朱榮偉，蔣有錄，劉景東，胡洪瑾，許娟娟

東濮凹陷北部沙三段古壓力恢復(fù)及油氣運(yùn)聚動(dòng)力構(gòu)成

朱榮偉，蔣有錄，劉景東，胡洪瑾，許娟娟

（中國(guó)石油大學(xué) （華東）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島266580）

綜合應(yīng)用流體包裹體法和盆地模擬法，恢復(fù)了東濮凹陷北部沙三段古壓力，并分析了成藏期油氣運(yùn)聚動(dòng)力構(gòu)成。研究結(jié)果表明，沙三段超壓分布受構(gòu)造格局、沉降中心、生烴中心控制明顯，超壓幅度表現(xiàn)為洼陷區(qū)大、中央隆起帶次之、西部斜坡帶最小，受鹽巖層發(fā)育影響，濮衛(wèi)—文留地區(qū)鹽巖下部層系表現(xiàn)為壓力系數(shù)高值區(qū)。成藏期超壓和浮力是研究區(qū)沙三段油氣運(yùn)聚的主要?jiǎng)恿Γ瑝毫^(guò)渡帶和正常壓力帶是油氣的主要聚集場(chǎng)所。研究區(qū)主要存在超壓驅(qū)動(dòng)、超壓-浮力聯(lián)合驅(qū)動(dòng)和浮力驅(qū)動(dòng)等3種類(lèi)型的驅(qū)動(dòng)機(jī)制，其中斜坡帶和洼陷帶等超壓帶主要為超壓驅(qū)動(dòng)，部分中央隆起帶上的壓力過(guò)渡帶為超壓-浮力聯(lián)合驅(qū)動(dòng)，西部斜坡帶和部分中央隆起帶等正常壓力帶主要為浮力驅(qū)動(dòng)。

流體包裹體；盆地模擬；古壓力恢復(fù)；油氣運(yùn)聚動(dòng)力；東濮凹陷

含油氣盆地中存在異常壓力是一種普遍的重要地質(zhì)現(xiàn)象，且異常壓力在油氣運(yùn)聚過(guò)程中發(fā)揮著重要作用［1～3］。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全球存在異常高壓的盆地占已知盆地總數(shù)的2/3，其中約有160個(gè)沉積盆地的油氣分布與超壓體系具有因果關(guān)系［4～5］，因此異常壓力與油氣的形成、分布有著十分密切的關(guān)系［6～9］。油氣成藏時(shí)期地層古壓力恢復(fù)及油氣運(yùn)聚動(dòng)力是油氣成藏動(dòng)力學(xué)研究的重要組成部分。目前古壓力恢復(fù)的方法主要包括Fillippone法［9］、黏土礦物法［10］、聲波時(shí)差法［11］、盆地模擬法［12］及流體包裹體法［13～14］等，其中盆地模擬法和流體包裹體法應(yīng)用最為廣泛。關(guān)于研究區(qū)古壓力的恢復(fù)前人已做過(guò)一些工作［15～16］，但在方法應(yīng)用上還存在一些不足，且缺乏對(duì)油氣運(yùn)聚動(dòng)力構(gòu)成的研究。本文將盆地模擬法和流體包裹體法相結(jié)合，恢復(fù)了研究區(qū)沙三段古壓力特征，并分析了成藏期油氣運(yùn)聚動(dòng)力構(gòu)成，對(duì)于古壓力恢復(fù)方法的探討以及研究區(qū)和類(lèi)似地區(qū)的油氣運(yùn)聚動(dòng)力研究均具有一定的借鑒意義。

