断裂对黄河口凹陷新近系油气分布的控制作用

2016-12-22姜治群吴智平张晓庆

特种油气藏 2016年6期

关键词：油源莱州黄河口

姜治群，吴智平，李伟，杨波，张晓庆

(1.中国石油大学(华东)，山东青岛 266580；2.中海油天津分公司，天津 300450 )

断裂对黄河口凹陷新近系油气分布的控制作用

姜治群1，吴智平1，李伟1，杨波2，张晓庆1

(1.中国石油大学(华东)，山东青岛 266580；2.中海油天津分公司，天津 300450 )

为弄清黄河口凹陷新近系油气分布的控制因素，利用三维地震、测井、录井等资料，结合油源断层活动性、断盖配置、断储配置等方面分析，定量评价了断裂对新近系油气成藏与分布的控制作用。结果表明：受多期构造运动影响，黄河口凹陷发育了NNE向、NWW向和近EW、NE向3组优势断裂，其控制了浅层油气的平面分布，油气主要分布于近EW、NNE向的一、二级油源断裂附近；排烃期断裂活动强度大于8 m/Ma，有效断接厚度小于10 m时，有利于浅部成藏；断、储排替压力差大于0.45 MPa时，油气侧向分流能力强，新近系含油高度可达30 m之上。研究成果对油田下一步勘探具有重要指导意义。

油源断裂；断层活动性；断裂输导；新近系；黄河口凹陷

0 引言

黄河口凹陷是渤海湾盆地环渤中坳陷的一个重要含油气区。随着勘探工作的不断深入，相继在新近系浅层发现了BZ28-34、BZ25-1S、KL3-2等大中型油气田，油气当量累计超过6×108m3，展现了巨大的油气资源勘探潜力[1]。黄河口凹陷古近系地层油气富集与构造活动有良好匹配关系，新近系他源油气成藏具有特殊性，油气时空分布特征较复杂，而断裂活动贯穿了油气生成、运移、聚集整个过程[2-9]，尤其是在成藏关键时刻，活动的油源断裂更是控制了油气的时空分布。

从分析主要断裂发育基本特征入手，从复杂的断裂体系中厘定出油源断裂；从断裂活动强度、断盖配置关系、断储配置关系等方面系统分析断裂对油气运移输导、封堵聚集的控制作用，并对断裂输导及封堵油气性能进行评价，最终明确断裂对浅层油气分布的控制作用，对指导研究区浅部油气勘探具有重要意义。

1 区域地质背景

1.1 区域构造背景

黄河口凹陷继承在中生代盆地基底之上，受NNE向郯庐断裂和NWW向张家口—蓬莱断裂的影响，夹持在渤南低凸起、莱北低凸起、垦东凸起之间，形成现今“三凸夹一凹”的构造格局，见图1(F1为莱州东支断裂，F2为莱州中支1号断裂，F3为莱州中支2号断裂，F4为渤南2号断裂，F5、F8为渤南1号中段、东段断裂，F6为黄河口1号断裂，F7为莱北2号断裂；f1为莱州西支3号断裂，f2为莱州西支4号断裂，f3为莱州西支1号断裂，f4为莱州西支2号断裂，f5为黄河口2号断裂，f6为黄河口3号断裂，f7为莱北3号断裂)。

现今的构造面貌表现为西深东浅、北陡南缓、凹中有隆，整体上为北断南超的箕状凹陷。郯庐断裂的东、中、西支均穿过凹陷，并以中支为界将凹陷划分为中央走滑转化带及东西2个次洼。

