大民屯凹陷静安堡西侧低潜山油气成藏条件分析

 郭建华¹,刘辰生¹, 吴东胜²,吴智勇²

(1.中南大学 地学与环境工程学院,湖南 长沙,410083;
2.长江大学 地球科学学院,湖北 荆州,434023)

摘要: 对钻井取芯和岩石薄片进行观察及分析化验,确定了组成渤海湾裂谷系大民屯凹陷静安堡西侧低潜山储层的岩石类型主要是碳酸盐岩和变质岩类,储集空间主要是孔隙和裂缝,组成了以缝-洞为主的潜山型储层。通过三维地震资料的精细解释与构造成图,发现潜山顶面各类油气圈闭11个。研究结果表明:由于潜山的长期暴露和多期次的构造活动,有利于溶蚀孔洞和裂缝的发育;中新生代复杂的翘倾断块构造活动,形成了类型众多的油气圈闭;上覆老第三系沙三段与沙四段烃源岩厚度大,分布稳定,生油潜力大,因此,区内潜山具备了良好的油气成藏条件;油气运移聚集的主要通道是不整合面和断层,可将油气成藏模式总结为不整合-断层联合运移成藏模式、不整合垂向运移成藏模式、断层侧向运移成藏模式和断层-微裂隙垂向运移成藏模式。
关键词: 潜山; 成藏条件; 油气运移; 大民屯凹陷; 渤海湾裂谷系
中图分类号:P618.13 文献标识码:A 文章编号: 1672-7207(2005)02-0329-06

Analysis of Hydrocarbon Pool Forming Condition in Western Area of Jinganpu of Damintun Depression

GUO Jian-hua¹, LIU Chen-sheng¹, WU Dong-sheng², WU Zhi-yong²

(1.School of Geoscience and Environmental Engineering, Central South University, Changsha 410083, China;
2.School of Geoscience, Yangtze University, Jingzhou 434023, China)

Abstract: Based on the study of well-drilling, core rock section and the results of analysis and test datum, it is determined that the main rock types in Western Area of Jing′anpu of damintun depression lying in rift system of Bohai gulf are carbonate rock and metamorphic rock. Pore and fracture are the main reservoir spaces, and they form the burial hill reservoir in study area. Through the three-dimensional seism data explanation and structural mapping, 11 oil and gas traps are found on the top of the burial hill. Because of long-term exposure to atmosphere and many times of tectonic movements, the burial hill type reservoir has been developed. The main reservoir capacity is pore and aperture. The main source rock is the Sha-3 member and the Sha-4 member of Paleogene that covered the reservoir. Because the source rock is thick and spreading steadily, there exists great potential for hydrocarbon generation. The main path for hydrocarbon migration and accumulation is unconformities and faults. On this basis, the model of hydrocarbon pool forming process can be concluded into four types as follows: migration and accumulation by unconformity and fault, vertical migration and accumulation by fault, lateral migration and accumulation by faults and vertical migration and accumulation by fault and micro-fracture.
Key words: burial hill; condition of reservoir-forming; hydrocarbon migration; Damintun depression; rift system of Bohai gulf
   含油气盆地中的古潜山是油气聚集的重要场所和勘探的有利区带^[1-4],我国大多数盆地中广泛分布潜山型油气藏^[5-9]。在大民屯凹陷静安堡西侧低潜山带中已发现良好的油气显示,是今后勘探的有利区块。在此,作者对低潜山油气成藏条件进行综合分析,以期揭示和归纳出研究区潜山油气藏的成藏特点与规律,为下一步勘探提供依据。

1 区域地质背景

大民屯凹陷是渤海湾裂谷系辽河盆地中的一个一级构造单元^[10],面积约800 km²,是一个周边为断层切割的三角形地堑式凹陷(见图1)。研究区域位于静安堡断裂鼻状构造带的西侧,是一个由太古界花岗岩和中上元古界碎屑岩、碳酸盐岩构成的低潜山。其上覆盖层由中生界、下第三系房身泡组、沙河街组、东营组及上第三系和第四系组成,缺失古生界和沙河街组2段。低潜山带的整体形态呈北东-南西向的条带状展布。根据三维地震资料的精细解释,潜山顶面的现今构造形态总体上呈现出北东-南西高,北西-南东低的“马鞍”状形态。在凹陷沉降过程中,基底块断运动所形成的一系列北东向和东西向、北东东向断层将潜山基岩切割成垒-堑相间的断块。

