吳 偉 蔣有錄 王康寧 張亞軍

摘要:運(yùn)用油氣成藏動(dòng)力學(xué)分析的手段,對(duì)東營(yíng)凹陷博興地區(qū)沙三段不同油氣聚集帶的成藏要素、輸導(dǎo)體系、成藏動(dòng)力等條件進(jìn)行詳細(xì)解剖,根據(jù)各要素對(duì)成藏貢獻(xiàn)的大小分配權(quán)值,利用加權(quán)求和建立定量評(píng)價(jià)系統(tǒng),以此對(duì)成藏動(dòng)力學(xué)要素進(jìn)行綜合分析,達(dá)到了對(duì)各油氣聚集帶綜合評(píng)價(jià)的目的。得出了油源、輸導(dǎo)體系、成藏動(dòng)力條件均是控制油氣富集的必要條件的結(jié)論,同時(shí)認(rèn)為洼陷中心、南部和北部地區(qū)是油氣聚集最有利的部位,而洼陷東部、西部為油氣聚集相對(duì)較差的部位,為研究區(qū)沙三段油氣勘探指明了方向。

關(guān)鍵詞:東營(yíng)凹陷;博興地區(qū);成藏動(dòng)力;輸導(dǎo)體系;流體勢(shì);綜合評(píng)價(jià)

中圖分類(lèi)號(hào):TE122文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

引 言

近年來(lái),國(guó)內(nèi)關(guān)于油氣成藏動(dòng)力學(xué)的定義很多[1-5],歸納起來(lái)可以分為廣義成藏動(dòng)力學(xué)和狹義成藏動(dòng)力學(xué)2大類(lèi)。廣義成藏動(dòng)力學(xué)的研究對(duì)象包括油氣的生成、運(yùn)移、聚集、破壞、保存等過(guò)程,并可細(xì)分為生烴動(dòng)力學(xué)、油氣運(yùn)聚動(dòng)力學(xué)、油氣藏破壞-保存動(dòng)力學(xué)等分支;而狹義成藏動(dòng)力學(xué)則主要是對(duì)油氣運(yùn)聚的動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)過(guò)程進(jìn)行研究。狹義成藏動(dòng)力學(xué)是建立在有機(jī)成因理論之上,以成熟烴源巖評(píng)價(jià)為基礎(chǔ),通過(guò)地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)及計(jì)算機(jī)模擬等手段分析輸導(dǎo)格架和流體運(yùn)動(dòng)場(chǎng)(溫度場(chǎng)、壓力場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)),并最終確定油氣運(yùn)聚動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)過(guò)程的一門(mén)學(xué)科。

隨著中國(guó)東部老油田勘探程度的不斷提高,成藏動(dòng)力學(xué)研究已經(jīng)成為油氣成藏研究和油田增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的必要手段,該文以勝利油田東營(yíng)凹陷博興地區(qū)沙三段為例進(jìn)行油氣成藏動(dòng)力學(xué)評(píng)價(jià)。

1 研究區(qū)概況

博興洼陷是東營(yíng)凹陷最西部的一個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元,西以高青大斷裂連接青城凸起,東以石村斷裂為界,南接魯西隆起,呈北斷南超、北陡南緩的箕狀洼陷,其形成主要受高青斷裂和石村斷裂控制。博興地區(qū)是以博興洼陷為中心形成的東營(yíng)凹陷西南部油氣區(qū),研究區(qū)發(fā)現(xiàn)9個(gè)油氣田,是勝利油田重要的油氣生產(chǎn)基地。

基于油氣有機(jī)成因理論,油源是油氣成藏研究的基礎(chǔ)。有關(guān)研究表明,博興地區(qū)沙三段油氣藏中的油氣主要來(lái)自沙三段中、下亞段成熟烴源巖。該層段烴源巖厚度大,分布廣泛,有機(jī)質(zhì)含量豐富,沙三下亞段有機(jī)質(zhì)類(lèi)型以腐泥型為主,而沙三中亞段以腐植-腐泥型為主。沙三中、下亞段烴源巖形成于潮濕、微咸深水環(huán)境,以灰褐色油頁(yè)巖為主,微量元素Sr/Ba大于1.0,古鹽度在8.0‰～12‰之間,烴源巖累積厚度均達(dá)到200～400 m。

