吳 偉 蔣有錄 王康寧 張亞軍

摘要:運用油氣成藏動力學(xué)分析的手段,對東營凹陷博興地區(qū)沙三段不同油氣聚集帶的成藏要素、輸導(dǎo)體系、成藏動力等條件進(jìn)行詳細(xì)解剖,根據(jù)各要素對成藏貢獻(xiàn)的大小分配權(quán)值,利用加權(quán)求和建立定量評價系統(tǒng),以此對成藏動力學(xué)要素進(jìn)行綜合分析,達(dá)到了對各油氣聚集帶綜合評價的目的。得出了油源、輸導(dǎo)體系、成藏動力條件均是控制油氣富集的必要條件的結(jié)論,同時認(rèn)為洼陷中心、南部和北部地區(qū)是油氣聚集最有利的部位,而洼陷東部、西部為油氣聚集相對較差的部位,為研究區(qū)沙三段油氣勘探指明了方向。

關(guān)鍵詞:東營凹陷;博興地區(qū);成藏動力;輸導(dǎo)體系;流體勢;綜合評價

中圖分類號:TE122文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

引 言

近年來,國內(nèi)關(guān)于油氣成藏動力學(xué)的定義很多[1-5],歸納起來可以分為廣義成藏動力學(xué)和狹義成藏動力學(xué)2大類。廣義成藏動力學(xué)的研究對象包括油氣的生成、運移、聚集、破壞、保存等過程,并可細(xì)分為生烴動力學(xué)、油氣運聚動力學(xué)、油氣藏破壞-保存動力學(xué)等分支;而狹義成藏動力學(xué)則主要是對油氣運聚的動力學(xué)和運動學(xué)過程進(jìn)行研究。狹義成藏動力學(xué)是建立在有機成因理論之上,以成熟烴源巖評價為基礎(chǔ),通過地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)及計算機模擬等手段分析輸導(dǎo)格架和流體運動場(溫度場、壓力場和應(yīng)力場),并最終確定油氣運聚動力學(xué)和運動學(xué)過程的一門學(xué)科。

隨著中國東部老油田勘探程度的不斷提高,成藏動力學(xué)研究已經(jīng)成為油氣成藏研究和油田增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的必要手段,該文以勝利油田東營凹陷博興地區(qū)沙三段為例進(jìn)行油氣成藏動力學(xué)評價。

1 研究區(qū)概況

博興洼陷是東營凹陷最西部的一個次級構(gòu)造單元,西以高青大斷裂連接青城凸起,東以石村斷裂為界,南接魯西隆起,呈北斷南超、北陡南緩的箕狀洼陷,其形成主要受高青斷裂和石村斷裂控制。博興地區(qū)是以博興洼陷為中心形成的東營凹陷西南部油氣區(qū),研究區(qū)發(fā)現(xiàn)9個油氣田,是勝利油田重要的油氣生產(chǎn)基地。

基于油氣有機成因理論,油源是油氣成藏研究的基礎(chǔ)。有關(guān)研究表明,博興地區(qū)沙三段油氣藏中的油氣主要來自沙三段中、下亞段成熟烴源巖。該層段烴源巖厚度大,分布廣泛,有機質(zhì)含量豐富,沙三下亞段有機質(zhì)類型以腐泥型為主,而沙三中亞段以腐植-腐泥型為主。沙三中、下亞段烴源巖形成于潮濕、微咸深水環(huán)境,以灰褐色油頁巖為主,微量元素Sr/Ba大于1.0,古鹽度在8.0‰～12‰之間,烴源巖累積厚度均達(dá)到200～400 m。

博興地區(qū)沙三段儲層在洼陷南部以三角洲前緣型砂體為主,包括水下分支河道砂體、河口壩、遠(yuǎn)沙壩、席狀砂等砂體類型;洼陷中心則以深水濁積扇、三角洲前緣滑塌濁積扇等孤立砂體為主;洼陷西部主要以來自高青凸起的扇三角洲、近岸水下扇砂體為主;洼陷東部和北部以扇三角洲砂體為主。

