源断时空匹配关系及其对油气运聚的控制作用

2015-10-18宋建阳孙同文

特种油气藏 2015年4期

宋建阳，付广，厉娜，胡明，孙同文

(1.东北石油大学，黑龙江大庆 163318;2.油气藏形成机理与资源评价黑龙江省重点实验室，黑龙江大庆 163318)

0 引言

随着油气勘探的深入，人们越来越认识到并不是所有断裂均可成为油气运移的输导通道，只有连接源岩和目的储层，且在源岩大量排烃期活动的断裂才能成为油气输导断裂[1]。输导断裂的分布在一定程度上控制着下生上储式生储盖组合含油气盆地油气的分布，能否正确认识源岩与输导断裂之间的时空匹配关系及其对油气运聚的控制作用是下生上储式生储盖组合油气勘探的关键。虽然前人曾对断裂输导油气作用做过大量研究和探讨[2－5]，但这些研究主要是从断裂本身发育特征入手，结合其是否沟通源岩和目的储层，以及在源岩大量排烃期其是否活动着手研究，并通过其与油气分布之间关系来分析研究断裂对油气成藏与分布的控制作用[6－9]。虽然也提到了断裂与源岩之间的时空关系，但仅仅将连接源岩与目的储层且在源岩大量排烃期活动的断裂作为油气输导断裂，并没有考虑其他情况下源岩和输导断裂时空匹配关系对油气运聚的作用，这不利于含油气盆地下生上储式生储盖组合油气勘探的深入。通过开展源岩和输导断裂时空匹配关系及其对油气运聚的控制作用研究，在源断空间匹配类型及其对油气聚集的控制作用研究取得了新认识，对正确认识含油气盆地下生上储式生储盖组合油气成藏规律和指导油气勘探均具重要意义。

1 源断空间匹配关系及其特征

源断空间匹配关系是指源岩和目的储层是否被输导断裂连接，以及被输导断裂连接的源岩个数之间的匹配关系。输导断裂只有与源岩连接，才能成为油气垂向运移的输导通道，而且连接源岩个数越多，越有利于油气大规模进行垂向运移;否则，断裂不能成为油气垂向运移的输导通道，只能对油气侧向运移起到连接或变径作用。通过含油气盆地下生上储式生储盖组合源岩与输导断裂之间空间位置关系研究，可以得到源断空间匹配有以下3种关系。

1.1 多源断匹配关系

多源断空间匹配关系是指输导断裂同时连接2套以上源岩和目的储层，这种空间匹配位于含油气盆地油源区内，2套以上源岩生成的油气通过输导断裂向上覆目的储层中输导运移，有利于油气大规模向上覆目的储层中垂向运移。如渤海盆地南堡凹陷中浅层(古近系东营组一段—新近系明化镇组)，目前已找到了大量油气。油源对比研究结果[10]表明，其油气主要来自下伏古近系沙河街组三段或沙河街组一段—东营组三段2套源岩。由于中浅层目的储层与这2套源岩之间被多套泥岩层相隔，使其生成的油气不能通过地层孔隙直接向上覆中浅层运移，只能通过Ⅴ、Ⅵ型输导断裂[11]才能使其生成的油气运移至上覆中浅层中，其中只有Ⅵ型输导断裂同时连接了这2套源岩和上覆中浅层，可使其生成的油气沿其向中浅层输导运移，属于典型的多源断匹配关系。

1.2 单源断匹配关系

单源断空间匹配关系是指输导断裂只连接一套源岩和目的储层，该匹配关系也位于含油气盆地的油源区内。有一套源岩生成的油气通过输导断裂向上覆目的储层中输导运移，虽然有利于油气垂向运移，但其油气运移规模明显不如多源断匹配关系。如南堡凹陷Ⅴ型输导断裂仅连接了沙一段—东三段源岩和上覆中浅层，没有连接下伏沙三段源岩，只有沙一段—东三段一套源岩生成的油气沿其向上覆中浅层运移，属于典型的单源断匹配关系。

1.3 无源断匹配关系

无源断空间匹配关系是指输导断裂无源岩分布，不能连接源岩和上覆目的储层。此空间匹配关系分布在油源区之外。油源区内源岩生成的油气不能直接沿输导断裂向上运移，只能对沿砂体或不整合面侧向运移油气起到侧向连接或变径作用，如松辽盆地杏北地区位于下白垩统泉头组四段的扶余油层，目前已获得工业油流，油源对比结果[10]表明:油主要来自西侧古龙凹陷上白垩统青山口组一段源岩，古龙凹陷青一段源岩生成的油在超压的作用下，通过输导断裂(连接青一段源岩和下伏扶余油层，且在青一段源岩大量排烃期—上白垩统明水组沉积末期活动的断裂)向下伏扶余油层倒灌运移。进入扶余油层中的油在浮力作用下沿砂体向杏北地区发生侧向运移。在杏北地区油在侧向运移过程中还会遇到大量输导断裂，这些断裂对油侧向运移起变径作用，但由于受上覆青一段泥岩厚层盖层的阻挡，这种变径作用并不能使油运移至地表，使油继续沿砂体侧向运移，输导断裂仅起到的是侧向连接作用，属于典型的无源断匹配关系。

