东营凹陷博兴地区沙三段油气成藏动力学分析及综合评价

吴 伟 蒋有录 王康宁 张亚军

摘要:运用油气成藏动力学分析的手段,对东营凹陷博兴地区沙三段不同油气聚集带的成藏要素、输导体系、成藏动力等条件进行详细解剖,根据各要素对成藏贡献的大小分配权值,利用加权求和建立定量评价系统,以此对成藏动力学要素进行综合分析,达到了对各油气聚集带综合评价的目的。得出了油源、输导体系、成藏动力条件均是控制油气富集的必要条件的结论,同时认为洼陷中心、南部和北部地区是油气聚集最有利的部位,而洼陷东部、西部为油气聚集相对较差的部位,为研究区沙三段油气勘探指明了方向。

关键词:东营凹陷;博兴地区;成藏动力;输导体系;流体势;综合评价

中图分类号:TE122文献标识码:A

引 言

近年来,国内关于油气成藏动力学的定义很多[1-5],归纳起来可以分为广义成藏动力学和狭义成藏动力学2大类。广义成藏动力学的研究对象包括油气的生成、运移、聚集、破坏、保存等过程,并可细分为生烃动力学、油气运聚动力学、油气藏破坏-保存动力学等分支;而狭义成藏动力学则主要是对油气运聚的动力学和运动学过程进行研究。狭义成藏动力学是建立在有机成因理论之上,以成熟烃源岩评价为基础,通过地质、地球物理、地球化学及计算机模拟等手段分析输导格架和流体运动场(温度场、压力场和应力场),并最终确定油气运聚动力学和运动学过程的一门学科。

随着中国东部老油田勘探程度的不断提高,成藏动力学研究已经成为油气成藏研究和油田增产稳产的必要手段,该文以胜利油田东营凹陷博兴地区沙三段为例进行油气成藏动力学评价。

1 研究区概况

博兴洼陷是东营凹陷最西部的一个次级构造单元,西以高青大断裂连接青城凸起,东以石村断裂为界,南接鲁西隆起,呈北断南超、北陡南缓的箕状洼陷,其形成主要受高青断裂和石村断裂控制。博兴地区是以博兴洼陷为中心形成的东营凹陷西南部油气区,研究区发现9个油气田,是胜利油田重要的油气生产基地。

基于油气有机成因理论,油源是油气成藏研究的基础。有关研究表明,博兴地区沙三段油气藏中的油气主要来自沙三段中、下亚段成熟烃源岩。该层段烃源岩厚度大,分布广泛,有机质含量丰富,沙三下亚段有机质类型以腐泥型为主,而沙三中亚段以腐植-腐泥型为主。沙三中、下亚段烃源岩形成于潮湿、微咸深水环境,以灰褐色油页岩为主,微量元素Sr/Ba大于1.0,古盐度在8.0‰～12‰之间,烃源岩累积厚度均达到200～400 m。

博兴地区沙三段储层在洼陷南部以三角洲前缘型砂体为主,包括水下分支河道砂体、河口坝、远沙坝、席状砂等砂体类型;洼陷中心则以深水浊积扇、三角洲前缘滑塌浊积扇等孤立砂体为主;洼陷西部主要以来自高青凸起的扇三角洲、近岸水下扇砂体为主;洼陷东部和北部以扇三角洲砂体为主。

研究区沙三段发育了大量的暗色泥岩、油页岩,分别在沙三上、中、下亚段形成区域性的直接盖层。博兴地区圈闭类型呈区带分布,主要包括岩性圈闭、构造圈闭和地层圈闭。岩性圈闭主要分布在洼陷中心,少量分布在洼陷东部;构造圈闭主要分布在洼陷南部、洼陷西部和洼陷东北部;地层圈闭主要分布在洼陷西部和洼陷南部。

博兴洼陷沙三段经历了2期成藏过程,即东营期、馆陶末—明化镇期[6-7]。第1期在渐新世末东营期,此时洼陷中心沙三下亚段部分生油岩区都已进入生油门限,但由于东营末构造运动造成的地层整体抬升而使该套生油岩生烃过程停滞,该成油期时间较短,生油气数量有限,不可能大规模地向正向构造带运聚,只能在洼陷区有利砂体中聚集成藏。第2期为东营期后研究区整体下降接受沉积,从馆陶末开始,沙三下亚段、中亚段烃源岩开始陆续大量排烃,成为研究区主要的油气成藏阶段。

