典型凹陷的输导系统特征 周口坳陷油气成藏条件分析

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(一)巴音都兰凹陷

巴音都兰凹陷输导系统为砂体单一输导系统,其中高孔渗带是主要油气运移通道。指状厚砂体是该凹陷油气运移最基本的输导系统,相对高孔渗带是油气在砂体中运移的优势通道。

巴音都兰凹陷阿四段扇三角洲沉积发育良好的高孔渗性砂体输导系统。阿四段砂体在巴Ⅱ构造的巴9井区和巴Ⅰ构造的巴10井区厚度大,横向延伸距离远,同时高渗透带也集中于此,因此发育高孔渗带的厚层砂体成为洼槽中的油气向构造带运移的主要输导系统。生油洼槽内阿尔善组生成的油气,在陡坡带巴Ⅰ、Ⅱ两个鼻状构造背景上,以砂体单一输导系统的高渗透带为通道,在砂层内部作顺层侧向汇聚运移,形成了两个大型岩性油藏(图5-37)。

图5-36 复合油气输导系统的基本类型

图5-37 巴音都兰凹陷砂体单一输导系统示意图

(二)乌里雅斯太凹陷

乌里雅斯太凹陷阿尔善组输导系统为砂体单一输导系统;腾一段输导系统较为复杂,不同层段具有不同输导系统,同一层段上下油藏具有不同单一输导系统。

乌里雅斯太凹陷阿尔善组陡坡发育水下扇、缓坡发育扇三角洲,层内发育一定数量的同生断层。组内砂体分布较稳定,上部物性好,成熟度高。生油洼槽内阿尔善组成熟烃源岩生成的油气直接进入砂体,并沿层内砂体单一输导系统向高部位侧向运移,受断层侧向遮挡形成断层—岩性油藏。由于断层侧向封堵性和储层物性的影响,此类具砂体单一输导系统、断层遮挡的构造—岩性油藏规模一般较小(图5-38a)。

乌里雅斯太凹陷腾一段北部发育扇三角洲、南部发育湖底扇,早期和中期两套稳定的湖泛泥岩与其沉积时的斜坡背景及内部的同生断层、腾一段顶底的两套不整合面相结合,构成了岩性、地层圈闭形成的基本条件。腾一上、下段油藏具有不同输导系统的特征,腾一下段以砂体单一输导系统形成自生自储、旁生侧储岩性油藏,受多个油层组横向展布控制,此类油藏规模一般较大。腾一上段则必须以断层为沟通油源的通道,以砂体—断层复式输导系统形成下生上储油藏,如太41油藏(图5-38b)。

图5-38 乌里雅斯太凹陷输导系统示意图

在太参1—太3井区阿尔善组和腾一下段发育同生断层,储层横向变化快以及腾一段地层逐层超覆的特点,一定构造背景上的地层—岩性复合型圈闭为其主要类型。而腾一上段内同生断层不发育,油气成藏规模小或不能成藏。腾一下段层内中、上部油藏具砂体单一输导,腾一下段层内下部油藏具不整合面单一输导系统。腾一上段缺少通源断层作为通道,未能形成油藏。这种层内具不同类型单一输导系统的岩性上倾尖灭油藏规模受储集砂体大小控制(图5-38c)。

(三)吉尔嘎郎图凹陷

吉尔嘎郎图凹陷不同构造带具有不同的输导系统。宝饶内带腾一段、腾二下段发育辫状河三角洲和扇三角洲前缘砂体,受北东向展布的坡折带控制,有利于形成上倾尖灭岩性圈闭、地层超覆圈闭、构造—岩性圈闭。腾一段是凹陷主力烃源岩层,宝饶内带具有砂体单一输导系统,洼槽带腾一段生成的油气以此输导系统运移,形成岩性油藏,如林9、林6、林7岩性油藏和罕尼构造带的吉35岩性油藏都具砂体单一输导系统。在宝饶构造带和锡林构造带油气主要以砂体—断层复式输导系统运移,多形成腾一、二段构造油藏(图5-39)。

图5-39 乌里雅斯太凹陷腾一下段输导系统示意图

(四)赛汉塔拉凹陷

赛汉塔拉凹陷洼槽带为砂体单一输导系统,扎布构造带为砂体—不整合—断层复式输导系统。

赛中洼槽东部赛79—赛66地区发育湖底扇,在一些隆起带或具背斜带背景的构造带附近,可形成下生上储型或自生自储型岩性尖灭油藏。以赛66油藏为例,在生油洼槽内输导系统为砂体单一输导系统,腾二段湖底扇砂砾岩体下倾尖灭于有利烃源岩内,向构造带方向形成自生自储型上倾尖灭岩性油藏(图5-40a)。

扎布构造带的砂体—不整合—断层复式输导系统以深大断裂为主体,生油洼槽和构造带深部的阿尔善组、腾一段成熟生成的油气只能靠断层由下向上运移至构造带的腾二段储层中,油气主要沿着断裂以汇聚流的形式纵向运移(图5-40b)。

图5-40 赛汉塔拉凹陷输导系统示意图

图5-41 冀中坳陷主要断裂系统图

(五)冀中坳陷

冀中地区古近纪的地形经历了由高差悬殊→西高东低→南北高、中部洼的变化过程;发生了两次从干热到温暖的转变历史。在它们的共同作用下造就了古近纪不同时期的沉积背景,形成了多种类型沉积砂体,这些砂体平面上分布广泛,向湖方向相变为暗色泥岩,纵向上往往相互叠置,横向连通性强。

冀中地区断层输导主要表现为垂向输导作用,此类断层大多为同沉积断层,对沉积具有控制作用。冀中坳陷广泛发育此类断层,如饶阳凹陷的马西断裂、大王庄东断层、河间断裂、留路断裂及沧西断裂等。此外任丘断裂、大兴断层、宝坻断层、牛东断层等也属于此类(图5-41)。这些断层不仅控制了沉积体系的发育和展布,同时又是油气运移的良好通道。

