吳東勝，陳文杰，王慶，王瑞，潘仁芳

長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430100

油氣二次運(yùn)移往往只通過局限的優(yōu)勢(shì)通道進(jìn)行，油氣運(yùn)移空間可能只占據(jù)整個(gè)輸導(dǎo)層的1%～10%[1-5]，多項(xiàng)地質(zhì)因素共同作用下形成的油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移網(wǎng)絡(luò)控制了油氣的運(yùn)聚成藏[6]，使得油氣藏定位勘探具備了可能性。國(guó)內(nèi)外學(xué)者開展了油氣二次運(yùn)移定量分析和模擬方面的大量研究；針對(duì)斷陷盆地幕式成藏的特點(diǎn)，建立了定量計(jì)算油氣運(yùn)聚成藏動(dòng)力和阻力的動(dòng)力學(xué)模型和方程[7]；流線法模擬技術(shù)基于封蓋層底面的流體勢(shì)分析及其對(duì)流體流動(dòng)的控制，開展了油氣運(yùn)移路徑的三維模擬[2，8]；動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬方法應(yīng)用多相滲流的擴(kuò)散方程和多相條件下的達(dá)西定律描述孔隙介質(zhì)內(nèi)的油氣流動(dòng)過程，提出了二維三相、擬三維和三維三相等油氣運(yùn)移的數(shù)學(xué)模型[9-11]?；谇秩胗鉂B理論，學(xué)者們總結(jié)物理模擬試驗(yàn)中的流體運(yùn)移模式，編制數(shù)學(xué)模型以模擬排替過程，并應(yīng)用尺度放大思想將孔隙尺度模型擴(kuò)展到盆地尺度[12-16]，提出了基于輸導(dǎo)體系三維網(wǎng)格的油氣運(yùn)聚模擬技術(shù)，應(yīng)用侵入滲逾模型追蹤浮力流模式下的油氣運(yùn)移路徑[17]；基于油氣成藏期運(yùn)移相關(guān)地質(zhì)參數(shù)的空間匹配和分析，半定量地預(yù)測(cè)油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道及富集區(qū)塊[18，19]。地理信息系統(tǒng)(GIS)具有統(tǒng)一地理參照下的多源空間數(shù)據(jù)管理和處理能力[20]，以之為信息集成平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)輸導(dǎo)格架、流體勢(shì)和源巖-輸導(dǎo)體-圈閉空間配置等因素的綜合分析，進(jìn)而預(yù)測(cè)油氣運(yùn)移路徑[21-23]。油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移是輸導(dǎo)體系非均質(zhì)性、能量場(chǎng)和源巖-輸導(dǎo)體-圈閉的空間配置等因素共同作用的結(jié)果，由于可獲取油氣勘探資料的限制，油氣運(yùn)移動(dòng)/阻力相關(guān)地質(zhì)因素的評(píng)價(jià)方法和表征參數(shù)有著較大差異，如由地震勘探資料可獲得較為準(zhǔn)確的封蓋面構(gòu)造數(shù)據(jù)并以流體勢(shì)表征運(yùn)移動(dòng)力的平面分布，運(yùn)移阻力相關(guān)的輸導(dǎo)體性能平面上主要應(yīng)用概率參數(shù)評(píng)價(jià)及量化表征[24-27]。盆地尺度下準(zhǔn)確、可信地定量預(yù)測(cè)油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移路徑，如何有效地綜合不同表征方式的地質(zhì)評(píng)價(jià)成果是需要解決的問題。因此，筆者在綜合油氣運(yùn)移現(xiàn)有認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，提出基于概率估計(jì)和空間分析方法構(gòu)造油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道的數(shù)學(xué)模型及預(yù)測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)輸導(dǎo)體系、能量場(chǎng)和源匯空間配置等多項(xiàng)地質(zhì)因素的綜合評(píng)價(jià)和統(tǒng)一表征，追蹤油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道的空間展布，服務(wù)于含油氣盆地的油氣成藏規(guī)律研究與勘探目標(biāo)評(píng)價(jià)。

1 油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道的主控因素

油氣二次運(yùn)移指向和路徑取決于浮力、水動(dòng)力及毛細(xì)管力三者之間的相對(duì)大小，與動(dòng)力和阻力有關(guān)的地質(zhì)因素都會(huì)對(duì)運(yùn)移路徑的形成、形態(tài)和運(yùn)移效率等產(chǎn)生影響。

1.1 運(yùn)移動(dòng)力

二次運(yùn)移的主要?jiǎng)恿楦×ΑＴ诟×Φ淖饔孟拢蜌獍l(fā)生在水中的自由上浮，如遇不滲透層遮擋，則在浮力分力的作用下沿遮擋層底面構(gòu)造的上傾方向流動(dòng)，其影響因素包括油氣密度和黏度、沿遮擋層底面(運(yùn)移通道頂界)的構(gòu)造起伏、地層溫度、地層壓力分布等。浮力分力計(jì)算公式如下：

F=V(ρw-ρ)gsinα

(1)

