冀中坳陷文安斜坡第三系油气有效输导体系研究

郭 凯，曾溅辉，金凤鸣，郗秋玲，巩兴会

(1.中国石油长城钻探工程有限公司 解释研究中心，北京 100101； 2.中国石油大学 油气资源与探测国家重点实验室，北京 102249； 3.中国石油大学 地球科学学院，北京 102249； 4.中国石油 华北油田 勘探开发研究院，河北 任丘 062552；5.中国石化 上海海洋油气分公司 研究院，上海 200120)

冀中坳陷文安斜坡第三系油气有效输导体系研究

郭 凯1，曾溅辉2,3，金凤鸣4，郗秋玲4，巩兴会5

(1.中国石油长城钻探工程有限公司 解释研究中心，北京 100101； 2.中国石油大学 油气资源与探测国家重点实验室，北京 102249； 3.中国石油大学 地球科学学院，北京 102249； 4.中国石油 华北油田 勘探开发研究院，河北 任丘 062552；5.中国石化 上海海洋油气分公司 研究院，上海 200120)

通过断层和砂体特征、古鼻状构造、断层活动史及有效运移通道指数等分析，对冀中坳陷文安斜坡第三系油气输导体系的组成与有效性及其对油气运移的影响进行了研究。研究区输导体系主要由骨架砂岩与多级顺向和反向断层组成，倾伏于斜坡西侧生油洼槽的多个古鼻状构造与该区输导体系的良好配置构成了油气向斜坡汇集与运移的有利条件；油气大规模运移时斜坡上主要断层的垂向输导作用有限，而众多NE向断层侧向调节所导致的砂砂对接使得油气可穿层运移，油气主要以由深层至浅层的阶梯状长距离侧向运移为主。

输导体系；鼻状构造；生长断层；油气运移；冀中坳陷

输导体系是连接源岩与圈闭的桥梁与纽带，其实质是所有油气运移通道及相关围岩的总和[1-2]。众多学者已对输导体系的类型与组成、输导方式与特征及其对油气成藏的控制等进行过有益的探讨[1-4]。一般来说，输导体系主要包括断层或裂缝、渗透性砂体和不整合，目前已在断层封闭性及断裂带的输导作用[5-7]、不整合的结构及其输导作用[8-10]以及储层非均质性所导致的差异输导作用[11-12]等方面进行了许多卓有成效的研究。随着研究的深入，对于输导体系的研究已不再是单纯的静态刻画，而更侧重于对输导体系的时空演化及其有效性进行分析，从而阐明连接烃源灶与圈闭的有效输导体系及优势运移路径[13-15]。迄今为止，尽管已有不少学者对冀中坳陷文安斜坡的油气成藏特征与分布规律进行过研究[16-21]，但这些研究多侧重于简单的油气成藏条件与成藏特征总结，尚没有系统地对文安斜坡第三系油气输导体系的有效性进行过研究。本文旨在通过对文安斜坡断层、砂体与不整合及其组合关系的分析，并结合地质、地化等资料，对文安斜坡有效输导体系的形成及其控制下的油气有效运移通道进行研究，以期对该区的油气运聚规律有系统的认识。