受区域构造运动的影响,冀中坳陷存在多套区域性的不整合,如:T2、T6、Tg等,T4、T5局部为不整合,整体上为平行不整合,这些不整合与砂岩输导层及断裂相互配置,构成了良好的油气运移通道,有利于油气富集成藏。

冀中地区第三纪构造活动强烈,断层十分发育。因此决定了本区以断层为主要运移通道的输导系统,油气以垂向运移为主,同时渗透砂层、不整合面与断层相配合,组成立体式输导网络。油气从生油洼槽向构造高部位呈阶梯状运移。因不同区带在构造沉积特征上存在差异,油气的运移通道往往有所侧重。

1.中央隆起带

隆起带位于凹陷中部,是由平行于凹陷走向的断层活动造成基岩块断、掀斜而形成的半背斜单断山,即凹中隆古地貌。潜山油气藏是该带主要的油气藏类型,不整合面和潜山断裂组成了油气运移的输导系统。

(1)不整合面:长期的沉积间断使基岩表面遭受风化剥蚀,次生孔隙十分发育,年轻盖层底部又常常有残积的或经近距离搬运沉积的砂砾碎屑存在。这就使不整合面与其上、下的各种次生孔隙,共同组成一种大型的渗透性孔道,从山顶一直延伸到凹陷中心,大面积地把不整合面上、下,不同时代、不同岩性的生、储油岩体联系在一起,成为油气向潜山二次运移的主要通道。饶阳凹陷沙河街组超覆于任丘潜山上,沙二、三段烃源岩层生成的油气可直接进入不整合面,并沿不整合面向潜山高部位运移,在圈闭发育处聚集成藏。最终形成任丘潜山大油田(图5-42)。

图5-42 任丘潜山油藏剖面图

(2)潜山断裂:受构造活动控制而形成的潜山,常发育着大型边界断层和潜山内部断层,在油气运移和聚集中起着很重要的通道作用,其作用主要表现在下述两个方面。①潜山边界断层能改变生油岩和储集层之间的空间配置关系。断层的发育,使得古近系(主要为沙三段、沙一下段)生油层与潜山储层侧向上对接在一起,有利于油气直接排进潜山或就近向潜山作二次运移。②潜山断层油气垂向二次运移并进入潜山的重要通道。冀中坳陷内的许多潜山,边界断层垂直落差常达数千米,在沟通油源中起了很大的作用。如任西断层断距为3000m,饶阳凹陷沙二、三段主力生油层生成的油气沿断层垂向运移至潜山圈闭,另外断层活动使得沙一段与雾迷山组对接,成熟烃源岩生成的油气可直接进入储层,最终形成任丘潜山油藏。

另外受潜山古地貌特征影响,第三系地层由下而上层层超覆和披覆于古隆起之上,形成多期地层超覆和砂岩上倾尖灭带,并围绕隆起带呈环状分布。隆起带两侧洼陷内成熟烃源岩生成的油气沿储集体向中央隆起带运移聚集,并沿断层垂向运移,在断层两侧合适的圈闭聚集成藏,形成地层超覆油气藏及上倾尖灭岩性油气藏。马西洼槽沙二沉积期发育的扇三角洲前缘砂体自东向西延伸到任丘隆起带任东斜坡上,尖灭在马91—任91井一线,经以后的构造翘倾,形成上倾岩性尖灭岩性圈闭,以沙一下段区域盖层为主,沙二、三段成熟烃源岩生成的油气,以渗透砂岩为主要运移通道侧向运移,并沿断层垂向运移,可形成自生自储上倾尖灭岩性油气藏(图5-43)。

图5-43 任东斜坡带油藏剖面图

图5-44 任东斜坡带油藏剖面图

2.陡坡带

受边界主断层的控制,断陷湖盆陡坡带地势陡、坡降大。坡降度、产状受不同构造演化阶段断裂发育程度的控制而呈有规律的变化,并造成陡坡带各沉积体系的发育程度及演化规律的不同。陡坡带构造运动强烈,也造就了该区油气运移通道的复杂性。

从宏观上讲,陡坡带油气运移的输导系统主要由渗透性砂层、不整合面及断层组成。

(1)渗透性砂层:指各种陡坡边缘沉积体,如扇三角洲、辫状河三角洲、近岸水下扇等中所发育的砂体。这些砂体多呈朵状、枝状向湖盆方向延伸(图5-44),常与湖相暗色泥岩互层。成熟烃源岩生成的油气,可直接进入相邻的砂体侧向运移,在遇到良好聚集条件的时候,便会聚集成藏。研究表明,冀中坳陷陡坡带是流体势的低势区,是油气运移的指向方向。

(2)不整合面:陡坡带处于盆地边缘,各种剥蚀作用强烈,包括构造运动、湖平面变化形成的各种不整合非常广泛,如河道的冲刷面、地层剥蚀面等。由于风化侵蚀、溶解淋滤等原因,不整合面附近往往形成较高孔、渗的风化壳地层,即是油气的运移通道,又是良好的储集体(图5-45)。

图5-45 济阳坳陷王庄油田基岩油藏剖面图

(据李丕龙等,2003)

图5-46 马西洼槽周边地区构造纲要图

不整合面还具有区域性,能把不同时代不同岩性的地层连接起来,成为油气运移的一种重要通道。例如留西地区馆陶组与古近系为明显的角度不整合,在留415井一带 Ng 下部接Ed1,在留8井一带接Ed3,而在留17一带则与Es1相接,由断层或下部地层运移到不整合面的油气,可穿过不整合面进入到Ng的储层中,或沿不整合面上倾方向运移,总之,不整合面构成了畅通的油气运移通道。

