南阳凹陷东部复杂断裂带油气勘探目标分析

2018-03-26王金旗

石油地质与工程 2018年1期

王金旗

（中国石化河南油田分公司勘探开发研究院，河南南阳 473132）

1 研究区地质概况

南阳凹陷所在的南襄盆地位于秦岭褶皱带和扬子板块北缘断裂带的结合部，是燕山构造运动晚期发育起来的以古近系为主的中、新生代陆相含油气断陷盆地，经历了断陷和拗陷两个发育时期，凹陷沉积盖层主要为新生界。新近系和第四系地层最大厚度为970 m，与古近系不整合接触；古近系地层最大厚度为4 800 m，与基底变质岩系呈不整合接触。古近系地层自下而上形成玉皇顶–大仓房组、核桃园组、廖庄组三个阶段的完整沉积旋回。位于旋回中部的核桃园组（尤其核二、三段）是凹陷的主要含油目的层，最大厚度约2 400 m。核桃园组沉积时期，沉降中心位于北东向边界断层一侧，发育有牛三门、东庄两个沉积中心[1]。

研究区位于南阳凹陷魏岗北–马庄鼻状构造以东、唐河低凸起以西，北以杨5井－金8井－南46井一线为界，南到新野边界断层，主体包含两大鼻状构造带和牛三门生油次凹，区内张店油田和魏岗油田投入开发多年，勘探面积约为300 km2（图1）。

2 油气输导条件

输导条件是控制北部斜坡带油气富集的关键因素。对南阳凹陷东部地区斜坡带上的复杂断块区而言，油气的输导条件主要取决于砂体的连通状况、断层作用和势能状态；油气的输导首先表现为沿构造脊输导，即断层和砂岩储集体构成的复合型输导体系，其类型可进一步细分为砂体+断层阶梯式运移输导体系、砂体侧向+断层垂向运移输导体系和砂体+断层优势通道侧向运移输导体系。

2.1 砂体展布

南阳凹陷东部地区受区域构造背景及古构造地貌控制，北部斜坡带发育的金华–张店复合三角洲砂体自北东向南延伸，砂体稳定发育[2]，分布广泛（图2），在金1井－金8井－龙13井一带以湖湾相隔，向南至魏岗一带常复合在一起。

三角洲沉积砂体多呈指状或朵状体深入湖盆，主体方向延伸10 km，侧向延伸2 km，主体面积达19 km2，主要构成魏岗、张店油田的储层，水下分流河道的砂体单层厚度大，物性好，与构造圈闭的配置关系好，油气富集程度高[1]。主要含油层段储、盖组合为间互式，砂泥岩层厚度适当。但核二段、核三段骨架砂体分布不均匀，指状厚层的高孔渗砂体可能是重要的油气运移通道。油气富集区往往对应着砂体展布方向，而不同物源砂体之间储层连通性差，物性差，油气富集程度低。

张店–白秋复杂断块区具“近源、层厚”特点（图2），如南99井核二Ⅲ亚段砂岩厚度达72 m，含砂率为49.3%，平均孔隙度为21.4%，渗透率一般为 157×10-3μm2～621×10-3μm2；而魏岗复杂断块区具“远源、层薄”特点，处在三角洲前缘末端的魏岗Ⅰ断块魏10井核二Ⅲ亚段砂岩累计厚度达240 m，平均孔隙度为 11.5%，渗透率为 26×10-3μ m2～229×10-3μm2。因此，北部砂体发育规模和物性差异是造成复杂断块区储量丰度、产能差异的重要原因。

图1 南阳凹陷构造格局及研究区位置

图2 南阳凹陷魏21井－南26井核二段沉积微相联井剖面（近东西向）

2.2 断层作用

南阳凹陷断裂极为发育，主导控制着凹陷的沉积作用、构造发育及构造展布格局。北东东向、北东向、近东西向三组断裂断距较大，延伸较长，相互交切魏岗、张店鼻状构造根部，形成一系列有利的断鼻（断块）圈闭，控制了油气的生成、聚集和分布[3]。由过魏岗、张店鼻状构造主体的地震剖面可知，除边界控制的断层外，共有不同时期切穿核三Ⅰ亚段–核二Ⅱ亚段烃源岩的断层38条，断层的断距一般为 30 ～100 m，延伸长度为 3 ～15 km。这些不同产状、不同大小的断裂控制着研究区油气的宏观分布。

