南堡凹陷4号构造带蛤坨断层特征与油气成藏关系

张华文,周江羽,刘德志,刘国超,何雅娟

(中国地质大学(武汉)构造与油气资源教育部重点实验室,湖北武汉430074)

南堡凹陷4号构造带蛤坨断层特征与油气成藏关系

张华文,周江羽,刘德志,刘国超,何雅娟

(中国地质大学(武汉)构造与油气资源教育部重点实验室,湖北武汉430074)

南堡凹陷4号构造带断裂发育,既发育沟通烃源岩的深断裂,也发育沟通浅层圈闭的次级断裂。综合利用地震、测井、岩性等资料分析断层的空间展布,计算蛤坨断层的生长指数和断层泥比率(SGR),分析断层的活动性、封堵性,评价其输导性能,并结合其与烃源岩生排烃期的匹配关系研究断裂与油气运移、聚集的关系及控制规律。在典型油气藏剖面解剖的基础上,建立了4号构造带油气运聚成藏模式。

蛤坨断层;生长指数;断层泥比率;油气成藏;南堡凹陷

南堡凹陷位于华北板块北部,是渤海湾盆地群北侧中新生界叠合的含油气凹陷,其特征是经中生代、新生代断块运动而发育起来的一个中—新生界北断南超的箕状凹陷[1]。它是一个典型的陆相断陷湖盆,具有幕式沉降的特点。南堡4号构造(图1)位于曹妃甸次洼东侧,是一个近南北向展布的背斜构造,由北东向和北西向断层分割成若干断块,为近年来冀东油田勘探新区,其资源量大,是南堡滩海区主要含油气构造带之一。

作为油气运移的重要通道,断裂一直是国内外同界学者们的研究对象[2-4]。勘探实践表明含油气盆地,尤其是断陷盆地油气的聚集和分布与断裂有密切的关系。南堡凹陷蛤坨断裂带位于曹妃甸富油次洼的东侧,它对4号构造带的油气运移与成藏起到关键性的控制作用。断裂的空间展布,主断层的活动性与封闭性以及输导时期与源岩大量排烃期的匹配关系是影响油气运聚的重要因素,因此,综合这些因素,分析4号构造带油气成藏规律对今后的勘探实践起重要的参考作用。

图1 南堡凹陷4号构造带断裂体系分布特征Fig.1 Distribution of fault system in the 4thstructural belt of Nanpu Dep ression

1 烃源岩特征

南堡4号构造带临近曹妃甸生油次凹,分为3个构造层:前第三系基底,古近系断陷期层系(沙河街组Es、东营组Ed)和新近系坳陷期层系(馆陶组Ng、明化镇组Nm)。曹妃甸生油次凹的主力烃源岩为沙河街组和东营组暗色湖相泥岩,分四个段:Es31段、Es1段、Ed32段和Ed31段。

1.1 沙河街组烃源岩

Es31段形成于湖泊水进体系域及高位体系域,由一套粗碎屑岩与深灰色泥岩构成,属扇三角洲、浅湖—半深湖沉积环境。暗色泥岩厚度在100～300 m左右,暗色泥岩的TOC一般在1.5%～4%,其中TOC大于1%的泥岩厚度在50～200 m,干酪根类型以Ⅱ1—Ⅱ2型为主,是一套生烃潜力较大的优质烃源岩。

Es1段沉积时的沉积环境主要为半深湖、深湖、与浅湖相组成,总体形成于湖水较浅、构造较平静的沉积环境之中,局部地区发育三角洲沉积。暗色泥岩厚度在200～300 m之间,TOC一般在1.2%～2.3%,多数在1.6左右,其中TOC大于1%的泥岩厚度在50～250 m。干酪根类型以Ⅰ、Ⅱ2型为主,也是一套生烃潜力较大的优质烃源岩。

1.2 东营组烃源岩

东营组烃源岩主要为Ed3段,形成于浅湖—中深湖相,包括Ed32和Ed31两个亚段。

Ed32段的暗色泥岩厚度在100～300 m左右,TOC大于1%的暗色泥岩在50～200 m,平均TOC在1.5%～2.6%,有机质类型以Ⅱ1—Ⅱ2型为主,有机质成熟度在0.6%～0.8%,处于低成熟阶段,是一套生烃潜力较大的有效烃源岩。

Ed31段的暗色泥岩厚度在100～300 m左右,TOC大于1%的暗色泥岩在50～250 m,平均TOC在1.5%～2.6%,有机质类型以Ⅱ1—Ⅱ2型为主,有机质成熟度在0.5%～0.7%,处于低成熟阶段,也是一套生烃潜力较大的有效烃源岩。