2 输导体系特征

2.1 断层构成

博兴地区位于断陷盆地之中,其断裂十分发育(图1),其中控制博兴洼陷发育的边界断层有西部的高青断层和东北部的石村断层,另外南部的博兴断层对博兴洼陷沉积地层也起到很重要的控制作用。沙三段地层形成时期是高青断层和石村断层活动最频繁的阶段,而此时博兴断层也处于相对活跃阶段。

3条主要断层为研究区地层圈闭、构造圈闭成藏提供了有效的油气运聚路径。在第1次成藏高峰期-东营期,3条主要断层均处于阶段性活动高峰期,活动比较频繁,在油气运聚过程中充当了主要的纵向通道;而在第2期成藏高峰期,除了高青断层呈弱势活动外,石村断层和博兴断层基本处于稳定状态,此时封闭性好的石村断层、博兴断层东段成为油气横向运聚的遮挡,而砂体连接较好的博兴断层西段仍然可以做油气运聚垂向通道。

除3条主要断层之外,研究区内还发育了大量次级的东—西向、东北—南西向断层,这些断层对于洼陷内岩性圈闭、构造-岩性圈闭成藏起到了非常重要的作用。

2.2 高渗连通储层

孔渗性较好的砂体有利于油气的输导,是油气运移的优势通道[8]。通过对高孔渗砂体进行分层段统计分析,发现西部和西南部砂体连通性很好,沙三段高孔渗砂体厚,厚度纵向累计多数达100 m以上,是油气运移的优质横向通道;而中部地区孤立砂体比较多,而且分布十分不均一,不能形成有效的油气运移通道;北部和东南部地区砂体连通性较好,但是厚度比较小,沙三段累积厚度均在50 m以下,可以成为油气运移的横向通道,但效果欠佳。

2.3 不整合面

博兴地区不整合较为发育,主要分布在邻近鲁西隆起的南部斜坡带和青城凸起(图1)。不整合面由于经历长期的风化淋滤作用而改善其界面物性,可作为地层圈闭油气充注的通道,同时也可以作为地层圈闭的储集体。

3 成藏动力

3.1 浮力作用

当油气与地层水伴生时,由于密度差的存在,地层水对油气存在上举的浮力作用。这种作用推动油气向高部位运移,是油气从低部位向高部位运移的主要动力,构造脊往往成为浮力运移主要路径。研究区内,主要的构造低部位位于洼陷中心,而高部位为南部隆起区、西部青城凸起及东北部纯化隆起区。

3.2 地层压力

地层压力不仅在岩性圈闭油气聚集中具有支配作用,同时在构造圈闭油气聚集中也是非常重要的动力。

研究区内地层压力纵向上分布具有三段式特征。上段从地表到1 800～2 200 m,大体相当于静水压力段,属于正常压实带;下段是异常高压带,从2 400～2 600 m左右开始,不同地区起始深度差别较大,地层压力明显偏离了正常静水压力趋势线,属于欠压实带(或异常高压带);而在两段之间存在一个压力过渡带,地层压力比正常值稍高,但并不明显偏离正常趋势。

在平面上,沙三段地层压力分布特征比较明显:洼陷中部与东北部地层压力高,洼陷南部及西部地层压力较低,与静水压力接近。

3.3 毛管力作用

毛细管力作用是油气运移的主要阻力,它对油气运聚的范围和方向起到一定的控制作用。研究区内毛管力作用主要表现为上覆巨厚泥岩纵向封堵、封闭性断层与尖灭遮挡的横向封堵。区域性的毛管力封堵成为流体物质交换的阻碍,从而形成不同的流体系统;而局部的毛管力作用为油气运移指明方向。

3.4 流体势及油气运移

基于England流体势的定义[9],充分考虑浮力、地层压力、毛细管力等作用,结合压能、位能、动能、界面能等对研究区的油势进行了分析。研究表明(图2),沙三段地层中,洼陷东北部流体势能最大,其次为博兴断层西北、高青断层东部的洼陷中