1 地质概况

文安斜坡位于冀中坳陷霸县凹陷东部，东向大城凸起过渡，西与霸县洼槽和马西—鄚州洼槽相邻，向南延伸至饶阳凹陷的南马庄构造，北以里澜断裂与武清凹陷相隔(图1)。斜坡整体处于西断东超的霸县箕状凹陷的东部缓坡带，是一个NNE向展布的东抬西倾的沉积斜坡，面积约1 200 km2，区域地层西倾，第三系各组段由西向东逐层超覆。频繁的构造活动使斜坡内发育了NE-NNE向和NW向2组断裂体系，其中，第三系以NE-NNE向断裂体系为主。斜坡可分为北、中、南3段，其中，中南段发育4个宽缓的断裂鼻状构造带，自北向南依次为中段的苏桥南、史各庄鼻状构造和南段的长丰镇、议论堡鼻状构造；且斜坡低部位至高部位大致以两排顺向断层为界，可划分为内、中、外3个断层或沉积坡折带(图1)。文安斜坡第三系在古近系各层段(沙四段—东营组)及新近系馆陶组均发现油气，以构造、岩性—构造或构造—岩性油气藏为主，斜坡中段油气分布层位普遍较浅，而南段分布层位普遍较深[18]。其西邻的霸县和马西—鄚州洼槽沙三段和沙一下亚段主力烃源岩生成的油气为斜坡的主要油气来源。该区多油源、多断裂的特点使其油气运移情况复杂，同时由于多年的勘探使得斜坡上较易发现的油气藏已发现殆尽，勘探难度越来越大，亟需在斜坡带油气成藏规律等认识上有所突破。

2 输导体系组成及特征

一般来说，输导体系主要由砂岩输导层、不整合以及断层与裂缝等诸多要素中的一种或几种组成[2]。文安斜坡的输导体系主要由各级断层与各层位的连通砂体交错配置形成。

图1 冀中坳陷文安斜坡中南段构造位置与特征

2.1 砂岩输导体

文安斜坡中南段第三系沉积物源主要来自东侧的大城凸起，在斜坡背景下沙三段—馆陶组经历了从湖相沉积到河流相沉积的演变，不同时期骨架砂体的类型与发育特征明显不同。总体来看，文安斜坡骨架砂岩发育的主体部位呈现出自较深层位至较浅层位逐渐由斜坡内带向斜坡外带迁移，由南段向中段迁移的特点。沙三段和沙二段骨架砂岩以三角洲前缘的各类砂体为主，主要分布于斜坡较低部位的中内带，且以南段分布为主，累计厚度普遍在75 m以上(图2a，b)。沙一段和东营组骨架砂岩多为三角洲前缘分流河道砂及河流相砂体，主要分布于斜坡较高部位的中外带，且以中段最为发育，厚度多在60 m以上(图2c，d)。此外，馆陶组砂体主要为河道砂，砂岩几乎遍布于整个文安斜坡且普遍较厚。骨架砂岩的分布与斜坡上中段油气分布层位较浅、而南段分布层位较深这一油气分布规律[18]具有一致性，表明骨架砂岩发育对斜坡上的油气分布具有重要作用。

2.2 断层输导体

文安斜坡第三系断层主要呈NE向和NEE向展布，NE向断裂多为斜坡上的主断层，延伸较长，多在几至数十千米(图1)。斜坡中段第三系断层多是在古近纪区域伸展作用下形成的伸展正断层[22]，且多为古近纪持续发育的生长断层[23]。这些生长断层倾向NW或SE，倾角多在50°～75°，对斜坡的沉积结构及油气成藏具有重要的控制作用。此外，还发育众多NEE向后期浅层小断层，这些小断层在剖面上常与早期断层构成“Y”字形、反“Y”字形和复合“Y”字形等多种组合(图3)。斜坡南段主要发育马西—陵城、梁召、王仙庄3条主生长断层及众多的次级小断层，均属于马西走滑断裂系统[24]。马西断层北部为显著走滑段，走向近SN，延伸约20 km，断面陡直，以西倾为主，局部东倾并具逆断特征，该断层控制了马西洼漕的发育，沟通了马西洼槽烃源岩与斜坡储集层。

此外，受基底抬升活动的控制，凹陷中还发育了多期局部不整合，如沙三中亚段底部及沙二段底部不整合，但这些局部不整合在文安斜坡多分布局限或不发育，难以成为有效的油气运移通道。而文安斜坡馆陶组底部不整合之上普遍发育了一套厚度在20～60 m的砂砾岩，这套底砾岩广泛且稳定分布，理论上可以成为良好的油气输导层[9]。但由于该套不整合输导层分布较浅，因而其实际输导作用有限，仅在斜坡外带高部位具有一定的输导作用。