2 蛤坨断裂体系

断层为一种很好的输导通道。垂向上,断层把多套烃源层和储集层连通起来,为油气的垂向运聚提供了空间,但那些持续活动、切穿区域盖层的“通天”断层则成为油气散失的通道;侧向上断裂带的物质特性和断距决定了两盘地层岩性配置和其本身的封闭程度。油气成藏过程中,断层的开启要么导致油气散失,要么使油气发生重新分配,使得断裂控制的原生油气藏极易发生再次运移。

2.1 断层的空间展布

蛤坨断层(图1)发育在曹妃甸次凹的东边界,走向北东转北西,延伸长度8.8～13.5 km,倾角40～60°,其分支断裂系共有8～10条,走向为北东、北东东延伸长度6～10 km,倾角40～70°。

平面上,分支断裂系与主断层呈斜交至近垂直相交,是在主断层发育过程中所伴生的小断层,比主断层发育晚,起分散油气与连通储层的作用。

垂向上(图2,图3),蛤坨断层与其分支断层系呈Y型和复Y性组合。蛤坨断层于新生代早期开始发育,断至中生界潜山,为一条典型的油源断层。断裂带具走滑、拉张性质,图2和图3显示出分支断层发育,基本为正断层,主断层断距为80～1 400 m,分支断层断距为20～600 m。

图2 北东向构造解释剖面Fig.2 Interpreted NEorientation structural profile

2.2 断层活动性

自从Thorsen[5]提出断层生长指数研究断层的活动性以来,生长指数在国内外同生断层的研究中得到了广泛的应用,被许多文献引用推广[6-7]。蛤坨构造带的断裂主要是同沉积断裂,通过对同沉积断层的生长指数的分析,可以定量分析断层的相对活动强度和断层的活动历史。

图3 北西向构造解释剖面Fig.3 Interp reted SW orientation structural profile

蛤坨构造带的断裂主要是同沉积断裂,通过对同沉积断层的生长指数的分析,可以定量分析断层的相对活动强度和断层的活动历史。选取过蛤坨断层的三条测线(图1),分别计算其生长指数,对蛤坨断层在不同时期的活动做定量的研究发现蛤坨控制着沙河街组和东营组的沉积,东西两盘地层厚度相差明显,可达300 m。计算结果表明(图4)蛤坨断层走向为北西的部分自Es3期开始活动,该部分北端主要活动期是Es2期,之后活动性减弱,南端在Es3和Ed3为其主要活动期,Es1和Es2期活动趋于平缓;断层在Ed1期活动性最弱,在Ng期又开始活动,生长指数在1.2～1.5之间。

图4 蛤坨断层生长指数Fig.4 The grow th index of Getuo Fault

主干断层与分支断层在平面及剖面上的不同组合样式对分支断层的活动性具有不同的影响方式。蛤坨断层与其分支断层在平面上具有帚状的组合型式,距主干断层距离越近的分支断层的活动性受主干断层的控制越明显,活动性也越强烈。

2.3 断层封堵性

活动期的断层的主体部分可以看成是开启的,而评价断层静止时期的封堵性和有泥岩剪切带发育在储层附近时断层的输导性就需要考虑由于塑性泥岩形成非渗透层侧向封堵和泥质充填物形成的垂向封堵。

Yielding等[8]提出的断层泥比率SGR(Shale Gouge Ratio),是评价断层的侧向封闭性的有效手段[9-10]。计算断距内的泥岩含量百分比率,其值越大,反映断层的侧向封堵性越好。通常按下列公式计算:

式中:SGR为通过各种机理挤入断层带的泥页岩的比例(地层一般是非均质的厚地层)。围岩中泥页岩含量越高,断层带中泥页岩、断层泥化可能性就越大,其孔渗性就越差,毛细管排替压力就越高,形成封闭的可能性就越大,反之就越小。根据Yielding等[8]用SGR区分断层是封闭还是开启的门限值为25%～30%,其值越大,封闭性越好。结合该区实际,利用项目已建立的SGR评价标准(表1)。计算结果见表2,蛤坨断层Nm封堵性较好;Ng可作为输导层;Ed1可作为输导层。

表1 SGR值等级评价标准Tab.1 The assessing standards of SGR

表2 SGR评价结果Tab.2 The evaluation results of SGR

3 时空匹配关系

同一条断层在不同时期的输导性能具有差异性,其开启与封闭时期及其与油气生排烃史的匹配性将在很大程度上影响,甚至决定断层输导油气的能力和输导量。对烃源岩做生排烃史模拟可以得到油气的主生排烃期[11-12]。

