霸县凹陷文安斜坡油气输导格架的三维表征

吴东胜，郭惠平

(长江大学地球科学学院，湖北 荆州 434023)

李先平，周从安，朱洁琼

(中石油华北油田分公司物探研究院，河北 任丘 062552)

霸县凹陷文安斜坡油气输导格架的三维表征

吴东胜，郭惠平

(长江大学地球科学学院，湖北 荆州 434023)

李先平，周从安，朱洁琼

(中石油华北油田分公司物探研究院，河北 任丘 062552)

文安斜坡在西倾缓坡背景上发育了北东向西掉断层、北东东向或近南北向东掉断层等2组主要断层，古近系发育辫状河三角洲、滨浅湖、辫状河及曲流河等沉积，长期活动的北东向顺向正断层与三角洲、河流砂体的空间配置构成了文安斜坡中浅层油气运移的“阶梯型”输导格架。以中期旋回层序划分油气运聚单元，建立初始地质概念模型，采用砂地比作为渗透性砂体输导性能的评价参数，以启闭性作为断层输导性能综合评价的基本参数。基于栅格数据模型构建了综合表征砂岩输导体、构造形态和断层分布的三维输导格架数字模型。与油气优势运移路径、钻井油层分布和油气显示的对应分析表明，该模型可准确地反映文安斜坡中浅层复杂断裂条件下的油气输导格架特征。

流体输导格架；数字表征；文安斜坡

含油气盆地内，输导体系连接着油气运聚成藏的各个要素，是油气成藏动力学研究的基础[1-2]。断裂和裂缝、不整合面、骨架砂体、古老风化带、刺穿的底辟构造和碳酸盐岩都可作为输导体[3-8]，输导要素在三维空间的组合、配置构成了约束流体活动和油气运移的输导格架[9]。断陷盆地可由单一输导要素构成连通砂体、断层、不整合面等简单输导系统，但多要素组合而成的砂体-断层、不整合面-断层、砂体-不整合面-断层等复合型输导体系则更为发育[10-11]，盆地的不同构造阶段和构造部位可能发育网毯型、T型、阶梯型、裂隙型等不同的输导格架典型样式[12-13]。霸县凹陷文安斜坡中浅层岩性油气藏勘探近几年取得了良好的成果，但油层变化快且层位分布复杂，常规地质要素空间匹配分析方法难以准确地把握油气藏形成条件和分布规律，油气优势运移路径预测为基础的圈闭评价技术则可较好地解决这类复杂油气藏的评价问题[14]。笔者通过对文安斜坡中浅层输导体系类型的详细解剖和输导格架组合样式的整体研究,划分沙二段-东营组的油气纵向运聚单元。应用地理信息系统的一系列空间数据分析方法实现输导体系的数字表征，建立斜坡带由断裂、带状砂体构成的复杂油气输导格架的三维立体模型，为油气运聚过程的模拟和分析提供数据基础，进而预测和分析油气运移网络特征及岩性油气藏成藏规律。

1 地层沉积特征

文安斜坡新生代裂谷期断裂活动强烈，地层自下而上发育古近系沙河街组和东营组、新近系馆陶组和明化镇组、第四系。根据层序地层学研究可将沙二段～东二段地层进一步划分为16个中期旋回，由下往上分别为MSC1、MSC2中期旋回(沙二段)，MSC3 、MSC4中期旋回(沙一下亚段)，MSC5、MSC6、MSC7、MSC8、MSC9中期旋回(沙一上亚段)、MSC10 、MSC11 、MSC12 、MSC13中期旋回(东三段)和MSC14 、MSC15 、MSC16中期旋回(东二段)。

文安斜坡沙二段～东二段沉积物源主要来自东侧的大城凸起，发育长丰镇、苏桥南2个继承性的物源入口，在斜坡背景下经历了从湖泊相到河流相沉积的演变。沙二段发育辫状河三角洲沉积，斜坡主体为辫状三角洲前缘亚相沉积，西北部发育有少量辫状三角洲平原亚相沉积，砂体类型主要为前缘亚相的水下分流河道砂体及平原亚相的分支河道砂体；沙一下亚段沉积时期处于断坳扩展期，湖盆范围扩大，发育广泛的滨浅湖相沉积，盆地中心局部水体较深，砂体类型以滨浅湖砂滩(坝)为主；沙一上亚段沉积时期，盆地进入断陷抬升期，湖盆范围显著缩小，文安斜坡广泛发育一套辫状河流沉积，砂体类型主要为辫状河道充填和心滩砂；东营组沉积时期，文安斜坡以曲流河沉积为主，砂体类型为河道充填和边滩砂。

