惠民凹陷临南洼陷油气运移特征研究.pdf

第 3 2卷第 4期 2 0 1 0年8月 西南石油大学学报自然科学版 J o u r n a l o f S o u t h w e s t P e t r o l e u m Un i v e r s i t y f S c i e n c e T e c h n o lo g y E d i t i o n Vo 1 ． 3 2 N ． 4 Au g ． 2 01 0 文章编 号 1 6 7 4 5 0 8 6 2 0 1 0 0 4 0 0 3 3 0 6 惠民凹陷临南洼陷油气运移特征研究 朱 志强 ， 曾溅辉 ， 王建君 1 ． 中国石油勘探开发研究院 国际项 目评价研究筹 备组 ， 北京 海淀 1 0 0 0 8 3 ； 2 ． “ 油气资源与探测 ” 国家重点实验室 中国石油大学 ， 北 京 昌平 1 0 2 2 4 9 摘 要 在 详细分析临南洼陷油气运移的动力 系统 、 输 导条件、 运 移方 向以及 运移 时期 的基础上 ， 对 临 南洼陷 内油气 运移特征进行 了系统研 究。研究结果表明 1 临南洼陷油气运移 系统具有明显的分层 特征 ， 在 3 0 0 0 m 以上地层 为 正常压力 系统 ， 3 0 0 0m 以下地层为混合压力 系统 ， 浮力和异常压力构成 了临南洼陷内油气运移 的主要 动力； 2 近 东 西走 向的断层和相互连通的砂体共 同组成 了油 气由洼陷中心 向边缘运 移的通道 ； 3 油气 由洼陷 中心 向边缘 运移共 有4个优势运移方向； 4 油气运移时期出现在渐新世东营期。 关键 词 临南洼陷； 油气运移 ； 运移动 力； 输导体 系； 运 移方向； 运移 时期 中图分类号 T E 2 2 1 ． 1 文献标识 码 A D O I 1 0 ． 3 8 6 3 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 4 5 0 8 6 ． 2 0 1 0 ． 0 4 ． 0 0 7 引 言 近年来 ， 随着对 临南洼 陷勘探和开发 的深入开 展 ， 一些学者从多个方 面对临南洼陷 的油气成藏特 征进行 了研究 ， 其 中赵 阳等从输导系统的角度 对临 南地区油气运移特征进行了研究 J ， 刘 中云等 和 陈庆春等 分别从油气地球化学的角度研究 了临南 地区油气方向， 张勇从影响因素的角度研究 了I临南 地区油气纵向运移特征 J ， 韩天佑从成藏地质条件 的角度研究了I 临南地区油气运聚模式 J ， 但还没有 研究者对临南洼陷的油气运移特征做过较为系统的 研究 ， 本文从油气运移动力、 输导条件 、 运移方 向和 运移时期四个方面对临南洼陷油气运移特征进行 了 较为系统的研究。希望能够对提高临南洼陷油气钻 探成功率 、 加快油气藏发现进程 以及对特征相似洼 陷的勘探具有一定 的指导和参考作用 。 1 区域地质概况 临南洼陷位 于渤海湾盆地惠 民凹陷西南部 ， 属 于惠 民凹陷的次一级洼陷 ， 面积 约 1 3 0 0 k m ， 整个 洼陷呈地堑式结构 ， 构造轴线走向 N E E，其形态和 规模主要 由北倾 的夏 口断裂及南倾 的临商 断层控 制 。 。 J ， 在断块活动过程 中还形成 了大量的近 E W 向 断层 图 1 。临南洼陷南面为临南斜坡 ， 北 面为 中 央隆起带 ， 洼陷走 向 N E E 。该洼 陷是在古新世开始 的断陷发育过程 中逐渐形成的负 向构造单 元 ， 内部 构造 比较简单 ， 主要为负向构造的斜坡 ， 被为数不多 的断层复杂化 。洼陷 内断层延 伸方 向为 E W 向或 N E向， 与二级断层的展布方向基本一致“ 。 1 ． 2 烃源岩条件 临南洼陷在渐新世是一个持续性沉降中心和沉 积中心。