三种主要源储配置油源断裂厘定方法及其应用.pdf

第41卷第3期2023年6月Vol.41 No.3Jun.2023沉 积 学 报ACTA SEDIMENTOLOGICA SINICA三种主要源储配置油源断裂厘定方法及其应用付广，于桐，梁木桂东北石油大学地球科学学院，黑龙江大庆 163318摘 要 为了研究含油气盆地三种主要源储配置油气分布规律，在油气运聚机制及油源断裂类型研究的基础上，通过分别叠合储层内输导断裂和源岩排烃分布区，储层内输导断裂、源岩排烃分布区和分隔层渗漏区，以及储层内输导断裂和油气倒灌运移源岩分布区，建立了一套厘定下源上储紧邻配置、下源上储分隔配置和上源下储紧邻配置油源断裂的方法，并将其分别应用于渤海湾盆地歧口凹陷板桥地区沙一下亚段、东三段和松辽盆地北部三肇凹陷扶余油层油源断裂的厘定。结果表明：板桥地区沙三段源岩与沙一下亚段储层为下源上储紧邻配置，油源断裂主要分布在东北部和东南部边部地区，少量分布在中部局部地区；沙三段源岩与东三段储层被沙一中亚段泥岩盖层分隔，属于下源上储分隔配置，油源断裂主要分布在东南部地区，少量分布在东北部地区。松辽盆地北部三肇凹陷青一段源岩与扶余油层为上源下储紧邻配置，油源断裂除东北边部和东南边部局部地区外，在整个凹陷均有分布。三种主要源储配置油源断裂处或附近有利于油气成藏，与目前板桥地区沙一下亚段、东三段和三肇凹陷扶余油层已发现油气均主要分布在油源断裂处或附近相吻合，表明该方法用于厘定三种主要源储配置油源断裂是可行的。关键词 源储配置；油源断裂；厘定方法第一作者简介 付广，男，1962年出生，博士，教授，油气藏形成与保存研究，E-mail:中图分类号 P618.13 文献标志码 A0 引言 油气勘探的实践表明，人们对油源断裂（连接源岩和目的层，且在油气成藏期活动的断裂）在含油气盆地运聚成藏中所起作用的认识愈来愈深入，它不仅仅是连接源藏的油气输导通道，而且还能为油气聚集成藏提供遮挡条件，造成含油气盆地内油气聚集分布明显受到油源断裂分布的控制。然而，由于含油气盆地中源储配置方式（本文这里主要是指下源上储紧邻配置、下源上储分隔配置和上源下储紧邻配置）不同，造成连接其源藏的油源断裂类型及特征不同，其厘定方法也就不同。因此，能否厘定油源断裂，应是含油气盆地三种主要源储配置油气勘探的关键。关于下源上储紧邻配置油源断裂厘定方法，前人曾做过大量研究工作，归纳起来主要有以下三种：第一种方法是根据断裂活动时期与油气成藏期之间关系，结合断裂断穿层位与源岩和储层之间位置关系，厘定主要油源断裂类型14，认为连接源岩和储层，且在油气成藏期活动的断裂才是主要油源断裂；第二种方法是根据断裂断穿层位与源岩和储层之间位置关系，结合断裂之上未断穿地层形态，厘定次要油源断裂类型57，认为连接源岩和储层，虽在油气成藏期没有明显活动，但断裂之上地层形态弯曲，表明该断裂在油气成藏期活动，但规模小，也可以输导油气，应为次要油源断裂；第三种方法是根据断裂活动时期与油气成藏期之间关系，结合断裂与主要油源断裂之间关系，厘定次要油源断裂类型811，认为储层内断裂虽未连接源岩，但油气成藏期活动，又与主要油源断裂连接，此类断裂也应是次要油源断裂。以上这些方法厘定的油源断裂，对于认识含油气盆地下源上储紧邻配置油气分布规律及指导油气勘探起到了非常重要的作用。前人对于下源上储分隔配置油源断裂厘定的研究较少1214，主要是在下源上储紧邻配置油源断裂厘定方法的基础上，结合泥岩盖层不封闭区，厘定下源上储分隔配置油源断裂，认为只有在油气成藏期活动且连接源岩和目的储层，并穿过不封闭泥岩盖层的断裂才是下源上储分隔配置的油源断裂。而对于上源下储紧邻配置油源断裂厘定，虽然前人做过一收稿日期：20210322；修回日期：20210819；录用日期：20210928；网络出版日期：20210928基金项目：国家自然科学基金项目（41872157，42072157）Foundation：National Natural Science Foundation of China,No.41872157,42072157DOI:10.14027/j.issn.10000550.2021.114文章编号：10000550（2023）03090910第41卷沉 积 学 报定研究1518，但也主要是套用下源上储紧邻配置油源断裂厘定方法，并没有考虑源岩是否排烃。