博興地區(qū)沙三段儲(chǔ)層在洼陷南部以三角洲前緣型砂體為主,包括水下分支河道砂體、河口壩、遠(yuǎn)沙壩、席狀砂等砂體類(lèi)型;洼陷中心則以深水濁積扇、三角洲前緣滑塌濁積扇等孤立砂體為主;洼陷西部主要以來(lái)自高青凸起的扇三角洲、近岸水下扇砂體為主;洼陷東部和北部以扇三角洲砂體為主。

研究區(qū)沙三段發(fā)育了大量的暗色泥巖、油頁(yè)巖,分別在沙三上、中、下亞段形成區(qū)域性的直接蓋層。博興地區(qū)圈閉類(lèi)型呈區(qū)帶分布,主要包括巖性圈閉、構(gòu)造圈閉和地層圈閉。巖性圈閉主要分布在洼陷中心,少量分布在洼陷東部;構(gòu)造圈閉主要分布在洼陷南部、洼陷西部和洼陷東北部;地層圈閉主要分布在洼陷西部和洼陷南部。

博興洼陷沙三段經(jīng)歷了2期成藏過(guò)程,即東營(yíng)期、館陶末—明化鎮(zhèn)期[6-7]。第1期在漸新世末東營(yíng)期,此時(shí)洼陷中心沙三下亞段部分生油巖區(qū)都已進(jìn)入生油門(mén)限,但由于東營(yíng)末構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造成的地層整體抬升而使該套生油巖生烴過(guò)程停滯,該成油期時(shí)間較短,生油氣數(shù)量有限,不可能大規(guī)模地向正向構(gòu)造帶運(yùn)聚,只能在洼陷區(qū)有利砂體中聚集成藏。第2期為東營(yíng)期后研究區(qū)整體下降接受沉積,從館陶末開(kāi)始,沙三下亞段、中亞段烴源巖開(kāi)始陸續(xù)大量排烴,成為研究區(qū)主要的油氣成藏階段。

2 輸導(dǎo)體系特征

2.1 斷層構(gòu)成

博興地區(qū)位于斷陷盆地之中,其斷裂十分發(fā)育(圖1),其中控制博興洼陷發(fā)育的邊界斷層有西部的高青斷層和東北部的石村斷層,另外南部的博興斷層對(duì)博興洼陷沉積地層也起到很重要的控制作用。沙三段地層形成時(shí)期是高青斷層和石村斷層活動(dòng)最頻繁的階段,而此時(shí)博興斷層也處于相對(duì)活躍階段。

3條主要斷層為研究區(qū)地層圈閉、構(gòu)造圈閉成藏提供了有效的油氣運(yùn)聚路徑。在第1次成藏高峰期-東營(yíng)期,3條主要斷層均處于階段性活動(dòng)高峰期,活動(dòng)比較頻繁,在油氣運(yùn)聚過(guò)程中充當(dāng)了主要的縱向通道;而在第2期成藏高峰期,除了高青斷層呈弱勢(shì)活動(dòng)外,石村斷層和博興斷層基本處于穩(wěn)定狀態(tài),此時(shí)封閉性好的石村斷層、博興斷層?xùn)|段成為油氣橫向運(yùn)聚的遮擋,而砂體連接較好的博興斷層西段仍然可以做油氣運(yùn)聚垂向通道。

除3條主要斷層之外,研究區(qū)內(nèi)還發(fā)育了大量次級(jí)的東—西向、東北—南西向斷層,這些斷層對(duì)于洼陷內(nèi)巖性圈閉、構(gòu)造-巖性圈閉成藏起到了非常重要的作用。