2 源断时间匹配关系及其特征

源断时间匹配关系是指源岩大量排烃期与断裂活动时期之间的匹配关系，如果源岩大量排烃期与输导断裂活动时期同期，源岩排出的油气可以沿输导断裂进行大规模运移，有利于油气大规模聚集成藏;相反不管是源岩大量排烃期早于或晚于输导断裂活动时期，无或仅有少量油气沿输导断裂运移，不利于油气大规模聚集成藏。按照源岩大量排烃期与输导断裂活动时期二者时间的相对关系，按源断时间匹配关系有以下3种类型。

2.1 源早断晚匹配关系

源早断晚时间匹配关系是指源岩大量排烃期早于断裂活动时期，如图1所示，由于源岩大量排烃期相对较早，而输导断裂活动时期相对较晚，虽然断裂连接了源岩和上覆目的储层，但也无油气或仅有少量油气可以沿输导断裂向上覆目的储层进行运移，不利于油气大规模聚集成藏。如松辽盆地北部徐家围子断陷深层(下白垩统泉头组二段以下地层)在下白垩统营城组火山岩中找到了大量天然气，气源对比结果[12]表明，天然气主要来自下伏的下白垩统沙河子组源煤系源岩，由于营城组火山岩储层与下伏沙河子组源岩之间被多套泥岩层或致密火山岩相隔，沙河子组源岩生成的天然气无法通过地层孔隙直接向上覆营城组火山岩中运移，只能通过Ⅴ、Ⅵ和Ⅶ3类输导断裂[13]使沙河子组源岩生成的天然气运移进入营城组火山岩中(图2)。由断裂生长指数法[14]和活动速率法[15]，结合区域构造发育史剖面分析，可知徐家围子断陷营城组火山岩中的Ⅴ、Ⅵ和Ⅶ3类输导断裂的活动时期主要有火石岭组、沙河子组、营城组、青山口组—姚家组、嫩江组沉积末期、明水组沉积末期和古近系沉积末期7个时期。由源岩生排气模拟结果[12]可知，徐家围子断陷沙河子组源岩在登娄库组沉积早期开始向外排气，在青山口组沉积时期达到大量排气期。通过比较沙河子组源岩大量排气期与输导断裂活动时期可以看出，徐家围子断陷营城组火山岩中的Ⅴ、Ⅵ和Ⅶ3类输导断裂在古近系沉积末期的断裂活动时期晚于沙河子组源岩大量排烃期，二者属于源早断晚匹配关系，不利于沙河子组源岩生成的天然气沿Ⅴ、Ⅵ和Ⅶ3类断裂向上覆营城组火山岩中运移。

图1 源断时间匹配关系类型示意图

2.2 源断同期匹配关系

源断同期匹配关系是指源岩大量排烃期与断裂活动时期同期，如图1所示，该匹配关系中由于源岩大量排烃期与断裂活动同期，源岩排出的大量油气便可以沿输导断裂大量向上覆目的储层中运移，有利于油气大规模聚集成藏。如上述松辽盆地北部徐家围子断陷营城组火山岩中Ⅴ、Ⅵ和Ⅶ3类输导断裂[13]在青山口组—姚家组的活动时期与沙河子组源岩大量排烃期一致，二者属于源断同期匹配;有利于沙河子组源岩生成的天然气沿Ⅴ、Ⅵ和Ⅶ3类输导断裂向上覆营城组火山岩中运移。

图2 徐家围子断陷断裂系统划分模式

2.3 源晚断早匹配关系

源晚断早匹配关系是指源岩大量排烃期晚于断裂活动时期(图1)，该匹配关系中由于断裂活动时期早于源岩大量排烃期，当断裂活动时，源岩尚未大量生成油气，虽然输导断裂连接了源岩和上覆目的储层，也无油气或只有少量油气从源岩向上覆目的储层中运移，也不利于油气大规模聚集成藏。如上述松辽盆地北部徐家围子断陷营城组火山岩中Ⅴ、Ⅵ和Ⅶ3类输导断裂在火石岭组、沙河子组、营城组3个活动时期，沙河子组源岩这3个时期内尚未开始向外排气，二者属于典型的源晚断早匹配关系，不利于沙河子组源岩生成的天然气沿Ⅴ、Ⅵ和Ⅶ3类输导断裂向上覆营城组火山岩中运移。

