東部凹陷沙三段天然氣輸導體系與運移方向

王群一

(中國石油遼河油田分公司,遼寧 盤錦 124010)

東部凹陷基底發育兩條前新生代斷裂,分別為北東和近東西走向。北東走向斷裂位于現今東部凹陷榮興屯至青龍臺一線,控制中、古生界及元古界(榮古4、界古1井鉆遇)的沉積和構造格局。新生代盆地起重要控制作用的斷層既對基底斷裂有一定的繼承性,又存在新生特征。發育時間長是這類斷裂的特點,但最主要的發育期是早第三紀,尤其是古新世-始新世(房身泡期-沙三期)。東部凹陷次級斷裂具有如下特點:一是其對盆地形成和演化的控制作用相對較小,二是因為它們或者是早期主要斷裂的派生斷層,或者發育時期以晚期為主。次級斷裂的主要作用是局部構造的定型與構造單元的分割,對漸新世以來東部凹陷的構造格局起著重要作用。

1 輸導體系類型

東部凹陷自古近紀以來經歷了早期的斷陷-坳陷演化,并在東營晚期中國東部走滑應力場中發育了壓扭性和張剪性構造樣式,導致不同規模、不同組合樣式的斷裂廣泛分布,相互交織成網。這些斷裂與斷陷期湖盆內發育的河流、三角洲、扇三角洲、湖底扇等砂體連通,共同組成了油氣運移的主要通道,此外,各構造末期地殼抬升所形成的不整合面在不同地區也為油氣的側向運移作出不同程度的貢獻。

1.1 斷裂

東部凹陷天然氣藏在各凹陷內沿斷裂帶斷續分布,縱向上貫穿多個層系,與原油關系復雜。氣源對比結果表明,天然氣主要來源于沙河街組尤其是沙三段烴源巖,因此斷裂帶對于天然氣的垂向運移作用十分明顯。

1.2 儲集體

對于缺乏油源斷層的圈閉,儲集體就會成為至關重要的輸導要素。在垂向斷裂的配合下,橫向上連通的滲透性儲集砂體,只要存在良好的蓋層,油氣將沿著砂體的上傾方向不斷運移,至斷裂面附近或巖性上傾尖滅處,便會由于遮擋作用聚集形成油氣藏。砂體的發育主要受沉積相控制,不同沉積相中的強水流環境都可以發育不同的砂體。

1.3 不整合面

東部凹陷經歷了中生界晚期、沙三段沉積后期以及東營組沉積末期共三次規模較大的抬升運動,發育了古近系底界、沙三段頂界和東營組頂界3個不整合面[1]。由于不整合面附近地層經歷了風化剝蝕、溶解淋濾、構造等作用,孔隙往往比較發育,滲透性好,油氣可以沿不整合面聚集成藏,形成地層超覆油氣藏和潛山油氣藏。

斷裂、砂體及區域不整合面均可作為油氣運移通道,在空間上以相互組合的形式構成各種類型的輸導體系[2]。一般而言,反向正斷層控制下的緩坡帶,砂體是天然氣側向運移的重要通道;陡坡帶天然氣運移以油源斷裂為主,連通砂體也很重要;對于潛山構造帶而言,不整合面對天然氣的輸導作用尤為重要(見圖1)。

2 天然氣成藏配置關系

2.1 主力氣源巖生烴史

對東部凹陷沙三段、沙一段和東營段三套烴源巖地質時期累計生氣量進行統計,沙三段是東部凹陷的主力氣源巖層系。

2.2 成藏時間綜合分析

盆地內圈閉的形成期與油氣運移期若同步,或較油氣運移期稍早,配置關系良好,有利于油氣成藏。沙三段作為東部凹陷的主力氣源巖,進入東營期后才大量生氣,在新近紀以來仍持續大量生氣。而東營晚期的構造運動導致斷裂密布,大大改善油氣輸導條件,圈閉最終定型。但圈閉定型期不等于圈閉形成期,研究區巖性圈閉形成較早,主要為沙河街組沉積期,早于大規模油氣運移期,另外,東營期及新近紀早期是油氣大規模充注時期,直接證明了研究區良好的成藏配置關系。

3 成藏機理與主控因素

3.1 淺層天然氣成藏機理

東部凹陷已探明的天然氣儲量主要分布在中淺層,與原油伴生關系復雜。對已發現的氣藏剖面綜合研究發現,原油降解氣一般呈氣層氣產狀分布在油層的上部層段,而常規天然氣呈氣頂氣分布在復式油氣藏的構造高部位。

深部烴源巖熱演化Ro值處于0.5%～0.8%時,原油大量產出,生氣過程尚未開始。原油沿斷裂向上運移到一定深度后,向側向砂體內充注。當Ro處于0.8%～1.3%時,液態烴逐漸變少,氣態烴進入產烴高峰。天然氣經斷裂疏導向上運移,再注入側向砂體,溶進早期聚集的石油內,達到飽和狀態后,多余的天然氣就會溢出,以氣相和溶解油相兩種方式運移[3]。進入圈閉后,重力分異作用使天然氣在油層上部逐漸聚集,形成帶氣頂的油藏。