图1 黄河口凹陷构造单元划分

黄河口凹陷新生代经历了古近纪E2k～E2s4早期裂陷阶段、E2s3～E3d晚期裂陷阶段和新近纪(N1g)以来的裂后阶段，裂后阶段又可分为裂后热沉降期(N1g～N2m)和裂后再活动期(N2m至今)。因此，黄河口凹陷具有典型断陷和坳陷叠置结构，新构造运动强烈，晚期构造沉降速率明显加快。目前，钻井钻遇新生界的地层较为齐全：古近系孔店组(E2k)、沙河街组(E2s)、东营组(E3d)、新近系馆陶组(N1g)和明化镇组(N2m)以及第四系平原组(Qp)。沙河街组三段(简称沙三段，E2s3)，沙河街组一、二段(简称沙一、二段，E2s(1+2))，东营组三段(简称东三段，E3d3)为凹陷发育3套生烃层系。

1.2 断裂发育基本特征

新生代以来的多期构造运动使凹陷断裂体系具有多期次、多方向、多性质特征。按走向可将断裂划分为NNE向、NWW向与近EW、NE向3组优势方向断裂(图1)：①NNE向断裂为郯庐断裂带发育的东、中、西3组断裂。平面上延伸距离长且规模大，剖面上多表现为近直立的高角度板式断层，下可切穿新生界基底，上可断穿第四纪地层；受新构造运动的影响，浅层发育大量次级断裂，与主干断裂在剖面上组合表现为负花状结构(图2)。②NWW向与近EW向断裂最为发育，包括基底继承性断裂以及受郯庐断裂右行走滑派生的次级断裂。剖面上多表现为高角度铲式或板式正断层，与晚期次级断裂组合形式表现为多级“Y”型结构，表明断裂早期形成过程中以伸展应力为主，晚期叠加了走滑应力。③NE向断裂发育较少，主干断裂为莱北2、3号断裂，发育于凹陷的南部缓坡与陡坡带。该组断裂在平面上深层延伸较短，浅层延伸较远；剖面上表现为高角度板式正断层，多为北倾(图2)。

图2 黄河口凹陷南北向地震剖面(剖面位置见图1)

按运动学性质，研究区断裂可分为伸展型、走滑型、走滑-伸展叠加型。伸展型和走滑型各成系统，伸展型断裂是古近纪南北向引张力作用下地壳拉伸而形成的；走滑型断裂是古近纪—第四纪郯庐断裂右行走滑所致[10]。走滑-伸展型断裂既有伸展分量，又有走滑分量。总体来说，凹陷断裂体系具有“三三特征”，即3组优势方向、3种断裂性质、3期构造演化。

2 油源断裂的厘定及分布

2.1 油源断裂厘定

断裂是沟通源岩与储层的重要运移通道。凹陷新近系层系自身不具备生烃能力，但却是重要的油气富集层位。因此，为探讨断裂与浅层油气成藏之间的内在联系，需从复杂的断裂体系中厘定出对浅层成藏起关键作用的断裂，即油源断裂。油源断裂须具备以下特征。

(1)断裂沟通源岩与储层。依据断裂切割地层关系，可划分3种类型(图2)：Ⅰ型——断陷期活动断裂，仅在古近系发育，因此，只对深部油气成藏有利；Ⅱ型——继承性活动断裂，直接沟通源岩与深、浅部储层，可为深、浅油气藏的良好运移通道；Ⅲ型——坳陷期活动断裂(Ed沉积期以后活动的断裂)，此类断裂间接地沟通源储，其将Ⅱ型断裂运至浅层的油气再进行二次分配。

(2)断裂活动期与烃源岩生排烃期相匹配。油气大规模运移期仍强烈活动的断裂一般呈开启状态，断裂可作为油气的高效运移通道，对浅层成藏尤为重要。结合烃源岩生排烃史研究：在馆陶组沉积早期源岩开始排烃，明化镇组沉积早期烃源岩进入大量排烃阶段，明化镇组沉积末期进入排烃高峰期。分析两者匹配性可知：近EW和NWW向断裂整体匹配性好；除F2、F3断裂外，NNE向断裂的匹配性较差；NE向断裂匹配虽较好，但晚期断裂活动强度较弱。

(3)断裂带结构具备良好的输导能力。断裂是一个具有复杂内部结构的三维地质体，依据断裂带内部的变形程度，可划分为滑动破碎带和诱导裂缝带[11]，滑动破碎带物性常好于诱导裂缝带。