(3)断层:陡坡带构造活动强烈,边界断层长期继承性活动,不但控制着陡坡带地层的沉积作用,同时是流体垂向运移的主要通道。

马西断裂带:马西断层是饶阳凹陷东部控凹边界大断层,平面呈“S”形,控制了马西洼槽的形成(图5-46)。马西断层开始形成于古近系早期,结束于东营中、晚期,长期生长发育,Es3—Ed3 活动最剧烈。

油源对比显示,任丘、南马庄、八里庄和文安等主要富含油构造的油气主要来自马西生油洼槽,所以油气运移通道是形成油藏的重要条件。其中马西断层和次级断层是油气垂向运移的最主要通道,多个不整合面和砂体是油气侧向运移的重要通道。

马西洼槽Es2+3烃源岩层在Es1时开始成熟,Es1Ng为油气的主要运移期。马西断层的活动期与Es2+3油气运移期(Es1Ng)相对应,其对Es2+3油气起到了重要的运移通道作用,即主断层的活动使油气沿断层向上运移,聚集在断层的两侧或沿断层两侧砂岩层、不整合面等其他通道运移到马西断层上升盘更远的卧佛堂地区,而主断层活动的停止时期即新近纪末期,这时断层以封闭为主,有利于断层下降盘油气聚集成藏。而主断层活动结束后,与主断层相交的羽状断层活动仍在继续,这组断层发育于Es1末期,结束在Nm下早期,这个时期正是马西洼槽Es1下油气生成时期,因此这组次一级的断层是Es1下油气运移的重要通道,即油气沿这组断层向上运移聚集到

—Ed的地层中,上倾方向上的马西断层构成侧向遮挡形成油藏。油气在运移过程中,沿着派生断层垂向运移,遇到上升盘渗透层,则发生侧向运移,在上升盘圈闭发育处聚集成藏。如西5井沙二段油藏和西6井沙一上段岩性油藏,马97井地层超覆油藏(图5-47)。

图5-47 油藏剖面图

留西断阶带:留西断阶带位于饶阳凹陷中南部留西构造带,主要受一系列西掉断层的控制。沙三沉积时期,以辫状河三角洲沉积为主,北高南低的构造背景与近东西向展布的三角洲前缘砂体相互配置,东西向上受断层控制,南北向上砂体相互叠置,形成了多个断层一岩性圈闭或上倾尖灭岩性圈闭,这些圈闭既可靠断层沟通侧向对接的Es1 和深层的Es3 油气源,又夹持于Es3 生油层之中,保存条件和油源条件都十分优越。成熟烃源岩生成的油气即可穿过断层进入圈闭,又可进入伸入湖盆的前缘砂体,并沿砂体向上倾方向侧向运移,聚集成藏。这种模式以路43油藏为典型(图5-48)。

牛东断层:牛东断层是控制霸州凹陷沉积的边界断层,由三条不同走向的断层组成,其中中部北北东向的牛东断层为控制霸州凹陷发育的主要段落。牛东断裂的活动在断层根部形成负向构造带。东营组沉积时,以河流相沉积为主,河流沿断层走向展布,发育侵蚀河道。河道砂体向高部位明显减薄尖灭形成上倾尖灭岩性圈闭。

生烃史研究表明,霸州凹陷Es4Ek烃源岩层的生油期开始较早,其生油期一般在沙二末至明化镇时期,Es2+3烃源岩层的生油期在东营中晚期至明化镇时期,而在沙二—东营期强烈活动的牛东断层及其东侧的派生断层对于油气的垂向运移起到了重要的通道作用(图5-49)。

图5-48 留西地区油藏成藏模式图

图5-49 岔河集地区油藏剖面图

3.洼槽带

洼槽带一般为凹陷的沉降—沉积中心,地层厚度大,多以暗色泥岩为主。湖底扇、浊积扇及三角洲前缘等孤立砂体夹于其中,形成岩性油气藏。油气沿以砂体为主的输导系统作侧向运移(图5-50)。

图5-50 马西洼槽及周边地区油气输导系统图

图5-51 饶阳宁古3井油藏剖面图

洼槽带油气沿着输导系统成藏具有两种类型。一是深洼区沙三段成熟烃源岩排出的油气就近进入浊积砂体及三角洲前缘的孤立砂体中,聚集成藏。洼槽区构造运动相对较弱,不整合、断层不发育,且该类砂体孤立发育,被巨厚的烃源岩层包围,故一般不发生油气的二次运移或运移距离较短,油藏一般具有异常高压。河间洼槽区沙三段油气就近进入本层砂岩透镜体中形成的许多油藏属于此类,如宁古3油藏(图5-51)。沙三段沉积时期,物源来自献县凸起的辫状河三角洲由东向西推进,形成层层叠覆的前积层与大量滑塌浊积砂体,这些浊积砂体一般规模较小、颗粒较细、非均质性较强。由于位于生油条件好的湖相烃源岩的包围之中,烃源岩具有异常高的排烃能力,因此凡具有较好储集性能的浊积砂体,均可以形成自生自储岩性油气藏。

另一种情况是储集层位于生油洼槽主力烃源岩之上,油气首先进入同层的砂岩夹层,之后汇聚或沿砂层向低势区运移,或者油气直接进入深入烃源岩层的同沉积断层,垂向运移至圈闭中形成各类油藏。饶阳凹陷大王庄东营组上倾尖灭砂岩油藏的形成即是这种运移方式。大王庄岩性油藏位于留西生油洼槽之中,整体表现为西倾东抬的单斜背景。作为同生断层,大王庄东断层控制着东营组曲流河的展布,河道沿断根发育,河道砂体向上倾方向存在明显的变薄尖灭,形成东营组河道砂岩上倾尖灭圈闭。大王庄东断层开始发育于古近系沉积早期,长期继承活动,至东营组沉积末期活动相对减弱,消失于明化镇早期。该断层以两种方式沟通了深层油气源。一是长期继承性活动,使深层油气源沿活动断面向上运移,遇到Ed储集层后向低势区侧向运移直至进入圈闭;二是断层活动形成的较大断距,使得和上升盘早期形成的Ed底部储集砂体与下降盘的

