复合型花状构造油气富集规律——以渤海海域蓬莱C构造为例

张宏国，官大勇，宿 雯，刘朋波，张 参，麻旭刚



复合型花状构造油气富集规律
——以渤海海域蓬莱C构造为例

张宏国，官大勇，宿 雯，刘朋波，张 参，麻旭刚

(中海石油(中国)天津分公司 渤海石油研究院，天津 300452 )

渤海海域渤东凹陷南洼凹陷区蓬莱C构造是以明化镇组为主要目的层系的复合型花状构造，油气富集规律不明确导致潜力砂体勘探效果存在差异.根据复合型花状构造形成机制，以断裂研究为中心，运用相干切片、油源对比、断—砂耦合面积计算等方法，分析蓬莱C构造砂体油气富集规律.结果表明，该构造受控于郯庐断裂带新构造运动，晚期走滑挤压强度较小，造成早期派生断层再次活动及地层产状变化，“花心”部位易发育双/多断型砂体；根据断—砂耦合油气丰度半定量预测模板，认为双/多断型砂体是油气高丰度区；沙河街组有机质形成环境与类型较好，为主力烃源岩，不同烃源岩层系对砂体含油丰度影响较小；在成藏条件配置关系基础上，预测蓬莱C构造切入沙河街组烃源岩的断层附近位于“花心”部位的浅层砂体为油气富集区，砂体高部位断—砂耦合程度对油气运聚具有积极意义.

郯庐断裂； 蓬莱C构造； 油气运移； 浅层砂体； 断—砂耦合； 渤东凹陷

0 引言

蓬莱C构造位于渤东凹陷南洼凹陷区，组成为正断层，地层表现为两侧向中心上拱的背形，属于典型的复合型花状构造[1]，为烃源岩—断层—砂体的近源成藏模式.目前研究多集中于对地震识别及构造成因机制方面[2]，对形成机制与油气成藏内在联系及富集规律的研究尚不多见，有关成藏模式中断层—烃源岩配置的研究集中于断层对烃源岩生、排烃的影响及油气主运移方向的定性判断[3-4].在断层—砂体配置方面，孙建军[5]认为砂体与水平面之间夹角大于0°及反向的断—砂配置有利于油气向砂体分流；张新涛[6]提出断—砂耦合面积计算模式及公式，认为砂体低部位断—砂耦合面积与砂体含油丰度呈正相关关系.

根据复合型花状构造形成机制，笔者综合运用相干切片、油源对比、断—砂耦合面积计算等方法，分析不同层系烃源岩排烃量差异及砂体高部位断—砂耦合面积对砂体含油丰度的影响，引入砂体高部位断—砂耦合面积计算，制作油藏丰度半定量预测图版，为凹陷区复合型花状构造寻找高丰度油藏提供借鉴.

1 地质概况

蓬莱C构造位于渤海海域东部渤东凹陷南洼凹陷到东南斜坡的过渡区，处于蓬莱19-3/25-6油田区走滑断裂向北的延伸部分，浅层地层向中心方向上倾，整体表现为依托两条主控断层形成的复合型花状构造(见图1).南洼凹陷发育古近系沙河街组与东营组、新近系馆陶组与明化镇组、第四系平原组地层，其中，古近系为泥质沉积，新近系为砂泥互层沉积，花状构造的主控断层沟通古近系烃源岩与新近系储层，形成典型的下生上储型成藏模式.蓬莱C构造已钻井C1/C2井证实，明化镇组为极浅水三角洲沉积，砂岩质量分数在20%～25%之间，有利于形成构造—岩性圈闭，为主要勘探目的层系.不同井区及相邻砂体含油丰度存在差异，复合型花状构造油气富集规律呈现一定的复杂性，影响油气富集区的进一步探寻.