2.2 油源断裂分布特征

综合研究区断裂基本发育特征及油源断裂满足条件进行分析， NNE向莱州中支1、2、3号断裂及西支1、2、3、4号断裂，近EW向黄河口1、2、3号断裂，NWW向的渤南1、2号断裂，NE向莱北2、3号断裂，为研究区的主干油源断裂。结合主干油源断裂与实际油藏的平面特征，从是否有利于浅部油气成藏角度，对油源断裂进行评价分级。评价如下：黄河口1号及莱州中支1、2号为一级油源断裂；渤南1号及黄河口2、3号等为二级油源断裂；莱州西支1、2、3、4号及莱州中支3号为三级油源断裂(图1)。

3 断裂对油气输导的控制作用

3.1 排烃期断裂活动强度

排烃期断裂活动与新近系油气成藏之间具有良好的联系[12]，而断裂活动性强弱与断裂开启与否有关。结合前文分析，已知3套烃源岩生排烃期为馆陶组沉积期以后，统计了主干油源断裂排烃期的断裂活动速率(Vf)(表1)。由表1可知：近EW向断裂整体活动性强，其中黄河口1、2号断裂Vf大于8 m/Ma；NNE向除莱州中支1、2号断裂活动性较强外，断裂晚期基本不活动；NE、NWW向断裂Vf小于5 m/Ma。结合研究区新近系油田分布，发现两者之间存在良好的耦合关系：BZ25-1S、BZ28-34等新近系油田均分布在排烃期活动强度较大的断裂附近，而在活动强度较弱或不活动的断裂附近浅层基本不含油气，表明断裂活动强度与油气输导能力存在良好的对应关系(图1)。综合考虑排烃期断裂活动强度的平均值，建立了适合研究区断裂活动强度与其输导能力的标准：断裂活动速率Vf小于5 m/Ma时，断裂不起输导作用或输导能力弱；断裂活动速率大于5 m/Ma、小于8 m/Ma时，断裂输导能力中等；断裂活动速率大于8 m/Ma时，断裂输导能力强。

表1 黄河口凹陷新近纪断裂活动速率统计

3.2 断裂与盖层的配置关系

断裂的错断往往使盖层的原始厚度减薄，使盖层封闭能力降低。因此，断盖配置关系是决定油气能否沿断裂突破封堵并最终在浅层聚集成藏的重要因素。采用有效断接厚度评价方法来探讨断盖配置与油气沿断裂输导能力之间的内在联系。

凹陷发育东营组和明化镇组下段(明下段)2套区域性盖层。由于明化镇组泥岩盖层分布广、厚度大(50～200 m)，可封堵油气继续向上运移，因此，东营组断盖配置关系是影响油气成藏深浅的关键。根据实际井震资料，对东营组有效断接厚度进行统计并计算(图3)。由图3可知：有20口井盖层厚度小于断裂断距，盖层被完全错开，断裂输导能力强，油气可沿断裂运至深、浅层成藏，但以浅部成藏为主；其中，有3口井盖层厚度大于断裂断距，但有效断接厚度为0～10 m，盖层部分被错断，断裂输导能力中等；9口井盖层厚度大于断裂断距且有效断接厚度大于10 m，此时断裂输导能力弱，油气均在盖层之下成藏。综上可知：当有效断接厚度小于10 m时，油气沿断裂输导能力较强，可突破东营组盖层运至浅层成藏。

图3 东营组东三段盖层有效断接厚度与油气纵向分布关系

3.3 断裂与储层的匹配关系

断储配置关系与油气沿断裂侧向输导能力有关，断裂侧向输导能力决定浅层油气藏的富集程度。断储物性配置和断储产状配置共同决定了断裂侧向输导能力。选取断储排替压力差、断储侧向分流指数定量评价油气沿断裂的侧向分流能力。

