断裂诱发砂体输导油气变径部位预测方法及其应用.pdf
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1、第 44 卷 第 5 期2023 年 10 月OIL&GAS GEOLOGY断裂诱发砂体输导油气变径部位预测方法及其应用何春波1,张亚雄2,于英华1,袁红旗1(1.东北石油大学 地球科学学院,黑龙江 大庆 163318;2.中国石化 石油勘探开发研究院,北京 102206)摘要:为了揭示含油气盆地斜坡区浅层油气分布规律,研究了断裂在改变砂体输导油气运移路径方面的作用。通过将盖层渗漏部位、断裂输导油气优势运移路径和砂体输导油气优势运移路径三者叠合,建立了一套预测断裂诱发砂体输导油气运移路径变化(变径)部位的方法,并将其应用于渤海湾盆地歧口凹陷,预测赵北断裂诱发沙河街组一段下亚段(沙一下亚段)砂体
2、输导的油气变径进入浅层馆陶组的部位。结果表明:赵北断裂诱发的变径部位仅有1处,分布在沙一下亚段的中部,沙一下亚段砂体输导的油气在此处变径沿赵北断裂运移至上覆的浅层馆陶组中汇聚成藏。这一预测结果与赵北断裂附近浅层馆陶组已发现油气主要分布在中部相吻合,表明该方法用于预测断裂诱发砂体输导油气变径部位是可行的。关键词:砂体输导油气;变径部位;预测方法;断裂;油气运移;歧口凹陷;渤海湾盆地中图分类号:TE122.1 文献标识码:AA method for predicting fault-induced changes of hydrocarbon migration pathways along sa
3、nd carrier beds and its applicationHE Chunbo1,ZHANG Yaxiong2,YU Yinghua1,YUAN Hongqi1(1.School of Earth Sciences,Northeast Petroleum University,Daqing,Heilongjiang 163318,China;2.Petroleum Exploration and Production Research Institute,SINOPEC,Beijing 102206,China)Abstract:To reveal the distribution
4、patterns of shallow hydrocarbons in slope zones of petroliferous basins,we explore the role of faults in changing the pathways for hydrocarbon migration along sand carrier beds,as well as the exact change.By matching the hydrocarbon leakage location of the cap rock with the dominant migration pathwa
5、y along faults and sand carrier beds,we establish a method for predicting the fault-induced changes of hydrocarbon migration pathways along the sand carrier beds.By applying this method to the Qikou Sag in the Bohai Bay Basin,we predict the Zhaobei fault-induced change of pathways for hydrocarbon mi
6、gration along the sand carrier beds in the lower submember of the 1st member of the Shahejie Formation where hydrocarbons migrate into the shallow Guantao Formation.The results indicate only one change in the migration pathways induced by the Zhaobei fault,lying in the middle of the lower submember
