渤中凹陷西部北缘生烃期边界断层活动对油气富集的影响

庞小军，王清斌，崔海忠，张雪芳，刘占博

(中海石油(中国)有限公司天津分公司 渤海石油研究院，天津 300452)



渤中凹陷西部北缘生烃期边界断层活动对油气富集的影响

庞小军，王清斌，崔海忠，张雪芳，刘占博

(中海石油(中国)有限公司天津分公司 渤海石油研究院，天津 300452)

通过对渤中凹陷西部北缘边界断层活动、烃源岩热演化及成藏史等综合分析，定量探讨了生烃期边界断层活动与油气差异富集的关系。结果表明，研究区生烃期主要为馆陶组至现今，断层活动以“弱—弱—强”为主。馆陶组与明化镇组下段时期，断层活动弱(活动速率小于10 m/Ma)，在明化镇组中期(约7.5 Ma)，烃源岩由生烃进入主要生烃阶段，油气向古近系圈闭中运移并成藏，断层以封堵作用为主。在明化镇组上段(大约5.3 Ma)开始，烃源岩进入高熟阶段，断层活动增强，油气开始差异成藏，当断层活动速率小于10 m/Ma时，油气主要在古近系成藏；当断层活动速率在10～25 m/Ma时，断层具有一定的输导作用，且对古近系油气藏造成一定的破坏，油气主要在古近系和馆陶组分布；当断层活动速率大于25 m/Ma时，断层主要起到输导作用，且古近系油气藏被破坏，油气向浅层运移并在新近系成藏。

断层活动；烃源岩；油气成藏；油气运移；圈闭；渤中凹陷

庞小军，王清斌，崔海忠，等.渤中凹陷西部北缘生烃期边界断层活动对油气富集的影响[J].西安石油大学学报(自然科学版)，2016，31(4):38-43.

PANG Xiaojun,WANG Qingbin,CUI Haizhong,et al.Effect of boundary fault activities on oil and gas accumulation in the northern margin of the west of Bozhong Sag in hydrocarbon generation period[J].Journal of Xi'an Shiyou University (Natural Science Edition),2016,31(4):38-43.

引　言

近年来，断陷盆地断层的形成机制及断层对层序、储层、烃源岩、油气运移和保存的控制方面的研究较多，也成为分析油气差异富集的主要手段和理论依据[1-4]。由于渤中凹陷及其周围浅层油气资源有限，该区的勘探逐渐向陡坡带及深层转移。近年来，在渤中凹陷陡坡带发现了大量油气[5]。前人对渤中凹陷结构、层序、储层分布、储层物性影响因素、烃源岩等方面进行了大量的研究[5-6]，且主要集中在渤中凹陷的东部，对渤中凹陷西部的研究仍然处在局部储层分布、成岩以及超压对储层物性的影响等方面，但是还缺乏对该区断层与油气差异富集方面的研究。本文充分利用三维地震，结合钻井和分析化验等资料，在明确生烃期和成藏期的基础上，对该区主要生烃期的边界断层进行定量研究，探讨边界断层活动性与油气差异富集的定量关系。

1　研究区概况

渤中凹陷西部北缘位于渤海海域渤中凹陷的西北部陡坡带(图1)，该区北部与石臼坨凸起以边界断层相接，南与沙垒田凸起相望，东与渤中凹陷主体区相连，西与南堡凹陷过渡。该区地层发育齐全，由老到新依次发育古近系孔店组(Ek)、沙河街组(沙四段(Es4)、沙三段(Es3)、沙二段(Es2)、沙一段(Es1))、东营组(东三段(Ed3)、东二段(上段(Ed2u)、下段(Ed2L))、东一段(Ed1))，新近系馆陶组(Ng)、明化镇组(下段(NmL)、上段(Nmu))，第四系平原组(Qp)[7-8]。沙三段、沙二段、沙一段和东三段主要发育近源扇三角洲和辫状河三角洲储层，也是主要的烃源岩发育期，东二段以近源辫状河三角洲和远源曲流河三角洲储层为主，东一段主要发育辫状河三角洲和辫状河储层，馆陶组以辫状河储层为主，明化镇组主要发育曲流河与浅水三角洲储层[5-9]。区域上，古近系盖层主要为湖侵域的湖相泥岩，馆陶组与明化镇组盖层以泛滥平原相泥岩为主，油气主要来自沙三段和沙一段烃源岩。