烃源岩直接接触,油气穿过断层直接进入下降盘储集层,并沿砂岩层向上运移进入圈闭(图5-52、图5-53)。

图5-52 大王庄东断层活动与油气生排烃关系图

图5-53 大王庄路70油藏剖面图

4.缓坡带

缓坡带是箕状凹陷的重要组成部分,又称为斜坡带,约占总凹陷面积的1/2 到1/3,并且大多数处于基底构造的翼部,基岩的倾向与斜坡倾斜方向一致。斜坡带断裂活动相当较弱,构造形态比较简单,地形起伏较小,坡降幅度低,沉积砂体展布面积大横向连通性强。而且,由于冀中坳陷构造演化的多期性和斜坡发育的继承性,使第三系地层沿斜坡抬升方向层层减薄,层层超覆。使斜坡上形成了较多的地层超覆和不整合现象以及多种不同类型的地层岩性圈闭。

斜坡根部洼陷中的成熟烃源岩生成的油气,沿着伸入洼陷的分支状砂体并以此作为运移通道进行侧向运移,至断层后可沿着断层向上或再进入另一侧砂体继续侧向运移,在圈闭发育处聚集成藏,形成以渗透性砂体为主、断层为辅的阶梯状运移方式。另外油气亦可沿不整合面由高势区向低势区运移,在不整合面上下圈闭中聚集成藏(图5-54)。

图5-54 斜坡构造带油气输导系统模式图

(1)蠡县斜坡:位于饶阳凹陷的西部,高阳低凸起的东翼,是一个西抬东倾、北东走向的继承性沉积斜坡。第三系地层在整个斜坡上分布都比较稳定,地层厚度变化较小。沙二沉积时期主要为河流—三角洲沉积环境,沙一沉积时期为滨浅湖滩坝及三角洲沉积环境,在本区沉积了丰富的砂岩地层,为油气的运移和聚集提供了很好的物质基础。

沙二段砂体特征:沙二段沉积时期,本区以河流相沉积为主,三角洲—湖泊仅局限于东北部雁翎地区,沉积砂体为河道砂,呈枝状、条带状展布,展布方向北东向,其间有漫滩沉积相隔(图5-55)。西部高阳低凸起一带,渗透砂岩十分发育;砂岩累计厚度大于70m,为厚层砂岩夹薄层泥岩,砂地比大于80%。向东河道砂体减薄,厚度20~60m,相带相对较窄。砂体物性好,如西柳10井区砂体厚度为30~50m,孔隙度平均为15%,渗透率平均为36×10-3μm2。由于河道砂岩性横向变化大,侧向连通性较差,单砂体作为油气运移通道的作用被大大降低。又因河道经常性侧向迁移,使得多期砂体相互叠置、连片,故而多期次河道砂体联合,侧向运移的通道作用就十分明显了。同时斜坡带北东向发育的断层可将不同时期沉积砂体沟通,因此该区砂体和断层相配合,可以更好的提高油气输导能力。

图5-55 蠡县斜坡沉积相图

沙二沉积晚期,随着发生水侵,湖泊面积扩大,以三角洲沉积为主,沙二段顶部沉积了一套三角洲前缘砂体,面积大,物性好斜坡南段的博野—赵皇庄三角洲相砂体群是砂岩发育的主体部位,面积大,约为815km2,砂体厚度为10~30m;孔隙度平均为13.9%,渗透率平均为31.1×10-3m2。该砂体发育带应该是油气运移的主要通道。斜坡北段的高阳—博士庄三角洲相砂体群的面积略小,约为530km2,砂体厚度为10~20m。孔隙度平均为13.2%,渗透率平均为17.9×10-3m2(图5-56a)。

图5-56 蠡县斜坡砂岩等厚图

沙一下段砂体特征:沙一下段沉积时,区内开始大规模水侵。斜坡北段的高阳—博士庄以滨浅湖相滩坝砂体沉积为主,形成多个滩、坝砂体组成的砂体群。平面上呈椭圆状分布,单个砂体的面积较小,一般仅为3~10km2。纵向上多期叠加形成滩、坝发育区,砂体的总面积约为220km2,砂体累计厚度一般为10~30m。其储层物性好,尤其是渗透率较高,平均为64.26×10-3m2,反映连通性较好,孔隙度平均为13.5%。

斜坡南段博野—赵皇庄三角洲相砂体分布范围和砂体厚度较大,其面积约为1050km2,砂体厚度一般为20~50m。物性不如北部的滨浅湖沿岸滩、坝砂体,孔隙度平均为12.0%,渗透率平均为20.6×10-3m2。其横向展布大,砂体侧向输导能力强,这也是南部地区虽然砂体发育,却没有油气富集的原因(图5-55b、图5-56b)。

(2)文安斜坡带:文安斜坡在前古近系(喜马拉雅运动)之前,基岩为东倾单斜。地层产状与现今相反,为西抬东倾。喜马拉雅运动之后,由于大幅度的单断翘倾作用,便形成了古近系的西断东超的单断箕状凹陷,基底变成东抬西倾。文安斜坡位于凹陷东侧的抬升部位。由此便形成了第三系继承性沉积斜坡。三角洲相沉积砂体展布面积大,横向连通性强,构成了本区油气侧向运移的主通道。

