济阳坳陷埕岛地区明化镇组断层输导性分析与综合评价

刘 菊

(胜利油田地质科学研究院)

济阳坳陷埕岛地区明化镇组断层输导性分析与综合评价

刘 菊

(胜利油田地质科学研究院)

在精细分析济阳坳陷埕岛地区断裂分布及发育特征的基础上,利用断层纵向断切层位、断层活动性分析及断面压力分析等3种方法对该地区断层的输导性进行了定性、定量分析。最终结合3种方法的分析结果对研究区内断层的输导性进行了综合评价,优选出了埕岛地区沟通明化镇组的有效油源断层,这些断层组成了明化镇组成藏有效油源输导网,并与明化镇组油气分布相匹配,证实了该评价方法的有效性。

断层输导性;断层切至层位;断层活动性;断面压力分析;综合评价;明化镇组;埕岛地区;济阳坳陷

济阳坳陷埕岛地区明化镇组油藏为典型的“网毯式”成藏模式[1-3]形成的“他源”油藏,油气输导体系是油气成藏的关键因素,而能够沟通古近系烃源岩与明化镇储层的油源断层或与之相接的次级油源断层的输导性则成为成藏的主控因素。研究与实践均表明,断层既可以作为输导油气的运移通道,也能作为阻挡油气的侧向封堵[4],目前国内外的研究多集中在断层泥[5-8]等对断层封闭性的影响,而对断层的输导性研究仅停留在活动期断层垂向开启与断面可以输导油气等现象的认识上,且有关断层输导性的半定量或定量分析还比较欠缺,制约着油气运移条件的分析。笔者从多个方面入手,对埕岛地区断至明化镇组的断层进行输导性分析,形成一套实用的断层输导性综合评价方法,对埕岛地区明化镇组或其他地区类似油藏的勘探具有重要的指导意义。

1 区域地质概况

埕岛地区位于渤海湾盆地中部济阳坳陷极浅海区域,北部与渤中—沙南凹陷相连,东部与桩东凹陷相连,西南部与埕子口凸起相接。包括老河口—飞雁滩地区、埕北断裂带、埕北低凸起等区块(图1)。目前该区域共有250口探井钻遇明化镇组,油气主要集中在埕北断裂带附近。从明化镇组断层分布图来看(图2),埕岛地区的断裂系统主要存在NE—SW、近E—W和NW—SE向等3个优势发育方向。

图1 济阳坳陷埕岛地区区域位置图

图2 埕岛地区明化镇组断层分布图

2 断层输导性分析

对于埕岛地区明化镇组这类典型的“他源”油藏,沙河街组—东营组油气主要通过油源断裂网、渗透性砂岩运聚至合适的圈闭中成藏,而由有效油源断层(能够输导油气的断层)构成的输导断裂网是明化镇组成藏的关键。通常有效油源断层必须具备3个条件:一是与油源直接或间接相接;二是断层主要活动时期与成藏期匹配良好;三是断裂带具备纵向输导能力。本文从断层切至层位、断层活动性及断面压力法等3个方面对埕岛地区断至明化镇组断层的输导性进行综合分析,形成一套实用的断层输导性评价方法。

2.1 明确断层切穿层位

根据研究区断层切穿层位,可以将明化镇组的油源断层划分为3类:主油源断层、主油源断层分支及次油源断层(表1)。通过精细解释大量地震剖面,综合分析认为研究区内发育8条主油源断层(红色)、14条主油源断层分支(蓝色)及8条次油源断层(绿色),如图2所示。

表1 埕岛地区油源断层分类及剖面形态

2.2 断层活动性分析

断层活动时期与油气成藏期匹配时才具有输导作用,研究认为埕岛地区明化镇组油气成藏期为明化镇期至今[9]。本文选取断层活动速率法和断层落差法对埕岛地区明化镇期至今的断层活动性进行分析。

2.2.1断层活动速率法

断层活动速率是指某一时间段内的断层落差与该段时间的比值[10]。根据断层活动速率的计算结果,研究区总体上表现为自东向西断层活动速率逐渐增大的特点;就单条断层而言,断层活动速率具有中间大、两端小的特点。

根据明化镇期至今主油源断层活动速率与已发现的新近系油气储量的匹配关系(图3a),认为当主油源断层活动速率大于20 m/Ma时,该断层才可以有效地将油气输导至新近系上部的明化镇组,目前已发现的明化镇组油藏大部分分布在断层活动速率大于50 m/Ma的主油源断层发育区。研究区次级断层(主油源断层分支断层和次油源断层)活动速率与油气分布关系统计分析结果表明,次级断层活动速率大于10 m/Ma时就可以有效输导油气(图3b)。根据断层活动速率的计算结果,研究区主油源断层活动速率以20 m/Ma为有效油源断层下限值,次级油源断层则以10 m/Ma为有效油源断层下限值。通过此方法在研究区优选出7条主油源断层和5条主油源断层分支为有效油源断层,而次油源断层分支的有效输导性普遍较差。

