构造体系控制油气田分布

构造体系控制油气田分布,第1张

421 柴达木盆地油气藏类型

柴达木盆地由于受多构造体系的联合控制作用以及多期次构造运动的影响,故盆内油气藏类型丰富多彩,主要有背斜型、断块型、地层型、岩性型及复合型(表413)。

4211 背斜油气藏

背斜油气藏为柴达木盆地最主要的类型,按形成机制不同,又可细分为上生下储式背斜油气藏、下生上储式背斜油气藏和自生自储式背斜油气藏3种。这些油气藏虽具有相同的圈闭形式和控油因素,但从生储配置关系、油气藏形成过程中油气的运移方式和运移方向以及构造形成的时间、区域背景等方面都存在着巨大的差异,并导致油气富集程度和纵向分布的不同。

(1)上生下储式背斜油气藏

已发现的渐新统下部尕斯库勒深油藏和红柳泉油藏,它们共同的特点为渐新统上部和中新统生油,渐新统下部砂质岩储油,而生油层段却很少有可做储集层的砂质岩存在,且构造形成较早,在渐新统时即有明显的隆起显示。现以尕斯库勒渐新统下部深油藏为代表,分析其油气藏的形成机理。

尕斯库勒油气藏位于盆地西部南区的尕斯断陷,由地震和钻井证实。圈闭走向近南北,东翼缓,西翼陡,并在西翼外围存在一东倾逆断层,断距可达800m左右。该断层的生长系数与构造发育指数基本一致,说明两者均属同生型,并具有成因联系。由基岩至第四系底界的6层宝塔图表明,从老到新构造形态基本一致,继承性明显,唯倾角逐渐变小。地层厚度由构造外围向轴部逐渐变薄,构造范围内每千米减薄率可达22%。因而无论从上下倾角和地层厚度的横向变化上,都证明尕斯库勒油气的圈闭无疑是一个从基岩开始隆起的古构造。由地层层序分析,古近系古新统、始新统红色地层直接覆盖于基岩之上,接着又连续沉积了200~300m厚的渐新统下部红色河流三角洲相地层。该地层有4个由粗到细的沉积旋回组成,旋回下部一般为灰色细砾岩或砾状砂岩。这4个旋回构成了尕斯库勒渐新统下部深油藏的4个储油层组。储集层以上连续沉积了厚达550m的渐新统上部和550m的中新统下部暗色泥灰岩及钙质泥岩,该地层富含有机质,为盆地最主要的生油层系。从中新世晚期开始,由于盆地西部的抬升和湖岸线的向东北迁移,在生油层以上沉积了中新统上部的滨湖相和上新统下部的河流相,岩性为红灰间互、夹有较多的杂色泥岩。由上述沉积序列表明,尕斯库勒渐新统下部深油藏的油源只能来自其上覆的渐新统上部和中新统下部的生油岩系,呈现了上生下储的成油组合。但还必须研究油气运移通道、运移方式和运移方向问题,才能从生、储、盖、圈的相互配置上,以动态的角度研究油气藏的形成,进而解释该地区油气藏的分布。根据日本著名地质学家真柄钦次所做的实验证明,油气通过1m厚已成岩的泥岩,一般需要压差为12MPa左右。由胜利油田对生油层的排烃研究表明,在储集层附近生油岩中的氯仿沥青(A)一般呈最低值,并随着远离储油层而逐渐增高;当距离达到25m后,含量渐趋稳定。这说明,在漫长的成岩过程中,在无裂隙等一般情况下,生油岩内的油气垂向上只能在不大的距离内运移。由此,我们决不能把尕斯库勒渐新统下部深油藏的形成,理解为渐新统上部生油层油气在压实作用下由上而下直接运移的结果,而主要是通过下列两种油气运移方式完成的。

表413 柴达木盆地油气藏类型表

a)断接式运移:如前所述,尕斯库勒背斜圈闭及西翼的逆断层均属同生型,并具有紧密的成因联系,为此在生油层的沉积过程中,随着断层西侧的下降和东侧的隆升,导致尕斯库勒背斜的主体的4套渐新统下部储集层与断层西侧的大套生油层直接相连。当下降盘生油岩在上覆层不断增厚并进入成油门限深度和温度后,所生成的油气即在地层的压实和地下水的增热作用下产生营力,并随着水的排出而开始初次运移。生油层内的有机质在整个热演化过程都伴随有大量天然气产生,这为油气分子增添了运移活力。同时,与之相接的东侧储集层,由于较泥岩具有较小的压实系数,孔隙压力远低于西侧的生油层。因此油气即可向侧上方作初次运移,并通过断层向具有较大的孔隙和最低压力的渐新统下部储集层内运移和富集(图417)。

图417 尕斯库勒渐新统下部深油藏储集层与生油层断层接触关系图

b)侧上式运移:尕斯库勒-花岗岩基底隆起断块上所发育的古构造,边沉积边隆起的特征明显,因而在构造高部位渐新统下部储集层以上连续沉积渐新统上部生油层的同时,在构造翼部和外围的低凹部分相对沉积了更厚的生油岩系,因此,其成熟期和地层压实作用当早于和大于构造高部位。尤其是构造顶部的渐新统下部砂质岩储集体,因其压实系数又远低于上覆生油岩系,必将成为该区最大的压降区。由此可知,构造外围生油层因较早进入成熟期而产生的油气分子,在膨胀增压和压实作用产生的营力下,以水为载体,开始向构造高部位的低压区作侧向运移,并最终在渐新统下部的储集孔隙中富集。

从以上分析中不难看出,所谓上生下储的成油组合,仅说明了生、储油层的配置关系,而不能理解为自上而下倒灌的运移方式,且这种成油组合中油气藏的存在必须具备下列基本地质条件:一是生油层本身缺乏砂质岩或砾屑灰岩等理想储集层;二是生油层以下存在压实系数较小和孔隙压力较低的砂质岩储集体;三是存在较古老的同沉积圈闭,致使由圈闭外围沉积了远较圈闭高部位为厚的生油岩和上覆层,以便在生油层和储集层间产生巨大压差,为油气的侧上运移和富集提供足够的营力;四是生油层进入成熟期前应有断距较大的逆断层,并且断层下降盘生油层的上倾方向与圈闭高部位压力相对较小的储集层相接,为油气的运移提供有利的通道。这些基本地质条件应是我们今后寻找相同类型油气藏时必须考虑的基本问题。

(2)下生上储式背斜油气藏

这类油气藏在茫崖坳陷南缘发现的较多,如花土沟、狮子沟、游园沟、油沙山和尕斯库勒中、浅油气藏等。现以花土沟油气藏为代表,阐明其形成和油气富集的机理。

花土沟油田位于茫崖生油坳陷的狮子沟-油沙山背斜带,其渐新统上部和中新统下部两个主力生油岩总厚度可达2000m以上;北有英雄岭生油凹陷,南侧为油气富集程度较高的尕斯断陷,生油条件甚佳。中新世后期,由于盆地西部的大幅度隆升,湖岸线已向东北迁移至油沙山、狮子沟一带,因此在渐新统上部和中新统下部生油岩以上沉积了滨湖相的中新统上部和上新统下部河流三角洲相的粗碎屑岩层,这两套具有较多砂质岩的地层,为花土沟浅油藏提供了有利的储集场所,并与下伏生油层相配置,奠定了下生上储成油组合的基础。花土沟浅油藏圈闭的轴向为NW-SE向,东北翼倾角一般为25°左右,西南翼较陡,到外围竟直立倒转,并有一条断距达1895m、断面倾角仅26°的东倾逆掩断层,从中新统生油层的中下部通过,将花土沟构造分隔为上、下两部分。花土沟浅部油藏即位于断层上盘(图418)。由于该大逆掩断层的断距自上而下变小,以及浅油藏轴部具有较多向轴倾斜的正断层,断距一般较小(30m左右),且具有向深部逐渐消失的趋势,说明该圈闭形成较晚,并与大逆掩断层有密切的成因联系,而轴部相向而倾的一系列较小正断层,应为构造形变产生的次一级断裂。

图418 花士沟浅油藏

根据上述基本地质条件,即可得出花土沟浅油藏的形成遵循如下模式:由于本区古近、新近系的成油门限深度为2500~3200m,门限温度为98~114℃,因此在沉积了2000m生油层的基础上,至上新世中后期,下伏生油层才日趋成熟。此间恰是喜马拉雅运动晚期和花土沟构造高点发育最快的时期,致使地层所受的压力大于弯曲平衡的许可,而在构造轴部发生张性正断层(称二次纵张)。这些小断裂和西南翼的大逆断层为已进入成熟期的生油层沟通了油气和地层水向上运移的通道,油气水可进入压力相对较小的上部储集层,然后在重力自然分异和平衡作用下形成了水在下、油气在上,下部含油面积大、向上逐渐变小的宝塔形分布现状。油沙山油气藏的形成机理与此相同,唯后期隆起过高,致使中新统上部和上新统下部储油层暴露地面,油气大量散失。

纵观盆地下生上储式背斜油气藏的形成特点,可概括为:油气藏圈闭形成时间较晚,生油层处于储集层之下,油气运移方式主要为由下而上通过断裂和微细裂缝进行,油气藏横向分布受圈闭高点控制,纵向呈下大上小形态,油气水分异明显。

(3)自生自储式背斜油气藏

此类油气藏在盆地内分布较广,如在西部茫崖坳陷已发现的南翼山中深层油气藏、狮子沟深部油气藏和尖顶山油气藏,在盆地东部三湖新坳陷已发现的涩北一号、二号和盐湖、驼峰山等第四系气田。这些油气藏的共同特点为储气层和生气层处于相同层段,但按储集层性质的不同又可分为层状和缝洞性两种,前者以盆地东部的涩北二号气田为代表,后者以狮子沟深部油气藏为典型。

a)涩北二号气田:如前所述,该盆地三湖新坳陷为第四系的沉积中心,远离物源区,在沉积了巨厚的富含有机质的生气岩的同时,当流水增大时可间杂中、薄层细砂岩和粉砂岩。由于第四系时代新,地层压实作用很小,致使这些砂质岩胶结疏松,具有较大的孔隙度,一般平均为30%,最大可达35%以上,为第四系生气岩所生成的天然气提供了就近良好的储集场所。在第四系沉积的同时,本区还伴有微弱的新构造运动,这可从涩北一、二号构造虽然平缓,但轴部地层较翼部为薄的事实得以证明。这种同生背斜构造为天然气的运移和富集提供了有利的圈闭。在对第四系天然气的分析研究确认,这种类型的气藏,属于形成时间甚短、产生于生物化学阶段的生物成因气。因此,这些天然气藏的形成模式应为生气岩在生物化学作用下所产生的天然气,就近运移于边沉积边隆起的疏松砂质岩中,并在有利的圈闭中富集,形成天然气藏(图419)。

图419 涩北二号第四系同生式气藏

b)狮子沟深部油气藏:关于狮子沟深部缝洞型油气藏的形成,与上述第四系天然气藏除具有形成时间晚、生储层为相同层段的共性外,在成油机理上相差甚大。如狮子沟地区在晚渐新世和早、中中新世为深湖相沉积,在巨厚的E23-N1主力生油层段发育同时,很少有可作储集层的砂质岩沉积。当上覆沉积达到生油层的成油门限深度时,其地质时代为上新世末期,适逢强烈的晚期喜马拉雅褶皱运动,导致古近、新近系形成构造。而本区生油层属于脆性的钙质泥岩和泥灰岩,本身具有一定原生孔隙度和较好的连通性,为刚进入成熟期的生油层就近提供了排烃通道和低压的储集场所。由于本区生油岩巨厚和具有较好的质量,油气资源十分丰富,因此,只要具有有利的圈闭和发育的缝洞,就可形成既有储量又能高产的油气藏(图420)。

