油氣由凹陷區(qū)斷裂輸導向斜坡區(qū)砂體輸導轉(zhuǎn)換部位預測方法

付 廣，韓 旭

(東北石油大學地球科學學院，黑龍江大慶 163318)

油氣勘探的實踐表明，在含油氣盆地中由于凹陷區(qū)和斜坡區(qū)位置不同。油氣運移方向不同，凹陷區(qū)油氣以垂向運移為主，而斜坡區(qū)則以側(cè)向運移為主，造成其油氣聚集與分布規(guī)律明顯不同，油氣勘探思路也就不同。由此看出，能否準確地預測出油氣由凹陷區(qū)斷裂輸導向斜坡區(qū)砂體輸導轉(zhuǎn)換部位，對于正確認識含油氣盆地油氣分布規(guī)律和指導油氣勘探均至關重要。關于凹陷區(qū)斷裂輸導油氣和向斜地區(qū)砂體輸導油氣前人曾做過一定研究，對凹陷區(qū)斷裂輸導油氣研究主要表現(xiàn)在以下2個方面：一方面是根據(jù)斷裂類型與源儲之間的配置關系，研究輸導油氣的斷裂類型[1-6]，認為只有連接源巖和上覆目的儲層，且在油氣成藏期活動的斷裂，才是目的層輸導油氣的油源斷裂;另一方面是根據(jù)上述已確定出的此類油源斷裂分布區(qū)與源巖排烴分布區(qū)之間的關系，研究斷裂輸導油氣分布區(qū)[7-11]。認為只有源巖排烴分布區(qū)內(nèi)的油源斷裂分布區(qū)才是斷裂輸導油氣分布區(qū),二者缺少哪一個均不是斷裂輸導油氣分布區(qū)。對于斜坡區(qū)砂體輸導油氣研究也主要表現(xiàn)在以下2個方面：一方面是根據(jù)砂體是否連通和其上斷蓋配置垂向是否封閉，研究砂體輸導油氣所需的條件[12-14]，認為只有其上斷蓋配置垂向封閉且砂體連通分布才能輸導油氣，上述二個條件缺少哪一個砂體均不能輸導油氣;另一個方面是根據(jù)連通砂體所在地層頂面油氣成藏期古油氣勢能等值線法線匯聚線確定油氣側(cè)向運移路徑。以上這些研究成果對正確認識凹陷區(qū)和斜坡區(qū)油氣分布規(guī)律及指導其油氣勘探起到了非常重要的作用。然而，目前對油氣由凹陷區(qū)斷裂輸導向斜坡區(qū)砂體輸導轉(zhuǎn)換部位研究的相對較少，且僅是根據(jù)源巖排烴區(qū)邊界或油源斷裂分布區(qū)邊界進行確定斷裂輸導油氣分布區(qū)[15-18]，而對砂體輸導油氣分布區(qū)研究至今未見文獻報導，致使目前油氣由凹陷區(qū)斷裂輸導向斜坡區(qū)砂體輸導轉(zhuǎn)換部位的確定難以準確地反映地下的實際情況，影響了含油氣盆地凹陷區(qū)與斜坡區(qū)油氣分布規(guī)律認識和油氣勘探的深入。因此開展油氣由凹陷區(qū)斷裂輸導向斜坡區(qū)砂體輸導轉(zhuǎn)換預測方法研究，對于正確認識含油氣盆地凹陷區(qū)和斜坡區(qū)油氣分布規(guī)律和指導油氣勘探均具重要意義。筆者通過確定油源斷裂分布區(qū)和源巖排烴分布區(qū)確定凹陷區(qū)斷裂輸導油氣分布區(qū)，通過確定連通砂體分布區(qū)和砂體輸導油氣優(yōu)勢路徑分布區(qū)確定斜坡區(qū)砂體輸導油氣分布區(qū)，二者疊合建立一套油氣由凹陷區(qū)斷裂輸導向斜坡區(qū)砂體輸導轉(zhuǎn)換部位的預測方法。

1 油氣由凹陷區(qū)斷裂輸導向斜坡區(qū)砂體輸導轉(zhuǎn)換條件及部位

在含油氣盆地通常由于斜坡區(qū)不發(fā)育源巖，其油氣主要來自凹陷區(qū)，凹陷區(qū)主要是斷裂輸導油氣，而斜坡區(qū)則主要為砂體輸導油氣，那么凹陷區(qū)斷裂輸導油氣須向斜坡區(qū)砂體輸導轉(zhuǎn)換，才能使凹陷區(qū)油氣在斜坡區(qū)運聚成藏。然而，并非凹陷區(qū)斷裂輸導油氣均可向斜坡區(qū)砂體輸導發(fā)生轉(zhuǎn)換，應須滿足以下3個條件：

