南堡1－5区断－盖匹配对油气垂向输导的影响

齐庆鹏，孙同文，伍宇博，于晟道，侯政煜

(1.东北石油大学地球科学学院，黑龙江大庆163318;2.辽河油田浅海石油开发公司，辽宁盘锦124010;3.渤海装备辽河重工有限公司，辽宁 盘锦124010;4.辽河油田油气集输公司，辽宁盘锦124010)

南堡凹陷位于渤海湾盆地黄骅坳陷北段，是一个具有北断南超结构的典型陆相断陷盆地的箕状凹陷，其二级构造带包括高尚堡构造带、柳赞构造带、老爷庙构造带、北堡构造带、西南庄及南堡1号至5号富油构造带，自下而上发育古近系沙河街组三段、二段和一段、东营组，新近系馆陶组、明化镇组及第四系.南堡1号构造又可分为南堡1－1、南堡1－3和南堡1－5三个区块，南堡1－5区为鼻状构造，位于南堡1号构造东南部，面积约为50 km2(图1)，截至目前已发现探明石油地质储量28 645.44×104t，这表明南堡1－5区具有良好的含油气潜力和勘探前景［1］.众所周知，盖层对油气在垂向上具有保存作用，而断裂在活动时期作为油气输导的通道，会对盖层造成破坏使油气穿越盖层发生再运移或散失，本区主力产油层为东一段，其上部馆三段盖层与油源断裂的匹配关系是南堡1－5区油气成藏的关键，但是，馆三段盖层发育程度如何?断－盖如何匹配关系才能保证油气在东一段富集?这些问题是本区油气勘探的关键.尽管前人已对该区断裂、盖层的发育特征及对成藏的作用做过不少研究和探讨［2－5］，但以定性分析为主，对断裂和盖层匹配关系及定量评价油气保存能力方面几乎没有，在一定程度上制约了该区东一段油层勘探的深入.基于此，本文系统研究了南堡1－5区油源断裂发育特征、盖层发育特征并定量评价了二者共同作用对油气垂向输导能力的影响，应用此方法可以明确油气究竟富集在盖层上部还是下部，有效地降低了勘探风险.

1 油源断裂厘定及其分布特征

大量的石油地质研究和油气勘探实践证实，国内外含油气盆地中许多油气藏的形成、破坏和再形成都与断裂密切相关，断裂是控制油气运聚和散失的主要因素，对油气的运移和聚集有着重要的影响［6－9］.油源断裂是指成藏关键时刻活动并连接烃源岩与储层的断裂.在明确各套含油气系统中断裂系统构成的基础上，结合油气成藏关键时刻、断裂活动期次便可厘定油源断层及其分布.研究区成藏关键时刻有两个时期，分别是东营组沉积末期和明化镇组沉积末期至现在，区域内主要发育2套烃源岩层，分别是沙三段烃源岩和沙一段－东三段烃源岩，因此在东营组沉积后期至现在活动的断层且与沙三段以及沙一－东三段沟通的断裂均有可能成为油源断裂.研究发现，对于中浅层含油气系统，其中的油源断裂分为2类，分别为仅沟通沙一段－东三段源岩断裂和沟通沙三段与沙一段－东三段源岩断裂(图2).

2 盖层发育及分布特征

由于南堡凹陷断层异常发育，盖层的质量、厚度、连续性和分布范围对油气的逸散程度及油气藏的保存条件有决定性影响.南堡凹陷1－5区盖层包括明化镇组下段、馆陶组三段、东营组二段、沙三组二段、沙三组四段的厚层泥岩，由于研究区主力产油层位为东一段，而对东一段油气富集起直接影响的为上部馆陶组三段火山岩盖层，本文以馆陶组三段的火山岩盖层为例进行研究.

图2 南堡凹陷1－5区中浅层油源断裂图

馆陶组三段火山岩分布范围较大，钻井揭示岩性为致密玄武岩及玄武质泥岩，一般单层厚度3～20 m，最大单层厚度可达176 m，从馆三段盖层等值线图可以看出(图3)，累积盖层厚度一般在200～300 m之间，最大厚度达到425 m，最小厚度小于120 m，具有自西向东盖层厚度逐渐减小的特征.多井对比结果表明，在该区域盖层之下油气富集程度非常高，最大油气柱高度可达到1 000 m，而在该区域盖层之上所发现的油气均是由于后期断层活动破坏盖层形成的，因此，馆三段火成岩对南堡凹陷1－5区东一段油气富集起到了十分关键的作用.