图 1   大民屯凹陷构造单元划分及研究区位置图
Fig. 1   Structure division and location of Damintun depression

2 潜山油气储集条件

2.1 储集岩岩石类型及特征

区域资料及钻井、测井资料表明,可作为潜山油气储层的岩石类型主要有两大类:其一是中上元古界大红峪组和高于庄组碳酸盐岩;另一类是太古界变质岩类,包括区域变质岩、混合岩及其受构造作用改造形成的碎裂变质岩。
2.1.1 碳酸盐岩

从沈136井和沈616井钻井岩芯薄片分析结果可知,该区碳酸盐岩储层岩性主要为亮晶砂屑灰岩和豆粒灰岩等颗粒灰岩。碳酸盐岩主要分布于研究区北部沈616井及沈136井中。
2.1.2 变质岩类

作为储集岩层的太古界变质岩主要有片麻岩类、粒岩类及和混合花岗岩类,以及这些岩石受构造作用改造形成的碎裂变质岩等。粒岩类与混合花岗岩类则分布于以F2断层为界的东部区域。
2.2 储集空间与储集物性
2.2.1 储集空间及其特征

根据岩芯观察,常规薄片、铸体薄片、扫描电镜分析以及测井解释结果,区内油气储集空间主要是孔隙和裂缝^[11]。

a. 孔隙。主要孔隙有粒间孔、晶间孔和溶蚀孔隙,其数量一般不大。但溶蚀孔隙主要是沿易溶矿物的解理发育,溶孔孔径一般为0.1~0.2 mm,最大达1~2 mm,局部可见有孔径为4 mm的溶孔。溶孔分布不均,但常呈一定的规律性,即裂缝附近的溶蚀孔隙相对比较发育,沿着裂缝的溶蚀现象也很常见。

总体上,由于矿物组成上的差异,该区变质岩的溶蚀孔隙、数量和规模上都比碳酸盐岩的小。

b. 裂缝。岩芯裂缝较发育,大多为高角度缝,次为夹角大于20°的倾斜缝,平直延伸,但弯曲缝也很常见;裂缝密度不等,但每10 cm一般为6~8条,最多可达18~20条;张开度多为0.1~1 mm,最大可见2 mm,充填、半充填及未充填缝均有,充填物多为方解石,也可见泥质充填。

通过分析常规薄片、铸体薄片以及扫描电镜观察发现,显微和超显微裂缝以及溶蚀微孔较发育,大多为未充填或半充填,充填物多为方解石和粘土矿物,其充填程度要低于宏观裂缝。这些微裂缝和溶蚀微孔在地下条件下,可以作为油气的良好储集空间。
2.2.2 岩样分析的储层物性特征

作为主要储集岩层的变质岩是一种超低孔隙储层,一般不存在或很少存在原生的粒间孔或晶间孔,对常规岩芯分析得到的孔隙是由细小的裂缝构成。岩石薄片和电镜分析结果表明,这部分“孔隙”主要包括长石矿物的解理缝,长石、石英的裂纹缝,层理、片麻理缝,晶间缝,粒内、粒间溶孔等几种形式,这些“孔隙”具有类似基质孔隙的特征。

由于常规物性分析时所取的样品体积较小,而且岩样在钻取过程中遇到大裂缝就要破碎,所以,可将岩芯分析孔隙度看作“基质”孔隙度。对10口井共32块样品的变质岩储层物性进行分析,结果表明,孔隙度大多为10%~5%,渗透率绝大部分小于1×10^-3 μm²,其结果与文献[12,13]中的研究结果相似。

安131井混合花岗岩和沈616井碳酸盐岩压汞测试资料也表明,潜山储集岩石的储集物性均较差,反映在进汞压力大,进汞量小,特别是退汞效率低,表明岩石储集空间孔径小,物性差。
2.2.3 测井解释的储层物性特征

对区内17口井的潜山储层的测井资料储层参数进行处理与解释。结果表明,储层基质孔隙度平均为3%~6%,裂缝平均孔隙度均小于3%,渗透率平均值大多小于5×10^-3 μm²。

