惠民凹陷江家店油田低序級斷層精細解釋及控藏作用

李柄毅,曹愛鋒,馬寶軍,牛子凡,李慶安,甄 鑫

(1.河北地質大學,河北石家莊 050000;2.中國石化勝利油田分公司勘探開發研究院,山東東營 257015;3.中國石化河南油田分公司采油一廠,河南南陽 474780;4.中國石化河南油田分公司采油二廠,河南南陽 473400)

古近紀時期,渤海灣盆地受構造演化的影響,發育為拉分盆地,多為拉張斷裂,內部斷裂發育眾多,構造條件復雜,為油氣運聚提供有利條件[1-3]。

惠民凹陷是渤海灣盆地濟陽坳陷的一個次級構造單元,東臨東營凹陷,西接寧津隆起,南至魯西隆起,北靠埕寧隆起?；菝癜枷輺|西方向長度約135 km,南北方向寬度約40～75 km,面積約6 500 km2,走向為NE-SW走向,包括臨南洼陷、滋鎮洼陷和陽信洼陷,分割性特征明顯。目前在惠民凹陷已經發現的含油層系多為古生界、古近系、新近系等?；菝癜枷輧炔繕嬙鞆碗s,斷裂異常發育,各斷層的性質不同、方向不同以及受多期次發育活動的影響,形成了不同類型的構造調節帶,控制了油氣成藏和分布。

目前,針對研究區沙河街組沙三上亞段構造油藏的成藏條件尚不明確,主要是因為沒有清晰了解低序級斷層空間展布特征及規律,低序級斷層識別困難且缺乏有效描述手段,給研究低序級斷層的控藏作用帶來困難。本文通過精細描述惠民凹陷江家店油田低序級斷層的構造特征,研究低序級斷層的控藏作用,為進一步的油氣勘探開發提供理論基礎。

1 區域地質背景

江家店油田位于山東省臨邑縣境內,北至孟寺,西臨營子街,東接玉皇廟。區域構造位置位于惠民凹陷南部,構造位置處于整個夏口斷裂帶的中部地區,受夏口斷裂帶的活動影響。近年來,在研究區沙三上亞段中淺層取得了勘探突破,2014年在XX507區塊上報控制儲量146.5×104t;部署的X972井、X492井均在沙三上亞段獲得工業油流,預示著該區仍具有較大的勘探潛力,但該區構造復雜,發育大量低序級斷層,給斷層刻畫和圈閉描述帶來較大困難。

孔店組時期,夏口斷裂初步開始活動,此時期江家店油田基本上沒有受到影響;沙四段時期,夏口斷裂持續活動,此時期江家店油田還未受到明顯影響;沙三段時期,夏口斷裂劇烈活動,江家店油田受其影響發育了眾多的二、三級斷層,大部分斷層圈閉開始形成;沙二段到東營組時期,夏口斷裂活動減弱,伴生斷層開始減少;東營組時期,夏口斷裂活動增強,致使斷裂面開裂且使沙四段巖層破裂,由于沙四段的油氣已經到達生烴門限,因此油氣沿夏口斷裂向上運移;在館陶組和明化鎮組時期,夏口斷裂繼續活動,主要為開啟狀態,沙三段的油氣在這個時期到達生烴門限,所以夏口斷裂可以作為油氣向上運移的通道,使油氣在合適的圈閉中運聚成藏。目前在江家店油田所發現的油氣藏多為斷塊圈閉,主力含油層系為沙河街組的沙三段和沙四段。

2 構造精細解釋及應用

江家店油田構造上位于夏口斷裂帶江家店鼻狀構造帶上,發育了眾多級別不一的斷層,使斷裂構造體系復雜化,呈現出構造破碎、斷裂多、斷塊小的特征[4]。利用三維地震資料、巖性資料、錄測井資料以及區域背景資料,開展研究區低序級斷層的構造精細解釋。

2.1 斷層精細解釋

江家店油田斷裂體系非常發育,給研究區低序級斷層解釋帶來較大困難。目前,主要利用以下四種方法識別低序級斷層。

1)地震剖面直接識別法。大斷層在地震剖面上主要表現為以下特征:反射同相軸或波組錯位現象出現明顯;反射同相軸在斷層處具有波形轉變等特點;高序級斷層在剖面上可以發現斷裂帶;斷層延伸一般較遠,對區塊或區帶起控制作用。

在斷層的斷距和延伸長度方面,低序級斷層的規模相對較小,其剖面上同相軸的變化很小,尤其是斷距小于10 m的低序級斷層,具有明顯的橫向不均勻性,對地震波的傳播有一定影響,使反射波振幅減弱甚至消失。因此,在地震剖面上,低序級斷層主要表現出以下幾點特征:①地震同相軸存在微小的錯位;②地震同相軸的相位發生了扭曲;③反射的振幅突然呈現出一種減弱或增強的趨勢;④在上下相鄰的層位中出現錯動;⑤相位在同相軸上發生了突變和轉換(圖1)。

