斷蓋配置封閉性組合形成的多層油氣運聚有利部位預(yù)測方法

付 廣，鄧 春，于 桐，梁木桂

(東北石油大學地球科學學院，黑龍江大慶 163318)

油氣勘探的實踐表明，在含油氣盆地下生上儲式生儲蓋組合中，往往在一些大斷裂附近出現(xiàn)多層油氣運聚現(xiàn)象，這主要是下伏源巖生成的油氣沿大斷裂穿過多套區(qū)域性泥巖蓋層運移至多層位聚集所致。然而油氣鉆探結(jié)果表明，并非這些大斷裂附近的所有部位均有多層油氣分布，這除了受到其圈閉構(gòu)造和砂體發(fā)育的影響外，主要受到了斷蓋配置封閉性組合形成的多層油氣運聚有利部位的影響，只有位于大斷裂附近斷蓋配置封閉性組合形成的多層油氣運聚有利部位處或附近，才能使油氣在其附近多層運聚成藏。因此能否準確地預(yù)測出斷蓋配置封閉性組合形成的多層油氣運聚有利部位應(yīng)是含油氣盆地大斷裂附近油氣勘探的關(guān)鍵。關(guān)于斷蓋配置及其組合與油氣運聚關(guān)系前人曾做過如下研究:①根據(jù)斷蓋配置在油氣成藏期是否封閉，研究油氣在斷蓋配置上下運聚特征[1-8]，認為斷蓋配置封閉，油氣不能穿過斷蓋配置向其上運移，只能在其下運聚成藏；反之油氣在其上下運聚成藏。②根據(jù)多套斷蓋配置封閉性組合特征，研究油氣在縱向多層位中的運聚特征[3-5]，認為下部斷蓋配置封閉，不論中部和上部斷蓋配置封閉性如何，油氣只能在下部斷蓋配置之下層位中運聚成藏。若下部斷蓋配置不封閉，但中部斷蓋配置封閉，上部斷蓋配置不論是否封閉，油氣應(yīng)在中部斷蓋配置之下層位進行運聚成藏。如下中部斷蓋配置不封閉，但上部斷蓋配置封閉，油氣可在上部斷蓋配置之下所有層位中運聚成藏。研究成果雖然能給出油氣縱向運聚層位，但不能準確預(yù)測油氣在每一層位中的運聚部位，難以有效地指導含油氣盆地大斷裂附近多層油氣勘探。因此開展斷蓋配置封閉性組合形成的多層油氣運聚有利部位預(yù)測方法研究，對于正確認識含油氣盆地下生上儲式大斷裂附近多層油氣分布規(guī)律和指導油氣勘探均具重要意義。筆者在斷蓋配置封閉性組合形成的多層油氣運聚條件和有利部位研究的基礎(chǔ)上，通過確定上部斷蓋配置封閉部位和下部各斷蓋配置不封閉部位，將其疊合建立一套斷蓋配置封閉性組合形成的多層油氣運聚有利部位的預(yù)測方法。

1 斷蓋配置封閉性組合形成的多層油氣運聚條件及有利部位

在含油氣盆地下生上儲式生儲蓋組合中，下伏源巖生成的油氣只能通過油源斷裂(連接下伏源巖和上覆目的層，且在油氣成藏期活動的斷裂)才能在上覆層位中運聚成藏。然而，油源斷裂在向上覆地層輸導油氣過程中必然要遇到多套區(qū)域性泥巖蓋層阻擋。油氣要在縱向多層中運聚成藏需要上部斷蓋配置封閉，其下部各斷蓋配置皆應(yīng)不封閉，只有這樣油氣才能沿油源斷裂穿過多套區(qū)域性泥巖蓋層在其下多層中運聚成藏(圖1(a))；否則油氣只能在其下單一層位中運聚成藏(圖1(b))。

圖1 斷蓋配置封閉性組合形成多層油氣運聚所需條件Fig.1 Conditions required for oil and gas migration and accumulation in multi-layers formed by sealing combination of fault-cap configuration

可以看出，斷蓋配置封閉性組合形成的多層油氣運聚有利部位應(yīng)是上部斷蓋配置封閉部位和下部各斷蓋配置不封閉部位的耦合部位(圖2)。

圖2 斷蓋配置封閉性組合形成的多層油氣運聚有利部位厘定示意圖Fig.2 Determination of favorable positions for oil and gas migration and accumulation in multi-layers formed by sealing combination of fault-cap configuration