据裂缝性储层描述及测井储层评价交会图版,区内潜山储层主要属中、中-差储层。

3 烃源岩及其潜力

大民屯凹陷的烃源岩主要是下第三系沙河街组沙三、沙四段陆相碎屑岩型烃源岩,主要由泥岩、含粉砂泥岩、粉砂质泥岩、碳质泥岩和油页岩等岩石类型所构成,厚度大,分布稳定^[10]。烃源岩的各项生油指标好,有机碳含量范围为0.89%~16.2%,平均为2.37%;氯仿沥青“A”含量为0.2×10^-4~1.0×10^-4,最高峰在5×10^-4~10×10^-4,平均为1.33×10^-4。根据泥质生油岩的评价标准,大民屯凹陷沙三、沙四段生油岩均属于较好或好的烃源岩,具有很大的生油潜力。

4 油气运移与聚集条件

4.1 油气运移的通道与指向
4.1.1 主要运移通道

大民屯凹陷静安堡西侧低潜山油藏的油源主要来自于荣胜堡洼陷、安福屯洼陷和基岩上覆的沙四段生油岩,其主要运移通道有:

a. 沙四段砂层。这是油气向潜山带运移的主要输导层,夹于暗色泥岩、油页岩之中的砂层、砂质条带、含砂较高的泥质层,以及在其上下的砂层,都是油气的输导空间,在压实等成藏动力的作用下,烃源岩所生成的油气被排出源岩而进入输导层。

b. 不整合面。这是本区油气又一重要的输导层,不整合面由于长期风化侵蚀、淋滤、剥蚀,溶蚀孔洞发育;此外,由于大民屯凹陷长期处于构造活动较强烈的地带,多期构造活动造成基岩裂缝非常发育,形成了非常有利的孔渗条件。沙四段源岩层直接覆盖在基岩不整合面上,源岩中生成的油气向下排出,进入不整合面,可直接进入潜山储层保存起来形成油藏或沿不整合面运移到断块构造高部位的圈闭中聚集。

c. 断层。断层也是本区油气运移的重要途径。断层对油气的输导作用与断层性质、断层活动时期、断层两盘岩性的对置条件以及断层面与断层两盘含油层的排替压力的大小等因素有关。总体上讲,断层活动期纵向的输导作用强,而不活动期则封堵性较强。本区断层输导作用的一个显著特点是:断层的一侧为洼陷的烃源岩夹砂层,断层的另一侧为潜山储层;油气既排向所夹的砂层,也排向断面。排向断面的油气既有来自烃源岩自身排出的油气,又有烃源岩层所夹砂层中排出的大量油气;进入断裂以后,既可沿着断裂的本身向上运移,又可通过断面进入潜山中的孔、洞、缝向上运移,形成潜山油气藏。

3种输导层构成了本区油气运移输导的统一系统,导致油气的运移聚集。因此,本区具有良好的油气运移条件。
4.1.2 油气运移指向

a. 流体势所反映的油气运移指向。流体势被认为是研究油、水运移的一种较可靠的方法,因而应用广泛^[14]。在此选取研究区内探井和评价井潜山顶部射孔层段的流体压力测试数据,以海平面为基准面换算为折算压头,作出其平面分布趋势图(见图2)。由图2可见,研究区的东侧地层压力为南东高,北西低。由于地层流体的运动总是由高能区向低能区流动,因而,可认为研究区的东部至中部流体的运动方向为由南往北,由东往西。在盆地不断深埋,上覆沉积物持续堆积过程中,以压实水为主的流体从盆地中心流向边缘;而后期流体的流向则相反,研究区东部的流体分布特征与此规律正好相符。据此推测大民屯凹陷的西侧流体运移方向亦应当是由边缘向中心,即由西向东流动。

b. 油田水化学性质的变化所反映的油气运移指向。油田水一般被认为是石油运移的载体,因而研究油田水化学性质的纵横向变化对于油气运移、聚集规律的研究具有一定的意义。

对研究区及其周缘多口井的潜山地层及下第三系的水资料统计,并依据上述资料对地层水性质的纵横向变化规律进行分析。地层水性质的各项指标在纵向上具有较明显的规律性,总体上表现为:随着埋藏深度的增加,地层水的矿化度增高,Cl^-含量明显增加,HCO^-₃含量略有增加或较大增加,而水化学成分的变化与层位的关系不明显。这种变化规律表明,随着埋深的加大,地层的封闭性逐步增强,水动力强度逐渐减弱,地表水的渗入及与地层水的交换作用逐渐减小。

