黄河口凹陷新近系断裂-砂体控藏分析——以垦利3-2构造为例

于海波 牛成民 彭文绪 王德英 郑江峰

(中海石油(中国)有限公司天津分公司渤海油田勘探开发研究院)

黄河口凹陷新近系断裂-砂体控藏分析
——以垦利3-2构造为例

于海波 牛成民 彭文绪 王德英 郑江峰

(中海石油(中国)有限公司天津分公司渤海油田勘探开发研究院)

以垦利3-2构造为例,通过断层断距统计半定量分析了该构造区新近系断层活动规律,系统研究了断层活动、砂体发育对油气成藏的控制作用。断层活动时间与储盖组合“耦合”控制了油气垂向聚集层位,断层活动强度与砂体发育展布“耦合”控制了油气平面分布,边界断层应力调节带是油气聚集的优势区带。在断裂-砂体的控制下,新近系主要含油层段明下段形成了油气富集程度高的岩性-构造油气藏和构造-岩性油气藏。

黄河口凹陷 断裂-砂体 油气成藏 垦利3-2构造

关于我国东部油气区断层对成藏的控制作用的研究,前人大多是从新构造运动特征、区域断层活动规律、断裂几何学特征、断裂输导、断裂带内部特征及断层封堵等方面来分析[1-7]。近几年来,随着中国东部浅层河道砂体油气的不断发现,断裂-砂体控藏分析已受到越来越多的重视[8-9]。渤海海域南部黄河口凹陷烃源岩主要为古近系沙河街组湖相泥岩,但新近系明化镇组下段油气储量占到已发现油气储量的一半以上;受郯庐走滑断裂和新构造运动的影响,该凹陷区断裂发育,新近系主要为浅水三角洲和河流相沉积,河道砂体发育,油气聚集成藏明显受断裂和砂体共同控制。因此,笔者结合实际钻井结果,以垦利3-2构造为例,详细分析了断裂砂体“耦合”控藏特征,以期进一步揭示黄河口凹陷浅层河道砂体油气成藏的规律。

1 地质概况

垦利3-2构造位于黄河口凹陷西南斜坡带,与莱北低凸起相邻,是黄河口凹陷中央构造的一部分,处于郯庐走滑断裂西支构造带上(图1)。垦利3-2构造为发育于渤中34中央构造脊南缘的一个掀斜断块,新近系发育曲流河、浅水三角洲沉积,以厚层泥岩夹砂岩为特征,浅水三角洲前缘砂体与湖相泥岩、曲流河河道砂体与河漫滩泥岩等形成多套有利的储盖组合,断裂与砂体的发育构成了浅层油气聚集成藏的基本地质条件。

图1 垦利3-2构造区域位置图

2 断裂特征与砂体发育特征

2.1 断裂特征

受郯庐断裂西支走滑断层和新构造运动的影响,垦利3-2构造断裂活动比较强烈,断层较发育。早期主要受走滑断裂的控制和近东西向边界断层的影响,形成了半背斜或断块的构造背景;晚期受走滑断层及边界断层派生的次级断层的影响,浅层构造被复杂化,形成了一系列的局部圈闭,地层明显向北西方向倾斜。垦利3-2构造范围内,近南北向的走滑断层和近东西向的边界断层是主控断层,走滑断裂上下贯通,深部陡倾,在浅层并不显露,边界断层长期活动;边界断层、走滑断层及其派生断层在浅部呈“花状”结构,共同控制了区内新近系局部构造的形成及变形。

依据现有三维地震资料,对垦利3-2构造范围内主干断层断距进行了统计(图2),其中 F0为郯庐走滑断裂带的一部分,位于工区的东南端,向南延伸超出垦利3-2构造,走向近南北向;F1断层位于构造南部,为近东西走向,长期活动,向西延伸超出垦利3-2构造,最大垂直断距180m;次级断层F2～F5主要呈北东走向,断层性质均为正断层,以南东倾向为主,最大垂直断距30～130m。