2 斷蓋配置封閉性組合形成的多層油氣運聚有利部位預(yù)測方法

預(yù)測出上部斷蓋配置封閉部位和下部各斷蓋配置不封閉部位，將其疊合，其重合部位即為斷蓋配置封閉性組合形成的多層油氣運聚有利部位。

要確定上部斷蓋配置封閉部位就必須確定出上部斷蓋配置古斷接厚度和斷蓋配置封油氣所需的最小斷接厚度。要確定上部斷蓋配置古斷接厚度就必須先確定斷入上部區(qū)域性泥巖蓋層的油源斷裂。利用三維地震資料拆分上部區(qū)域性泥巖蓋層內(nèi)斷裂的斷穿層位，將連接下伏源巖和上部區(qū)域性泥巖蓋層且在油氣成藏期活動的斷裂作為輸導斷裂。利用源巖成熟度地化參數(shù)隨埋深變化特征，由生烴潛力法[9-12]確定源巖排烴門限，據(jù)此圈定源巖排烴分布區(qū)。將源巖排烴分布區(qū)內(nèi)的輸導斷裂作為油源斷裂，并利用三維地震資料讀取不同部位油源斷裂在上部區(qū)域性泥巖蓋層內(nèi)斷距和對應(yīng)處上部區(qū)域性泥巖蓋層厚度，由最大斷距相減法[13-16]和地層古厚度恢復(fù)方法[17-20]恢復(fù)其在油氣成藏期古斷距和古厚度，由蓋層古厚度減去古斷距，求取不同部位上部斷蓋配置古斷接厚度(Hf,圖3(a))。統(tǒng)計研究區(qū)已知井點處上部斷蓋配置古斷接厚度與其上下已發(fā)現(xiàn)油氣分布關(guān)系，將斷蓋配置斷接厚度按由小到大排列(應(yīng)去掉受圈閉條件、儲層條件和油氣充注強度等因素影響的井進行統(tǒng)計)，如圖3(b)所示，根據(jù)區(qū)域性泥巖蓋層上下油氣分布特征，研究斷蓋配置是否封閉，若區(qū)域性泥巖蓋層之上無油氣分布，表明油氣不能穿過區(qū)域性泥巖蓋層向其上運移，斷蓋配置封閉；相反，斷蓋配置不封閉?；诖耍∮蜌鈨H分布在區(qū)域性泥巖蓋層之下處的最小斷接厚度作為斷蓋配置封油氣所需的最小斷接厚度(Hfmin)[6,21]，將上部斷蓋配置古斷接厚度大于或等于其封油氣所需的最小斷接厚度的部位圈在一起，便可以得到上部斷蓋配置封閉部位(圖3)。

圖3 斷蓋配置封閉部位厘定示意圖Fig.3 Determination of sealing position of fault-cap configuration

確定下部各斷蓋配置不封閉部位可以采用上述方法，只是最后將下部各斷蓋配置古斷接厚度小于其封油氣所需的最小斷接厚度的部位圈在一起，即為下部各斷蓋配置不封閉部位。

將已確定出的上部斷蓋配置封閉部位和下部各斷蓋配置不封閉部位疊合，便可以得到斷蓋配置封閉性組合形成的多層油氣運聚有利部位(圖2)。

3 實例應(yīng)用

南北大港地區(qū)位于歧口凹陷中南部，構(gòu)造上包括歧北次凹、南大港潛山構(gòu)造帶、北大港潛山構(gòu)造帶中南部地區(qū)、歧口主凹西部、歧北斜坡中北部地區(qū)和埕北斷階北部局部地區(qū)(圖4)，是歧口凹陷目前油氣勘探的重點地區(qū)。該區(qū)目前鉆探所揭示的地層主要有古近系、新近系和少量第四系，其中古近系地層有孔店組、沙河街組和東營組，新近系地層有館陶組和明化鎮(zhèn)組。目前該區(qū)已發(fā)現(xiàn)油氣主要分布在沙河街組，少量分布在東營組和館陶組，其對應(yīng)的區(qū)域性泥巖蓋層分別是沙一中亞段、東二段和明化鎮(zhèn)組泥巖蓋層。油氣主要來自下伏沙三段源巖，屬于下生上儲式生儲蓋組合。由圖4中可以看出，目前已發(fā)現(xiàn)的沙河街組、東營組和館陶組油氣均分布在北部中南地區(qū)和南部邊部地區(qū)斷裂附近，除了受到其圈閉構(gòu)造和砂體發(fā)育的影響外，主要是受到其斷蓋配置封閉性組合形成的3層油氣運聚有利部位分布的控制。因此能否準確地預(yù)測出南北大港地區(qū)斷蓋配置封閉性組合形成的沙河街組、東營組和館陶組3層油氣運聚有利部位，是南北大港地區(qū)大斷裂附近油氣勘探的關(guān)鍵。