研究區(qū)沙三段發(fā)育了大量的暗色泥巖、油頁巖,分別在沙三上、中、下亞段形成區(qū)域性的直接蓋層。博興地區(qū)圈閉類型呈區(qū)帶分布,主要包括巖性圈閉、構(gòu)造圈閉和地層圈閉。巖性圈閉主要分布在洼陷中心,少量分布在洼陷東部;構(gòu)造圈閉主要分布在洼陷南部、洼陷西部和洼陷東北部;地層圈閉主要分布在洼陷西部和洼陷南部。

博興洼陷沙三段經(jīng)歷了2期成藏過程,即東營期、館陶末—明化鎮(zhèn)期[6-7]。第1期在漸新世末東營期,此時洼陷中心沙三下亞段部分生油巖區(qū)都已進(jìn)入生油門限,但由于東營末構(gòu)造運動造成的地層整體抬升而使該套生油巖生烴過程停滯,該成油期時間較短,生油氣數(shù)量有限,不可能大規(guī)模地向正向構(gòu)造帶運聚,只能在洼陷區(qū)有利砂體中聚集成藏。第2期為東營期后研究區(qū)整體下降接受沉積,從館陶末開始,沙三下亞段、中亞段烴源巖開始陸續(xù)大量排烴,成為研究區(qū)主要的油氣成藏階段。

2 輸導(dǎo)體系特征

2.1 斷層構(gòu)成

博興地區(qū)位于斷陷盆地之中,其斷裂十分發(fā)育(圖1),其中控制博興洼陷發(fā)育的邊界斷層有西部的高青斷層和東北部的石村斷層,另外南部的博興斷層對博興洼陷沉積地層也起到很重要的控制作用。沙三段地層形成時期是高青斷層和石村斷層活動最頻繁的階段,而此時博興斷層也處于相對活躍階段。

3條主要斷層為研究區(qū)地層圈閉、構(gòu)造圈閉成藏提供了有效的油氣運聚路徑。在第1次成藏高峰期-東營期,3條主要斷層均處于階段性活動高峰期,活動比較頻繁,在油氣運聚過程中充當(dāng)了主要的縱向通道;而在第2期成藏高峰期,除了高青斷層呈弱勢活動外,石村斷層和博興斷層基本處于穩(wěn)定狀態(tài),此時封閉性好的石村斷層、博興斷層?xùn)|段成為油氣橫向運聚的遮擋,而砂體連接較好的博興斷層西段仍然可以做油氣運聚垂向通道。

除3條主要斷層之外,研究區(qū)內(nèi)還發(fā)育了大量次級的東—西向、東北—南西向斷層,這些斷層對于洼陷內(nèi)巖性圈閉、構(gòu)造-巖性圈閉成藏起到了非常重要的作用。

2.2 高滲連通儲層

孔滲性較好的砂體有利于油氣的輸導(dǎo),是油氣運移的優(yōu)勢通道[8]。通過對高孔滲砂體進(jìn)行分層段統(tǒng)計分析,發(fā)現(xiàn)西部和西南部砂體連通性很好,沙三段高孔滲砂體厚,厚度縱向累計多數(shù)達(dá)100 m以上,是油氣運移的優(yōu)質(zhì)橫向通道;而中部地區(qū)孤立砂體比較多,而且分布十分不均一,不能形成有效的油氣運移通道;北部和東南部地區(qū)砂體連通性較好,但是厚度比較小,沙三段累積厚度均在50 m以下,可以成為油氣運移的橫向通道,但效果欠佳。

2.3 不整合面

博興地區(qū)不整合較為發(fā)育,主要分布在鄰近魯西隆起的南部斜坡帶和青城凸起(圖1)。不整合面由于經(jīng)歷長期的風(fēng)化淋濾作用而改善其界面物性,可作為地層圈閉油氣充注的通道,同時也可以作為地層圈閉的儲集體。

