东部凹陷沙三段天然气输导体系与运移方向

王群一

(中国石油辽河油田分公司,辽宁 盘锦 124010)

东部凹陷基底发育两条前新生代断裂,分别为北东和近东西走向。北东走向断裂位于现今东部凹陷荣兴屯至青龙台一线,控制中、古生界及元古界(荣古4、界古1井钻遇)的沉积和构造格局。新生代盆地起重要控制作用的断层既对基底断裂有一定的继承性,又存在新生特征。发育时间长是这类断裂的特点,但最主要的发育期是早第三纪,尤其是古新世-始新世(房身泡期-沙三期)。东部凹陷次级断裂具有如下特点:一是其对盆地形成和演化的控制作用相对较小,二是因为它们或者是早期主要断裂的派生断层,或者发育时期以晚期为主。次级断裂的主要作用是局部构造的定型与构造单元的分割,对渐新世以来东部凹陷的构造格局起着重要作用。

1 输导体系类型

东部凹陷自古近纪以来经历了早期的断陷-坳陷演化,并在东营晚期中国东部走滑应力场中发育了压扭性和张剪性构造样式,导致不同规模、不同组合样式的断裂广泛分布,相互交织成网。这些断裂与断陷期湖盆内发育的河流、三角洲、扇三角洲、湖底扇等砂体连通,共同组成了油气运移的主要通道,此外,各构造末期地壳抬升所形成的不整合面在不同地区也为油气的侧向运移作出不同程度的贡献。

1.1 断裂

东部凹陷天然气藏在各凹陷内沿断裂带断续分布,纵向上贯穿多个层系,与原油关系复杂。气源对比结果表明,天然气主要来源于沙河街组尤其是沙三段烃源岩,因此断裂带对于天然气的垂向运移作用十分明显。

1.2 储集体

对于缺乏油源断层的圈闭,储集体就会成为至关重要的输导要素。在垂向断裂的配合下,横向上连通的渗透性储集砂体,只要存在良好的盖层,油气将沿着砂体的上倾方向不断运移,至断裂面附近或岩性上倾尖灭处,便会由于遮挡作用聚集形成油气藏。砂体的发育主要受沉积相控制,不同沉积相中的强水流环境都可以发育不同的砂体。

1.3 不整合面

东部凹陷经历了中生界晚期、沙三段沉积后期以及东营组沉积末期共三次规模较大的抬升运动,发育了古近系底界、沙三段顶界和东营组顶界3个不整合面[1]。由于不整合面附近地层经历了风化剥蚀、溶解淋滤、构造等作用,孔隙往往比较发育,渗透性好,油气可以沿不整合面聚集成藏,形成地层超覆油气藏和潜山油气藏。

断裂、砂体及区域不整合面均可作为油气运移通道,在空间上以相互组合的形式构成各种类型的输导体系[2]。一般而言,反向正断层控制下的缓坡带,砂体是天然气侧向运移的重要通道;陡坡带天然气运移以油源断裂为主,连通砂体也很重要;对于潜山构造带而言,不整合面对天然气的输导作用尤为重要(见图1)。

2 天然气成藏配置关系

2.1 主力气源岩生烃史

对东部凹陷沙三段、沙一段和东营段三套烃源岩地质时期累计生气量进行统计,沙三段是东部凹陷的主力气源岩层系。

2.2 成藏时间综合分析

盆地内圈闭的形成期与油气运移期若同步,或较油气运移期稍早,配置关系良好,有利于油气成藏。沙三段作为东部凹陷的主力气源岩,进入东营期后才大量生气,在新近纪以来仍持续大量生气。而东营晚期的构造运动导致断裂密布,大大改善油气输导条件,圈闭最终定型。但圈闭定型期不等于圈闭形成期,研究区岩性圈闭形成较早,主要为沙河街组沉积期,早于大规模油气运移期,另外,东营期及新近纪早期是油气大规模充注时期,直接证明了研究区良好的成藏配置关系。

3 成藏机理与主控因素

3.1 浅层天然气成藏机理

东部凹陷已探明的天然气储量主要分布在中浅层,与原油伴生关系复杂。对已发现的气藏剖面综合研究发现,原油降解气一般呈气层气产状分布在油层的上部层段,而常规天然气呈气顶气分布在复式油气藏的构造高部位。

深部烃源岩热演化Ro值处于0.5%～0.8%时,原油大量产出,生气过程尚未开始。原油沿断裂向上运移到一定深度后,向侧向砂体内充注。当Ro处于0.8%～1.3%时,液态烃逐渐变少,气态烃进入产烃高峰。天然气经断裂疏导向上运移,再注入侧向砂体,溶进早期聚集的石油内,达到饱和状态后,多余的天然气就会溢出,以气相和溶解油相两种方式运移[3]。进入圈闭后,重力分异作用使天然气在油层上部逐渐聚集,形成带气顶的油藏。