图2 垦利3-2构造主干断层断距统计

2.2 砂体发育特征

钻井揭示,垦利3-2构造范围内发育古近系沙河街组和东营组、新近系馆陶组和明化镇组以及第四系平原组,其物源主要来自垦东凸起方向,其中沙河街组储层位于扇三角洲前缘亚相,主要为细砂岩,测井孔隙度7.4%～20.2%;东营组储层以粗—中砂岩为主,为辫状河三角洲沉积,测井孔隙度14.4%～24.4%,渗透率7.8～328.5mD,为中孔中低渗储层;馆陶组储层主要为含砾细砂岩、含砾中砂岩和细砂岩,为低弯度曲流河沉积,岩性较为疏松,孔隙发育,连通性好,测井孔隙度主要分布在15.0%～25.0%之间,渗透率主要分布在10.0～500.0mD之间;明下段储层主要为细砂岩、粉砂岩,为浅水三角洲沉积,岩心样品实测孔隙度20.3%～37.4%,渗透率4.8～2 716.8mD,具有中高孔渗的储集物性特征。

3 断裂-砂体耦合对油气成藏的控制作用

3.1 断层活动时间与储盖组合“耦合”控制油气垂向聚集层位

图3 垦利3-2构造主要含油层段明下段储盖组合特征

垦利3-2构造明化镇组下段主要为浅水三角洲相沉积,表现为“泥包砂”沉积特征(图3),砂岩含量10%～17%,平均14%,单砂层厚度0.4～28.9m,砂泥比小于20%,泥岩单层最大厚度可达95m,横向发育比较稳定,形成了浅水三角洲分流河道砂岩与浅水湖相泥岩组成的良好储盖组合,为油气的聚集成藏提供了良好的场所。

垦利3-2构造晚期断裂发育,大多数断至古近系,为边界断层F1和走滑断层F0的派生断层,主要形成于中新世构造运动较强时期,对沉积无明显的控制作用,主要是使浅层圈闭复杂化,对油气聚集成藏具有调整、控制作用。

通常多采用断层生长指数和断层落差[10-14]进行断层活动强度、活动规律的研究。垦利3-2构造断裂多数为晚期断层,与边界断层呈平行或“y”字型相交,上升盘与下降盘地层等厚,因此,结合该构造晚期断层活动特征,利用断距统计方法进行断层主要活动时间和活动强度半定量分析具有一定的可行性。从垦利3-2构造地震解释层位断层断距统计结果分析,F1～F5具有相似的特征(图4),即在 T0～T02之间的层位断距较大,在 T02层之上和在 T0层之下断距逐渐减小,表明明下段沉积中期应为晚期断裂F2～F5断层的主要活动时间,而F1为边界断层且长期持续活动。已钻井揭示,测井解释油气层主要分布在明下段中下部,占整个构造已发现油气层的69.6%,其次为馆陶组占25.4%,东营组和沙河街组共占5.0%,这与断层的主要活动时间具有一致性,进一步说明油气沿断至新近系长期活动的断层进行过垂向运移,形成多个含油气层位,晚期断层进一步调整、分配油气,所以断层活动时间与储盖组合的“耦合”关系决定了油气垂向聚集层位。

图4 垦利3-2构造断层断距统计特征

3.2 断层活动强度与砂体发育展布“耦合”控制油气平面分布

垦利3-2构造浅层沉积环境主要为浅水三角洲(明下段)、低弯度曲流河(馆陶组),砂体沉积受河道控制为主,河道侧向迁移比较大,导致储层横向展布存在一定的变化。明下段主要含油层段发育浅水三角洲前缘亚相沉积,物源来自垦东凸起方向,由于湖水波浪作用比较弱,沉积微相主要为分流河道沉积,河口坝和远砂坝相对不发育。垦利3-2构造浅层主要含油气层段地震属性图(图5)揭示,砂体在平面上主要呈北东—南西方向分布,与主要构造断裂走向一致,西北方向砂体发育较差。

