南襄盆地南陽凹陷核桃園組“源勢相導(dǎo)”控藏作用

羅家群，彭金寧，楊云飛，劉桂蘭，郭飛飛，張 帆，閆永芳

(1.中國石化 河南油田分公司 勘探開發(fā)研究院，鄭州 450000； 2.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院 無錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無錫 214126)

陸相生油理論奠定了中國油氣勘探開發(fā)的理論基礎(chǔ)[1-6]。從1970年代開始，前人[5-7]在中國東部盆地如渤海灣盆地等油氣勘探實踐的基礎(chǔ)上，以“定凹選帶”為主，總結(jié)出油氣田多以生油凹陷為中心、呈環(huán)繞狀分布的油氣成藏模式；1980年代經(jīng)歷了東部斷陷盆地復(fù)式油氣聚集油氣勘探[8]，進一步發(fā)展了“定凹選帶”理論。到了1990年代后期，以勝利油田為代表，主體進入了隱蔽油氣藏勘探階段，至此也形成了一系列的陸相油氣勘探開發(fā)理論，如斷裂坡折帶油氣成藏、斷層與坡折帶控砂、復(fù)式輸導(dǎo)以及優(yōu)勢相與流體勢控藏等[9-17]。上述理論在南陽凹陷核桃園組構(gòu)造—巖性油氣藏勘探中取得了一定效果[18]，同時也存在很多不足之處，如僅用“定凹選帶”、“源控”、“相控”等來判斷油氣運移通道和有利聚集場所效果并不明顯。因此，本文綜合考慮“源控”油氣機制、“相勢”耦合控油氣機制和輸導(dǎo)層控油機制，探討“源勢相導(dǎo)”耦合關(guān)系，以期為提高南陽凹陷核桃園組有利油氣勘探目標(biāo)提供依據(jù)。

1 “源勢相導(dǎo)”評價方法

1.1 “源勢相導(dǎo)”思路

本次研究利用“相勢耦合”來解剖南陽凹陷油氣成藏過程，結(jié)果發(fā)現(xiàn)受邊界斷層影響，油藏源控特征明顯；同時沉積相、斷層也明顯地控制了油藏的分布，基于此提出了定性—半定量的勘探方法，即“源勢相導(dǎo)”的思路。

1.1.1 “源”是形成油氣藏的基礎(chǔ)

(1) 運移距離對油氣的控制作用

根據(jù)前人的研究[19]，認(rèn)為中國大中型油氣田的分布與烴源巖區(qū)有很大關(guān)系。姜福杰等[20]也運用烴源巖最大排烴強度(M)、油氣藏距離生烴中心遠近(L)以及油氣藏距離烴源巖排烴邊界遠近(L＇)3個參數(shù)，總結(jié)與建立了油氣成藏概率的定量評價模型。本次研究使用目標(biāo)區(qū)與生烴中心的距離和最大排烴強度來表征烴源巖對油氣控制作用。

南陽凹陷自西向東可劃為3個構(gòu)造單元，即：東莊構(gòu)造帶、魏崗—北馬莊構(gòu)造帶(魏崗、楊坡)和張店—白秋構(gòu)造帶(張店、馬店)(圖1)。張店—白秋構(gòu)造帶資源量為4 400×104t，魏崗—北馬莊構(gòu)造帶資源量為4 200×104t，后者盡管資源量較小，但是目標(biāo)區(qū)距離生烴中心距離較近，多集中在8 km以內(nèi)，而前者相對較遠，一般在10～15 km，大于30 km基本沒有油氣藏分布。因此，從目前統(tǒng)計來看，南陽凹陷核桃園組烴源巖排烴橫向運移距離在15 km以內(nèi)的地區(qū)，油氣成藏的概率較高，其中以烴源巖排烴橫向運移距離在 3～9 km以內(nèi)最為集中。