式中：F為浮力分力；V為油(氣)體積；ρw、ρ分別為水、油(氣)的密度；g為重力加速度；α為遮擋層底面的地層傾角。

水動(dòng)力視其作用方向，既可為動(dòng)力亦可為阻力，如壓實(shí)流一般由盆地沉積中心指向邊緣，構(gòu)成油氣運(yùn)移動(dòng)力，高程水頭差產(chǎn)生的重力流則由盆地邊緣指向中心而成為阻力。應(yīng)用流體勢(shì)可方便地表達(dá)油氣運(yùn)移的動(dòng)力學(xué)關(guān)系：

(2)

式中：Φ為流體勢(shì)；z為觀察點(diǎn)到基準(zhǔn)面之間的距離；q為流速；p為觀察點(diǎn)處流體壓力。

靜水條件下，流體勢(shì)對(duì)應(yīng)于重力勢(shì)。在運(yùn)移動(dòng)力的作用下，油氣將沿流體勢(shì)下降梯度最大的法線方向運(yùn)移。

1.2 運(yùn)移阻力

油氣運(yùn)移阻力主要為地層毛細(xì)管力，取決于儲(chǔ)集層孔隙半徑、烴水界面張力和潤(rùn)濕角等。地質(zhì)影響因素包括輸導(dǎo)層的巖性-物性變化及非均質(zhì)性、蓋層封閉性、斷裂阻擋和連通等。連通的滲透性地層和不整合構(gòu)成了油氣的側(cè)向運(yùn)移通道，活動(dòng)斷層則是油氣垂向運(yùn)移的重要通道。在運(yùn)移動(dòng)力的作用下，油氣將沿阻力最小的連通性輸導(dǎo)體發(fā)生運(yùn)移。

1.3 油氣輸導(dǎo)格架

滲透性巖層、斷層和不整合相互交叉構(gòu)成了復(fù)雜的三維油氣輸導(dǎo)格架，其輸導(dǎo)性能受地質(zhì)體非均質(zhì)性、格架形態(tài)及連通性等地質(zhì)因素的控制。無外來干擾情況下，油氣二次運(yùn)移優(yōu)先選擇的路線構(gòu)成優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道，處在優(yōu)勢(shì)通道上的圈閉容易富集油氣形成油氣藏。

油氣運(yùn)聚單元是具有相對(duì)獨(dú)立的流場(chǎng)體系、連通孔縫結(jié)構(gòu)的地層單元，其最主要的特征為不與其他運(yùn)聚單元之間發(fā)生明顯的流體交換[28]。以油氣運(yùn)聚單元為單位，油氣輸導(dǎo)格架可構(gòu)建為由一個(gè)或多個(gè)三維面組合而成、并被斷層復(fù)雜化所形成的三維網(wǎng)絡(luò)狀格架模型。三維面代表一套相互連通的輸導(dǎo)層，可根據(jù)研究區(qū)儲(chǔ)蓋特征及流體動(dòng)力學(xué)特征劃分。輸導(dǎo)層、斷層的輸導(dǎo)性可應(yīng)用勘探中能獲得的可靠參數(shù)分別加以評(píng)價(jià)和表征，如砂巖輸導(dǎo)層可利用沉積相、砂巖厚度、砂地比、砂巖物性、砂層含油氣性、流體性質(zhì)等參數(shù)評(píng)價(jià)其連通性，應(yīng)用物性參數(shù)和概率指標(biāo)量化表征[25]。

2 油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道的預(yù)測(cè)方法

通過現(xiàn)有油氣勘探資料的分析，筆者認(rèn)為，以油氣運(yùn)移動(dòng)力學(xué)理論為基礎(chǔ)，應(yīng)用概率理論實(shí)現(xiàn)運(yùn)移動(dòng)力、運(yùn)移阻力和輸導(dǎo)體性能的統(tǒng)一參數(shù)表征，進(jìn)而應(yīng)用空間數(shù)據(jù)模型和空間分析方法追蹤優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道，可充分利用現(xiàn)有的、可靠的油氣勘探資料實(shí)現(xiàn)盆地尺度下的優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道預(yù)測(cè)。

2.1 油氣運(yùn)移指向的數(shù)學(xué)模型

根據(jù)有機(jī)質(zhì)晚期生油和成藏理論，油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移是在動(dòng)/阻力聯(lián)合作用下發(fā)生于輸導(dǎo)格架內(nèi)的路徑選擇過程，油氣運(yùn)移動(dòng)力的主要影響因素為輸導(dǎo)體系在成藏期的構(gòu)造格局和地下流體環(huán)境，影響運(yùn)移阻力的地質(zhì)因素則包括輸導(dǎo)體系的巖性、物性及非均質(zhì)性、連通性等，受控于輸導(dǎo)體形成時(shí)的沉積環(huán)境、埋藏后成巖作用以及不同期次的斷裂改造作用。由于油氣成藏期晚于輸導(dǎo)體系形成期，運(yùn)移動(dòng)力和阻力相關(guān)地質(zhì)因素發(fā)育于不同地質(zhì)背景且受控于不同地質(zhì)作用，因此，按照柵格數(shù)據(jù)樣式將三維輸導(dǎo)格架的滲透性輸導(dǎo)層或斷層劃分為規(guī)則的小單元，可以認(rèn)為任一單元油氣運(yùn)移動(dòng)力及阻力的地質(zhì)影響因素相互獨(dú)立。根據(jù)獨(dú)立事件概率原理，任意單元的相鄰單元成為油氣運(yùn)移指向的概率為：