(1)第一個條件是斷裂輸導油氣遇到上覆封閉的區(qū)域性蓋層，使斷裂輸導油氣停止，向砂體中側(cè)向分流運移。因為封閉的區(qū)域性蓋層厚度相對較大，油源斷裂在區(qū)域性蓋層內(nèi)分段生長上下不連接，不是油氣穿過區(qū)域性蓋層的輸導通道，油氣不能通過油源斷裂穿過區(qū)域性蓋層向上運移，使斷裂輸導油氣停止，造成斷裂輸導油氣向區(qū)域性蓋層之下砂體中發(fā)生側(cè)向分流運移，如圖1(a)所示，否則斷裂輸導油氣將主要穿過區(qū)域性蓋層向上繼續(xù)運移，即使斷裂對盤對接砂體物性再好，也不會有大量油氣向其側(cè)向分流運移，如圖1(b)所示。

(2)第二個條件是斜坡區(qū)發(fā)育連通分布砂體，方可使斷裂輸導油氣側(cè)向分流進入砂體后在斜坡區(qū)進行砂體輸導油氣；否則即使斷裂輸導油氣向砂體側(cè)向分流運移，也不能向斜坡區(qū)進行砂體輸導油氣，只能在油源斷裂附近砂體尖滅中聚集。

(3)第三個條件是斜坡區(qū)連通砂體發(fā)育油氣運移優(yōu)勢路徑，才能使進入砂體中油氣在斜坡區(qū)進行長距離側(cè)向匯聚運移，從而完成油氣由凹陷區(qū)斷裂輸導向斜坡區(qū)砂體輸導轉(zhuǎn)換，對斜坡區(qū)油氣大規(guī)模聚集成藏起到貢獻作用；否則，進入到連通砂體中的油氣將會發(fā)散運移，不能在斜坡區(qū)砂體中進行長距離側(cè)向運移，也就不能對斜坡區(qū)油氣大規(guī)模聚集成藏起到貢獻作用。

圖1 斷裂輸導油氣向砂體側(cè)向分流運移條件示意圖Fig.1 Schematic diagram of oil and gas lateral shunt conditions transported from fault to sand body

圖2 油氣由凹陷區(qū)斷裂輸導向斜坡區(qū)砂體 輸導轉(zhuǎn)換部位示意圖Fig.2 Schematic diagram of oil and gas transmission from fault in depression area to sand body in slope area

由于凹陷區(qū)斷裂輸導油氣分布區(qū)主要受到油源斷裂分布的控制(圖2)，而斜坡區(qū)砂體輸導油氣分布區(qū)主要受到連通砂體輸導油氣優(yōu)勢路徑分布的控制，二者相接觸部位即油氣由凹陷區(qū)斷裂輸導向斜坡區(qū)砂體輸導轉(zhuǎn)換部位。如圖2所示，油氣由凹陷區(qū)斷裂輸導向斜坡區(qū)砂體輸導轉(zhuǎn)換部位有3種情況：①第一種是重疊帶狀接觸轉(zhuǎn)換部位，為油源斷裂與砂體輸導油氣優(yōu)勢路徑重疊接觸，最有利于油氣由凹陷區(qū)斷裂輸導向斜坡區(qū)砂體輸導轉(zhuǎn)換；②第二種是線狀接觸轉(zhuǎn)換部位，為油源斷裂與砂體輸導油氣優(yōu)勢路徑直接接觸，油氣由凹陷區(qū)斷裂輸導也較易向斜坡區(qū)砂體輸導轉(zhuǎn)換；③第三種是帶狀不接觸轉(zhuǎn)換部位，為油源斷裂與砂體輸導油氣優(yōu)勢路徑不能直接接觸，二者之間存在一個過渡帶，油氣要經(jīng)過一段距離的發(fā)散運移后才能砂體輸導，不利于凹陷區(qū)斷裂輸導油氣向斜坡區(qū)砂體輸導轉(zhuǎn)換。

2 預測方法

由上可知，要預測油氣由凹陷區(qū)斷裂輸導向斜坡區(qū)砂體輸導轉(zhuǎn)換部位，就必須確定出凹陷區(qū)斷裂輸導油氣分布區(qū)和斜坡區(qū)砂體輸導油氣分布區(qū)，二者相接部位即為油氣由凹陷區(qū)斷裂輸導向斜坡區(qū)砂體輸導轉(zhuǎn)換部位。

