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油源断裂内油气运移优势通道识别方法及其应用  PDF

  • 王浩然1

    机 构：

    1. 东北石油大学地球科学学院，黑龙江大庆， 163318

    ×
  • ，宿碧霖2

    机 构：

    2. 大庆油田有限责任公司第四采油厂地质研究所，黑龙江大庆， 163318

    ×
  • ，付广1

    机 构：

    1. 东北石油大学地球科学学院，黑龙江大庆， 163318

    ×

1. 东北石油大学地球科学学院，黑龙江大庆， 163318；
2. 大庆油田有限责任公司第四采油厂地质研究所，黑龙江大庆， 163318；

A method to recognize preferential pathway for hydrocarbon migration inside source-fault and its application  PDF

  • WANG Haoran1

    Affiliation：

    1. College of Earth Science, Northeast Petroleum University, Daqing, Heilongjiang, 163318

    ×
  • ，SU Bilin2

    Affiliation：

    2. The Geological Team of the Fourth Oil Extraction Plant of Daqing Oilfield Company, Daqing, Heilongjiang, 163318

    ×
  • ，FU Guang1

    Affiliation：

    1. College of Earth Science, Northeast Petroleum University, Daqing, Heilongjiang, 163318

    ×

1. College of Earth Science, Northeast Petroleum University, Daqing, Heilongjiang, 163318；
2. The Geological Team of the Fourth Oil Extraction Plant of Daqing Oilfield Company, Daqing, Heilongjiang, 163318；

作者简介:

王浩然，男，1989年生，博士，讲师，主要从事油气藏形成与保存研究；E-mail:wanghaoranpro@163.com。

DOI:10.16509/j.georeview.2023.02.001

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    摘要

    为了研究含油气盆地下生上储式生储盖组合中油源断裂附近油气分布规律，在油源断裂内油气运移优势通道及其影响因素研究的基础上，通过确定油源断裂凸面脊和断裂填充物油气运移分布区，二者耦合建立了一套识别油源断裂内油气运移优势通道的方法，并将该方法应用于渤海湾盆地冀中坳陷廊固凹陷大柳泉地区沙三中亚段F3油源断裂内油气运移优势通道的识别中，结果表明：F3油源断裂内可识别出5条油气运移优势通道，其中4条油气运移优势通道分布在断裂南部，1条油气运移优势通道分布在断裂北部，与目前F3油源断裂附近沙三中亚段已发现油气分布在中南部和北部相吻合，表明该方法用于识别油源断裂内油气运移优势通道是可行的。

    Abstract

    Objectives: In order to study hydrocarbon distribution law around source-fault in combination of lower source and upper reservoir of petroliferous basin, we established a method to recognize preferential pathway for hydrocarbon migration inside source-fault, and this method was applied into recognizing preferential pathway for hydrocarbon migration inside F3 source-fault in Es3z of Daliuquan area in Langgu Sag, Jizhong Depression of Bohai Bay Basin.

    Methods: Based on study of preferential pathway for hydrocarbon migration inside source-fault and its affecting factors, through determining convex ridge of source-fault plane and hydrocarbon migrating zone inside filler of source-fault, combining these two factors to establish a method to recognize preferential pathway for hydrocarbon migration inside source-fault.

    Results: There were 5 preferential pathways for hydrocarbon migration inside F3 source-fault, 4 of them were in the south of fault, and 1 of them was in the north of fault, and preferential pathways for hydrocarbon migration inside F3 source-fault coincide with presently discovered hydrocarbon distribution in Es3z around south—central part and north part of F3 source-fault.

    Conclusions: This method is feasible to recognize preferential pathway for hydrocarbon migration inside source-fault.