图3 南堡凹陷1－5区馆陶组三段盖层等值线图

3 油源断裂与盖层之间空间匹配关系及特征

某一区域性盖层如果被断层错动时，错断盖层的断距较小，并没有将盖层完全错开，盖层封闭油气的能力基本没有变化，因此油气在一定范围内不能穿越盖层向上运移(图4a);当错断盖层的断距较大，但是还没有完全错动开，尽管断层没有明显破坏盖层的连续性，但断层附近盖层内的裂缝已经沟通了盖层的上，下储层，形成了油气穿越盖层向上运移的通道，如果错动盖层的这类断层越多，盖层被分裂得越破碎，连续分布的面积就越小，封盖油气的能力也就越弱(图4b);如果断层的断距大于盖层的厚度，盖层被断层完全错开，下降盘一侧的盖层之上与上升盘一侧的盖层之下形成了储层与储层的对置段，原先被限定在盖层之下的油气在储层对置段穿越断层面运移到下降盘一侧的盖层之上(图 4c)［10－13］.

图4 断层破坏前后盖层封盖范围变化示意图(据文献［13］修改)

盖层断接厚度是指盖层厚度－断穿盖层的断裂断距，当断距大于盖层厚度时，断接厚度为负值，盖层断接厚度越大，油气越不容易穿过盖层段向上继续运移［14］.盖层(主要为塑性泥岩或膏岩)对油气在垂向上的输导起着重要的阻碍作用，当盖层厚度较大而断穿盖层的断裂规模较小时，盖层未被拉断，剪切型泥岩涂抹层较厚，垂向上油气完全被封堵;相反，当盖层厚度小而断裂规模较大时盖层完全被拉断，失去连续性，垂向开启，油气发生穿越继续向上运移.因此，通过盖层和断穿盖层的断裂断距的相对大小可以评价油源断裂的垂向输导能力.

4 南堡1－5区盖层断接厚度对油气垂向运移与分布的控制作用

盖层对油气垂向运移具有阻碍作用，但盖层被断裂断穿后，油气能够沿断裂跨越盖层向上运移，向上运移的油气量受控于盖层被断裂破坏的程度.本文利用盖层断接厚度来界定盖层被破坏的程度，计算了南堡1－5区各油源断裂处盖层断接厚度，并沿油源断裂走向以柱状图形式标注，通过馆三段盖层断接厚度与馆上段和东一段油气显示进行叠合结果可知，南堡1－5区盖层断接厚度普遍较大，中部和南部主要油源断裂(f1－3，f4－48，f2－12)附近，断接厚度基本都大于130 m，东一段钻遇的井具有较好的油气显示，基本都为油流井和油气层井(图5)，而对应在盖层之上馆上段基本无或仅少量油气显示(图6)，由此可以看出，当馆三段火山岩盖层断接厚度大于130 m时对油气垂向输导起到明显的遮挡作用，为了进一步确认盖层断接厚度影响油气垂向输导能力的界限，统计了南堡1－5区以及周边地区的35口油井在馆三段盖层断接厚度与其上、下的油气显示情况(图7)，从图7中可以看出，当馆三段局部盖层断接厚度在130～160 m以下时，油气在馆三段盖层上下均有油气分布，而当盖层断接厚度在130～160 m以上时，油气仅在该套盖层之下分布，这就说明盖层断接厚度130～160 m可能是盖层与断层匹配垂向封盖油气的临界条件.

综上可知，盖层断接厚度控制油气垂向分布的层位，盖层断接厚度大于一定值时油气不能大量穿越盖层向浅层运移，在浅层不能形成有效油气层.通过在典型区块中进一步研究和验证油气垂向输导理论的应用效果，可将已开发的成熟区域作为刻度区，用以类比和指导未钻井区域的油气输导特征.

图5 南堡凹陷1－5区馆三段断接厚度与东一段油气显示结合图

图6 南堡凹陷1－5区馆三段断接厚度与馆上段油气显示结合图

图7 南堡凹陷1－5区及周边地区馆三段盖层断接厚度与油气纵向分布关系图

4 结论

1)对于中浅层含油气系统，将其中的油源断裂分为2种类型，分别为沟通沙三段与沙一段－东三段烃源岩的断裂和沟通沙一段－东三段烃源岩的断裂.

2)盖层断接厚度是指盖层厚度－断穿盖层断裂断距，当断距大于盖层厚度时，断接厚度为负值，盖层断接厚度越大，油气越不容易穿过盖层段向上继续运移.

3)油源断裂与盖层的匹配关系(断接厚度)控制着油气的富集层位，对于南堡凹陷1－5区来说，当馆三段的断接厚度大于130～160 m时，油气无法穿越火山岩盖层，因此在东一段富集成藏，馆上段基本无或仅少量油气显示;当馆三段的断接厚度小于130～160 m时，油气在馆三段盖层上下均有油气分布.这就说明盖层断接厚度130～160 m可能是盖层与断层匹配垂向封盖油气的临界条件.

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