P=Pd×Ps0≤P≤1

(3)

式中：P為油氣運(yùn)移指向概率；Pd表示動(dòng)力單因素作用條件下的油氣運(yùn)移指向概率；Ps表示輸導(dǎo)層輸導(dǎo)性能決定的油氣運(yùn)移指向概率，滲透性和連通性越好，毛細(xì)管阻力越小則概率越高。任何一項(xiàng)單因素概率為0，則運(yùn)移指向概率為0，即單因素“一票否決”。

2.1.1Pd取值方法

在運(yùn)移動(dòng)力因素的作用下，油氣將沿流體勢(shì)下降梯度最大方向運(yùn)移。因此，取輸導(dǎo)體中任意空間單元a，與其相鄰空間單元i的油(氣)勢(shì)梯度為：

(4)

式中：ΔΦ(i)為空間單元a與相鄰空間單元i之間的流體勢(shì)梯度；Φa、Φi分別為空間單元a、i的流體勢(shì)，由式(2)計(jì)算可得；La,i為2個(gè)單元間的水平距離。

采用極值歸一法設(shè)定動(dòng)力作用下相鄰單元成為a單元油氣運(yùn)移指向的概率:

(5)

式中：ΔΦ(max)、ΔΦ(min)分別為單元a與相鄰單元之間的最大、最小流體勢(shì)梯度；如采用3×3算子，則n=8。由式(5)可知，Pd(i)取值范圍為[0，1]，單元間流體勢(shì)梯度值越大則油氣運(yùn)移指向概率越大，最大流體勢(shì)降方向?yàn)?1。

2.1.2Ps取值方法

滲透性砂巖的輸導(dǎo)性能主要受巖性和巖相控制，與構(gòu)造背景、沉積環(huán)境和成巖環(huán)境有密切的關(guān)系。三維空間上的相互疊置或連接是砂體連通的必要條件，當(dāng)?shù)貙訂卧暗乇仍龃?，砂體逐漸疊置、截切而形成相互連通的輸導(dǎo)體。由于砂地比受到沉積相的控制，因此可應(yīng)用砂地比、沉積相等參數(shù)判定砂體的幾何連通性。砂體輸導(dǎo)的有效性受非均質(zhì)性影響較大，可用錄井顯示和試油試氣成果來判定其是否發(fā)生過油氣運(yùn)聚過程，通過物性、排替壓力、孔喉半徑等參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析來評(píng)價(jià)其流體連通性。針對(duì)不同地區(qū)，可統(tǒng)計(jì)并分析沉積相、巖相、物性、含油氣性等相關(guān)參數(shù)以建立評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而開展砂體幾何連通性、流體連通性和綜合連通性評(píng)價(jià)及量化表征[25]。

砂體連通性越好，則輸導(dǎo)性能越好，油氣運(yùn)移的阻力越小，運(yùn)移阻力單因素作用下成為油氣運(yùn)移指向的概率越大。在砂體連通性定量評(píng)價(jià)和表征的基礎(chǔ)上，空間單元的Ps值可用極值歸一化方法設(shè)定：

(6)

式中：X(i)為任意空間單元的連通性評(píng)價(jià)值；X(max)、X(min)分別為連通性評(píng)價(jià)值的最大、最小值；如采用3×3算子，則n= 8。由式(6)可知，Ps(i)的取值范圍為[0，1]，連通性越好的單元成為油氣運(yùn)移指向的概率越大。

2.2 優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道的追蹤方法與實(shí)現(xiàn)

油氣二次運(yùn)移是油氣在輸導(dǎo)體系內(nèi)發(fā)生的地質(zhì)過程。生油巖排烴并進(jìn)入相鄰輸導(dǎo)體，在運(yùn)移動(dòng)力和阻力的共同作用下，油氣向動(dòng)/阻力差最大的方向運(yùn)移，遇到圈閉聚集成藏或最終逸散。根據(jù)油氣運(yùn)移動(dòng)力學(xué)原理，油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道追蹤基于以下2個(gè)假設(shè)來實(shí)現(xiàn)：

假設(shè)1，將組成輸導(dǎo)格架的輸導(dǎo)層或斷層劃分為小的單元，油氣進(jìn)入單元后，將向相鄰單元中油氣運(yùn)移指向概率最大的單元運(yùn)動(dòng)，即油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道的最大概率法則。