图5 垦利3-2构造地震最小振幅属性图(图中黄色为河道砂体)

垦利3-2构造晚期断裂发育存在差异,南块断裂发育并形成多个断块或断鼻构造,北块断裂欠发育,边界断层、走滑断层及晚期断裂与砂体发育展布匹配关系对油气的平面富集起到了关键作用,并决定了构造内南北两块油气平面分布的差异性。

垦利3-2构造南块储层砂体、断裂发育(图5), F1为边界断层,长期持续活动,与砂体分布一起控制着南块油气的聚集分布。实钻结果表明,油气层主要发育在南块,3口井钻探的油层累计厚度占整个构造已发现油层的66%,各井钻遇的油气层厚度普遍大于北块,进一步证实了边界断层活动强度大,有利于油气运移聚集成藏。

垦利3-2构造北块 F2、F3、F4三条派生断层控制和调整油气的聚集成藏,它们在明下段 T1612、T1512、T1442(明下段中部主力油层顶面地震解释层位,控制油气层分布)时期活动特征具有一定的相似性,均表现为断层断距 F3最大,F4次之,F2最小(图6)。在这3条断层附近分别钻探了KL3-2-1、KL3-2-2和KL3-2-4井(图2),其中东部的KL3-2-1、KL3-2-2井储层分布稳定,具有可对比性,钻遇油气层的厚度与F2、F3断层活动强度具有很好的对应关系(图6),即断层活动强度大,油气聚集丰度高,油气层厚度大;西部的 KL3-2-4井油气层厚度相对较薄,实钻资料揭示该井油层发育受断层活动强度和砂体发育程度双重控制,尽管F4断层活动强度在该井区比较大,但因砂体横向变化导致储层欠发育,进而导致该井区油气聚集丰度不高。

图6 垦利3-2构造明下段断层断距及油层厚度统计

3.3 边界断层应力调节带为油气聚集优势区带

边界断层 F1断距大,长期处于活动中,但早期活动强度较弱,晚期活动性增强。在边界断层F1控制的南块所钻探的3口井中,KL3-2-3井所在区域浅层明下段、馆陶组油气富集程度高,油气层厚度大,分别占新近系已发现油气层累计厚度的25%和17%(图7),边界断层F1在此处的特征表现为断距较小,而从此处向两端断距均较大,说明在构造运动期间,边界断层应力在 KL3-2-3井区发生了变换,使得该井区成为应力调节带(图7)。

图7 垦利3-2构造油层分布与边界断层断距特征

构造应力调节带的存在是 KL3-2-3井区浅层油气聚集丰度高的主要原因。构造应力是油气聚集的主要动力之一,尤其是成藏期构造应力场直接控制油气聚集和分布[15]。油气总是从高势区向低势区运移,油势梯度变化最大的方向为油气运移的主要方向,低油势区是油气聚集的最有利区[15-16]。构造应力场与油气运移势场具有密切的相关关系,在构造应力场中,油气流体势能高低不均衡,导致应力驱动油气从高势能区向低势能区运移[17]。边界断层F1的断距在 KL3-2-3井区比由该井区向两端要小(图7),该带处于应力低势区,为油气运聚成藏的优势区带。

3.4 断裂-砂体“耦合”关系控制油气富集程度及成藏模式

垦利3-2构造断层活动时间与储盖组合的“耦合”控制了油气的垂向聚集层位,断层活动强度与砂体发育展布的“耦合”制约并影响了油气平面分布,来自黄河口凹陷西南次洼的油气经断裂、砂体、不整合面组合形成的复式输导系统运移至该构造后,沿断层进行垂向运移,沿储层侧向汇聚。