图420 狮子沟缝洞型深油藏

4212 断块油气藏

断块油气藏是由断层相互切割形成圈闭,油气储集其中形成的油气藏。各断块具有不同的压力系数和油水界面。根据生油层与储集层是否为相同时代和油气藏的形成是否经过再次运移等问题,断块油气藏又可分为原生断块油气藏和次生断块油气藏两种。前者以冷湖三号油藏为代表,后者以冷湖四号、五号油藏较典型。

冷湖三号油气藏的生油岩为中侏罗统的第四及第五段(J42及J52),储集层为上邻生油层的中侏罗统第六段(J62),其成油组合为下生上储式。由于侏罗纪断块活动强烈,经NW向和NE向两组断裂的相互切割,形成了较多高角度南倾的断块。但限于侏罗系沉积较薄,只有在古近、新近系沉积后的高温高压条件下,生油岩方能成熟。所排出的油气开始通过断裂向上运移时,为古新统、始新统不整合所遮挡,并于不整合面下的中侏罗统第六段砂质岩中富集,形成具有经济价值的油气藏(图421)。

图421 冷湖三号J62原生断块油气藏图

冷湖四号、五号油气藏的背景为一狭长的背斜带,油气主要分布于构造带东北翼的西倾大逆断层下盘,为较多断层相互切割而成的23个封闭断块内。经钻探证明,古、新近系全为河流相红色层,所以油源层仍为下伏侏罗系(J42和J52)。由于新近纪末的喜马拉雅晚期运动作用,构造东北翼西倾大逆断层和多组派生断层的发生和发展,侏罗系内的油气沿断裂上升至渐新统和中新统的封闭断块内,并在适于油气聚集的砂质岩内富集,形成了次生断块油藏。勘探实践证明,大逆断层带具有较多油砂的事实即可作为断层确是油气主要运移通道的证据。由于各断块面积的大小及与下伏侏罗系联通程度的差异,形成了产能悬殊、压力系数各异、油水边界自成体系的断块油藏。这也说明了冷湖四号、五号构造,在靠近大逆断层的屋脊状断块油层最为富集,而远离大逆断层的断块和楔状断块的油气藏富集程度甚低的原因。

4213 断鼻油气藏

柴达木盆地断鼻油气藏一般分布于盆地的边缘,上倾部分指向老山并为平行于老山的断裂所遮挡,从而形成圈闭,如已遭受后期破坏的干柴沟油气藏。由于这类油气藏位于盆地边缘,岩性变化甚大,如干柴沟高点部分的渐新统储集层以砾岩和砾状砂岩为主,向盆地延展不足1000m,在地层厚度迅速增大的同时,即可相变为大套灰色泥岩及钙质泥岩,而成为该油气藏的油源层。因此,当生油层进入成油门限深度后所生成的油气即向压实作用较小的构造高部位运移,并最后为上倾方向断层所遮挡,在砂质岩储集层内富集形成油气藏。这类油气藏属于同层侧向运移。其他如咸水泉、石油沟高点和红沟子等鼻状构造,均具有基本相同的成油机理。

4214 其他类型的油气藏

除上述几种主要油气藏类型外,在盆地内还发现了一些构造背景上的岩性油气藏,其成油机理与背斜油气藏基本相同,唯局部由于储油物性的差异而使油气的分布受到岩性的制约(图422)。如盆地西部的七个泉,其油气分布虽然从总体上仍属背斜高点控制,但其北翼的油水界面明显受岩性的影响而远低于南翼。又如北缘块断带的马海气田,为古近系直接超覆于基岩上的不整合气藏,其气源来自北侧的侏罗系还是南侧相变后的古、新近系,还有待于今后进一步证实。盆地内油气藏类型见表414。

图422 柴达木盆地油藏模式图

表414 柴达木盆地油气藏分类表

422 构造体系控制油气田分布

柴达木盆地是以西域系为主导控制因素并与阿尔金构造带和东昆仑纬向系复合控制的沉降区。因此,盆地内二级构造带主体呈NW-NWW向展布,低级构造除阿尔金山南侧出现一组NE向的弧形构造带外,盆内绝大部分二、三级构造约呈NW-NWW向反S形展布,这些低级构造多是油气聚集的场所。下面列举扭动构造型式控油的典型实例。

4221 冷湖反S形构造控制油气分布

该构造带是一条反S形的主干断裂控制的背斜构造带,而主干断裂的展布明显地控制了地蜡、油苗和浅油藏的分布,由于中、新生代强烈的构造运动伴随着背斜构造带的形成,产生了张性、张扭性断裂,破坏了原有的油气藏的完整性,使油藏遭到较严重的破坏,同时也造成油气再分配、再成藏(图423)。

图423 冷湖构造带油苗、浅油藏分布与主干断裂的关系图

4222 花土沟油田

花土沟油田位于范庄坳陷、狮子沟-油沙山背斜带内,并由这3个构造带组成一个反S形构造,而油田主要分布在反S形转弯处应力低值区(图424)。

4223 咸水泉反S形构造控油

该构造位于茫崖坳陷西北边缘的阿尔金山前斜坡区,是一个向南东倾伏的断鼻构造,沿其轴线形呈反S形,油气主要分布在反S形轴部转弯处。

图424 花土沟反S形构造与油气分布图

423 油气分布特征

4231 生烃凹陷控制油气藏分布

目前已发现的油气田多分布在生烃凹陷及附近地区。

4232 断裂控制油气藏展布

盆内中新生代油气田(藏)带与断裂有密切关系。断裂作为油气通道或封闭条件作用于油气田(藏)。如尕斯断陷各油气田(跃进一号、切六号、河西等)它们的形成均受断裂控制。

4233 储层物性品质控制油气藏丰度

储层物性好与差,直接影响油气藏丰度、规模、储集量等。

4234 各类扭动构造型式控制油气田分布

如柴西南油气及柴东北油气田展布往往受控于雁列构造带、反S形构造带、S形构造带。冷湖几个油气田分布在反S形构造体系中。

4235 古生代油气田

目前在柴达木盆地尚未发现古生代油气田。但从塔里木盆地古生代油气分布规律分析,预测柴达木盆地古生界油气田分布特征:①古隆起古斜坡是油气富集的有利地区;②断裂带和区域不整合面是油气运聚的有利场所。因此在研究柴达木盆地演化和构造体系控油过程中,特别要关注不同时代,尤其是前中生代古隆起、古斜坡分布区以及前中生界断裂构造带分布区。

柴达木盆地古生界油气资源量估算为30×108t,据古生界烃源岩演化程度预计以气为主。石炭-二叠系在部分地区有成油的可能。因此,建议加强古生界基础地质和油气资质评价研究。首先,建议先勘探盆地东北部石炭-二叠系优选有利区带,进行钻探力争有新的突破。笔者认为古生界油气潜力较大,将是今后油气勘探的重点层位和领域。

(一)发育于具有形成深层大规模原生油气藏的区带

在长岭断陷的深部断陷层系,其烃源主要来自于沙河子组、火石岭组 段及营城组下部。在火石岭组、沙河子组等主力烃源岩油气优势聚集区,具有深部发育原生油气藏,通过断裂式火山岩体、不整合面等油气运移通道,把原生油气导向上部不具有生烃能力的火山岩之中。在火山岩体成油气单元封堵性极强的情况下,进入火山岩体中的油气只能在一个比较小的范围内发生横向运移,是否在火山岩体附近有原生油气藏,是火山岩体能否含油气的关键。

火山岩体的烃源供给条件如此苛刻,使每个火山岩体的成油气条件存在巨大差异,决定其含油气性存在显著差别。是否发育深层大规模原生油气藏的主要决定因素包括:

1火山岩体的构造带条件

大型火山岩气田发育于断陷间隆起带的继承性隆起背景上。长岭断陷目前已发现的大型火山岩气田群,主要是松南气田、东英台、查干花,达尔罕等气田群,目前已探明储量近600×108m3,已控制及预测储量约600×108m3。这个大型气田群发育于乾安、长岭 牧场、伏龙泉、查干花四个断陷间近EW 向的老英台继承性隆起带上。继承性隆起带四面均为洼陷,可捕获多个次凹的烃源。四个断陷之间的中央低幅隆起带远离边缘大型隆起带,发育小型碎屑岩沉积体系,陆源充注规模小,处于陆源碎屑补偿适中,烃源岩较发育的有利区带。

深、浅叠合的构造背景为形成大型火山岩气田奠定了基础。在继承性隆起背景上,反向断层与轴向流砂体对形成继承性隆起带圈闭起重要作用。发育一系列由反向断层与轴向流砂体复合的深层圈闭,具有深层捕获油气,形成大型原生油气藏的条件。深层原生油气藏为浅部次生油气成藏提供物质基础。在断裂活动的条件下,深层原生油气藏的油气通过断裂发生垂向运移。在油气大规模运移期,通过与烃源岩系互层的砂体,油气排入锥柱状火山岩体,也发生大规模垂向运移。深、浅叠合的构造背景,使得营城组火山岩及登娄库组碎屑岩可捕获深层运移上来的油气。

2火山岩体构造带的深层油气汇聚条件

深层油气汇聚条件存在差异。其一,火山岩体所处的构造带是否处于靠近生烃中心、油气源十分充裕的区带;其二,继承性发育的碎屑岩储集体与火山岩体所处构造高带的配合,为油气由深洼陷向构造高带高效运移奠定了基础。火山岩体所处构造带与火石岭组、沙河子组等主力烃源岩中的碎屑岩储集体垂直或大角度相交,火山岩体与区域地层产状的关系配置良好,为碎屑岩储集体将油气充分导向火山岩体所处的构造带奠定了基础;其三,火石岭组、沙河子组等主力烃源岩发育层段向构造高带是否存在明显超覆尖灭,对构造高带能否有效捕获深凹带的油气至关重要,如构造高带缺少火石岭组、沙河子组,则深凹带的油气难以抵达构造高带;其四,火山岩体与侧向接触的碎屑岩体的相互配套关系,如营城组上部火山岩体与营城组下部烃源岩的接触关系,对营城组上部火山岩体的含油气性有重要影响。

(二)发育于大规模油气垂向运移的区带

油气是否有良好垂向运移通道进入到火山岩体内,火山岩体与烃源岩的垂向、侧向接触关系,是直接式的体、面接触,还是间接通过火山岩、砂岩储层、断层的远距离烃源供给,影响着火山岩体的油气聚集。

1锥柱:状火山岩体是油气垂向富集式运移的主通要道类型

锥柱状岩体可捕获各烃源岩层生成的油气,在裂缝系统作用下,油气高效富集在部分构造区带,形成统一含油气系统。

火山岩体向地表或近地表喷发运动的冷却过程中,产生收缩缝、破裂构造及流动构造,且火山岩体顺深大断裂喷发,受后期断裂构造作用而产生大量构造缝。无机成矿流体中富含CO2等介质,形成酸性流体,对火山岩体中产生溶蚀裂缝、保持裂缝的良好通畅性起十分重要的作用。根据钻井取心及成像测井证实,在锥柱状火山岩体中,广泛发育水平、纵向、大角度等各种方向的裂缝,构成裂缝网络。裂缝的密度达到3~10条/m,尤其在局部构造高点与火山岩体叠合部位,是构造裂缝极为发育的部位。地下裂缝宽度达到50µm,远远大于甲烷分子的直径,使得这些裂缝成为良好的天然气渗流通道,其中的大角度缝和直立缝成为天然气垂向运移的主要通道。