以沙三段為主力烴源巖而言,東營晚期以前,東部凹陷整體以生油為主,新近紀至今,整體以生氣為主。東營晚期發生的區域運動一方面使原來的油藏破壞、再分配和成藏,另一方面,形成復雜的網狀斷裂輸導體系和新的圈閉類型,溝通源巖和淺層儲集體,導致天然氣在淺層直接形成氣層氣和氣頂氣。原油在橫向上較大面積穩定地分布,而氣藏主要在被斷裂切割的小斷塊內緊靠斷裂分布,這一油氣分布特征也從側面說明后期構造運動對天然氣成藏影響較大。

3.2 深層天然氣成藏機理

深層天然氣主要分布于東部凹陷生烴洼陷內,典型特征是烴源巖熱演化程度高,儲層物性差,運移距離短,單層氣藏規模小,多層分布,整體表現為自生自儲式成藏組合。

對深層天然氣而言,濁積砂體和致密砂巖帶是主要儲集類型,因此,充足的氣源條件十分重要,一般只有在烴源巖進入大量生氣階段,排替壓力差較大時,氣態烴才能就近進入濁積砂體和致密砂巖帶中運移、聚集。另外,受斷裂溝通,早期原油跨層運移至鄰近有利圈閉條件下聚集,后期成熟度較高的一部分氣體伴生有少量輕質油,沿斷裂短距離運移后,溶解于早期原油中,達到溶解飽和度后,形成氣頂氣。當橫向運移大于垂向運移時,氣頂氣高度逐漸增加,氣水界面和氣油界面下移,當油水界面降至逸出點以下時,原油逸出,表現為氣藏對早期油藏的取代作用。

含油氣凹陷中,各地區由于烴源巖有機質類型、豐度、成熟度等差異較大,導致其深層天然氣成因、聚集過程也有變化,如東部凹陷陸上部分主要為低熟氣。除充足的氣源條件外,深部天然氣在運移、聚集方面也有自己的特點,運移通道主要為各種微裂縫或次級斷裂,后期成巖作用對儲層的改造也有重要成藏意義,如果儲集層中有次生的溶蝕孔隙或微裂縫發育,則可以改善儲集條件,有利于天然氣聚集。

4 天然氣富集主控要素

4.1 構造洼陷

東部凹陷探明天然氣儲量主要分布在蓋州灘、牛居洼陷等周邊。因為洼陷周邊氣源充足,斷裂發育,儲層物性好[4]。洼陷內往往有機質類型好、厚度大、成熟度高,成為含油氣凹陷的生烴中心。另外,由于沉積期的深陷作用,勢必發育多組同沉積斷層,并控制了相關砂體的發育。

4.2 斷裂作用

東部凹陷已發現的圈閉類型基本都與斷裂相關,已發現的天然氣藏均沿斷裂帶分布,此外,斷裂也是天然氣運移最重要的輸導體類型。斷裂在天然氣成藏過程中所起的作用類型主要取決于斷層的傾向,一般順向正斷層輸導作用較強,而反向正斷層遮擋作用較強。順向正斷層分布廣泛,在陡坡帶、洼中隆等部位尤為常見,是天然氣垂向運移的主要通道。反向正斷層主要發育在西部斜坡帶,一般成為斷層圈閉的遮擋條件。斷裂傾向與天然氣運移、聚集關系對天然氣成藏預測具有重要意義。

4.3 蓋層分布

東部凹陷天然氣富集程度與多層系、大面積分布的區域蓋層密切相關,沙三上和沙一段是東部凹陷兩個全凹陷分布的區域蓋層都存在封閉性能較好、突破壓力高的特征。氣藏主要位于沙一段和沙三段,東營組由于缺乏大面積展布的區域蓋層,氣藏多數散失。

4.4 沉積相帶展布與儲層發育程度控制天然氣成藏富集

湖盆演化過程中的各種沉積體系在平面上交錯相接,在縱向上相互疊置,構成多層次、大面積分布的儲集空間。古近系發育扇三角洲、三角洲、湖泊等多種沉積體系,這些儲層具有多物源、近距離搬運、快速充填、規模小、垂向砂層多、累計厚度大、物性好等特點。已發現的天然氣與原油伴生,主要分布在沉積碎屑顆粒較粗的扇三角洲平原與三角洲前緣、三角洲平原沉積相等相帶內,顯示了沉積相和良好儲集層對油氣的明顯控制作用,臨近生烴凹陷的較好儲集層對天然氣大規模聚集有利,但傳統意義上的較差儲集層在分布、厚度較大時也可作為天然氣的勘探領域,如致密砂巖帶。

5 天然氣運移方向

東部凹陷沙三段氣源巖主要發育于沙三段,平面上天然氣藏圍繞生烴洼陷呈帶狀分布,與斷裂關系密切,結合氣源對比結果認為各洼陷內沙三段生成的天然氣主要沿斷層向構造高部位運移(見圖2)。