1　研究區(qū)地質(zhì)概況

東濮凹陷位于渤海灣盆地東南部，是一個(gè) “東斷西超、兩洼一隆一斜坡”的箕狀斷陷盆地，具有明顯 “東西分帶、南北分塊”的構(gòu)造特征，是渤海灣盆地中既富油又富氣的凹陷。研究區(qū)自西向東依次發(fā)育西部斜坡帶、柳屯—海通集洼陷、中央隆起帶和前梨園洼陷（見(jiàn)圖1）。鉆遇的古近紀(jì)地層有沙河街組及東營(yíng)組，其中沙河街組沙三段厚度可達(dá)3000 m，是東濮凹陷北部主力供烴和儲(chǔ)油氣層系［17］。流體包裹體均一溫度及熒光分析［18］表明，沙三段儲(chǔ)層具有兩期成藏特征 （見(jiàn)圖2），第I期為東營(yíng)組沉積中后期 （距今約27 Ma），第Ⅱ期為明化鎮(zhèn)組沉積末期至現(xiàn)今，以第I期成藏為主。

圖1　東濮凹陷構(gòu)造單元?jiǎng)澐旨坝蜌夥植糉ig.1 Structural units and oil and gas distribution of Dongpu sag

2　古壓力恢復(fù)

此次古壓力恢復(fù)采用的方法是：首先通過(guò)流體包裹體均一溫度、鹽度和冰點(diǎn)等分析，恢復(fù)研究區(qū)沙三段油氣成藏期的古壓力；然后借助盆地模擬軟件，以流體包裹體恢復(fù)的地層壓力數(shù)據(jù)為過(guò)程約束、實(shí)測(cè)地層壓力數(shù)據(jù)為最終約束恢復(fù)主要成藏期的壓力分布特征。

2.1流體包裹體法

結(jié)合地質(zhì)背景，選取東濮凹陷北部地區(qū)不同構(gòu)造帶沙三段儲(chǔ)層流體包裹體樣品進(jìn)行熒光觀察、顯微測(cè)溫、冰點(diǎn)試等系統(tǒng)分析，然后根據(jù)Zhang等［18］建立的相關(guān)溫壓關(guān)系等容式計(jì)算研究區(qū)油氣成藏期的古壓力。

圖2　根據(jù)包裹體均一溫度確定成藏期Fig.2 The determination of accumulation period by homogenization temperature of fluid inclusions

表1是東濮凹陷北部地區(qū)具有代表性的鹽水包裹體古壓力計(jì)算結(jié)果，從中可以看出，研究區(qū)沙三段儲(chǔ)層流體包裹體古剩余壓力和古壓力系數(shù)整體較高，古剩余壓力最高值達(dá)22.35 MPa，古壓力系數(shù)最高值達(dá)1.98?？傮w來(lái)看，凹陷東部古剩余壓力和古壓力系數(shù)高于西部，呈現(xiàn)由東向西逐漸減小的趨勢(shì)。

2.2盆地模擬法

2.2.1方法簡(jiǎn)介

應(yīng)用盆地模擬法進(jìn)行古壓力恢復(fù)成功與否的關(guān)鍵是建立的地質(zhì)模型與研究區(qū)的實(shí)際地質(zhì)情況是否吻合。進(jìn)行古壓力模擬所需的參數(shù)主要包括：各地層的分層厚度、沉積間隔、地層剝蝕量、地層巖性組成以及邊界條件如古熱流、古地表溫度等。此次古壓力恢復(fù)所需的參數(shù)主要參考鉆井資料和東濮凹陷第三次資源評(píng)價(jià)結(jié)果。

2.2.2模擬中的校正過(guò)程

盆地模擬過(guò)程中的地質(zhì)校正對(duì)于模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性具有重要意義。本文首先通過(guò)流體包裹體取樣深度、均一溫度，結(jié)合埋藏史圖確定出流體包裹體被捕獲的時(shí)間以及捕獲深度，并將流體包裹體古壓力投影在疊合有壓力模擬結(jié)果的埋藏史圖上 （見(jiàn)圖3）；然后判斷投影位置的模擬壓力值與利用流體包裹體計(jì)算出的壓力值是否相等或相近，若兩者之間的相對(duì)誤差超過(guò)±10%，則調(diào)整軟件中的模擬參數(shù)，使該相對(duì)誤差保持在±10%以?xún)?nèi)。與此同時(shí)，將現(xiàn)今的實(shí)測(cè)地層壓力值作為最終約束，并與模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比 （見(jiàn)圖4），同樣將兩者的相對(duì)誤差控制在±10%以?xún)?nèi)。當(dāng)兩項(xiàng)相對(duì)誤差均控制在±10%以?xún)?nèi)時(shí)，方可結(jié)束模擬的校正過(guò)程。