大量钻井证实,长岭断陷锥柱状火山岩体的顶部发育块状气层,而下部火山岩体基本不含气,即使是上下两套火山岩体之间有数十米的泥质岩,碎屑岩下部的火山岩体也基本无法成藏。反映刚脆性火山岩体中发育大量贯通性的粗大裂缝,使其成为统一的裂缝网络体系。

2坳陷期继承性活动的断裂也是油气垂向富集式运移的重要通道

松辽盆地自早白垩世营城组沉积以后,就不再发生大规模的拉张块断构造作用,但小规模的断裂构造作用仍然持续发生,一直到嫩末都有断裂发生,而在嫩江组沉积末反转走滑构造作用期,与大规模天然气运移期同步的断裂构造作用,则是天然气垂向运移的最重要通道。而只有在基底深大断裂与嫩末仍保持活动性的断裂带,才是天然气垂向运移最活跃的区带。

(三)发育于晚期反转隆升区带

明末中国东部地区反转隆升,长岭断陷东部地区较西部发生强烈隆升剥蚀,东西部地区的隆升抬升差异近1000m,断陷产生强烈翘倾掀斜构造作用,为油气向东部地区富集式运移创造了条件。

反转构造对油气成藏的重要作用表现为:①断陷整体向东翘倾掀斜增加2°~5°,在长岭断陷东西跨度150km的范围内,地层抬斜达到近1000m,大大增加了油气运移所需要的浮力;②东部区带整体剥蚀抬升600~1000m,使地层压力明显下降,致使天然气产生水溶脱气作用,一方面有利于体积较大的连续气相的运移,另一方面在有利圈闭区,有利于气水分异;③剥蚀抬升还有利于原来大量溶解在火山岩 孔隙中的CO2解析,产生大量游离CO2。

(四)发育于无机与有机气源相互作用成藏的有利区

在无机成因天然气与有机成因烃类供给均较充裕的总体背景下,有机与无机气藏在形成及分布上有许多相似之处,常形成有机与无机成藏共生组合,同时存在无机与有机成藏作用,两者相互促进,有利于形成高丰度油气藏。由于各区带无机、有机物供给量存在明显差异,从而形成了不同的有机与无机成藏混合类型,平面上呈规律性展布。

(五)发育大型的火山岩复合圈闭体

火山岩体与构造、砂体复合形成大型圈闭体的条件包括:其一,火山岩体复合圈闭一般要发育在大型继承性隆起构造背景之上,在这种背景上,形成大量构造—火山岩、构造—岩性 火山岩、构造—地层—火山岩等类型的复合圈闭,易捕获两侧洼陷区供给的油气;其二,火山岩复合圈闭要有良好的侧向界岩封堵条件,重点有以下几类侧向封堵模式:一是火山岩自身向上倾尖灭,造成上倾方向致密火山岩的封堵;二是发育在大型盆倾断层下降盘的大型火山岩体,整体以基底特别致密的变质火山岩体或其他变质基岩作为侧向封堵层,也有良好的侧向封堵性;第三类是发育在大型反向断层上升盘的块状火山岩体,其侧向封堵层是登娄库组、泉头组的泥岩发育段;第四类是发育在较小型盆倾断层下降盘的大型火山岩体,整体侧向封堵层为下伏致密的断陷沉积岩体,如火石岭组、沙河子组。

当火山岩体的侧向封堵层为碎屑岩时,火山岩体上倾方向的碎屑岩砂体与火山岩体的配置,控制着火山岩体圈闭的形成。当火山岩体上倾方向为致密火山岩相带,且上倾相接的砂体十分致密,或岩性尖灭较强,或砂体走向与火山岩体尖灭线走向基本一致时,最有利于形成有效圈闭。当火山岩体上倾方向的高渗透火山岩储集相带与上倾接触端的砂岩十分发育,且走向与火山岩体上倾尖灭线垂直时,对火山岩体的有效封闭最为不利。

(六)发育有效的火山岩储集体

火山岩体自身的岩相组合及横向变化类型,对是否发育有效的火山岩储集体有重要决定作用,包括:火山岩的厚度,垂向互层组合、横向岩相变化及火山岩体的横向叠加关系等,对火山岩复合圈闭的含油气性有重要决定作用。如果火山岩体周边都是特低渗透封闭性的地层,则油气通过侧向运移进入的条件很差。当具有多火山岩活动旋回时,发育复杂岩性组合,玄武岩,英安岩、安山岩、流纹岩、凝灰岩、碎屑岩等频繁互层,如D2、DB1l井类型,则油气通过侧向运移进入到高渗透火山岩储集体的条件也很差。

以流纹岩及流纹质凝灰岩为主的多套厚层块状火山岩体纵向叠加的简单岩性组合类型,是最好的有利储集相区,如松南气田的YS1井区等。

在肯定评价的基础上,根据普查勘探中所获得的地质成果,对苏北地区的油气藏形成和油气控制因素进行探讨是十分必要的,这里就现有认识叙述如下:

1主要生油期和油气藏的形成

苏北盆地晚白垩纪末期,处在一个干旱、强烈氧化的沉积环境之中,代表这个时期的赤山组是一套典型的红色地层,不可能有生油过程。

赤山组沉积结束之后,古气候开始变化,氧化程度渐渐变弱。继之,古新世泰州组超覆沉积在赤山组之上。根据孢粉化石分析推测,当时古植物群和古气候沉积环境:泰州组早期是以裸子植物为主的裸子植物和被子植物混交林。林下生长蕨类植物,低洼积水处生长一些水生植物,属于湿润的热带—亚热带气候,如蕨类中占优势的凤尾蕨孢属几乎完全产于热带。泰州组晚期(相当于泰州组2段暗色泥岩段)植物群是以裸子植物为主的针叶—润叶混交林。裸子植物花粉在暗色泥岩地层里很丰富,它们与松属、云杉属、雪松属、罗汉松属、落叶松属、杉科植物以及苏铁科和银杏科等有关系。落叶松属和云杉系分布于高山区的寒冷地区,被子植物花粉也是温带和暖温带分子占优势。说明这个时期的古气候已比泰州组早期变凉,推测相当于北亚热带气候。

古气候的改变,还原环境的出现,都有利于泰州组晚期暗色泥岩的沉积和有机质生成。在苏北盆地,这套暗色泥岩有广泛的分布,厚度约40~200多米,一般是西部地区厚,东部地区薄。根据高邮地区统计,平均有机碳含量为075%,最高可达171%,还原硫平均含量为06%,最高可达08%,据此,泰二段暗色岩基本上是属于有利生油的还原相沉积,可作为苏北盆地第三纪最早出现的一次生油期。

在阜宁组沉积时期,盆地发生大幅度下沉。大体上说,整个苏北盆地除隆起和部分高凸起之外,几乎都处于强还原的沉积环境,即使在盆地边缘也是如此。事实上,阜宁组各段受振荡运动的影响还是有差异的。看来,按下降程度,阜4段沉降作用最大,其次是阜2段,而阜3段和阜1段更次之,致使阜2段和阜4段成为苏北盆地主要的生油期。单就阜2段来说,可能在阜2段沉积时期,东部地区接受了一次海侵,海水自南黄海入侵到苏北。因为根据东12、东19、东21、东53井的资料,这些井中有一套含方沸石凝灰岩,经光谱分析,发现Sr、Ba、B等微量元素较高,而且Al、Fe、Mn、Ni、V、Ca等有规律性变化。根据国外资料报道,可以考虑这种沉积与古海水的影响有很大关系。方沸石凝灰岩从海安至高邮,由东往西依次变小,说明海水波及西部的影响较小。阜2段生油层,最主要的特点是富含有机物质,遍布于凹陷之中。由于埋藏很深,保存条件、转化条件都比较优越,特别是在沉积中心、深水部位有机物质的堆积就更加富集,所以在箕状断陷的深凹带往往是油源的中心。

阜2段生成的石油,一部分进入了自身的储集层,尤其是在边缘岩相带分布的地方,阜2段地层中的砂岩和灰岩成为聚集油气层,如金湖凹陷刘庄构造东60井所见;另一部分的油气沿着通道向其他层位运移。

油气藏形成时期主要是吴堡运动以后,即始新世末期地壳发生了大的变动,造成了有利油气聚集的构造条件,这时油气才开始了大规模的集中和二次运移活动。

吴堡运动对于深凹部位并没有造成多大的影响和出现破坏性的剥蚀作用。阜4段沉积之后,接着发生了吴堡运动,因此,在凹陷较深部位阜4段生油层保存完整,而在凸起或高斜坡部位,往往受到这次运动影响而遭受剥蚀,这直接关系到阜宁组油气藏的保存和戴南组的油源供应问题,因为阜4段既是生油层又可作为盖层。在溱潼、高邮、金湖凹陷的深凹部位,阜4段达到400~500米厚,成为戴南组,甚至是三垛组油气供应的基地,并且组成了一个比较完整而理想的成油组合,使戴南组高孔渗砂岩成为高产层。在海安凹陷部位地区,由于阜4段受剥蚀,大大地影响到阜3段油气的聚集。虽然有的构造仍处在高部位,但只要阜4段得以部分地保留,对油气藏的保存仍起很大作用,如金湖的刘庄构造东64、东60井均保留有几十米的阜4段地层,因此,对于刘庄构造高点上的气层聚集十分有利。

戴南组油气藏的形成,与戴南组沉积之后,三垛组沉积之前产生一次构造运动有着密切的关系(有人曾建议为周庄运动),主要标志是三垛组地层不整合超覆在戴南组和其他地层之上,以及根据电性对比、部分地区戴南组上部与三垛组底部有地层缺失现象。

渐新世晚期即三垛组地层沉积之后,发生了剧烈的“三垛运动”。这次运动影响到整个苏北南黄海盆地,造成了三垛组与盐城组之间的不整合。三垛运动对盆地来说是一次区域性的“翘翘板运动”,使盆地东部发生急剧下沉,沉积的主要方式是先充填,后超覆披盖。

三垛运动是对苏北盆地已形成的油气藏再次运移和油气重新分配的运动。一部分油气从原生的油气藏中沿着断裂通道运移到新形成的构造中成为次生油藏。但是,这次运动在整个苏北南黄海盆地的影响面并不是一致的,有些地区由于受挤压褶皱影响形成了背斜型的构造,目前已见的构造多数与老构造有继承性关系,并且通过断裂作通道可以形成三垛组油气藏。根据最近的勘探资料大体上有两种类型:一种是埋藏较浅,氧化较深的油藏,致使油质较重,比重一般在09以上,且油水关系复杂,如东3井、东9井等;另一种是埋藏较深,保存条件较好的油藏,如苏58井所见的油层和富民庄地区苏63井所见的厚层油层情况,可望获得高产的工业油流。今后必须足够重视和加强对三垛组油气藏的研究,因为这套地层具有分布广、物性好、埋藏浅和便于勘探的优点,是苏北南黄海石油勘探主要对象之一。

上下盐城组之间也存在着一次新的构造运动。但这个时期(盐城组沉积)在苏北陆区是缺乏生油条件的。不过这套上千米厚的地层经过新构造运动之后所形成的局部构造,在形成适宜的盖层保护条件之下,有可能形成新的油气藏,尤其是在运移过程中最活跃的天然气形成盐城组气藏,这要在普查勘探工作中加以注意。