因此，文安斜坡第三系输导体系主要由骨架砂岩与断层构成，骨架砂岩的发育区多对应断层的展布区域(图2)，受断层错断作用，不同层位的骨架砂岩相互对接，砂体与多级顺向和反向断层等输导体组合配置形成了研究区独特的阶梯状输导体系(图3)，为油气由斜坡内带向外带的阶梯状运移创造了条件。

3 油气来源及运移指向

3.1 油源对比

文安斜坡南段毗邻马西—鄚州洼漕，而中段则与霸县洼漕相接，主要发育沙一下亚段、沙三中—下亚段2套烃源岩，其次为沙四段源岩，具有多洼漕、多套烃源岩供油的特点。沙一下亚段烃源岩由富氢页岩和暗色泥岩组成，在霸县洼漕和马西—鄚州洼漕均有发育，具有明显的植烷优势，姥植比一般小于0.7，Ph/nC18一般大于1[25]。沙三中—下亚段烃源岩也在霸县洼漕和马西—鄚州洼漕均有发育，具有较明显的姥鲛烷优势，姥植比绝大多数大于0.8，Ph/nC18多在1.5以下[25]。沙四段烃源岩分布局限，仅在霸县洼漕深层发育，其姥鲛烷优势十分明显，Pr/Ph一般大于2，Ph/nC18多小于0.5[25]。本次将所获得的16个原油样品与各套烃源岩对比，结果表明文安斜坡存在4种类型的原油。Ⅰ类原油主要来自沙一下亚段(Es1(下))烃源岩，具有低姥植比、高Ph/nC18的特点(图4)，在斜坡南段与中段均有分布。Ⅱ类原油主要来自沙三中—下亚段(Es3(中—下))烃源岩，具有较高的姥植比，较低的Ph/nC18(图4)，在斜坡南段与中段均有分布。Ⅲ类原油为混源油，原油与沙一下亚段和沙三中—下亚段烃源岩均有相似性(图4)，也在斜坡南段与中段均有分布。Ⅳ类原油主要来自深层沙四段(Es4)烃源岩，具有很高的姥植比和很低的Ph/nC18(图4)，仅在斜坡中段近霸县洼槽地区分布。

图2 冀中坳陷文安斜坡沙三段—东营组砂岩分布与第三系断裂叠合图

图3 冀中坳陷文安斜坡中段(a)与南段(b)第三系输导体系组成特征

图4 冀中坳陷文安斜坡烃源岩与 原油的Pr/Ph与Ph/nC18关系

总体来看，沙一下亚段和沙三段2套主要烃源岩生成的原油均运移至斜坡，且可能在斜坡中高部位混源。由于文安斜坡自形成伊始一直为面向洼槽的西倾斜坡，因而可以推测文安斜坡南段的原油应主要来自其西侧紧邻的马西—鄚州洼漕，而中段的原油则主要来自西侧霸县洼漕，且均主要由沙一下亚段和沙三中—下亚段烃源岩供油。因此，供烃洼漕及其内烃源岩的分布与发育特征导致了文安斜坡油气分区运移的格局。

3.2 古鼻状构造

古近纪渐新世以来，渤海湾盆地已由中生代时期的左旋剪切压扭构造体制，转变为拉张兼具右旋剪切的张扭构造体制[26]，在这一区域应力环境下冀中坳陷形成了拉张背景下的与剪切走滑作用有关的新生代伸展构造系统，且随着渐新世中晚期右行走滑作用及其扭转作用的增强，坳陷东部形成了一系列的NW向鼻状隆起[22]。文安斜坡发育的4个NW向断裂鼻状构造带也正与此有关。这些鼻状构造倾伏角多为4°～6°，轴部到翼部起伏高度约100 m，在斜坡中高部位宽约4～7 km(图5)。

