油源断裂向砂体转换输导油气形式分布部位预测方法——以歧口地区港东断裂砂一下亚段为例

张金宝

大庆油田有限责任公司勘探事业部,黑龙江 大庆 163453

0 引言

经过实际地质勘探验证,油气通过油源断裂输导并在盆地中聚集成藏,须向砂体发生转换输导,否则油气无法聚集成藏,而油源断裂向砂体转换输导油气既可以是完全转换输导,也可以是部分转换输导[1-3]。然而由于油源断裂向砂体转换输导油气形式不同、分布部位不同,受其控制的油气分布规律也不同。油源断裂向砂体完全转换输导油气形式分布部位油气相对富集;而油源断裂向砂体部分转换输导油气形式分布部位油气不富集。由此不难看出,正确总结含油气盆地油源断裂位置的油气分布规律及指导油气勘探的关键,在于能否准确地预测油源断裂向砂体转换输导油气形式的分布部位。

关于油源断裂向砂体转换输导,前人曾进行过探讨研究,对其归纳总结主要有3个方面:①通过断盖配置封闭与否,研究油源断裂向砂体转换输导油气与其之间的关系[4-10],认为当盖层阻止断裂继续向上输导油气时,油气便通过油源断裂向砂体进行侧向输导,相反,盖层没有阻挡油源断裂继续向上输导油气时,就不能向砂体发生侧向输导。②利用地层砂地比值的相对大小,研究油源断裂向砂体转换输导油气的层位[11-15],认为油源断裂应向高砂地比值地层中的砂体转换输导油气。③利用油源断裂输导油气优势路径和砂体输导油气优势路径之间的位置关系,研究油源断裂向砂体转换输导油气的部位[16-19],认为只有与油源断裂输导油气优势路径直接相连或者二者相距较近时,油源断裂才能向砂体转换输导油气,此砂体输导油气优势路径分布部位为油源断裂向砂体转换输导油气部位。上述3个方面的研究成果均为指导含油气盆地油源断裂处油气勘探提供了理论依据。然而,上述研究并未对油源断裂向砂体转换输导油气形式及分布部位开展研究,不利于准确认识油源断裂位置的油气分布规律,也就不利于对油源断裂位置进行深入的油气勘探工作。因此,为正确总结歧口凹陷港东断裂位置的沙一下亚段油气分布规律及指导后面的油气勘探,通过港东断裂向沙一下亚段砂体转换输导油气形式分布部位预测,总结港东断裂位置的沙一下亚段油气分布特征,以期为进一步实地勘探提供理论依据。

1 区域地质概况

歧口地区是渤海湾盆地油气勘探的重点地区,构造上包括北大港潜山、板桥次凹、歧北斜坡、歧北次凹、歧口主凹和沈青庄潜山的部分地区(图1a)[20-21]。该区从古至今先后经历了古近系(孔店组、沙河街组、东营组)、新近系(馆陶组、明化镇组)以及少量第四系沉积(图1b)。港东断裂位于歧口凹陷北大港潜山的南侧,发育规模较大,是一条北东走向的正断裂,平面上延伸长度约2.3 km,以倾角53°～71°向东南方向倾斜,从沙三段向上断至地表附近,具有长期继承性发育的特征(图2、3)[22]。通过实际勘探可知,现在港东断裂处已获得的油气来自于沙一下亚段,从下伏沙三段源岩输导而来[23]。根据油源断裂划分规则可知,其在油气藏形成过程的关键时期明化镇组中晚期发生剧烈活动,且连接了沙三段源岩层与目的储层沙一下亚段,因此可知港东断裂应为沙一下亚段的油源断裂。目前已勘探出的油气主要存在于整个港东断裂附近,这不仅仅受到圈闭部位与砂体存在部位的控制,还与港东断裂向沙一下亚段砂体转换输导油气形式分布部位有关。因此,预测出港东断裂沙一下亚段砂体转换输导油气形式分布部位,对于总结港东断裂处沙一下亚段内油气分布聚集及指导油气勘探均具重要意义。

图2 港东断裂向沙一下亚段砂体转换输导油气形式分布部位与油气分布关系图

图3 过港东断裂地震剖面

2 油源断裂向砂体转换输导油气形式及分布部位预测方法

在油气成藏过程中,由于剧烈地质活动导致油源断裂伴生裂缝发育。这些伴生裂缝是油源断裂输导油气的通道,与砂体相比,往往具有较高的孔渗性。一般而言,油源断裂输导油气遇到区域性泥岩盖层时,由于油源断裂在区域性泥岩盖层内分段生长上下不连接,泥岩盖层阻止油气通过断裂向上继续输导油气,而向区域性泥岩盖层之下砂体中进行侧向运移油气,形成油源断裂向砂体完全转换输导油气形式(图4a)。若断裂在区域性泥岩盖层内分段生长上下连接,区域性泥岩盖层开启,油源断裂继续向上输导油气,而不会向区域性泥岩盖层之下砂体输导油气转换。但若此套区域性泥岩盖层之上的上覆区域性泥岩盖层封闭,油源断裂输导油气向上运移受阻,一部分油气仍可向区域性泥岩盖层之下砂体中侧向运移,形成油源断裂向砂体部分转换输导油气形式(图4b)。