7、of the 1st member of the Shahejie Formation.In this part,hydrocarbons migrating via the sand carrier beds in the lower submember migrate upward along the Zhaobei fault and accumulate in the overlying shallow Guantao Formation.This prediction result aligns with the fact that hydrocarbons found in the
8、 shallow Guantao Formation near the Zhaobei fault are predominantly distributed in the middle of the lower submember.Therefore,the method proposed in this study is feasible in predicting fault-induced changes of the hydrocarbon migration pathways along the sand carrier beds.Key words:hydrocarbon mig
9、ration along sand carrier bed,change of hydrocarbon migration pathway,prediction method,fault,hydrocarbon migration,Qikou Sag,Bohai Bay Basin引用格式:何春波,张亚雄,于英华,等.断裂诱发砂体输导油气变径部位预测方法及其应用 J.石油与天然气地质,2023,44(5):1300-1307.DOI:10.11743/ogg20230518.文章编号:0253-9985(2023)05-1300-08doi:10.11743/ogg20230518收稿日期:2
10、023-02-07;修回日期:2023-08-02。第一作者简介:何春波(1980),男,博士、讲师,盆地构造分析。E-mail:。通讯作者简介:于英华(1979),女,博士、教授,油气成藏与储层地质。E-mail:。基金项目:国家自然科学基金项目(41572126);黑龙江省自然科学基金项目(LH2022D013,LH2023D005);黑龙江省中央支持地方高校青年骨干人才项目(14011202101);黑龙江省重点研发计划项目(JD22A022)。HE Chunbo,ZHANG Yaxiong,YU Yinghua,et al.A method for predicting fault-i
11、nduced changes of hydrocarbon migration pathways along sand carrier beds and its application J.Oil&Gas Geology,2023,44(5):1300-1307.DOI:10.11743/ogg20230518.含油气盆地油气勘探实践表明,断裂对油气运移具有重要控制作用。在凹陷区,断裂可以将烃源岩生成的油气直接输导至浅部地层;在斜坡区,油气侧向运移所赋存的砂体被断裂切割时,断裂导致砂体输导油气运移路径改变(变径),使油气向浅部调整,变径不但控制着斜坡区油气运聚层位,而且变径部位还控制着斜坡区油
12、气运聚部位。因此,对于斜坡区浅层油气勘探工作,准确地判识断裂诱发砂体输导油气变径部位是至关重要的。目前,学者对断裂诱发砂体输导油气变径作用及部位进行了一定的研究,概括为两方面认识:一是根据断-盖配置关系,确定断裂诱发砂体输导油气变径的条件1-4,只有断裂贯通盖层情况下,油气由砂体输导的侧向运移变为断裂输导的垂向运移,即断裂对砂体输导油气起变径作用;二是根据油气成藏期,基于断-盖配置的古断接厚度和盖层内断裂分段生长上下连接所需的最大断接厚度的比较,研究断裂对砂体输导油气变径分布区5-8,将断-盖配置古断接厚度小于盖层内断裂垂向分段生长连接所需最大断接厚度的部位圈定在一起,即为油气在沿砂体输导过程