图1 蓬莱C构造区域位置Fig.1 Regional location of Penglai C structure

2 复合型花状构造形成机制

研究区位于郯庐断裂带，凹陷区复合型花状构造是郯庐断裂新构造运动的表现形式之一，长期活动断层为主要油源断层，晚期走滑挤压反转形成的背斜形态具有良好的聚油背景.受古近系塑性地层厚度等因素影响，郯庐断裂由凸起区蓬莱19-3/25-6油田区到凹陷区蓬莱C构造再到深凹区蓬莱A构造(见图1蓝色虚线方框)，走滑活动强度逐渐减弱，形成的断裂也各有差异.蓬莱19-3/25-6油田区的走滑断层(剖面线见图1C-D)平直，有的甚至直通海底[7](见图2(a))；蓬莱C构造走滑断裂(剖面线见图1A-B)在基底明显存在，受新近系末期新构造运动影响，走滑断层在浅层具有一定痕迹，剖面上表现为断面呈扭曲状，平面上表现为不连续的小段(见图2(b)、(c)).上新世与第四纪之间的“渤海运动”形成规模较大的走滑挤压应力场[8]，是蓬莱C构造与蓬莱19-3油田区最终定型的主要动力.两者不同的是，蓬莱19-3油田区

图2 蓬莱C构造与蓬莱19-3油田区走滑断裂对比Fig.2 Comparison of strike-slip fault between Penglai C structure and 19-3 oilfield

位于渤南低凸起，走滑强度较大，挤压反转形成背斜；蓬莱C构造位于渤东凹陷区，古近系塑性泥岩地层厚度较大，走滑作用被吸收，强度减小，仅诱发早期走滑派生断层的再次活动与地层产状的变化.在弱走滑挤压作用下，早期走滑派生断层再活动，形成沟通烃源岩与浅层砂体的运移断层，地层逆冲幅度小于伸展时期的断距，断层依旧保持正断层的性质，两侧地层向中心上拱形成背斜的形态，有利于周围油气向花状构造运聚.

3 砂体含油丰度差异性

蓬莱C构造走滑派生断层切至古近系泥岩地层，形成烃源岩—断层—砂体的近源成藏模式，油源断层与不同层系烃源岩配置、油源断层与砂体的耦合关系决定明化镇组砂体成藏与否及丰度大小.

3.1 烃源岩与油源断层配置关系

烃源岩排烃量直接决定成藏丰度的高低，不同层系烃源岩具有不同的有机质形成环境及类型，排烃量也有差异，因此需要研究油源断层与不同层系烃源岩的配置关系.在相似构造背景下，烃源岩有机质类型、沉积介质环境和岩性结构共同影响烃源岩的排烃效率[9]、排烃总量.渤东凹陷南洼东三段烃源岩是以Ⅱ型有机质为主的厚层较纯泥岩，由淡水—氧化沉积环境形成，排烃效率较低[10]，排烃量有限，适合就近在东营组上段或馆陶组下部成藏.沙河街组烃源岩是以Ⅰ—Ⅱ1类有机质为主的夹薄层砂岩的泥岩，由咸水—半咸水沉积环境形成，排烃量较大，是形成高丰度油藏的物质基础.

在蓬莱C构造近源成藏模式中，沙河街组和东营组烃源岩通过断层垂向运移至明化镇组成藏，油源对比是确定主力烃源岩层系的直接方式.分析C1井明化镇组油样色谱—质谱，上部两套主力油层具有中等—低C24四萜烷、中等—Ga、较低重排甾烷、中等4—甲基甾烷、中—高三芳甲藻甾烷的地化特征(见图3(a)、(b))，与沙河街组相似；下部壁心油样具有高C24四萜烷、低Ga、中等重排甾烷、低4-甲基甾烷、低三芳甲藻甾烷的地化特征(见图3(c))，与东营组相似.沙河街组烃源岩排烃量远大于东营组的，说明与沙河街组烃源岩接触的油源断层具有较大的垂向油气运移量.蓬莱C构造主干断层切至沙河街组，为油气主要的垂向输导通道，与它相搭接的次级断层对油气起再分配作用；其余切至东营组的断层为油气垂向运移次级通道，不易形成高丰度油藏.