假設(shè)2，油氣進(jìn)入單元后不會(huì)回流到原來的單元，而是繼續(xù)向運(yùn)移指向概率最大的單元中運(yùn)移，實(shí)現(xiàn)能量傳遞和物質(zhì)轉(zhuǎn)移的過程。

圖1所示為北高南低的單斜地層中發(fā)育北東向條帶狀高孔砂巖體，地層模型中a、b單元與相鄰單元具有相同的流體勢(shì)梯度分布，正北方向概率最大(Pd=1)，向兩側(cè)及下傾方向逐漸減小直至為0。a單元及相鄰單元為均質(zhì)砂體，油氣由a單元向流體勢(shì)梯度降低最快的正北方向運(yùn)移。b單元及相鄰單元位于北東向條帶狀砂體內(nèi)，北東-南西向單元輸導(dǎo)性好(Ps=1)，向兩側(cè)逐漸變差(Ps=0.5～0.25)，油氣由b單元向油氣運(yùn)移指向概率最大的北東單元運(yùn)移(見圖1)。

圖1 油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道追蹤與運(yùn)移指向概率

地理信息系統(tǒng)具備在統(tǒng)一地理參照下的空間數(shù)據(jù)管理和分析功能。筆者采用GIS為基礎(chǔ)研究平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)基于概率估計(jì)模型的油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道預(yù)測(cè)，其計(jì)算方法如下：

步驟1：應(yīng)用柵格數(shù)據(jù)形式的DTM(數(shù)字表面模型)表征烴源巖、流體勢(shì)場(chǎng)、輸導(dǎo)性能等相關(guān)的參數(shù)場(chǎng)。

步驟2：應(yīng)用柵格數(shù)據(jù)空間分析中的鄰域分析方法，引入一個(gè)3×3算子，從烴源巖分布的某一柵格單元出發(fā)，根據(jù)式(1)～式(6)計(jì)算油氣從某一單元向相鄰單元的油氣運(yùn)移指向概率，按照最大概率法則選擇優(yōu)勢(shì)運(yùn)移單元并加入優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道。

步驟3：移動(dòng)算子至新確定的單元并重復(fù)步驟2，直到遇到已標(biāo)記路徑、局部高點(diǎn)或數(shù)據(jù)邊界則停止追蹤，完成該優(yōu)勢(shì)通道的計(jì)算。

步驟4：對(duì)烴源巖分布區(qū)所有柵格單元重復(fù)步驟2、步驟3，完成研究區(qū)油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道的預(yù)測(cè)和追蹤。

步驟5：應(yīng)用GIS空間數(shù)據(jù)管理和顯示功能，實(shí)現(xiàn)油氣勘探成果、流體示蹤分析數(shù)據(jù)和優(yōu)勢(shì)運(yùn)移路徑的組合顯示，分析和檢驗(yàn)優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道預(yù)測(cè)結(jié)果。

2.3 預(yù)測(cè)方法的可行性分析

油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型基于油氣運(yùn)移動(dòng)力和阻力相關(guān)參數(shù)的概率表征而構(gòu)建。筆者設(shè)計(jì)理論地質(zhì)模型并追蹤其優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道，分析不同地質(zhì)參數(shù)組合、不同分辨率條件下優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道的預(yù)測(cè)結(jié)果，驗(yàn)證其表達(dá)油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道地質(zhì)認(rèn)識(shí)的準(zhǔn)確性。

油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道研究認(rèn)為，在運(yùn)移動(dòng)力作用下油氣將沿流體勢(shì)下降梯度最大的法線方向運(yùn)移，構(gòu)造脊將成為油氣匯聚區(qū)[2]。非均質(zhì)性較強(qiáng)的輸導(dǎo)層內(nèi)，油氣則沿著滲透性最好、與周邊介質(zhì)差異最大的通道運(yùn)移[29]。

筆者設(shè)計(jì)了匹配上述認(rèn)識(shí)的理論地質(zhì)模型，統(tǒng)一采用25m×25m分辨率模擬和預(yù)測(cè)優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道分布。其中，模型A工區(qū)范圍1000m×1000m，鼻狀凸起構(gòu)造高程-3000～-2200m，均質(zhì)輸導(dǎo)層，烴源灶為位于工區(qū)南部的200m×1000m矩形條帶。模擬結(jié)果表明油氣進(jìn)入輸導(dǎo)層后，從兩側(cè)向中間構(gòu)造脊匯聚并形成優(yōu)勢(shì)通道，最終運(yùn)移至鼻狀構(gòu)造高部位，模擬結(jié)果符合地質(zhì)認(rèn)識(shí)。模型B工區(qū)范圍1000m×1000m，單斜構(gòu)造高程-3000～-2000m，條帶砂體呈北東向展布，孔隙度5%～25%，孔隙度門限值10%，烴源灶為位于工區(qū)南部的200m×1000m矩形條帶。模擬結(jié)果表明傾斜條帶狀砂體控制作用明顯，油氣向砂體中部高孔區(qū)匯聚，之后在砂體和構(gòu)造的作用下沿高孔區(qū)向上傾方向運(yùn)移并形成優(yōu)勢(shì)通道，很好地反映了非均質(zhì)性輸導(dǎo)層內(nèi)高孔滲砂體對(duì)油氣運(yùn)移路徑的影響(見圖2)。