从图2可知，研究区大片的区域性骨架砂岩主要围绕这些断裂鼻状构造带的轴部或翼部分布，且主要断层的延伸方向与鼻状构造的倾向斜交或近垂直，因而这些鼻状构造与研究区断层和砂体组成的输导体系形成了有利的配置。由于区域性的倾伏构造具有良好的汇油作用[27]，因此文安斜坡上向西倾伏于各生油洼漕的这些宽缓鼻状构造成为油气运移的主要指向，汇集于鼻状构造的油气会进一步沿着断层与砂体组成的阶梯状输导体系不断向斜坡高部位调整运移，遇到有利的遮挡条件便聚集成藏。

4 输导体系的有效性与油气运移

4.1 输导体系的时间有效性与油气运移

断层的活动性是决定油气沿断层垂向或侧向运移的主要因素[7]。在以断层和砂体为主的输导体系中，断层的活动性及其与砂体的配置关系无疑对油气运移方式具有重要的控制作用，其与油气运移时期的关系更是从时间层面上影响了输导体系输导油气的方式。因此，以断层和砂体为主的输导体系的时间有效性分析主要是指断层的活动史与油气运移期的匹配关系。

图5 冀中坳陷文安斜坡史各庄鼻状构造地震剖面

一般来说，断层的活动性直接影响其垂向封闭性，活动性强的断层往往具有较强的垂向输导作用，但当断层活动速率小于10 m/Ma时，其输导能力将大大降低而以垂向封闭为主[28]。对控制研究区油气成藏的主要生长断层的生长指数与古落差分析表明，这些持续活动的生长断层一般在孔店期—沙一期活动较强烈，至东营期活动全面减弱(图6)，在东营期及以后的最大活动速率为15 m/Ma，平均为9 m/Ma[23]，活动微弱。因此，该区主要生长断层在东营期以后的垂向输导作用较弱，绝大多数断层以垂向封闭为主。文安斜坡的供油洼漕霸县和马西—鄚州洼漕沙三段烃源岩主要生排烃期为馆陶期—明化镇期[25,29]，沙一下亚段烃源岩也主要在馆陶期末开始生油[29]。结合断层的活动史可知，油气大规模运移时斜坡上的断层已基本无垂向输导能力，油气沿断层的垂向运移有限，应主要以沿砂体的侧向运移为主。

图6 冀中坳陷文安斜坡主要生长断层的生长指数与古落差分析

4.2 输导体系的空间有效性与油气运移

研究表明，油气在输导层二次运移的过程中只沿有限的优势通道进行，真正的油气运移通道可能只占整个输导层的1%～10%[11,30]。而油气显示记录了油气在输导层中运移或分布的情况，但是单独利用油气显示的分布与厚度不能很好地反映油气运移通道，因而有学者将油气显示厚度与输导层的厚度结合起来分析有效运移通道的变化[31]。据此，本文将某一层位输导层的不同含油级别的累计油气显示厚度(考虑到荧光显示易受污染，计算时取其厚度值的50%)与该层骨架砂岩累计厚度的比值称为油气有效运移通道指数，并应用该指数来表征输导层发生过油气运移的有效通道，进而反映该输导层的有效输导范围及油气运移特征。