临南洼 陷渐新统沙 三段是 主要烃源岩层 段 ， 烃源岩最大厚度达 1 0 0 0 m， 埋藏深度近49 5 0 m， 生油岩 有 机碳 含量 1 ． 4 ％ ， 岩 石 中总 烃平 均 含量 4 6 0 x 1 0 ～， 总烃与有机碳 比值 0 ． 0 3 3 ， 是惠民凹陷中 最好的生油洼陷 ， 目前洼陷周 围发现 的油气 主要来 自渐新统沙三段 。 1 ． 3 储 集层 特征 本区储集砂体包括砾岩、 砂砾岩 、 砂岩及粉砂岩， 主要分布于三角洲前缘及浅湖区。由于临南洼陷周 边物源区提供的沉积物较充足， 在盆湖萎缩阶段迅速 淤浅 ， 在洼陷中心发育广泛而持续的粉砂岩沉积。本 区发育的储集层主要有三角洲、 深水浊积扇 、 三角洲 前缘远砂坝 、 近砂坝 、 三角洲平原河道等多种沉积类 型的砂体 ， 为油气的运移 、 聚集提供了有利的条件。 收稿 日期 2 0 0 9 0 7 1 4 基金项 目国家“ 十五” 科技攻关项 目 2 0 0 1 B A 6 0 5 A 0 9 。 作者简介 朱志强 1 9 7 9 一 ， 男 汉族 ， 河北安国人 ， 工程师， 博士， 主要从事油气成藏机理研究。 西南石油大学学报 自然科学版 三 ] 三 二 ] 田 田 虱 盆地边界 二级断层 三级断层 四级断层 地名 井位 含油区 图 1 临南洼陷区域 位置及 断裂体 系分布 图 Fi g ． 1 Lo c a t i o n a n d f a u l t d i s t r i b u t i o n o f Li n na n Sa g 1 ． 4盖层及储盖组合 本 区有 3套区域盖层， 即渐新统沙三段中、 下亚 段的深湖相油页岩、 泥岩 ， 渐新统沙一段一东营组的 深湖及半深湖相暗色泥岩 ， 以及 中新统馆 陶组和上 新统明化镇组广泛分布的灰绿色泥岩。各组段还发 育众多局部盖层 ， 厚度约为 1 0～2 0 m。渐新统沙三 中、 下亚段为全区的主力油源岩。由于沉积 的旋回 性形成 了多套储盖组合 ， 即 渐新统沙三上亚段和沙 二段的砂岩为储集层 ， 沙一段的泥岩为盖层 ； 渐新统 东二段 的砂岩为储层 ， 渐新统东一段和中新统馆三 段的泥岩为盖层 ； 中新统馆一、 二段发育的河道砂为 储集层 ， 中新统馆 陶组顶部和上新统明化镇组 的泥 岩为盖层。 2 油气运移 动力特征 济阳拗陷其他各个 凹陷的地层压力均为明显的 超压特征 ， 但惠民凹陷的临南洼陷情况比较特 殊 ， 以正常压力为主 ， 同时存在异常低压 和异 常高 压 ， 且地层压力具有明显 的分层特征 。以临南洼陷 内6 2口井的渐新统沙三段压力测试数据为基础 ， 做 出了临南洼 陷渐 新统沙三段 压力系数纵 向分布 图 图2 和压力系数平 面布 图 图 3 ， 通过对 临南洼 陷渐新统沙三段压力系数分布特征的分析 ， 对 f临南 洼陷的油气运移动力系统特征进行研究。 压力系数 O ． 5 1 ． 0 1 ． 5 2 ． 0 ．| j 一一一●一 一 一 一 一 一一 ． ●● ’ ． 混合流体。～ 一 ．． ．。 。 ● ．⋯⋯⋯一 ● 图 2 临南洼陷流体 压力系数 与埋深关 系图 Fi g ． 2 Re l a t i o n s h i p be t we e n t he p r e s s ur e c o e ffi c i e n t a n d de p th re l a t i o ns h i p i n Li n n a n S a g 2 3 4 呈 ＼ 第4期 朱志强， 等 惠民 陷临南洼陷油气运移特征研究 3 5 图 3 临南洼陷沙三段压力系数等值线图 Fi g ． 3 l s o l i n e o f pr e s s ur e c o e ffi c i e n t i n Es 3 o f Li n na n S a g 2 ． 