根据最接近潜山顶面的各项参数在平面上的变化规律, 静安堡西侧低潜山油藏的油田水矿化度以研究区的西部及西南部较低, 东部及北部地区矿化度相对较高(见图2)。 高矿化度分布区域与油藏的分布具有较好的一致性, 如研究区东部的高矿化度分布带对应着静安堡-东胜堡高潜山带油藏, 北部的高矿化度区域沈616井于元古界白云岩潜山中获工业油流。 油田水Na⁺和K⁺含量以及Cl^-含量的分布与矿化度具有较为相似的变化规律, 即由南西向北方向增大。 HCO^-₃含量的分布规律为南部较小, 向北部增大,最大值分布于沈136至安49井一线。

图 2   研究区潜山流体压力与油田水矿化度分布趋势
Fig. 2   Distribution trend of liquid pressure of burial hill and mineralization degree of oil field water in studied area

c. 原油物性变化所反映的油气运移指向。原油在运移过程中,层析作用可致原油性质沿油气运移方向发生有规律的变化。这种变化在研究区内也非常明显,即由南至北,原油的密度、粘度、含蜡量、胶质与沥青质含量等逐渐增高。

根据以上资料分析,研究区及其东测的高潜山带的油源主要来自于其南东面的荣胜堡生油洼陷,运移方向为由南至北或南东往北西,运移距离较短,运移过程中以轻微的氧化作用占主导地位。研究区内潜山上覆的沙四段成熟生油岩所生成的原油也向下排烃进入潜山,经二次运移聚集成藏。地层水矿化度相对较高,封闭性相对较强的地下水动力环境有利于油气的聚集成藏。
4.2 油气聚集的圈闭条件

区内潜山带经历了中新生代复杂的翘倾断块活动,形成了诸多不同类型的潜山圈闭。根据潜山构造类型、封堵条件及潜山顶面构造形态的综合分析,划分出3种圈闭类型。
4.2.1 侵蚀残山型圈闭

新生代以前产生,至新生代早期仍活动的大断层,上升盘长期处于隆起剥蚀状态,且由于翘倾运动断块倾斜。随着盆地的沉降,隆起剥蚀区被泥质沉积所覆盖,形成断层与古地貌高地联合封闭的圈闭。此类圈闭闭合幅度大,面积大,形成时间早,为最有利的圈闭类型,主要分布于研究区东部的高潜山带,如东胜堡油藏。
4.2.2 断裂-鼻状构造圈闭

断块圈闭由新生代早期(沙四段)发育的断层所形成,一般分布于断裂的上升盘,由潜山顶面的半背斜构造形态与断层联合封闭。上倾方向裂缝性储层通过断面直接与致密玄武岩和泥岩接触构成封堵。此类圈闭在静西堡西低潜山带较为常见,主要发育于北北东向正断层的上升盘。
4.2.3 断块圈闭

由新生代早期(沙四期)基底块断运动形成的北北东向断裂所造成。2条倾向相反且近似平行排列的断层,其上升盘隆起呈地垒状,上覆致密玄武岩或沙四段泥岩而形成圈闭。平面上由2条或多条断层联合封闭,上倾方向可由2条断层相交,或2条断层与1条反向断层相交(断层倾向与基岩顶面构造倾向相反),致密玄武岩或沙四段泥岩,通过断面直接与储层相接构成封堵。此类圈闭分布于研究区的北西部和中部,常沿北北东向断裂带成串分布,为低潜山带主要的潜山圈闭类型之一。

通过高精度的三维地震解释,共发现圈闭11个,其中4个已被钻探并获工业油流。
4.3 油气聚集与成藏的地质时期

在对区内成藏条件分析的基础上,结合圈闭的形成时间,烃源岩演化及生排烃时期,以及区内构造演化发育史及油气运移史,区内潜山油气藏成藏的地质时期可归纳为图3所示。

图 3   研究区潜山油气成藏地质时期图 
Fig. 3   Reservoir-forming geological epoch of burial hill in studied area

5 潜山油藏成藏模式

根据潜山成藏条件和成藏动力学分析,结合构造特征和生储盖时空配置关系的研究,对潜山油藏的形成机理和动力学过程进行概括,可建立起静安堡区低潜山地区潜山油藏的成藏模式。
5.1 沿不整合-断层联合运移成藏模式