  • 油源断裂（连通有效源岩与储层，并且在油气成藏期活动开启的断裂）作为含油气盆地下生上储式生储盖组合中油气的重要输导通道，在某种程度上控制着油气在含油气盆地中的分布。然而，油气勘探结果表明，并不是含油气盆地下生上储式生储盖组合中油源断裂附近均有油气分布，油气仅仅分布在某些部位处，这除了受到砂体和圈闭是否发育的影响外，很大程度上受到了油源断裂内油气运移优势通道分布的影响，只有位于油源断裂内油气运移优势通道及其附近的圈闭，才能从下伏源岩处获得油气，进行运聚成藏；否则其他条件再好，也无油气分布。能否准确地识别出油源断裂内油气运移优势通道应是含油气盆地下生上储式生储盖组合油气勘探的关键。关于油源断裂油气运移通道前人曾做过一定研究和探讨，主要是利用三维地震资料追索油源断裂断层面埋深，根据断层面埋深计算其油气势能，由断层面油气势能等值线法线方向汇聚线确定油源断裂内油气运移优势通道（罗群等，2005；Hooper，2010；孙同文等，2014；姜贵璞等，2017），这一研究成果对正确认识油源断裂与油气分布之间关系起到了非常重要的作用。然而，油气沿油源断裂的运移并非完全受到其断层面油气势能场（断层面形态）的控制，在很大程度上还要受到断裂填充物孔渗性（或泥质含量）的制约（Bouvier，1989；Yielding et al.，1997；杨智等，2005；吴智平等，2010；王超等，2017），应是二者共同控制的结果。由于受到目前研究手段及资料的限制，致使至今在研究油源断裂内油气运移优势通道时，还没将整条断裂填充物泥质含量空间分布考虑进去，有也仅仅是某些部位处油源断裂内油气运移优势通道研究时会考虑断裂填充物泥质含量的影响（Hesthammer et al.，2000；陈伟等，2010），缺少整条油源断裂空间断裂填充物泥质含量空间分布的影响，至于从油源断裂断层面形态和断裂填充物泥质含量二者之间耦合关系，研究其内油气运移优势通道至今未见到文献报导，这无疑不利于含油气盆地下生上储式生储盖组合油气勘探的深入。因此，开展油源断裂内油气运移优势通道识别方法研究，对于正确认识含油气盆地下生上储式生储盖组合油气分布规律和指导油气勘探均具重要意义。

  • 1 油源断裂内油气运移优势通道及其影响因素

  • 大量野外观察和油气钻探结果表明，油源断裂内部是由断层核和两侧诱导裂缝带构成的（Clausen et al.，2003；付晓飞等，2005；宋胜浩，2006；高君等，2007；Choi et al.，2016），只是不同断裂由于其活动特征和被其错断地层岩性特征的不同，造成油源断裂内部结构特征不同而已。诱导裂缝带由于受到断层两盘地层岩性的影响，造成其在断裂两侧不同部位特征也就发育不同，脆性地层部位岩石发育，而塑性地层部位岩石不发育，造成诱导裂缝带沿油源断裂不同部位分布往往并不连续，难以成为油气沿油源断裂运移的长距离连续分布的输导通道。而断层核内填充物中伴生裂缝发育，虽然填充物内有大量泥质成分，但由于断裂活动开启，其孔渗性好，且连续分布，应是油源断裂内油气运移通道。然而，由于受到油源断裂断层面形态和断裂填充物泥质含量的影响，油源断裂内油气并非大面积向上进行运移，而是沿着某些优势通道进行运移的（付广等，2018；于英华等，2021）。油源断裂断层面形态控制着油气运移方向，断层面的凸面脊由于构造位置相对较高，是油气运移的低势区；而凹面脊构造位置相对较低，是油气运移的高势区。油气在沿油源断裂由下至上运移过程中，凹面脊处油气会向凸面脊处汇聚运移，形成油气沿油源断裂运移的优势方向，因此凸面脊的分布控制了油源断裂内油气运移优势通道的分布（Hooper，2010；孙同文等，2014）。然而，油源断裂内油气运移优势通道除了受到断层面形态的影响外，还要受到断裂填充物泥质含量的影响，只有断裂填充物泥质含量低，孔渗性好，方可成为油气沿油源断裂运移区；相反，如果断裂填充物泥质含量高，孔渗性差，油气不能沿断裂运移，则不是油气沿油源断裂运移区，因此断裂填充物油气运移分布区也控制了油源断裂内油气运移优势通道的分布（杨智等，2005；吴智平等，2010）。综上所述不难看出，油源断裂纵向断穿多套层位（图1），油源断裂内部填充物泥质含量分布差异控制油气运移分布区，油源断裂凸面脊控制油气运移优势方向，因此只有断裂填充物油气运移分布区内的凸面脊才是油源断裂内油气运移优势通道（图1a），二者均不可或缺；只发育凸面脊，但缺少断裂填充物油气运移分布区，不是油源断裂内油气运移优势通道（图1b）；只发育断裂填充物油气运移分布区，但不发育凸面脊，也不是油源断裂内油气运移优势通道（图1c）。