1 压 力场纵 向特 征 从临南洼陷流体压力系数与深度关系图上可以 看出， 以埋深3 0 0 0 1T I 为界 ， 临南洼 陷地层压力具有 明显 的双层 结 构， 可划 分 为两 种压 力 系统 埋 深 3 0 0 0 m以上的流体压力系统为正 常压力系统 ， 压力 系数大多在 0 ． 91 ． 0 ； 埋深 3 0 0 0 r fl以下的流体压 力系统则为混合 压力系统 ， 压力 系数变化较 大， 在 0 ． 61 ． 4 ， 具有异常低压 、 正常压力和异常高压并存 的现象 图 2 。 洼陷内埋深 3 0 0 0 m 以上的正常流体动力系统 中没有异常高压 ， 浮力是油气运移的主要动力 ， 油气 运移 的动力较弱 ， 油气表现为低速渗流。洼陷 内埋 深 3 0 0 0 m以下的混合 流体 动力 系统 中， 浮力仍 然 是系统 中的低 压和正常压力 区油气运 移的主要动 力 ， 运移的动力较弱； 异常压力和浮力则是异常高压 地区油气运移 的主要 动力 ， 运移动力相对较强 ， 运移 速率相对较快。 2 ． 2 压 力场 平面特 征 在临南洼陷渐新统沙三段压力系数平面分布图 上同样可以看出， 洼 陷内该层段 的压力系数普遍较 低 ， 同时洼陷内异常低压 、 正常压力和异常高压共存 图 3 。 临南洼 陷渐新 统沙三段的低压主要 出现在夏 1 0 2和夏 1 0 3井区附近 压力系数低于 0 ． 8 ， 该区域 出现低压力的原因可能是由于临商断层活动导致的 泄压作用 ， 这反映 了临商 断层对地层内流体压力的 控制作用。异常高压主要分布在临 8 3井 附近和江 家店地区的夏 9 4 1 一夏斜 5 0 2井一 带。临 8 3井 附 近位于洼陷沉降中心， 埋深和烃源岩厚度均 比较大 ， 因此该 区异常高压可能是 由于泥岩欠压实和生烃作 用的影 响。而江家店地区的夏 9 4 1 ～夏斜 5 0 2井一 带 ， 渐新统沙三中亚段 的泥岩广泛分布 ， 并且这些泥 岩的埋藏深度在 3 5 0 0 I T I 以下， 进入 了烃源岩 的成 熟阶段 ， 由于生烃作用导致 了异常高压 的形成。而 在临南洼陷西部及南部地 区， 均为正常压力或稍低 于正常静水压力区。 因此 ， 本区油气运移动力 比较弱 ， 浮力是油气重 要 的运移动力。洼陷深部生成 的油气主要靠浮力的 作用从洼陷中心 向边缘进行侧 向和垂 向运移 ， 在较 弱的运移动力条件下， 油气的运移就主要取决于输 导系统的特征。 3 油气运移输导体系特征 油气输导体系是指连接源岩与圈闭的各种运移 通道所组成的输导网络 。研究 区内油气 运移输 3 6 西南石油大学学报 自然科学版 2 0 1 0年 导体系主要由断层和砂体共同组成 。 3 ． 1 断层输导特征 断层既可以作为油气运移 的通道 ， 也可作为油 气的遮挡面 ， 当断层作为油气的遮挡面时 ， 遮挡效果 的好坏与断层的断距 以及储层厚度之间存在密切的 关系， 即 当储层厚度小于断层断距时才能有效遮挡 油气 。此外 ， 断层两盘岩性对遮挡效果也存在较大 影响， 只有当断层上盘岩性的排驱压力大于下盘岩 性时才能够对油气形成有效遮挡 ； 当断层作为油气 运移 的通道时 ， 通常有两种模式 ， 是垂 向输导模式和 侧 向输导模式 ， 其他模式也都是这两种模式组合而 成的。 纵向输导模式是指断层垂 向开启 ， 使得油气能 够沿开启 的断层作垂 向运移 ， 开启 的断面沟通 了不 同深度的地层 ， 使之所切过的成熟烃源岩或油气藏 中的油气 ， 在压力差的作用下 ， 从烃源岩或油气藏中 排出， 沿断层由高势 区向低势 区运移。研究区内断 裂系统发育 ， 特别是洼 陷北部边缘 的临商断层东段 商河油 田部分起 到了沟通渐新统沙三段烃源岩和沙 二段及其以上储层的重要作用 图 1 。