圖1 地震剖面直接識別

2)水平切片法。在水平切片上,反射波的強度取決于同相軸的強度,地層的傾斜程度則取決于同相軸的寬度和窄度,而斷距的大小則取決于同相軸錯位的程度。因此,利用地震資料對低序級構造進行識別和追蹤具有重要意義。在此類切片上,低序級斷層呈現出以下特征:①同相軸錯斷現象尤為突出;②同相軸發生位置的錯開現象并不明顯,其間斷性質也不明顯;③地震同相軸的寬窄程度會突然發生變化,這種變化會引起振幅的快速波動;④地震同相軸突然發生彎曲現象;⑤在同相軸的延伸方向上發生了變化。

3)相干切片法。斷層導致層位不再連續,利用相干體可以有效地突出這種異常特征,改變相干步長可清晰地識別相干切片中的大小斷層。相干切片中的小斷層主要有以下幾種情況:①與斷層相遇后地層將出現不連續現象,而地震剖面中則顯示出幅度大小的突然改變,應用相干體可以有效的凸顯這一異常的特征;②相干切片中深顏色是異常區,亮顏色則代表正常區,這種切片中斷層方向及相互間位置關系清晰可見。

4)三維空間解釋法。三維空間解釋就是將研究區目的層段置于三維空間中,以井為起點,沿縱橫向剖面、任意剖面、水平切片或整個數據體作全方位的立體解釋,以空間角度解析構造和層位;能夠對二維剖面、特殊地質體和座椅狀剖面等進行解釋,并對解釋層位和斷面進行迭合展示,從而提高解釋精度,利用該方法能夠精確地落實斷塊的構造形態和斷裂的空間展布規律。

2.2 應用實例

通過精細構造解釋,在低序級斷層的識別上,研究結果與前人解釋成果有些許差異,以X509塊北西斷層為例。X509塊原構造圖中在沙三上亞段地層未顯示斷層,但螞蟻體相干體切片顯示,X509北部存在小斷層,如圖2所示,圖中藍圈部分的小斷層即為螞蟻體識別出的小斷層。

圖2 沙三上亞段油層頂面構造

3 低序級斷層構造特征及空間展布規律

江家店油田斷層規模不均一,其中二級斷層一條(夏口斷層),三級斷層兩條(玉皇廟斷層、江家店斷層)[5],四級及以下斷層發育眾多?？傮w來說,北東向的二、三級斷層與構造延伸方向平行,是走向斷層。夏口斷層為臨南洼陷的控洼斷裂,向下斷至基底,向上活動至東營組、館陶組,圈閉形成、油氣運移和油氣藏分布受其控制;玉皇廟斷層向下斷至沙四段,向上斷至東營組、館陶組,為烴源巖和儲層之間連接的油源斷層[6]。該區大量發育四級及以下斷層,受高序級斷層制約,展布方向規律性較差,是高序級斷層在不同時期活動時發育的伴生斷層。

3.1 構造特征

惠民凹陷的基底構造呈掀斜斷塊的形態,整體呈不對稱的復式地塹,具有北深陡、南淺緩的特點。眾多伸展斷層的形成和演化對層序和內部油氣藏的形成至關重要。根據其走向可劃分為北東東向、近東西向和近南北向3種類型。北東東向斷層以夏口斷層和玉皇廟斷層及江家店斷層為主,與構造延伸方向相平行,為走向斷層;近東西向斷層為受主走滑斷層的影響形成的次級張性正斷層,由一系列走向近東西、傾向向南的斷層構成斷階;南北向斷層主要分布在X67井北部地區,是由于主斷層活動過程中逆牽引作用導致上盤地層在下滑過程發生向下彎曲,由于應力的平衡作用,而產生的一組低序級斷層,使構造復雜化。

江家店油田構造形態整體呈一扁平的鼻狀構造,走向NEE向,地層傾向NW,構造上呈現出南高北低、東高西低的趨勢。

3.2 斷裂分級

夏口斷層(二級斷層):為江家店油田主要控洼斷裂,平面上呈向南內凹的弧形,向NEE延伸,傾向NW。該斷裂控制了該區構造變形的整個過程,其平面上的組合樣式比較簡單,多與次級斷裂斜交或平行形成斜交式或平行式的組合樣式;剖面上,夏口斷層為鏟形,斷層傾角50°～55°;夏口斷層西段的剖面組合樣式呈現出反向“Y”字形,中段和北東段主要為鏟形或階梯狀。夏口斷層形成時間早、活動時間長、斷層落差大,控制該區的構造格局、沉積特征和油氣分布。