圖4 沙河街組、東營組和館陶組3層油氣運聚有利部位與油氣分布關(guān)系Fig.4 Relationship between oil and gas distribution and favorable locations for hydrocarbon migration and accumulation in Es, Ed and Ng Formation

由三維地震資料拆分南北大港地區(qū)沙一中亞段、東二段和明化鎮(zhèn)組區(qū)域性泥巖蓋層中斷裂斷穿層位，將連接下伏沙三段源巖和沙一中亞段、東二段、明化鎮(zhèn)組蓋層，且在油氣成藏期——明化鎮(zhèn)組沉積中晚期活動的斷裂作為其輸導斷裂，如圖5所示。

圖5 沙一中亞段、東二段和明化鎮(zhèn)組內(nèi)油源斷裂分布Fig.5 Distribution of oil-source faults in Ed2 and Ng Formation

利用源巖成熟度地化參數(shù)((S1+S2)/TOC)隨埋藏深度變化關(guān)系(圖6)，可以得到南北大港地區(qū)沙三段源巖排烴門限約為3 600 m，據(jù)此確定其沙三段源巖排烴分布區(qū)(圖5)。將上述輸導斷裂分布與源巖排烴分布區(qū)疊合，便可以得到南北大港地區(qū)沙河街組、東營組和明化鎮(zhèn)組3套區(qū)域性泥巖蓋層內(nèi)油源斷裂，主要分布在其東部，少量分布在其北部中部和南部邊部，且從沙一中亞段至明化鎮(zhèn)組油源斷裂由多變少(圖5)。

圖6 沙三段源巖排烴門限厘定Fig.6 Determination of hydrocarbon expulsion threshold of Es3 Formation

由鉆井資料統(tǒng)計可以得到南北大港地區(qū)沙一中亞段和東二段區(qū)域性泥巖蓋層厚度(圖7、8)。南北大港地區(qū)沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層厚度最大可達到850 m，主要分布在其東北部，由此向西、北和東沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層厚度逐漸減小，在西部邊界厚度減小至50 m以下(圖7)。南北大港地區(qū)東二段區(qū)域性泥巖蓋層最大厚度可超過900 m，主要分布在其東部局部，在研究區(qū)中部和東南地區(qū)存在2個次極值區(qū)，東二段區(qū)域性泥巖蓋層厚度可超過700 m，由3個高值區(qū)向西部和北部東二段區(qū)域性泥巖蓋層厚度逐漸減小，在西北邊部厚度減小至50 m以下(圖8)。

南北大港地區(qū)明化鎮(zhèn)組地層厚度相對較大(圖9)，泥巖累積厚度也相對較大，但由于其不是主要目的層，缺少取芯資料，難以做出其平面分布圖。

圖7 沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層厚度分布Fig.7 Thickness distribution of regional mudstone cap in Formation

圖8 東二段區(qū)域性泥巖蓋層厚度分布Fig.8 Thickness distribution of regional mudstone cap in Ed2 Formation

圖9 南北大港地區(qū)地震剖面Fig.9 Seismic profile of north-south Dagang area

利用鉆井和地震資料統(tǒng)計南北大港地區(qū)油源斷裂在沙一中亞段和東二段區(qū)域性泥巖蓋層內(nèi)斷距和對應(yīng)處區(qū)域性泥巖蓋層厚度，由最大斷距相減法[13-16]和地層古厚度恢復(fù)方法[17-20]恢復(fù)其在油氣成藏期——明化鎮(zhèn)組沉積中晚期的古斷距和區(qū)域性泥巖蓋層古厚度，由區(qū)域性泥巖蓋層古厚度減去古斷距求取沙一中亞段和東二段斷蓋配置古斷接厚度。分別統(tǒng)計歧口凹陷43口井處沙一中亞段和44口井處東二段區(qū)域性泥巖蓋層古斷接厚度及其上下油氣顯示特征，將其斷接厚度從小至大排列，如圖10所示。由圖10(a)可以看出，沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層古斷接厚度最大至170 m時，其上下皆有油氣分布，表明沙一中亞段斷蓋配置不封閉，當古斷接厚度增至180 m時，油氣開始僅分布在其下，表明沙一中亞段斷蓋配置封閉，故取170～180 m作為沙一中亞段斷蓋配置封閉所需的最小斷接厚度范圍。同理，東二段斷蓋配置封閉所需的最小斷接厚度范圍應(yīng)為225～236 m，據(jù)此便可得到南北大港地區(qū)沙一中亞段和東二段斷蓋配置不封閉部位(圖11)。南北大港地區(qū)沙一中亞段斷蓋配置不封閉部位主要分布在其中北部和南部邊部地區(qū)，封閉部位僅分布在其北部中部和南部局部地區(qū)；東二段斷蓋配置不封閉部位主要分布在北部中南地區(qū)和南部邊部，封閉部位僅分布在其東北、中北部和南部邊部的局部地區(qū)。由圖11中油氣分布可以看出，在沙一中亞段和東二段斷蓋配置封閉區(qū)內(nèi)油氣僅在沙河街組和東營組中分布，而在沙一中亞段和東二段斷蓋配置不封閉區(qū)油氣在沙河街組和東營組及館陶組上下分布，這一油氣分布特征說明上述成果是正確的。