选取BZ26-3、KL3-2油田14口井的新近系储层砂体，利用测井方法分别计算了断储排替压力差、断储侧向分流指数，然后根据求取结果与储层油气充注高度，绘制两者散点图(图4)。由图4a可知：油气充注高度与断储排替压力差呈正相关关系，断储排替压力差小于0.20 MPa时，断裂侧向输导能力较弱，储层饱含水层或为干层；断储排替压力差为0.20～0.45 MPa时，断裂侧向输导能力较强，油气充注高度小于30 m；当断储排替压力差大于0.45 MPa时，断裂侧向输导能力强，油气充注高度为30～60 m。由图4b可知：断储侧向分流指数与油气充注高度相关性较差，表明断储产状配置对油气沿断裂的侧向输导能力的影响较小。

图4 断储排替压力差、侧向分流指数与油气充柱高度散点图

4 结论

(1) 黄河口凹陷新生代断裂体系具有多期次、多方向、多性质的叠加复合特征，发育NNE向、NWW向和近EW、NE向3组优势断裂：NNE向莱州中支1、2、3号断裂及西支1、2、3、4号断裂，近EW向黄河口1、2、3号断裂，NWW向渤南1、2号断裂及NE向莱北2、3号断裂为主干油源断裂。新近系油气主要分布在一、二级油源断裂附近。

(2) 排烃期断裂活动强度、断盖配置共同控制了断裂垂向输导能力，断储配置关系控制了断裂侧向分流能力。排烃期断裂活动强度大于8 m/Ma、盖层有效断接厚度小于10 m时，断裂输导能力强，油气以浅层成藏为主。断储排替压力差小于0.20 MPa时，断裂侧向输导能力弱，储层为水层；断储排替压力差小于0.45 MPa时，新近系油气充注高度可达30 m之上。

[1] 王应斌，黄雷，王强，等. 渤海浅层油气富集规律——以黄河口凹陷为例[J]. 石油与天然气地质， 2011， 32(5)： 637-641.

[2] 傅强，刘彬彬，徐春华，等. 渤海湾盆地黄河口凹陷构造定量分析与油气富集耦合关系[J]. 石油学报， 2013(增刊2)： 112-119.

[3] 赵亮. 主控断裂在南贝尔凹陷的控藏作用[J]. 特种油气藏， 2013， 21(4)： 50-52.

[4] 于海波，王德英，牛成民，等. 层序—构造对黄河口凹陷新近系油气分布及成藏的控制作用[J]. 油气地质与采收率， 2013， 19(6)： 42-46.

[5] 孙和风，周心怀，彭文绪，等. 渤海南部黄河口凹陷晚期成藏特征及富集模式[J]. 石油勘探与开发， 2011， 38(3)： 307-313.

[6] 陈斌，邓运华，郝芳，等. 黄河口凹陷 BZ34 断裂带油气晚期快速成藏模式[J]. 石油学报， 2006， 27(1)： 37-41.

[7] 李建平，辛仁臣，向淑敏，等. 渤海湾盆地黄河口凹陷古近系东营组三段沉积特征[J]. 古地理学报， 2008， 10(4)： 363-370.

[8] 朱秀香，吕修祥，王德英，等. 渤海海域黄河口凹陷走滑转换带对油气聚集的控制[J]. 石油与天然气地质，2009， 30(4)： 476-482.

[9] 王根照，胡望水. 黄河口凹陷北半环的构造样式及构造演化[J]. 石油天然气学报， 2008， 30(3)： 166-169.

[10] 陈书平，吕丁友，王应斌，等. 渤海盆地新近纪—第四纪走滑作用及油气勘探意义[J]. 石油学报， 2010， 31(6)： 894-899.

[11] 吴智平，陈伟，薛雁，等. 断裂带的结构特征及其对油气的输导和封堵性[J]. 地质学报， 2010， 84(4)： 570-578.

[12] 刘培，蒋有录，郝建光，等. 渤海湾盆地歧口凹陷主要生烃期断层活动与新近系油气富集关系[J]. 中国地质， 2013， 40(5)： 1474-1483.