圖2 理論地質(zhì)模型與優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道預(yù)測(cè)

為分析優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道預(yù)測(cè)方法在不同分辨率下的穩(wěn)定性，筆者選取25m×25m、50m×50m、75m×75m、100m×100m等4種分辨率對(duì)圖2中的模型B分別進(jìn)行模擬計(jì)算，模擬結(jié)果表明隨著分辨率的增加(100m×100m至25m×25m)，優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道的整體分布趨勢(shì)未發(fā)生明顯變化，只是路徑數(shù)量增多且更為精細(xì)(見圖3)。

圖3 不同分辨率下優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道分布

從理論上分析，筆者所提出的優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道預(yù)測(cè)方法在均質(zhì)輸導(dǎo)層條件下應(yīng)等同于基于流體勢(shì)的流線法模擬。以文獻(xiàn)[2]發(fā)表的構(gòu)造等值線圖、烴源巖分布等資料構(gòu)造巴黎盆地的地質(zhì)模型，在均質(zhì)砂體假設(shè)下模擬優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道，預(yù)測(cè)結(jié)果與流線法模擬的運(yùn)移路徑基本一致(見圖4)[2]。

圖4 流線法模擬與優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道預(yù)測(cè)結(jié)果的對(duì)比

3 文安斜坡中淺層應(yīng)用

以文安斜坡中淺層的沙河街組二段下亞段為例，開展?jié)B透性砂體的油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道預(yù)測(cè)，驗(yàn)證和分析其實(shí)際應(yīng)用效果。文安斜坡位于冀中坳陷霸縣凹陷東部，呈南東向北西傾斜的緩斜坡，被長(zhǎng)期發(fā)育的北東向主斷裂分割成多級(jí)臺(tái)階。北東向正斷層呈雁行排列，主斷裂多為切割地層層位較深的順向同生斷層，次級(jí)斷層為切割層位較淺的反向斷層，部分地區(qū)呈“Y”字形斷層組合。斜坡基底為古生界和中生界，古近系從西向東逐層超覆。中淺層由下至上發(fā)育沙二段、沙一段和東營(yíng)組，在緩斜坡構(gòu)造背景下經(jīng)歷了從湖泊相到河流相的沉積演變過程，發(fā)育辮狀河三角洲、濱淺湖沙灘(壩)、曲流河、辮狀河等多種類型的砂體，其中沙二段發(fā)育辮狀河三角洲沉積。

3.1 石油地質(zhì)概況

文安斜坡油源層位為沙三段和沙一下亞段。沙三段烴源巖為一套廣泛分布、湖相沉積的暗色泥巖，厚度達(dá)600～800m。有機(jī)碳含量平均2.10%，生烴潛力平均7.97mg/g，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ2型為主，凹陷內(nèi)均已達(dá)到成熟-高成熟，達(dá)到好生油巖標(biāo)準(zhǔn)。沙一下亞段烴源巖為一套由富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖、鮞灰?guī)r、泥質(zhì)白云巖、暗色泥巖和砂巖組成的“特殊巖性段”，泥頁(yè)巖累計(jì)厚度達(dá)500m。有機(jī)碳含量平均1.13%，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ2-Ⅲ型為主，為中等-好的生油巖。平面上成熟生油巖分布于文安斜坡西側(cè)及西南側(cè)的馬西斷層下降盤。

斜坡區(qū)沙二段主要發(fā)育辮狀河三角洲沉積的分流河道砂體，可分為沙二下亞段、沙二上亞段等2個(gè)正旋回。巖性以細(xì)砂巖為主，孔隙度平均19.45%，滲透率平均118.78mD，屬中-好儲(chǔ)層。水下分流間灣及湖相的細(xì)粒泥巖沉積則構(gòu)成了該區(qū)沙二段圈閉的蓋層。

文安斜坡已經(jīng)發(fā)現(xiàn)斷塊、斷鼻、巖性-構(gòu)造復(fù)合等類型的圈閉及油氣藏，巖性-構(gòu)造復(fù)合油氣藏為條帶狀砂體被斷層切割所形成，上傾方向由斷層封閉，側(cè)翼被巖性尖滅所控制，已發(fā)現(xiàn)油氣藏多分布于反向斷層的上升盤。縱向上，旋回上部泥巖發(fā)育，油層主要分布于大套砂巖頂部或單個(gè)薄砂層之中，大套砂層中下部泥巖夾層不發(fā)育而無法有效封隔油氣。平面上，油層分布主要受沉積相帶和鼻狀構(gòu)造的雙重影響，分布于鼻狀構(gòu)造帶及王仙莊斷層附近。砂泥互層且橫向分隔，區(qū)域上油層連通性較差，沒有統(tǒng)一的油水界面。