2.2 高滲連通儲(chǔ)層

孔滲性較好的砂體有利于油氣的輸導(dǎo),是油氣運(yùn)移的優(yōu)勢(shì)通道[8]。通過(guò)對(duì)高孔滲砂體進(jìn)行分層段統(tǒng)計(jì)分析,發(fā)現(xiàn)西部和西南部砂體連通性很好,沙三段高孔滲砂體厚,厚度縱向累計(jì)多數(shù)達(dá)100 m以上,是油氣運(yùn)移的優(yōu)質(zhì)橫向通道;而中部地區(qū)孤立砂體比較多,而且分布十分不均一,不能形成有效的油氣運(yùn)移通道;北部和東南部地區(qū)砂體連通性較好,但是厚度比較小,沙三段累積厚度均在50 m以下,可以成為油氣運(yùn)移的橫向通道,但效果欠佳。

2.3 不整合面

博興地區(qū)不整合較為發(fā)育,主要分布在鄰近魯西隆起的南部斜坡帶和青城凸起(圖1)。不整合面由于經(jīng)歷長(zhǎng)期的風(fēng)化淋濾作用而改善其界面物性,可作為地層圈閉油氣充注的通道,同時(shí)也可以作為地層圈閉的儲(chǔ)集體。

3 成藏動(dòng)力

3.1 浮力作用

當(dāng)油氣與地層水伴生時(shí),由于密度差的存在,地層水對(duì)油氣存在上舉的浮力作用。這種作用推動(dòng)油氣向高部位運(yùn)移,是油氣從低部位向高部位運(yùn)移的主要?jiǎng)恿?構(gòu)造脊往往成為浮力運(yùn)移主要路徑。研究區(qū)內(nèi),主要的構(gòu)造低部位位于洼陷中心,而高部位為南部隆起區(qū)、西部青城凸起及東北部純化隆起區(qū)。

3.2 地層壓力

地層壓力不僅在巖性圈閉油氣聚集中具有支配作用,同時(shí)在構(gòu)造圈閉油氣聚集中也是非常重要的動(dòng)力。

研究區(qū)內(nèi)地層壓力縱向上分布具有三段式特征。上段從地表到1 800～2 200 m,大體相當(dāng)于靜水壓力段,屬于正常壓實(shí)帶;下段是異常高壓帶,從2 400～2 600 m左右開(kāi)始,不同地區(qū)起始深度差別較大,地層壓力明顯偏離了正常靜水壓力趨勢(shì)線,屬于欠壓實(shí)帶(或異常高壓帶);而在兩段之間存在一個(gè)壓力過(guò)渡帶,地層壓力比正常值稍高,但并不明顯偏離正常趨勢(shì)。

在平面上,沙三段地層壓力分布特征比較明顯:洼陷中部與東北部地層壓力高,洼陷南部及西部地層壓力較低,與靜水壓力接近。

3.3 毛管力作用

毛細(xì)管力作用是油氣運(yùn)移的主要阻力,它對(duì)油氣運(yùn)聚的范圍和方向起到一定的控制作用。研究區(qū)內(nèi)毛管力作用主要表現(xiàn)為上覆巨厚泥巖縱向封堵、封閉性斷層與尖滅遮擋的橫向封堵。區(qū)域性的毛管力封堵成為流體物質(zhì)交換的阻礙,從而形成不同的流體系統(tǒng);而局部的毛管力作用為油氣運(yùn)移指明方向。

3.4 流體勢(shì)及油氣運(yùn)移

基于England流體勢(shì)的定義[9],充分考慮浮力、地層壓力、毛細(xì)管力等作用,結(jié)合壓能、位能、動(dòng)能、界面能等對(duì)研究區(qū)的油勢(shì)進(jìn)行了分析。研究表明(圖2),沙三段地層中,洼陷東北部流體勢(shì)能最大,其次為博興斷層西北、高青斷層?xùn)|部的洼陷中

心,洼陷南部斜坡帶流體勢(shì)能較低,洼陷西部高青凸起為勢(shì)能最低的部位。另外,洼陷中心向西部和南部過(guò)渡時(shí),勢(shì)能梯度比較大,并且輸導(dǎo)體系發(fā)育且配置良好,有利于油氣長(zhǎng)距離運(yùn)聚;而在勢(shì)能最大的洼陷中心與北部,烴源巖供烴量大,有利于就地成藏。