3.2 油源断层与砂体耦合程度关系

在长期活动的油源断层与沙河街组充足油源的条件下，研究明化镇储层的断—砂耦合程度对于成藏至关重要[12].根据砂体与断层接触的长度与宽度之积得出断—砂耦合面积，砂体低部位耦合面积越大，砂体油柱高度越大，含油丰度越高[6]，表明断层与砂体的反向配置关系有利于油气充注[5].蓬莱C构造的C2井钻遇多个砂体，但是砂岩含油丰度差异较大，砂体的运移断层切至沙河街组烃源岩，不存在不同层系烃源岩对砂体含油丰度的影响；砂体与断层的配置关系为反向组合，且砂体的倾角基本相同；砂体油源断层相同且活动性基本一致.因此，断—砂耦合程度的差异是造成C2井砂体含油丰度差异的关键因素.计算各砂体高、低部位断—砂耦合面积(见表1)，在相同断层活动性及断层—砂体配置关系的条件下，砂体含油丰度不仅受低部位断—砂耦合面积的影响，同时也受高、低部位断—砂耦合面积的共同控制.

图3 C1井明化镇组油源对比Fig.3 Oil-source correlation of C1 well in Minghuazhen formation

油气经过烃源岩的初次运移和断层的二次运移，最终进入砂体成藏，油气总是由高势区向低势区运移[13].对单断型砂体，上倾尖灭的砂体中水体不可压缩，加之断面中油柱高度有限，难以突破砂体孔隙压力，导致砂体无法进行油气充注(见图4(a))；对双断型与多断型砂体，砂体中油气与水体可以向上倾方向流动，砂体充注量较大(见图4(b)、(c)).不同类型砂体油气充注量不同，取决于砂体高部位与断层接触程度的差异.断层的活动时期是应力不断释放的过程[14]，蓬莱C构造明化镇组砂体高部位存在断层时，断层形成油气运聚低势区，有利于油气斜向运聚，从而导致上倾尖灭的单断型砂体与高、低部位存在断层的双/多断型砂体，形成具有差异的油气运聚条件.明化镇组砂体含量较低，整体为富泥的岩性特征，因此断面两侧砂岩与砂岩对接造成断层侧封[15]的概率较小，断—砂耦合程度是蓬莱C构造C2井浅层砂体成藏差异的主控因素.

3.3 断—砂耦合油气丰度半定量预测模板

首先计算断层与砂体接触的倾角(α)及砂体自身与水平线之间的夹角(β)，结合钻遇砂体垂厚(h)，得出砂体与断层接触的宽度(H)；再与断—砂接触长度(L)相乘得出断—砂耦合面积(S)，计算C2井砂体高/低部位断—砂耦合面积(见表1、表2)，制成交会图版，可形成3种不同的油气丰度预测区间(见图5).类型A表明，砂体低部位断—砂耦合程度是砂体成藏的基础，即使在较小低部位与较大高部位耦合面积的配置下，油气丰度仍然较低(砂体g)；类型B类似于单断型砂体，在较大低部位与较小高部位耦合面积的配置下，砂体含油丰度仍然较低(砂体a、c、f).虽然砂体a测井解释为油水同层，距圈闭最高点26 m，油柱高度远小于26 m，在此视为含油丰度较低的水层；类型C表明，在较大低部位与较大高部位耦合面积的配置下，砂体含油丰度相对较高(砂体b、d、e)，且两者同时较大时，油柱高度越大(砂体e).因此，砂体高部位断—砂耦合对油气运聚具有积极意义，高低部位断—砂耦合面积的相对大小影响砂体的含油丰度，低部位耦合面积相差不大时，高部位耦合面积越大，砂体含油丰度越大(砂体b、d).在蓬莱C构造中，同时满足低部位断—砂耦合面积大于6×103m2与高部位耦合面积大于30×103m2的条件时，浅层砂体含油丰度较高.