(2)排烴強度對油氣的控制作用

根據(jù)前人研究與油氣田統(tǒng)計分析，排烴強度也控制著油藏的分布。南陽凹陷東莊次凹烴源巖排烴強度達到了21 t/km2，控制了東莊構(gòu)造的油氣資源，其已發(fā)現(xiàn)的三級石油儲量達到198×104t。牛三門次凹烴源巖累積排烴強度為96×104t/km2，張店和魏崗構(gòu)造帶受牛三門次凹烴源排烴強度的影響。目前，張店和魏崗構(gòu)造帶探明儲量達到了1 736×104t和1 026×104t。因此，南陽凹陷油藏的分布明顯受核桃園組烴源巖排烴強度(供烴)的影響與控制(圖2)。總體來說，烴源巖的排烴強度越大，其周緣油氣藏的面積和儲量也就越大。

圖1 南襄盆地南陽凹陷構(gòu)造單元劃分略圖

圖2 南襄盆地南陽凹陷核二下段烴源巖排烴強度

1.1.2 “勢”是油氣富集的重要因素

“勢”即流體勢(Фo)，是指單位質(zhì)量的流體所具有的機械能總和，用以反映目標(biāo)區(qū)與生烴中心勢能差的大小。流體勢的計算公式：

Фo=gz+P/ρo

式中：Фo為該點的流體勢，J/kg；g為重力加速度；z為該點相對于基準(zhǔn)面(高程為0 m)的高程，數(shù)據(jù)來源于各層構(gòu)造圖，m；P為測點壓力，pa；ρo為地層原油密度，kg/m3。

根據(jù)前人研究[21]，南陽凹陷核桃園組以常壓為主，因此P即對應(yīng)于測點的地層靜水壓力。南陽凹陷核三段流體勢南部斷超帶向北部斜坡帶整體呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(圖3)，其范圍為55～25 kJ/kg。東莊地區(qū)流體勢值最大，為54～61 kJ/kg；張店主體流體勢值相對較大，為44～50 kJ/kg；魏崗和白秋地區(qū)流體勢值相對較小，為31～41 kJ/kg。南陽凹陷核二下段流體勢平面分布特征與核三段相似，南部斷超帶上的東莊、北馬莊地區(qū)流體勢值較大，在50～55 kJ/kg之間；楊坡和張店主體也具有較高的流體勢，為38～50 kJ/kg；魏崗和白秋地區(qū)流體勢相對較小，為23～39 kJ/kg。油氣總是沿勢能降低最快的方向運移，而魏崗和張店地區(qū)油藏正是處在勢能降低最快的路徑上。

1.1.3 “相”是油氣賦存的重要因素

一般意義的“地質(zhì)相”對油氣富集的控制作用，主要體現(xiàn)在“構(gòu)造相”、“沉積相”等宏觀要素至 “巖相”、“巖石物理相”等微觀要素對油氣的運聚與成藏的控制與影響。

(1)構(gòu)造相控油氣作用

構(gòu)造相總體是反映區(qū)域形成的構(gòu)造形態(tài)、環(huán)境等背景，不同構(gòu)造帶所處的古地理環(huán)境不同，物源存在差異，這種差異性導(dǎo)致沉積分布及油氣運聚等方面也存在差異?？傮w上，油氣的分布宏觀上受構(gòu)造相的控制與影響(圖4)。

南陽凹陷油氣藏個數(shù)以張店構(gòu)造帶最多，其次為魏崗構(gòu)造帶，再次為東莊構(gòu)造帶，東莊次凹和牛三門次凹附近的東莊、北馬莊和馬店地區(qū)油藏數(shù)量相對較少；從儲量分布來看，以張店構(gòu)造帶最為豐富，其次為魏崗構(gòu)造帶，東莊構(gòu)造帶油氣儲量排第三位。本區(qū)張店構(gòu)造帶和魏崗構(gòu)造帶的主體部位是有利于油氣成藏的地區(qū)。

圖3 南襄盆地南陽凹陷核三段油藏與流體勢、相指數(shù)的關(guān)系

圖4 南襄盆地南陽凹陷不同構(gòu)造單元油藏分布直方圖

(2)沉積相控油氣作用

沉積相是沉積物的生成環(huán)境、生成條件和其特征的總和。同時，不同的古地貌背景發(fā)育著不同的沉積相組合類型，不同的沉積相控制著不同儲集性能儲層的展布，對油氣的運聚也就存在著明顯的差異性。從目前勘探開發(fā)效果看，曲流河三角洲相、近岸水下扇相和濱淺湖相、半深湖—深湖相等沉積相類型是南陽凹陷有利的儲集類型。南陽凹陷油氣藏個數(shù)以三角洲相最多，其次是扇三角洲相，再次為濱淺湖相；從儲量分布來看，以三角洲相最為豐富，其次為扇三角洲相和濱淺湖相。本區(qū)有利于油氣富集成藏的沉積相帶主要是近岸水下扇相、三角洲相和濱淺湖相。