心,洼陷南部斜坡带流体势能较低,洼陷西部高青凸起为势能最低的部位。另外,洼陷中心向西部和南部过渡时,势能梯度比较大,并且输导体系发育且配置良好,有利于油气长距离运聚;而在势能最大的洼陷中心与北部,烃源岩供烃量大,有利于就地成藏。

4 油气聚集带综合评价

针对地质体的评价涉及很多模糊、复杂的层次关系和影响因素,属于多目标、多准则的复杂决策系统,基于多种影响因素的层次划分和各种因素的模糊定量,建立定量评价系统,从而实现对油气聚集带的综合评价。

为了方便对研究区不同部分进行对比和评价,将评价目标划分为5个油气聚集带,即洼陷中心(大芦湖油田、小营油田、正理庄油田北部)、南部(正理庄油田南部、金家油田)、西部(高青油田、花沟气田)、东部(博兴油田)和北部(纯化油田、梁家楼油田南部、乔庄油田南部)。并将目标评价中涉及的因素划分为3个层次(目标层A、要素层B和指标层C),用框图形式说明层次的递阶结构与因素的从属关系(表1)。根据次一级因素在上一级因素中的作用大小赋予权重,同时赋予指标层各因素5个评价标准(0～1为差,1～2为一般,2～3为较好,3～4为好,4～5为很好)。

运聚效果综合评价(A)通过对各指标评价值加权求和来获得,结果如表2所示。洼陷中心、南部及北部3个油气聚集带综合评价指数均高于3.8,说明油气运聚效果很好;洼陷西部评价值数略高于3,而洼陷东部评价指数低于3,说明这2个聚集带油气运聚效果相对较差。

5 油气富集与成藏动力学的内在联系

在东营凹陷的4个生油洼陷中,博兴洼陷是独立性最强且相对贫瘠的生油洼陷,在生成的油气资源有限且输导体系耦合程度不同的情况下,不同部位的油气富集程度存在极大的差异。

洼陷中心部位有“近水楼台先得月”之优势,配合地层异常高压的动力作用,烃源岩生成的油气优先向洼陷内部的岩性圈闭充注,成藏后期岩性油气藏中油气受巨厚烃源岩强大毛管压力作用控制而得以保存,从而形成樊家、正理庄油田等大规模的岩性油气富集带,与相关研究成果[10]不谋而合。

洼陷南部尽管距离洼陷中心较远,但得益于沙三段三角洲前缘水下分支河道等砂体与正理庄鼻状构造的完美耦合,另外博兴断层东段开启性较好,形成了一条油源中心通往南部圈闭的一条“快速通道”。浮力、地层压力复合作用支配了油气在“快速通道”向洼陷南部运聚,形成了金家油田等构造和地层型油气富集带。

博兴洼陷发育极不对称,洼陷西部的高青凸起紧邻洼陷中心,高青断层下盘的大量近岸水下扇砂体是良好的横向通道,且主要成藏期高青断层持续活动,上下盘流体势梯度极大,大大促进了油气的垂向运聚,形成了一大批地层油气藏。

洼陷东部距离生油中心远,且输导体系和成藏动力均不利于油气聚集,造成了该地区沙三段油气藏的贫瘠。博兴断层东段封闭性极好,横向上连通砂体不多,流体势梯度小,均不利于油气长距离运移。洼陷东部沙三段也发育少量成熟烃源岩,但内部生成的油气量少,自源成藏是该区的主要成藏模式,沙三段油气藏发育少。

洼陷北部与东部相似,成藏动力和输导体系均不利于博兴洼陷油气向北运聚充注,但该区油源相对较好,且非常有利于研究区以北的油气向南充注,形成大批它源油气藏。

综上所述,油源、成藏动力、输导体系是控制油气富集成藏的3大要素,3者耦合程度的好坏直接支配油气的运聚效果。

6 结 论

通过对成藏静态要素、成藏动力、输导体系的综合研究,认为洼陷中心、南部和北部地区是油气聚集最有利的部位,而洼陷东部、西部为相对油气聚集相对较差的部位。这种油气动力学综合评价方法可以直观了解油气的富集规律,进而指导油气勘探工作。

研究还仅仅停留在静态分析上,在进一步研究中应当充分考虑利用地球化学分析、数值模拟等方法,能够动态展示成藏动力学特征的发展过程以及其与油气生排烃史、油气运聚史、油气藏破坏史等之间的内在关系。

参考文献:

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编辑 林树龙