2油气控制主要因素

目前,苏北地区由于勘探程度比较低,对油气控制规律仍不能深刻了解和全面掌握。实际上只能对东台坳陷内几个主要凹陷现有的普查勘探资料加以初步探讨。

自进入第三纪以来,古新世晚期、始新世中、晚期是苏北盆地三次主要生油期。渐新世早期、中期可能存在两次生油期。中—上新世在苏北陆区区域缺乏生油条件。

南黄海地区目前尚缺乏地质资料,但根据苏北地区中—上新世沉积向东变化趋势推断,渐新世到上新世沉降速度大,东部更应是个快速下降地区,应该说生油条件变好的可能性是很大的。

苏北盆地在发生、发展过程中出现多沉积中心,尤其是箕状断陷,它具备了油气生成、保存、运移的最有利条件,由此为出发点我们对苏北的油气控制的主要因素,提出如下几点看法:

(1)箕状断陷是形成油气藏主要场所,圈闭背斜构造(包括受断层遮挡的鼻状背斜)是油气控制最主要因素。

箕状断陷的陡坡带一侧,由于断裂长期继承性活动,在其下盘造成了最大限度的沉积而成为沉降中心,它在客观上具备了5点优越条件:

①沉积幅度最大,沉积最厚,物质基础最丰富。②有机质最富集,生油指标最好,有充分油源供给。③断陷陡侧受一级断裂控制,断陷周边为凸起,隆起环绕,区域性的油气封闭条件最好。④深凹部位由于长期下沉,受吴堡运动等影响不大,沉积连续,地层保存条件最好,有一套完整的多层系的生储盖组合。⑤上覆地层静压力最大,并具备有利于石油生成的温度、压力等转化条件。

推断苏北各个箕状断陷的油气生成和运移过程是:在深凹部位即沉积中心生成的油气,受后来构造运动的影响,开始沿断裂通道或以岩性渗透的形式向两侧高部位上方运移,一部分进入深凹带中的高带,一部分进入陡坡带(断阶带)或斜坡带。

以高邮南部凡川箕状断陷为例,油气主要是分布在北东向的3个二级构造带上,即南面的小纪断阶带,此带以真武鼻状背斜为代表,目前已获得工业油流。中部富民—花庄重力高带在钻井中已获得戴南组、三垛组的油气显示。北部的沙埝斜坡带,在钻井中也获得明显的油气显示。

以溱潼凹陷为例,油气的分布也受北东向的3条构造带所控制,南面的祝家庄断阶带以祝家庄、草舍两个鼻状断块和储家楼鼻状背斜构造为代表,均已获得了不同层位的工业油流。中部大致以角墩子到戴南构造成一不连续的高带,此带以苏北20井为代表已获得了戴南组工业油流。北面的史家堡斜坡带在钻井中已发现有油气显示,是个有利含油地带。

以金湖北部三河箕状断陷为例,也同样出现3个带。南面的断阶带已发现有桥河口鼻状背斜构造,属戴南组层位,是个十分有利的部位,即待勘探。中部雷庄高带已发现有雷庄构造,也属戴南组层位,在此带附近东53井已发现有戴南组、阜宁组含油层位。北面的刘庄斜坡带,在刘庄鼻状背斜构造上的东60井已获得阜宁组的工业油(气)流。

上述例举的3个箕状断陷,有一个共同的特点就是油源充足,封闭条件好,造成了断陷内多层系含油,陡缓坡含油和深浅层含油。

在箕状断陷的断阶带上,以低台阶即第三个台阶上背斜高点最有利于油气保存和富集,因为这类背斜一般都在重力隆起背景之上,呈鼻状形态,形似“码头式”,三面下倾环绕深凹,有最充分的油源供应。

在断陷的中部高带或斜坡带上,部分地方除了受断层遮挡的断块含油之外,最主要的也是背斜构造控制油气富集,即使是只有平缓的背斜幅度,也能起到聚集油气的良好作用。

值得讨论的箕状断陷斜坡带油气控制因素,因为斜坡带一般都比断阶带开阔,是大面积接受油气运移聚集的好场所。为了进一步解剖斜坡带的性质,建议根据戴南组地层的分布,把斜坡带划分为内带和外带。一般靠近深凹一侧有戴南组地层沉积的地方划分为内带,如溱潼的史家堡地区、凡川的沙埝地区和三河的刘庄以东均属此例。由此再上戴南组地层缺失(但仍保存有阜宁组地层),即为斜坡的外带。它所处的构造部位较高,油气埋藏较浅,以阜宁组为主,如金湖的刘庄、崔庄构造。

斜坡带在苏北地区颇为常见,例如最近在洪泽地区通过Zn10磁带地震剖面发现了洪泽箕状断陷,在北面出现一个非常明显的斜坡带,从地震波组上观察,超覆尖灭的现象十分清楚,在深凹部位地震获得了3秒的反射,将有3000多米的沉积厚度,如果有生油层存在将是一个“小而肥”的含油断陷。

到目前为止,苏北盆地已被发现的箕状断陷,一般都是南陡北缓、南断北超,并受北东向断裂所制约。深凹带与斜坡带的外带相比,断裂深断距厚度悬殊大,一般均有2000米左右之差。形似单边地堑,造成这种构造形态,从区域上来看,这可能是由于苏北盆地北部受鲁苏隆起这个古老地块上升所控制,故造成一个凹陷北部以上升斜坡为主,南部以深断为主的运动规律。如果我们仔细观察一下,再从鲁苏隆起往北到了华北的济阳坳陷,那里出现的箕状断陷与苏北相比,刚好相反,是北陡南缓的构造形态。尽管它的形态差异不同,但在成因上基本是一致的,都是在燕山期沉积层之上,盆地受地壳运动的肢解之后,出现陡坎断裂,在单边地堑的凹陷基础上发展起来的。由于它容纳沉积物量巨大,已属长期稳定下沉,所以不但具有油气生成的有利条件,而且在保存和运移方面都是十分有利的。正因为它有独特的地质条件,故成为苏北找油和石油地质研究特别重要的构造单元。

(2)主干断裂控制石油

近东西向断裂是早期断裂,在盆地形成时期就存在,是划分坳陷与隆起的主要构造线,多数属于一级断裂。过去李四光曾推测:“苏北地区的基层构造,是大体上受东西隆起的影响的……在隆起带的南边有个沉降带,大体上也走向东西,一直往海里伸展……”。一般说来,这组早期断裂由于受后期喜马拉雅运动多次破坏、干扰,它在盆地西部(金湖、高邮、溱潼凹陷等)并不十分明显,只是在海安凹陷南部和南黄海地区的中部隆起带和南部坳陷才有明显的反映。这组断裂对控制白垩纪晚期及阜宁组沉积起到了主要作用,而对于油气的控制作用并不十分重要。

北东向断裂,这组断裂基本上与郯一庐断裂东部分支的走向线大体一致,有人曾称“华夏式”,在整个苏北南黄海地区,它是占统治地位的。包括一、二、三级断裂都有,这里着重讨论与油气控制有关的二、三级断裂。

金湖凹陷的龙岗断裂、高邮凹陷的王营断裂、陈堡断裂、小纪断裂和溱潼凹陷的泰州断裂、祝家庄断裂等都属于二级断裂。这组断裂有双重的作用。一是对阜宁组地层的保存,戴南组地层的沉积起决定性的作用;二是对凹陷内的区域油气活动起到阻拦作用,特别是对原生油气藏。

根据目前的勘探资料表明,在泰州断裂、小纪断裂的上盘尚未发现有特殊明显的油气显示,这是由于这些上盘地区在吴堡运动以后常常处在受剥蚀的影响之下而短缺地层,因此对形成或保存原生油气藏是不利的。但一定要注意下盘的油气沿着断裂通道运移到上盘,进入具备盖层和封闭条件构造而形成次生油气藏的可能性。如泰州凸起边上的苏19井浦口组具有地层里含油显示,这是一个很重要的预示,必须引起今后普查勘探工作的充分重视。

最值得注意的是这组断裂对下盘断阶上油气的控制情况。

苏北各凹陷的断阶带,一般都由两组大致平行,或略斜交相伴生的二级断裂组成。因此,大体上可以分为上台阶、中台阶和下台阶3个阶梯而构成一条北东向的二级构造带。断裂上盘属于上台阶(它的油气控制情况即上所述),在两个主干断裂之间属于中台阶,它控制着断块含油。例如祝家庄断块就是这种情况,该断块上打的东7井阜1段油层被认为是从低台阶侧向运移上来的次生油藏。由于中台阶仍然处在一个较高的构造部位上,因而多数地方戴南组地层保存不完整,在勘探中钻遇到的主要是阜宁组油层,但在低台阶与中台阶深度相差不大的地方,仍然有戴南组地层(如真武构造中的中台阶许家庄断块)存在。

低台阶上方的主干断裂对油气有极其重要的作用。低台阶是目前在断阶带上获得高产工业油流的最好的构造部位。这个台阶上戴南组、三垛组地层都很发育,之下阜宁组又很完整,具备着生、储、盖的理想组合,同时它又面临深凹,有丰富的油气来源,而低台阶上方的断裂对油气又起到很好的阻拦作用,结果在低台阶上如有背斜圈闭条件就能形成油气富集区,像真武、储家楼就属此类。

北东向断裂在凹陷内部也非常发育,是形成断块的主要因素。在普查勘探中常常遇到反向正断层而构成屋脊断块含油,并且多数油气都是被控制在屋脊高点上,例如,高邮凹陷河口断块东42井所见的油层。

主干断层一方面起到遮挡作用,另一方面由于它断开的上下断距较大,穿越多层生油层和储集层,所以容易构成多层系含油,特别是在生油条件好,储集层发育的背斜构造上可获得“楼房式”叠加油气藏。

关于北西向的断裂,从苏北已有的资料来看,大致有两种情况:一种是与北东向断裂同期形成的剪切断裂,虽然多数可能属于张性,但对于油气的作用,仍可作为运移通道。另一种是后期构造运动发生而形成的新的北西向断裂,这组断裂有一些是在老北西向断裂基础上继承发育的,它对于油气藏有一定影响,促使原生油气藏再次运移而形成次生油气藏,如一部分三垛组油藏可能也与此断裂有关,还有一些不是在老断裂基础上发生的新北西向断裂,一般说来对形成次生油气藏关系不大。

(3)有利岩相带控制含油

苏北盆地在地质历史发展过程中,遭受过多次地壳变动,形成了多凹、多凸、多隆、多断的各种各样的复杂古地形,因而在追溯古面貌时,不能把它当作一个简单的沉积盆地来考虑。盆地中的不同组段在不同沉积时期构成了不同性质的岩相带。

金湖凹陷是盆地最靠近周边隆起剥蚀区,因此在岩性变化、岩相带的形成方面都比盆地当中来得明显。根据目前普查勘探所掌握的初步资料来看,金湖地区的阜宁组地层有两套主要岩相带。

一套是由海侵作用形成的阜2段碳酸盐类岩相带,以生物灰岩为主,包括碎屑灰岩、鲕状灰岩、泥灰岩、部分砂岩和灰质砂岩、泥岩等地层,厚约50米的相带。成为上部以含气带为主,下部以含油带为主的良好储集层,如东60井、东64井所见。生物灰岩具虫管结构,有良好的孔渗物性,总孔隙度为33%~41%,渗透率为25~43毫达西,声速时差高达520微秒,单层厚64米,成为刘庄构造上良好的储气层,根据东60井对第四层初步测试已获得工业气流,是苏北第一口天然气井。应当强调指出的是,类似于像刘庄阜2段的生物灰岩,在围绕金湖凹陷的斜坡带上,有可能形成环带状有利岩相带,将成为苏北石油勘探的新领域。

