断裂对沿不整合面侧向运移油气的聚集作用.pdf
东 北 石 油 大 学 学 报 J OURNAL OF NORTHEAST PETROLEUM UNI VERSI TY 第 3 7卷 第 3 期 2 0 1 3年 6月 Vo 1 .3 7 No .3 J u n . 2 0 1 3 断裂对 沿不 整合面侧 向运移油气 的聚集作用 武卫峰 ,徐衍 彬 ,范立 民。 ,张维君 ,时国新 1 .中海油能源发展股 份 有 限公 司 , 北京 1 0 0 0 1 0 ; 2 .大庆 油 田有 限 责任 公 司勘 探 开发 研究 院 , 黑龙 江 大 庆 1 6 3 7 1 4 ; 3 .大庆钻探工程公 司 地球物理勘探二公 司, 吉林 松原1 3 8 0 0 0 ; 4 .东 北石油大学 总务处 , 黑龙 江 大庆 1 6 3 3 1 8 ; 5 .中 国石 油 吐 哈油 田公 司 , 新 疆 哈 密8 3 9 0 0 9 摘要 为了研究 断裂和不整合面配合在油气成藏与分布中的作用 , 在 断裂 和不整 合面内部结构及 输导油气特 征基 础 上 , 采用断裂与沿 不整合 运移油气 之间关 系分 析的方 法 , 分 析断裂沿不整合面侧 向运 移油气 的聚集 作用. 结果表 明 输 导 断裂对沿 不整合 面侧 向运移 油气的输 导作用 主要 表现 改变运移路径 和同层或跨层 侧向连接输导作 用. 封闭断裂对沿 不整合 面侧 向运移 油气 的聚集作用 主要 表现 形成 断层遮 挡型油气藏 和反 向断裂较顺 向断裂更易形成 油气藏. 该研究 为 断裂沿不整合 面侧 向运移 聚集 的油气勘探开发 提供指 导. 关键词 封 闭断裂 ;输导断裂 ;不整合面 ; 输导作用 ;聚集作用 中图分 类号 TE1 2 2 文献标识码 A 文章编号 2 0 9 54 1 0 7 2 0 1 3 0 30 0 1 1 0 7 0 引 言 断裂与不整合面是含油气盆地 2种不同类型的油气运移输导通道 , 对油气聚集起控制作用 , 在一定程 度上 控制 含油 气 盆地 中油气 运 聚成 藏 与分 布. 它 们是 含 油气 盆 地 中油 气成 藏 与 分 布研 究 不 可缺 少 的 2个 因素 , 也 是 目前研 究 的热点 . 人们 分别 对 断裂口 和不 整合 面口 。 9 ] 在油 气成 藏 中 的作 用进 行探 讨 , 如李 明 刚等运 用油 区构造 解 析 理论 , 分析西部凹陷新生代断裂构造发育及演化特征, 揭示辽河拗 陷西部凹陷新生代断裂构造与油气关 系, 得到断裂活动控制西部凹陷烃源岩的分布与演化 、 油气的运聚及圈闭形成_ 3 ; 何登发通过剖析不整合 面的结构特征 , 得到不整合面的结构对油气运移和聚集有较强的控制作用 , 并且随时间而逐渐演变_ 1 . 这些研究是从断裂和不整合面内部结构角度 , 分析断裂l g 和不整合面对油气运移 的输导作用 , 以 及断裂和不整合面对油气的聚集作用 , 而将断裂和不整合 面结合起来研究它们对油气运移 和聚集作用 的 相对较少 , 针对断裂对沿不整合面侧 向运移油气的运聚作用的研究更少 , 不利于含油气盆地油气勘探的深 入进行. 因此 , 分析断裂对沿不整合面侧 向运移油气的聚集作用 , 为正确认识含油气盆地油气分布规律和 指导油气勘探提供参考. 1 断裂 内部 结构及 油气输导通道特征 断裂两盘岩石并非 以面接触 , 而是以断裂带相隔. 断裂 内部通常 由滑动破碎带和诱导裂缝带组成 见 图 1 , 其 中滑 动 破碎 带位 于断 裂带 的中心 部 位 , 表 现 为 复杂 、 成 组 、 交 叉 排 列 的断 层 滑 动面 和 相应 断层 体 组 合 , 以发 育 断层 岩和伴 生 裂缝 为主 要特 征 ; 它消 耗断 裂 发育 时 释放 的大部 分 能 量 , 集 中断 裂 带 内 的大 部 分 变形 . 