉和構(gòu)造-巖性圈閉,加之淺層儲蓋組合好,成藏概率應(yīng)該非常大.但鉆探證實,僅有零星油氣顯示或者無顯示.經(jīng)過鉆后的深入類比發(fā)現(xiàn),凸起區(qū)淺層未有理想的油氣發(fā)現(xiàn),主要原因是未處于油氣優(yōu)勢運移路徑上,例如QHD31,QHD34等構(gòu)造的鉆探失利就是很好的佐證.

6 結(jié)論

1)石臼坨凸起斜坡區(qū)油氣運移路徑受烴源條件、邊界斷裂和館陶組構(gòu)造脊三者聯(lián)合控制.烴源巖與中深層砂巖儲層的接觸關(guān)系控制了油氣初始匯聚點;邊界斷裂活動性和斷面形態(tài)控制了油氣垂向輸導(dǎo)能力;館陶組構(gòu)造脊控制油氣的橫向運移路徑.

2)勘探結(jié)果證實,油氣優(yōu)勢運移路徑控制凸起斜坡區(qū)油氣差異聚集.在油氣優(yōu)勢運移路徑上已發(fā)現(xiàn)1個億噸級油田和多個含油氣構(gòu)造,而遠離路徑的構(gòu)造鉆探效果不佳.

3)位于油氣優(yōu)勢運移路徑上的未鉆構(gòu)造是下步有利的勘探方向.在石臼坨凸起斜坡區(qū)共刻畫了13條油氣優(yōu)勢運移路徑,其中,3-6,11和13等6條油氣優(yōu)勢運移路徑上的凸起斜坡區(qū)未有鉆井揭示,具有較大的勘探潛力.