利用地震資料拆分凹陷區(qū)目的儲層內(nèi)發(fā)育斷裂斷穿層位，將連接源巖和目的儲層，且在油氣成藏期活動的斷裂，作為目的層油源斷裂。將所有此類斷裂圈在一起作為油源斷裂分布區(qū)。利用鉆井和分析測試資料，研究凹陷區(qū)源巖分布及其地化特征，由文獻[19]中源巖排烴門限的確定方法，確定凹陷源巖排烴門限，據(jù)此圈定凹陷源巖排烴分布區(qū)，將上述已確定出的油源斷裂分布區(qū)和源巖排烴分布區(qū)疊合，便可以得到凹陷區(qū)斷裂輸導油氣分布區(qū)。

由鉆井和地震資料統(tǒng)計斜坡區(qū)目的儲層地層砂地比，作其平面分布圖如圖3所示。統(tǒng)計研究區(qū)已知井點處目的儲層地層砂地比與其砂體內(nèi)油氣顯示特征，取含油氣砂體處最小地層砂地比作為砂體連通所需的最小地層砂地比。這是因為只有砂體連通，油氣方可在其內(nèi)部側(cè)向運移和聚集。

圖3 連通砂體分布區(qū)厘定示意圖Fig.3 Determination of distribution area of connected sandbody

由連通砂體所在地層頂面埋深，由地層古埋深恢復方法[20]恢復其在油氣成藏期古埋深，由式(1)計算其古油氣勢能，由其古油氣勢能等值線法線匯聚線，便可以得到其砂體輸導油氣優(yōu)勢路徑。將連通砂體內(nèi)所有砂體輸導油氣優(yōu)勢路徑圈在一起，便可以得到斜坡區(qū)砂體輸導油氣分布區(qū)。

將上述已確定出的凹陷區(qū)斷裂輸導油氣分布區(qū)與斜坡區(qū)砂體輸導油氣分布區(qū)疊合，便可以得到油氣由凹陷區(qū)斷裂輸導向斜坡區(qū)砂體輸導轉(zhuǎn)換部位。

(1)

式中，Φ為斷層面油氣勢能值，kJ；Z為斷層面埋深，m；P為斷層面流體壓力，MPa(其大小等于ρwZ,ρw為地層水密度，g/cm3)；g為重力加速度，m/s2；ρ為油氣密度，g/cm3。

3 實例應用

選取海拉爾盆地貝爾凹陷蘇德爾特地區(qū)作為研究實例，利用上述方法預測南屯組一段(南一段)上部油氣由凹陷區(qū)斷裂輸導向斜坡區(qū)砂體輸導轉(zhuǎn)換部位，并將預測結(jié)果與目前蘇德爾特地區(qū)南一段上部已發(fā)現(xiàn)的油氣分布進行比較，驗證該方法用于預測油氣由凹陷區(qū)斷裂輸導向斜坡區(qū)砂體輸導轉(zhuǎn)換部位的可行性。

蘇德爾特地區(qū)位于貝爾凹陷中部，構(gòu)造上包括蘇德爾特潛山構(gòu)造帶中部、貝西洼槽的部分地區(qū)和敖瑙海洼槽及霍多莫爾斷鼻構(gòu)造帶的局部地區(qū)，該區(qū)油氣鉆探所揭示的地層主要有白堊系和新生界，下白堊統(tǒng)地層由下至上為南屯組、大磨拐河組和伊敏組，上白堊統(tǒng)僅為青元崗組，如圖4所示。目前該區(qū)已發(fā)現(xiàn)油氣主要分布在南一段上部，少量分布在大磨拐河組，油氣主要來自貝西洼槽南一段下部源巖。研究區(qū)包括貝西洼槽凹陷區(qū)和蘇德爾特潛山構(gòu)造帶的斜坡區(qū)，能否準確地預測出南一段上部油氣由凹陷區(qū)斷裂輸導向斜坡區(qū)砂體輸導轉(zhuǎn)換部位，對于正確認識蘇德爾特地區(qū)南一段上部油氣分布規(guī)律和指導其油氣勘探均具重要意義。