2 油气输导体系

含油气盆地中，油气往往不是沿单一输导体、而是沿多种输导体在三维空间组合而成的流体输导格架发生运移。断层和砂体是冀中坳陷最主要的油气输导要素和汇流通道[15]。

2.1断层输导体

文安斜坡带古近系经历了喜马拉雅Ⅰ幕构造运动的挤压作用，整体上主要发育有北东向、北东东向2组断层。其中，北东向生长断层在斜坡南北均有分布，平面延伸长度十到数十公里，控制了斜坡带古近系的沉积。北东东向断裂主要分布于斜坡南部、文安城东和左各庄地区，对油藏形成具有明显控制作用。此外，斜坡南端发育南北向延伸的马西-陵城断裂，断层落差巨大，是控制斜坡与洼漕的主断层，同时也是马西洼漕向南马庄斜坡及文南地区供油的油源断层。

断层输导性能与其活动性有密切的关系。古近纪继承性发育的断层大多为北东、北东东走向的同沉积断层，平面上呈雁列式展布，断裂体系常构成多级台阶的陡坎。活动时间长，断开层位深，直接沟通了烃源层和输导-储集层，构成了斜坡浅层Es1、Ed等层位的重要油源断裂。古近纪中晚期(沙二段沉积后)发育的断层多为北东东走向，剖面上多与切割基岩的同生断裂形成“Y”字型组合。根据油藏分布与断层倾向关系的分析统计，这类断层、尤其是反向断层对封堵油气具有重要的作用。

2.2砂岩输导体

1)沙二段 砂体类型主要为辨状三角洲前缘亚相的水下分流河道砂体及平原亚相的分支河道砂体，砂岩分布广泛，呈北西-南东方向延伸，往斜坡下倾方向逐渐减薄。整个地区砂地比多在15%～60%，平均为40%左右，砂岩物性相对较好，平均孔隙度18%～20%，平均渗透率大于100×10-3μm2。砂岩分布广泛且连续，具备良好的侧向长距离输导油气的能力。

2)沙一上亚段 砂体类型主要为辫状河道充填和心滩砂，由于河道的频繁迁移和改道，砂体相互切割和叠加，砂岩平面分布广泛且连通性较好，构成了斜坡上较好的输导层。纵向上因为沉积基准面的上升和物源不断后退，砂体发育程度逐渐变差，作为输导层其性能也变差。

3)沙一下亚段 砂体类型以滨浅湖砂滩(坝)为主，薄层席状砂体呈团块状平行湖岸线分布，平面上连通性较差，砂地比多在10%～40%之间，平均20%左右。砂岩分布较为局限，不具备油气长距离侧向输导能力。

4)东营组 砂体类型为河道充填和边滩砂，发育区主要分布在史各庄、苏桥南、长丰镇等斜坡鼻状构造的中外带。砂地比15%～40%，孔隙度平均在20%～25%。砂岩在斜坡中段呈带状分布，具备侧向输导能力，但断层对砂体的切割限制了长距离运移。

根据砂体类型、砂地比、物性及分布特征，认为该区沙二段辨状三角洲沉积砂体构成了主要的油气侧向运移输导层，其次为沙一上亚段辫状河沉积、东营组曲流河沉积的砂体。

2.3流体输导格架

长期活动的同沉积断层连通性良好，构成了油气纵向运移的主要通道。沙二段发育的辫状河三角洲沉积砂体分布广泛且与沙三段、沙一段生油岩直接接触，为该区油气长距离侧向运移的主要输导层。其次，沙一上亚段辫状河沉积、东营组曲流河沉积砂体物性较好但平面分布较局限，为油气侧向运移的次要输导层。

文安斜坡输导格架主要由连通断层和渗透性砂层构成，北东、北东东走向的顺向同沉积断裂体系平面上呈雁列式展布，常构成多级台阶的陡坎，与此同时也切割东西向延伸的三角洲及河道砂体。断层与骨架砂体的空间配置构成了“阶梯型”输导格架，油气可沿断层面向上运移或沿砂体侧向运移。

3 油气输导格架的定量表征

3.1地质概念模型

通过对油层纵向分布规律的分析，发现中期旋回上部或顶部泥岩分布较为稳定，横向连续性较好，构成了有效隔层并阻止油气的垂向穿层运移，致使油层主要分布于泥岩层之下的1～2个砂层中。因此，可考虑以中期旋回层序划分纵向油气运聚单元，并作为油气输导格架模拟和定量表征的地层单元。由此可建立油气输导格架的地质概念模型：以油气运聚单元为单位，由一个或多个三维面组合而成，并被断层复杂化所形成的网络状格架模型。

三维面代表一套具成因联系的相互连通的砂岩输导层，参数为封盖层底面构造形态和砂岩输导体分布。根据油藏分布规律和断层发育特征的研究，初始地质模型中的输导断层由分布于斜坡内～中带的长期发育的顺向生长断层构成，晚期形成的反向断层主要起封闭作用。

3.2输导格架的数值表征

笔者以地理信息系统为研究平台，在多源数据集成管理的基础上应用空间数据分析方法，首先采用栅格数据模型表达砂体、断层等三维概念面的构造和输导性能，而后基于统一地理坐标进行三维面的空间组合，由此实现流体输导格架的三维表征。