这无疑表明油源断裂厘定方法还不够完善，尚不能满足含油气盆地三种主要源储配置油源断裂厘定的需要。因此，开展油源断裂厘定方法研究，对于正确认识含油气盆地三种主要源储配置油气分布规律及指导油气勘探均具重要意义。1 三种主要源储配置油气运聚机制及其油源断裂特征 油气勘探证实，在含油气盆地中以油源断裂作为油气输导通道的源储组合按照源岩和储层之间空间组合关系，主要有下源上储和上源下储两种配置，其中下源上储配置按照源储之间是否有分隔层区域性泥岩分隔层，可以分为源储紧邻配置（无区域性泥岩分隔层分隔）和源储分隔配置（有区域性泥岩分隔层分隔），如图1所示，上源下储配置只有紧邻配置。1.1下源上储配置油气运聚机制及其油源断裂类型在下源上储紧邻配置中，下伏源岩生成的油气在剩余地层孔隙流体压力差和浮力的作用下沿油源断裂向上运移，因受区域性泥岩盖层阻挡向其下紧邻砂岩储层中发生侧向分流运移，最后油气在油源断裂附近聚集成藏19。该源储配置的油源断裂类型应为连接可排烃源岩和储层，且在油气成藏期活动的断裂（图1a）。在下源上储分隔配置中，下伏源岩生成油气在剩余地层孔隙流体压力差和浮力的作用下，沿油源断裂向上运移，并穿过分隔层（区域性泥岩盖层）再向其上砂岩储层中侧向分流运移，最后在油源断裂附近聚集成藏20。该源储配置的油源断裂类型应为连接可排烃源岩和储层，且穿过分隔层，并在油气成藏期活动的断裂（图1b）。1.2上源下储配置油气运聚机制及其油源断裂类型在该源储配置中，上覆源岩生成的油气在超压的作用下，沿油源断裂向下伏紧邻砂岩储层中倒灌运移，遇到砂岩储层便发生侧向分流运移，最后在油源断裂附近聚集成藏21。该源储配置的油源断裂类型应为连接油气向下倒灌运移源岩和储层，且在油气成藏期活动的断裂（图1c）。2 三种主要源储配置油源断裂厘定方法2.1下源上储配置油源断裂厘定方法要厘定下源上储紧邻配置油源断裂，就必须确定储层内输导断裂和源岩排烃分布区，二者叠合便可以厘定出油源断裂，即源岩排烃分布区内的输导断裂。利用三维地震资料划分储层内不同类型断裂，将连接源岩和储层，且在油气成藏期（可由储层流体包裹体均一温度资料，结合储层埋藏史和热史，由文献22中油气成藏期确定方法确定）活动的断裂，作为输导断裂（图2a）。利用源岩成熟度地化指标随埋深变化关系，由文献23中方法确定源岩排烃门限，据此确定源岩排烃分布区（图2a）。将上述已图 1三种主要源储配置油源断裂类型示意图（a）下源上储紧邻配置；（b）下源上储分隔配置；（c）上源下储紧邻配置Fig.1Schematic diagram of oilsource fault types for three major sourcereservoir configurations(a)lowersource/upperreservoir adjacent configuration;(b)lowersource/upperreservoir segregated configuration;(c)uppersource/lowerreservoir adjacent configuration910第3期付广等：三种主要源储配置油源断裂厘定方法及其应用确定的储层内输导断裂和源岩排烃分布区叠合，便可以厘定下源上储紧邻配置油源断裂及其分布（图2a）。要厘定下源上储分隔配置油源断裂，就必须确定储层内输导断裂、源岩排烃分布区和分隔层渗漏区，三者叠合便可以厘定油源断裂，即连接排烃源岩和储层，且穿过分隔层的输导断裂。储层内输导断裂和源岩排烃分布区可按上述方法确定。