饶阳凹陷留楚地区东二段、东三段断—砂配置输导 油气能力及其与油气富集关系

韩 刚 曹 成 张文婧 曹 阳 王树恒 包 丽

（1东北石油大学地球科学学院；2东北石油大学“非常规油气成藏与开发”省部共建国家重点实验室；3中国石油大庆油田公司勘探开发研究院）

0 引言

勘探实践证明，含油气盆地下生上储式生储盖组合中断裂和砂体配置是油气运移的重要输导通道[1-2]，并在一定程度上控制着油气的分布。断裂与砂体配合形成的各种类型的油气藏已成为我国目前油气勘探的主要目标。这不仅表现在含油气盆地的隆起区，而且也表现在含油气盆地的凹陷区。关于断裂和砂体作为油气运移输导通道，国内外学者通过野外观察、理论研究、物理模拟[3-11]等方面进行了大量研究，阐述了影响断裂和砂体输导有效性的因素[12-15]、断裂和砂体输导油气特征[16-17]及断裂和砂体分布对油气成藏与分布的控制作用[18-21]等，对指导含油气盆地断裂发育区油气分布规律认识和油气勘探起到了非常重要的作用。但对构成断—砂配置输导体系的断裂优势输导通道与砂体的分布特征，以及不同输导油气能力的断—砂配置输导体系与油气聚集成藏之间关系等方面的研究几乎没有。基于此，本文从刻画断裂优势输导通道和连通砂体分布入手，研究断—砂配置输导体系输导油气能力与油气富集关系，对于正确认识含油气盆地下生上储式生储盖组合油气成藏规律和指导油气勘探均具重要意义。

1 地质概况

渤海湾盆地是中国东部重要的含油气盆地[22-25]。 留楚地区位于该盆地冀中坳陷饶阳凹陷南部（图1），是受东侧留楚—黄埔村断裂和西侧大王庄东断裂双向挤压形成的北东向不对称塌陷背斜构造。背斜核部位于留楚地区北部和中部地区，背斜东翼陡、西翼缓。

图1 留楚地区构造纲要图Fig.1 Structural outline map of Liuchu area

留楚地区从下至上发育的地层有古近系孔店组、沙河街组、东营组和新近系馆陶组、明化镇组及第四系平原组（图2）。目前留楚地区已发现的油气主要分布在东营组二段和三段（分别简称东二段、东三段），少量分布在东营组一段（简称东一段）和馆陶组，油气源对比结果[25-27]表明，其油气主要来自下伏沙河街组一段（简称沙一段）烃源岩，属于典型的下生上储式生储盖组合。然而，留楚地区东二段、东三段目前已发现的油气主要分布在北部留楚背斜核部，少量分布在中北部留楚南背斜核部，这除了与其构造和储层发育有关，在很大程度上受到东二段、东三段断—砂配置输导体系输导油气能力强弱的影响，断—砂配置输导体系输导油气能力越强，越有利于油气聚集分布；反之，则不利于油气聚集与分布。因此，明确断—砂配置输导体系内在机理和控制要素应是留楚地区东二段、东三段油气勘探的关键。

图2 留楚地区断裂系统划分模式图Fig.2 Division pattern of fault system in Liuchu area

2 断—砂配置输导体系断裂输导通道特征

2.1 断裂类型及特征

断裂不仅可以作为油气聚集的遮挡，更重要的是作为油气运移的输导通道，起着连接烃源岩和圈闭的桥梁作用，使油气聚集成藏[28-32]。留楚地区东二段、东三段内发育有大量不同规模和类型的断裂，各断裂呈密集带分布（图3a）。依据断裂的活动时期：沙河街组三段（简称沙三段）属于伸展期、东营组属于走滑伸展期、馆陶组以来属于张扭期（图2），留楚地区东二段、东三段储层中发育早期伸展断裂、中期走滑伸展断裂、晚期张扭断裂、早期伸展—中期走滑伸展断裂、中期走滑伸展—晚期张扭断裂和早期伸展—中期走滑伸展—晚期张扭断裂6种类型。其中，连接沙一段烃源岩和东二段、东三段储层且在油气成藏期——明化镇组沉积末期活动的断裂，即第五类中期走滑伸展—晚期张扭断裂和第六类早期伸展—中期走滑伸展—晚期张扭断裂两类，是沙一段烃源岩生成的油气向上覆东二段、东三段储层运移的优势输导通道（图3b）。由图3可以看出，留楚地区东二段、东三段输导断裂呈北北东向展布，第五类中期走滑伸展—晚期张扭断裂几乎全区范围内发育，第六类早期伸展—中期走滑伸展—晚期张扭断裂仅在边部发育。

图3 留楚地区东二段、东三段不同类型断裂分布图Fig.3 Distribution of different type faults of Ed2+3 members in Liuchu area

2.2 优势输导通道分布特征

受断层面凸凹不平的影响，留楚地区沙一段烃源岩生成的油气并非沿整条输导断裂大面积向上覆东二段、东三段储层中运移，而是沿着凸面脊部向上运移。由于凸面脊部构造位置相对较高，为油气运移的高势区，而凹面脊部构造位置相对较低，为油气运移的低势区，油气沿断裂由下至上运移过程中，凸面脊两侧凹面脊部的油气会向凸面脊部汇聚运移，形成优势运移通道（图4）。由此可知，油气主要是通过凸面脊沿输导断裂由下至上运移。根据三维地震资料解释追索留楚地区东二段、东三段内每条输导断裂断面形态，以及断面凸脊、凹脊分布位置确定断裂优势输导通道位置（图5）。

图4 油源断裂凸面脊汇聚运移油气示意图 Fig.4 Sketch map of hydrocarbon migration and accumulation along convex ridge of oil source faults