玉皇廟斷層(三級斷層):為同向走滑斷裂,由臨商斷裂和夏口斷裂活動派生形成,為夏口斷層的調節斷層,走向NEE,在研究區內延伸距離較短,其平面組合樣式為單一斷裂或與次級斷層組合成斜交式;剖面上以鏟狀或反向“Y”字形為主,斷面傾角50°～52°。二級斷層與三級斷層相比,斷距較小,導致控制區內油氣的富集和流體的分布呈現出更為復雜的特征,對沉積也有一定的影響[7]。

江家店斷層(三級斷層):為同向走滑斷裂,由臨商斷裂和夏口斷裂活動派生形成,走向SW-NE,為夏口斷層的調節斷層,把江家店鼻狀構造分割為東西兩個部分。斷層平面上組合樣式比較簡單,為單一斷裂,其與次級斷裂組合為斜交式;剖面上以鏟形為主,斷面傾角49°～51°。

四級及以下斷層:斷層斷距較小、延伸距離較短、斷距通常小于30 m,多為20 m。斷層的走向呈現出多樣化的趨勢,包括北東向、近南北向以及東西向。其中以北東向和近東西向斷距最大,這種斷層會引起局部構造格局內部的變化,導致斷塊內部構造變得更加復雜化,對局部油氣分布也產生一定的影響。

3.3 低序級斷層組合特征

利用三維地震剖面的精細解釋、錄井、測井等資料,根據構造埋深圖、地層厚度圖、相干體切片等平面成果圖以及斷層產狀、斷層垂直位移統計分析等數據,總結低序級斷層平面及剖面組合特征。

3.3.1 斷層平面組合特征

就斷層的平面組合特征而言,江家店油田斷層的平面組合形式主要為平行式、斜交式。

平行式:由若干條走向大致相同的斷層組合而成。常具有等規模性和等間距性,即同一組合內各斷層的規模大致相當,相鄰兩條斷層之間的距離大致相同。

斜交式:一條斷層終止于另一條斷層之上且兩者不垂直相交,其具有剪切性質,被限制斷層可以是正斷層或逆斷層,也可以是平移斷層。若有NEE-SWW的次級斷層與夏口斷層發生斜交,則該斷層將終止于夏口斷層。

3.3.2 斷層剖面組合特征

就斷層的剖面組合特征而言,主要表現為階梯狀、地塹和地壘、及“Y”字形。

階梯狀斷層:兩條以上的傾向相同而又相互平行的正斷層,其上盤依次下降,這種斷層組合稱為階梯狀斷層。

“項目”就是“課程教學項目”的簡稱。它是以實際職業活動、企業工作為背景，按照認識論要求改造過的一項具體工作。項目的設定要依據旅游管理專業人才培養目標的為依據，項目的設定盡可能真實具體、實用典型、是一項具體的工作。旅游管理專業對于學生的語言表達能力，旅游接待能力、產品銷售能力等能力較高的要求。所以在項目設置中，項目的開展應遵循從簡單到復雜，從感性到理性，從具體到抽象的教學規律，這個項目是學生感興趣，能在工作實際中能夠運用到的，并積極參與到這個項目中，在項目的實施中有一定的決策空間和創新空間。該項目的設置應包含學生的能力培養、系統知識學習和專業素質、職業道德等方面的教學內容。

地塹與地壘:兩條或兩組大致平行的斷層,其中間斷塊為共同的下降盤,這種斷層組合稱為地塹;地壘則相反,中間斷塊為共同的上升盤。

“Y”字形斷層:由主干斷層和與其相應的上盤低級別斷層組合而成,在剖面上呈“Y”字形狀,是生長斷層的組合類型。根據上盤低級別斷層的數量可以分為反向“Y”字形和多級“Y”字形。

3.4 低序級斷層空間展布規律

江家店油田構造位置在順向基底斷裂夏口斷裂的下降盤上,因基底斷裂的活動產生局部拉張-走滑應力場,從而產生大量的低序級正斷層。在二級、三級斷層附近,低序級斷層與主干斷層以斜交式分布,遠離二級、三級斷層,低序級斷層呈現不同方向分布,特別是在X67井北部低序級斷層互相切割呈棋盤狀。低序級斷層作為高序級斷層的次級分支斷層,多分布在高序級斷層的下降盤[8],平面上呈平行式和斜交式等斷裂組合類型。

江家店油田斷層分為四種類型:

1)北東東、北東東-南南西向主斷層(夏口斷層、玉皇廟斷層、江家店斷層)為高序級斷層,是研究區內邊界斷層和控洼斷層,平行于構造延伸方向,傾向NW,向上斷至東營組以上,平面上不同部位對成藏控藏作用差別較大。