诱 导裂 缝 带主要 分 布在 断裂 滑动 破碎 带两 侧有 限 区域或 断裂 末端 应力 释放 区 内 , 以断裂伴 生 的低 级 别及 多 次序 裂缝 为发 育特 征 , 岩石 保 留原来 母岩 的基 本特 征 , 被纵 横交错 的裂缝切 割口 . 由于 断层 岩和 断层 泥发 育 , 断裂 带 中的滑 动破 碎带 的孔 渗性 明显 低 于围岩 的 , 很 难形 成油 气沿 断裂 向 上运移的输导通道 , 但可 以成为油气沿砂体侧 向运移的遮挡物. 由于多次序裂缝发育, 诱导裂缝带 的孔渗 性 明显 高 于 围岩 的 , 可 以 成 为 油 气 沿 断裂 向 上 运 移 的输 导 通 道 , 但 不 能 成 为 油 气 沿 砂 体 侧 向运 移 的 遮 挡 物. 收稿 日期 2 0 1 30 41 5 ; 编辑 陆雅玲 基金项 目 国家科技重大专项 2 0 1 1 Z X 0 5 0 0 7 0 0 2 作者简 介 武卫峰 1 9 6 2 一 , 男 , 博士 , 高级工程师 , 主要从事油 田开发地质及管理方面的研究. l 1 东北石油大学学报 第 3 7卷2 0 1 3 年 图 1 断裂带 内部结构 F i g . 1 S k e t c h f o r i n t e r n a l s t r u c t u r e o f f a u l t z o n e 2 不整合 内部结构及 输导油气特征 不 整合 内部结 构 也 可分 为 3个 部 分 不 整合 面之 上岩 石 、 风 化 黏 土层 和不 整 合 面 之 下半 风化 岩 石 见 图 2 , 其 中 不 整 合 面 之 上 岩石是 紧邻 不 整 合 面 之上 , 位 于上 覆 岩 石 底 部 的岩石. 岩石 类 型主 要 有底 砾 岩 和 水 进 砂 体, 有时也发育煤层或泥岩. 底砾岩是不整合 面之上 常见 也 是 主 要发 育 的岩 石类 型. 它 是 风化带 粗碎 屑残 积物 在原 地发 生水进 时接 近 原 地沉 积 的产物 , 以复成分 砾岩 为 主 , 颗粒 较 粗 , 砾 岩分选 磨 圆较差 , 分 布连续 , 厚 度适 中 , 孑 L 渗性好 , 为畅通型残积层 , 是油气运移的良 好 通道 . 风 化黏 土层也 称古 土壤 , 位 于风化 壳 最上部 , 是 在物 理 风 化 的 基础 上 , 由生 物 、 化 学风化 作用 改 造 形 成 的 细粒 残 积 物. 该 层 具 有 穿越 层位 , 缺 乏沉 积构 造 , 自然伽 马值低 于 正常 泥岩 , 几乎 不 含 钙 , 铝 、 铁 元 素 含 量 高 等 特征 , 是识 别不 整合 的重 要标 志. 其 厚度一 般 不整合结构 岩性 底砾岩 水进砂体 煤层 不整 合 O o O o o o o 面之 石4 q O O o O o o O 类 型 A B C 黏 土 岩 风化 黏 j 层 古土壤 E D 砂岩 泥岩 火山岩 不整合面 V V V 之 下 } 风 V V V 化 岩石 V V V F G H 图 2 不整合纵 向内部结构 示意 Fi g .2 Ske t c h f or i nt e r i o r s t r uc t u r e of u nc o nf o r mi t y i n s e c t i on 为 5 ~2 5 c m, 局 部低 洼处 厚度 可达 3 O m, 总体 上 由盆地边 缘 向盆地 内斜坡 增厚 . 风化 黏土 层 在上覆 沉积 物 压实作 用下 岩性 较致 密 , 是一套 良好 的封 盖层 . 对 于碳酸 盐地 区 , 半 风化 岩石对 应 于风化 淋滤 带 , 碎 屑岩 或 火 山岩分 布 区往 往仅 发育 垂直 淋滤 带 , 水 平潜 流带不 发育 . 