劉 菊

(勝利油田地質(zhì)科學(xué)研究院)

濟(jì)陽(yáng)坳陷埕島地區(qū)明化鎮(zhèn)組斷層輸導(dǎo)性分析與綜合評(píng)價(jià)

劉 菊

(勝利油田地質(zhì)科學(xué)研究院)

在精細(xì)分析濟(jì)陽(yáng)坳陷埕島地區(qū)斷裂分布及發(fā)育特征的基礎(chǔ)上,利用斷層縱向斷切層位、斷層活動(dòng)性分析及斷面壓力分析等3種方法對(duì)該地區(qū)斷層的輸導(dǎo)性進(jìn)行了定性、定量分析。最終結(jié)合3種方法的分析結(jié)果對(duì)研究區(qū)內(nèi)斷層的輸導(dǎo)性進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià),優(yōu)選出了埕島地區(qū)溝通明化鎮(zhèn)組的有效油源斷層,這些斷層組成了明化鎮(zhèn)組成藏有效油源輸導(dǎo)網(wǎng),并與明化鎮(zhèn)組油氣分布相匹配,證實(shí)了該評(píng)價(jià)方法的有效性。

斷層輸導(dǎo)性;斷層切至層位;斷層活動(dòng)性;斷面壓力分析;綜合評(píng)價(jià);明化鎮(zhèn)組;埕島地區(qū);濟(jì)陽(yáng)坳陷

濟(jì)陽(yáng)坳陷埕島地區(qū)明化鎮(zhèn)組油藏為典型的“網(wǎng)毯式”成藏模式[1-3]形成的“他源”油藏,油氣輸導(dǎo)體系是油氣成藏的關(guān)鍵因素,而能夠溝通古近系烴源巖與明化鎮(zhèn)儲(chǔ)層的油源斷層或與之相接的次級(jí)油源斷層的輸導(dǎo)性則成為成藏的主控因素。研究與實(shí)踐均表明,斷層既可以作為輸導(dǎo)油氣的運(yùn)移通道,也能作為阻擋油氣的側(cè)向封堵[4],目前國(guó)內(nèi)外的研究多集中在斷層泥[5-8]等對(duì)斷層封閉性的影響,而對(duì)斷層的輸導(dǎo)性研究?jī)H停留在活動(dòng)期斷層垂向開(kāi)啟與斷面可以輸導(dǎo)油氣等現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)上,且有關(guān)斷層輸導(dǎo)性的半定量或定量分析還比較欠缺,制約著油氣運(yùn)移條件的分析。筆者從多個(gè)方面入手,對(duì)埕島地區(qū)斷至明化鎮(zhèn)組的斷層進(jìn)行輸導(dǎo)性分析,形成一套實(shí)用的斷層輸導(dǎo)性綜合評(píng)價(jià)方法,對(duì)埕島地區(qū)明化鎮(zhèn)組或其他地區(qū)類(lèi)似油藏的勘探具有重要的指導(dǎo)意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

埕島地區(qū)位于渤海灣盆地中部濟(jì)陽(yáng)坳陷極淺海區(qū)域,北部與渤中—沙南凹陷相連,東部與樁東凹陷相連,西南部與埕子口凸起相接。包括老河口—飛雁灘地區(qū)、埕北斷裂帶、埕北低凸起等區(qū)塊(圖1)。目前該區(qū)域共有250口探井鉆遇明化鎮(zhèn)組,油氣主要集中在埕北斷裂帶附近。從明化鎮(zhèn)組斷層分布圖來(lái)看(圖2),埕島地區(qū)的斷裂系統(tǒng)主要存在NE—SW、近E—W和NW—SE向等3個(gè)優(yōu)勢(shì)發(fā)育方向。

圖1 濟(jì)陽(yáng)坳陷埕島地區(qū)區(qū)域位置圖

圖2 埕島地區(qū)明化鎮(zhèn)組斷層分布圖

2 斷層輸導(dǎo)性分析

對(duì)于埕島地區(qū)明化鎮(zhèn)組這類(lèi)典型的“他源”油藏,沙河街組—東營(yíng)組油氣主要通過(guò)油源斷裂網(wǎng)、滲透性砂巖運(yùn)聚至合適的圈閉中成藏,而由有效油源斷層(能夠輸導(dǎo)油氣的斷層)構(gòu)成的輸導(dǎo)斷裂網(wǎng)是明化鎮(zhèn)組成藏的關(guān)鍵。通常有效油源斷層必須具備3個(gè)條件:一是與油源直接或間接相接;二是斷層主要活動(dòng)時(shí)期與成藏期匹配良好;三是斷裂帶具備縱向輸導(dǎo)能力。本文從斷層切至層位、斷層活動(dòng)性及斷面壓力法等3個(gè)方面對(duì)埕島地區(qū)斷至明化鎮(zhèn)組斷層的輸導(dǎo)性進(jìn)行綜合分析,形成一套實(shí)用的斷層輸導(dǎo)性評(píng)價(jià)方法。

