鄂尔多斯盆地中生界断裂及对油藏的控制研究

2023-08-02罗安湘刘广林刘正鹏沈田丹

西南石油大学学报(自然科学版) 2023年4期

关键词：层位运移盆地

罗安湘，刘广林，2 ，刘正鹏，沈田丹，马爽

1.中国石油长庆油田公司勘探开发研究院，陕西西安 710018；

2.成都理工大学沉积地质研究院，四川成都 610059；

3.中国石油长庆油田公司勘探事业部，陕西西安 710018；

4.中国石油长庆油田公司第八采油厂，陕西西安 710021；

5.中国石油长庆油田公司第一采油厂，陕西西安710018

引言

鄂尔多斯盆地南部地处黄土高原，地表沟壑纵横，覆盖巨厚黄土层，导致高精度地震勘探难度大，对中生界构造研究缺乏地震技术手段。前人利用二维地震资料，对盆地周缘大型断层的构造样式进行描述，分析其形成的力学机制[1-3]。利用野外露头资料，对中新生代构造应力场进行研究，分析盆地的构造演化[4-7]。通过重、磁、区域地质及二维地震等资料，分析与基底断裂有关的断裂分布[8-9]，认为裂缝带改善了低渗储层的物性，控制了油气藏的空间分布。张园园等[10-11]认为盆地西南部镇泾地区中生界发育NW 向、NEE 向及近WE 向3 组断裂，各类断裂对油藏的影响不同。受资料精度所限，前人对盆地断裂系统的研究较为宏观，对于中生界控藏级的断裂研究较少。关于断裂输导体系的控藏机理，前人做了大量研究，认为断层的性质、开启和闭合的时间及断层的输导能力，对油气运移、聚集和破坏都有重要影响[12-15]，但形成的一系列成熟方法和技术大都基于中国东部盆地。对于鄂尔多斯盆地断裂输导机理的研究和应用，目前报道较少。

近年来，得益于地震勘探技术的进步，鄂尔多斯盆地大规模实施三维地震，创新研发了黄土塬井炮、低频可控震源“井震联合激发”的宽方位高覆盖三维地震采集技术[16]，形成了叠前保真去噪、OVT处理、速度建模、叠前深度偏移等处理技术[17]和多属性降维、地质概率融合评价的甜点预测等解释技术[16]，应用成效显著，在侏罗系油藏勘探和水平井地质导向中发挥了重要作用。

本文基于三维地震解释结果，对古峰庄地区断裂系统的分布和形成期次进行总结，分析了不同类别断层对油藏分布的影响，探讨了断裂作为油气输导体系的输导机理，阐明了断裂发育区石油成藏条件，形成了一系列鄂尔多斯盆地断裂带油藏精细勘探方法和技术，对石油勘探具有一定的指导意义。

1 区域地质概况

古峰庄地区位于鄂尔多斯盆地西北部，行政区划属于宁夏盐池县，区域构造位于天环拗陷北段，西部与西缘冲断带相邻（图1）。该区位于长庆油田集中勘探区外围，断层和裂缝发育。由于构造变化大，油水关系复杂，多年来勘探未获得大突破。该区物源来自于西北沉积体系，延长组自上而下划分为10 个油层组（长1—长10，图2），发育一套河流--三角洲相的碎屑岩沉积。该区长7 烃源岩发育，石油成藏条件有利，发育多种类型油藏[18]，其中，延长组长6—长8储层致密化严重[19]，以岩性油藏为主，长9及侏罗系以构造-岩性油藏为主。断裂发育处，局部发育断块油藏。

图2 延长组剖面图Fig.2 Stratigraphic profile of Yanchang Formation

2 断裂类型及平面分布特征

利用现有三维地震资料，采用地震识别断裂的相关技术（相干、曲率、边缘检测、方差、倾角、蚂蚁追踪、滤波及属性融合等属性计算方法），对古峰庄三维地震数据进行解释，发现该区发育3 组断裂。

