張華文,周江羽,劉德志,劉國超,何雅娟

(中國地質大學(武漢)構造與油氣資源教育部重點實驗室,湖北武漢430074)

南堡凹陷4號構造帶蛤坨斷層特征與油氣成藏關系

張華文,周江羽,劉德志,劉國超,何雅娟

(中國地質大學(武漢)構造與油氣資源教育部重點實驗室,湖北武漢430074)

南堡凹陷4號構造帶斷裂發(fā)育,既發(fā)育溝通烴源巖的深斷裂,也發(fā)育溝通淺層圈閉的次級斷裂。綜合利用地震、測井、巖性等資料分析斷層的空間展布,計算蛤坨斷層的生長指數(shù)和斷層泥比率(SGR),分析斷層的活動性、封堵性,評價其輸導性能,并結合其與烴源巖生排烴期的匹配關系研究斷裂與油氣運移、聚集的關系及控制規(guī)律。在典型油氣藏剖面解剖的基礎上,建立了4號構造帶油氣運聚成藏模式。

蛤坨斷層;生長指數(shù);斷層泥比率;油氣成藏;南堡凹陷

南堡凹陷位于華北板塊北部,是渤海灣盆地群北側中新生界疊合的含油氣凹陷,其特征是經(jīng)中生代、新生代斷塊運動而發(fā)育起來的一個中—新生界北斷南超的箕狀凹陷[1]。它是一個典型的陸相斷陷湖盆,具有幕式沉降的特點。南堡4號構造(圖1)位于曹妃甸次洼東側,是一個近南北向展布的背斜構造,由北東向和北西向斷層分割成若干斷塊,為近年來冀東油田勘探新區(qū),其資源量大,是南堡灘海區(qū)主要含油氣構造帶之一。

作為油氣運移的重要通道,斷裂一直是國內外同界學者們的研究對象[2-4]?？碧綄嵺`表明含油氣盆地,尤其是斷陷盆地油氣的聚集和分布與斷裂有密切的關系。南堡凹陷蛤坨斷裂帶位于曹妃甸富油次洼的東側,它對4號構造帶的油氣運移與成藏起到關鍵性的控制作用。斷裂的空間展布,主斷層的活動性與封閉性以及輸導時期與源巖大量排烴期的匹配關系是影響油氣運聚的重要因素,因此,綜合這些因素,分析4號構造帶油氣成藏規(guī)律對今后的勘探實踐起重要的參考作用。

圖1 南堡凹陷4號構造帶斷裂體系分布特征Fig.1 Distribution of fault system in the 4thstructural belt of Nanpu Dep ression

1 烴源巖特征

南堡4號構造帶臨近曹妃甸生油次凹,分為3個構造層:前第三系基底,古近系斷陷期層系(沙河街組Es、東營組Ed)和新近系坳陷期層系(館陶組Ng、明化鎮(zhèn)組Nm)。曹妃甸生油次凹的主力烴源巖為沙河街組和東營組暗色湖相泥巖,分四個段:Es31段、Es1段、Ed32段和Ed31段。

1.1 沙河街組烴源巖

Es31段形成于湖泊水進體系域及高位體系域,由一套粗碎屑巖與深灰色泥巖構成,屬扇三角洲、淺湖—半深湖沉積環(huán)境。暗色泥巖厚度在100～300 m左右,暗色泥巖的TOC一般在1.5%～4%,其中TOC大于1%的泥巖厚度在50～200 m,干酪根類型以Ⅱ1—Ⅱ2型為主,是一套生烴潛力較大的優(yōu)質烴源巖。

Es1段沉積時的沉積環(huán)境主要為半深湖、深湖、與淺湖相組成,總體形成于湖水較淺、構造較平靜的沉積環(huán)境之中,局部地區(qū)發(fā)育三角洲沉積。暗色泥巖厚度在200～300 m之間,TOC一般在1.2%～2.3%,多數(shù)在1.6左右,其中TOC大于1%的泥巖厚度在50～250 m。干酪根類型以Ⅰ、Ⅱ2型為主,也是一套生烴潛力較大的優(yōu)質烴源巖。

1.2 東營組烴源巖

東營組烴源巖主要為Ed3段,形成于淺湖—中深湖相,包括Ed32和Ed31兩個亞段。

Ed32段的暗色泥巖厚度在100～300 m左右,TOC大于1%的暗色泥巖在50～200 m,平均TOC在1.5%～2.6%,有機質類型以Ⅱ1—Ⅱ2型為主,有機質成熟度在0.6%～0.8%,處于低成熟階段,是一套生烴潛力較大的有效烴源巖。

Ed31段的暗色泥巖厚度在100～300 m左右,TOC大于1%的暗色泥巖在50～250 m,平均TOC在1.5%～2.6%,有機質類型以Ⅱ1—Ⅱ2型為主,有機質成熟度在0.5%～0.7%,處于低成熟階段,也是一套生烴潛力較大的有效烴源巖。