不 管哪种 类 型岩石 暴露 地表 , 在表 生环境 下 , 由 浅至 深将 逐渐遭 受 风化淋 滤作 用 , 发 生次 生变 化 , 距 地 表越 近 , 蚀变 越 强 , 向深 处 逐渐 减 弱 , 若 间 断时 间 足 够长 , 次生 变化 达到 古潜水 面 附近 , 钻井钻 到该 层往 往导致 泥浆 漏失 或钻具 放空 . 根 据岩 性不 同 , 风 化黏 土 层 厚度 存在 较大 差异 , 火 山岩一 般较 厚 , 泥 质岩类 较 薄 , 砂 质岩类 介 于火 山岩和 泥质 岩类 之间 , 次生孔 隙裂 缝 发育 , 连通 性好 , 也 是油 气运移 的 良好通 道. 3 输导作用 断裂和不整合面除了输导油气运移方向不同外 , 都可以成为油气运移输导通道 , 在输导时间上也是不 同的 , 断裂 只有 在断裂 活 动开启 时才 能成 为油气 运移 输导 通道 , 不整合 面 一旦形 成便 可 以成为 油气 运移 的 长期输导通道. 当沿不整合面上下 2条输导通道侧向运移油气遇到断裂时 , 断裂对油气起何种输导作用 , 是 油气 在地 下运 聚成 藏研究 的关 键. 通过解 剖不 整合 面和 断裂共 同控 制油 气藏 , 以及 研究 油气 藏与 源岩 之 1 2 第 3 期 武卫 峰等 断裂对沿 不整合 面侧 向运移油气 的聚集作用 间空间位置关系得到 , 断裂对沿不整合面侧向运移油气的输导作用主要表现在 2个方面. 3 . 1 改变 运移 路径 改变运移路径输导作用是指沿不整合面侧 向运移的油气遇到断裂 , 油气不再沿不整合面继续侧 向运 移 , 而是沿断裂发生垂向运移 , 使油气运移方向由侧 向变成垂 向. 由断裂内部结构特征可知 , 不整合面与断 裂倾向相 同 见图 3 a , 不整合面 2条输导通道直接与断裂上盘 断裂 活动时为主动盘 , 诱导裂缝发育 诱导裂缝带对接 , 有利于油气从不整合面向断裂运移. 相反 , 如果不整合与断裂倾 向相反 见 图 3 b 时, 不整合 2条输导通道与断裂下盘 断裂活动时为被动盘 , 诱导裂缝不发育 滑动破碎带对接 , 不利于油气从 不整合面向断裂运移. 圈囝[ Z ] 不整合面 运移方向 断裂 a 倾向相同 b 倾向相反 图 3 断裂对沿不整合 面运 移油气改变运 移路径的输导作用 F i g . 3 Tr a n s p o r t i n g o f f a u l t s c a n i n g o i 1 一 g a s m i g r a t i n g p a t h wa y t h r o u g h c u r c o n f o r mi l y s a r f a c e 如南堡 凹陷老爷庙油田油气主要产于东营组 见图 4 , 油气源对 比结果表明, 其 油气主要来源下伏沙 三段 或 沙一 段一 东三 段 源岩. 由图 4可 以看 出 , 沙 三段或 沙 一段一 东 三段源 岩生 成 的油气 主要 沿不 整合 面 侧向运移至油源断裂_ 2 0 ] 处 , 然后再沿油源断裂发生垂向运移至东营组发生聚集. 老爷庙油 田油气运移过 程属于断裂改变油气运移路径 的过程 , 使油气由源岩内的侧向运移变为向东营组 的垂 向运移. 图 4 老 爷 庙 油 田油 藏 剖 面 Fi g .4 Se c t i on of o i l r e s e r v o i r s La o ye mi a o oi l f i e l d 3 . 2同层 或 跨层侧 向连接 同层或跨层侧向连接输导作用是沿不整合面侧向运移 的油气遇到断裂 , 油气不再沿不整合面继续侧 向运移 , 而 是沿 着断 裂发 生垂 向运移 . 