1)数据获取与管理 以中期旋回为单元，油气输导格架三维立体表征所需参数包括油气主运移期的砂岩输导体顶部构造数据和输导性能评价数据，连通性断层的断面构造数据及输导性能评价数据。其中，构造数据可通过地震精细解释得到，输导体评价参数可由录井、测井及地震储层预测等资料的综合分析获得。上述数据均需导入地理信息系统的空间数据库，应用坐标配准方法实现多源数据的坐标统一。

2)砂岩输导层数值表征 砂岩输导体的数值表征包括顶部构造和输导性能的表征。以地震精细解释的构造数据为输入，应用数字高程模型(DEM)表达中期旋回顶面的构造起伏形态。依据断层类型、活动时间、断层两侧录井油气显示对断层的封闭或开启性作基本评价，应用栅格数据处理方法将封闭性断层以空值叠加到构造DEM之中，形成构造-封闭性断层栅格数据模型(见图1)。

文安斜坡中浅层湖辫状三角洲前缘水下分流河道、辫状河道和心滩、曲流河道和边滩等微相砂体连通性好，油气显示分布广泛，油层发育，砂地比一般大于20% 。分流河道间、泛滥平原、河漫滩等微相沉积区砂体则不发育，砂地比小于20% 。因此，结合沉积相和砂地比平面分布研究成果，采用栅格数据插值、矢-栅数据格式转换方法构造砂岩输导体栅格数据模型，以中期旋回为单元划分为渗透性砂岩和不渗透性泥岩分布区(见图2)。

图1 中期旋回构造-断层模型(MSC1) 图2 中期旋回砂岩输导性评价模型(MSC1)

3)断层输导体数值表征 在断层封闭或开启性基本评价的基础上，断层输导体主要针对连通性断层进行断面构造和输导性能的数值表征，其表达方式类似于砂岩输导层。构造表征依据地震解释所获得的断面构造数据，应用DEM表达断面构造形态。断层输导性能则应用断层倾角、断面正压力、断层两盘泥岩含量等数据计算启闭系数进行评价，而后以栅格数据模型加以表征[16]。

4)三维输导格架的空间表征 基于统一空间地理坐标和数据分辨率，应用掩模格网、数据裁剪等数据处理方法，使多个运聚单元(MSC1～MSC16)的顶面构造DEM具有相同的边界范围。作为油气垂向运移通道的连通性断层切割并沟通上下多个地层单元，其在空间上的不规则几何面可应用掩模格网来表达。通过准确标定断面与地层顶面空间交切位置，实现地层顶面构造DEM、断面DEM在空间位置上的精确对应。

3.3输导格架三维数值模型的应用与完善

图3 文安斜坡优势路径——构造-沉积叠合图(MSC1)

油气输导格架数值模型提供了油气运移路径模拟和预测所需的构造格局、输导性能等初始输入数据模型。以中期旋回为处理单元，油气运移模拟中将断面、地层界面交会位置作为油气输入点或输出点，实现输导格架中油气运移路径的三维连续模拟。应用钻井油气显示和油层分布数据对运移路径模拟结果进行对照分析，并据此完善构造形态、断层、沉积、储层等初始地质解释成果，修改油气运移模拟的初始输入数据模型。初始模型～模拟结果～反馈修改初始模型的完善和验证研究过程反复进行，最终得到断层封闭与连通性、砂层连通性与分布等油气运聚成藏控制因素的可靠的定量评价参数。

应用上述方法，最终建立了该区中浅层(MSC1～MSC16中期旋回)油气输导格架的地质模型并完成了油气运移路径的模拟和预测。文安斜坡由南往北发育了议论堡、长丰镇、史各庄和苏桥南4个东西向展布的鼻状构造带，并被一系列北东、北东东向断层所切割，中期旋回顶界的构造-断层栅格数据准确地反映了鼻状构造形态和封闭性断层分布，油气运移路径由西往东、向鼻状构造轴部收敛，遇封闭性断层则改变运移方向。中期旋回砂体输导性评价栅格数据则反映了辫状三角洲渗透性砂体的沉积区，油气运移路径只在砂体连通区发育，砂体边部路径中断或改向。连通性断层沟通了下部油源与上部砂岩输导体，断面油气运移路径与中期旋回地层界面的交切位置则成为中期旋回的油气导入点。油气运移路径的模拟结果与油气层分布则具有良好的对应关系(见图3)。

4 结 论

1)文安斜坡地区发育多期以北东向为主的顺向主断裂，这些主断裂切割斜坡并形成了多级台阶，形成了多个垂向连通性良好的断层；沙二段和沙一上亚段砂体物性好，分布范围广，侧向连通性好。两者构成了文安斜坡中浅层的“阶梯型”输导格架。

2)在构造、断层和砂岩输导体参数表达的基础上，可构建文安斜坡输导格架的地质模型，应用栅格数据模型和空间分析方法实现其三维空间定量表征。油气显示及油气运移模拟结果表明该模型准确地反映了输导格架的空间展布，为该区的油气运聚和成藏规律研究打下了良好基础。

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[编辑] 洪云飞

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.12.008

P618.13

A

1673-1409(2012)12-N023-05