而对于分隔层渗漏区的确定可按如下步骤进行：首先，由钻井和地震资料统计分隔层厚度和其内输导断裂的断距，由地层古厚度恢复方法24和最大断距相减法25恢复分隔层和输导断裂在油气成藏期的古厚度和古断距，二者相减求取分隔层古断接厚度；然后，统计研究区已知井点处分隔层古断接厚度与其上下油气分布关系，按照文献26中的方法确定分隔层封油气所需的最小断接厚度；最后，将分隔层古断接厚度小于其封油气所需的最小断接厚度的区域圈在一起，即可确定分隔层渗漏区（图2b）。将上述已确定的储层内输导断裂、源岩排烃分布区和分隔层渗漏区叠合，便可以厘定下源上储分隔配置油源断裂及其分布（图2b）。2.2上源下储紧邻配置油源断裂厘定方法要厘定上源下储紧邻配置油源断裂，就必须确定储层内输导断裂和油气倒灌运移源岩分布区，二者叠合便可以厘定油源断裂，即为连接油气倒灌运移源岩和储层的输导断裂。储层内输导断裂可按照上述方法确定。而要确定油气倒灌运移源岩分布区，则必须要确定源岩排烃分布区和油气倒灌运移源岩超压分布区，其中源岩排烃分布区可按照上述方法确定；油气倒灌运移源岩超压分布区的确定可按如下步骤进行。首先，读取声波时差资料，利用源岩超压值计算方法27和源岩古超压值恢复方法28，计算源岩现今超压值，并恢复其在油气成藏期的古超压值；然后，统计研究区源岩古超压值与油气倒灌运移的最大深度（可用现今储层最大油底深度来表示）之间关系，取油气倒灌运移深度为零时所对应的古超压值作为油气倒灌运移所需的最小超压值；最后，圈出源岩古超压值大于油气倒灌运移图 2三种主要源储配置油源断裂厘定示意（a）下源上储紧邻配置；（b）下源上储分隔配置；（c）上源下储紧邻配置Fig.2Determination of oilsource faults with three major sourcereservoir configurations(a)lowersource/upperreservoir adjacent configuration;(b)lowersource/upperreservoir segregated configuration;(c)uppersource/lowerreservoir adjacent configuration911第41卷沉 积 学 报所需的最小超压值的区域，即为油气倒灌运移源岩超压分布区（图2c）。将已确定的源岩排烃分布区和油气倒灌运移源岩超压分布区叠合，二者重合区即为油气倒灌运移源岩分布区（图2c）。将上述已确定的储层内输导断裂与油气倒灌运移源岩分布区叠合，便可以厘定上源下储紧邻配置油源断裂及其分布（图2c）。3 实例应用 3.1下源上储配置油源断裂厘定方法的实例应用板桥地区位于歧口凹陷的北部，是其油气勘探的重点地区，构造上包括板桥次凹、板桥斜坡和歧北斜坡部分地区。该区发育的地层主要有古近系、新近系和第四系，其中古近系地层有孔店组、沙河街组和东营组，新近系地层有馆陶组和明化镇组。目前已发现油气主要分布在沙河街组，少量分布在东营组和馆陶组，其中沙一下亚段和东三段是其主要含油气层。油气源对比结果表明，沙一下亚段和东三段油气主要来自下伏沙三段源岩。沙三段源岩和沙一下亚段储层之间无区域性分隔层，属于下源上储紧邻配置；沙三段源岩和东三段储层之间被沙一中亚段区域性泥岩分隔层，属于下源上储分隔配置，可分别作为下源上储紧邻和下生上储分隔配置的应用实例厘定其油源断裂。三维地震资料解释成果表明，板桥地区沙一下亚段内发育不同类型的断裂，但连接沙三段源岩和沙一下亚段储层，且在油气成藏期明化镇组沉积中晚期活动的输导断裂，主要分布在东南部、东北部地区和西部局部地区（图3）。根据沙三段源岩成熟度地化指标（S1+S2/TOC）与埋深变化之间关系，利用源岩排烃门限的确定方法23，确定板桥地区沙三段源岩排烃门限（约为3 600 m），据此圈定板桥地区沙三段源岩排烃分布区。板桥地区沙三段源岩排烃分布区主要分布在东北部和中部局部地区，少量分布在东南边部地区（图3）。将上述已确定的板桥地区沙一下亚段输导断裂与沙三段源岩排烃分布区叠合，厘定其沙一下亚段油源断裂。板桥地区沙一下亚段油源断裂主要分布在东北部和东南部边部地区，少量分布在中部局部地区（图3）。