夏口断裂带断层封闭史及油气运聚规律

王东晔

(中国石化胜利油田分公司 勘探开发研究院,山东 东营 257015)

1 区域地质概况

夏口断裂带位于渤海湾盆地济阳坳陷惠民凹陷南部,是临南洼陷与斜坡带之间的重要分界断裂[1]。研究区内正断层十分发育,夏口断裂的上升盘划分为四个构造单元:曲堤地垒带、济阳地堑、仁风潜山带和西南缓坡带(图1)。断层下降盘自西向东依次为兴隆寺花式背斜构造、双丰鼻状构造、江家店鼻状构造等。在夏口断裂带的下降盘,双丰鼻状构造发现了临南油田,江家店鼻状构造发现了江家店油田;在夏口断裂的上升盘,曲堤地垒发现了曲堤油田,西南缓坡带发现了钱官屯含油构造,但目前无大的突破[2-3]。研究区内不同构造带、不同含油层系油气富集程度差异较大,断层封堵性成为制约勘探的关键问题,以往研究主要侧重于现今断层封闭性研究[4-6],对于不同历史时期断层的封闭史及其对油气富集的控制作用缺乏系统研究。针对存在的问题,笔者通过系统研究,对研究区的断层封闭性演化特征进行深入研究,明确夏口断裂带油气运聚规律。

图1 夏口断裂带构造概况

2 断层封闭史

断层在油气成藏过程中发挥的作用主要取决于其封闭性[7-11]。由于在地质历史的演变过程中,控制或影响断层封闭性的因素是变化的,这就导致大部分断层在某一段时间内是封闭的,而在另一段时间内是开启的,断层总是处在“封闭-不封闭-封闭”的循环过程中。因此研究断层封闭性的演化历史,对油气成藏过程的分析具有重要的指导作用。基于研究区埋藏史、构造演化史、构造应力场等研究,考虑影响断层封闭性的4个主控因素,采用模糊综合评价技术对夏口断裂带典型断层不同时期的封闭性进行了量化评价。

2.1 单因素评价

2.1.1 断面力学性质F1

断层纵向封堵性在某种程度上受断面应力的控制,其力学性质是断层具有封闭性的重要条件。当断面力学性质为压剪性时,断面紧闭,且有利于断裂带物质的研磨,断层封闭性很强,其隶属度取1.0;当断面力学性质为纯压应力时,断层封闭性较好,隶属度取0.8;断面力学性质为张剪性时,断层一定程度开启,封闭性一般,隶属度取0.3;断面力学性质为张性时,断层开启,不具有封闭性,其隶属度取0。

2.1.2 断面岩性配置F2

当储层在上倾方向与断层另一侧的非渗透性岩层(泥岩或膏岩)对置时,断层封闭性好,其隶属度取1;如果两侧储层对接,上倾方的地层排驱压力较大时,断层封闭性一般,能封闭一定程度的油气,隶属度取0.5;如果两侧储层对接,但上倾方的地层排驱压力小时,断层不能封堵油气,隶属度就取0。

2.1.3 断层活动强度F3

断层活动是影响断层封闭程度的一个重要因素,断层活动强度大时,断层封闭性较差,断层活动强度小时,则断层封闭性较好。目前,研究断层的活动强度主要采用断面生长指数和断层活动速率,其中后者反映断层在这段时期内的平均活动强度,并且不受地层剥蚀量的影响,因此采用断层的活动速率(Vf)来表征断层的活动强度,用Vf的大小来反映活动强度及封闭程度。研究全区断层活动强度与油气分布的关系后,取Vf最大时,其隶属度为0;Vf最小时,隶属度为1;Vf介于两者之间时时,隶属函数取1-Vf/Vfmax。

2.1.4 断层活动时期与油气运聚匹配程度F4

在油气大规模运聚期活动强烈的断层,主要作为输导油气的通道,其封闭性较差;油气运聚时期活动较弱或者不活动的断层,其封闭性较好,主要起到遮挡油气的作用。两者的匹配程度可用油气大规模运聚时期的断层平均活动强度来表示,其隶属函数也可用1-Vf/Vfmax表征。

2.2 权重系数

根据夏口断裂带实际地质条件,采用层次分析和专家调查两种方法综合确定权重系数(表1)。可以看出,决定研究区断层封堵程度的最重要因素为断层的活动强度和断层两盘的岩性配置,由于断面的力学性质自生烃期以来一直为压剪性,这对油气运移时期断层封闭性的变化情况来说影响不大,取其处于较重要的程度,断层活动时期与油气运聚匹配程度处于相对次要的地位。

表1 单因素权重系数

2.3 综合评价

本次研究采用加权平均型计算方法:

式中,Wi为第i种因素的权重系数;Di为第i种因素的隶属度;S为断层封闭性综合评判结果,S值越大,断层封闭性越强。根据夏口断裂带实际计算情况,S值大于0.65时,封闭性较好。