图4 不同类型浅层砂体油气与水运移方向示意Fig.4 Migration model for water and oil & gas in different types of shallow sands

表1 C2井浅层砂体低部位断—砂耦合面积计算数据Table 1 Fault-sand coupling data in low position of shallow sand in C2 well

表2 C2井浅层砂体高部位断—砂耦合面积计算数据Table 2 Fault-sand coupling data in high position of shallow sand in C2 well

受张扭应力大小的差异影响，复合型花状构造的“花瓣”部位断层发育密度较小，相对于“花心”部位，有利于形成单断型砂体；“花心”部位断裂发育密度较大，双/多断型砂体较为发育，有利于形成砂体高部位的断—砂耦合.针对花心、花瓣部位发育砂体类型的差异，建立复合型花状构造“花瓣”、“花心”部位不同的运移模式(见图6)，不同砂体类型形成不同的运聚条件，是控制C1、C2井及C2井区不同砂体含油丰度的关键因素.深切沙河街组烃源岩的大断裂附近位于“花心”部位的双/多断型砂体是蓬莱C构造油气富集区.

断—砂耦合程度是浅层砂体成藏的关键因素，砂体高、低部位断—砂耦合面积共同影响含油丰度.断—砂耦合油气丰度半定量预测模板对“下生上储”的凹陷区复合型花状构造勘探具有一定借鉴意义.

图5 浅层砂体断—砂耦合预测油气丰度模板示意

图6 复合型花状构造浅层断—砂耦合类型模式Fig.6 Fault-sand coupling models in composite flower structure

4 结论

(1)蓬莱C构造的复合型花状构造形成受控于郯庐断裂新构造运动，走滑作用强度较小，仅产生早期走滑派生断层的再活动与地层的产状变化，为花状构造油气富集提供良好的运移断层及断层—地层组合类型.

(2)渤东凹陷南洼凹陷区沙河街组烃源岩相对于东营组排烃量较大，为优质烃源岩，断层与沙河街组烃源岩接触具有较大的垂向油气运移量；结合运移断层判断不同层系烃源岩对砂体油气丰度影响较小.

(3)在相同断层—砂体配置、断层活动性及侧封条件下，砂体高部位断—砂耦合面积对油气运聚具有积极意义；浅层砂体同时满足低部位耦合面积大于6×103m2和高部位耦合面积大于30×103m2的条件时，砂体含油丰度较高.

[1] 张参,官大勇,王明臣,等.渤海海域渤东低凸起南段构造演化与油气成藏[J].东北石油大学学报,2014,38(6):68-75.Zhang Can, Guan Dayong, Wang Mingchen, et al.Structure evolution and oil & gas accumulation of middle-southern part of Bodong low uplift in Bohai Sea waters [J].Journal of Northeast Petroleum University, 2014,38(6):68-75.

[2] 詹润,杨贵丽,张盛,等.青东凹陷复合型花状构造成因分析[J].大地构造与成矿学,2011,36(4):473-482.Zhan Run, Yang Guili, Zhang Sheng, et al.Analysis on the origin of the composite flower structure in Qingdong sag [J].Geotectonica et Metallogenia, 2011,36(4):473-482.

[3] 童亨茂,张生根,胡远清.断层作用热模型及其对烃源岩热演化的影响[J].地质力学学报,2006,12(4):445-452.Tong Hengmao, Zhang Shenggen, Hu Yuanqing.A quantitative model of heat production by faulting and its effect on thermal evolution of hydrocarbon source rocks [J].Journal of Geomechanics, 2006,12(4):445-452.

[4] 龚再升,杨甲明.油气成藏动力学及油气运移模型[J].中国海上油气(地质),1999,13(4):235-238.Gong Zaisheng, Yang Jiaming.Migration models and pool-forming dynamics [J].China Offshore Oil and Gas(Geology), 1999,13(4):235-238.

[5] 孙建军.不同类型断—砂配置输导的油气特征及成藏控制作用[J].东北石油大学学报,2013,37(1):57-63.Sun Jianjun.Transporting oil-gas characteristic with different fault-sandstone matching and control of oil-gas accumulation [J].Journal of Northeast Petroleum University, 2013,37(1):57-63.