①区域性泥岩盖层;②砂体层;③上覆区域性泥岩盖层;a. 油源断裂向砂体完全转换输导油气形式;b. 油源断裂向砂体部分转换输导油气形式。

由上述分析可知,油源断裂向砂体转换输导油气形式不同,其所需的条件也不同,造成其分布部位也就不同。因此,断裂向砂体完全转换分布部位应是油源断裂输导油气部位、区域性泥岩盖层封闭部位和连通砂体分布部位的重合部位;断裂向砂体部分转换分布部位应是油源断裂输导部位、区域性泥岩盖层不封闭部位、连通砂体分布部位和上覆区域性泥岩盖层封闭部位的重合部位(图5)。

a. 油源断裂处上覆区域性泥岩盖层封闭部位;b. 油源断裂输导部位;c. 油源断裂处连通砂体分布部位;d. 油源断裂处区域性泥岩盖层封闭部位;e. 油源断裂向砂体转换输导油气形式。①油源断裂向砂体完全转换输导油气形式分布部位;②油源断裂向砂体部分转换输导油气形式分布部位。

确定出油源断裂输导部位、连通砂体分布部位以及区域性泥岩盖层封闭部位是油源断裂向砂体完全转换输导油气形式分布部位预测的关键。

确定油源断裂输导部位。首先应利用断裂断穿层位和油气成藏期,按照文献[1-3]中的油源断裂厘定方法厘定油源断裂;然后利用三维地震资料求取油源断裂在目的层内的断距,根据文献[24]断裂古断距恢复方法,对油气成藏期油源断裂在目的层中的古断距进行恢复;最后除以油源断裂活动时间求取油源断裂在目的层中的古活动速率。统计并取得歧口地区能输导并存在油气显示的油源断裂最小古活动速率值,输导油气的油源断裂古活动速率值应大于这个数值。这是因为只有断裂发生输导作用,才伴随有油气运移和聚集,钻探才会有油气显示;否则无油气显示。因此,油源断裂输导部位即为断裂输导油气所需的最小活动速率小于或等于油源断裂古活动速率的部位(图5b)。

确定连通砂体分布部位。利用钻井资料求取砂体所在地层的砂地比值,通过对研究区砂体所在地层砂地比值与油气显示之间关系的研究,发现砂体要连通,则砂地比值必须大于油气分布处最小地层砂地比值。因为只有砂体连通分布,油气才会运移和聚集,钻探才有油气显示。因此,连通砂体分布部位便是连通砂体分布所需的最小地层砂地比值小于或等于砂体所在地层砂地比值的部位(图5c)。

确定区域性泥岩盖层封闭部位。利用钻井和三维地震资料求取断裂在区域性泥岩盖层内的断距和被其错开的区域性泥岩盖层的厚度,根据文献[24]中古断距和文献[25-26]中古厚度的恢复方法,最终还原油气成藏过程中断裂在区域性泥岩盖层内的古断距与被其错开的区域性泥岩盖层的古厚度,两者相减可以得到区域性泥岩盖层的古断接厚度。通过得到的研究区区域性泥岩盖层古断接厚度与在其之上和之下的油气分布规律,厘定断裂在盖层的阻挡作用下分段生长上下连接所需的最大断接厚度。这是由于,油气在区域性泥岩盖层之下聚集分布的必要条件是断裂在区域性泥岩盖层内分段生长上下不连接和区域性泥岩盖层封闭;油气在区域性泥岩盖层上下聚集分布的必要条件是其上覆区域性泥岩盖层封闭、断裂在区域性泥岩盖层内分段生长上下连接。将断裂在区域性泥岩盖层内分段生长上下连接所需的最大断接厚度大于或等于区域性泥岩盖层古断接厚度的部位圈在一起,便可以得到区域性泥岩盖层封闭部位(图5d)。

3 港东断裂向沙一下亚段砂体转换油气形式分布预测

本文利用三维地震资料及文献[24]中的断裂古断距恢复方法,对明化镇组沉积中晚期油气成藏过程中港东断裂在沙一下亚段内的古断距进行恢复。由古断距除以断裂活动时间,得到其古活动速率;由歧口凹陷油源断裂输导油气所需的最小活动速率约为4 m/Ma[27],可以得到明化镇组沉积中晚期油气成藏过程中港东断裂的输导部位(图6)。从图6中可以看出,港东断裂除西部端部外,剩余部分都能输导油气。