利用地震資料拆分蘇德爾特地區(qū)斷裂斷穿層位，劃分斷裂類型(圖5)。由圖5可以看出，蘇德爾特地區(qū)只有Ⅰ、Ⅱ斷裂才是凹陷區(qū)南一段上部油源斷裂，因其連接了南一段上部和南一段源巖，且在油氣成藏期——伊敏組沉積末期活動。由圖6可以看出，蘇德爾特地區(qū)南一段上部主要發(fā)育3條油源斷裂，其中F1油源斷裂主要分布在其中北部，平面延伸距離相對較遠。F2油源斷裂分布在其西南地區(qū)，平面延伸距離其次。F3油源斷裂分布在其東北邊部，平面延伸距離相對較近，將3條油源斷裂圈起來即為蘇德爾特地區(qū)南一段上部油源斷裂分布區(qū)，如圖6所示?？梢钥闯?，蘇德爾特地區(qū)凹陷區(qū)南一段上部油源斷裂主要分布在其中北部地區(qū)。由蘇德爾特地區(qū)南一段下部源巖厚度及有機質(zhì)地化特征，根據(jù)文獻[19]中源巖排烴門限確定方法，確定出蘇德爾特地區(qū)南一段下部源巖排烴門限約為2 200 m，據(jù)此可以得到蘇德爾特地區(qū)南一段下部源巖排烴分布區(qū)。由圖6可以看出，蘇德爾特地區(qū)南一段源巖排烴分布區(qū)也主要分布在其中部及北部地區(qū)，面積大于油源斷裂分布區(qū)。

將上述已確定出油源斷裂分布區(qū)和源巖排烴分布區(qū)疊合，便可以得到蘇德爾特地區(qū)南一段上部凹陷區(qū)斷裂輸導油氣分布區(qū)，如圖6所示，蘇德爾特地區(qū)南一段上部斷裂輸導油氣分布區(qū)主要分布在其中北部地區(qū)。

圖4 蘇德爾特地區(qū)構(gòu)造及地層特征Fig.4 Structral and stratigraphic characteristics of Sudeerte area

圖5 蘇德爾特地區(qū)典型剖面斷裂類型劃分Fig.5 Fault type division of typical bisect in Sudeerte area

由鉆井資料統(tǒng)計蘇德爾特地區(qū)南一段上部地層砂地比，作其平面分布圖，如圖7所示?？梢钥闯?，蘇德爾特地區(qū)南一段上部地層砂地比最大可達到85%，主要分布在其東部地區(qū)，次極值砂地比也可達75%，主要分布在其西北地區(qū)和東北地區(qū)，由3個高值區(qū)向其四周南一段上部地層砂地比逐漸減小，在其中部的南部和北部南一段上部地層砂地比達到最小，小于18%。統(tǒng)計蘇德爾特地區(qū)已知井點處南一段上部地層砂地比與其內(nèi)砂體中油氣顯示特征(圖8)，取含油氣砂體處最小地層砂地比(約為18%)作為砂體連通所需的最小地層砂地比。由圖7和圖8可以得到蘇德爾特地區(qū)南一段上部連通砂體分布區(qū)，蘇德爾特地區(qū)南一段上部連通砂體主要分布在其東部和西部，少量分布在其中部的中部。由蘇德爾特地區(qū)南一段上部地層埋深，由地層古埋深恢復方法[20]恢復油氣成藏期——伊敏組沉積末期古埋深，由式(1)計算其油氣成藏期古油氣勢能值，由其古油氣勢能等值線法線匯聚線，便可以得到蘇德爾特地區(qū)南一段上部斜坡區(qū)砂體輸導油氣優(yōu)勢路徑分布，如圖6所示。由圖6可以看出，蘇德爾特地區(qū)南一段上部斜坡區(qū)7條砂體輸導油氣優(yōu)勢路徑分布區(qū)主要分布在中部地區(qū)。將上述砂體連通分布區(qū)和砂體輸導油氣優(yōu)勢路徑分布區(qū)疊合，便可以得到砂體輸導油氣分布區(qū)，蘇德爾特地區(qū)南一段上部砂體輸導油氣分布區(qū)主要分布在中部地區(qū)。

圖6 蘇德爾特地區(qū)南一段上部油氣由凹陷區(qū)斷裂 輸導向斜坡區(qū)砂體輸導轉(zhuǎn)換部位與油氣分布關系Fig.6 Relationship between oil and gas distribution and migration from fault of sag to sandbody in slope area of the upper Nantun 1 section in Sudeerte area