2.1 明確斷層切穿層位

根據(jù)研究區(qū)斷層切穿層位,可以將明化鎮(zhèn)組的油源斷層劃分為3類(lèi):主油源斷層、主油源斷層分支及次油源斷層(表1)。通過(guò)精細(xì)解釋大量地震剖面,綜合分析認(rèn)為研究區(qū)內(nèi)發(fā)育8條主油源斷層(紅色)、14條主油源斷層分支(藍(lán)色)及8條次油源斷層(綠色),如圖2所示。

表1 埕島地區(qū)油源斷層分類(lèi)及剖面形態(tài)

2.2 斷層活動(dòng)性分析

斷層活動(dòng)時(shí)期與油氣成藏期匹配時(shí)才具有輸導(dǎo)作用,研究認(rèn)為埕島地區(qū)明化鎮(zhèn)組油氣成藏期為明化鎮(zhèn)期至今[9]。本文選取斷層活動(dòng)速率法和斷層落差法對(duì)埕島地區(qū)明化鎮(zhèn)期至今的斷層活動(dòng)性進(jìn)行分析。

2.2.1斷層活動(dòng)速率法

斷層活動(dòng)速率是指某一時(shí)間段內(nèi)的斷層落差與該段時(shí)間的比值[10]。根據(jù)斷層活動(dòng)速率的計(jì)算結(jié)果,研究區(qū)總體上表現(xiàn)為自東向西斷層活動(dòng)速率逐漸增大的特點(diǎn);就單條斷層而言,斷層活動(dòng)速率具有中間大、兩端小的特點(diǎn)。

根據(jù)明化鎮(zhèn)期至今主油源斷層活動(dòng)速率與已發(fā)現(xiàn)的新近系油氣儲(chǔ)量的匹配關(guān)系(圖3a),認(rèn)為當(dāng)主油源斷層活動(dòng)速率大于20 m/Ma時(shí),該斷層才可以有效地將油氣輸導(dǎo)至新近系上部的明化鎮(zhèn)組,目前已發(fā)現(xiàn)的明化鎮(zhèn)組油藏大部分分布在斷層活動(dòng)速率大于50 m/Ma的主油源斷層發(fā)育區(qū)。研究區(qū)次級(jí)斷層(主油源斷層分支斷層和次油源斷層)活動(dòng)速率與油氣分布關(guān)系統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明,次級(jí)斷層活動(dòng)速率大于10 m/Ma時(shí)就可以有效輸導(dǎo)油氣(圖3b)。根據(jù)斷層活動(dòng)速率的計(jì)算結(jié)果,研究區(qū)主油源斷層活動(dòng)速率以20 m/Ma為有效油源斷層下限值,次級(jí)油源斷層則以10 m/Ma為有效油源斷層下限值。通過(guò)此方法在研究區(qū)優(yōu)選出7條主油源斷層和5條主油源斷層分支為有效油源斷層,而次油源斷層分支的有效輸導(dǎo)性普遍較差。

圖3 埕島地區(qū)明化鎮(zhèn)期至今斷層活動(dòng)速率與新近系油氣儲(chǔ)量關(guān)系圖

2.2.2斷層落差法

在埕島地區(qū)館陶組頂部基本上都沉積了一套約60 m厚的泥巖層,該套泥巖層可以作為館陶組上段主力含油層系的良好蓋層,但對(duì)明化鎮(zhèn)組油藏的垂向輸導(dǎo)具有抑制作用,因此該套泥巖層厚度與斷層落差之間的相對(duì)關(guān)系對(duì)于斷層的輸導(dǎo)性研究具有重要意義,即當(dāng)斷層落差大于泥巖層厚度時(shí),斷層斷穿該套泥巖層,油氣才能繼續(xù)向上輸導(dǎo);當(dāng)斷層落差小于泥巖厚度時(shí),斷層不能斷穿泥巖層,油氣不能向上輸導(dǎo)至明化鎮(zhèn)組聚集成藏。