金湖地区另一相带是来自西南方向剥蚀区物源的阜1、3段砂岩岩相带,可能属三角洲体系,以铜城地区最发育,沉积了厚约453米的以砂岩为主的地层,从岩性来看比之溱潼、高邮地区还多了一套砂组(中砂组)。这条岩相带往北到了官塘260米(东61井)至三河168米(东53井),万庄111米(东66井),到刘庄构造只有86米厚,电测曲线上只剩下“三个尖子”,可以看作是上砂组、中砂组和下砂组三套组段的缩影,反映了这条带在30公里范围内岩相变化的基本情况,说明了岩相带的分布与物源区方向与渤海湾的情况有着极其密切的关系。在这条相带上,砂泥比配合好的地方,如有构造封闭条件,将是油气富集的场所。

在溱潼凹陷,戴南组的砂岩岩相带变化十分明显,由东往西,从莫庄经戴南至叶甸,砂岩厚度层数逐渐变少,并在相带的中部出现了砂泥比的最佳配置。如储家楼构造,戴南组有良好的储盖条件,因而形成良好的油藏,获得了高产工业油流。

溱潼地区岩相(戴南组)变化,不但从钻井里可以观察到,而且结合地震剖面解释,也可以追踪波组相位的变化,来了解岩相的变化。如Nz34-15线有两个相位强波,到了Ez线 波变弱、 波变强,这些都是由于岩性变化而造成的波组变化。总的趋势在溱潼地区戴南组相变越向西越细,泥岩增多了,砂岩减少了。

上述情况充分说明:苏北地区的油气控制因素,在有构造圈闭条件(包括压性断层的遮挡条件)的前提下,有利岩相带实际上起到富集作用。如果离开了有利岩相条件,仅仅只有背斜构造等圈闭条件,就很难形成高产油气流。从已发现的情况来看,在构造和有利岩相带叠加的地方,是找油气最有利的地方之一。

草舍、储家楼构造钻遇油气之后,随着地质部华东石油地质局的成立,在局长钟特强、试采大队队长郭仁炳的努力下,从勘查直接转入开发工作,证实了这两个构造是可供开采的油田,开创了地质部门搞油田开发的首例,也为以后苏北石油工业基地的建立打下了基础。

由于构造十分破碎,单个断块圈闭很难反映油气富集规律,因此按照控制油气田或油气富集区的三级构造或三级复合圈闭群的类型来划分圈闭类型更具实际意义(邱旭明,2003)。高邮凹陷圈闭样式类型大致可以分为复背斜、堑式断背斜、滚动断背斜、岩性-断块群、雁列断块群和转换带断块群六种类型,其典型油气藏(田)如图所示(图5-120)。

(1)复断鼻圈闭/油气藏。主要分布于北斜坡沙埝-瓦庄地区,整体上由3~4个被断层复杂化的断鼻构造组成。

(2)堑式断背斜/油气藏。主要分布于北部斜坡带的韦庄-码头庄地区,整体上为顶部塌陷的背斜构造,内部为一系列倾向相对的断层复杂化。

(3)滚动断背斜圈闭/油气藏。主要沿控制凹陷结构的真2断层发育,三级构造整体为一背斜构造,内部为断层所复杂化,最为典型的为真武、黄珏和徐家庄构造。

(4)岩性-断块群/油气藏。主要分布于深凹带的马家嘴、联盟庄,主要为断层和岩性共同控制的复合圈闭。

图5-120 高邮凹陷复杂断块(群)圈闭分类图

(5)雁列断块群圈闭/油气藏。主要沿大断裂分布,多为大断层及其伴生的羽状断层所控制,断块规模小但数量多,成群成带出现,如邱家-肖刘庄断块群,周庄-宋家垛断块群。

(6)转换带断块群圈闭/油气藏。主要分布于控凹边界断层转换带部位,断块破碎,成群出现,如陈堡断块群、许庄断块群和方巷断块群(李亚辉,2006)。

(1)复杂陆相断陷盆地全盆地高精度层序地层研究奠定了成藏规律研究的基础

按地层沉积的时间单元准确划分地层是油气勘探开发的需要,层序地层学为解决这一问题提供了手段。层序地层研究的核心和难点是准确确定各级层序界面即沉积间断面。我们综合应用地震、岩心、测井、古生物和地球化学等资料,在济阳坳陷古近系确定了一、二、三级层序界面,结合构造和沉积特点,划分出全盆地统一的1个一级层序、个二级层序、10个三级层序,实现了全盆地三级层序的地层等时对比,并对主要含油层序进行了更精细的研究。还发现陆相断陷盆地三级层序也具有3层结构,即低位体系域、湖侵体系域和高位体系域。其中深断陷型三级层序是岩性油藏勘探的主要目的层序。

(2)陆相断陷盆地“低位扇”是岩性油藏的最有利储集体

三级层序发育过程研究表明,在古地形斜坡突变带(坡折带)易发育湖底扇和扇三角洲砂体,统称“低位扇”。随湖面上升,在其上先后沉积湖侵体系域泥岩(通常是生油岩)和高位体系域大型河流-三角洲砂体。对济阳坳陷三级层序进行研究后,发现它们基本都有“低位扇”发育,并圈出了4个主要三级层序内7种低位扇的主要发育区。研究发现,“低位扇”砂体具有储集性能好、近油源和圈闭条件好的特点,是岩性油藏的最有利储集体。

(3)“断裂坡折带”控制“低位扇”的发育和分布

在陆相断陷盆地内,与地层沉积同时发育的断裂称同沉积断层,通常由几条断层组成断裂带。这个带是三级层序沉积古地形的急剧变化带,被命名为“断裂坡折带”。它们控制了低位扇砂体的发育,向岸一侧发育近岸水下扇,向湖心一侧发育深水浊积扇等。多种类型的低位扇砂体沿断裂坡折带成群成带发育和分布。

(4)“断裂坡折带-低位扇”成藏规律

低位扇沿断裂坡折带成群成带分布。因此,断裂坡折带就是岩性油藏的主要发育带,形成岩性油藏群,局部地区可有多个油藏叠合连片(见图54)。

多个叠合连片展布的浊积岩分布区。三期进积分别与沙三早、中、晚期3次构造脉动作用相对应。低位期和湖扩展期,构造活动强烈,可容空间增大。高位期,构造活动性减弱,三角洲进积充填盆地。

以凸缘坡折带为主要类型的凸起边缘部位断陷期发育了冲积扇及河流相沉积体系。盆地发育的坳陷期,在大面积准平源化的古地貌背景上,济阳坳陷广泛发育河流相沉积体系,从馆陶组沉积早期的冲积扇-辫状河沉积,到馆陶组沉积晚期的辫状河-低弯度曲流河沉积,至明化镇组沉积期成为高弯度曲流河沉积。

综上所述,断陷盆地不同时期,在不同的构造部位发育的不同断坡类型,控制了不同的沉积体系,形成不同的断坡控砂模式。陡坡断阶控制了陡坡带砂砾岩体的发育,缓坡断阶控制了缓坡带低位扇体的发育,盆内坡折控制了三角洲及滑塌浊积岩体的发育,凸起缘坡折控制了冲积扇及河流体系的发育。断坡带是隐蔽油气藏形成极其重要的部位,断坡带往往是砂岩厚度和砂层数的加厚带,还常是不整合面开始发育的部位,对寻找不整合油气藏具有重要意义。同沉积断层是重要的油气通道和侧向封堵条件。从盆缘地层(超覆、剥蚀)油气藏、构造单元过渡部位的构造-岩性-地层混合油气藏,到洼陷中心的岩性油气藏,断陷湖盆隐蔽油气藏分布的控制因素中,不同成因类型、级别的断坡带起着重要作用。断坡带与隐蔽油气藏分布的关系表现为四个方面;断裂坡折带控制了岩性油气藏和断层-复合油气藏的发育;挠曲断坡带控制了地层和岩性油气藏的发育;沉积坡折带控制了岩性透镜体油气藏的发育;侵蚀坡折带上则一般形成深切谷油气藏和地层类油气藏。

该区在新华夏构造体系控制下包括松辽盆地坳陷期的上白垩统—古近系、断陷期的侏罗系—下白垩统及石炭-二叠系、海拉尔盆地下白垩统、延吉盆地白垩系、依兰-伊通地堑古近系以及鸡西盆地、勃利盆地、虎林盆地等的中、新生界地层,均有丰度不同的烃源岩,并发现了油气藏、工业油气流或油气显示。

该地区经勘探已确定为工业油气藏的断陷有松辽盆地的徐家圈子断陷,松辽盆地南部地区的东部断陷带内的王府断陷、德惠断陷、小合隆断陷和梨树断陷;海拉尔盆地的乌尔逊断陷、贝尔断陷、依兰-伊通地堑的岔路河断陷、汤原断陷、方正断陷、延吉盆地德新断凹。

461 上白垩统坳陷盆地油气分布

1)上白垩统是大庆油田主力产层,油田主要分布在盆地NNE向大型坳陷中部构造隆起带上(俗称大庆长垣)。

2)油气分布在坳陷区与斜坡区过渡带内。

3)油气分布在坳陷内NNE向和NW向断裂附近。

462 侏罗系—下白垩统断陷盆地油气分布

侏罗系—下白垩统时期在新华夏构造体系控制下形成多个断陷盆地,各断陷各具独立的生、储、盖层沉积体系,这就构成了各自独立的源岩——圈闭的含油气系统,从而在全盆地内形成以断陷(深层)控制的区域性深层油气分布。已勘探发现油气分布的深断陷区内,或其周缘流体低势区的圈闭内油气田,有大房身油气田、茅山-四家子油气田、农安油气藏、徐家围子断陷周缘的各种类型气藏。深断陷区内距油气源岩发育区较近的构造更有利。尤其分布于不同层系气源岩生气强度高值区及较高值区,如茅山气藏位于生气强度130×108m3/km2范围内,四家子和农安油气藏分布于40×108m3/km2区内。

海拉尔盆地由多个断陷构成,其中各断陷的石油地质条件不同,致使其油气形成条件不同。如乌尔逊断陷、贝尔断陷与呼和湖断陷的沉积环境不同,其油气形成条件就不同,分布也不同,呼和湖断陷处于断陷群的边缘,其煤系地层发育,故天然气形成条件优越。而乌尔逊、贝尔断陷则油气并存。

4621 断陷类型控制油气分布

该区断陷盆地众多,但不外乎单断式与双断式两种。其中单断式箕状断陷盆地(如方正、虎林盆地)由于沿断裂一侧地形陡,另一侧地形缓,造成两侧沉积相类型和沉积相带展布均具有不对称性,沉降中心均分布在陡岸一侧,沉积物充填快、沉积厚度大,发育半深湖-深湖相,而且由于浪基面之下的还原环境中,细粒沉积物中丰富的有机质得以保存,经压实成岩后形成了有机质丰度和有机质类型均呈不对称展布的烃源岩系(如方正断陷)。靠近断陷陡坡发育的烃源岩层较厚,靠缓坡一侧源岩层则较薄。双断式地堑型断陷盆地两侧均受边界断裂所控制,沉积中心多分布于断陷中部(如海拉尔盆地南屯期发育的呼伦湖断陷、贝尔断陷、伊通断陷等),沉积相带呈对称型分布,断裂强度大,沉降速度较快,形成了巨大的深湖静水还原环境,加之温暖潮湿的古气候环境下大量发育的水生生物和高等植物等有机质源源不断的供给,富含有机质的沉积物分布面积比单断式大。形成厚度大、对称性好的暗色泥质烃源岩区,因此烃源岩发育。总之,双断式断陷较单断式箕状断陷更为有利。油气主要分布在斜坡带上。