沙三段砂体特征:沙三晚期,三角洲相砂体主要分布于斜坡中段的史各庄—苏桥南和斜坡南段的议论堡一带,呈朵状体向湖区延伸,斜坡南段的议论堡三角洲相砂体面积为150km2,砂体厚度一般为20~160m。孔隙度平均为16.9%,渗透率平均为17.8×10-3m2。斜坡中段的史各庄—苏桥南三角洲相砂体面积较大,为240km2。砂体厚度与前者相当,一般为20~140m。井壁取心的物性分析表明,其孔隙度一般为15%~25%,平均为20.7%(图5-57)。

图5-57 文安斜坡沙三上段砂岩百分含量图

图5-58 文安斜坡沙二段沉积相图

沙二段砂体特征:沙二段沉积时期,三角洲相砂体空前发育,仍主要分布于斜坡中南段的议论堡和史各庄—苏桥南一带,三角洲前缘亚相是其主体,平面上彼此叠加连片明显,其平面形态为大型朵状体。与沙三上亚段相比,斜坡南段的议论堡三角洲相砂体面积变化不大,约为175km2;而斜坡中段的史各庄—苏桥南三角洲相砂体面积增加幅度较大,约为420km2。上述砂体的厚度均略有减小,一般为30~100m,但储层物性明显变好。前者的孔隙度平均为18.4%,渗透率平均为72.1×10-3m2;后者的孔隙度平均为22.5%,渗透率平均为250×10-3m2(图5-58)。议论堡以及史各庄—苏桥南一带,三角洲砂体继承性发育,平面展布面积大,横向连通性好,不仅为油气富集提供了良好的储集空间,而且也是油气运移的主要通道。而斜坡中北部地区已发现的油气藏主要分布在沙一段、东营组及上第三系中,说明油气主要沿着砂体及断层组成的输导系统运聚成藏的(图5-59)。

图5-59 文安斜带油气运移聚集图



输导体系结构样式~

岩性油气藏输导体系构成要素,包括断层、薄砂条、微裂隙/构造裂缝、干酪根网络等。输导要素在空间上相互联系,构成砂岩岩性体油气成藏的关键一环。但在不同的构造演化阶段,其结构样式又有差异。
压力封存箱是一个相对稳定的系统,在其演化的大多数时间内以亚稳态存在,其封盖层的破裂,特别是厚度较大的泥质封盖层的破裂在构造稳定期是非常困难的。封盖层开启和烃类释放过程大致存在两种情况:
一是构造相对稳定期,由于封存箱内压力的持续增加造成封盖层破裂和排烃;二是构造活动期断裂和断层的发生导致封盖层破裂和大规模排烃。
(一)构造稳定期
从烃源岩熟化生烃的过程分析,在同一剖面中,最下部的烃源岩由于成熟度较高,一般会最先达到生烃门限和进入生烃高峰。在沉积特征和生烃条件比较相似的情况下,最下部的烃源岩将会最先形成异常高压并导致微裂隙产生(图3-14)。对于不同层段来说,裂隙序次是自下而上进行。在发育多套烃源岩的地区,裂隙产生的序次可能分别为沙四段上亚段、沙三段下亚段和沙三段中亚段。而对于同一层段(如沙三段下亚段)的烃源岩来说,也是下部的烃源岩岩首先破裂。当然,由于烃源岩发育的非均质性和烃源岩质量的差异,裂隙发育并不完全遵从这种规律。如惠民洼陷的临南洼陷和车西洼陷,沙四段上亚段烃源岩较差,可能一直未产生裂隙。而对于沙三段下亚段来说,其中的两套油页岩层可能最先发育裂隙,而其中的泥岩段较晚产生裂隙,但这不影响裂隙自下而上发生的整体规律。

砂岩岩性圈闭含油性定量评价技术:以东营凹陷为例

在裂隙发展的早期阶段,裂隙发育的范围比较局限,厚度较小,压力和裂隙封存箱的规模较小。由于其上未发生裂隙的烃源岩层数多,厚度大,孔渗性差,形成非常好的封盖,很难仅仅依靠内部压力的聚集而被突破。而由于压力封存箱接近烃源岩体的底部,底封盖层较薄,则可能因为异常压力超过烃源岩的排驱压力或产生垂向或高角度裂隙造成封盖层突破。以东营凹陷为例,封盖层一旦被突破,封存箱内的烃类较容易进入沙四段上亚段优质烃源岩(一般限于其上部)下部的滩坝砂体,顺烃源岩体的底面发生侧向运移。这些滩坝砂体虽厚度不大,但延伸范围较广,作为储集层虽然差一些,但可充当较好的疏导层。梁家楼—纯化斜坡带及牛庄洼陷南斜坡带沙四段上、下亚段经常大面积含油(张林晔等,2004),是本区存在该类排烃过程的有利证据。仅存在一套有效烃源岩的地区也可发生类似的情况,如近年来车西洼陷在烃源岩体底部也发现了一系列油气藏,也可以由此作出解释。随着含烃流体的排出,裂隙将会重新愈合,开始新一轮烃类、压力积累、封存箱破裂和排烃的过程。随着盆地沉积作用的进行,地层的埋深不断增加,熟化烃源岩体层位逐渐变新,封存箱向上发展,异常高压带封隔层间歇性地发生压裂开启和闭合,封隔层和裂隙顶界的位置会不断地向上调整,直至烃源岩生烃作用完成。相对于封存箱内的顺层裂隙,封存箱被突破时的裂隙可能并非广泛展布,在岩心观察中不容易被发现。
根据前述现今压力场分析,目前在各个凹陷的深度剖面上,压力峰值一般位于沙三段下亚段烃源岩中,而非沙四段上亚段,即使对于沙四段上亚段优质烃源岩非常发育的东营凹陷和渤南洼陷也是如此,可能表明沙四段上亚段烃源岩已经经历过多次排烃过程,与上述论述并不矛盾。
实际上,泥质岩石的塑性较强,一个封闭的、独立的高压流体封存箱有时很难单纯依靠内部压力的聚集而被突破。因此许多石油地质学家认为,高压带内产生的以垂向裂隙为主的裂隙系统往往是构造活动时期的产物。
(二)构造活动期
在构造活动期,根据应力判断,无论挤压还是拉张过程,均易于产生垂向或高较度断层,并伴生大量垂向或高角度裂隙、微裂隙。如果断裂期压力封存箱已经形成,则构造运动导致封存箱盖层破裂,实现压力封存箱与外界储层的沟通。这种沟通一旦实现,在异常高压的驱动下,压力封存箱中聚集的烃类和其他流体将会以混相涌流的方式,迅速完成烃源岩的排烃和聚集成藏过程。构造活动期后,随着流体的排出和压力的降低,裂隙将会逐渐胶结和封闭,而开始新的能量积累、压力释放和排烃过程。从该角度来看,无论构造稳定期,还是构造活动期,排烃过程都或多或少的呈现出幕式的特点,但显然构造活动期每一幕的排烃规模要大得多。
断层的排烃能力,即断层的通透性或封堵性主要受断层性质、规模、落差大小、断面形态及断层两盘储层接触关系、断面能否形成较大排驱压力的低渗带等多种因素的影响。
相对挤压性断层,张性断层更有利于排烃作用的进行,典型例子为东营凹陷中央隆起带,拉张性的断层导致烃源岩大量向上排出烃类。断层的规模越大,断距越大,断开的层位越多,则供油范围越大,排烃量也越彻底。对于大型的一、二级断层,由于断层带和断裂破碎带较宽,烃源岩复合体的上部或顶部封盖层很容易被破坏,烃源岩中的超压将会迅速得以释放,烃类的排出应以上排为主。
对于张性特征不明显或小型的断层,垂向输导能力可能较为有限,排烃的过程则存在差别。在洼陷中心,几套烃源岩上部的封盖层很厚,断层两侧泥岩与泥岩接触,通透能力有限,可能只有偏上层段生成的部分烃类突破盖层向上排出,而另一部分则发生侧向运移。在侧向缺少疏导体的情况下,烃类还可向下排放,再侧向运移。