1）NWW 向断裂。在古峰庄东西两侧发育两组NWW 向断裂（图3），每组为呈雁列式展布的小断裂组成的断裂带，多为走滑拉张性质正断层，平面延伸长度1.3∼6.6 km；在剖面上，呈似花状构造样式（图4），断面倾角60◦∼75◦，断距为5∼50 m，断裂两侧边界处断距最大，中部断距较小，切穿层位主要是从基底到延长组。NWW 向断裂主要形成于晚三叠世。

2）NS 向断裂。在工区西部发育近NS 向断裂（图3），为西缘冲断带的逆冲断层，平面延伸长度较长，在10∼100 km；在剖面上，呈反阶梯状构造样式（图3），断面倾角45◦∼85◦，断距自东向西逐渐增大，为100∼800 m，切穿层位为从基底到白垩系，NS向断裂主要形成于中晚侏罗世—白垩纪。

3）NEE 向断裂。在工区自NW 向SE 平行分布5 组NEE 向断裂（图3），每组断层有两条主断裂，多为具有走滑性质的正断层，平面延伸长度较长，在2∼30 km；在剖面上表现为不规则的“y”字型构造样式（图4），断裂在深部收敛，浅层撒开，断面倾角接近直立，断距为5∼20 m，切穿层位为从基底到第四系，NEE 向断裂主要形成于新生代。

3 断裂的成因

古峰庄地区处于相对稳定的阿拉善地块、鄂尔多斯地块的复合交汇部位，不同时期受不同构造单元联合控制，构造演化过程复杂。

NWW 向断裂的发育层位为从基底到延长组，少数切穿延长组，为受印支运动影响的同沉积期发育的正断层。印支期，扬子板块向华北板块俯冲，碰撞造山，鄂尔多斯盆地最大主压应力场方向为近SN 向，位于盆地西北缘的古峰庄地区，又受到处于南北挤压的阿拉善刚性地块向东滑移挤压影响，在这一联合作用共同影响下，该区最大主压应力场方向呈NW—SE 向[5]。由于扬子板块和华北板块自东向西“剪刀式”碰撞，在右旋张扭作用力下形成NW 向雁列式走滑断裂，这样便形成了NWW 向、具有走滑性质的雁列式分布的断裂。

NS 向断裂的切穿层位为从基底到白垩系，其形成与燕山期构造运动有关。燕山期，古太平洋板块向欧亚大陆板块俯冲碰撞，导致华北板块东部地区发生强烈的构造变形和抬升，在这一碰撞的远程效应影响下，在鄂尔多斯盆地形成了以NW--SE 向为主要挤压方向的构造应力场[5]。同时，兴蒙褶皱带产生的被动反向挤压力自北向南作用于鄂尔多斯盆地西北部以及阿拉善地块，受此影响，西缘开始逆冲抬升，西缘冲断带形成[6]，进而形成了近NS 向的大型逆冲断层。

NEE 向断裂切穿层位为从基底到第四系，其形成与喜马拉雅期构造运动有关。喜马拉雅期，太平洋板块和印度板块与欧亚板块碰撞，盆地最大主压应力场方向呈NNE—SSW 向[5]，在这一挤压应力作用下，古峰庄地区形成了NEE 向具有走滑性质的断裂。

4 断裂对油藏分布的影响及输导机理

4.1 断裂对油藏分布的影响

4.1.1 油藏分布规律

从图3 所示的古峰庄地区中生界油水井分布可以看出，在印支期断裂附近出油井较多（图5），有70%的日产油大于10 t 高产油流井位于距离印支期断裂小于500 m 处（图6）。在西部，有部分出油井位于燕山期断裂附近。喜马拉雅期断裂附近产水井较多（图5），有大于60%产水井位于距离喜马拉雅期断裂小于500 m 处（图6）。

图5 古峰庄地区过F21 井--Y324 井—Y231 井—F15 井三维地震剖面Fig.5 3D seismic profile of Wells F21–Y324–Y231–F15 in Gufengzhuang Area