采用斷層落差法[11]對(duì)研究區(qū)斷層落差與泥巖厚度的比值進(jìn)行了計(jì)算與分析,認(rèn)為研究區(qū)內(nèi)主油源斷層與次級(jí)斷層的活動(dòng)性具有一致性,均具有斷層中部活動(dòng)性最強(qiáng),斷層兩端活動(dòng)性弱的特征;二者又存在差異,即主油源斷層在明化鎮(zhèn)組沉積期活動(dòng)性較強(qiáng),而次級(jí)斷層在該時(shí)期活動(dòng)性稍弱。通過(guò)斷層落差與館陶組頂部泥巖厚度圖疊合,在研究區(qū)可以識(shí)別出8條主油源斷層和7條主油源斷層分支為有效油源斷層,該結(jié)果與斷層活動(dòng)速率法優(yōu)選斷層的結(jié)果基本一致。

2.3 斷面壓力分析

具備油源斷層的另一條件就是斷裂帶自身的輸導(dǎo)能力。從構(gòu)造演化特征來(lái)看,埕島地區(qū)明化鎮(zhèn)組斷層主要為拉張性和張扭性斷層,斷層本身的形成機(jī)制已具備了油氣輸導(dǎo)能力。但這僅是定性判斷,還不能滿足目前勘探工作的需要,為了能夠進(jìn)一步識(shí)別有效油源斷層,利用半定量斷面壓力法對(duì)斷裂帶自身的輸導(dǎo)能力進(jìn)行評(píng)判。目前,研究者主要是利用斷面壓力法對(duì)斷層封堵性進(jìn)行分析[12],筆者則逆向思維,用該方法對(duì)斷層的輸導(dǎo)性進(jìn)行分析。當(dāng)斷層的斷面壓力越小,其封閉性就越差,而輸導(dǎo)能力則相應(yīng)增強(qiáng),因此可以通過(guò)計(jì)算斷面壓力尋找斷面壓力小的斷層作為具有良好輸導(dǎo)能力的油源斷層。

斷面主要是受到上覆巖層重力和區(qū)域主壓應(yīng)力的作用,故斷面壓力可用公式表達(dá)為

式(1)中:P為斷面壓力,MPa;P1為上覆巖層重力, MPa;P2為區(qū)域主壓應(yīng)力,MPa;H為斷層埋藏深度, m;ρ為上覆地層平均密度,kg/m3;ρw為上覆地層水密度,kg/m3;σ為區(qū)域主壓應(yīng)力,MPa;α為斷層面傾角,(°);β為區(qū)域主壓應(yīng)力與斷層走向之間夾角,(°)。

研究區(qū)區(qū)域主應(yīng)力壓力為北北西向[13],與有效油源斷層走向夾角β值較小,可以將區(qū)域主壓應(yīng)力的作用忽略,此時(shí)式(1)可簡(jiǎn)化為

進(jìn)一步簡(jiǎn)化為

式(3)中:Pi為斷面相對(duì)壓力,MPa;Pw為靜液柱壓力(近似水的壓力),MPa。

由此可見(jiàn),斷面相對(duì)壓力主要與斷面埋深和地層傾角相關(guān)。通過(guò)對(duì)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行分頻處理,斜率及傾角屬性提取,并結(jié)合近似靜巖壓力和斷層傾角,最終得出斷面相對(duì)壓力值,該壓力值代表該層面上的斷面相對(duì)壓力。

通過(guò)埕島地區(qū)地震反射層T0(新近系明化鎮(zhèn)組底)的上下漂移,計(jì)算出了從沙河街組至明化鎮(zhèn)組一系列地層的斷面相對(duì)壓力。同一個(gè)層面上斷面相對(duì)壓力越小,代表其輸導(dǎo)性越好。如圖4中紅色—深藍(lán)色代表斷層具有較好的油氣輸導(dǎo)能力,從沙河街組至館陶組再至明化鎮(zhèn)組,埕島地區(qū)有4條主油源斷層具有較好的油氣運(yùn)移能力。

圖4 斷面相對(duì)壓力法確定埕島地區(qū)沙河街組至明化鎮(zhèn)組有效油源斷層

3 斷層輸導(dǎo)性綜合評(píng)價(jià)

