断层封闭史在临邑洼陷油气成藏中的作用

2019-01-11邱贻博

特种油气藏 2018年6期

韩敏，邱贻博

(中国石化胜利油田分公司，山东东营 257061)

1 区域地质特征

临邑洼陷位于惠民凹陷的西南部(图1)，是受临商断裂和夏口断裂共同控制的双断式洼陷，长为70 km、宽为15 km，面积约为1 000 km2。其北以中央隆起带与滋镇洼陷相隔，南以斜坡带向鲁西隆起过渡[1-2]。临邑洼陷是惠民凹陷勘探程度较高的一个洼陷，现今惠民凹陷发现的含油区带主要集中在临邑洼陷及其周缘，呈环带状分布。其油藏类型主要有2种：一是受断层遮挡形成的构造油藏，二是受断层及储层控制的构造-岩性油藏，该油气的富集在很大程度上受到断层封闭性的影响。为深入研究断裂在油气成藏过程中的作用，研究断层的封闭史显得尤为重要。

2 断层封闭史研究

断层的封闭史是指控油断层封闭性的发展和演化历史[3-11]，是油气成藏的主要控制因素。为了对油气的整个成藏过程有全面的认识和分析，着重研究断层的发展演化历史。

图1 临邑洼陷地质构造

断层封闭性受多种地质因素的影响和控制，通过前人的研究以及发展现状，已建立了一套研究控油断层封闭史的方法[2]，即应用埋藏史、构造演化史及断面的力学性质等方面，来定性、定量地反映在各个地质时期控油断层是否封闭或者开启，以及封闭和开启的程度。

2.1 临邑洼陷埋藏史恢复

埋藏史研究是进行断层封闭史研究的一个重要前提，通过恢复研究区的埋藏史可以明确各沉积体系在时间、空间上的分布和发育演化规律，进而揭示控制圈闭形成的因素以及圈闭的发育演化过程；通过定量分析可建立盆地的沉降模型，确定盆地演化的力学机制[12-15]。

利用研究区各井的测井资料，结合区域压实模拟实验和原始孔隙度分析资料，确定了临邑洼陷砂岩、泥岩孔隙度与深度的关系式：

φ砂=0.4367e-0.0003112H

(1)

φ泥=0.5677e-0.0007935H

(2)

式中：H为深度，m；φ砂、φ泥分别为砂岩、泥岩的孔隙度，%。

采用回剥方法[3]对临邑洼陷临82、商10、夏323、夏46等井进行了埋藏史恢复(图2)。由图2可知，临邑洼陷沙三段由西向东埋深逐渐变浅，表明构造沉降逐渐减弱。由沙三段至沙一段沉积时期是凹陷沉积速率逐渐变小的过程，在埋藏史曲线上表现为斜率变缓。东营组沉积时期，全区进入一个快速的沉降时期。在东营组末期，临邑洼陷进入坳陷期，地层整体抬升遭受剥蚀，尤以北部的中央隆起带和南部的斜坡带剥蚀量较大，可剥蚀到沙三段或沙四段地层。东营组末期后，馆陶期沉积速率明显变小，明化镇期至现今沉积速率又变大。总体来看，临邑洼陷的沉积速率是由大变小再变大的过程。临邑洼陷主要的烃源岩为沙三段，且认为生油门限在2 800 m左右，在东营组末期，沙三段烃源岩开始进入生油门限，其首先生油的地区为临邑洼陷西部靠近临商断裂一侧。

图2 临邑洼陷埋藏史剖面

2.2 临邑洼陷构造演化史

在地质历史演化过程中，临邑洼陷经历了多期的构造运动及断裂交错，断裂发育相当复杂。为正确再现该区复杂的构造演化特征，对该区的断裂活动和构造演化进行了分析和研究(图3、4)。