3.2 基礎(chǔ)地質(zhì)模型

3.2.1 運(yùn)移動(dòng)力模型

文安斜坡中淺層沙二段、沙一段和東營(yíng)組均有油藏發(fā)育，油氣成藏期為古近紀(jì)末-新近紀(jì)。統(tǒng)計(jì)工區(qū)內(nèi)多個(gè)油藏的地層測(cè)試資料表明，文安斜坡地層壓力系數(shù)0.9～1，為正常靜水壓力系統(tǒng)。地層水的總礦化度2433～48530mg/L，NaHCO3-CaCl2水型，地下水動(dòng)力環(huán)境處于半封閉-封閉狀態(tài)，保存條件較好。油氣主要在浮力的驅(qū)動(dòng)下發(fā)生運(yùn)移，可用現(xiàn)今構(gòu)造格局表征運(yùn)移動(dòng)力。

3.2.2 輸導(dǎo)層模型

沙二下亞段主要發(fā)育辮狀河三角洲沉積的分支河道和水下分流河道砂體，物源來自于斜坡東側(cè)，往南西方向延伸展布。以地震儲(chǔ)層反演資料解釋的砂體展布為基礎(chǔ)，應(yīng)用鉆井油氣顯示和油層分布數(shù)據(jù)校正地震解釋結(jié)果，最終確定分支河道、水下分流河道所構(gòu)成的連通砂體的平面展布(見圖5)。

圖5 沙二下亞段沉積相與砂體展布圖

文安斜坡發(fā)育大量雁行排列的北東向正斷層，通過已發(fā)現(xiàn)油藏的解剖發(fā)現(xiàn)，切割深部地層的順向同生主斷層連通了深層烴源巖和中淺層砂體，構(gòu)成了良好的油氣運(yùn)移通道。切割層位較淺的反向次級(jí)斷層則是封閉的，對(duì)油氣成藏提供了有效遮擋或改變油氣運(yùn)移方向。

3.2.3 烴源區(qū)模型

文安斜坡烴源巖為沙三段湖相暗色泥巖，生油巖厚度最高達(dá)800m，廣泛分布于斜坡西側(cè)、南側(cè)的洼陷之中且均已成熟生烴。沙三段烴源巖生排烴可直接進(jìn)入接觸的沙二下亞段砂體，也可通過斜坡南側(cè)的深大斷層垂向運(yùn)移進(jìn)入沙二下亞段砂巖輸導(dǎo)層。

3.3 優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道預(yù)測(cè)及分析

以ArcGIS為研究平臺(tái)，輸入沙二下亞段頂面構(gòu)造和連通砂體分布區(qū)、沙三段成熟烴源巖分布區(qū)、油源斷層等圖形數(shù)據(jù)，應(yīng)用數(shù)字表面模型(DTM)進(jìn)行柵格數(shù)據(jù)形式的空間表征?；诟怕誓Ｐ陀?jì)算油氣運(yùn)移指向概率，按照最大概率法則從烴源區(qū)邊界和油源斷層出發(fā)預(yù)測(cè)和追蹤油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道。

通過與鉆井油層分布數(shù)據(jù)的對(duì)照分析，可以認(rèn)為油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道預(yù)測(cè)結(jié)果是準(zhǔn)確、可信的。W120X、W86、W98、S77X、W3、W44等油氣藏發(fā)現(xiàn)井與優(yōu)勢(shì)路徑匯聚區(qū)具有明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系，WG2、W35、W22、S12-14等井則位于油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移路徑上。W96、W108井的油層則可能與斷層垂向輸導(dǎo)有關(guān)。

優(yōu)勢(shì)運(yùn)移路徑、油井和油氣顯示井的分布表明，連通性砂體和鼻狀構(gòu)造對(duì)于油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移共同起控制作用。在砂體骨架內(nèi)，油氣運(yùn)移路徑斜坡低部位較多，由西往東逐漸往鼻狀構(gòu)造脊部匯聚并收斂為大致沿鼻狀構(gòu)造軸部分布的優(yōu)勢(shì)路徑。封閉性斷層切割河道砂體可形成圈閉或改變油氣運(yùn)移方向，位于運(yùn)移路徑上的圈閉則有可能聚集油氣成藏。因此，優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道匯聚區(qū)為勘探有利目標(biāo)區(qū)，如發(fā)育圈閉則可能聚集成藏(見圖6)。

圖6 沙二下亞段油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道與構(gòu)造疊加圖

4 川西坳陷東坡斷裂輸導(dǎo)體應(yīng)用

川西坳陷為四川盆地西部西陡東緩的前陸盆地，研究區(qū)位于坳陷東坡的中段，由北東東向的合興場(chǎng)-豐谷構(gòu)造帶、南北向的知新場(chǎng)-龍寶梁構(gòu)造帶、北西向的中江-回龍構(gòu)造帶和永太洼陷組成，整體呈現(xiàn)“三隆夾一凹”的構(gòu)造特征。坳陷基底是海相碳酸鹽巖，沉積了晚三疊世至始新世地層。從下至上，上三疊統(tǒng)依次劃分成馬鞍塘組、小塘子組和須家河組，須家河組進(jìn)一步分為須一段至須五段。侏羅系劃分為白田壩組、千佛巖組、沙溪廟組、遂寧組和蓬萊鎮(zhèn)組。