选取过剖面(图2,图3)的两口井NP4-2和NP4-3进行有机质演化史模拟,得到有机质成熟期及生排烃高峰期。Es31成熟期为Ed1中～Ng末,排烃高峰期为Ng末;Es1成熟期为Ng中～Nm末,排烃高峰期为2Ma～现今;Ed32成熟期为Nm初～现今,排烃高峰为现今;Ed31正处在成熟期和开始排烃期。

断层作为油气输导的重要通道,多数专家认为,在其活动期(生长指数>1),断层带主要为垂向开启状态,而在静止期,则可采用SGR值来判断断层是否可作为输导层。结合断层与油气生排烃史的匹配关系,可对断层的输导性作出有效的评价。

在Es31的成熟期(Ed1中～Ng末)及排烃高峰期Ng末,蛤坨断层生长指数在1.2～1.5之间,断层活动可将Es31的油气输导至上覆储层,输导性能好;在Es1的成熟期(Ng中～Nm末)及排烃高峰期(为2Ma～现今),蛤坨断层活动性逐渐降低,生长指数逐渐趋近1,而SGR值在Ed1和Ng较低,断层具备开启性,可作为Es1的部分油气通道;Ed32正处在大量生排烃期,Ed31正处在成熟期和开始排烃期,而现今断层不具活动性,垂向上断层处于关闭状态,SGR值则表明蛤坨断层具备侧向开启性,该两期油气可聚集于紧邻储层中。

4 聚集规律

南堡4号构造带位于柏各庄断层陡坡带蛤坨断层下降盘,构造带内发育一系列雁列式展布的断层。这些断层走向由北东向转为走向北西向并逐渐收拢相交,具有典型的羽状特征。蛤坨断层西部发育断鼻构造,为北东向和北西向两组断层切割,构造活动强烈,圈闭面积大;东部斜坡区发育地层圈闭。

南堡4号构造带油源主要来自于曹妃店次洼,距油源相对较远,油气多呈台阶状运移,具有更明显的混源特征。4号构造带成藏模式以断层输导断块圈闭、断层+砂体输导断块圈闭、断层+砂体输导背斜圈闭和断层+砂体输导上倾尖灭圈闭模式为主(图5)。

图5 南堡凹陷过NP4-2井剖面油气成藏模式Fig.5 Model of the hydrocarbon accumulation acrosswell NP4-2 in the 4thStructural Belt of Nanpu Dep ression

5 结论

(1)蛤坨断裂构造带临近曹妃甸生油次凹,蛤坨断层为油源断层,并与其分支断裂系共同形成了油气输导的通道。

(2)断裂系空间分布、生长指数及SGR值及其油气生排烃期的匹配关系显示:Ed1中～Ng末蛤坨断层输导性能好;Nm初～现今蛤坨断层输导性能逐渐变差,具备一定输导能力;现今蛤坨断层垂向上处于关闭状态,在Ed1～Ng侧向开启,可将油气输导至紧邻储层中。

(3)蛤坨断层作为油源断层对油气输导起重要作用,控制4号构造带的油气运移与聚集成藏。

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The relationship between Getuo fault and hydrocarbon accumulation in the 4thstructural belt of Nanpu Depression

Zhang Huawen,Zhou Jiangyu,Liu Dezhi,Liu Guochao,He Yajuan
(Key Laboratory of Tectonics and Petroleum Resources,M inistry of Education, China U niversity of Geosciences,W uhan430074)

Faults are well developed in 4thstructural belt of Nanpu Depression,among w hich there are not only deep faults linking hydrocarbon source rocks and traps,but also the associated faults that can reach shallow reservoirs.Based on the analysis results of seismic,logging and oil-testing data,the spatial distribution of faults have been analyzed,the grow th index of faults and Shale Gouge Ration(SGR)are calculated.In addition,evaluation has been done on the activity of faults,the sealing and transportation capability of faults.Combined w ith the study on the matching relationship between the fault activity w ith hydrocarbon generation and expulsion,analyzed w ith modeling results,the relationship between faultsw ith hydrocarbon m igration and accumulation,and the control rolesof the these faultson hydrocarbon migration and accumulation have been studied thoroughly.Finally,based on the analysis of the typical oil and gas reservoir p rofiles,themodel of hydrocarbon migration and accumulation of the 4thstructural belt has been constructed.

Getuo fault;grow th index;Shale Gouge Ration;hydrocarbon accumulation;Nanpu Depression.

book=14,ebook=9

TE122.1

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2010.02.014

1008-2336(2010)02-0014-06

2009-12-02;改回日期:2010-01-27

张华文,1986年生,男,中国地质大学(武汉)在读硕士研究生,主要从事石油天然气勘探开发方面研究工作。E-mail: zhanghuawen1456@163.com。