4622 断陷内的古隆起有利成藏

徐家围子断陷和莺山断陷在早白垩世的沙河子组—营城组是稳定的持续沉积型断陷,其断裂控制形成的安达-肇州背斜带(古中央隆起)和肇东-朝阳沟背斜带(基岩隆起带)濒临徐家围子断陷和莺山断陷而发育。它们均为长期发育的古构造,其上发育着局部构造圈闭。安达-肇州背斜带是北高南低、顶部平坦的基岩凸起,呈半环状围绕徐家围子断陷的北、西、南边缘。肇东-朝阳沟背斜为长期继承性发育的、被断层所复杂化的背斜,位于徐家围子断陷东、南边缘和莺山断陷西北缘。德惠-梨树断陷则是在断陷内发育古隆起和早期形成的构造,有利成藏。

1)油气藏的分布与断凹内生油(气)区密切相关,一般超覆砂砾岩体、火山岩体等非构造圈闭油气藏分布在断凹内的隆起及斜坡带上。例如松辽盆地徐家围子断陷内隆起区,基底发育基岩风化壳圈闭气藏,其上的登娄库组及泉一段、泉二段盖层披覆砂砾岩、火山岩气藏、基岩风化壳气藏、构造断块气藏,围绕沙河子组—营城组断陷形成环状分布的特点(图480)。

图480 松辽盆地南部油气藏与断陷叠合图

(据谯汉生等,2003)

2)断层对圈闭形成的控制:断层既可作为阻止地层中流体运移的遮挡物,又可作为地层中流体运移的通道。这与断面开启-封闭特性的时空分布有关。断陷盆地因其周边的断裂发育而构成,同时也伴生着盆内主干断层及次级断层。主干断层制约着生、储、盖层的发育与分布,也切割生、储、盖层的展布,制约储盖层构造形变,即制约着圈闭的形成与分布。诸断陷各层系的圈闭形成与断层的发育密切相关,即断层成为圈闭的构成部分。这种地质现象是普遍的,而纯背斜构造型圈闭是罕见的。断层起遮挡作用的圈闭是以多种型式存在,如断背斜(延4井)、断鼻圈闭(贝3井)、断块圈闭(乌4井、新乌4井等)、断层圈闭(新乌1井),即使是岩性圈闭,也常有断层切割其砂体而构成断层——岩性圈闭,如海参4井区南屯组上段此类圈闭与岩性圈闭同时存在。此外,还有断层发育过程中伴生的断裂缝圈闭,如新乌4井的拉然宾庙泥岩裂缝圈闭。

3)断层与油气运移及分布的关系:海拉尔盆地乌尔逊断陷、贝尔断陷已发现的油气藏,或见工业油气流、油气显示井几乎都与断层发育和分布有密切关系,其中断背斜油藏和断鼻油藏,其上的断层主要起着形成圈闭的阻挡作用;断块圈闭形成期断层活动油气运聚成藏的油气藏则是断层起着圈闭形成的遮挡条件和油气运移输导层的双重作用;源岩内构造-岩性油藏,如苏1井油藏,南屯组沉积期及其后断层活动使下盘南屯组内砂岩体向断层方向翘倾形成砂体上倾尖灭岩性油藏;对于海参4井源岩内岩性圈闭油气一次运移直接成藏模式的油藏,断层的错动既切割了原先的岩性圈闭成其遮挡条件之一,又在活动期起输导作用促进烃类运聚成藏。深层气沿断层运移、古潜山天然气成藏条件(乌13气藏)和源岩断裂缝圈闭油气一次运移直接成藏(新乌4油藏),皆是主断裂进一步发展导致伴生断裂缝而构成储集空间(新乌4油藏),或促进新的储集空间形成(乌13井CO2气藏在原有风化壳孔隙之外,又产生断裂缝空隙)而成藏。这两种油气藏皆有源岩成烃过程和源岩体内膨胀力作用促成烃顺裂隙向下运移的作用。

深断裂沟通深层烃类与上覆层圈闭,构成跨层系的垂向运移为主、侧向运移距离较短的运移通道网络,形成深源浅储的多种类型的油气藏。这种现象较普遍,尤其是松辽盆地东南隆起区。如农安构造上油气均分布于深大断裂及次级断裂相邻的圈闭内,大房身气田、四家子油气田、小城子油气田的形成与深大断裂有关。所以,断裂发育带往往是油气聚集的有利地带。

总之,断层的发育对油气藏的形成起重要作用。

4)断陷内的断裂构造带是构造类型油气藏集中分布部位,例如松辽盆地南部的东部断陷带内王府、德惠、梨树、小合隆4个断陷的泉头组、登娄库组,以及营城组—沙河子组已发现的油气藏集中分布于断陷内几条NNE向的断裂构造上。它们位于断陷生油中心附近,断层开启期是油气运移的通道。海拉尔盆地乌尔逊断陷中苏仁诺尔构造带也是该断陷油气富集主要部位。

5)深源无机CO2气常聚集于深大断裂的圈闭中,如徐家围子断陷一些深大断裂附近的火山岩体;海拉尔盆地乌尔逊断陷乌13井古凸起CO2气藏,也是深源无机CO2沿断裂向上运聚于古生界泥板岩裂缝储层中。

勘探的实践已经充分证明,济阳坳陷北部馆陶组的砂泥岩沉积,具有良好的储盖组合,能够满足对油气的储存和纵向封盖要求; 同时多个具有巨大生烃潜力,并处于合适演化阶段的有效生烃洼陷分布其周围,拥有油气成藏的物质基础,因而馆陶组成藏的关键在于: 合适的沉积构造背景下形成圈闭的能力和沟通油源与圈闭的有效输导体系。

1馆陶组地层中具有形成各类圈闭的有利条件

凹凸相间的盆地构造背景与馆陶组地层的沉积发育特征配合,使得在地层的不同层位和构造部位形成了丰富而类型多样的圈闭。

在地层纵向层序中,受沉积环境的影响,馆下段地层砂岩含量较高,砂体规模较大,侧向连通性较好,因而靠岩性变化产生侧向遮挡而形成岩性圈闭的可能性不大,只能在洼陷周边的构造高部位依靠其他遮挡条件而形成圈闭。馆下段地层在凸起缓坡带一般层层上超形成了超覆带,由于受基底沟梁相间的古地貌影响也形成了相间排列的鼻状构造,在凸起主体部位则形成了披覆构造。由此可知,在凸起缓坡、断阶带,馆下段砂岩是通过砂层顶部超覆尖灭、交叉断层、弯曲断层等的遮挡或与鼻状构造配合形成地层超覆、断鼻圈闭; 在凸起主体的披覆构造带中,依靠差异压实作用而形成背斜圈闭。因此对于研究区馆下段的砂岩来说,构造和泥岩的配置在圈闭形成以及成藏过程中起到了至关重要的作用。

馆上段上部地层总体砂岩含量较低、砂体规模减小、横向连通性变差,因而首先具有形成岩性圈闭的有利条件。馆上段沉积晚期,全区几乎连成一体,淹没了区内所有凸起,所以地层超覆带不发育,除此之外,在洼陷周边的构造高部位所形成的圈闭类型与馆下段基本相同。对于馆上段砂层的预测及其和油源断层的关系是油气成藏的关键因素。

总体而言,各类构造相对容易识别,而岩性变化的可预测性相对较低,加上馆下段及馆上段砂泥比的巨大差异,对于馆下段来说在大套砂岩中确定泥岩夹层的存在,以及对于馆上段来说在大套泥岩中落实砂岩岩层的存在及其展布对于圈闭的落实可以起到关键性的作用。

2复合输导体系的发育为馆陶组圈闭成藏提供了保证

油气在地下之所以成藏,是因为其运移时并非作三维空间等效发散运移,而是被限制在一定的路径上进行运移,这就是所谓油气运移聚集的输导体系。输导体系指连接源岩与圈闭的油气运移通道的空间组合体,其静态要素包括断层、不整合面、渗透性砂岩、裂缝发育带及其三维空间的组合,是油气从源岩到圈闭的 “交通网络”。

输导体系的差异对油气藏类型、分布起着不同的控制作用。以断层为主要运移通道的油气藏,由于断层良好的垂向运移能力,常可形成于离烃源层具有较大时空跨度的层位,在断层带附近可以形成多层叠置的油气藏; 以连通砂体为主要运移通道的油气藏,常形成于距离烃源层较近或相邻的层位,油气在砂体中的分布位置主要取决于砂体物性的非均质性,油气常在砂体的相对高孔渗部位聚集成藏; 不整合面作为油气的运移通道,往往可以使油气进行长距离的侧向和斜向运移,形成各种和不整合面有关的地层油气藏。但单一输导往往不可能形成大规模的油气聚集,事实上也很少有单一输导方式形成的油气藏,尤其是构造相对复杂的断陷湖盆。油气藏形成都是通过两种或多种输导路径组合下的复杂的输导体系,通过阶梯式的运移并最终进入圈闭。输导体系的末端和边缘是形成油气运移的重要指向区,也是油气聚集的有利地区。同时,在输导体系内部,如存在合适的圈闭条件,也可以形成油气聚集。所以对于馆陶组油气成藏而言,输导体系的发育就显得尤为重要。

(1)断层

研究区属于断陷湖盆,不同级别的断层长期发育,对沉积、构造形成和油气运聚的作用不尽相同。一级断层控制凹陷与凸起的发育演化,二级断层控制着凹陷中二级构造带的形成,三级断层控制局部构造的形成,它们对油气都起到运移通道和遮挡作用,二、三级断层对形成断裂网具有更大的作用。对新近系油气成藏来说,二、三级断层往往构成油气输导网络,而三、四级断层则主要形成油气聚集网络。

断层活动是短暂的、间歇性和周期性的。断层的每一次活动都伴随应力的释放,在断裂带附近形成低压区,油源区具有高压性质的流体势必向断裂带汇聚,顺着主断裂的薄弱带向上 “冒出”,在合适的部位聚集成藏或暂时储存,成为下一次大规模向上运移的 “地下仓库”。在断层活动的平静期,断层带应力得到恢复,断盘两侧摩擦阻力增加,油气的大规模运移受限,向上排驱的能力大大降低,因此只能沿断裂带缓慢扩散渗流。与此同时,若遇有适宜的渗透层和不整合面,油气就会横向运移,侧向运移的能力大大加强,一方面油气的侧向运移可以形成油气藏,另一方面这些侧向运移形成的油气藏就像临时转运的 “集装箱”或 “地下仓库”,将油气暂时封存,等待下一次断层活动的到来,继续运移。直到应力足以使渐趋闭合的断层重新断开,强烈活动,再一次的应力释放,开始新一轮大规模油气运移。断层的这种间歇性、脉冲式活动,就像一台间歇性工作的 “抽水泵”将古近系烃源岩中的油气源源不断的输送到新近系的储集层中。