图3 埕岛地区明化镇期至今断层活动速率与新近系油气储量关系图

2.2.2断层落差法

在埕岛地区馆陶组顶部基本上都沉积了一套约60 m厚的泥岩层,该套泥岩层可以作为馆陶组上段主力含油层系的良好盖层,但对明化镇组油藏的垂向输导具有抑制作用,因此该套泥岩层厚度与断层落差之间的相对关系对于断层的输导性研究具有重要意义,即当断层落差大于泥岩层厚度时,断层断穿该套泥岩层,油气才能继续向上输导;当断层落差小于泥岩厚度时,断层不能断穿泥岩层,油气不能向上输导至明化镇组聚集成藏。

采用断层落差法[11]对研究区断层落差与泥岩厚度的比值进行了计算与分析,认为研究区内主油源断层与次级断层的活动性具有一致性,均具有断层中部活动性最强,断层两端活动性弱的特征;二者又存在差异,即主油源断层在明化镇组沉积期活动性较强,而次级断层在该时期活动性稍弱。通过断层落差与馆陶组顶部泥岩厚度图叠合,在研究区可以识别出8条主油源断层和7条主油源断层分支为有效油源断层,该结果与断层活动速率法优选断层的结果基本一致。

2.3 断面压力分析

具备油源断层的另一条件就是断裂带自身的输导能力。从构造演化特征来看,埕岛地区明化镇组断层主要为拉张性和张扭性断层,断层本身的形成机制已具备了油气输导能力。但这仅是定性判断,还不能满足目前勘探工作的需要,为了能够进一步识别有效油源断层,利用半定量断面压力法对断裂带自身的输导能力进行评判。目前,研究者主要是利用断面压力法对断层封堵性进行分析[12],笔者则逆向思维,用该方法对断层的输导性进行分析。当断层的断面压力越小,其封闭性就越差,而输导能力则相应增强,因此可以通过计算断面压力寻找断面压力小的断层作为具有良好输导能力的油源断层。

断面主要是受到上覆岩层重力和区域主压应力的作用,故断面压力可用公式表达为

式(1)中:P为断面压力,MPa;P1为上覆岩层重力, MPa;P2为区域主压应力,MPa;H为断层埋藏深度, m;ρ为上覆地层平均密度,kg/m3;ρw为上覆地层水密度,kg/m3;σ为区域主压应力,MPa;α为断层面倾角,(°);β为区域主压应力与断层走向之间夹角,(°)。

研究区区域主应力压力为北北西向[13],与有效油源断层走向夹角β值较小,可以将区域主压应力的作用忽略,此时式(1)可简化为

进一步简化为

式(3)中:Pi为断面相对压力,MPa;Pw为静液柱压力(近似水的压力),MPa。

由此可见,断面相对压力主要与断面埋深和地层倾角相关。通过对地震数据进行分频处理,斜率及倾角属性提取,并结合近似静岩压力和断层倾角,最终得出断面相对压力值,该压力值代表该层面上的断面相对压力。

通过埕岛地区地震反射层T0(新近系明化镇组底)的上下漂移,计算出了从沙河街组至明化镇组一系列地层的断面相对压力。同一个层面上断面相对压力越小,代表其输导性越好。如图4中红色—深蓝色代表断层具有较好的油气输导能力,从沙河街组至馆陶组再至明化镇组,埕岛地区有4条主油源断层具有较好的油气运移能力。

图4 断面相对压力法确定埕岛地区沙河街组至明化镇组有效油源断层

3 断层输导性综合评价

通过断层活动速率、断层落差和断面压力分析等3种评价方法对埕岛地区油源断层进行有效性评价,其标准为:3种分析结果都为有效的油源断层为Ⅰ类有效油源断层;仅断层活动速率和断层落差法分析结果为有效的油源断层是Ⅱ类有效油源断层;仅有一种方法分析结果为有效的油源断层是Ⅲ类油源断层,目前研究区内没有发现此类油源断层。

评价结果表明,研究区内有4条Ⅰ类主油源断层、3条Ⅱ类主油源断层和4条Ⅱ类主油源断层分支,构成了埕岛地区有效油源输导网(图5)。从有效油源输导网和油气分布的匹配关系可以看出,明化镇组油藏主要集中分布在有效油源断裂网附近;特别是Ⅰ类主油源断层和Ⅱ类主油源断层发育较多的埕北断层下降盘附近油气集中聚集(图5),探井油气显示也好于有效油源断层不发育区,从而证实了本文提出的断层输导性判识方法的有效性。

图5 埕岛地区断层输导性综合评价图

4 结论

本文提出的断层输导性评价方法主要是从断层纵向切穿层位、断层活动性分析及断面压力分析等3个方面对断层的输导作用分别进行分析,结合最终3种分析结果对断层输导性进行综合评价。通过该方法的应用,在济阳坳陷埕岛地区优选出了4条Ⅰ类主油源断层、3条Ⅱ类主油源断层及4条Ⅱ类主油源断层分支,这些断层组成了明化镇组成藏有效油源输导网。优选的有效油源断层与明化镇组油气分布匹配关系分析表明,油气多分布在有效油源断层发育区内,说明该评价方法在研究区具有很好的应用价值。由于该方法具有理论基础,且可操作性较强,对类似地区的断层输导性评价具有借鉴作用。

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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

(编辑:周雯雯)

刘菊,女,工程师,2007年毕业于中国石油大学(华东)矿产普查与勘探专业,获硕士学位。地址:山东省东营市胜利油田地质科学研究院滩海勘探研究室(邮编:257015)。E-mail:13563371642@163.com。