3 成藏動力

3.1 浮力作用

當(dāng)油氣與地層水伴生時,由于密度差的存在,地層水對油氣存在上舉的浮力作用。這種作用推動油氣向高部位運移,是油氣從低部位向高部位運移的主要動力,構(gòu)造脊往往成為浮力運移主要路徑。研究區(qū)內(nèi),主要的構(gòu)造低部位位于洼陷中心,而高部位為南部隆起區(qū)、西部青城凸起及東北部純化隆起區(qū)。

3.2 地層壓力

地層壓力不僅在巖性圈閉油氣聚集中具有支配作用,同時在構(gòu)造圈閉油氣聚集中也是非常重要的動力。

研究區(qū)內(nèi)地層壓力縱向上分布具有三段式特征。上段從地表到1 800～2 200 m,大體相當(dāng)于靜水壓力段,屬于正常壓實帶;下段是異常高壓帶,從2 400～2 600 m左右開始,不同地區(qū)起始深度差別較大,地層壓力明顯偏離了正常靜水壓力趨勢線,屬于欠壓實帶(或異常高壓帶);而在兩段之間存在一個壓力過渡帶,地層壓力比正常值稍高,但并不明顯偏離正常趨勢。

在平面上,沙三段地層壓力分布特征比較明顯:洼陷中部與東北部地層壓力高,洼陷南部及西部地層壓力較低,與靜水壓力接近。

3.3 毛管力作用

毛細(xì)管力作用是油氣運移的主要阻力,它對油氣運聚的范圍和方向起到一定的控制作用。研究區(qū)內(nèi)毛管力作用主要表現(xiàn)為上覆巨厚泥巖縱向封堵、封閉性斷層與尖滅遮擋的橫向封堵。區(qū)域性的毛管力封堵成為流體物質(zhì)交換的阻礙,從而形成不同的流體系統(tǒng);而局部的毛管力作用為油氣運移指明方向。

3.4 流體勢及油氣運移

基于England流體勢的定義[9],充分考慮浮力、地層壓力、毛細(xì)管力等作用,結(jié)合壓能、位能、動能、界面能等對研究區(qū)的油勢進(jìn)行了分析。研究表明(圖2),沙三段地層中,洼陷東北部流體勢能最大,其次為博興斷層西北、高青斷層?xùn)|部的洼陷中

心,洼陷南部斜坡帶流體勢能較低,洼陷西部高青凸起為勢能最低的部位。另外,洼陷中心向西部和南部過渡時,勢能梯度比較大,并且輸導(dǎo)體系發(fā)育且配置良好,有利于油氣長距離運聚;而在勢能最大的洼陷中心與北部,烴源巖供烴量大,有利于就地成藏。

4 油氣聚集帶綜合評價

針對地質(zhì)體的評價涉及很多模糊、復(fù)雜的層次關(guān)系和影響因素,屬于多目標(biāo)、多準(zhǔn)則的復(fù)雜決策系統(tǒng),基于多種影響因素的層次劃分和各種因素的模糊定量,建立定量評價系統(tǒng),從而實現(xiàn)對油氣聚集帶的綜合評價。

為了方便對研究區(qū)不同部分進(jìn)行對比和評價,將評價目標(biāo)劃分為5個油氣聚集帶,即洼陷中心(大蘆湖油田、小營油田、正理莊油田北部)、南部(正理莊油田南部、金家油田)、西部(高青油田、花溝氣田)、東部(博興油田)和北部(純化油田、梁家樓油田南部、喬莊油田南部)。并將目標(biāo)評價中涉及的因素劃分為3個層次(目標(biāo)層A、要素層B和指標(biāo)層C),用框圖形式說明層次的遞階結(jié)構(gòu)與因素的從屬關(guān)系(表1)。根據(jù)次一級因素在上一級因素中的作用大小賦予權(quán)重,同時賦予指標(biāo)層各因素5個評價標(biāo)準(zhǔn)(0～1為差,1～2為一般,2～3為較好,3～4為好,4～5為很好)。