[6] 张新涛,牛成民,黄江波,等.黄河口凹陷渤中34区明化镇组下段油气输导体系[J].油气地质与采收率,2012,19(5):27-30.Zhang Xintao, Niu Chengmin, Huang Jiangbo, et al.Hydrocarbon migration of Bozhong34 in Lower Minghuazhen formation, Huanghekou sag, Offshore Bohai sea [J].Petroleum Geology and Recovery Efficiency, 2012,19(5):27-30.

[7] 米立军.新构造运动与渤海海域上第三系大型油气田[J].中国海上油气(地质),2001,15(1):21-28.Mi Lijun.The Neotectonism and major Neogene oil and gas fields in Bohai Sea [J].China Offshore Oil and Gas (Geology), 2001,15(1):21-28.

[8] 龚再升,王国纯,贺清.上第三系是渤中坳陷及其周围油气勘探的主要领域[J].中国海上油气(地质),2000,14(3):145-156.Gong Zaisheng, Wang Guochun, He Qing.The Neogene: a main realm of hydrocarbon exploration in Bozhong sag and its surrounding areas [J].China Offshore Oil and Gas (Geology), 2000,14(3):145-156.

[9] 陈中红,刘伟.控制东营凹陷烃源岩排烃的几个关键因素[J].西安石油大学学报:自然科学版,2007,22(6):40-49.Chen Zhonghong, Liu Wei.Key factors of controlling the hydrocarbon expulsion of the source rock in Dongying sag [J].Journal of Xi'an Shiyou University: Natural Science Edition, 2007,22(6):40-49.

[10] 刘伟.东营凹陷沙河街组烃源岩结构对排烃及成藏的控制作用[J].油气地质与采收率,2005,12(5):30-32.Liu Wei.The Control of source rock structure on hydrocarbon expulsion and reservoir forming of Shahejie formation in Dongying sag [J].Petroleum Geology and Recovery Efficiency, 2005,12(5):30-32.

[11] 朱伟林,米立军,龚再升,等.渤海海域油气成藏与勘探[M].北京:科学出版社,2009:276-282.Zhu Weilin, Mi Lijun, Gong Zaisheng, et al.Reservoir forming and exploration in Bohai sea waters [M].Beijing: Science Press, 2009:276-282.

[12] 于海波,牛成民,彭文绪,等.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[J].中国海上油气,2010,22(3):149-154.Yu Haibo, Niu Chengmin, Peng Wenxu, et al.An analysis of Neogene fault and sandbody control over hydrocarbon accumulations in Yellow River Mouth depression: A case of the structure Kenli 3-2 [J].China Offshore Oil and Gas, 2010,22(3):149-154.

[13] 付广.西斜坡区萨二、三油层油气运移优势路径及对成藏的作用[J].大庆石油学院学报,2005,29(6):1-3.Fu Guang.Main oil-gas migration pathways of S2-3 oil layer in western slope zone and their effect on oil-gas accumulation [J].Journal of Daqing Petroleum Institute, 2005,29(6):1-3.

[14] 戴俊生.构造地质学及大地构造[M].北京:石油工业出版社,2006:138-147.Dai Junsheng.Structural geology and geotectonic [M].Beijing: Petroleum Industry Press, 2006:138-147.

[15] 吕延防,王帅.断层封闭性定量评价[J].东北石油大学学报,2010,34(5):35-41.Lu Yanfang, Wang Shuai.Quantitative evaluation of fault seal [J].Journal of Northeast Petroleum University, 2010,34(5):35-41.

2015-04-08；编辑：朱秀杰

国家科技重大专项(2011ZX05023-006-002)

张宏国(1986-)，男，硕士，工程师，主要从事油气勘探及石油地质综合方面的研究.

TE121.2

A

2095-4107(2015)04-0038-07

DOI 10.3969/j.issn.2095-4107.2015.04.005