渤中凹陷西部北缘边界控盆断层发育(图1)，这些断层对油气的生成、运移和保存具有明显的控制作用。

图1　研究区位置及地震测线分布Fig.1　Location of study area and distribution of seismic surveylines

2　断层特征

2.1断层分布

渤中凹陷西部北缘边界断层发育(图1)，平面上，按照走向可分为东西2部分，西部走向为北西—南东(倾向西南)，东部走向为南西—北东(倾向南东)，西部向西北方向延伸，东部向东北方向延伸，东西两侧断层均向渤中凹陷西次洼延伸相交，边界断层具有铲状和座椅状等样式。在边界断层附近发育一系列走向近似为南西—北东展布的次生断层，剖面上与边界断层组成反“Y”字型、顺向断阶等组合样式(图2)。

图2　研究区断层剖面组合样式Fig.2　Fault profile combination styles in study area

渤中凹陷西部北缘边界断层的平面分布及与次生断层的垂向组合样式形成了陡坡带的古地理格局，且在生烃期对油气的运移和保存具有重要作用。

2.2断层活动性分析

目前，断层活动性的分析主要为断层活动速率法[2-3]，断层活动速率考虑了地质时间的因素，能直接反映断层活动的强度。因此，运用该方法，利用三维地震剖面和钻井资料，由西向东，对渤中凹陷西部北缘新近系—第四系各沉积时期不同位置的边界断层活动速率进行了统计和计算，并绘制了边界断层馆陶组、明化镇组下段、明化镇组上段—现今的断层活动速率柱状图(图3)以及不同段不同沉积时期的断层活动速率曲线图(图4)，按照断层活动强弱变化规律，将其分为A、B、C、D和E等5段，在此基础上，总结了馆陶组至现今不同沉积时期不同段的断层活动特征。

平面上，同一沉积时期不同位置的断层活动具有明显的差异性。同一沉积时期，由西向东，断层具有“强—弱”交替活动的特点，在L5处明化镇组上段至现今断层活动性最强，L1、L12、L21、L22处断层不活动。

纵向上，不同沉积时期断层活动不同。渤中凹陷西部北缘地区，边界断层活动表现为明化镇组至现今最强，馆陶组次之，明化镇组下段最弱。这是由于馆陶组至明化镇组下段，盆地遭受热沉降作用，断层活动较弱，至明化镇组上段开始，盆地经历了新构造运动，断层活动增强，至平原组后期，大部分断层停止活动。

不同段不同时期的断层活动性迥异，渤中凹陷西部北缘地区，边界断层A段、B段、D段馆陶组、明化镇组上段至现今断层活动均较强，明化镇组下段较弱，而C段和E段馆陶组最强，明下段和明化镇组上段至现今最弱。馆陶组沉积时期，边界断层B段活动性最强，A、E、D和C段依次减弱；明化镇组沉积时期，断层活动均较弱；明化镇组上段至现今，边界断层B段活动最强，D、A和C段依次减弱，E段不活动。

图3　不同位置不同层位断层活动速率柱状图Fig.3　Fault activity rate histogram of the different layers in different location

图4　不同分支不同沉积时期断层活动平均速率曲线Fig.4　Fault average activity rate curves of different branches in different deposition stages

总之，平面上，由东向西，边界断层呈“强—弱”交替变化；纵向上，馆陶组和明化镇组下段断层活动整体较弱，且馆陶组的断层活动主要集中在早期，中、后期断层活动极弱；明化镇组上段至现今，B段活动最强，D、A、C段活动依次减弱，E段和其它段的局部位置断层不活动。

3　烃源岩生烃期和成藏期的确定

为明确渤中凹陷西部北缘烃源岩生烃特征和成藏特征，选取该区典型井进行烃源岩单井热演化史进行分析，再结合包裹体测温，确定古近系和新近系油气藏的成藏时间。

3.1烃源岩生烃期的确定

渤海海域渤中凹陷的烃源岩主要发育在沙三段、沙一段以及东营组，其中沙三段优质烃源岩分布最广、沙一段次之，东营组烃源岩质量一般[9]。沙三段烃源岩主要是中深湖的暗色泥岩，有机质丰度高、类型好，且展布面积大、厚度大、埋藏深；沙一段烃源岩为半咸水-咸水环境形成的深灰色泥岩、泥灰岩、油页岩、钙质页岩、白云质灰岩和生屑灰岩等“特殊岩性段”，具有有机质丰度高、类型好的特点，但厚度和规模均较小[10]。前人研究认为，渤中凹陷带中心沙三段烃源岩主生油期出现在20～14 Ma，斜坡带沙三段烃源岩主生油期为10～5 Ma[11]。