断层在地质时期起通道作用还是遮挡作用，与断层活动时期、断层静止期两侧岩层的物性、拼接方式及地层压力等因素有关。在油气大量运移聚集之前就已停止活动的断层，一般都具有较好的封堵性，油气在断层附近聚集形成油气藏；反之，断层封闭性差，油气运移至断层附近，沿着断层运移至另一盘，造成同一生烃层系生成的油气向不同的储集层输送和聚集，或同一储集层接合、聚集了多套烃源岩生成的油气，出现“一源多层”或“一层多源”的现象[4]。

位于魏岗地区的魏岗一号断层（F12），为一走向北北东、倾向南西西、长度7.1 km、最大断距可达500 m的正断层，对核桃园组地层的沉积有一定的控制作用（图3）。该断层主活动期在核三段早期，核一段晚期活动明显减弱，在廖庄组沉积末期基本不活动；而主力烃源岩（Eh3～Eh2）在核一段沉积末期才开始成熟，因而，该断层的活动期明显早于古近系烃源岩的主生排烃期，加之断距大对油气的封堵作用远强于通道作用，使之成为早期成烃旋回（Eh1～El）的油气运移通道，并沿魏岗鼻状构造脊穿过断层向高部位运移；新近纪，断层活动停止，因而对晚期成烃旋回(El～Q)生成的油气主要起封堵作用，油气主要聚集在魏岗、张店鼻状构造邻近的不同断块内。

图3 魏岗一号断层（F12）平面展布及地震剖面

3 成藏主控因素

魏岗、张店断裂鼻状构造或受古隆起控制，或为同沉积差异压实作用形成，这些构造带发育早且具有继承性，最后定型时间为廖庄组沉积末期的构造运动，形成时间早于南阳凹陷大量排烃期(核一段至廖庄组沉积末期)，加之这几个构造带均处于生油区，因此，圈闭发育与油气生排烃高峰期时间匹配良好[4]。

3.1 成藏关键期

通过烃源岩生烃史、流体包裹体及压力、流体势演化史模拟、圈闭形成史分析可知，南阳凹陷主力烃源岩层是核二Ⅲ段和核三Ⅰ段，烃类活动具有旋回性、多期次的特点（图4）。油气成藏过程表明，油藏普遍存在三期油气充注和两期油气成藏，核三段烃源岩在核一段中末期达到生排烃高峰，核二Ⅲ亚段烃源岩在廖庄组末期达到生排烃高峰，从整体上看廖庄组是整个凹陷的生、排烃高峰期。主成藏期相当于廖庄组末期开始的构造抬升后至新近纪再沉积期，成藏期长达15.3 Ma～26.8 Ma。油气的成藏作用大体经历了早期侧向运移与断层垂向输导浅层成藏和晚期侧向运移断层封闭成藏。早期生成的原油主要来自核三段和核二Ⅲ亚段烃源岩，包括低成熟、成熟型原油；晚期生成的原油以成熟型为主，也包括由核二Ⅰ、Ⅱ亚段烃源岩生成的低成熟型原油。

3.2 成藏主控因素

3.2.1 构造对油气富集起着主导作用

对油藏解剖发现，构造对魏岗、张店油田的油气富集的控制作用主要表现在两个方面：一是断层作为油藏的遮挡物与鼻状构造相配合，形成各类油藏；二是两条断层相交或数条断层相接构成断层圈闭，使油气富集[3]。从流体势的平面特征看，长期继承性的古隆起形成了以汇聚流为主的流体势等值线形态，使得来自牛三门次凹的原油从不同方向指向该构造部位的低势区汇聚。加上魏岗隆起区埋深相对较浅，良好的孔渗条件也为油气运聚提供了通道，所以，魏岗、张店油田成为南阳凹陷最大的油田[4]。