(3) 巖相及物理相控油氣作用

根據(jù)統(tǒng)計，南陽凹陷儲層類型為粉砂巖、細(xì)砂巖和中砂巖，其油氣藏較為發(fā)育，儲層的孔隙度在10%～30%之間，以15%～25%為主，滲透率在(5～1 000)×10-3μm2。同時發(fā)現(xiàn)南陽凹陷油氣藏儲量、含油飽和度與砂巖物性(孔隙度、滲透率)沒有正相關(guān)關(guān)系，不會隨著孔隙度的增大而一直增加。根據(jù)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，孔隙度小于10%、滲透率小于5×10-3μm2的儲層中基本沒有油氣藏的發(fā)現(xiàn)。因此，孔隙度在15%～25%之間最有利于油氣的成藏，優(yōu)質(zhì)儲層物理相影響和控制著南陽凹陷核桃園組油氣的成藏與分布。

(4)相控油氣作用模式及其定量表征

“相”指的是目標(biāo)區(qū)由沉積相所決定的巖石物性的大小，用相指數(shù)(FI)來表征，相指數(shù)計算公式：

FI= (Φi+Ki)/2，Φi=Φ/Φmax，Ki=lgK/lgKmax

式中：Φi為相對孔隙度，%；Φ為巖石孔隙度，%；Φmax為同等條件下最大孔隙度，%；Ki為相對滲透率，10-3μm2；K為巖石滲透率，10-3μm2；Kmax為同等條件下最大滲透率，10-3μm2。

核三段油藏主要分布在張店地區(qū)，魏崗和東莊地區(qū)有少量分布。核三段東莊地區(qū)相指數(shù)為0.48～0.52，為低相特征；魏崗地區(qū)為0.58～0.62，為中優(yōu)相特征；張店主體相指數(shù)為0.49～0.55，為中相特征；白秋地區(qū)相指數(shù)為0.62～0.83，為優(yōu)相特征(圖3)。核二段油藏在張店和魏崗地區(qū)廣泛分布。張店和白秋地區(qū)相指數(shù)分別為0.69～0.88和0.61～0.9，為優(yōu)相特征；東莊、北馬莊和馬店地區(qū)相指數(shù)普遍在0.48～0.55之間，為低—中相特征(圖5)。

運用南陽凹陷部分試油資料與油氣層物性資料(孔隙度、滲透率)可以得到油藏的相(相指數(shù))與勢(流體勢)的關(guān)系(圖6)。牛三門次凹北部官莊—白秋地區(qū)油藏埋深(H)相對較淺，地層壓力(P)和流體勢能相對較小，而孔隙度主要集中在10%～25%之間，相指數(shù)主體處于中—優(yōu)相；地層壓力隨著油氣藏埋深的增大相應(yīng)增大，但油層有效孔隙度和相指數(shù)隨之而降低。南部斷超帶北馬莊地區(qū)和東莊地區(qū)油藏平均埋深大，有效孔隙度和相指數(shù)低，地層壓力和流體勢相應(yīng)較大。張店和魏崗主體部位油氣儲量大，油藏分布較多，分布范圍也較大，埋藏深度適中。將流體勢與相指數(shù)數(shù)值投影到圖上，可以更為直觀地反映流體勢與巖相(相指數(shù))的相關(guān)關(guān)系。根據(jù)霍志鵬等[22]的研究成果，濟陽凹陷 85%以上的油氣藏位于FI>0.5，Фo<30 kJ/kg 的范圍內(nèi)。本次研究結(jié)合南陽凹陷實際勘探情況，將流體勢劃分為高勢(>45 kJ/kg)、中勢(30～40 kJ/kg)和低勢(<30 kJ/kg)；將相劃分為優(yōu)相(0.6)、中相(0.4～0.6)和低相(<0.4)。從相勢交會圖(圖6)中可以看出，流體勢與相指數(shù)呈明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，勢能高，相指數(shù)下限低；勢能低，相指數(shù)下限高。高勢優(yōu)相、高勢低相、低勢優(yōu)相均可成藏；低勢低相則不能成藏，即：