4 油氣聚集帶綜合評(píng)價(jià)

針對(duì)地質(zhì)體的評(píng)價(jià)涉及很多模糊、復(fù)雜的層次關(guān)系和影響因素,屬于多目標(biāo)、多準(zhǔn)則的復(fù)雜決策系統(tǒng),基于多種影響因素的層次劃分和各種因素的模糊定量,建立定量評(píng)價(jià)系統(tǒng),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)油氣聚集帶的綜合評(píng)價(jià)。

為了方便對(duì)研究區(qū)不同部分進(jìn)行對(duì)比和評(píng)價(jià),將評(píng)價(jià)目標(biāo)劃分為5個(gè)油氣聚集帶,即洼陷中心(大蘆湖油田、小營(yíng)油田、正理莊油田北部)、南部(正理莊油田南部、金家油田)、西部(高青油田、花溝氣田)、東部(博興油田)和北部(純化油田、梁家樓油田南部、喬莊油田南部)。并將目標(biāo)評(píng)價(jià)中涉及的因素劃分為3個(gè)層次(目標(biāo)層A、要素層B和指標(biāo)層C),用框圖形式說(shuō)明層次的遞階結(jié)構(gòu)與因素的從屬關(guān)系(表1)。根據(jù)次一級(jí)因素在上一級(jí)因素中的作用大小賦予權(quán)重,同時(shí)賦予指標(biāo)層各因素5個(gè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(0～1為差,1～2為一般,2～3為較好,3～4為好,4～5為很好)。

運(yùn)聚效果綜合評(píng)價(jià)(A)通過(guò)對(duì)各指標(biāo)評(píng)價(jià)值加權(quán)求和來(lái)獲得,結(jié)果如表2所示。洼陷中心、南部及北部3個(gè)油氣聚集帶綜合評(píng)價(jià)指數(shù)均高于3.8,說(shuō)明油氣運(yùn)聚效果很好;洼陷西部評(píng)價(jià)值數(shù)略高于3,而洼陷東部評(píng)價(jià)指數(shù)低于3,說(shuō)明這2個(gè)聚集帶油氣運(yùn)聚效果相對(duì)較差。

5 油氣富集與成藏動(dòng)力學(xué)的內(nèi)在聯(lián)系

在東營(yíng)凹陷的4個(gè)生油洼陷中,博興洼陷是獨(dú)立性最強(qiáng)且相對(duì)貧瘠的生油洼陷,在生成的油氣資源有限且輸導(dǎo)體系耦合程度不同的情況下,不同部位的油氣富集程度存在極大的差異。

洼陷中心部位有“近水樓臺(tái)先得月”之優(yōu)勢(shì),配合地層異常高壓的動(dòng)力作用,烴源巖生成的油氣優(yōu)先向洼陷內(nèi)部的巖性圈閉充注,成藏后期巖性油氣藏中油氣受巨厚烴源巖強(qiáng)大毛管壓力作用控制而得以保存,從而形成樊家、正理莊油田等大規(guī)模的巖性油氣富集帶,與相關(guān)研究成果[10]不謀而合。

洼陷南部盡管距離洼陷中心較遠(yuǎn),但得益于沙三段三角洲前緣水下分支河道等砂體與正理莊鼻狀構(gòu)造的完美耦合,另外博興斷層?xùn)|段開(kāi)啟性較好,形成了一條油源中心通往南部圈閉的一條“快速通道”。浮力、地層壓力復(fù)合作用支配了油氣在“快速通道”向洼陷南部運(yùn)聚,形成了金家油田等構(gòu)造和地層型油氣富集帶。

博興洼陷發(fā)育極不對(duì)稱,洼陷西部的高青凸起緊鄰?fù)菹葜行?高青斷層下盤(pán)的大量近岸水下扇砂體是良好的橫向通道,且主要成藏期高青斷層持續(xù)活動(dòng),上下盤(pán)流體勢(shì)梯度極大,大大促進(jìn)了油氣的垂向運(yùn)聚,形成了一大批地層油氣藏。