如前所述,周口坳陷及外围地区是在古生代大陆克拉通盆地的基础上迭加发育的中、新生代盆地,发育新、中、古多套烃源岩系,受多期构造改造,经历了多次生烃和多期充注成藏过程。同时,与早期沉积盆地的“烃源灶”相关含油气系统,既有相对的独立性,又以混合或复合的形式卷入晚期叠加盆地的油气系统之中,呈现跨越组合,复杂成藏的特征。根据目前的勘探程度及资料掌握情况,古近系以舞阳凹陷、襄城凹陷,中生界以洛伊凹陷、谭庄-沈丘凹陷,石炭-二叠系以倪丘集凹陷和鹿邑凹陷为例,探讨周口坳陷及外围地区不同层系的成藏条件。
1.生储盖组合类型
周口坳陷及外围地区的生储盖组合可划分为3类共11个亚类组合类型(表8-3)。
(1)自生自储型组合
自生自储型是周口及外围盆地主要的组合类型,包括古近系自生自储型、下白垩统自生自储型、三叠系自生自储型和石炭-二叠系自生自储型组合。
1)自生自储盖型组合:该组合主要发育于舞阳凹陷和襄城凹陷。可细分为自生自储自盖式和侧变式两类组合。自生自储自盖组合:核三段与核二段下部生、储层交互,核二段上部与核一段下部膏盐、泥岩为盖层的组合类型(图8-11);此类储盖组合的砂体主要分布于有效生烃区内,是核桃园组主要的组合类型,如舞参2井、舞7井和襄9井。侧变式生储盖组合:在盐湖相的有利生烃区内,由于入湖河流能量快速减弱,砂岩延伸不远,造成盐岩盖层之下的成熟烃源岩与砂岩储集层呈横向配置关系(图8-12),形成了侧变式生储盖组合。该组合类型主要分布在舞阳、襄城凹陷生油中心区,油气的运移和聚集条件较自生自储类差。