图6 古峰庄地区出油井日产量与断裂距离关系Fig.6 Relation between daily production of oil well and distance from fault in Gufengzhuang Area

4.1.2 断层对油藏分布的影响

从位于古峰庄地区的H219 井的盐水包裹体均一温度分布图（图7）来看，均一温度主要分布在80∼100◦C，且只有一个峰值，表明该区延长组经历了一期成藏。从H219 井的埋藏史图（图8）可以看出，该区从早白垩世初期到早白垩世末，埋深在2 000∼3 000 m，古地温为70∼120◦C，达到了烃源岩进入生油窗、大量排烃的温度。因此，古峰庄地区延长组主成藏期为早白垩世。

图8 古峰庄地区H219 井埋藏史Fig.8 Burial history of Well H219 in Gufengzhuang Area

从时间匹配关系来看，早白垩世，为燕山运动主幕期，这一时期形成的NS 向断裂最有利于成藏。但由于该期断裂是西缘逆冲推覆形成的，构造变形强烈，且后期白垩系地层缺失，断裂切穿第四系，不利于油藏的保存。此外，NS 向断裂位于工区的西部，烃源岩条件较差。因此，由于区域构造位置与本身构造变形强烈，NS 向断裂附近发现的出油井较少，仅在与天环拗陷相邻的冲断带断层附近，勘探发现了零星的出油井点。

印支期断裂在主排烃期之前形成，早白垩世在燕山运动的影响下，部分断层开启，由于该期断裂切穿层位主要是从基底到延长组，开启的断层起到沟通油源，高效输导油气的作用，所以，油井主要分布在该期断裂附近（图5 中F21 井和Y231 井）。

喜马拉雅期断裂在排烃期后形成，切穿层位为从基底到第四系，调整或破坏原生油藏，该期断裂附近产水井较多（图5 中Y324 井和F15 井），距离远的井受断层破坏和改造程度小，出油概率增大（图6）。

4.2 断裂输导机制及优势输导通道

4.2.1 断裂输导机制

断裂作为油气运移体系，输导效率高，且输导距离远，使油气远源成藏成为可能[20]。一般认为，断裂对油气运聚成藏具有双重作用，既可以起遮挡作用，又可以作为油气运移的通道。

古峰庄地区发育长7 湖相富有机质泥岩[21]，烃源岩在生烃过程中产生的过剩压力驱动石油向上向下运移成藏[22]。印支期形成的断裂在早白垩世，受燕山期构造应力和超压影响，部分断裂开启，成为油气运移的高效输导体系。当断裂垂向物性变小，油气运移受到阻碍，断裂带压力大于所流经砂体的毛细管阻力时油气可产生侧向分流[23]，在相应的圈闭成藏。

勘探实践证明，印支期断层附近虽然出油井较多，但含油气情况差别也很大，部分井在圈闭条件较好的情况下，含油显示较差。说明位于油源断裂附近的圈闭仅是油藏形成的必要条件，还存在其他影响石油富集的因素。断层的性质、开启和闭合的时间以及断层面两侧岩性接触关系等，对油气运移、聚集和破坏都有重要的影响。有时同一断层，在深部和浅部所起的作用不同，在不同时期，也可能起着封闭或破坏两种相反的作用[14]。并非油源断裂附近就有油气藏，这除了受到圈闭是否发育的影响外，还受到断层的开启和闭合时间与成藏期的耦合关系以及断层的输导能力的影响。

由于断裂带内部结构复杂，断层面往往凹凸不平，油气在断裂带中沿最大流体势降低方向且在最小阻力的路径上运移。断裂内存在着优势运移通道。只有在优势通道附近的圈闭，才能获得相对更多的油气富集成藏。因此，准确识别断裂的优势通道，以及判断断层在成藏期的启闭状态，对于明确断裂带发育区油藏分布规律具有重要的意义。