通過(guò)斷層活動(dòng)速率、斷層落差和斷面壓力分析等3種評(píng)價(jià)方法對(duì)埕島地區(qū)油源斷層進(jìn)行有效性評(píng)價(jià),其標(biāo)準(zhǔn)為:3種分析結(jié)果都為有效的油源斷層為Ⅰ類(lèi)有效油源斷層;僅斷層活動(dòng)速率和斷層落差法分析結(jié)果為有效的油源斷層是Ⅱ類(lèi)有效油源斷層;僅有一種方法分析結(jié)果為有效的油源斷層是Ⅲ類(lèi)油源斷層,目前研究區(qū)內(nèi)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)此類(lèi)油源斷層。

評(píng)價(jià)結(jié)果表明,研究區(qū)內(nèi)有4條Ⅰ類(lèi)主油源斷層、3條Ⅱ類(lèi)主油源斷層和4條Ⅱ類(lèi)主油源斷層分支,構(gòu)成了埕島地區(qū)有效油源輸導(dǎo)網(wǎng)(圖5)。從有效油源輸導(dǎo)網(wǎng)和油氣分布的匹配關(guān)系可以看出,明化鎮(zhèn)組油藏主要集中分布在有效油源斷裂網(wǎng)附近;特別是Ⅰ類(lèi)主油源斷層和Ⅱ類(lèi)主油源斷層發(fā)育較多的埕北斷層下降盤(pán)附近油氣集中聚集(圖5),探井油氣顯示也好于有效油源斷層不發(fā)育區(qū),從而證實(shí)了本文提出的斷層輸導(dǎo)性判識(shí)方法的有效性。

圖5 埕島地區(qū)斷層輸導(dǎo)性綜合評(píng)價(jià)圖

4 結(jié)論

本文提出的斷層輸導(dǎo)性評(píng)價(jià)方法主要是從斷層縱向切穿層位、斷層活動(dòng)性分析及斷面壓力分析等3個(gè)方面對(duì)斷層的輸導(dǎo)作用分別進(jìn)行分析,結(jié)合最終3種分析結(jié)果對(duì)斷層輸導(dǎo)性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。通過(guò)該方法的應(yīng)用,在濟(jì)陽(yáng)坳陷埕島地區(qū)優(yōu)選出了4條Ⅰ類(lèi)主油源斷層、3條Ⅱ類(lèi)主油源斷層及4條Ⅱ類(lèi)主油源斷層分支,這些斷層組成了明化鎮(zhèn)組成藏有效油源輸導(dǎo)網(wǎng)。優(yōu)選的有效油源斷層與明化鎮(zhèn)組油氣分布匹配關(guān)系分析表明,油氣多分布在有效油源斷層發(fā)育區(qū)內(nèi),說(shuō)明該評(píng)價(jià)方法在研究區(qū)具有很好的應(yīng)用價(jià)值。由于該方法具有理論基礎(chǔ),且可操作性較強(qiáng),對(duì)類(lèi)似地區(qū)的斷層輸導(dǎo)性評(píng)價(jià)具有借鑒作用。

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Analyses and a comprehensive evaluation of fault transportation in Minghuazhen Formation, Chengdao area,Jiyang depression

Liu Ju
(Geological Research Institute of Shengli Oilfield Company Limited,Shandong,257015)

Based on a refined description of the fault distribution and growth in Chengdao area, Jiyang depression,three analytical methods,i.e. the longitudinal trunction intervals of faults,the fault activity and the fault-plane pressure,were used to qualitatively and quantitatively analyze the transportation of faults in this area.Finally, combined with the analytical results,a comprehensive evaluation of transportation was conducted for the faults in the studied area,and the effective oil-source faults to connect Minghuazhen Formation were selected.These faults have formed an effective transportation network for oil accumulaion in Minghuazhen Formation, w hich is matched with the hydrocarbon distribution in the Formation,confirming that this evaluation method is effective.

fault transportation;fault trunction interval;fault activity;fault-plane pressure;comprehensive evaluation;Minghuazhen Formation; Chengdao area;Jiyang depression

2014-01-05改回日期:2014-09-08

(編輯:周雯雯)

劉菊,女,工程師,2007年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)(華東)礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè),獲碩士學(xué)位。地址:山東省東營(yíng)市勝利油田地質(zhì)科學(xué)研究院灘?？碧窖芯渴?郵編:257015)。E-mail:13563371642@163.com。