Y=492.3x-0.865

式中：Y為流體勢，kJ/kg；x為相指數(shù)。曲線之下為含油氣區(qū)，流體勢與相指數(shù)數(shù)值交會在該區(qū)域的容易成藏；曲線之上為不含油氣區(qū)，流體勢與相指數(shù)交會在該區(qū)域的不能成藏(圖6)。據(jù)此可以進行鉆前油氣預(yù)測。

圖5 南襄盆地南陽凹陷核二下段油藏與流體勢、相指數(shù)及斷層SGR的關(guān)系

圖6 南襄盆地南陽凹陷核桃園組孔隙度、相指數(shù)與流體勢交會圖

1.1.4 “導(dǎo)”是油氣匯聚的關(guān)鍵

“導(dǎo)”主要體現(xiàn)在目標(biāo)區(qū)與生烴中心連通的斷層的輸導(dǎo)性及其與優(yōu)勢砂體的配合性，用斷層泥比率(SGR)和斷層與勢能分隔槽線之間的夾角(A)來表征，是尋找油氣藏的關(guān)鍵。

斷層泥巖比率，也稱斷層泥巖質(zhì)量分?jǐn)?shù)，是YEILING在1997年提出的，其計算結(jié)果越大，反映斷層的封堵性越好。計算公式如下：

SGR=∑(V·ΔZ)/D×100%

式中：V表示斷層斷距內(nèi)每個巖層泥質(zhì)含量；Z表示每個巖層的厚度；D表示斷距。

魏崗地區(qū)斷層封堵性較好，斷層SGR為40%～60%；白秋地區(qū)斷層SGR在30%～40%之間，具有較好的封堵性(圖5)。油氣運移流線與斷層存在一個夾角，油氣向鈍角方向運移，有利于油氣向白秋東部運聚。

2 源勢相導(dǎo)預(yù)測流程

2.1 源勢相導(dǎo)復(fù)合控藏作用

油氣受“源勢相導(dǎo)”共控成藏，即烴源巖、流體勢、地質(zhì)相和輸導(dǎo)層的協(xié)同控制。“源控”作用表現(xiàn)為近源控藏，“相控”作用表現(xiàn)為高孔滲、優(yōu)相控藏，“勢控”作用表現(xiàn)為低界面勢能控藏，“導(dǎo)控”作用表現(xiàn)為斷層和優(yōu)勢砂體控藏。當(dāng)儲層滿足近源、優(yōu)相、低勢以及高輸導(dǎo)性四方面條件時，儲層具有較高的含油飽和度。源勢相導(dǎo)復(fù)合控藏作用的基本模式為“近源—優(yōu)相—低勢—高導(dǎo)”控藏。

2.2 油氣聚集帶預(yù)測流程

本次研究應(yīng)用“近源—優(yōu)相—低勢—高導(dǎo)”控藏的規(guī)律，在南陽凹陷進行有利區(qū)預(yù)測的步驟為：(1) 在相指數(shù)平面圖中找出FI>0.4 的相區(qū)；(2) 在流體勢平面圖上找出Фo<50 kJ/kg的勢區(qū)；(3)將相區(qū)與勢區(qū)分級別疊合，預(yù)測出背斜類和斷塊類油氣藏可能的有利發(fā)育區(qū)。

2.2.1 東莊構(gòu)造帶

核三段沉積期，東莊地區(qū)烴源巖最大排烴強度為90×104t/km2，油藏距離排烴中心距離為0.53～2.13 km。目前在該區(qū)已發(fā)現(xiàn)儲量35×104t，反映了近源成藏的特點。東莊地區(qū)油藏以斷背斜油藏為主，其地層壓力為26～27.2 MPa，流體勢為50.9～53.7 kJ/kg，反映了高勢的特點(圖3)。東莊地區(qū)發(fā)育扇三角洲和三角洲前緣沉積，巖性以細(xì)砂巖和粉砂巖為主，有效孔隙度為14%～16%，相指數(shù)為0.48～0.52，反映了低相的特點。東莊地區(qū)斷層發(fā)育，斷層泥巖比率(SGR)為48%～81.57%，涂抹系數(shù)(SSF)為2.74～8.33，反映封堵性良好。核二段沉積期，東莊地區(qū)烴源巖最大排烴強度為50×104t/km2，目前在該段已發(fā)現(xiàn)儲量163×104t，孔隙度為14%～15.5%，流體勢為52～57 kJ/kg，反映高勢弱相特征(圖5)。