断裂的周期性活动导致油气在与其相连的砂体中不断运移,一般断裂活动到哪个层位,油气就能运移到哪个层位,只要具备较好的盖层及封堵条件,就有可能在有利部位形成油气藏。

断层对油气垂向运移的能力是有差异的。断层活动强度、活动时间和规模决定了断层对油气的控制能力。根据断层对油气控制的能力,切割馆陶组的断层可以分为三类: 第一类是切穿或几乎切穿整个古近-新近系的断层,这类断层均为同沉积正断层,在盆地发育过程中,从古新世的持续断陷到中新世的重力拗陷作用,从而边下滑边沉积。在剖面中呈铲状和坡坪状,如埕南-埕东断层、义南、义东断层等。第二类是从古近系断至东营组或馆下段的中级断层。这类断层也是同沉积断层,在剖面上呈板状或铲状分布。第三类是贯穿馆陶组的次级小断裂。第一类和第二类断层是油气纵向运移的主要通道,是沟通深部烃源岩和浅层储集层的通道和 “桥梁”,因此常被称作油源大断裂。这两类断层活动期长,落差大,油气运聚能力强,油气分布聚集主要受这些大断层控制,已发现的馆陶组油气藏大都分布在这些断层附近。第三类断层是在新近纪构造运动期形成的,而且总体表现为越向东北方向,断层活动强度越大。这些浅层断裂主要发育在新近系内部,具有断距小、延伸距离短,对地层的沉积无明显的控制作用,但构成了新的油气输导体系,对新近系油气的运移和聚集起一定通道或遮挡作用,正是它们调整和控制了油气的最终成藏。

(2)渗透性砂岩层

油气沿断层的纵向运移只能到达烃源岩上方附近的储层中,如果断层附近不存在圈闭,则进入储层中的油气,将沿储层向上倾方向继续运移。为此对于构造高部位的馆陶组圈闭来说,只有纵向的运移通道是不够的,还必须通过渗透性岩层进行横向运移。研究区烃源岩上覆馆下段地层中发育有厚层而横向连通性好的砂岩层,为油气的横向运移提供了有利条件。

(3)不整合面在油气运移中的作用

有关不整合面可作为油气运移通道的讨论很多,但从研究区的实际来看,简单地认为其可以作为通道的结论是需要商榷的。在该区斜坡部位的不整合面上下均已经发现了大量油气藏,这表明不整合面是作为遮挡条件而存在的,并不是油气运移的优势通道。不整合面在构造上只是一个面,能否运移油气并不在于不整合本身是否存在,而是取决于不整合面两侧对接地层岩石的物理性质,理论上不整合面的存在,表明不整合面以下岩层都经过风化剥蚀的改造应该存在风化壳,对于流体应具有渗透性,可以成为油气运移的通道。但由于不整合面被深埋之后,会受到多种因素的影响,是否能成为油气运移的通道,在某种程度上和断层一样,也具有双重特性。主要取决于诸如不整合面的产状、不整面两侧地层的岩性,以及不整面所代表的沉积间断的时间长短等诸多因素,不能一概而论。对于古近系与前古近系之间的不整合面,如果不整合面之下为灰岩地层,且不整合面倾角较大,则作为油气运移通道的可能性较大。而其他情况下,比如在构造高部位坡度较小的斜坡带,则可能性不大,应主要作为遮挡条件。为此将不整合想当然的作为油气运移的通道,是不可取的。对于本区的馆陶组成藏而言,在洼陷带周边构造低部位,不整合面可以作为油气立体输导体系的组成部分,但进入构造高部位之后,要么不再作为油气运移通道,要么运移的油气在潜山中成藏,而不再汇入馆陶组成藏体系中来。

(4)输导体系类型及其对油气富集层位具有重要的控制作用

以主干断层为依托,有两种类型的输导体系对浅层油气成藏起着重要作用。一类是以主干断层为主的阶梯状输导体系,即以主干断层为 “桥梁”纵向上直接将烃源岩与圈闭沟通,构成油气垂向运聚成藏的最佳输导体。该类型输导体运聚效率高,油气富集程度高。第二类是网毯式输导体系,即烃源岩与浅层圈闭之间不是以主干断层直接沟通,而是由油源断层、次级断层、馆下段砂岩 (毯状仓储层)构成的输导体系。

输导体系的形成主要取决于断层和储层的空间组合方式,并最终影响到油气运移的方式和成藏位置。当正断层与储层的倾向相同,向盆地方向断层下降盘逐级下掉,则构成阶梯形的输导体系。断层相对活动期沿断层运移到较厚盖层下方的油气,在砂泥岩组合地层,如果砂岩层上倾方向的断层下盘为泥岩层,在合适的构造背景下 (如鼻状构造)可以形成圈闭,油气运移至此即可成藏。如果砂岩层上倾方向的断层下盘为砂岩层,则油气仍然继续运移进入断层下盘的砂层中并向上倾方向运移。由于当顺向断层断开馆陶组正旋回沉积地层时,随断层发育,对于同一旋回,断层上盘储层上倾方向通过断层总是倾向于与岩性更粗的岩层对接,因而形成有效遮挡的几率不大,尤其是对于馆下段储层发育段更是如此,因而阶梯式输导体系中,馆陶组即使是在构造相对稳定期,也能有效地起到疏导作用,使油气进入更高的构造部位。同时由于断层的调节作用,油气事实上总是倾向于进入更老的储层中。所以在顺向断层与储层构成的输导体系中,油气运移的最终目的层系倾向于进入较老的地层中 (图 7-1a)。这种情况下,早期聚集的油气在断层活动期,纵向运移到更浅的层系,在断层相对稳定期,靠横向运移在更深的层位成藏,由于断层的多期次活动,纵向和横向运移交替进行,往往能够形成多层含油层系。即使是在断裂活动持续较晚地区的较高构造部位,在老地层中也会有油气聚集。埕东凸起南部具有这样的特征,导致埕东油田具有多套含油层系。

图 7-1 断层组合模式与油气运移关系示意图

当正断层与储层的倾向相反,向盆地方向断层上升盘相对抬高,则构成网毯式输导体系。断层相对活动期沿断层运移到较厚盖层下方的油气,在砂泥岩组合地层,如果砂岩层上倾方向的断层下降盘为泥岩层,在合适的构造背景下 (如鼻状构造)可以形成圈闭,油气运移至此即可成藏。如果砂岩层上倾方向的断层下降盘为砂岩层,则油气仍然继续运移进入断层下盘的砂层中继续向上倾方向运移。与阶梯式输导体系不同的是,当反向断层断开馆陶组正旋回沉积地层时,随着断层发育,对于同一旋回,断层上升盘储层上倾方向通过断层总是倾向于与岩性更细的岩层对接,尤其是在临近区域性盖层的储层,往往上倾方向直接与区域盖层相接,因而形成有效遮挡几率增加,因而在这种输导体系中,在合适的构造背景下 (如鼻状构造)可以形成圈闭,油气倾向于在构造低部位储层中聚集。尽管在断层活动期,聚集的油气将继续作沿断层的纵向运移,即使在断层相对稳定期,断层发育到上倾方向与渗透性岩层对接时油气也将越过断层发生横向运移,因而油气的这种聚集,对于储层发育的馆下段将是暂时的,馆下段地层起到了临时仓储的作用,这也是这种输导体系被称为网毯式的原因,断层是 “网”,馆下段储层是 “毯”。在这种体系中,纵向运移使油气优先进入较新的储层,越过断层的横向运移由于反向断层的调节,油气也只能进入更新的地层中。所以在网毯式输导体系中油气运移的最终目的层系倾向于进入较新的地层中 (图 7-1b),往往导致含油层系相对单一,而只有在主要生排烃期后,没有大的断层活动才有可能在构造高部位的老地层中形成油气聚集。埕北斜坡带低部位反向断层的发育可能是造成该区含油层系单一,主要富集于馆上段的重要原因。

3区域性盖层的发育是馆陶组油气富集的必要条件

馆陶组上段上部和明化镇组巨厚区域性盖层的发育,加之主要油源断层的断距远小于盖层的厚度,沿主要油源断层纵向运移的油气无法穿过泥岩对接的断层带而进入更浅的地层中,从而使得油气纵向运移的最高层位限定在了储层物性好的馆陶组地层中,为油气在馆陶组中再运移聚集提供了极为有利的条件。即使是很容易发生运移和散失的天然气也能在区域性盖层下方和内部砂岩中成藏,就充分说明了区域性盖层具有较好的封盖性能。同时也需要指出,尽管区域盖层能够满足油气成藏的需要,但由于馆陶组地层埋藏深度较小,处于水文地质的自由交替带,地层水中普遍含氧,水温较低,适于微生物活动,所以储层原油普遍会遭受不同程度的次生氧化和微生物改造,但由于油藏成藏较晚,遭受次生改造的时间短,大部分仍为可采原油。目前已经发现的油藏原油主要为可采的高密度、高黏度原油充分证明了这一点。

4特有的下生上储沉积构造条件

渤海湾盆地各凹陷的烃源岩均位于古近系,新近系河流相沉积不具备生烃条件。若凹陷内古近系储、盖和圈闭条件有利,则生成的油气应优先在古近系圈闭内聚集。例如,东营凹陷和沾北凹陷生成的油气富集于紧邻烃源层的古近系沙河街组,而在新近系并不富集。(除断层的大规模活动结束较早之外,沙河街组中具有有利的储盖组合和圈闭条件是主要因素。如东营凹陷北部陡坡带断层下降盘形成了胜坨滚动背斜,为油气的成藏提供了很好的条件,就直接导致了陈家庄凸起南坡新近系地层中的油气就远没有北坡富集。)

沾化凹陷是渤海湾盆地新近系油气最富集的凹陷之一。凹陷内古近系沙三段、沙二段、沙一段及东营组均以巨厚泥岩为主,烃源岩生成的大量油气,尤其是一、二级大断层长期继承性活动,为油气向浅层运移提供了优越的疏导条件,进而在临近凹陷的凸起,储盖配置好,圈闭发育的部位成藏。

5基底岩层的渗透性

对于地层超覆油藏来说,地层超覆线附近下伏岩层的渗透性很关键。如果下伏岩层为非渗透层则利于形成侧向封挡条件,否则难以形成有效的侧向封挡,油气可沿渗透性岩层向高部位运移。这就可以很好地解释为何陈家庄油田的地层超覆油藏只存在于基岩为寒武系和前震旦系地层出露区,而在奥陶系出露区一般不会形成地层超覆油藏。

渤海湾盆地在东营、惠民、沾化、车镇凹陷、东濮凹陷共发现了复杂断块油田20多个。经过几十年的勘探开发,复杂断块油藏勘探进入一个新的阶段,由勘探初期以找大型构造背景、大断层控制的断块油藏为主,变化为寻找由小断层控制的小断块油藏,勘探对象更加隐蔽,勘探开发的难度不断加大。在精细构造解释、储层描述还存在一定的不足,主要体现在信噪比、分辨率和复杂断块的构造成像方面。

通过采集处理及解释技术攻关,以提高横向分辨率和断层成像为核心,采用了相应的技术对策(表4-12),改善地震资料品质,提高断层识别和描述的精度,为复杂断块油藏的勘探开发提供了有力的技术支持。

表4-12 复杂断块地震勘探技术对策

(一)提高横向分辨率关键技术

1面元细分观测系统采集技术

为了解决复杂断块油气藏分辨率问题,达到提高资料横向分辨率的目的,必须采用小面元、高覆盖的观测系统,小面元的实现主要有两种方式:一是地面接收点距小,实现地下反射小面元;二是通过炮检点关系组合实现地下反射的小面元,即面元细分观测系统,将共反射面元内的CDP点均匀分布,理论上在资料处理过程中可以任意抽取面元大小,提高横向分辨率。

2面元细分资料处理技术

针对可变面元地震资料,要想提高横向分辨率,理论上是面元越小越好,但面元越小,资料的覆盖次数就越低,相应地,资料的信噪比也会降低。因此,在面元细分中,应综合考虑要面元大小与覆盖次数、信噪比三者之间的关系,合理选择处理面元,最大程度挖掘资料在横向分辨率方面的潜力,有效地提高地震资料对小断块的识别能力。