2)北東-南西向斷層為低序級斷層,是受主走滑斷裂的影響,由NEE-SWW向的拉張應力形成的次級張性正斷層,作為高序級斷裂的調節斷層,大都發育于沙三段-沙四段層系中,個別向上斷至東營組,部分斷至沙二段、沙三上亞段,切割斷塊。

3)近東西向斷層為低序級斷層,是受主走滑斷裂和差異壓實作用影響形成的次級張性正斷層,大都發育于沙二段-沙三上亞段層系中,少數向上斷至東營組,大部分斷至沙二段、沙三上亞段,切割盆地斷塊。

4)南北向斷層為低序級斷層,是與東西向低序級斷層相伴生的調節斷層,具有走滑性質,使斷裂體系更加復雜。

4 斷層對油氣成藏的控制作用

油氣成藏主要受烴源巖發育、儲層分布、蓋層發育、圈閉類型、輸導體系特征及保存條件等諸多因素影響。沙三段是臨南地區烴源巖的主要發育區域,而沙四段-館陶組等多套層系則是油氣的主要分布區域。尤其是沙三段-沙二段,目前所發現的油氣藏,圍繞生油中心呈環帶狀分布,且含油性表現出北部臨商斷裂體系優于南部夏口斷裂體系,臨商斷裂帶東部的帚狀分支斷裂體系優于西部夏口斷裂帚狀分支斷裂體系的特點[9-10]。

4.1 油氣運移通道

在盆地內,油氣的二次運移呈現出極度不均勻的特征,這是由于物質條件的非均質性和成藏環境條件的多樣性所導致的,這種復雜性使得油氣的運移和聚集過程變得異常復雜,油氣需要沿著一定的通道才能進行運移[11-12]。該區域主要是通過東西向發育的、斷開層位較多且較深的高序級斷裂進行輸導,這些斷裂從深部的烴源巖向淺層的砂巖儲層中延伸,油氣通過這一縱向通道才得以進入各個儲層當中聚集。

4.2 油氣分布規律與成藏模式

綜合分析研究區油氣主要分布區域,并結合油藏剖面,對江家店油田油氣分布規律和成藏模式進行了分析和總結。

該區域的油藏主要有以下類型:

1)構造控制的層狀油藏。研究區主要發育沙三下亞段油頁巖,上部沙三中亞段前三角洲泥巖厚度較大,油氣縱向運移困難,因此油氣主要在沙四段就近側向運移聚集成藏,運移到沙三上亞段及上部儲層的油氣不足。三角洲砂體厚度大,砂巖比例高,泥巖涂抹效應差,封堵性差,側向運移條件較好,呈現出層狀油藏的特點,且油層主要分布在頂部砂體中。

通過解析該地區的油藏剖面可以看出,該地區的油氣主要是受構造控制的層狀油藏。該區的X492井、X507-X1井、X507-X5井以及X509-X2井所在的斷塊均含有多套含油層系,主要集中在沙三段上部構造較高部位,構造低部位為水層(圖3)。

圖3 過X492井-X507-x1井-X507-X5井-X509-X2井-X509-X2井油藏剖面

2)構造-巖性油藏和透鏡體巖性油藏。除了構造控制的層狀油藏外,在X50井區沙三中亞段頂部發育有構造-巖性油藏,油氣沿著主要斷裂運移至其中,在巖性尖滅和斷層封堵雙重作用的影響下,形成構造-巖性油藏。在X943井區下部發現透鏡體巖性油藏,該種油藏處于烴源巖之間,物源條件豐富,實現自生自儲,儲層呈透鏡狀發育,形成透鏡狀巖性油藏。這兩種類型的油藏在該區域較少(圖4)。

圖4 過X943井-X50井油藏剖面

5 結論

1)江家店油田主要發育三組低序級斷層:①北東-南西向斷層,受主走滑斷裂的影響,由NEE-SWW向的拉張應力形成的次級張性正斷層,大部分發育于沙三段-沙四段層系中;②近東西向斷層,受主走滑斷裂和差異壓實作用影響形成的次級張性正斷層,大都發育于沙二段-沙三段層系中;③南北向斷層,是與東西向低序級斷層相伴生的調節斷層,具有走滑性質,使得斷裂體系復雜化。

2)江家店油田低序級斷層空間展布規律:在二級及三級斷層附近,低序級斷層與主干斷層以斜交式分布,遠離二級及三級斷層,低序級斷層呈現不同方向分布。低序級斷層作為派生斷層與高序級斷層相伴生,多分布在高序級斷層的下降盤,平面上與高序級斷層或低序級斷層之間呈平行式和斜交式等斷裂組合類型。

3)臨南地區油氣主要分布于沙四段-館陶組等多套層系中,尤其是沙三段-沙二段層系中,目前所發現的油氣藏大都圍繞生油中心呈環帶狀分布,江家店油田油藏主要有構造控制的層狀油藏和構造-巖性油藏,此外有少量透鏡體巖性油藏。