2.2.3模擬結(jié)果可靠性分析

圖5為研究區(qū)模擬壓力結(jié)果的可靠性分析，可以看出，研究區(qū)最終模擬結(jié)果與流體包裹體計(jì)算結(jié)果及實(shí)測(cè)結(jié)果具有很好的相關(guān)性。其中模擬結(jié)果與包裹體恢復(fù)結(jié)果相對(duì)誤差范圍為-9.75%～7.44%，平均負(fù)誤差為-4.96%，平均正誤差為3.53%；模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果相對(duì)誤差范圍為-9.17%～6.25%，平均負(fù)誤差為-3.74%，平均正誤差為2.81%，表明經(jīng)校正后的模擬模型與實(shí)際地質(zhì)模型較為接近，模擬結(jié)果具有可信性。

表1　東濮凹陷北部地區(qū)鹽水包裹體古壓力部分代表性計(jì)算結(jié)果Table 1 The representative computation results of paleo-pressure of salt water inclusions in North Dongpu sag

圖3　流體包裹體計(jì)算壓力進(jìn)行過(guò)程約束校正示意圖Fig.3 Schematic diagram of the processing correction subject to the pressure calculated by fluid inclusions constraints

圖4　現(xiàn)今實(shí)測(cè)壓力進(jìn)行最終約束校正示意圖Fig.4 Schematic diagram of the final correction subject to the present measured pressure constraints

圖5　模擬結(jié)果可靠性分析圖Fig.5 The reliability analysis of the simulation results

3　沙三段古壓力特征

3.1古壓力演化

東濮凹陷不同構(gòu)造帶模擬井的古壓力演化曲線類(lèi)似 （見(jiàn)圖6），依次經(jīng)歷了超壓原始積累、超壓釋放和超壓重新形成3個(gè)階段。超壓原始積累階段主要發(fā)生于東營(yíng)組剝蝕 （距今27 Ma）之前，由于沙三段埋藏深度的不斷增加和烴類(lèi)的逐漸生成，地層壓力不斷積累，至東營(yíng)組沉積末期達(dá)到最大值；東營(yíng)組抬升剝蝕期 （距今27～17 Ma），強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使得本區(qū)已有的斷層活動(dòng)性增強(qiáng)，為異常壓力釋放提供了條件；東營(yíng)組抬升剝蝕期之后 （距今17 Ma之后），上覆地層厚度逐漸增加，封閉系統(tǒng)重新形成，地層壓力再次逐漸增加，形成了現(xiàn)今的壓力分布格局。

圖6　東濮凹陷北部地區(qū)地層壓力演化曲線Fig.6 The evolution of formation pressure in North Dongpu sag

3.2壓力平面特征

東營(yíng)組沉積末期 （距今27 Ma），研究區(qū)沙三段成藏期超壓分布明顯受 “兩洼一隆一斜坡”的構(gòu)造格局與鹽巖分布差異的控制，與構(gòu)造格局、沉降中心具有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系 （見(jiàn)圖7a）。如：前梨園洼陷和柳屯—海通集洼陷沙三段地層壓力系數(shù)最大，洼陷帶超壓極為發(fā)育，壓力系數(shù)等值線呈北東向展布；中央隆起帶次之，一般發(fā)育弱超壓，且在中央隆起帶內(nèi)部，受鹽巖發(fā)育的影響，濮城—衛(wèi)城地區(qū)地層壓力明顯高于文留中部地區(qū)；西部斜坡帶以及東部陡坡帶壓力系數(shù)值最低，以常壓為主。