渐新统沙二 段以上的油气 ， 尤其是渐新统沙一段 、 东营组以及 中 新统馆陶组的油气 ， 主要是通过断层 的垂 向输导作 用， 运移到合适的部位聚集成藏的。 侧向输导模式是指横穿断层面的侧向运移 ， 即包 括断层面两侧烃源层向储层的直接运移 ， 也包括储层 通过断层向另一侧储层的运移。研究区夏 口断裂带 西段的油气就是以侧向输导为主， 上升盘的钱官屯地 区找到的油气藏主要分布在与下降盘的渐新统沙三 段烃源岩层对接的始新统沙四段地层中 。 3 ． 2砂体输导特征 通常情况下 ， 砂体的输导能力与其物性成正 比， 而砂体 的物性向着物源方 向是逐渐变好的 ， 因此砂 体的输导层能力也有 向着物源方 向逐 渐增 强的趋 势。临南洼陷具有面积小 、 物源多、 物源近和充填快 的沉积特点 ， 洼陷的始新统 一渐新统沙河街组在湖 盆演化的不同阶段发育各种不同成因类型的储集砂 体 ， 主要包括三角洲前缘砂体 、 近岸水下扇 、 滑塌浊 积岩等储集砂体。 研究 区南部的夏 口断裂带 自西向东分别发育了 双丰、 江家店和瓦屋3 个三角洲砂体； 北部临商断裂 带自 西向东分别发育了盘河和基山两个三角洲砂体 图 4 。这些砂 体 由盆地 边缘一直延 伸到洼 陷中 心 ， 形成了油气运移的良好通道。 图4 临南洼陷沉积体系分布图 Fi g ． 4 Di s t r i b u t i o n o f s e d i me nt a r y s y s t e m i n Li n n a n S a g 4油气运移方 向 油气从生烃洼 陷向周 围的圈闭运移时， 并不是 向各个方向等强度运移的 ， 而是有一个或若干个主 导方 向。油气运移的主要方向决定于可渗透地层的 产状 ， 并受输导层 内非均质性展布特征 的限制。本 文结合油气运移动力、 输导体系和原油及油砂抽提 物 中含氮化合物综合分析油气运移的主导方向。 含氮化合物是原油及烃源岩 中的一种非烃组 分 ， 其含量一般 占原油的 0 ． 1 ％ 一 2 ． 0 ％ ， 通常情况 下随原油运移距离 的增加 ， 其在原油 中的含量逐渐 减少。在原油二次运移过程中， 不同结构的烷基咔 唑化合物表现出不同的化学极性。裸露型异构体由 于易于被矿物吸附， 随运移距离的增加而急剧减少。 而屏蔽型咔唑化合物随运移减少 的速度较慢 ， 因而 可以用这两类化合物的比值来确定原油的运移方向 和距离 。本文采用 1 ／ 4甲基咔唑作 为研究油气 运移方向的指标 ， 随运移距离的增加 ， 1 ／ 4甲基咔唑 的比值逐渐增大。 临南洼陷边缘原油的 1 ／ 4甲基咔唑 比值较低 ， 如临 4 8 、 田8 、 夏 3 2和曲斜 1 0 4等井的原油 ， 该 比值 为 1 ． 5左右 ， 表明这些位置离烃源岩较近， 原油运移 距离较短 。临商断层北侧原油该比值高于南侧 原油， 一般在 2 ． 0左右， 表 明北侧原 油运 移距 离较 长 。临南油田原油该 比值平均为 2 ． 2 6 ， 低于曲堤油 田原油 油砂 平均值为 2 ． 5 6 ， 说明临南油田的 原油运移距离 比曲堤油 田要近 图 5 。从 图中可以 看 出临南洼陷油气运移的四个 主要方 向， 即临南油 第 4期 朱志强， 等 惠民 陷临南洼陷油气运移特征研究 3 7 田、 曲堤油 田、 商河油 田和盘河油 田 图 5 。利用 含氮化合物的运移指标还可以确定局部地区原油运 移的具体方向。例如在临南油 田， 原油的 1 ／ 4甲基 咔唑比值从夏 3 2井的 1 ． 5 7 4个 样品的平均值 ， 到夏 5 2井 的 1 ． 6 2 6个样品的平 均值 ， 再 到夏 5 3 井的 3 ． 6 0， 呈现 出逐渐增加 的趋势 ， 表明该 油 田原 油是从北东方向 夏 5 0井一带 经 由双丰三角洲砂 体运移而来。 