13、中断裂起到变径的部位。但是,前人主要侧重于源内油气沿断裂运移至浅层有利部位的预测研究9-12,对于源外油气沿砂体运移过程中,断裂诱发砂体输导油气变径部位的研究仍较薄弱。1断裂诱发砂体输导油气变径作用在含油气盆地内,断裂垂向分段生长连接较为普遍。如果位于盖层上部和下部的断裂在盖层内相互连接(硬连接),盖层之下砂体输导的油气遇到断裂后则不再继续侧向运移,而是沿着连接的断裂穿过盖层垂向运移,断裂对砂体输导的油气起到变径作用。如果位于盖层上部和下部的断裂在盖层内没有相互连接(软连接),此时盖层是封闭的,那么油气就不能通过盖层继续向上运移,盖层之下砂体输导的油气遇到断裂后仍然穿过断裂继续侧向运移,断裂对
14、砂体输导的油气不起变径作用。2断裂诱发砂体输导油气变径部位预测方法断裂诱发砂体输导油气变径部位是盖层渗漏部位、断裂输导油气优势路径及砂体输导油气优势路径的耦合部位。2.1盖层渗漏部位断接厚度是盖层被断裂切割后、断裂两盘盖层仍然对接的厚度,是表征受断裂切割的盖层封闭能力的重要参数。利用地震及钻井资料求取现今盖层厚度和断裂错开盖层的断距,通过地层古厚度定量恢复方法13和最大断距相减法14分别恢复油气成藏期盖层古厚度和断裂错开盖层的古断距,由前者减去后者求取盖层古断接厚度(图1)。由文献 15 中断裂在盖层内分段生长上、下连接所需的最大断接厚度确定方法确定断裂在盖层内垂向分段生长连接所需的最大断接厚
15、度。盖层古断接厚度小于断裂在盖层内垂向分段生长连接所需的最大断接厚度的部位是盖层渗漏部位(图1)。2.2断裂输导油气优势路径输导断裂是油气成藏过程中活动、且连接烃源岩与目的层的断裂,断裂输导油气优势路径与输导断裂的活动速率密切相关。在地震解释基础上,进行层位、断裂时-深转换,读取现今输导断裂的断距,由文献14 中断裂古断距复原方法恢复油气成藏过程中输导断裂在目的层内的古断距,用古断距除以断裂活动时期,最终就可以求得输导断裂在目的层内不同部位古活动速率,由文献 15 中的方法确定研究区断裂输导油气所需的最小活动速率,断裂古活动速率大于最小古活动速率所对应的部位就是断裂输导油气优势路径(图2)。盖
16、层渗漏部位Hf:盖层古断接厚度:断裂在泥岩盖层内分段生长上、下连接所需的最大断接厚度Hfmax测线Hfm/断裂Hfmax图1 盖层渗漏部位厘定示意图Fig.1 Schematic diagram for determining hydrocarbon leakage position of cap rocks第 5 期何春波,等.断裂诱发砂体输导油气变径部位预测方法及其应用HE Chunbo,ZHANG Yaxiong,YU Yinghua,et al.A method for predicting fault-induced changes of hydrocarbon migration
17、pathways along sand carrier beds and its application J.Oil&Gas Geology,2023,44(5):1300-1307.DOI:10.11743/ogg20230518.含油气盆地油气勘探实践表明,断裂对油气运移具有重要控制作用。在凹陷区,断裂可以将烃源岩生成的油气直接输导至浅部地层;在斜坡区,油气侧向运移所赋存的砂体被断裂切割时,断裂导致砂体输导油气运移路径改变(变径),使油气向浅部调整,变径不但控制着斜坡区油气运聚层位,而且变径部位还控制着斜坡区油气运聚部位。因此,对于斜坡区浅层油气勘探工作,准确地判识断裂诱发砂体输导油气变径
18、部位是至关重要的。目前,学者对断裂诱发砂体输导油气变径作用及部位进行了一定的研究,概括为两方面认识:一是根据断-盖配置关系,确定断裂诱发砂体输导油气变径的条件1-4,只有断裂贯通盖层情况下,油气由砂体输导的侧向运移变为断裂输导的垂向运移,即断裂对砂体输导油气起变径作用;二是根据油气成藏期,基于断-盖配置的古断接厚度和盖层内断裂分段生长上下连接所需的最大断接厚度的比较,研究断裂对砂体输导油气变径分布区5-8,将断-盖配置古断接厚度小于盖层内断裂垂向分段生长连接所需最大断接厚度的部位圈定在一起,即为油气在沿砂体输导过程中断裂起到变径的部位。但是,前人主要侧重于源内油气沿断裂运移至浅层有利部位的预测
19、研究9-12,对于源外油气沿砂体运移过程中,断裂诱发砂体输导油气变径部位的研究仍较薄弱。1断裂诱发砂体输导油气变径作用在含油气盆地内,断裂垂向分段生长连接较为普遍。如果位于盖层上部和下部的断裂在盖层内相互连接(硬连接),盖层之下砂体输导的油气遇到断裂后则不再继续侧向运移,而是沿着连接的断裂穿过盖层垂向运移,断裂对砂体输导的油气起到变径作用。如果位于盖层上部和下部的断裂在盖层内没有相互连接(软连接),此时盖层是封闭的,那么油气就不能通过盖层继续向上运移,盖层之下砂体输导的油气遇到断裂后仍然穿过断裂继续侧向运移,断裂对砂体输导的油气不起变径作用。2断裂诱发砂体输导油气变径部位预测方法断裂诱发砂体输