4.1 石油地質(zhì)概況

沙溪廟組是川西坳陷東坡淺層的主力產(chǎn)氣層，為一套厚度700m左右的砂泥互層沉積，由多個(gè)不等厚的韻律層組成。儲(chǔ)層主要為三角洲前緣亞相的水下分流河道砂體，巖性多為細(xì)-粉砂巖，總體表現(xiàn)為低孔低滲、物性較差的致密儲(chǔ)層。

淺層氣藏的主力烴源巖為須五段濱海沼澤-湖泊環(huán)境下沉積的暗色含煤泥頁(yè)巖，腐泥-腐殖型有機(jī)質(zhì)，碳同位素(δ13C)值大多在-25‰～-25.5‰之間。有機(jī)碳含量在0.39%～16.33%之間，平均2.35%。有機(jī)質(zhì)大多處于成熟演化階段，鏡質(zhì)體反射率(Ro)值達(dá)到1.3%。

川西坳陷東坡在多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響下，發(fā)育多條南北向、北北東向展布較大規(guī)模的斷層。F1-1、F2、F3、F4、F16等主要烴源斷層溝通了深部須五段烴源巖和淺層的沙溪廟組儲(chǔ)層，開啟性斷層構(gòu)成了天然氣向上垂向運(yùn)移的良好通道。其中，F(xiàn)2斷層位于知新場(chǎng)構(gòu)造東部，形成于燕山末期，喜山期最終定型。斷層走向南北，傾向西，延伸長(zhǎng)度35km，最大斷距200m，斷開馬鞍塘組至蓬萊鎮(zhèn)組(見圖7)。

圖7 川西坳陷東坡主要斷層平面分布圖

4.2 基礎(chǔ)地質(zhì)模型

4.2.1 烴源區(qū)模型

根據(jù)生油巖評(píng)價(jià)和氣源對(duì)比的研究結(jié)果，上三疊統(tǒng)須五段暗色含煤泥頁(yè)巖為淺層氣藏的主要烴源巖，燕山末期大量排烴進(jìn)入斷層并以此為通道垂向運(yùn)移，烴源巖與烴源斷層的交切面即為天然氣沿?cái)鄬舆\(yùn)移的起點(diǎn)。應(yīng)用須五段暗色泥巖厚度圖、須五段生烴強(qiáng)度圖、三疊系(須五段)頂面構(gòu)造圖、斷面構(gòu)造形態(tài)圖等數(shù)據(jù)，基于GIS統(tǒng)一地理參照的空間數(shù)據(jù)管理和顯示功能，將斷層烴源區(qū)表示在斷面構(gòu)造圖上。如F2斷層處于研究區(qū)中部，與烴源巖交切區(qū)域中間厚、南北兩端薄(以灰色區(qū)表示)，在測(cè)線L3400～L4200之間，烴源巖厚且生烴強(qiáng)度達(dá)到(30～40)×104t/km2，具有較好的供烴能力(見圖8)。

圖8 F2斷層斷面古構(gòu)造與優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道

4.2.2 運(yùn)移動(dòng)力模型

根據(jù)烴源巖生烴演化史和烴類包裹體分析結(jié)果，川西坳陷東坡淺層的沙溪廟組天然氣成藏關(guān)鍵時(shí)刻為烴源巖生烴高峰的燕山末期，喜山期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造成古氣藏的調(diào)整改造。同期鹽水包裹體分析結(jié)果表明燕山末期的地層壓力系數(shù)為0.86～1.15，屬靜水壓力系統(tǒng)，天然氣沿?cái)鄬拥拇瓜蜻\(yùn)移以浮力驅(qū)動(dòng)為主，可用斷面構(gòu)造模型代替流體勢(shì)模型。

由于該區(qū)遭受燕山末期的整體抬升剝蝕和喜山運(yùn)動(dòng)的影響，利用剝蝕厚度恢復(fù)和構(gòu)造恢復(fù)方法重建燕山末期的斷面古構(gòu)造形態(tài)，以此建立斷層在成藏關(guān)鍵時(shí)刻的運(yùn)移動(dòng)力模型(見圖8)。