图4-104不同面元不同覆盖次数的剖面对比表明:分辨率方面,随着面元的逐步减小,地震资料对小断块及低序级断层的识别能力也逐渐得到提高。面元5m×5m和10m×10m信噪比迅速提高,10m×10m到15m×15m面元信噪比增加较快,15m×15m到25m×25m面元信噪比增加缓慢。通过多方面的量化分析结果表明,综合判断,面元15m×15m应该是处理的最佳选择。

图4-104 不同面元不同覆盖次数偏移剖面

(二)提高成像精度关键技术

为了解决断块油气藏的成像问题,“十一五”期间进行了断块复杂区地震资料成像技术攻关,研发了相应的特色技术和关键技术,有效的改善断块复杂区的成像精度,通过永新、史南-郝家、文明寨等地区高精度地震资料的处理应用,取得了比较好的成像效果。

1采集质量控制技术

高精度物理点控制技术保证高精度小面元采集点位的精确,采用盒子波和十字排列的方式进行干扰波调查,保证干扰波场调查的准确性、连续性和完整性。通过优化激发井深、优选药量和改进封井方式等手段压制噪声;接收压噪主要手段就是提高检波器耦合效果,包括合理埋置检波器、检波器组合等;采取不规则观测系统,避开油井干扰的影响范围,从而在不停井的条件下尽量避免油井干扰(图4-105)。

2叠前偏移成像技术

叠前时间偏移是偏移成像的重要手段,在横向速度变化不太剧烈的情况下,它能对陡倾角反射、绕射波及断面波进行准确的偏移归位。针对断层面等陡倾角反射面的成像,速度分析过程中采用双参数各向异性速度分析技术可有效地解决地层各向异性问题,通过各向异性叠前时间偏移,改善断层成像,提高断块划分能力以及目的层内幕反射特征的成像。

通过对断块油气藏地震资料处理技术的研究,提高了技术,完善了方法,复杂断块的成像也得到了很好的改善,从在永新、马厂三维的实际应用效果来看,通过断块油气藏处理技术的应用,最终成像效果很好地反映了地下构造形态、小断块,低序级断层也得到很好的刻画,与老资料相比,剖面质量有了明显改善(图4-106)。

图4-105 检波点偏移前后资料影响

图4-106 永新探区新(右)老(左)剖面对比

(三)精细断层识别与断裂组合关键技术

针对复杂断块油气藏高精度地震解释,形成了包括以相干分析、正演模拟、倾角检测技术为主体的断层识别技术;以方差体解释、断层空间解释为主体的三维断层空间解释技术;以综合标定、联合解释、变速成图为主体的断层-层位综合解释技术等富有特色的地震解释技术系列,建立起复杂断块构造高精度地震资料解释技术流程,大大减小了断层识别和解释中的多解性和不确定性,降低了勘探开发风险。其中关键的技术是微小断层识别、断层解释技术和断裂系统组合技术。

1断层识别与解释技术

断层识别技术包括综合标定识别技术、时间切片识别技术、相干分析技术、地层倾角检测技术、剖面断层解释技术、剖面-平面联合解释技术、方差体解释技术、三维可视化及层拉平切片联合组合断层技术等,确保断层解释准确。

从新立村油田倾角检测图上(图4-107)可看出断裂系统表现的比较清晰,断层走向及展布规律显示明显,对小断层的识别尤为有效,有利于断层的解释与组合。

图4-107 永8断块平面倾角属性图

2断裂系统优化组合技术

断裂系统的组合是建立构造格架的关键步骤。以往主要依赖于解释人员的经验和对地质情况的认知程度,层间矛盾较多。采用纵横剖面、连井剖面、水平切片、相干数据体等资料进行综合应用,客观反映本区断层的空间展布,尽量排除人为因素,为断层的平面组合提供客观真实的有利佐证,包括断层平面叠合技术、断层的立体组合技术。

(四)史南-郝家高精度地震应用

史南-郝家工区位于东营凹陷西部,紧邻利津洼陷和牛庄洼陷,包括滨南、利津断裂带,东营组到沙四段都是有利的含油区带,油气源条件优越。工区内断层发育,构造复杂,储层类型多,横向变化较大。油层厚且富集,断块油藏含油条带窄,岩性油藏发育范围广,沙四段滩坝砂埋藏深、储层薄。但原有地震资料覆盖次数较低、信噪比低、断层断面不清晰,构造不能精确落实,岩性油藏难以识别,影响勘探井位部署,需要通过高精度地震来满足复杂断块和中深层勘探目标的精细描述。

1地震采集关键技术

1997年前后,在史南地区钻井偶然发现史深100的浊积岩,证实了史南地区发育有东营三角洲的岩性油藏,该区虽然已被三维地震资料覆盖,但老资料不能满足岩性体描述的要求,油田立即组织队伍在该区进行了高分辨率地震攻关,力求解决岩性油藏问题,由于当时没有认识到近地表的影响,同时缺乏有效探测技术,试验两束测线后资料没有改进。“十一五”以来,由于高精度采集技术的进步,尤其是近地表探测与建模技术的成功,2009年再次进入史南开展高精度采集。

1)精细表层结构调查

黄河从史南-郝家工区中部穿越,受黄河淤积影响,近地表土质松散,低降速带厚度变化大,能量吸收衰减严重。为准确掌握全区近地表变化,采取了小折射、微测井、岩性取心、岩性探测方法联合调查。

(1)近地表模型构建。通过精细近地表调查,建立了近地表速度、厚度和激发岩性三维模型,根据调查资料分析,低速带厚度2~6m;低速层速度400~580m/s;高速层速度1500~1900m/s。图4-108、图4-109为全区低速层厚度图、低速层速度图。根据动力岩性探测、静力岩性探测结果分析,该区存在两套粘土层。

图4-108 史南-郝家低速层厚度图

图4-109 史南-郝家低速层速度图

(2)基于岩性的逐点井深设计。根据激发因素试验对比,优选低降速带以下第二层粉质粘土层为最佳激发岩性层,激发效果显著,逐点井深设计为炮点高程减去第二层粘土层顶界面高程,再加上药柱长度,由此得到全区每个炮点设计井深。

2)基于高精度航片的复杂地表变观技术

史南-郝家项目地表条件极其复杂,涉及水库、黄河、堤坝、利津县城等多个大型障碍物。为获得障碍区好的地震资料,利用高精度航片室内逐点变观设计和不规则观测系统设计方法,逐点落实炮检点位置,减小了浅层资料缺口,确保了炮检距、方位角、覆盖次数均匀分布。

3)采集效果

通过基于岩性激发井深设计及复杂地表变观设计方法,地震资料品质明显提高。单炮记录能量、信噪比、频率显著提高,目的层反射连续性明显改善,反射信息更加丰富;新资料浅层(1100ms~1500ms)主频较老资料提高6Hz,优势频宽提高8Hz;中层(1600ms~2200ms)主频提高14Hz,优势频宽提高18Hz;深层(2500ms~3000ms)主频提高10Hz,优势频宽提高5Hz(图4-110,图4-111)。

图4-110 新老单炮解编记录对比

图4-111 新老单炮中层(1600ms~2200ms)频谱曲线

2地震资料处理关键技术

本区近地表条件复杂、静校正问题严重,小药量单炮较多、中深层能量较弱,目的层埋藏深、速度分析难度较大,针对史南-郝家区块三维地震资料特点,结合该区地质情况,资料处理中采用了一系列的目标处理技术(表4-13),以提高复杂断块成像精度,从而满足史南-郝家地区精细构造解释的需求。

通过以上主要处理技术的应用,史南-郝家地区资料的成像精度得到较大改善,如图4-112新剖面偏移归位更加准确,断点、断面及断裂系统更加清楚,有利于小断层、微构造解释。沙三、沙四段地震反射能量较强、分辨率较高,有利于沙三段浊积砂、沙四段滩坝砂等薄储层的描述。中、古生界地层及基底成像质量有明显改善,地层接触关系更加清楚。

表4-13 史南、郝家资料处理重点及解决方法

图4-112 史南-郝家新老偏移剖面对比

3复杂断块滚动勘探效果

经过精细解释和储层预测,准确落实复杂断块的构造形态,落实有利圈闭23个。截至目前,在中带地区的13个断块部署滚动井6口,产能井1口,评价井1口,老区完善井2口,侧钻井4口,侧钻水平井1口,新增石油地质储量80×104t。目前完钻13口,投产12口,正钻1口,待钻1口。投产的12口井初期日增油能力1121t,含水27%,目前日增油922t,含水557%,截至目前已累计增油4003t。其中新区井7口,初期日增油694t,含水285%,目前日增油494t,含水679%,截至目前累计增油2514t。图4-113为利用新资料识别小断层,落实小断块部署河14-斜31井钻探成功,日产油105t。

图4-113 高精度三维识别低序级断层

4地震解释技术及应用效果

1)多体融合“体、面”约束复杂断裂解释技术

通过相干体、时间切片分析,对纵向上继承性发育、平面上有一定延伸长度的不相干条带和时间切片上地层产状、构造变化带进行定义解释,并与地震剖面解释相互约束,确定断层在剖面上的位置。利用该方法落实了文明寨油田明1块明325与明156间地震杂乱处的井间断层,最大断距12m,倾角83°,延伸长度580m(图4-114),较好地解决了两井注采无效的矛盾。

2)“动态”约束解释技术

根据注采动态资料,分析井间效果及与构造间的矛盾。对存在注采矛盾的井,通过静态资料分析井间地层及砂体对应变化关系,如非地层因素的影响,考虑隐伏断层的存在。根据动静态分析结果约束地震多方位解释,在地震剖面上寻找断层迹象,确定断层的位置,修改构造。以文明寨油田明215井区为例:明215井2004年7月转注,累计注水46×104m3,油井C1-2见效明显,明1-35没有见效,对比明215与明1-35井地层及砂层变化不大,认为不见效的原因可能是隐伏小断层所致,据此重新认识追踪地震剖面,落实了最大断距10m的井间断层,较好解决了注采矛盾(图4-115)。

3)单砂体地震描述技术

利用濮卫高精度地震资料成功开展了文明寨油田沙二下河流相或浅水三角洲沉积环境下复杂断块油藏单砂体描述。首先,根据储层地震属性敏感性分析,选择预测砂体的优势属性。然后,确定适合砂体特征的地震属性参数提取方法。以相对稳定地震反射的砂层组顶或底界作为属性提取的参考层,地震属性计算时窗限定在包括参考层的相邻2个可分辨同相轴之间,以满足提取的地震属性在同一沉积旋回内。最后,进行砂体分布定量预测和精细雕刻。通过地震属性归一化处理建立砂层厚度与地震属性的定量关系式(图4-116),确定砂体零值边界,对砂体分布进行定量描述和刻画(图4-117)。

图4-114 多体解释法落实的井间断层

图4-115 动态约束法落实的井间断层

4)应用效果

根据研究成果,目前在明1块已实施新钻井6口、单砂体注水调整井3口,均取得较好效果,截至2010年4月18日,近半年时间内累计增油63051t。在文明寨油田明1块沙二下油藏4个砂层组的精细描述中,新发现落实断距10m以上井间断层共60条(表4-14),其断距一般小于30m,最小的只有6m,延伸长度一般小于300m,最短小于100m,最大倾角一般大于60°,最大约80°;共发现和落实幅度5m以上低幅度构造高点50余个,最小断块面积001km2。

图4-116 明1块沙二下3砂组底部单砂层厚度—平均反射强度图

图4-117 明1块沙二下3砂组底部单砂层定量预测与实钻对比图

表4-14 井间断层按断层要素分类划分表

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