本次研究区位于渤中凹陷西部斜坡带，对该区选取典型的单井(D12井和D13井)进行热演化史模拟分析(图5)。结果表明，渤中凹陷西部北缘斜坡带沙三段烃源岩底面在东营组末期(约28 Ma)开始成熟，顶面在馆陶组早期(约22 Ma)开始成熟，在明化镇组下段(约10 Ma)整体进入生烃高峰期，且持续至现今；沙一段烃源岩在馆陶组早期(约22 Ma)开始成熟，在明化镇组下段时期(约7.5 Ma)进入生烃高峰期并持续至现今；东三段烃源岩整体上处于低成熟—未成熟阶段。

图5　渤中凹陷西部北缘热演化史、埋藏史Fig.5　Thermal evolution history and burial history in the northern margin of the west of Bozhong Sag

3.2成藏期的确定

近年来，前人在油气成藏年代方面做了大量研究，认为渤海湾盆地主要为晚期幕式快速成藏[12-13]。本文通过流体包裹体测试分析(表1)，结合烃源岩热演化史，发现研究区不同时期的成藏期不同(图5)，古近系油气主要经历了2期成藏，第1期主要为明化镇组下段时期，距现今约为7.5～5.3 Ma；第2期主要为明化镇组上段至今，约5.3 Ma至现今。而新近系油气的主要成藏时期为5.3 Ma至现今(表1)。

总之，渤中凹陷西部北缘斜坡带的烃源岩主要以沙三段和沙一段为主，沙三段烃源岩在明化镇组下段早期(约10 Ma)整体进入生烃高峰期，且持续至现今；沙一段烃源岩在明化镇组下段中期(约7.5 Ma)进入生烃高峰期并持续至现今。古近系油气经历了明化镇组下段和明化镇组上段—现今等2个成藏期；新近系油气成藏时间主要为明化镇组上段—现今。

表1　渤中凹陷西部北缘各井不同层位的包裹体温度与成藏时间Tab.1　Inclusion temperature and hydrocarbon accumulation time of different layers in different wells in the northern margin of the west of Bozhong Sag

4　断层活动性差异对油气富集的影响

生烃期断层的活动为油气的纵向运移提供了通道条件，在油气来源充足的条件下，断层活动越强，断层的输导能力越强，油气越容易向浅层的有利圈闭中运移，且富集程度越高；反之，断层的输导能力越弱，油气主要向附近有利圈闭中运移。

渤中凹陷西部北缘的烃源岩主要为沙三段和沙一段，分别在东营组末期和馆陶组早期开始生烃，在明化镇组下段早期(约10 Ma)开始大量生烃。馆陶组和明化镇组下段时期，断层活动非常弱，平均活动速率分别为6.2 m/Ma和2.8 m/Ma，这2个时期沙三段和沙一段烃源岩处于低成熟—高成熟阶段，且生成油气开始向有利圈闭中运移，且在明化镇组下段中期(约7.5 Ma)成藏。由于明化镇组下段整体断层活动弱，平均活动速率为2.8 m/Ma，断层主要起到封闭油气的作用，阻碍了油气向浅层运移，该时期油气主要在古近系有利圈闭中成藏。

明化镇组上段(约5.3 Ma)开始，整个渤海湾盆地处于新构造运动期[12]，断层活动增强，该时期沙三段和沙一段处于成熟—高成熟阶段，烃源岩开始大量生成油气，该时期的断层平均活动速率为22.8 m/Ma，断层起到输导油气的作用，油气沿着断层向浅层运移，并在明化镇组上段中期至现今(小于5 Ma)成藏。因此，新构造运动之前(馆陶组—明化镇组下段)，断层活动弱，断层主要起到封闭油气向浅层运移的作用；而在新构造运动之后(明化镇组上段至现今)，断层活动增强，进而转变为输导油气向浅层运移的作用。

综上所述，在渤中凹陷西部北缘斜坡带，新构造运动期(明化镇组上段至现今)的断层活动控制着油气向浅层运移和分布。边界断层在平面上的活动具有差异性，由东向西，断层活动性呈“强—弱”交替变化的特点(图3)，当明化镇组上段至现今的断层活动速率小于10 m/Ma时，油气主要在古近系储层中分布，断层主要起到封闭作用；当断层活动速率为10～25 m/Ma时，断层具有一定的输导作用，油气主要在古近系，馆陶组也有一定的分布；当断层活动速率大于25 m/Ma时，油气主要分布在新近系。整体上，边界断层B段活动速率大于25 m/Ma，油气有利于向浅层运移，因此，油气在新近系分布的可能性较大(表2)；A段和D段活动速率主要为10～25 m/Ma，油气可能主要分布在古近系和馆陶组圈闭中；E段断层活动速率为0，油气可能主要分布在古近系圈闭中(图6)。