3.2.2 油藏含油范围和油藏高度受断层封闭性控制

通过对断层封闭要素与成藏相关性量化研究认为，影响断层封闭性的主控因素是断层规模、泥岩涂抹系数、对置盘砂地比以及断层倾角等，低序级断层和早期断层具有良好的封闭性。通过典型油藏解剖和成藏特征分析，断层控藏具有多重性，油气分布受断块控制，即断层控藏和侧向封堵[4]。油气运移主要为沿断层的阶梯状运移和穿断层沿储集层的串层侧向运移，两种运移交替进行，从深层运移至浅层。油气聚集于被断层不断分隔的块断单元中，由南向北的断块含油层位不断减少。油藏特征普遍表现为“含油高度小、含油宽度窄”的特点。

近年来的勘探成果表明，魏岗、张店鼻状构造与砂体的展布具有较好的对应关系，即鼻状构造的轴向与砂体的轴向基本重合或斜交，两翼处于砂体侧缘部位。北西向或北东向的断层切割砂体，上倾方向受到断层遮挡，侧缘方向形成岩性尖灭，两因素相结合形成了断层–岩性油气藏。在鼻状构造主体部位的高断块钻探多能见到较厚的油层，而到其翼部的低部位一般含油情况变差。说明鼻状构造不仅给油气聚集提供了有利场所，而且对油气的富集起着良好的控制作用（图5）。

图4 南阳凹陷油气充注史分布

图5 魏岗油田南北向剖面及主要区块含油高度剖面

4 勘探潜力分析

南阳凹陷魏岗、张店鼻状构造的继承性发育十分有利于油气运聚，是有利勘探方向。受构造运动和成烃旋回的影响，有机质热演化经历了早期成烃与晚期成烃旋回。特别是廖庄组沉积末期，同期发生的差异抬升构造运动导致油气大规模运移，形成现今东部地区斜坡带众多、与断层有关的油气藏。斜坡带发育的各种断鼻（断块）都被证实是有利的油气聚集带。

4.1 晚期成烃旋回

晚期成烃旋回主要发生在廖庄组末期开始的构造抬升期至新近纪再沉积期。由于凹陷处于拗陷期，地层差异抬升作用增加鼻状构造与烃源岩势能差，油气构造脊首先向北运移，部分油气沿砂体穿断层侧向运移。这一时期，主要断层活动基本停止，生成的烃类主要聚集在斜坡带内侧及中央凹陷带周缘的砂体中，容易形成异常高压。因此，在鼻状构造倾没端及两翼发育的碎屑岩重力流砂体及滩坝砂体是研究区内部隐蔽油气藏的重要目标。如张店鼻状构造带西翼部署的张9-1井，初期日产油10.5 t，已累产原油397.2 t，证明在鼻状构造带两翼的断层–岩性油藏中存在较大油气潜力。在魏岗油田Ⅴ断块以北地区，虽然有北掉断层遮挡作用影响，但距含油区较近，遮挡作用最弱，成藏可能性最大，如在Ⅵ、Ⅷ1等断块的核三段已发现了多个油藏。近期研究表明，南72井周缘断块群油气运聚条件最为优越，核三段应是油气勘探的有利层系。

4.2 早期成烃旋回

早期成烃旋回主要发生在核一段中末期–廖庄组沉积期，是核三段生成的低成熟–成熟油充注期。在这一时期，由断层+砂岩储集体构成的复合型输导体系中的油气开始就近进入金华–张店砂体并聚集于邻近的圈闭中，通过构造脊效应和断层面，沿鼻状构造轴部向北运移，部分油气沿砂体穿断层侧向运移，或沿断层呈阶梯状运移，因此，在断层断开的层位都能形成油气聚集，油藏具有井段长、油层多而集中、含油带窄等特点。魏岗油田5个核三段烃源岩样品中仅1个样品与核二段原油沉积环境相似，反映出核二段原油主要来自核二段烃源岩。魏 315井（核三Ⅱ亚段）原油样品的伽马蜡烷指数高达1.26，说明原油可能来自南部同型烃源岩，反映了魏岗油田原油与生油岩物源输入的一致性。因此，在早期成烃旋回中晚期，部分断裂仍在活动，为这部分烃类进入核三段储层提供了条件，继承性发育的古隆起或差异压实形成的鼻状构造更有利于油气运聚，已发现油藏主要集中在魏岗、张店鼻状构造轴部高部位[5-8]。综合研究认为，在油气运移流线密集的路径上，主要寻找断层封闭的断鼻（断块）油藏和断层–岩性油藏。