图8-11 舞阳、襄城凹陷自生自储式生储盖组合模式图


图8-12 舞阳、襄城凹陷侧变式生储生储盖组合模式图

表8-3 周口坳陷生储盖组合划分表


2)下白垩统自生自储型组合:即下白垩统永丰组,生、储、盖同层。此类生、储盖组合主要发育于谭庄、临泉、阜阳等凹陷。谭庄-沈丘凹陷以下白垩统为烃源岩,以中部砂泥岩为储盖层组成的生储盖组合,主要分布于谭庄凹陷南部和沈丘凹陷北坡。周参10井、周参12井和周19井下白垩统试获低产油流,说明下白垩统具有一定的自生自储条件。
3)三叠系自生自储型组合:可分为下部生储盖组合和上部生储盖组合。下部生储盖组合以椿树腰、油坊庄组暗色泥岩为烃源岩,椿树腰、油坊庄组砂岩为储集层,其内的泥岩和椿树腰组顶部的泥岩段为盖层的储盖组合(洛1井)。上部生储盖组合则主要以谭庄组及椿树腰组上部泥岩、泥质白云岩为烃源岩,谭庄组泥质砂岩、白云岩为储层,谭庄组上部泥质岩段为盖层的储盖组合,主要发育于伊川盆地,3001孔和伊1井钻遇该组合。该组合储层物性极差,属特低孔特低渗储层,但据3001孔岩心观察,白云岩裂缝发育,可有效地改善储集物性。
4)石炭-二叠系自生自储型组合:该组合主要以石炭系和二叠系下统的灰岩、暗色泥岩、煤为烃源岩,其内的砂岩为储层,二叠系上统为主要盖层的组合。又可细分为上下两个组合:以第一、二、三含煤段(石炭统太原组、下二叠统山西组和下石盒子组下部)为烃源岩段,其内砂岩、灰岩为储层,下石盒子组四煤段为盖层,组成下部生储盖组合。以第四至六煤段(下石盒子组)为烃源岩段,其内砂岩为储层,上石盒子组下部七煤段和石千峰组上段泥岩为盖层,组成上部生储盖组合。此类组合发育于洛伊凹陷,鹿邑凹陷、倪丘集凹陷、古城凸起及太康隆起。
(2)下生上储型
1)中生新储:即以中上三叠统、中下侏罗统、下白垩统为烃源,古近系(玉皇顶组中下段及核桃园组)砂岩为储集层,其泥岩为盖层的组合类型。此类生、储、盖组合见于谭庄-沈丘凹陷周19井和沈1井等,发育于伊川盆地、谭庄-沈丘凹陷的中北部及洛阳-宜阳凹陷。谭庄-沈丘凹陷内由于中生界埋深大,热演化程度较高(Ro>2%),以生气为主,强烈的压实作用使该区中生界储集条件变差,油气沿断层或不整合面向上运移聚集,形成下生上储组合形式。该区巴村“地质体”和郭平楼地区是形成这种组合的有利场所。
2)古生新储:以南12井为代表的石炭-二叠系为烃源,古近系玉皇顶组和大仓房组砂岩为储集层,玉皇顶组和大仓房组泥岩以及核桃园组的膏盐岩为盖层的组合类型,此类组合发育于倪丘集、谭庄-沈丘、襄城、舞阳等凹陷中。
(3)上生下储型
该类型包括新生古储、中生古储和古生古储3种:①新生古储是古近系生、盖,下古生界灰岩岩溶发育带储,此种类型组合可能在谭庄、襄城、巨陵等凹陷中发育;②中生古储是下白垩统生、盖,下古生界灰岩岩溶发育带储,此种类型在谭庄-沈丘及阜阳等凹陷发育;③古生古储以石炭-二叠系生、盖,下古生界灰岩岩溶发育带储。此种生、储、盖组合发育于洛伊凹陷,襄城、鹿邑、倪丘集、颜集等凹陷,以及古城凸起、太康隆起等地。
2.构造圈闭特征
区内圈闭类型众多,按形态分类有背斜、断鼻、断块及潜山等圈闭;按成因分类有挤压构造、差异压实、逆牵引、地层、岩性以及岩浆、盐岩或泥质岩塑性流动有关的圈闭;按形成时间又可分为燕山期和喜马拉雅期的圈闭。其中,背斜和断鼻是区内主要的圈闭类型,且圈闭的定型期多为喜马拉雅期。平面上洛伊凹陷、谭庄-沈丘凹陷、鹿邑凹陷和倪丘集凹陷构造圈闭多,圈闭面积大,而舞阳凹陷、襄城凹陷和板桥盆地有利生油区内的构造圈闭不发育。
(1)洛伊凹陷
洛伊凹陷主要发育伊川断鼻构造带和宜阳-洛阳中南部断鼻构造带,初步揭示8个背斜和断鼻构造,圈闭面积880.75km2。圈闭形成时间较早,为印支-燕山期,但定型较晚,主要为喜马拉雅期。
(2)周口坳陷
据统计,周口坳陷共发育各类圈闭100个,其中断块、断鼻70个,背斜24个,地层岩性4个,潜山2个,圈闭总面积为1709.58km2(图8-13)。其中,鹿邑、舞阳、襄城、谭庄-沈丘、倪丘集等凹陷因勘探程度相对较高,目前发现的圈闭较多。
周口坳陷经历了多期次构造运动,且相互叠加,尤其是早第三纪强烈的沉降和多次反转作用,形成区内主要局部构造。该区有4次局部构造定型期,不同凹陷形成的构造有一定的差异,这是不同时期构造运动性质以及圈闭成因不同的反映。其中,鹿邑凹陷西部的圈闭多为走向近NW W 向的不对称构造,与区域构造线一致,是由印支末-燕山期强烈的由南向北的挤压运动形成的,如大连构造、代集构造,顶部三叠系削蚀程度大于翼部,古近系披覆其上。谭庄-沈丘凹陷情况比较复杂,有燕山晚期、喜马拉雅早、中期3个构造定型期。如郭平楼断鼻构造,该构造顶部钻探的周19井商水组( )剥蚀后仅残存53.5m,而其翼部钻探的南2井商水组残存532.5m,是早白垩纪末期抬升背景下形成的断鼻构造;双楼田断鼻是在大仓房组沉积之后才逐步定型的;而张寨背斜则形成于喜马拉雅中期。舞阳凹陷和襄城凹陷廖庄末期是主要的圈闭定型期,但区内褶皱微弱,构造圈闭不发育,许多圈闭的形成与差异压实作用有关。周口及外围盆地的中、古生界烃源岩具有印支、燕山、喜马拉雅等3期生烃,3期运聚成藏,在中、古生界保存较为完整、后期改造相对较弱的地区(洛伊凹陷、古城凸起、太康隆起等),印支期及燕山期的古构造和古圈闭的有效性高。特别是喜马拉雅期形成的圈闭,与晚期生烃作用的时空配置较好,是油气勘探的有利目标。