3 源断时空匹配关系对油气运聚的控制作用

通过含油气盆地下生上储式生储盖组合油气藏解剖，以及油气分布与源断时空匹配之间关系研究，认为源断时空匹配关系对油气运聚的控制作用主要表现在以下2个方面。

3.1 源断空间匹配关系控制着油气聚集部位和聚集量

在含油气盆地下生上储式生储盖组合中，源岩生成的油气主要通过输导断裂向上覆目的储层中运移，油进入到上覆目的储层后，由于受到上覆区域性盖层的阻挡。油气便在其附近的正向构造如断块、断背斜、断层遮挡和断层－岩性圈闭中聚集形成油气藏，使得油气主要聚集分布在输导断裂附近。如渤海湾盆地南堡凹陷中浅层目前已找到的柳赞、高尚堡、老爷庙，南堡1号、2号、3号、4号和5号油气田均分布在输导断裂附近(图3)。这是因为下伏沙三段或沙一段—东三段源岩生成的油气主要是沿着这些输导断裂向上覆中浅层运移，进入到中浅层的油气由于受到东二段泥岩、馆三段火山岩和明下段泥岩盖层阻挡，油气便停止运移，在这些输导断裂附近的正向构造，如断背斜、断块、断层遮挡和断层－岩性圈闭中聚集成藏，使油气均分布在这些输导断裂附近。

图3 南堡凹陷输导断裂与中浅层油气分布关系

输导断裂沟通下伏源岩的个数越多，沿输导断裂向上覆目的层运移油气的数量越多，越有利于油气在上覆目的层中聚集成藏，油气越富集;反之，油气越不富集。南堡凹陷2号东地区中浅层，输导断裂与沙三段和沙一段—东三段2套源岩空间匹配(属于多源断匹配)的中浅层获得油气显示最好，其次是输导断裂与沙一段—东三段1套源岩空间匹配(属于单源断匹配)的中浅层，输导层未与沙三段或沙一段—东三段泥岩空间匹配(属无源断匹配)的中浅层仅见到了显示和水。

3.2 源断时间匹配关系控制着油气聚集时期和聚集量

由上述分析可知，只有源断同期匹配即源岩大量排烃期与输导断裂活动时期同期时，源岩生成的油气方可沿断裂发生大量运移，油气才能形成大规模聚集成藏，此时期应为油气成藏的主要时期。相反，不论是源早断晚匹配关系还是源晚断早匹配关系，无油气或只有少量油气沿输导断裂进行运移，也就不能形成油气的大规模聚集，故这些时期不应是油气成藏的主要时期。如松辽盆地北部徐家围子断陷营城组火山岩中Ⅴ、Ⅵ和Ⅶ3类输导断裂虽然有火石岭组、沙河子组、营城组、青山口组—姚家组、嫩江组沉积末期、明水组沉积末期和古近系沉积末期7个活动时期，而火石岭组、沙河子组和营城组沉积时期，虽然Ⅴ、Ⅵ和Ⅶ3类输导断裂活动，但此时沙河子组源岩尚未开始向外排气，无天然气或只有少量天然气沿Ⅴ、Ⅵ和Ⅶ3类输导断裂向上覆营城组火山岩中运移，也就无天然气的大规模聚集成藏，故上述3个时期不应是营城组火山岩天然气成藏的时期。古近系沉积末期的Ⅴ、Ⅵ和Ⅶ3类断裂活动，但沙河子组源岩向外排气作用已停止，无天然气或只有少量天然气沿Ⅴ、Ⅵ和Ⅶ3类输导断裂向上覆营城组火山岩中运移，也就无天然气大规模聚集成藏，也不应是营城组火山岩天然气成藏的时期。只有青山口组—姚家组、嫩江组沉积末期和明水组沉积末期Ⅴ、Ⅵ和Ⅶ3类断裂活动时，沙河子组源岩正处于大量向外排气时期，有大量天然气沿Ⅴ、Ⅵ和Ⅶ3类断裂向上覆营城组火山岩中运移，天然气才会在营城组火山岩中大规模聚集成藏，该时期应为营城组火山岩天然气成藏的主要时期。这可从目前徐家围子断陷营城组火山岩中流体包裹体均一温度所揭示的天然气成藏时期在青山口组沉积末期—明水组沉积末期得到证实。