2 蛤坨斷裂體系

斷層為一種很好的輸導通道。垂向上,斷層把多套烴源層和儲集層連通起來,為油氣的垂向運聚提供了空間,但那些持續(xù)活動、切穿區(qū)域蓋層的“通天”斷層則成為油氣散失的通道;側向上斷裂帶的物質特性和斷距決定了兩盤地層巖性配置和其本身的封閉程度。油氣成藏過程中,斷層的開啟要么導致油氣散失,要么使油氣發(fā)生重新分配,使得斷裂控制的原生油氣藏極易發(fā)生再次運移。

2.1 斷層的空間展布

蛤坨斷層(圖1)發(fā)育在曹妃甸次凹的東邊界,走向北東轉北西,延伸長度8.8～13.5 km,傾角40～60°,其分支斷裂系共有8～10條,走向為北東、北東東延伸長度6～10 km,傾角40～70°。

平面上,分支斷裂系與主斷層呈斜交至近垂直相交,是在主斷層發(fā)育過程中所伴生的小斷層,比主斷層發(fā)育晚,起分散油氣與連通儲層的作用。

垂向上(圖2,圖3),蛤坨斷層與其分支斷層系呈Y型和復Y性組合。蛤坨斷層于新生代早期開始發(fā)育,斷至中生界潛山,為一條典型的油源斷層。斷裂帶具走滑、拉張性質,圖2和圖3顯示出分支斷層發(fā)育,基本為正斷層,主斷層斷距為80～1 400 m,分支斷層斷距為20～600 m。

圖2 北東向構造解釋剖面Fig.2 Interpreted NEorientation structural profile

2.2 斷層活動性

自從Thorsen[5]提出斷層生長指數(shù)研究斷層的活動性以來,生長指數(shù)在國內外同生斷層的研究中得到了廣泛的應用,被許多文獻引用推廣[6-7]。蛤坨構造帶的斷裂主要是同沉積斷裂,通過對同沉積斷層的生長指數(shù)的分析,可以定量分析斷層的相對活動強度和斷層的活動歷史。

圖3 北西向構造解釋剖面Fig.3 Interp reted SW orientation structural profile

蛤坨構造帶的斷裂主要是同沉積斷裂,通過對同沉積斷層的生長指數(shù)的分析,可以定量分析斷層的相對活動強度和斷層的活動歷史。選取過蛤坨斷層的三條測線(圖1),分別計算其生長指數(shù),對蛤坨斷層在不同時期的活動做定量的研究發(fā)現(xiàn)蛤坨控制著沙河街組和東營組的沉積,東西兩盤地層厚度相差明顯,可達300 m。計算結果表明(圖4)蛤坨斷層走向為北西的部分自Es3期開始活動,該部分北端主要活動期是Es2期,之后活動性減弱,南端在Es3和Ed3為其主要活動期,Es1和Es2期活動趨于平緩;斷層在Ed1期活動性最弱,在Ng期又開始活動,生長指數(shù)在1.2～1.5之間。

圖4 蛤坨斷層生長指數(shù)Fig.4 The grow th index of Getuo Fault

主干斷層與分支斷層在平面及剖面上的不同組合樣式對分支斷層的活動性具有不同的影響方式。蛤坨斷層與其分支斷層在平面上具有帚狀的組合型式,距主干斷層距離越近的分支斷層的活動性受主干斷層的控制越明顯,活動性也越強烈。

2.3 斷層封堵性

活動期的斷層的主體部分可以看成是開啟的,而評價斷層靜止時期的封堵性和有泥巖剪切帶發(fā)育在儲層附近時斷層的輸導性就需要考慮由于塑性泥巖形成非滲透層側向封堵和泥質充填物形成的垂向封堵。

Yielding等[8]提出的斷層泥比率SGR(Shale Gouge Ratio),是評價斷層的側向封閉性的有效手段[9-10]。計算斷距內的泥巖含量百分比率,其值越大,反映斷層的側向封堵性越好。通常按下列公式計算:

式中:SGR為通過各種機理擠入斷層帶的泥頁巖的比例(地層一般是非均質的厚地層)。圍巖中泥頁巖含量越高,斷層帶中泥頁巖、斷層泥化可能性就越大,其孔滲性就越差,毛細管排替壓力就越高,形成封閉的可能性就越大,反之就越小。根據(jù)Yielding等[8]用SGR區(qū)分斷層是封閉還是開啟的門限值為25%～30%,其值越大,封閉性越好。結合該區(qū)實際,利用項目已建立的SGR評價標準(表1)。計算結果見表2,蛤坨斷層Nm封堵性較好;Ng可作為輸導層;Ed1可作為輸導層。

表1 SGR值等級評價標準Tab.1 The assessing standards of SGR

表2 SGR評價結果Tab.2 The evaluation results of SGR

3 時空匹配關系

同一條斷層在不同時期的輸導性能具有差異性,其開啟與封閉時期及其與油氣生排烴史的匹配性將在很大程度上影響,甚至決定斷層輸導油氣的能力和輸導量。對烴源巖做生排烴史模擬可以得到油氣的主生排烴期[11-12]。