板桥地区沙一下亚段目前已发现油气主要分布在东北部和东南边缘地区，少量分布在中部局部地区的油源断裂附近（图3），这是因为只有位于这些油源断裂处或附近，才有利于油源断裂从下伏沙三段源岩处获得油气在沙一下亚段聚集成藏，图 3板桥地区沙一下亚段油源断裂与油气分布关系Fig.3Relationship between oilsource faults and oil and gas distribution in the Esx1 formation in Banqiao area912第3期付广等：三种主要源储配置油源断裂厘定方法及其应用油气钻探才能有大量油气发现；反之则油气发现较少或无油气发现。钻井资料统计显示，板桥地区沙一中亚段泥岩分隔层厚度最大可达450 m，主要分布在东部、西部和南部局部地区，由这些高值区沙一中亚段泥岩分隔层厚度逐渐减少，在北部和东南部局部地区泥岩分隔层厚度减小至100 m以下（图4）。由钻井和地震资料统计沙一下亚段油源断裂在沙一中亚段泥岩分隔层内的断距和对应处泥岩分隔层厚度，利用最大断距相减法24和地层古厚度恢复方法25恢复其在油气成藏期明化镇组沉积中晚期的古断距和古厚度，二者相减求取沙一中亚段泥岩分隔层古断接厚度。由歧口凹陷沙一中亚段分隔层封油气所需的最小断接厚度（约为139 m，图5），圈定板桥地区沙一中亚段泥岩分隔层渗漏区。板桥地区沙一中亚段分隔层渗漏区主要分布在东北部和东南部地区（图6）。将上述已确定的沙一下亚段油源断裂与沙一中亚段泥岩分隔层渗漏区叠合，厘定板桥地区东三段油源断裂。板桥地区东三段油源断裂主要分布在东南部地区，少量分布在东北部地区（图7）。板桥地区东三段目前已发现油气主要分布在东南部地区，少量分布在北部中部地区的油源断裂附近（图7），这是因为只有位于这些油源断裂附近，下伏沙三段源岩生成的油气才能通过油源断裂穿过沙一中亚段泥岩分隔层在东三段聚集成藏，油气钻探才能发现大量油气；反之则油气发现较少或无油气发现。3.2上源下储配置油源断裂厘定方法的实例应用三肇凹陷位于松辽盆地北部中央坳陷区内，是油气勘探的重点地区。该区发育的地层有下白垩统、上白垩统及新生界，其中下白垩统地层有火石岭组、沙河子组、营城组、登娄库组和泉头组，上白垩统地层有青山口组、姚家组、嫩江组、四方台组和明水组。位于泉四段的扶余油层是主要含油气层位，油气主要来自上青一段，二者配置属于上源下储紧邻配置，可以作为应用实例，厘定其油源断裂。三维地震资料解释成果显示三肇凹陷扶余油层内发育多种类型断裂29，连接青一段源岩和扶余油层，且在油气成藏期明水组沉积末期17活动的输导断裂在全凹陷分布（图8）。由文献30可知，三肇凹陷青一段源岩的排烃分布区如图8所示，除东北边部和东南边部局部地区青一段源岩未进入排烃分布范围外，其余地区皆为源岩排烃分布区。图 4板桥地区沙一中亚段泥岩分隔层分布Fig.4Distribution of mudstone separation layer in the Esz1 formation in Banqiao area913第41卷沉 积 学 报利用声波时差资料计算三肇凹陷青一段源岩的超压值，按照文献31中源岩古超压恢复方法恢复油气成藏期古超压值（图9），由三肇凹陷青一段源岩生成油气倒灌运移所需的最小超压值（约为5 MPa）32，圈定三肇凹陷油气倒灌运移青一段源岩超压分布区。三肇凹陷除东南边部局部地区外，其余地区均为油气倒灌运移青一段源岩超压分布区（图9）。将上述三肇凹陷青一段源岩排烃分布区和油气倒灌运移青一段源岩超压分布区叠合，二者重合区即为油气倒灌运移青一段源岩分布区。三肇凹陷除东北边部和东南边部地区外，其余地区皆为油气倒灌运移青一段源岩分布区（图8）。将上述已确定的三肇凹陷扶余油层内输导断裂与油气倒灌运移青一段源岩分布区叠合，厘定扶余油层油源断裂。三肇凹陷扶余油层除东北边部和东南边部局部地区外，油源断裂在整个凹陷均有分布（图8）。三肇凹陷扶余油层目前已发现油气均分布在中部和南部地区的油源断裂附近（图8）。