图 5 临南洼 陷油岩 中 1 ／ 4甲基咔唑 比值分布 据陈庆春改编 ， 2 0 0 1 F i g ． 5 Di s t Hb u fio n o f 1 ／ 4 me t h y l c a r b a z o l e o f s o u r c e r o c k i n L i n n a n S a g F r o m Ch e n Q i n g c h u n ， 2 0 0 1 5 油气运移 时期 油气运移时期是油气成藏体系研究 的关键 问题 之一。随着包裹体测试技术的发展 ， 流体包裹体分析 技术逐步应用于油气地质领域_ 1 ， 为研究油气成藏 时期提供了更为直接和有力的工具， 弥补了传统方法 的一些不足 ” J 。矿物流体包裹体是矿物生长时， 一 部分成矿溶液被包裹在矿物晶体缺陷或窝穴里 ， 至 今尚存在于矿物中， 并与矿物有相界线的那一部分物 质。它是分析成矿条件的直接依据， 可反映成矿时介 质的温度和盐度等。依据流体包裹体的均一温度资 料， 结合洼陷埋藏史、 热史和生烃史 ， 可以综合研究临 南洼陷油气运移的时期。 本次研究 ， 对临南洼陷的江家店油田、 临南油 田 和商河油田 1 0口井 取样井位见图 1 的始新统沙 四段和渐新统沙三段采集 的 1 2块样品进行了分析 和测试 。所观测到的包裹体产于胶结物或石英次生 加大边 以及碎矿物 石英、 长石等 解 理或裂缝 中。 测定的 1 5 1个流体包裹体 均一化温度分 布范 围为 9 9～1 4 9 o C， 温度主要集 中在 1 0 5～1 2 5℃ 。 以洼陷中心的夏 3 8井为例 ， 该井 的烃源岩埋藏 史表明临南洼陷烃源层生烃 门限为 2 5 0 0～ 2 6 0 0 m 图 6 ， 井位见图 1 ， 近2 0项地化指标研究表明临南 洼陷生烃门限为 2 5 0 0 I I 1 。 g ＼ 迷 m 时 间／ Ma 图 6 临南 洼陷埋藏史 、 热史和生烃史 Fi g ． 6 Bu r i a l hi s t o r y，t h e r ma l h i s t o r y a n d hy dr o c a r b o n g e n e r a t i o n hi s t o r y o f Li n n a S a g 研究表明， 洼陷中心渐新统沙三段中、 下亚段的 烃源岩在渐新世东营期 即进入了生 、 排烃期 ， 油气开 始初次运移。但随后在渐新世东营晚期发生的东营 运动 ， 使地层抬升 ， 中断烃源岩的演化 和油气 的 生成 ， 这并没有 阻止 已生成油气的进一步运移。直 到中新世一上新世馆 陶期一 明化镇期 ， 地层再次沉 降 ， 渐新统沙三段和部分沙二段烃源岩都进人生烃 门限， 沙三段中下亚段及部分沙二段进入生烃高峰， 此时成为临南洼陷生成 油气 的主要运移 和聚集 期 图 6 。二次运移与初次运移应该是同时存在 的连 续过程 ， 只是人为地划分成两个阶段 ， 因此 ， 油气的 二次运移在渐新世东营期已开始进行。 6 结 论 惠民凹陷临南洼陷周边发现的工业性油气主要 来 自洼陷中心的渐新统沙三段烃源岩。渐新统沙三 段烃源岩在渐新世东营期开始 了生 、 排烃 ， 渐新世末 期的东营运动， 中断了烃源岩的演化和油气的生成， № 尉 随 [ [ HUU [ U [ HU 3 8 西南石油大学学报自然科学版 2 0 1 0年 直到中新世一上新世馆陶期一明化镇期地层再次沉 降 ， 烃源岩进人生烃高峰。渐新统沙三段烃源岩生 成的油气主要在浮力和异常压力 的作用下 ， 沿着 由 断层和连通的砂体 由洼陷中心向四个主要的方向进 行运移 ， 在适合的圈闭中聚集成藏。 参考文献 [ 1 ] 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