洼陷東部距離生油中心遠(yuǎn),且輸導(dǎo)體系和成藏動(dòng)力均不利于油氣聚集,造成了該地區(qū)沙三段油氣藏的貧瘠。博興斷層?xùn)|段封閉性極好,橫向上連通砂體不多,流體勢(shì)梯度小,均不利于油氣長(zhǎng)距離運(yùn)移。洼陷東部沙三段也發(fā)育少量成熟烴源巖,但內(nèi)部生成的油氣量少,自源成藏是該區(qū)的主要成藏模式,沙三段油氣藏發(fā)育少。

洼陷北部與東部相似,成藏動(dòng)力和輸導(dǎo)體系均不利于博興洼陷油氣向北運(yùn)聚充注,但該區(qū)油源相對(duì)較好,且非常有利于研究區(qū)以北的油氣向南充注,形成大批它源油氣藏。

綜上所述,油源、成藏動(dòng)力、輸導(dǎo)體系是控制油氣富集成藏的3大要素,3者耦合程度的好壞直接支配油氣的運(yùn)聚效果。

6 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)成藏靜態(tài)要素、成藏動(dòng)力、輸導(dǎo)體系的綜合研究,認(rèn)為洼陷中心、南部和北部地區(qū)是油氣聚集最有利的部位,而洼陷東部、西部為相對(duì)油氣聚集相對(duì)較差的部位。這種油氣動(dòng)力學(xué)綜合評(píng)價(jià)方法可以直觀了解油氣的富集規(guī)律,進(jìn)而指導(dǎo)油氣勘探工作。

研究還僅僅停留在靜態(tài)分析上,在進(jìn)一步研究中應(yīng)當(dāng)充分考慮利用地球化學(xué)分析、數(shù)值模擬等方法,能夠動(dòng)態(tài)展示成藏動(dòng)力學(xué)特征的發(fā)展過(guò)程以及其與油氣生排烴史、油氣運(yùn)聚史、油氣藏破壞史等之間的內(nèi)在關(guān)系。

參考文獻(xiàn):

[1] 田世澄,孫自明,等.論成藏動(dòng)力學(xué)與成藏動(dòng)力系統(tǒng)[J].石油與天然氣地質(zhì),2007,28(2):129-138.

[2] 羅曉容.油氣成藏動(dòng)力學(xué)研究之我見(jiàn)[J].天然氣地球科學(xué),2008,19(2):149-156.

[3] 楊甲明,龔再升,等.油氣成藏動(dòng)力學(xué)研究系統(tǒng)概要[J].中國(guó)海上油氣:地質(zhì),2002,16(2):92-97;2002,16(5):309-316;2002,16(6):374-383.

[4] 張厚福,方朝亮.盆地油氣成藏動(dòng)力學(xué)初探—21世紀(jì)油氣地質(zhì)勘探新理論探索[J].石油學(xué)報(bào),2002,23(4):7-14.

[5] 褚慶忠,張樹(shù)林.含油氣盆地成藏動(dòng)力學(xué)研究綜述[J].世界地質(zhì),2002,21(1):24～29.

[6] 蔣有錄,譚麗娟.東營(yíng)凹陷博興地區(qū)油氣成藏動(dòng)力學(xué)與成藏模式[J].地球科學(xué),2003,28(7):323-331.

[7] 劉華,蔣有錄,任景倫.東營(yíng)凹陷油-源特征與含油氣系統(tǒng)劃分[J].高校地質(zhì)學(xué)報(bào),2009,15(1):93-99.

[8] 郝芳,鄒華耀,蔣建群.油氣成藏動(dòng)力學(xué)及其研究進(jìn)展[J].地學(xué)前緣,2000,18(7):11-21.

[9] England W A ,Mackenzie A S ,Mann D M ,et al . The movement and entrapment of petroleum fluids in the subsurface[J].Journal of the Geological Society,1987,144:327-347.

[10] 孫紅蕾.博興洼陷沙三段“相-勢(shì)”控藏作用及油氣充滿度預(yù)測(cè)[J].斷塊油氣田,2008,15(6):40-43.

編輯 林樹(shù)龍