图3 中央隆起带构造演化剖面

研究表明，东营组沉积期，全区断层活动强烈。到馆陶组沉积时期，断层活动开始微弱，构造形态变化不大；明化镇期，临商断裂再次活动，其中，以西部的临邑断层活动最为强烈，明显强于其他断层，油气纵向运移明显。由于临邑断层下降盘沙河街组与上升盘孔店组及更老地层接触，侧向封闭性能较好；而上部，下降盘馆陶组、东营组与上升盘沙三段相对接，侧向封闭较差，油气可进入上升盘储层。夏口断层在东营、馆陶组沉积期间，下降盘沙三段与上升盘沙三段或沙四上段相对接，侧向封闭较差，部分油气可穿断层侧向运移到上升盘储层中。明化镇期，由于夏口断层东西部活动差异，西部断层落差较大，下降盘沙三段主要与上升盘沙四段或孔店组相对接，断层侧向封闭性能较好，油气主要聚集在断层下降盘成藏；在东部，夏口断层下降盘沙三段与上升盘沙三段或沙四上段相对接，断层封闭性较差，油气侧向运移明显。可见，通过构造演化史研究，能查明控油断层在各个时期，特别是成藏期或成藏期以后的封闭性或开启性，以及封闭或开启程度，这对指导油气勘探有重要意义。

2.3 临邑洼陷断面主应力

断层的侧向封堵性在某种程度上来说主要受控于断面应力。断面应力即断面所承受的力，包括剪应力和正应力。剪应力主要控制断层的活动，造成断层两盘发生明显错动；正应力使得断面开启或紧闭。一般来说，张性和张剪性断层多具有开启性，压性和压剪性断层多具有封闭性。

利用断面应力计算公式计算了东营组、馆陶组沉积末期及现今目的层段(沙三段)断面所承受的应力值(表1)。

由表1可知，自东营末期以来，在区域构造应力场的作用下，研究区断面力学性质为压剪性。在断层活动时，压剪性断层有利于断裂带内物质的研磨，使得岩石颗粒更加泥粒化，增大断层的封闭能力；而在断层活动静止期，压剪性断层又使得断面紧闭，随着埋深的增大，断面承受应力越大，断面紧闭程度越好，断层的封闭性能也就越好。由此可见，从东营组末期至现今，在断层活动的静止期，研究区内断层垂向封闭性较好，油气主要以侧向运移为主。

图4 临邑洼陷南部斜坡带构造演化剖面

断层名称位置东营组末期目的层断面正应力/MPa剪应力/MPa馆陶组末期目的层断面正应力/MPa剪应力/MPa现今目的层断面正应力/MPa剪应力/MPa临商断裂临82井北14.208.3018.007.9029.707.50盘40井南15.9010.1019.609.3028.507.80盘3井南6.909.5013.5010.0015.102.70商10井北16.107.6018.307.6019.506.10夏口断裂夏323井南15.106.4020.108.9024.0617.57夏32井南21.222.9223.531.4038.541.73夏26井南22.207.6025.103.8029.516.46夏46井南27.307.9027.405.3029.404.01

3 断裂对油气成藏的作用

断裂构造是含油气盆地中非常重要且常见的构造类型之一，断裂的形成与演化不仅与盆地的构造和演化息息相关，而且控制着含油气圈闭的形成与发展，可直接或间接地控制含油气盆地内生油岩以及储集层的发育，对内部油气的形成、运移、聚集及油气藏的分布具有重要的控制作用。临邑洼陷现已发现的油气主要聚集在洼陷周缘，呈环带状分布。洼陷内烃源岩埋深较大，在洼陷周缘往往无烃源岩或烃源岩较薄，其油气来源于临邑洼陷内。断裂作为油气运移的通道，是连接烃源岩与圈闭的桥梁，为油气从烃源岩到圈闭的运移创造了条件。

控制临邑洼陷沉积的临商断裂和夏口断裂均为油源断裂，其对油气藏的形成起到至关重要的作用。这2条断裂紧邻生烃中心，充足的油源为油气的运移提供了动力。当油气的运聚期恰好对应于断层的活动期时，断层开启，断裂即成为了油气主要运移通道，大量的油气将通过断裂运移到上部储层。由于这些断裂往往是构造运动应力聚集和释放的地带，多期的构造运动会导致这些断裂再次活动，为油气的多期注入提供机会，使得油气沿断裂带在纵向上形成多套含油层系。位于临邑洼陷北侧的临商断裂，在油气运移期以来，断裂的活动主要呈现出由强变弱再变强的规律，在运移早期，油气可在断裂附近形成原生油气藏，在运移晚期，断裂的活动使油气既能在浅层形成原生油气藏，又能破坏深层的原生油气藏而在浅层形成次生油气藏。因此，断层活动使得油气在上下层位皆有分布，形成具多套含油层系、多油藏类型的复式油气聚集带(图5)。