  • 2 油源断裂内油气运移优势通道的识别方法

  • 图1 油源断裂内油气运移优势通道厘定剖面示意图

  • Fig.1 Profile sketch of determining preferential pathway for hydrocarbon migration inside source-fault

  • 由上可知，要识别油源断裂内油气运移优势通道，就必须确定出油源断裂填充物油气运移分布区和凸面脊分布，二者耦合便可以识别出油源断裂内油气运移优势通道。

  • 大量野外观察和钻井结果显示，油源断裂填充物主要来自断层两盘被错断的地层岩石，其泥质含量主要受到油源断裂断距和被其错断地层的岩层厚度及泥质含量大小的影响，可由式1计算求得（吕延防等，2009；付广等，2014）。为了研究油源断裂填充物泥质含量的空间分布，如图2所示，通过选取油源断裂附近多口探井，根据每口井剖面上油源断裂断距和被其错断地层的岩层厚度和泥质含量，由式1计算其附近断裂填充物泥质含量，并根据每口井仅控制半个井距之间断裂填充物泥质含量的分布，精细刻画整条油源断裂填充物泥质含量空间分布。以此克服以往用一口井断裂填充物泥质含量或多口井断裂填充物泥质含量平均值表示整个剖面断裂填充物泥质含量分布，导致断裂填充物泥质含量呈条带状分布的不足。再通过统计研究已知井点处被断裂侧向封闭含油气砂体断裂填充物泥质含量大小，取其最小值作为油气沿断裂填充物运移所需的最大泥质含量。据此将油源断裂填充物泥质含量小于油气沿断裂填充物运移所需的最大泥质含量的区域圈在一起，即为断裂填充物油气运移分布区。

  • 图2 多井条件下断裂填充物泥质含量空间分布预测剖面示意图

  • Fig.2 Profile sketch of predicting gouge ratio distribution inside filler of fault in condition of poly-wells

  • Rf=∑i=1n Hi×RiL
    (1)

  • 式中：Rf 为断裂填充物泥质含量，质量分数；Hi为被断裂错断第i层岩层厚度，m；Ri为被断裂错断第i层岩层泥质含量，质量分数；n为断裂错断岩层数；L为断裂垂直断距，m。

  • 由三维地震资料追索油源断裂断层面空间分布，根据油气成藏期恢复断层面古埋深，再由式2~式4计算断层面古油气势能值（罗群等，2005；彭文绪等，2008；付广等，2018；王浩然等，2018），如图3所示，根据断层面古油气势能等值线剖面分布特征，其中流体势等值线的法线方向通常指示油气运移方向，进而识别断层面古油气势能等值线法线的汇聚处，便可以确定出油源断裂的凸面脊分布。

  • Φ=gZ+Pρo
    (2)
  • ρo=1-Z16000
    (3)
  • P=ρwgZ
    (4)