現(xiàn)今的地層壓力分布格局與東營(yíng)組沉積末期基本一致，但受東營(yíng)組沉積末期構(gòu)造抬升剝蝕以及新近系再度接受沉積的影響，兩時(shí)期的壓力值也存在一定的差異。西部斜坡帶新近紀(jì)補(bǔ)償厚度小于東營(yíng)組沉積末期的剝蝕厚度，導(dǎo)致其地層壓力相對(duì)于東營(yíng)組沉積末期有所降低，西部常壓區(qū)范圍相對(duì)增大；而前梨園洼陷以及橋口-白廟等東南部地區(qū)，由于新近紀(jì)的補(bǔ)償厚度大于東營(yíng)組沉積末期的剝蝕厚度，導(dǎo)致東南部地區(qū)地層壓力相對(duì)增大 （見(jiàn)圖7b）。

3.3壓力剖面特征

剖面上，研究區(qū)古剩余壓力和現(xiàn)今剩余壓力同樣受構(gòu)造格局和巖性分布控制明顯 （見(jiàn)圖8），整體上洼陷區(qū)超壓發(fā)育明顯，而中央隆起帶和西部斜坡帶多以常壓為主，洼陷區(qū)和中央隆起帶中間以壓力過(guò)渡帶為主。但局部受鹽巖或超壓沿流體傳遞等因素影響，局部隆起帶同樣存在不同程度的超壓。如東營(yíng)組沉積末期，同一深度條件下衛(wèi)城斷裂帶和濮城斷裂帶相對(duì)濮衛(wèi)、濮城洼陷剩余壓力偏高。

圖8　胡78井—前2井剩余壓力、油氣分布及油氣運(yùn)聚動(dòng)力構(gòu)成關(guān)系Fig.8 The relationship of residual pressure，oil-gas distribution and dynamic mechanism for oil-gas migration and accumulation from Well Hu78 to Well Qian2

4　油氣運(yùn)聚動(dòng)力構(gòu)成

一般來(lái)說(shuō)，在流體動(dòng)力驅(qū)動(dòng)下，油氣沿動(dòng)力降低方向運(yùn)移，遇到合適的圈閉或較好的遮擋條件便聚集成藏。盆地流體流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)制大致可分為壓力驅(qū)動(dòng)和熱力驅(qū)動(dòng)，前者是研究區(qū)內(nèi)最重要的驅(qū)動(dòng)機(jī)制［1，14］。根據(jù)研究區(qū)流體動(dòng)力分析，認(rèn)為驅(qū)動(dòng)研究區(qū)油氣運(yùn)聚的動(dòng)力主要為超壓和浮力，并存在超壓驅(qū)動(dòng)、超壓-浮力聯(lián)合驅(qū)動(dòng)和浮力驅(qū)動(dòng)3種油氣驅(qū)動(dòng)方式。

在平面和剖面上，從成藏期超壓與油氣分布關(guān)系 （見(jiàn)圖7，圖8）可以看出，研究區(qū)沙三段油氣主要分布于西部斜坡帶、文留地區(qū)北部和濮城—衛(wèi)城地區(qū)，主要處于壓力過(guò)渡帶和正常壓力帶。西部斜坡帶油氣處于正常壓力帶，是柳屯—海通集洼陷生成的油氣在剩余壓力驅(qū)動(dòng)下向西部斜坡帶方向運(yùn)移，至西部斜坡帶主體剩余地層壓力減小直至消失，至斷裂發(fā)育處部分油氣發(fā)生聚集，部分油氣依靠浮力繼續(xù)沿?cái)嗔严蛏线\(yùn)移，并在西部斜坡帶形成與斷裂有關(guān)的油氣藏；在油氣運(yùn)聚動(dòng)力構(gòu)成上，洼陷區(qū)表現(xiàn)為超壓驅(qū)動(dòng)，至西部斜坡帶主體部位演變?yōu)楦×︱?qū)動(dòng)。衛(wèi)城構(gòu)造油氣主要在剩余地層壓力驅(qū)動(dòng)作用下由濮城向衛(wèi)城主體運(yùn)移，受到衛(wèi)西斷層遮擋而聚集，主要表現(xiàn)為超壓驅(qū)動(dòng)。另外，文留北部地區(qū)油氣藏主要處于高壓系統(tǒng)中的相對(duì)低壓區(qū)，濮城構(gòu)造處于前梨園洼陷、濮城之間，同樣為壓力相對(duì)低值區(qū)，在洼陷帶和洼陷斜坡帶多以超壓驅(qū)動(dòng)為主，但在文留北部和濮城主體構(gòu)造部位存在超壓-浮力聯(lián)合驅(qū)動(dòng)以及浮力驅(qū)動(dòng)，二者均是油氣聚集的有利場(chǎng)所。從不同構(gòu)造帶油氣運(yùn)聚動(dòng)力構(gòu)成的變化來(lái)看，由洼陷帶向中央隆起帶和西部斜坡帶依次表現(xiàn)為超壓驅(qū)動(dòng)、超壓-浮力聯(lián)合驅(qū)動(dòng)和浮力驅(qū)動(dòng)的變化規(guī)律。