图5 留楚—皇甫村油源断裂优势输导通道分布图Fig.5 Distribution of dominant hydrocarbon transport paths of oil source faults in Liuchu-Huangpucun area

3 断—砂配置输导体系砂体分布特征

由于留楚地区东二段、东三段探井少且分布不均，难以准确确定其砂体空间连续分布范围，故只能利用地层砂地比资料来间接预测。由已知井点处东二段、东三段油气层的砂地比值统计结果可以看出（图6），留楚地区东二段、东三段油层最小平均砂地比为20%，即其砂体连通所需最小砂地比应为20%。因为只有砂体连通，砂体与输导断裂配置，沙一段烃源岩生成的油气才可以向上覆东二段、东三段储层运移，进而聚集成藏；否则油气不能进入，也就无油气聚集成藏。

图6 留楚地区东营组平均砂地比统计图Fig.6 Relationship between sand-formation ratio and oil-gas distribution of Ed Formation in Liuchu area

图7 留楚地区东二段、东三段断—砂配置输导体系与砂体分布关系Fig.7 Relationship between hydrocarbon transport system of fault-sandstone configuration and distribution of sand bodies of Ed2+3 members in Liuchu area

利用钻井和地震资料预测留楚地区东二段、东三段连通砂体分布可知（图7），留楚地区东二段、东三段输导断裂两侧发育大量砂体，除了北部边部外，其余广大地区砂体皆为连续分布。东二段、东三段这种断—砂配置输导体系主要是由输导断裂优势输导通道与上盘连通砂体构成，在平面上主要分布在留楚地区东部、南部和中北部地区，西部地区相对较少。

4 断—砂配置输导体系输导油气能力及分布特征

留楚地区东二段、东三段断—砂配置输导体系输导油气能力的强弱，还受到与其连接下伏烃源岩品质好坏的影响。被油源断裂沟通的烃源岩品质越好，为油源断裂优势通道输导提供的油气量越多，越有利于油源断裂优势通道输导油气；反之则不利于输导油气。因此，沙一段烃源岩品质越好，东二段、东三段断—砂配置供油气能力越强；反之则越弱。由钻井及地震资料统计可知，留楚地区沙一段烃源岩厚度最大可以达到200m以上，主要分布在留楚地区北部，东南部烃源岩厚度减小至50m以下，如图8所示。有机地球化学测试结果表明，留楚地区沙一段烃源岩有机质丰度相对较高，总有机碳含量（TOC）为0.6%～2.0%；氯仿沥青“A”为0.15%～0.2%；生烃潜量（S1+S2）为3.0～9.0mg/g；有机质类型以Ⅱ1和Ⅱ2为主；有机质演化已进入生烃门限（埋藏深度为3000m），Ro为0.5%～1.0%。留楚地区沙一段烃源岩品质分为好、中等和差3个 等级。将东二段、东三段断—砂配置输导体系分布与沙一段烃源岩分布区叠合（图8）可以看出，强输导油气能力的断—砂配置输导体系个数相对较多，主要分布在留楚地区北部的好品质烃源岩区；其次弱输导油气能力的断—砂配置输导体系，主要分布在留楚地区东南部的差品质烃源岩区；再次为中等输导油气能力的断—砂配置输导体系，主要分布在留楚地区中部及东、西两侧边部的中等品质烃源岩区。

图8 留楚地区东二段、东三段断—砂配置输导体系与沙一段优质烃源岩分布关系图Fig.8 Relationship between hydrocarbon transport system of fault-sandstone configuration of Ed2+3 members and distribution of high-quality source rocks of Es1 member in Liuchu area

5 断—砂配置输导体系对油气成藏与分布的控制作用

从图7可以看出，留楚地区东二段、东三段目前已发现的油气主要分布在北部留楚背斜核部和中北部留楚南背斜核部，与不同输导油气能力断—砂配置输导体系分布之间存在较好的对应关系。通过统计工业油流井与不同输导油气能力断—砂配置输导体系之间的关系（图7）可知，强输导油气能力断—砂配置输导体系附近油气最富集，其次是中等输导油气能力断—砂配置输导体系，弱输导油气能力断—砂配置输导体系附近目前尚未获得工业油流井。这是因为只有位于强输导油气能力断—砂配置输导体系附近的圈闭，才能从下伏沙一段烃源岩获得大量油气，有利于油气运聚成藏，油气最为富集。位于中等输导油气能力断—砂配置输导体系附近的圈闭，从下伏沙一段烃源岩获得的油气有限，只能形成少量的油气聚集，典型例子为留楚南背斜（图9）。而位于弱输导油气能力断—砂配置输导体系附近的圈闭，从下伏沙一段烃源岩获得的油气更少，不利于油气聚集成藏，如留楚地区南部及东、 西两侧（图1）。

图9 留楚地区油气藏剖面图（剖面位置见图1）Fig.9 Oil and gas reservoirs profile in Liuchu area（profile location as shown in Fig.1）

6 结论

（1）留楚地区东二段、东三段储层与下伏沙一段烃源岩被多套泥岩层相隔，沙一段烃源岩生成的油气不能直接通过地层岩石孔隙向上覆东二段、东三段储层运移，只能通过断裂才能使沙一段烃源岩生成的油气进入东二段、东三段储层，而只有连接沙一段烃源岩和东二段、东三段储层且在油气成藏期活动的断裂才能构成断—砂配置的优势输导通道。

（2）留楚地区东二段、东三段断—砂配置输导体系主要由断裂优势输导通道和连通砂体构成，其输导油气能力的强弱与烃源岩品质密切相关并控制着油气富集程度，这一研究结果与留楚地区东二段、东三段油气勘探所揭示的油气分布相吻合。