4.2.3 輸導(dǎo)層模型

測(cè)井資料解釋和巖心觀察發(fā)現(xiàn)，斷裂內(nèi)部結(jié)構(gòu)由破碎帶和裂縫帶構(gòu)成。破碎帶見斷層角礫及斷層泥，斷層滑動(dòng)面及階步、擦痕發(fā)育，充填次生方解石晶體，發(fā)育半充填或未充填高角度裂縫。斷層角礫巖由泥質(zhì)粉砂巖構(gòu)成，巖石破碎，孔滲性較好。斷層泥巖則較為致密，孔滲性較差。誘導(dǎo)裂縫帶位于破碎帶與圍巖之間，發(fā)育高角度縫、低角度縫及水平縫，其中兩組共軛高角度縫多為未充填-半充填且相互切割呈網(wǎng)狀。由斷層破碎帶向邊部，裂縫產(chǎn)狀逐漸由網(wǎng)狀高角度縫變?yōu)樗娇p為主，預(yù)示著高角度構(gòu)造縫可改善斷裂輸導(dǎo)性能。斷層結(jié)構(gòu)分析表明斷裂垂向輸導(dǎo)性受斷層泥巖含量影響，可用斷層泥比率(SGR)參數(shù)評(píng)價(jià)，如F2斷層SGR值分布于5%～20%，總體連通性較好，中南段略好于北段。

4.3 斷層優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道預(yù)測(cè)及勘探意義

以ArcGIS為研究平臺(tái)，輸入斷面古構(gòu)造圖、斷層輸導(dǎo)性能評(píng)價(jià)圖、斷層烴源區(qū)分布等圖形參數(shù)，應(yīng)用數(shù)字表面模型(DTM)進(jìn)行空間表征，基于概率模型計(jì)算油氣運(yùn)移指向概率。按照最大概率法則，從烴源區(qū)邊界出發(fā)追蹤和預(yù)測(cè)斷層油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道。優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道預(yù)測(cè)結(jié)果表明，斷層天然氣運(yùn)移路徑在斷層下部的供烴區(qū)最為密集，向上漸次匯聚為優(yōu)勢(shì)運(yùn)移路徑。受斷面起伏形態(tài)的控制，凸起斷面形成匯聚型優(yōu)勢(shì)運(yùn)移路徑，下凹斷面則形成發(fā)散型路徑，平直斷面形成平行路徑。以F2斷層為例，在測(cè)線L3400～L4200之間形成了多個(gè)匯聚型優(yōu)勢(shì)運(yùn)移路徑(見圖8)。

天然氣沿?cái)鄬酉蛏线\(yùn)移，遇砂巖輸導(dǎo)層則發(fā)生側(cè)向分配，淺層砂體與斷層運(yùn)移路徑在斷面處的空間匹配影響了天然氣的運(yùn)聚成藏。油田現(xiàn)場(chǎng)在氣藏開發(fā)過程中，依據(jù)動(dòng)靜、態(tài)資料將沙溪廟組砂體含氣情況由好到差劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類，統(tǒng)計(jì) 15個(gè)氣藏的連通性砂體所對(duì)應(yīng)的斷層運(yùn)移路徑類型，發(fā)現(xiàn)9 個(gè)Ⅰ類含氣砂體均匹配斷層的匯聚型優(yōu)勢(shì)運(yùn)移路徑，Ⅱ類含氣砂體有3個(gè)匹配匯聚型、2個(gè)匹配發(fā)散型運(yùn)移路徑，Ⅲ類含氣砂體則匹配發(fā)散型運(yùn)移路徑。斷層優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道預(yù)測(cè)結(jié)果與天然氣實(shí)際分布具有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，很好地解釋了斷層對(duì)天然氣垂向運(yùn)移及側(cè)向分配的影響，匯聚型優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道的斷-源-砂空間匹配最有利于天然氣運(yùn)聚成藏(見圖9)。

圖9 砂體含氣與斷層優(yōu)勢(shì)運(yùn)移路徑匹配關(guān)系圖

5 結(jié)論

1)油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道預(yù)測(cè)模型統(tǒng)一表征油氣運(yùn)移動(dòng)/阻力相關(guān)的地質(zhì)因素和評(píng)價(jià)參數(shù), 進(jìn)而預(yù)測(cè)油氣運(yùn)移指向并追蹤優(yōu)勢(shì)運(yùn)移路徑，較為準(zhǔn)確地反映油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移的地質(zhì)規(guī)律和認(rèn)識(shí)。概率估計(jì)方法的應(yīng)用使得該模型可充分、有效利用地質(zhì)綜合研究及評(píng)價(jià)成果，克服運(yùn)移相關(guān)參數(shù)及分布在勘探階段難以準(zhǔn)確獲取的難題。

2)油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道預(yù)測(cè)模型可應(yīng)用于滲透性巖層、斷裂和不整合等輸導(dǎo)體系類型，在實(shí)際應(yīng)用中則需開展相關(guān)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)和分析，建立輸導(dǎo)性能的地質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系并開展綜合空間評(píng)價(jià)，進(jìn)而應(yīng)用概率指標(biāo)實(shí)現(xiàn)輸導(dǎo)性能和運(yùn)移動(dòng)力的統(tǒng)一表征。滲透性砂巖和斷裂輸導(dǎo)體的應(yīng)用實(shí)例表明：該模型綜合應(yīng)用石油地質(zhì)綜合評(píng)價(jià)成果，實(shí)現(xiàn)盆地尺度下的油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道預(yù)測(cè)，可為油氣成藏規(guī)律研究和勘探目標(biāo)評(píng)價(jià)提供油氣運(yùn)移相關(guān)資料。