从有效运移通道指数的分布来看，各层位的有效运移通道差异很大。沙三段有效运移通道主要位于斜坡内带，中外带分布有限(图7a)。沙二段有效运移通道分布较广，在斜坡南段主要围绕议论堡鼻状构造分布，内带的马西断层和中外带的王仙庄断层都有分布，而在中段主要围绕史各庄和苏桥南鼻状构造带分布(图7b)。沙一段有效运移通道在斜坡南段主要沿中外带的王仙庄断层分布，在内带马西断层附近分布明显减小，而在中段虽仍主要分布于史各庄和苏桥南鼻状构造带，但其位置已经明显偏向于斜坡中外带(图7c)。相比于沙一段，东营组有效运移通道进一步向斜坡中段史各庄和苏桥南鼻状构造的中外带分布，而在南段基本无分布(图7d)。馆陶组有效运移通道仅分布于史各庄和苏桥南鼻状构造的外带高部位(图7e)。总体来看，在斜坡中段有效运移通道逐渐由内带沙三段和沙二段调整运移至中外带东营组和馆陶组，而在斜坡南段则主要由内带沙三段和沙二段调整运移至沙一段；有效运移通道逐渐由内带近洼漕处向斜坡中外带直至外带高部位分布，油气运移层位也逐渐变新，表现出长距离侧向运移的特征。 由于研究区断层的垂向输导作用有限，因而由内带至外带油气运移层位的变新可能主要受断层的侧向输导作用控制，即断层导致不同层段的砂砂对接，从而实现油气的穿层运移。综合分析认为，随着运移距离的增加，研究区鼻状构造带上多条北东向断层不断侧向调节，使得油气实现了由低部位至高部位、由深层至浅层的阶梯状长距离侧向运移。而在油气运移的过程中，当遇到侧向封闭性较好的断层或断层导致砂泥对接良好时，油气将受遮挡而聚集成藏，从而形成了研究区主要油气藏沿断层分布的规律。这也进一步说明，斜坡上油气藏的分布主要受控于断层展布及其与砂岩的配置关系，因而未来的勘探方向之一是加强对断层的研究，围绕与断层相关的断层油气藏或复合油气藏进一步突破。

图7 冀中坳陷文安斜坡沙三段—馆陶组油气有效运移通道指数分布

5 结论

(1)广泛发育的骨架砂岩与多级顺向和反向断层构成了文安斜坡第三系独特的阶梯状输导体系，而倾伏于生油洼槽的区域性古鼻状构造及其与以断层和砂体为主的输导体系的良好配置，有利于来自斜坡西侧霸县和马西—鄚州洼槽的油气向斜坡分区汇集并且向斜坡高部位运移。

(2)油气大规模运移时斜坡上主要断层的垂向输导能力较弱，主要以沿砂体的侧向运移为主，而鼻状构造带上多条北东向断层侧向调节所导致的不同层段的砂砂对接使得油气可穿层运移，从而表现出由斜坡内带至外带、由深层至浅层的阶梯状长距离侧向运移特征。

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(编辑 韩 彧)

Effective petroleum migration system in the Tertiary of Wen’an Slope, Jizhong Depression

Guo Kai1, Zeng Jianhui2,3, Jin Fengming4, Xi Qiuling4, Gong Xinghui5

(1.GeoscienceCenter,CNPCGreatwallDrillingCompany,Beijing100101,China; 2.StateKeyLaboratoryofPetroleumResourcesandProspecting,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China; 3.CollegeofGeosciences,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China; 4.ResearchInstituteofExplorationandDevelopment,HuabeiOilfield,CNPC,Renqiu,Hebei062552,China; 5.ResearchInstituteofSINOPECShanghaiOffshoreOil&GasCompany,Shanghai200120,China)

Based on the analysis of the characteristics of faults and sand bodies, paleo-nose structures, fault activity and effective migration pathway index, the constitution and effectiveness of the migration system in the Tertiary of the Wen’an Slope of the Jizhong Depression and its effect on oil migration were studied. The migration system of the study area was mainly comprised of framework sandstones and many normal or reverse faults. Several paleo-nose structures towards oil sourcing sags located in the west of the Wen’an Slope and their match with the migration pathway system was favorable for oil convergence and migration towards the slope. Vertical migration was limited during large-scale oil migration, but lateral migration could occur through sand juxtaposition of different formations laterally adjusted by many NE faults. Ladder-like lateral migration over long distance from deep to shallow was the dominant migration pattern.

migration pathway system; nose structure; growth fault; oil migration; Jizhong Depression

1001-6112(2015)02-0179-08

10.11781/sysydz201502179

2013-11-06；

2015-01-14。

郭凯(1986—)，男， 博士，工程师，从事油气成藏综合地质研究。E-mail: gk1228@126.com。

国家油气重大专项(2011ZX05006-001)资助。

TE122.1

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