選取過剖面(圖2,圖3)的兩口井NP4-2和NP4-3進行有機質演化史模擬,得到有機質成熟期及生排烴高峰期。Es31成熟期為Ed1中～Ng末,排烴高峰期為Ng末;Es1成熟期為Ng中～Nm末,排烴高峰期為2Ma～現(xiàn)今;Ed32成熟期為Nm初～現(xiàn)今,排烴高峰為現(xiàn)今;Ed31正處在成熟期和開始排烴期。

斷層作為油氣輸導的重要通道,多數(shù)專家認為,在其活動期(生長指數(shù)>1),斷層帶主要為垂向開啟狀態(tài),而在靜止期,則可采用SGR值來判斷斷層是否可作為輸導層。結合斷層與油氣生排烴史的匹配關系,可對斷層的輸導性作出有效的評價。

在Es31的成熟期(Ed1中～Ng末)及排烴高峰期Ng末,蛤坨斷層生長指數(shù)在1.2～1.5之間,斷層活動可將Es31的油氣輸導至上覆儲層,輸導性能好;在Es1的成熟期(Ng中～Nm末)及排烴高峰期(為2Ma～現(xiàn)今),蛤坨斷層活動性逐漸降低,生長指數(shù)逐漸趨近1,而SGR值在Ed1和Ng較低,斷層具備開啟性,可作為Es1的部分油氣通道;Ed32正處在大量生排烴期,Ed31正處在成熟期和開始排烴期,而現(xiàn)今斷層不具活動性,垂向上斷層處于關閉狀態(tài),SGR值則表明蛤坨斷層具備側向開啟性,該兩期油氣可聚集于緊鄰儲層中。

4 聚集規(guī)律

南堡4號構造帶位于柏各莊斷層陡坡帶蛤坨斷層下降盤,構造帶內發(fā)育一系列雁列式展布的斷層。這些斷層走向由北東向轉為走向北西向并逐漸收攏相交,具有典型的羽狀特征。蛤坨斷層西部發(fā)育斷鼻構造,為北東向和北西向兩組斷層切割,構造活動強烈,圈閉面積大;東部斜坡區(qū)發(fā)育地層圈閉。

南堡4號構造帶油源主要來自于曹妃店次洼,距油源相對較遠,油氣多呈臺階狀運移,具有更明顯的混源特征。4號構造帶成藏模式以斷層輸導斷塊圈閉、斷層+砂體輸導斷塊圈閉、斷層+砂體輸導背斜圈閉和斷層+砂體輸導上傾尖滅圈閉模式為主(圖5)。

圖5 南堡凹陷過NP4-2井剖面油氣成藏模式Fig.5 Model of the hydrocarbon accumulation acrosswell NP4-2 in the 4thStructural Belt of Nanpu Dep ression

5 結論

(1)蛤坨斷裂構造帶臨近曹妃甸生油次凹,蛤坨斷層為油源斷層,并與其分支斷裂系共同形成了油氣輸導的通道。

(2)斷裂系空間分布、生長指數(shù)及SGR值及其油氣生排烴期的匹配關系顯示:Ed1中～Ng末蛤坨斷層輸導性能好;Nm初～現(xiàn)今蛤坨斷層輸導性能逐漸變差,具備一定輸導能力;現(xiàn)今蛤坨斷層垂向上處于關閉狀態(tài),在Ed1～Ng側向開啟,可將油氣輸導至緊鄰儲層中。

(3)蛤坨斷層作為油源斷層對油氣輸導起重要作用,控制4號構造帶的油氣運移與聚集成藏。

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The relationship between Getuo fault and hydrocarbon accumulation in the 4thstructural belt of Nanpu Depression

Zhang Huawen,Zhou Jiangyu,Liu Dezhi,Liu Guochao,He Yajuan
(Key Laboratory of Tectonics and Petroleum Resources,M inistry of Education, China U niversity of Geosciences,W uhan430074)

Faults are well developed in 4thstructural belt of Nanpu Depression,among w hich there are not only deep faults linking hydrocarbon source rocks and traps,but also the associated faults that can reach shallow reservoirs.Based on the analysis results of seismic,logging and oil-testing data,the spatial distribution of faults have been analyzed,the grow th index of faults and Shale Gouge Ration(SGR)are calculated.In addition,evaluation has been done on the activity of faults,the sealing and transportation capability of faults.Combined w ith the study on the matching relationship between the fault activity w ith hydrocarbon generation and expulsion,analyzed w ith modeling results,the relationship between faultsw ith hydrocarbon m igration and accumulation,and the control rolesof the these faultson hydrocarbon migration and accumulation have been studied thoroughly.Finally,based on the analysis of the typical oil and gas reservoir p rofiles,themodel of hydrocarbon migration and accumulation of the 4thstructural belt has been constructed.

Getuo fault;grow th index;Shale Gouge Ration;hydrocarbon accumulation;Nanpu Depression.

book=14,ebook=9

TE122.1

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2010.02.014

1008-2336(2010)02-0014-06

2009-12-02;改回日期:2010-01-27

張華文,1986年生,男,中國地質大學(武漢)在讀碩士研究生,主要從事石油天然氣勘探開發(fā)方面研究工作。E-mail: zhanghuawen1456@163.com。