  • 式中：Φ为油气成藏期油源断裂断面油气势能，kJ；Z为油气成藏期油源断裂断面埋深，m；P为油气成藏期油源断裂断面流体压力，MPa；ρo为不同埋深处油气密度，g/cm3；ρw为地层水密度，g/cm3；g 为重力加速度，取9.8 m/s2。

  • 图3 断层面凸面脊与凹面脊厘定剖面示意图

  • Fig.3 Profile sketch of determining convex ridges and concave ridges on fault plane

  • 将上述所确定出的油源断裂断裂填充物油气运移分布区和凸面脊耦合，便可以得到油源断裂内油气运移优势通道，即断裂填充物油气运移分布区内的凸面脊。

  • 3 实例应用

  • 本文选取渤海湾盆地冀中坳陷廊固凹陷大柳泉地区F3油源断裂为例，利用上述方法识别其内油气运移优势通道，并通过识别结果与目前该断裂附近沙三中亚段油气分布之间关系分析，验证该方法用于识别油源断裂内油气运移优势通道的可行性。

  • 大柳泉地区位于廊固凹陷西部，构造上为一大型鼻状构造。该区从下至上发育的地层有古近系的孔店组（E1-2k）、沙河街组（E2-3s）、东营组（E3d）和新近系的馆陶组（N1g）、明化镇组（N2m）以及第四系的平原组（Qp）。目前已发现的油气主要分布在沙三中亚段，油气主要来自其下伏的沙四段，盖层为上覆沙三上亚段发育的巨厚泥岩，为典型的下生上储式生储盖组合。F3断裂是位于大柳泉地区中北部，属于旧州断裂的一条分支组成断裂，呈NE走向展布，长约22 km，断裂向SE方向倾斜，倾向为312°，倾角为60°~73°（图4）。F3断裂从下至上断穿了沙河街组至馆陶组地层，为一长期发育的断裂。F3断裂沟通了下伏沙四段源岩和沙三中亚段目的层，且在油气成藏期——沙二段—馆陶组沉积时期和馆陶组—明化镇组沉积时期（刘滨莹等，2017；付广等，2018）活动，应是沙三中亚段油气运移的油源断裂。目前油气钻探已在F3油源断裂附近的沙三中亚段找到了大量油气，但并不是其附近所有部位沙三中亚段均有油气分布，油气主要分布在其中南部和北部，而其中北部则无油气分布。能否准确地识别出F3油源断裂内油气运移优势通道，对于正确认识其附近沙三中亚段油气分布规律及指导油气勘探均具重要意义。

  • 图4 廊固凹陷大柳泉地区F3油源断裂发育分布平剖面图

  • Fig.4 Plan and profile of F3 source-fault in Daliuquan area, the Langgu sag

  • 由三维地震资料追索F3油源断裂断层面现今空间分布，读取F3油源断裂上盘顶面与主要地震反射界面相交点的三维坐标，进而汇总之后合成现今F3油源断裂断层面埋深形态。再利用地层回剥技术（武凤良，1989；张廷山等，2016）将F3油源断裂断层面埋深恢复至主要成藏期——沙二段—馆陶组沉积时期的古埋深，最后由式2计算油气成藏期F3油源断裂断层面古油气势能值，由断层面古油气势能等值线的法线汇聚线便可以得到F3油源断裂凸面脊的空间分布，F3油源断裂共发育6条凸面脊（图5）。其中F3油源断裂中南部发育4条凸面脊，中北部发育2条凸面脊。

  • 由F3油源断裂附近28口井点断裂断距和被其错断地层岩层厚度及其泥质含量，由式1计算每口井处F3油源断裂填充物泥质含量，将所有井断裂填充物泥质含量按照前文方法投影至F3油源断裂断层面上，每口井断裂填充物泥质含量仅控制半个井距，便可以得到整条F3油源断裂填充物泥质含量空间分布，F3油源断裂填充物泥质含量的高值区主要分布在其北部和南部局部地区（图6），其断裂填充物泥质含量大于0.3，由此2个高值区向其四周F3油源断裂填充物泥质含量逐渐降低，在南部和北部边界减小至0.1以下。