这种 沿 断裂 垂 向运移 的油气 通 常 运移 距 离 很短 , 被 上 覆 区域 性 盖 层 阻挡 , 再次沿不整合面发生侧 向运移 , 断裂在此仅起侧 向连接输导作用. 这种侧 向连接输导作用按照连接 前后不整合面是否为同一层位还是不 同层位 , 又可分为同层侧向连接输导 见图 5 a 和跨层侧 向连接输 导 见 图 5 b 2种 作用 . 如南堡 凹陷柏各庄潜山油藏 , 油主要产 自Ar 花 岗岩风化壳中 见图 6 , 油源断裂对 比结果表明, 其油 主要来 自西侧次凹中的沙三段源岩 , 西侧次凹沙三段源岩生成的油沿着 K底部与 Ar的 2条不整合面发 1 3 一 0 5 O 5 O 5 O 5 O 2 2 3 3 4 4 5 5 6 目 东北石油大学学报 第 3 7卷2 O l 3年 生侧 向运 移 , 中途受 到 2 条 长期 发育 断裂 的侧 向连 接作 用 , 使 油 沿不 整 合 面侧 向运 移 至 N1 6和 T2 X1井 高部位的基岩潜山风化壳圈闭中聚集成藏 见图 6 . 这属于同层侧向连接输导作用. 再如沙三段源岩生 成的油气可以先沿 E s 3 4与 E s 3之间不整合面向柏各庄断裂运移 , 然后油气沿柏各庄断裂垂向运移至 Ar 与 明化镇 组之 间不 整合 面 , 再 侧 向运 移南 7 0 X1 井 明化镇 组 聚集成 藏 见 图 7 . 一 图 5 断裂 同层或跨层侧 向连接输导作用 Fi g .5 Tr a ns p o r t i ng of f a u l t s c oun t e r i n g t he s a m e l a y e r of di f f e r e nt l a ye r s Tl X1 Nl 8 N1 6 T2 Xl 图 6 柏各庄潜 山 N1 6井一T2 XI井区油藏剖面 Fi g. 6 Se c t i o n o f oi l r e s e r v oi r s f r o m wel l N1 6 t o we l l T2X1 i n Ba i ge z hu a ng bur i a l hi l l 南 部 斜 坡 晚 期 洼 隆 柳 南 次 凹 早 期 洼 隆 抬 场 次 I 凸 起 地 层 一 岩 性 油 气 藏 潜 山 披 覆 一 断 裂 背 斜 逆 牵 引 背 斜 斜 潜 山 披 覆 背 斜 l 逆 牵 引 背 剩I披 害 斜 £ 沙垒H I 斜坡 控洼断裂掀斜潜山 l 控删断裂陡坡 地层一岩性复式油气聚集带 披覆背刺复式油气聚集带 I 复式油气聚集带 高尚馕一柳赞 I 庸海一桂林 图7 南堡 凹陷油气聚集 带分布模 式 Fi g. 7 Di s t r i but i on mo de l of o i l a c c u mul a t i on z on e s i n Na n pu de pr e s s i on 4 聚集作用 断裂要 对 油气运 聚起 遮挡 作用 , 它 一定停 止 活动并具 有 封闭油 气 的能力 , 否则 油气 将穿 过 断裂继 续运 5 0 5 1 2 2 g 蟠 第 3期 武卫 峰等 断裂对沿不整合面侧 向运移油气的聚集作用 移. 当沿 不整合 面 侧 向运移 油气 遇 到封 闭断 裂时 , 断裂 对 油气 将 起 到封 闭作 用 , 形 成 何 种类 型油 气藏 和 什 么条件 下 油气更 富集 , 是油 气勘 探 的关键 . 4 . 1 断层 遮挡 油气 藏 当沿不 整合 面侧 向运移 油气 受 到封 闭性 断裂遮 挡后 , 停 止运 移并 在断 裂 附近聚 集形 成油 气藏 . 由于 不 整合面油气运移主要有 2条通道 一个是不整合面之上 的底砾岩 , 另一个是不整合 面之下的半风化岩石 , 所以被封闭断裂遮挡后可在不整合面上下形成 2种断层遮挡油气类型. 按照断裂与不整合配合形成的圈 闭类型 , 主要有 3种类型. 