4.2.2 优势输导通道刻画

油气在断裂带运移遵循流体势定律，由高势区向低势区运移，发生汇聚或发散。断裂的断面形态对油气运移的控制作用机理为断面埋深差异所导致的断裂带内流体势分布差异[24]。当油气沿断面向上运移时，凸面脊部位埋深较浅，处于构造高部位，是流体势能低部位，可以使油气发生汇聚。因此，凸面脊是油气沿断层面向上运移的优势通道，油气首先向断层凸面脊汇聚，再沿着脊向上方运移[14，23，25]（图9a）。按照上述流体势能分析，当油气沿断面向下运移时，凹面脊埋深大，是构造相对低部位，也是流体势能低部位，使油气发生汇聚，是油气沿断层面向下运移的优势通道，油气首先向断层凹面脊汇聚，再沿着脊向下运移（图9b）。

图9 断面形态对油气运移的影响模式图Fig.9 Model of the influence of fault plane shape on hydrocarbon migration

利用Geoeast 解释平台中相应解释模块，把已经解释好的断层转化为层位，在成图模块中，把转换好的层位进行散点--网格--等值线等一系列操作，最终将断层面等值线在Geoeast 三维可视化子系统中，形成立体显示（图10，图11）。

图11 古峰庄地区F53 井附近断面构造等值线及三维形态图Fig.11 Construction isoline and three-dimensional shape map of fault plane near Well F53 in Gufengzhuang Area

4.2.3 成藏期断层启闭性恢复

根据研究区构造背景及断层形态，采用断层平行流算法[26]等构造恢复技术，利用2D move 软件对中生界断裂进行构造恢复，去断层、去褶皱，恢复主成藏期断面形态，判断断面开启或关闭状态，从而研究中生界断裂对油气输导作用的影响（图12）。

4.2.4 实例分析

古峰庄地区F21 井附近的NWW 向断层的断面构造等值线为鼻状和槽状相间分布，且等值线稠密（图10a），反映了该断面凸凹不平，倾角大，接近直立（图10b）。该井附近的断面形态为凹面，为向下运移的优势通道，2D move 软件模拟主成藏期该断层自长7 层向下开启（图12a），油气可以在过剩压力作用下，沿断层的凹面优势通道向下运移。F21井古今构造位置有利，圈闭条件良好，且位于断面优势运移通道附近，有利于油气聚集。勘探实践证实，F21 井在长9 油层试油获得日产121.72 t 的高产油流。

同样，古峰庄地区F53 井附近的NWW 向断层的断面构造等值线为鼻状和槽状相间分布，且等值线较稠密（图11a），反映了该断面凸凹不平，倾角较大（图11b）。该井附近断面形态为凸面，为向上运移的优势通道，2D move 软件模拟主成藏期该断层自长7 向上开启（图12b），因此，油气在成藏期在过剩压力和浮力作用下，沿断层的凸面优势通道向上运移。F53 井古今延9 顶面为构造高点，圈闭条件良好，且位于断面优势运移通道附近，有利于油气聚集。勘探实践证实，F53 井在延9 油层试油获得日产7.82 t 的工业油流。

综上所述，古峰庄地区断裂带附近中生界成藏的条件为：成藏期和现今圈闭条件好。对于长7 生油层以上的圈闭，位于断裂面凸面脊附近，且成藏期该断层向上开启则利于成藏；对于长7 生油层以下的圈闭，位于断裂面凹面脊附近，且成藏期该断层向下开启则利于成藏。

4.2.5 油藏类型

受断层影响，古峰庄地区在断裂发育区多发育断块油藏、断背斜油藏、岩性-构造油藏（图13）。断块油藏发育于两个断层之间的上升盘，属于地垒构造，成藏条件有利（如图13 中H316 井和F113 井长9 油藏）；当背斜构造受断层切割破坏，位于上升盘的部分是有利的成藏部位，发育断背斜油藏（图13 中F65 井长9 油藏）；岩性-构造油藏为上倾方向岩性尖灭或致密层遮挡，构造低部位含油性差，为水层（图13 中H387 井长9 油藏）。

通过上述的研究分析，在古峰庄地区形成了一系列精细勘探构造-岩性油藏的方法与技术，并且在勘探实践中发挥了很好的作用。