这是因为只有位于这些油源断裂附近，上覆青一段源岩生成的油气才能在超压作用下通过油源断裂向下伏扶余油层倒灌运移，并在附近聚集成藏；反之则油气发现较少或无油气发现。4 结论（1）三种主要源储配置油源断裂类型不同，下源上储紧邻配置油源断裂为连接排烃源岩和储层的输导断裂；下源上储分隔配置油源断裂为连接排烃源岩和储层，且穿过分隔层的输导断裂；上源下储紧邻配置油源断裂为连接油气倒灌运移源岩和储层的输导断裂。（2）建立了一套厘定下源上储紧邻配置、下源上储分隔配置和上源下储紧邻配置油源断裂的方法，实例应用结果证实了该方法的可行性。图 5歧口凹陷沙一中亚段泥岩分隔层封油气所需的最小断接厚度厘定Fig.5Determination of minimum juxtaposition thickness required for oil and gas sealing in mudstone separation layer of the Esz1 formation in the Qikou Sag914第3期付广等：三种主要源储配置油源断裂厘定方法及其应用（3）渤海湾盆地歧口凹陷板桥地区沙三段源岩与沙一下亚段储层为下源上储紧邻配置，油源断裂主要分布于东北部和东南边缘地区。沙三段源岩与东三段储层属于下源上储分隔配置，油源断裂主要分布在东南部地区。松辽盆地北部三肇凹陷青一段源岩与扶余油层为上源下储紧邻配置，油源断裂分布在除图 7板桥地区东三段油源断裂与油气分布关系Fig.7Relationship between oilsource faults and oil and gas distribution in the Ed3 formation in Banqiao area图 6板桥地区沙一中亚段泥岩分隔层渗漏区分布Fig.6Distribution of leakage area of the mudstone separation layer in the Esz1 formation in Banqiao area图 8三肇凹陷扶余油层油源断裂与油气分布关系Fig.8Relationship between oilsource faults and oil and gas distribution in Fuyu oil layer in Sanzhao Sag图 9三肇凹陷青一段源岩古超压分布Fig.9Distribution of paleooverburden pressure in source rocks in the K2qn1 formation of Sanzhao Sag915第41卷沉 积 学 报东北边部和东南边部局部地区外的整个凹陷区。上述研究区中油气均分布在油源断裂处及附近。致谢 感谢评审专家提出的宝贵修改意见，同时也感谢编辑部老师细致耐心的审查。参考文献（References）1 邹华耀，周心怀，鲍晓欢，等.渤海海域古近系、新近系原油富集/贫化控制因素与成藏模式 J.石油学报，2010，31（6）：885-893，899.Zou Huayao，Zhou Xinhuai，Bao Xiaohuan，et al.Controlling factors and models for hydrocarbon enrichment/depletion in Paleogene and Neogene，Bohai Sea J.Acta Petrolei Sinica，2010，31（6）：885-893，899.2 彭辉界，庞雄奇，李洪博，等.珠江口盆地珠一坳陷断裂控藏定量表征与有利勘探区预测 J.现代地质，2016，30（6）：1318-1328.Peng Huijie，Pang Xiongqi，Li Hongbo，et al.Quantitative evaluation of control of faults on hydrocarbon accumulation and play fairway 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