由圖9中可以看出，南北大港地區(qū)油源斷裂未斷穿明化鎮(zhèn)組區(qū)域性泥巖蓋層，油氣不能沿油源斷裂穿過明化鎮(zhèn)組區(qū)域性泥巖蓋層向上運移，其上至今未見到油氣顯示，表明明化鎮(zhèn)組斷蓋配置應(yīng)是封閉的。

將上述已確定出的明化鎮(zhèn)組斷蓋配置封閉部位(全是封閉的)和沙一中亞段及東二段斷蓋配置不封閉部位(圖11)疊合，便可以得到南北大港地區(qū)斷蓋配置封閉性組合形成的沙河街組、東營組和館陶組3層油氣運聚有利部位，主要分布在其北部中南地區(qū)和南部邊部地區(qū)。

由圖4中可以看出，南北大港地區(qū)目前已發(fā)現(xiàn)的沙河街組、東營組和館陶組3層油氣主要分布在其北部中南地區(qū)和南部邊部地區(qū)，正好是其斷蓋配置封閉性組合形成的沙河街組、東營組和館陶組3層油氣運聚有利部位處或附近。這是因為只有位于斷蓋配置封閉性組合形成的沙河街組、東營組和館陶組3層油氣運聚有利部位處或附近，才能通過油源斷裂穿過沙一中亞段和東二段區(qū)域性泥巖蓋層不封閉部位從下伏沙三段源巖處獲得油氣，并受到頂部封閉的明化鎮(zhèn)組區(qū)域性泥巖蓋層阻擋，使油氣向油源斷裂附近的沙河街組、東營組和館陶組3層中側(cè)向分流運移和聚集，油氣鉆探才能從這3層中發(fā)現(xiàn)油氣；否則無油氣發(fā)現(xiàn)。

圖10 歧口凹陷沙一中亞段和東二段斷蓋配置封油氣所需的最小斷接厚度厘定Fig.10 Determination of minimum faulted thickness required for sealing oil and gas in fault-cap configuration of in and Ed2 Formation of Qikou Sag

圖11 沙一中亞段和東二段斷蓋配置不封閉部位分布Fig.11 Distribution of unsealed parts of fault-cap configuration in and Ed2 Formation

4 結(jié) 論

(1)斷蓋配置封閉性組合形成的多層油氣運聚有利部位是指上部斷蓋配置封閉部位和下部各斷蓋配置不封閉部位的耦合部位，其越發(fā)育，越有利于油氣在多層中運聚成藏。

(2)通過確定上部斷蓋配置封閉部位和下部各斷蓋配置不封閉部位，將其疊合建立的斷蓋配置封閉性組合形成的多層油氣運聚有利部位的預(yù)測方法可行，該方法主要適用于砂泥巖含油氣盆地下生上儲式斷蓋配置封閉性組合形成的多層油氣運聚有利部位的預(yù)測，其中不同層系斷蓋配置封閉所需的最小斷接厚度的確定是否準確應(yīng)受到圈閉條件、儲層條件、油氣充注強度和勘探程度等多種因素影響。

(3)渤海灣盆地歧口凹陷南北大港地區(qū)斷蓋配置封閉性組合形成的沙河街組、東營組和館陶組3層油氣運聚有利部位主要分布在其北部中南地區(qū)和南部邊部地區(qū)，是沙河街組、東營組和館陶組3層油氣運聚成藏的有利部位，與目前南北大港地區(qū)已發(fā)現(xiàn)的沙河街組、東營組和館陶組3層油氣分布部位相吻合。