  • 图5 F3油源断裂凸面脊识别及其空间分布图

  • Fig.5 Recognition and spatial distribution of convex ridges on F3 source-fault plane

  • 图6 F3 油源断裂填充物泥质含量空间分布图

  • Fig.6 Spatial distribution of gouge ratio inside filler of F3 source-fault

  • 由大柳泉地区已知井点沙三中亚段油气层附近断裂泥质含量统计结果可知，大柳泉地区断裂侧向封闭油气所需的最小填充物泥质含量约为0.27，即油气运移所需的最大断裂填充物泥质含量约为0.27（图7）。因此由图6划分出F3油源断裂填充物泥质含量小于0.27的区域，即为F3油源断裂填充物油气运移分布区，F3油源断裂中除去中北部和南部局部地区外，其余广大区域皆为断裂填充物油气运移分布区（图8）。

  • 将上述已确定出来的F3油源断裂凸面脊与断裂填充物油气运移分布区耦合，便可以得到F3油源断裂内油气运移优势通道，F3油源断裂内共发育5条油气运移优势通道（图8），其中4条分布在F3油源断裂的中南部，1条分布在F3油源断裂的北部，只有中北部只发育凸面脊，但不发育断裂填充物油气运移分布区，故无油气运移优势通道。

  • 由图8中可以看出，F3油源断裂附近沙三中亚段目前已发现的油气均分布在其5条油气运移优势通道处或附近，这是因为只有位于5条油气运移优势通道处或附近，才能从下伏沙四段源岩处获得大量油气，聚集成藏；否则，即使其他油气成藏条件再好，也无油气聚集成藏，如中北部因无油气运移优势通道而无油气分布。

  • 图7 大柳泉地区油气运移所需的最大断裂填充物泥质含量厘定图

  • Fig.7 Determination of maximum gouge ratio inside filler of fault necessary for hydrocarbon migration in Daliuquan area

  • 图8 F3油源断裂内油气运移优势通道及油气空间分布图

  • Fig.8 Spatial distribution of hydrocarbon and preferential pathways for hydrocarbon migration inside F3 source-fault

  • 4 结论

  • （1）油源断裂内油气运移优势通道主要受到断裂填充物油气运移分布区和凸面脊耦合的控制，应为断裂填充物油气运移分布区内的凸面脊。

  • （2）通过确定油源断裂凸面脊和断裂填充物油气运移分布区，二者耦合建立了一套油源断裂内油气运移优势通道识别方法，并将其应用于渤海湾盆地冀中坳陷廊固凹陷大柳泉地区F3油源断裂内油气运移优势通道的识别中，结果表明，F3油源断裂内识别出5条油气运移优势通道，4条油气运移优势通道分布在其中南部，1条油气运移优势通道分布在其北部。

  • （3）F3油源断裂内油气运移优势通道及其附近是油气在沙三中亚段聚集成藏的有利部位，与目前F3油源断裂附近沙三中亚段已发现油气分布在中南部和北部相吻合，表明该方法用于识别油源断裂内油气运移优势通道是可行的。

  • 参考文献

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  • 基本信息

    DOI: 10.16509/j.georeview.2023.02.001

    基金信息

    本文为黑龙江省自然科学基金资助项目（编号：LH2022D011）；
    东北石油大学引导性创新基金资助项目（编号：15071202203）；
    东北石油大学人才引进科研启动经费资助项目（编号：1305021841）的成果；
    This study was supported by Natural Science Foundation of Heilongjiang Province (No. LH2022D011)；
    Guiding Innovation Foundation of Northeast Petroleum University (No. 15071202203)；
    Scientific Research Start-up Project of Talent Introduction of Northeast Petroleum University (No.1305021841)；

    稿件历史

    收稿日期: 2022-06-24

  • 参考文献

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