2.2.2 魏崗—北馬莊構(gòu)造帶

核三段沉積時期，牛三門次凹最大排烴強度為200×104t/km2，油藏距離排烴中心距離為2.2～11.2 km，官莊—魏崗發(fā)育三角洲相沉積，目前在該區(qū)已發(fā)現(xiàn)儲量16.7×104t。該區(qū)油藏以斷塊、斷鼻油藏為主，地層壓力為15.68～18.5 MPa，流體勢為30～36 kJ/kg，孔隙度為17.5%～18%，相指數(shù)為0.60～0.62，反映了低勢中—優(yōu)相的特征。魏崗地區(qū)斷層發(fā)育， SGR為63.9%～94.6%， SSF為1.01～9.75，反映封堵性良好。核二段沉積時期，牛三門次凹最大排烴強度為240×104t/km2，流體勢為30～42 kJ/kg，相指數(shù)為0.62～0.88，反映了中低勢優(yōu)相特征。

2.2.3 張店構(gòu)造帶

核三段沉積時期，張店地區(qū)油藏距離排烴中心距離為3.7～9.5 km，主要發(fā)育三角洲相沉積，流體勢為30～43 kJ/kg，相指數(shù)為0.51～0.83，屬于中—低勢優(yōu)相，其勢能差中等，目前在該區(qū)已發(fā)現(xiàn)儲量358.68×104t。核三段沉積中期，張店地區(qū)流體勢為30～43 kJ/kg，相指數(shù)為0.52～0.9，屬于中低勢優(yōu)相，目前在該層段發(fā)現(xiàn)儲量650.7×104t；而馬店地區(qū)流體勢為51～57 kJ/kg，相指數(shù)為0.41～0.52，反映了中高勢中相特征，目前在該層段已發(fā)現(xiàn)儲量31.12×104t。

2.3 實例應(yīng)用

白秋地區(qū)資源潛力較大，資源量為6 403×104t。核三段沉積期，白秋地區(qū)為優(yōu)相中勢區(qū)(相指數(shù)0.51～0.83，流體勢30～43 kJ/kg)；魏崗地區(qū)為中—弱相中勢區(qū)(相指數(shù)0.46～0.62，流體勢30～41 kJ/kg)(圖3)。核三段魏崗地區(qū)相勢不耦合，白秋地區(qū)勢能偏大，但當(dāng)相勢不耦合時，相起主導(dǎo)作用，在泵吸作用下，張店三角洲砂體將魏崗地區(qū)的油氣運移至張店—白秋油氣運聚區(qū)，因此，張店—白秋地區(qū)的油氣資源量應(yīng)大于6 403×104t；斷層可調(diào)節(jié)油氣運移，使白秋地區(qū)發(fā)散的油氣為帚狀匯聚?？傊霸磩菹鄬?dǎo)”作用使核三段白秋油氣運聚優(yōu)于魏崗。

3 結(jié)論

(1)南陽凹陷油氣藏受邊界斷層影響，油藏源控特征明顯；同時沉積相、斷層也明顯地控制了油藏的分布。烴源巖、流體勢、地質(zhì)相的控油氣作用的模式為“近源—低勢—優(yōu)相”。

(2)油氣主要分布在中高勢—中相區(qū)和中勢—優(yōu)相區(qū)，油氣運移遇斷層后向鈍角方向呈胡同式側(cè)向運移，富集于正向斷塊。“源勢相導(dǎo)”控藏綜合作用分析認(rèn)為，白秋地區(qū)核三段油氣匯聚優(yōu)于魏崗地區(qū)。因此，白秋西北部是下一步的有利勘探區(qū)。