断盖配置封闭性组合形成的多层油气运聚有利部位预测方法

付 广，邓 春，于 桐，梁木桂

(东北石油大学地球科学学院，黑龙江大庆 163318)

油气勘探的实践表明，在含油气盆地下生上储式生储盖组合中，往往在一些大断裂附近出现多层油气运聚现象，这主要是下伏源岩生成的油气沿大断裂穿过多套区域性泥岩盖层运移至多层位聚集所致。然而油气钻探结果表明，并非这些大断裂附近的所有部位均有多层油气分布，这除了受到其圈闭构造和砂体发育的影响外，主要受到了断盖配置封闭性组合形成的多层油气运聚有利部位的影响，只有位于大断裂附近断盖配置封闭性组合形成的多层油气运聚有利部位处或附近，才能使油气在其附近多层运聚成藏。因此能否准确地预测出断盖配置封闭性组合形成的多层油气运聚有利部位应是含油气盆地大断裂附近油气勘探的关键。关于断盖配置及其组合与油气运聚关系前人曾做过如下研究:①根据断盖配置在油气成藏期是否封闭，研究油气在断盖配置上下运聚特征[1-8]，认为断盖配置封闭，油气不能穿过断盖配置向其上运移，只能在其下运聚成藏；反之油气在其上下运聚成藏。②根据多套断盖配置封闭性组合特征，研究油气在纵向多层位中的运聚特征[3-5]，认为下部断盖配置封闭，不论中部和上部断盖配置封闭性如何，油气只能在下部断盖配置之下层位中运聚成藏。若下部断盖配置不封闭，但中部断盖配置封闭，上部断盖配置不论是否封闭，油气应在中部断盖配置之下层位进行运聚成藏。如下中部断盖配置不封闭，但上部断盖配置封闭，油气可在上部断盖配置之下所有层位中运聚成藏。研究成果虽然能给出油气纵向运聚层位，但不能准确预测油气在每一层位中的运聚部位，难以有效地指导含油气盆地大断裂附近多层油气勘探。因此开展断盖配置封闭性组合形成的多层油气运聚有利部位预测方法研究，对于正确认识含油气盆地下生上储式大断裂附近多层油气分布规律和指导油气勘探均具重要意义。笔者在断盖配置封闭性组合形成的多层油气运聚条件和有利部位研究的基础上，通过确定上部断盖配置封闭部位和下部各断盖配置不封闭部位，将其叠合建立一套断盖配置封闭性组合形成的多层油气运聚有利部位的预测方法。

1 断盖配置封闭性组合形成的多层油气运聚条件及有利部位

在含油气盆地下生上储式生储盖组合中，下伏源岩生成的油气只能通过油源断裂(连接下伏源岩和上覆目的层，且在油气成藏期活动的断裂)才能在上覆层位中运聚成藏。然而，油源断裂在向上覆地层输导油气过程中必然要遇到多套区域性泥岩盖层阻挡。油气要在纵向多层中运聚成藏需要上部断盖配置封闭，其下部各断盖配置皆应不封闭，只有这样油气才能沿油源断裂穿过多套区域性泥岩盖层在其下多层中运聚成藏(图1(a))；否则油气只能在其下单一层位中运聚成藏(图1(b))。

图1 断盖配置封闭性组合形成多层油气运聚所需条件Fig.1 Conditions required for oil and gas migration and accumulation in multi-layers formed by sealing combination of fault-cap configuration

可以看出，断盖配置封闭性组合形成的多层油气运聚有利部位应是上部断盖配置封闭部位和下部各断盖配置不封闭部位的耦合部位(图2)。

图2 断盖配置封闭性组合形成的多层油气运聚有利部位厘定示意图Fig.2 Determination of favorable positions for oil and gas migration and accumulation in multi-layers formed by sealing combination of fault-cap configuration

2 断盖配置封闭性组合形成的多层油气运聚有利部位预测方法

预测出上部断盖配置封闭部位和下部各断盖配置不封闭部位，将其叠合，其重合部位即为断盖配置封闭性组合形成的多层油气运聚有利部位。

要确定上部断盖配置封闭部位就必须确定出上部断盖配置古断接厚度和断盖配置封油气所需的最小断接厚度。要确定上部断盖配置古断接厚度就必须先确定断入上部区域性泥岩盖层的油源断裂。利用三维地震资料拆分上部区域性泥岩盖层内断裂的断穿层位，将连接下伏源岩和上部区域性泥岩盖层且在油气成藏期活动的断裂作为输导断裂。利用源岩成熟度地化参数随埋深变化特征，由生烃潜力法[9-12]确定源岩排烃门限，据此圈定源岩排烃分布区。将源岩排烃分布区内的输导断裂作为油源断裂，并利用三维地震资料读取不同部位油源断裂在上部区域性泥岩盖层内断距和对应处上部区域性泥岩盖层厚度，由最大断距相减法[13-16]和地层古厚度恢复方法[17-20]恢复其在油气成藏期古断距和古厚度，由盖层古厚度减去古断距，求取不同部位上部断盖配置古断接厚度(Hf,图3(a))。统计研究区已知井点处上部断盖配置古断接厚度与其上下已发现油气分布关系，将断盖配置断接厚度按由小到大排列(应去掉受圈闭条件、储层条件和油气充注强度等因素影响的井进行统计)，如图3(b)所示，根据区域性泥岩盖层上下油气分布特征，研究断盖配置是否封闭，若区域性泥岩盖层之上无油气分布，表明油气不能穿过区域性泥岩盖层向其上运移，断盖配置封闭；相反，断盖配置不封闭。基于此，取油气仅分布在区域性泥岩盖层之下处的最小断接厚度作为断盖配置封油气所需的最小断接厚度(Hfmin)[6,21]，将上部断盖配置古断接厚度大于或等于其封油气所需的最小断接厚度的部位圈在一起，便可以得到上部断盖配置封闭部位(图3)。