通过夏口断裂带主要断层不同时期的封闭性S值分布曲线上可以看出,从东营组沉积末期该区烃源岩开始生烃到现在,断层的封闭性是一个复杂变换的过程。东营组沉积末期是全区断层活动比较活跃的一个时期,大多数断层此时都不具有封堵性,这时沟通油源的断层成为油气运移的通道;馆陶组沉积时期是全区断层活动的间歇期,此时研究区内的各级断层都比较平静,断层的封堵性与东营末期时相比,有了一定程度的增强;明化镇及平原组沉积时期由于部分断层的重新活动,使得这部分断层的封堵性大大的减弱,夏口断层由于早期东西部断层活动强度的差异,使得断面两盘岩性配置有所不同,这直接影响了各段断层的封闭性;现今断层的封闭性都已经有了较大幅度的提高,除在某些层段还存在侧向开启外,总体上封闭性良好(图2)。

3 油气运聚规律及勘探方向

3.1 油气运移方向

利用原油的成熟度梯度变化、原油物性变化、含氮化合物等研究表明,临南油田与钱官屯地区的原油大多同源,曲堤油田与江家店油田的原油大多也具有很好的同源性,它们都主要来自于临南洼陷生成的油气。临南洼陷生成的油气运移至江家店地区聚集,而且大量的油气经过江家店地区再运移至曲堤地区聚集成藏,相继发现江家店油田和曲堤油田;临南洼陷南部的油气侧向运移至双丰鼻状构造聚集形成临南油田后,又通过夏口断裂带运移至西南缓坡带钱官屯地区聚集成藏(图3)。

图2 夏口断裂带典型断层不同时期封闭性评价

图3 夏口断裂带油气运聚方向

3.2 油气富集规律

由研究区油气分布特征及相关断层的封闭史分析可知,临南油田由于其内部断层很早就具有封闭性,成藏时间较早,由于该段夏口断层从东营末期至今的封闭性一直都很强,使大量的油气被封闭在此,因此油气较为富集。在油气运移期断层活动强度不大,导致油气纵向运移不大,含油气层系主要集中于沙二、沙三段,尤其是沙三段。

曲堤油田东营末期江家店-曲堤段夏口断层封闭性较差,导致油气通过夏口断层运聚至曲堤地垒。由于曲堤内部三、四级断层在油气运移期的活动强度较大,油气发生明显纵向运移,使其含油层系较多,目前已发现了馆陶、沙三、沙四上及沙四下四套主要含油层系,局部还在东营、沙二和孔店组发现油气。

江家店油田紧邻生烃中心临南洼陷,烃源岩与断裂的配置关系为江家店北侧提供了大量油气,但是油气运移期断层活动强度不大,导致油气纵向运移不大,含油气层系主要集中于沙三段,局部在沙四和东二段也发现油气。

钱官屯地区断层封闭时期较晚,故其成藏期较晚,而且由于该段夏口断层从东营末期至今的封闭性较强,使得临南洼陷生成的油气不能大量通过夏口断层运移至此,导致其油气相对贫乏。由于在油气运移期的断层已停止活动或活动强度很小,这也导致该区含油层系相对比较单一,主要集中在沙四段(图4)。

3.3 有利勘探方向

综上分析,临南油田及曲堤地区油源充足,最关键是圈闭。临南油田勘探层位应继续以沙三段为主,大断层伴生和派生的构造都应是油气聚集的好场所;曲堤地区构造圈闭很发育,除了继续在馆陶、沙三、沙四上及沙四下四套主要的含油层系中寻找构造圈闭外,由于曲10南断层断距较大,使得中生界储层同下降盘沙四中、下段油气运聚储层对接,因此该区中生界也可能具有良好的油源条件;江家店地区油源也较充足,主要断层整体上封闭性较好,有利于油气聚集,除了继续寻找有利的构造圈闭外,今后应加大该区岩性圈闭的勘探,以寻求更大的产量;钱官屯地区缺乏厚层烃源岩且夏口断层在此处的封闭性较好,导致其油气贫乏,该区缺少构造圈闭,因而侧重点应放在岩性圈闭勘探上,除了在沙四段继续寻找油气外,该区沙二、沙三也有大量砂体尖灭,也有可能富集成藏。此外,目前在钱官屯地区勘探主要放在新生界,通过研究中生界构造,发现中生界地层发育一系列断层,这些断层相互切割形成很多构造圈闭,结合断层封闭性和油气运聚规律研究中生界地层,也会成为后一个重要勘探方向。

图4 夏口断裂带不同地区油气分布模式

4 结 论

(1)断层封闭性并不是一成不变的,而是一个演变的过程,利用模糊综合评价方法对研究区内典型断层的封闭演化历史进行了定量表征,夏口断裂带现今断层的封闭性整体上好于早期。

(2)断层封闭性的演变过程决定了油气成藏的动态性和复杂性,夏口断裂带临南油田沙二、沙三段油气非常富集,尤其是沙三段;曲堤油田已发现了馆陶、沙三、沙四上及沙四下四套主要的含油层系;江家店油田油气主要富集在沙三段;钱官屯地区目前仅在沙四段发现了含油气层位。

(3)临南油田及曲堤地区油源充足,最关键是寻找圈闭;江家店地区油源也较充足,除了继续寻找有利的构造圈闭外,今后应加大该区岩性圈闭的勘探;钱官屯地区油源贫乏,今后应一方面在继续加强构造圈闭勘探的基础上,重点加强岩性圈闭勘探,另一方面中生界具有较大勘探潜力。