運聚效果綜合評價(A)通過對各指標(biāo)評價值加權(quán)求和來獲得,結(jié)果如表2所示。洼陷中心、南部及北部3個油氣聚集帶綜合評價指數(shù)均高于3.8,說明油氣運聚效果很好;洼陷西部評價值數(shù)略高于3,而洼陷東部評價指數(shù)低于3,說明這2個聚集帶油氣運聚效果相對較差。

5 油氣富集與成藏動力學(xué)的內(nèi)在聯(lián)系

在東營凹陷的4個生油洼陷中,博興洼陷是獨立性最強且相對貧瘠的生油洼陷,在生成的油氣資源有限且輸導(dǎo)體系耦合程度不同的情況下,不同部位的油氣富集程度存在極大的差異。

洼陷中心部位有“近水樓臺先得月”之優(yōu)勢,配合地層異常高壓的動力作用,烴源巖生成的油氣優(yōu)先向洼陷內(nèi)部的巖性圈閉充注,成藏后期巖性油氣藏中油氣受巨厚烴源巖強大毛管壓力作用控制而得以保存,從而形成樊家、正理莊油田等大規(guī)模的巖性油氣富集帶,與相關(guān)研究成果[10]不謀而合。

洼陷南部盡管距離洼陷中心較遠(yuǎn),但得益于沙三段三角洲前緣水下分支河道等砂體與正理莊鼻狀構(gòu)造的完美耦合,另外博興斷層?xùn)|段開啟性較好,形成了一條油源中心通往南部圈閉的一條“快速通道”。浮力、地層壓力復(fù)合作用支配了油氣在“快速通道”向洼陷南部運聚,形成了金家油田等構(gòu)造和地層型油氣富集帶。

博興洼陷發(fā)育極不對稱,洼陷西部的高青凸起緊鄰?fù)菹葜行?高青斷層下盤的大量近岸水下扇砂體是良好的橫向通道,且主要成藏期高青斷層持續(xù)活動,上下盤流體勢梯度極大,大大促進(jìn)了油氣的垂向運聚,形成了一大批地層油氣藏。

洼陷東部距離生油中心遠(yuǎn),且輸導(dǎo)體系和成藏動力均不利于油氣聚集,造成了該地區(qū)沙三段油氣藏的貧瘠。博興斷層?xùn)|段封閉性極好,橫向上連通砂體不多,流體勢梯度小,均不利于油氣長距離運移。洼陷東部沙三段也發(fā)育少量成熟烴源巖,但內(nèi)部生成的油氣量少,自源成藏是該區(qū)的主要成藏模式,沙三段油氣藏發(fā)育少。

洼陷北部與東部相似,成藏動力和輸導(dǎo)體系均不利于博興洼陷油氣向北運聚充注,但該區(qū)油源相對較好,且非常有利于研究區(qū)以北的油氣向南充注,形成大批它源油氣藏。

綜上所述,油源、成藏動力、輸導(dǎo)體系是控制油氣富集成藏的3大要素,3者耦合程度的好壞直接支配油氣的運聚效果。

6 結(jié) 論

通過對成藏靜態(tài)要素、成藏動力、輸導(dǎo)體系的綜合研究,認(rèn)為洼陷中心、南部和北部地區(qū)是油氣聚集最有利的部位,而洼陷東部、西部為相對油氣聚集相對較差的部位。這種油氣動力學(xué)綜合評價方法可以直觀了解油氣的富集規(guī)律,進(jìn)而指導(dǎo)油氣勘探工作。

研究還僅僅停留在靜態(tài)分析上,在進(jìn)一步研究中應(yīng)當(dāng)充分考慮利用地球化學(xué)分析、數(shù)值模擬等方法,能夠動態(tài)展示成藏動力學(xué)特征的發(fā)展過程以及其與油氣生排烴史、油氣運聚史、油氣藏破壞史等之間的內(nèi)在關(guān)系。

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編輯 林樹龍