20、导油气变径部位是盖层渗漏部位、断裂输导油气优势路径及砂体输导油气优势路径的耦合部位。2.1盖层渗漏部位断接厚度是盖层被断裂切割后、断裂两盘盖层仍然对接的厚度,是表征受断裂切割的盖层封闭能力的重要参数。利用地震及钻井资料求取现今盖层厚度和断裂错开盖层的断距,通过地层古厚度定量恢复方法13和最大断距相减法14分别恢复油气成藏期盖层古厚度和断裂错开盖层的古断距,由前者减去后者求取盖层古断接厚度(图1)。由文献 15 中断裂在盖层内分段生长上、下连接所需的最大断接厚度确定方法确定断裂在盖层内垂向分段生长连接所需的最大断接厚度。盖层古断接厚度小于断裂在盖层内垂向分段生长连接所需的最大断接厚度的部位是盖层
21、渗漏部位(图1)。2.2断裂输导油气优势路径输导断裂是油气成藏过程中活动、且连接烃源岩与目的层的断裂,断裂输导油气优势路径与输导断裂的活动速率密切相关。在地震解释基础上,进行层位、断裂时-深转换,读取现今输导断裂的断距,由文献14 中断裂古断距复原方法恢复油气成藏过程中输导断裂在目的层内的古断距,用古断距除以断裂活动时期,最终就可以求得输导断裂在目的层内不同部位古活动速率,由文献 15 中的方法确定研究区断裂输导油气所需的最小活动速率,断裂古活动速率大于最小古活动速率所对应的部位就是断裂输导油气优势路径(图2)。盖层渗漏部位Hf:盖层古断接厚度:断裂在泥岩盖层内分段生长上、下连接所需的最大断接
22、厚度Hfmax测线Hfm/断裂Hfmax图1 盖层渗漏部位厘定示意图Fig.1 Schematic diagram for determining hydrocarbon leakage position of cap rocks1301第 44 卷石 油 与 天 然 气 地 质2.3砂体输导油气优势路径砂体连通分布区内古构造脊的分布范围是砂体输导油气优势路径,因此,首先确定砂体连通分布区。应利用钻井资料统计目的层的砂地比值,根据文献 16所述方法确定出目的层砂体连通分布所需的最小砂地比值,在平面图中,将大于砂体连通分布所需的最小砂地比值连在一起,就能确定出目的层砂体连通分布区。在此基础上,再
23、确定砂体所在地层顶面古构造脊的分布范围。利用地震资料读取现今砂体地层顶面埋深,通过文献 17 中地层古埋深复原方法复原其在形成油气藏的过程中的古埋深,根据 公式(1)求得古油气势能值,并制作古油气势能等值线,其法线汇聚线便是砂体所在地层顶面古构造脊的分布范围。最后将砂体连通分布区和砂体所在地层顶面古构造脊分布范围叠合,得到砂体输导油气优势路径(图3)。=gZ+p(1)式中:为古油气势能,kJ;Z为古埋深,m;p为流体压力,MPa(其大小等于wZ,w为地层水密度,g/cm3);为油气密度,g/cm3;g为重力加速度,m/s2。将上述确定出的盖层渗漏部位、断裂输导油气优势路径与砂体输导油气优势路径
24、叠合,取三者重合部位,就能获得油气沿砂体运移过程中断裂诱发的变径部位。3实例应用本次以渤海湾盆地歧口凹陷赵北断裂为研究对象,根据上述方法,预测其诱发的沙一下亚段砂体向浅层馆陶组输导油气变径部位,将所得结果与实际研究区馆陶组的油气分布特征进行对比,证明本文所述方法用来研究断裂诱发砂体输导油气变径部位是可行的。赵北断裂是一条位于歧口凹陷岐南斜坡区的正断裂,走向NEE,倾向NNW,倾角22 77,长约20.3 km,从基底一直延伸到地表附近,具有长期继承性发育特点(图4)。研究区地层自下而上发育古近系、新近系和少量第四系,古近系自下而上发育孔店组(Ek)、沙河街组(Es)、东营组(Ed);新近系自下
25、而上发育馆陶组(Ng)和明化镇组(Nm)。目前研究区的油气大量分布在沙河街组,沙一下亚段油气最为发育,明化镇组和馆陶组油气发育较少。由于研究区处于歧南次凹沙三段源岩区的东南部,源岩生成油气通过油源断裂运移至沙一下亚段,再被沙一下亚段内砂体侧向运移至岐南斜坡区;侧向运移的油气在遇到赵北断裂时,由于赵北断裂破坏了其沙一中亚段和东二段区域性泥岩盖层,沙一下亚段砂体输导的油气不再继续侧向运移,而是沿赵北断裂向浅层馆陶组垂向运移,目前赵北断裂处馆陶组油气仅分布在中部(图4a),这除了与圈闭和砂体发育有关外,更主要的是受到了赵北断裂诱发的沙一下亚段砂体输导油气变径部位的影响,因此准确地预测变径部位是赵北断
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