表2　各井点附近边界断层活动速率与油气显示、分布关系Tab.2　Relationship between boundary fault activity rate and the oil and gas show and distribution near to different wells

图6　渤中凹陷西部北缘边界断层不同位置活动性与油气显示、油气分布的关系Fig.6　Relationship between the boundary fault activity at different locations and the oil and gas shows and distribution in the northern margin of the west of Bozhong Sag

5　结　论

(1)渤中凹陷西部北缘陡坡带发育北西—南东走向(倾向西南)和南西—北东走向(倾向南东)的边界断层。纵向上，馆陶组至现今的断层活动性表现为“弱—弱—强”的特征；平面上，由西向东，明化镇组上段至现今的边界断层活动性呈“弱—最强—弱—强—最弱”的特点。

(2)研究区烃源岩在馆陶组与明化镇组下段时期成熟并排烃，该时期断层活动极弱，在明化镇组中期(约7.5 Ma)，油气主要在古近系成藏。明化镇组上段至现今，烃源岩进入高成熟阶段并大量排烃，断层活动增强，且对古近系油气藏进行破坏与再分配；当断层活动速率小于10 m/Ma，油气主要在古近系有利圈闭中成藏；断层活动速率为10～25 m/Ma，油气主要分布在古近系和馆陶组的有利圈闭中；断层活动速率大于25 m/Ma时，油气主要分布在新近系的有利圈闭中。

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责任编辑：王辉

Effect of Boundary Fault Activities on Oil and Gas Accumulation in the Northern Margin of the West of Bozhong Sag in Hydrocarbon Generation Period

PANG Xiaojun,WANG Qingbin,CUI Haizhong,ZHANG Xuefang,LIU Zhanbo

(Bohai Petroleum Institute,Tianjin Branch of China Offshore Oil (China) Co.,Ltd.,Tianjin 300452,China)

The relationship between boundary fault activities and hydrocarbon accumulation in hydrocarbon generation period is quantitatively studied through the comprehensive analysis of the boundary fault activities,the thermal evolution of hydrocarbon source rocks and hydrocarbon accumulation history in the northern margin of the west of Bozhong Sag.The results show that,the major hydrocarbon period in the study area is from Guantao Formation period (Ng) to the present,and the fault activity is "weak-weak-strong".The fault activity is weak (the activity rate is less than 10 m/Ma) from Guantao Formation period to the lower member period of Minghuazhen Formation.In the middle period of Minghuazhen Formation (about 7.5 Ma),hydrocarbon source rocks enter the main hydrocarbon generating stage,hydrocarbon migrated to Paleogene traps and accumulated there,and the fault mainly plays the role of plugging hydrocarbon.Starting from the upper member (about 5.3 Ma) of Minghuazhen Formation,the hydrocarbon source rock entered into the high mature stage,and the fault activity became strong,and the hydrocarbon began to accumulate.When the fault activity rate is less than 10 m/Ma,hydrocarbon mainly accumulated in Paleogene formation;when the fault activity rate in 10～25 m / Ma,the faults play the role of hydrocarbon migration channel to a certain extent,it has a certain damage effect on Paleogene hydrocarbon reservoirs,and hydrocarbon mainly distributed in Paleogene and Guantao Formation;when the fault activity rate is greater than 25 m/Ma,the faults mainly play the role of hydrocarbon migration channel,the Paleogene hydrocarbon reservoirs were destroyed,the hydrocarbon migrated to shallow formation and accumulated in Neogene reservoirs.

fault activity;hydrocarbon source rock;hydrocarbon accumulation;hydrocarbon migration;trap;Bozhong Sag

A

2016-02-17

国家科技重大专项“近海隐蔽油气藏勘探技术”部分研究成果(编号:2011ZX05023-002)

庞小军(1985-)，男，工程师，硕士，主要从事石油地质方面的研究。E-mail：pangxiaojun@126.com

10.3969/j.issn.1673-064X.2016.04.007

TE121.3；P618.13

1673-064X(2016)04-0038-06