以沙三段为主力烃源岩而言,东营晚期以前,东部凹陷整体以生油为主,新近纪至今,整体以生气为主。东营晚期发生的区域运动一方面使原来的油藏破坏、再分配和成藏,另一方面,形成复杂的网状断裂输导体系和新的圈闭类型,沟通源岩和浅层储集体,导致天然气在浅层直接形成气层气和气顶气。原油在横向上较大面积稳定地分布,而气藏主要在被断裂切割的小断块内紧靠断裂分布,这一油气分布特征也从侧面说明后期构造运动对天然气成藏影响较大。

3.2 深层天然气成藏机理

深层天然气主要分布于东部凹陷生烃洼陷内,典型特征是烃源岩热演化程度高,储层物性差,运移距离短,单层气藏规模小,多层分布,整体表现为自生自储式成藏组合。

对深层天然气而言,浊积砂体和致密砂岩带是主要储集类型,因此,充足的气源条件十分重要,一般只有在烃源岩进入大量生气阶段,排替压力差较大时,气态烃才能就近进入浊积砂体和致密砂岩带中运移、聚集。另外,受断裂沟通,早期原油跨层运移至邻近有利圈闭条件下聚集,后期成熟度较高的一部分气体伴生有少量轻质油,沿断裂短距离运移后,溶解于早期原油中,达到溶解饱和度后,形成气顶气。当横向运移大于垂向运移时,气顶气高度逐渐增加,气水界面和气油界面下移,当油水界面降至逸出点以下时,原油逸出,表现为气藏对早期油藏的取代作用。

含油气凹陷中,各地区由于烃源岩有机质类型、丰度、成熟度等差异较大,导致其深层天然气成因、聚集过程也有变化,如东部凹陷陆上部分主要为低熟气。除充足的气源条件外,深部天然气在运移、聚集方面也有自己的特点,运移通道主要为各种微裂缝或次级断裂,后期成岩作用对储层的改造也有重要成藏意义,如果储集层中有次生的溶蚀孔隙或微裂缝发育,则可以改善储集条件,有利于天然气聚集。

4 天然气富集主控要素

4.1 构造洼陷

东部凹陷探明天然气储量主要分布在盖州滩、牛居洼陷等周边。因为洼陷周边气源充足,断裂发育,储层物性好[4]。洼陷内往往有机质类型好、厚度大、成熟度高,成为含油气凹陷的生烃中心。另外,由于沉积期的深陷作用,势必发育多组同沉积断层,并控制了相关砂体的发育。

4.2 断裂作用

东部凹陷已发现的圈闭类型基本都与断裂相关,已发现的天然气藏均沿断裂带分布,此外,断裂也是天然气运移最重要的输导体类型。断裂在天然气成藏过程中所起的作用类型主要取决于断层的倾向,一般顺向正断层输导作用较强,而反向正断层遮挡作用较强。顺向正断层分布广泛,在陡坡带、洼中隆等部位尤为常见,是天然气垂向运移的主要通道。反向正断层主要发育在西部斜坡带,一般成为断层圈闭的遮挡条件。断裂倾向与天然气运移、聚集关系对天然气成藏预测具有重要意义。

4.3 盖层分布

东部凹陷天然气富集程度与多层系、大面积分布的区域盖层密切相关,沙三上和沙一段是东部凹陷两个全凹陷分布的区域盖层都存在封闭性能较好、突破压力高的特征。气藏主要位于沙一段和沙三段,东营组由于缺乏大面积展布的区域盖层,气藏多数散失。

4.4 沉积相带展布与储层发育程度控制天然气成藏富集

湖盆演化过程中的各种沉积体系在平面上交错相接,在纵向上相互叠置,构成多层次、大面积分布的储集空间。古近系发育扇三角洲、三角洲、湖泊等多种沉积体系,这些储层具有多物源、近距离搬运、快速充填、规模小、垂向砂层多、累计厚度大、物性好等特点。已发现的天然气与原油伴生,主要分布在沉积碎屑颗粒较粗的扇三角洲平原与三角洲前缘、三角洲平原沉积相等相带内,显示了沉积相和良好储集层对油气的明显控制作用,临近生烃凹陷的较好储集层对天然气大规模聚集有利,但传统意义上的较差储集层在分布、厚度较大时也可作为天然气的勘探领域,如致密砂岩带。

5 天然气运移方向

东部凹陷沙三段气源岩主要发育于沙三段,平面上天然气藏围绕生烃洼陷呈带状分布,与断裂关系密切,结合气源对比结果认为各洼陷内沙三段生成的天然气主要沿断层向构造高部位运移(见图2)。