5　結(jié)論

研究區(qū)沙三段成藏期超壓分布受構(gòu)造格局、沉降中心、生烴中心控制明顯，整體表現(xiàn)為洼陷區(qū)大、中央隆起帶次之，西部斜坡帶最小，但濮城—衛(wèi)城至文留地區(qū)受鹽巖等因素影響，局部發(fā)育超壓；受后期地層補(bǔ)償厚度差異的影響，橋口—白廟地區(qū)和前梨園洼陷等凹陷東南部的現(xiàn)今超壓幅度高于東營(yíng)末期。

超壓是研究區(qū)驅(qū)動(dòng)油氣運(yùn)聚的主要?jiǎng)恿?，研究區(qū)中央隆起帶和西部斜坡帶為剩余壓力低值區(qū)或相對(duì)低值區(qū)，有利于油氣的運(yùn)聚成藏；研究區(qū)驅(qū)動(dòng)油氣運(yùn)聚的動(dòng)力構(gòu)成主要包括超壓驅(qū)動(dòng)、超壓-浮力聯(lián)合驅(qū)動(dòng)和浮力驅(qū)動(dòng)3種類(lèi)型，自洼陷帶向中央隆起帶和西部斜坡帶，表現(xiàn)為由超壓驅(qū)動(dòng)逐漸向超壓-浮力聯(lián)合驅(qū)動(dòng)和浮力驅(qū)動(dòng)過(guò)渡。

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PALEO-PRESSURE RESTORATION AND DYNAMIC MECHANISM FOR HYDROCARBON MIGRATION AND ACCUMULATION OF Es3MEMBER IN NORTH DONGPU SAG

ZHU Rong-wei，JIANGYou-lu，LIU Jing-dong，HU Hong-jin，XU Juan-juan

（School of Geosciences，China Uniυersity of Petroleum，Qingdao 266580，Shandong，China）

With the application of fluid inclusions and basin simulation method，we restored the paleo-formation pressure of the third member of Shahejie formation（Es3）in North Dongpu sag，and analyzed the dynamic mechanism for hydrocarbon migration and accumulation.The results showed as follows：The formation pressure of Es3during accumulation period was mainly controlled by the structural framework and the centers of subsidence and hydrocarbon generation，and the overpressure amplitude was largest in the sub-sag area with relatively larger in the central uplift belt and smallest in the west slope area.Controlled by the salt layer，the residual pressure of the lower formation was relatively high in Puwei and Wenliu.The overpressure and buoyancy were the main driving forces for the hydrocarbon accumulation of Es3，and the normal pressure zone and transitional zone were the main hydrocarbon accumulation places.There are three types of dynamic mechanism for hydrocarbon migration and accumulation in the study area including overpressure drive，overpressure-buoyancy drive and buoyancy drive.Overpressure zone including the slope zone and the sub-sag zone is mainly overpressure driven.Overpressure transition zone including part of the central uplift belt is mainly overpressure-buoyancy driven.And normal pressure zone including the west slop and part of the central uplift belt is mainly buoyancy driven.

fluid inclusion；basin simulation；paleo-pressure restoration；dynamical mechanism；Dongpu sag

TE122.1

A

1006-6616（2015）04-0492-10

2015-02-11

國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng) （2011ZX05006-004）

朱榮偉 （1988-），男，湖北鄂州人，碩士研究生，主要從事油氣成藏機(jī)理與分布規(guī)律研究。E-mail：zhurongwei1209@126.com