图3 断盖配置封闭部位厘定示意图Fig.3 Determination of sealing position of fault-cap configuration

确定下部各断盖配置不封闭部位可以采用上述方法，只是最后将下部各断盖配置古断接厚度小于其封油气所需的最小断接厚度的部位圈在一起，即为下部各断盖配置不封闭部位。

将已确定出的上部断盖配置封闭部位和下部各断盖配置不封闭部位叠合，便可以得到断盖配置封闭性组合形成的多层油气运聚有利部位(图2)。

3 实例应用

南北大港地区位于歧口凹陷中南部，构造上包括歧北次凹、南大港潜山构造带、北大港潜山构造带中南部地区、歧口主凹西部、歧北斜坡中北部地区和埕北断阶北部局部地区(图4)，是歧口凹陷目前油气勘探的重点地区。该区目前钻探所揭示的地层主要有古近系、新近系和少量第四系，其中古近系地层有孔店组、沙河街组和东营组，新近系地层有馆陶组和明化镇组。目前该区已发现油气主要分布在沙河街组，少量分布在东营组和馆陶组，其对应的区域性泥岩盖层分别是沙一中亚段、东二段和明化镇组泥岩盖层。油气主要来自下伏沙三段源岩，属于下生上储式生储盖组合。由图4中可以看出，目前已发现的沙河街组、东营组和馆陶组油气均分布在北部中南地区和南部边部地区断裂附近，除了受到其圈闭构造和砂体发育的影响外，主要是受到其断盖配置封闭性组合形成的3层油气运聚有利部位分布的控制。因此能否准确地预测出南北大港地区断盖配置封闭性组合形成的沙河街组、东营组和馆陶组3层油气运聚有利部位，是南北大港地区大断裂附近油气勘探的关键。

图4 沙河街组、东营组和馆陶组3层油气运聚有利部位与油气分布关系Fig.4 Relationship between oil and gas distribution and favorable locations for hydrocarbon migration and accumulation in Es, Ed and Ng Formation

由三维地震资料拆分南北大港地区沙一中亚段、东二段和明化镇组区域性泥岩盖层中断裂断穿层位，将连接下伏沙三段源岩和沙一中亚段、东二段、明化镇组盖层，且在油气成藏期——明化镇组沉积中晚期活动的断裂作为其输导断裂，如图5所示。

图5 沙一中亚段、东二段和明化镇组内油源断裂分布Fig.5 Distribution of oil-source faults in Ed2 and Ng Formation

利用源岩成熟度地化参数((S1+S2)/TOC)随埋藏深度变化关系(图6)，可以得到南北大港地区沙三段源岩排烃门限约为3 600 m，据此确定其沙三段源岩排烃分布区(图5)。将上述输导断裂分布与源岩排烃分布区叠合，便可以得到南北大港地区沙河街组、东营组和明化镇组3套区域性泥岩盖层内油源断裂，主要分布在其东部，少量分布在其北部中部和南部边部，且从沙一中亚段至明化镇组油源断裂由多变少(图5)。

图6 沙三段源岩排烃门限厘定Fig.6 Determination of hydrocarbon expulsion threshold of Es3 Formation

由钻井资料统计可以得到南北大港地区沙一中亚段和东二段区域性泥岩盖层厚度(图7、8)。南北大港地区沙一中亚段区域性泥岩盖层厚度最大可达到850 m，主要分布在其东北部，由此向西、北和东沙一中亚段区域性泥岩盖层厚度逐渐减小，在西部边界厚度减小至50 m以下(图7)。南北大港地区东二段区域性泥岩盖层最大厚度可超过900 m，主要分布在其东部局部，在研究区中部和东南地区存在2个次极值区，东二段区域性泥岩盖层厚度可超过700 m，由3个高值区向西部和北部东二段区域性泥岩盖层厚度逐渐减小，在西北边部厚度减小至50 m以下(图8)。

南北大港地区明化镇组地层厚度相对较大(图9)，泥岩累积厚度也相对较大，但由于其不是主要目的层，缺少取芯资料，难以做出其平面分布图。

图7 沙一中亚段区域性泥岩盖层厚度分布Fig.7 Thickness distribution of regional mudstone cap in Formation