由于港东断裂未断穿上覆明化镇组区域性泥岩盖层(图3),且港东断裂位置的明化镇组之上一直没有发现油气,说明明化镇区域性泥岩盖层封闭,可以有效阻止油气向上运移。利用钻井资料获取港东断裂位置的沙一下亚段地层砂地比值,由歧口凹陷沙一下亚段连通砂体分布所需的最小地层砂地比值约为18%[13],得到该处沙一下亚段连通砂体分布部位(图7)。由图7可知,港东断裂除东部局部外,其余部位沙一下亚段砂体均为连通砂体分布部位。

通过钻井等地质资料得到港东断裂在沙一下亚段盖层内断距与被其错开的盖层厚度,根据文献[20]中断裂古断距和文献[25-26]中地层古厚度的恢复方法,得到恢复的古断距和古厚度,由古厚度减去古断距得到沙一中亚段区域性泥岩盖层古断接厚度;再由歧口凹陷油源断裂在沙一中亚段区域性泥岩盖层内分段生长上下连接所需的最大断接厚度约为139 m[24],可以得到港东断裂位置沙一中亚段区域性泥岩盖层封闭与不封闭部位(图8)。由图8可以看出,港东断裂东部和西部为沙一中亚段区域性泥岩盖层封闭部位,而其中部则为沙一中亚段区域性泥岩盖层不封闭部位。

Hf. 断接厚度;Hf,min. 断裂在区域性泥岩盖层内分段生长上下连接所需的最小断接厚度。1—15. 测点号。

将上述已确定的港东断裂在沙一下亚段内输导部位、沙一中亚段区域性泥岩盖层封闭部位和沙一下亚段连通砂体分布部位叠合,重合部位便为港东断裂向沙一下亚段砂体完全转换输导油气形式分布部位(图2)。由图2所示,港东断裂向沙一下亚段砂体完全转换输导油气形式分布部位主要分布在其东、西部。

将上述港东断裂在沙一下亚段内输导部位、沙一中亚段区域性泥岩盖层不封闭部位、沙一下亚段连通砂体分布部位和明化镇组区域性泥岩盖层封闭部位叠合,重合部位便为港东断裂向沙一下亚段砂体部分转换输导油气形式分布部位(图2)。由图2显示,该处砂体部分转换输导油气形式分布部位主要分布在其中部,少量分布在其东部局部。

图2显示,目前港东断裂位置沙一下亚段已发现油气的部位,正好分布在港东断裂向沙一下亚段砂体完全和部分转换输导油气形式分布部位处(有3口井并未在港东断裂向沙一下亚段砂体完全和部分转换输导油气部位,是因为港东断裂向沙一下亚段砂体转换输导油气形式部位的油气发生侧向运移进入断层圈闭所造成的)。这是因为只有位于港东断裂向沙一下亚段砂体完全转换输导油气形式分布部位(东部及西部)的沙一下亚段,才能通过港东断裂输导部位从下伏沙三段源岩处获得油气,且油气被沙一中亚段区域性泥岩盖层封闭,便全部向沙一下亚段连通砂体中发生侧向分流运移和聚集,油气钻探才能发现油气。而在港东断裂向沙一下亚段砂体部分转换输导油气形式分布部位(中部,东部局部)的沙一下亚段,也能通过港东断裂输导部位从下伏沙三段源岩获得定量油气。虽然沙一中亚段区域性泥岩盖层不封闭,不能阻止油气向上运移,但由于上覆明化镇组区域性泥岩盖层封闭,油气不能向上运移,造成部分油气向沙一下亚段连通砂体中发生侧向分流运移和聚集,油气钻探才能发现油气。

4 结论

1)通过油源断裂输导部位、区域性泥岩盖层封闭部位和连通砂体分布部位,预测油源断裂向砂体完全转换输导油气形式分布部位;通过油源断裂输导部位、区域性泥岩盖层不封闭部位、连通砂体分布部位和上覆区域性泥岩盖层封闭部位,预测油源断裂向砂体部分转换输导油气形式分布部位,基于此,形成了一种预测油源断裂向砂体转换输导油气形式分布部位的方法。

2)歧口凹陷港东断裂向沙一下亚段砂体完全转换输导油气形式分布部位主要分布在其东、西部,而港东断裂中部主要为其向沙一下亚段砂体部分转换输导油气形式分布部位,在其东部局部也有少量分布。2种形式分布部位控制了港东断裂处沙一下亚段内油气整个断裂分布。