对垦利3-2构造主力含油层段明下段按油组进行统计,结果表明砂岩百分含量与油气层厚度之间的相关关系可分为两种情况(图8):一是油气层厚度与砂岩百分含量呈正相关关系,油气成藏主要受砂体发育控制,即砂岩百分含量高、厚度大,相应的油气层厚度大、富集程度高;二是油气层厚度与砂岩百分含量相关性不明显,油气成藏主要受断层活动控制,在断层活动时间内,断层活动强度大,油气充注能力强,油气层厚度大、富集程度高。

图8 垦利3-2构造明下段各油组砂岩百分含量与油气层厚度关系

理论上,断层和砂体的接触关系与油气聚集关系密切,平行于断层的砂体不利于油气聚集,斜交或正交于断层的砂体有利于油气聚集成藏。邓运华提出断裂-砂体油气运移“中转站”模式,认为当砂体内的油气达到一定的饱和度时,在温压系统的作用下,随着断层的“幕式”活动,油气从砂体即“中转站”中沿断层向上运移成藏[9]。薛永安等提出断层-储层组合样式控制浅层油气富集,并根据大断层上升盘、下降盘两侧储层翘倾方向不同,将断层-储层组合样式划分为下倾-上抬型、下倾-下倾型、上抬-上抬型和上抬-下倾型4种类型[18]。垦利3-2构造边界断层与两侧砂体组合形成下倾-下倾型,表现为典型的断裂主控下油气倾向于在下降盘聚集的特征,构造范围内浅层断裂活动性强,油气充注能力强,砂体发育展布影响了油气的分布,断层-砂体的耦合关系控制了油气的富集程度,主要含油层段明下段油气分布受构造和岩性双重控制,形成岩性-构造油气藏和构造-岩性油气藏(图9)。

图9 垦利3-2构造油藏剖面图

4 结论

(1)断层活动时间与储盖组合“耦合”共同控制了垦利3-2构造油气垂向聚集层位,决定了油气主要在新近系明下段聚集成藏;断层活动强度与砂体发育展布“耦合”控制了垦利3-2构造油气平面分布,导致构造南北两块油气分布存在差异;边界断层应力调节带为垦利3-2构造油气聚集的优势区带。

(2)断层-砂体“耦合”关系控制了垦利3-2构造油气富集程度及成藏模式。在断层主要活动时间内,断层活动强度大,砂体发育,油气富集程度高,油气层厚度大;主要含油层系明下段油气分布受构造、岩性双重控制,形成岩性-构造油气藏和构造-岩性油气藏。

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(编辑:崔护社)

Abstract:As a case study,Neogene fault activity is semi-quantitatively analyzed by counting fault throws,and the control of Neogene fault activity and sandbody development over hydrocarbon accumulations are systematically researched in the structure Kenli3-2.The results have shown that the vertical intervals of hydrocarbon accumulation may be controlled by a“coupling”between fault activity time and reservoir-seal assemblage,that the hydrocarbon area distribution may be controlled by a“coupling”between faulting intensity and sandbody development,and that the stress adjustment zones of boundary faults are preferential in hydrocarbon accumulation.Under the control of fault and sandbody,some lithologic-strctural and structural-lithologic hydrocarbon accumulations formed in Lower Member,Minghuazhen Formation,which is one of Neogene main oil-bearing intervals in the area.

Key words:Yellow River Mouth depression;faultsandbody;hydrocarbon accumulation;the structure Kenli3-2

An analysis of Neogene fault-sandbody control over hydrocarbon accumulations in Yellow River Mouth depression:a case of the structure Kenli 3-2

Yu Haibo Niu Chengmin Peng Wenxu Wang Deying Zheng Jiangfeng
(Bohai Oilf ield E.&P.Research Institute,

Tianjin B ranch of CNOOC L td., Tinajin,300452)

于海波,男,2007年毕业于成都理工大学矿产普查与勘探专业,获硕士学位,现从事油气勘探研究。地址:天津市塘沽区609信箱勘探开发研究院(邮编:300452)。