图8 东二段区域性泥岩盖层厚度分布Fig.8 Thickness distribution of regional mudstone cap in Ed2 Formation

图9 南北大港地区地震剖面Fig.9 Seismic profile of north-south Dagang area

利用钻井和地震资料统计南北大港地区油源断裂在沙一中亚段和东二段区域性泥岩盖层内断距和对应处区域性泥岩盖层厚度，由最大断距相减法[13-16]和地层古厚度恢复方法[17-20]恢复其在油气成藏期——明化镇组沉积中晚期的古断距和区域性泥岩盖层古厚度，由区域性泥岩盖层古厚度减去古断距求取沙一中亚段和东二段断盖配置古断接厚度。分别统计歧口凹陷43口井处沙一中亚段和44口井处东二段区域性泥岩盖层古断接厚度及其上下油气显示特征，将其断接厚度从小至大排列，如图10所示。由图10(a)可以看出，沙一中亚段区域性泥岩盖层古断接厚度最大至170 m时，其上下皆有油气分布，表明沙一中亚段断盖配置不封闭，当古断接厚度增至180 m时，油气开始仅分布在其下，表明沙一中亚段断盖配置封闭，故取170～180 m作为沙一中亚段断盖配置封闭所需的最小断接厚度范围。同理，东二段断盖配置封闭所需的最小断接厚度范围应为225～236 m，据此便可得到南北大港地区沙一中亚段和东二段断盖配置不封闭部位(图11)。南北大港地区沙一中亚段断盖配置不封闭部位主要分布在其中北部和南部边部地区，封闭部位仅分布在其北部中部和南部局部地区；东二段断盖配置不封闭部位主要分布在北部中南地区和南部边部，封闭部位仅分布在其东北、中北部和南部边部的局部地区。由图11中油气分布可以看出，在沙一中亚段和东二段断盖配置封闭区内油气仅在沙河街组和东营组中分布，而在沙一中亚段和东二段断盖配置不封闭区油气在沙河街组和东营组及馆陶组上下分布，这一油气分布特征说明上述成果是正确的。

由图9中可以看出，南北大港地区油源断裂未断穿明化镇组区域性泥岩盖层，油气不能沿油源断裂穿过明化镇组区域性泥岩盖层向上运移，其上至今未见到油气显示，表明明化镇组断盖配置应是封闭的。

将上述已确定出的明化镇组断盖配置封闭部位(全是封闭的)和沙一中亚段及东二段断盖配置不封闭部位(图11)叠合，便可以得到南北大港地区断盖配置封闭性组合形成的沙河街组、东营组和馆陶组3层油气运聚有利部位，主要分布在其北部中南地区和南部边部地区。

由图4中可以看出，南北大港地区目前已发现的沙河街组、东营组和馆陶组3层油气主要分布在其北部中南地区和南部边部地区，正好是其断盖配置封闭性组合形成的沙河街组、东营组和馆陶组3层油气运聚有利部位处或附近。这是因为只有位于断盖配置封闭性组合形成的沙河街组、东营组和馆陶组3层油气运聚有利部位处或附近，才能通过油源断裂穿过沙一中亚段和东二段区域性泥岩盖层不封闭部位从下伏沙三段源岩处获得油气，并受到顶部封闭的明化镇组区域性泥岩盖层阻挡，使油气向油源断裂附近的沙河街组、东营组和馆陶组3层中侧向分流运移和聚集，油气钻探才能从这3层中发现油气；否则无油气发现。

图10 歧口凹陷沙一中亚段和东二段断盖配置封油气所需的最小断接厚度厘定Fig.10 Determination of minimum faulted thickness required for sealing oil and gas in fault-cap configuration of in and Ed2 Formation of Qikou Sag

图11 沙一中亚段和东二段断盖配置不封闭部位分布Fig.11 Distribution of unsealed parts of fault-cap configuration in and Ed2 Formation

4 结 论

(1)断盖配置封闭性组合形成的多层油气运聚有利部位是指上部断盖配置封闭部位和下部各断盖配置不封闭部位的耦合部位，其越发育，越有利于油气在多层中运聚成藏。

(2)通过确定上部断盖配置封闭部位和下部各断盖配置不封闭部位，将其叠合建立的断盖配置封闭性组合形成的多层油气运聚有利部位的预测方法可行，该方法主要适用于砂泥岩含油气盆地下生上储式断盖配置封闭性组合形成的多层油气运聚有利部位的预测，其中不同层系断盖配置封闭所需的最小断接厚度的确定是否准确应受到圈闭条件、储层条件、油气充注强度和勘探程度等多种因素影响。

(3)渤海湾盆地歧口凹陷南北大港地区断盖配置封闭性组合形成的沙河街组、东营组和馆陶组3层油气运聚有利部位主要分布在其北部中南地区和南部边部地区，是沙河街组、东营组和馆陶组3层油气运聚成藏的有利部位，与目前南北大港地区已发现的沙河街组、东营组和馆陶组3层油气分布部位相吻合。