第一种是油气沿盆地沉积盖层与基岩之间的不整合面发生侧向运移而被封闭断 裂遮 挡 , 形成 基 岩风 化类 型油 藏 见 8 a , 通 常位 于不 整 合面 之 下. 如南 堡 凹 陷柏 格 庄 潜 山油 藏 见 图 6 N1 6 , t 2 x 1 就 属 于此类 型 ; 再 如高 尚堡一 柳 赞构 造也 发育 这种 断裂 遮挡 型 的基岩 风化 壳油藏 见 图 7 . 另 2种是油气沿盆地内沉积盖层之间发育的不整合面发生侧 向运移而被封闭断裂遮挡 , 形成的断层遮挡油 气藏和断层一岩性油气藏 0 见图 8 b 、 c , 可 以位于不整合面之下, 也可以在不整合面之上. 不整合面 仅起 到输 导通 道作 用 , 如准 噶尔 盆地 玛 湖东 环带 玛东 2井 二叠 系油 藏 见 图 9 , 是西 部 凹陷 中油气 沿 不整 合面侧 向运移而被断裂遮挡, 形成的断层遮挡和断层一岩性油气藏_ 2 . 日 不整合 面 团 基岩 日圈 泥岩 砂岩 a 基岩风化壳 b 断层遮挡 C 断层一岩性 图 8 断裂 阻止 沿不整合面侧 向运移油 气形成油 气藏 类型 Fi g . 8 Ty p e s o f o i l g a s r e s e r v o i r s f o r me d b y f a u l t s s e a l i n g o i l g a s mi g r a t i n g l a t e r a l l y t h r o u g h u n c o n f o r m i t y s u r f a c e 夏盐2 玛东2 图 9 准 噶 尔盆 地 夏 盐 2井 玛 东 2井 油 藏 剖 面 Fi g.9 Se c t i on of o i l r e s e r v oi r s f r om we l l Xi a ya n 2 t O we l l M a d ong 2 i n z hun ge e r Ba s i n 4 . 2反 向断裂 成藏 当沿不整合面侧 向运移油气被反向断裂遮挡时, 由于不整合面 2条运移输导通道与断裂的滑动破碎 带对接 见图 1 0 a , 侧向封闭性较好 , 有利于油气聚集成藏. 相反 , 如果当沿不整合面侧向运移油气被顺 向断裂遮 挡 时 , 由于不 整 合面 2条 运移 输导 通道 与上 盘诱 导裂 缝带 对接 见 图 1 0 b , 侧 向封 闭性 相 对较 东北石油大学学报 第 3 7卷2 0 1 3年 差 , 不 利 于油气 聚集 成藏. 由图 7可以看出, 南堡 凹陷高尚堡一柳赞构造太古界基岩潜风化壳油藏反 向断裂遮挡形成 的基岩风 化壳油藏幅度 , 明显较顺向断裂形成 的油藏幅度要大; 老堡一哈坨构造中生界基岩潜 山风化壳油藏也属于 反 向断裂 遮挡 , 其 聚油 幅度相 对也较 大. 圈 不燕合谢 国圆圆 滑动破碎带诱导裂缝带 b 顺向 图 1 O 断裂 遮 挡 产 状 与油 气 聚 集 关 系 Fi g.1 0 Rel a t i on be t we e n o c c u r r e nc e of f a ul t a nd oi l ga s a c c umu l a t i on 5 结论 1 输 导 断裂对 沿不 整合 面侧 向运移 油气 的输 导作 用主要 表现 在改 变运移 路径 和 同层 或跨 层 侧 向连 接输导 作用 . 2 封 闭断裂对 沿不 整合 面侧 向运 移油气 的聚集作 用主 要表 现在形 成断层 遮 挡型 油气 藏 和反 向断裂 较顺向断裂更易形成油气藏. 参考文献 [ 1 ] 李春荣 , 张功成 , 梁建设 , 等. 北部 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