潜山顶直接与下第三系沙四段生油岩接触,之间无房身泡组玄武岩致密隔层。同时,盆地断陷早期(沙四段沉积时期)基底的不均衡沉降导致基岩强烈的断层活动,且断层断距较大,形成单断式的单面山和双断式的断垒山,沙四段生油岩通过断面与基岩直接接触。其油气聚集过程为:沙四段烃源岩生成的油气在其内部积累的能量作用下向外排烃,其一通过不整合面向下排驱进入潜山,其二通过断层面侧向排驱进入潜山,油气在浮力和水动力的作用下向潜山的高部位运移,遇到合适的圈闭条件即聚集成藏(见图4(a))。这种成藏模式聚油面积大,效率高,成藏条件好,是形成高产油气藏的主要模式,如胜3-胜10井油藏,胜21井断块和安112-安133断块油气藏。
5.2 沿不整合垂向运移成藏模式

潜山顶面亦缺失房身泡组玄武岩,基岩与下第三系沙四段生油岩直接接触。但沙四期盆地基底沉降所形成的断层规模较小,断距不大,致使基岩与沙四段生油岩通过断面直接接触的面积较小,或断块位于2条断层的下降盘,形成地堑式构造。其油气运聚过程为:沙四段成熟生油岩通过不整合面直接向下排烃,随后油气在浮力和水动力的作用下向潜山高部位运移,遇合适圈闭即聚集成藏(见图4(b))。这种模式主要依靠不整合面的垂向排烃聚集油气,同时由于构造特点决定了其通常不是构造高点,限制了潜山内部油气二次运移过程中油气向这类地区的汇聚,因而聚油面积较小,成藏条件较差,如安9井所在断块。

图 4   研究区潜山带油气成藏模式
Fig. 4   Reservoir-forming models of burial hill in studied area

5.3 沿断层侧向运移成藏模式

潜山上覆房身泡组玄武岩致密隔层,阻隔了沙四段成熟生油岩直接向潜山储层排烃,但沙四期所形成的断层活动强度较大,错开玄武岩层,使沙四段生油岩通过断面与潜山直接接触,根据形态也可分为单断式的单面山和双断式的断垒山,其油气运聚过程为沙四段成熟烃源岩通过断面侧向排烃,直接进入潜山储层,随后油气在浮力和水动力的作用下向构造高部位运移,遇合适圈闭即聚集成藏(见图4(c))。这种成藏模式与第1种相比较,聚油面积稍小,成藏条件相对变差。但由于其通常位于构造的高部位,为油气二次运移指向,如有合适的生油岩与储层配置,也可形成有利的油气聚集,如沈616-沈169井油藏,及东部高潜山构造带(安97-安93-安83井区)。
5.4 沿断层-微裂隙垂向运移成藏模式

这种成藏模式主要存在于安1-安10-静52井所在断块,潜山顶面为一层厚度15~40 m不等的房身泡组玄武岩致密层所覆盖,断块本身为位于断层下降盘的双断式地堑结构,沙四段生油岩与潜山储层无直接接触(图4(d)),聚油条件较差,但对该断块钻探获得了工业油气流。其油气聚集成藏的机理有以下2点:

a. 断块上部的沙四段生油岩具欠压实现象,生油岩内部的高压促使部分油气向下排驱,以断裂及微裂隙为通道,通过厚度不大的玄武岩层垂向运移至潜山。安1井沙四段生油岩亦具有欠压实特征,因而向下的垂向运移亦有可能产生。

b. 该区位于研究区的构造高部位,通过不整合面运移而来的油气除供给其两则的高部位断块外,还可继续供给位于下降盘的低部位断块。这种成藏模式供聚油条件要求较高,成藏性较差,在研究区不具有普遍意义。

综上所述,静安堡西侧低潜山油气聚集成藏模式以不整合-断层联合运移型成藏潜力最大,其次为断层侧向运移型,再次为不整合垂向运移型,断层-微裂隙垂向运移型最差且不具有普遍意义。

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收稿日期:2004-06-20

作者简介:郭建华(1957-),男,湖南华容人,教授,博士,博士生导师,从事石油地质的教学与科研工作

论文联系人: 郭建华,男,教授;电话:0731-8836235(O);E-mail:gjh796@mail.csu.edu.cn