將上述已確定出的蘇德爾特地區(qū)南一段上部凹陷區(qū)斷裂輸導油氣分布區(qū)與斜坡區(qū)砂體輸導油氣分布區(qū)疊合，便可以得到其南一段上部油氣由凹陷區(qū)斷裂輸導向斜坡區(qū)砂體輸導轉(zhuǎn)換部位(圖6)。由圖6可以看出，蘇德爾特地區(qū)南一段上部凹陷區(qū)斷裂輸導油氣向斜坡區(qū)砂體輸導轉(zhuǎn)換部位主要分布在其中北部，其中部及南部為線狀接觸轉(zhuǎn)換部位，有利于南一段上部油氣由凹陷區(qū)斷裂輸導向斜坡區(qū)砂體輸導轉(zhuǎn)換，其北部為帶狀未接觸轉(zhuǎn)換部位，而且越向北越寬，不利于南一段上部油氣由凹陷區(qū)斷裂輸導向斜坡區(qū)砂體輸導轉(zhuǎn)換。由圖6可以看出，蘇德爾特地區(qū)斜坡區(qū)南一段上部目前已發(fā)現(xiàn)的油氣主要分布在中部油氣由凹陷區(qū)斷裂輸導向斜坡區(qū)砂體輸導線狀接觸轉(zhuǎn)換部位處的斜坡區(qū)，少量油氣分布在北部油氣由凹陷區(qū)斷裂輸導向斜坡區(qū)砂體輸導帶狀未接觸轉(zhuǎn)換部位處的斜坡區(qū)，這是因為只有位于南一段上部油氣由凹陷區(qū)斷裂輸導向斜坡區(qū)砂體輸導線狀接觸轉(zhuǎn)換部位處的斜坡區(qū)，才有利于油氣由凹陷區(qū)斷裂輸導向斜坡區(qū)砂體輸導轉(zhuǎn)換，形成大規(guī)模油氣在斜坡區(qū)聚集成藏，油氣鉆探才有大量油氣發(fā)現(xiàn)，而位于南一段上部油氣由凹陷區(qū)斷裂輸導向斜坡區(qū)砂體輸導帶狀未接觸轉(zhuǎn)換部位處的斜坡區(qū)，油氣由凹陷區(qū)斷裂輸導不能直接向斜坡區(qū)砂體輸導轉(zhuǎn)換，須經(jīng)歷一段發(fā)散運移，才能進行砂體輸導，不利于油氣在斜坡區(qū)大規(guī)模聚集成藏，油氣鉆探發(fā)現(xiàn)的油氣相對較少。

圖7 蘇德爾特地區(qū)南一段上部連通砂體分布Fig.7 Distribution of connected sandbody in the upper Nantun 1 section of Sudeerte area

圖8 蘇德爾特地區(qū)南一段連通砂體所需的最小地層砂地比厘定圖Fig.8 Determination of the minimum formation sand-ground ratio required for conncting sandbody in Nantun 1 section of Sudeerte area

4 結(jié) 論

(1)油氣由凹陷區(qū)斷裂輸導向斜坡區(qū)砂體輸導轉(zhuǎn)換部位應是凹陷區(qū)斷裂輸導油氣分布區(qū)與斜坡區(qū)砂體輸導油氣分布區(qū)的接觸部位，可以是疊置帶狀接觸和線狀接觸，也可以是帶狀未接觸，前兩者較后者更易使油氣由凹陷區(qū)斷裂輸導向斜坡區(qū)砂體輸導轉(zhuǎn)換。

(2)通過確定油源斷裂分布區(qū)和源巖排烴分布區(qū)來確定凹陷區(qū)斷裂輸導油氣分布區(qū)，通過確定連通砂體分布區(qū)和砂體輸導油氣優(yōu)勢路徑分布區(qū)來確定斜坡區(qū)砂體輸導油氣分布區(qū)，二者疊合建立一套油氣由凹陷區(qū)斷裂輸導向斜坡區(qū)砂體輸導轉(zhuǎn)換部位的預測方法，并通過實例應用驗證了該方法用于預測油氣由凹陷區(qū)斷裂輸導向斜坡區(qū)砂體輸導轉(zhuǎn)換部位是可行的。

(3)海拉爾盆地貝爾凹陷蘇德爾特地區(qū)南一段上部油氣由凹陷區(qū)斷裂輸導向斜坡區(qū)砂體輸導轉(zhuǎn)換部位主要分布在其中部，其南部和中部為線狀接觸轉(zhuǎn)換部位，有利于南一段上部油氣由凹陷區(qū)斷裂輸導向斜坡區(qū)砂體輸導轉(zhuǎn)換，易在斜坡區(qū)形成大規(guī)模油氣聚集；其北部為帶狀未接觸轉(zhuǎn)換部位，不利于南一段上部油氣由凹陷區(qū)斷裂輸導向斜坡區(qū)砂體輸導轉(zhuǎn)換，不易在斜坡區(qū)形成大規(guī)模油氣聚集，與目前蘇德爾特地區(qū)斜坡區(qū)南一段上部已發(fā)現(xiàn)油氣分布相吻合。

(4)該方法主要適用于砂泥巖含油氣盆地油氣由凹陷區(qū)斷裂輸導向斜坡區(qū)砂體輸導轉(zhuǎn)換部位的預測。