图8-13 周口坳陷圈闭面积统计图

3.油气输导系统特征
输导系统是油气从源岩运移到油气圈闭整个过程的核心。周口坳陷及外围地区主要存在垂向和侧向两种输导系统。垂向输导系统主要为断层;侧向输导系统主要指不整合面和各种各样的横向分布比较稳定的渗透性岩层,以渗透性砂岩层为主。
(1)垂向输导系统
区内发育NWW-NW 向、NNE—EW向和近SN向3组断裂系统,大多数断层活动具有继承性,由于伸展或反转方向的变化,部分断层在晚期停止活动或派生新的断层(图8-14)。按照断层对石炭-二叠系、中生界和古近系源岩层的连通关系,可将断层分为4类垂向输导系统。
1)Ⅰ类垂向输导断层:该断层断开3套源岩层,甚至断入新近系。区内大部分Ⅲ级以上的断层都属于这种类型。在谭庄-沈丘凹陷内共有20条,控制凹陷主要构造区(带)的断层大多都属于此类。其特点是:3组断层都有,以NNE—EW 向断层为主,断层的延伸比较远,断距比较大。其长期继承性活动,特别是在中生代和第三纪两期活动过程中,对石炭-二叠系和下白垩统生成的油气起到了重要的垂向输导作用,有些断层结束活动时间很晚,控制古近系沉积的大断层甚至在新近纪还有扭动的迹象。这类输导断层不仅是油气向上运移的主要途径和散失的主要通道,而且控制生烃凹陷的基本构造格局,从而对油气运移的指向和构造圈闭的形成演化有直接影响。可以说,Ⅰ类垂向输导断层无论控制具体圈闭与否,都肯定是区内油气成藏的主控断层。

图8-14 周口坳陷断层剖面样式(地震322测线)

2)Ⅱ类垂向输导断层:该断层向下断开石炭-二叠系源岩层,上断至中生界,即断陷早期活动、至喜马拉雅期已停止活动的断层。从构造发育特点来看,中生代与新生代之间的伸展有一次大的转换,而且随着断裂活动的增强,逐步集中到一些大的主干断裂释放应力,应该相当一部分断裂在后期断陷作用阶段终止活动。如在谭庄-沈丘凹陷内主要有3条,主要是控制中生代断陷或构造带的Ⅱ、Ⅲ级断层。但该类断裂目前揭示较少,理论上与实际解释数量上的矛盾可能与后期构造活动复杂以及地震品质较差有关,造成相当部分该类垂向输导断层无法准确识别。
3)Ⅲ类垂向输导断层:该断层断开中生界和古近系两套源岩层。此类断层大部分是在新生代构造伸展过程中新生的,不仅对中、新生界两套源岩层在新生代生成的油气起垂向输导作用,还对中生界早期形成的油气藏起垂向再分配的作用。此类输导断层也比较少。主要是在Ⅰ、Ⅱ级断层活动过程中产生的Ⅲ级调节断层。
4)Ⅳ类垂向输导断层:该类垂向输导断层主要分布在第三系内,为源岩层系内部的小断层,本身不对3套源岩层系起沟通作用。这类断层由于规模小,断裂破碎带不发育,只有在超压条件下的幕式流动过程中才能起到良好的垂向输导作用;一般条件下,断层本身的输导性不强,主要起改变断层两盘地层邻接关系的作用,油气主要是通过沿渗透层上倾方向运移与横穿断层运移相结合进行垂向运移,反而可以成为新生代生成油气侧向输导的遮挡体。
(2)侧向输导系统
本区的侧向输导系统主要由两类地质体组成,一类是具孔渗能力的岩层,二是不整合面输导体。
1)石炭-二叠系砂岩输导层:该输导层发育程度高,分布较稳定,碎屑组分以石英为主,少量的长石碎屑,成分成熟度高,以中细砂岩为主,分选性较好。但由于其经历了复杂的成岩作用,孔渗性较差,输导能力较差。如下白垩统并不缺乏砂岩,孔隙个体小且连通性差,渗透率很低,仅商水组较好,平均孔隙度为10.645%,平均渗透率为2.38×10-3μm2。
2)古近系砂岩:在各个层段都有发育,成岩作用较弱,侧向输导能力比较强。喜马拉雅早期区内属洪积河流相沉积,粗碎屑岩占60%以上,结构成熟度和成分成熟度均低。平均孔隙度为14.084%,最大为32.23%;平均渗透率为143.6×10-3μm2,最高达2331×10-3μm2。孔渗性较好。
从总体上看,以古近系玉皇顶组的侧向输导性最好,核桃园组侧向输导能力次之,古生界和中生界砂岩对油的输导能力相对较低,但对天然气仍具有较强的输导能力。此外,不整合面输导体也是侧向输导体系的重要组成部分。区内构造活动频繁,经历多期水文地质旋回,发育了多个不整合面。长期的风化剥蚀又使不整面以下形成孔渗发育带,形成了不整合面输导体。其中,古生界与中生界、中生界与新生界和古近系与新近系之间3个不整合面的输导作用最为重要。

输导体系的构成
答:断层在剖面上有铲状、上凸状、直立状、S型等类型,在平面上有波浪型、S型、反S型、直线型、弧型、L型等多种不同类型 (图7-1)。在剖面组合特征上,有阶梯状、地垒、地堑、Y型、花状、反转等类型 (图7-2)。在平面组合特征上...

输导系统类型
答:输导系统主要由三类通道构成:①具有一定渗透性的连通砂岩层;②具有渗透能力的断裂或断裂体系;③能使油气运移的不整合面。输导系统往往是两个或几个单一通道(渗透砂岩、断层、不整合面)组成的复式组合。1.连通砂岩层 具有...

周口坳陷油气成藏条件分析
答:3.油气输导系统特征 输导系统是油气从源岩运移到油气圈闭整个过程的核心。周口坳陷及外围地区主要存在垂向和侧向两种输导系统。垂向输导系统主要为断层;侧向输导系统主要指不整合面和各种各样的横向分布比较稳定的渗透性岩层,以渗透性砂岩...

盆地宏观运移条件分析方法
答:宏观输导系统是指富油气凹陷内对于形成地层岩性油气藏发育有利区带的输导系统,包括渗透性砂岩运移通道、断层运移通道、不整合面运移通道及其相互组合。 1.渗透性砂岩运移通道 (1)利用骨架砂体等厚图确定可能的运移通道:厚度是描述砂体展...

西湖凹陷煤成气成藏地质特征
答:(3)西湖凹陷是早期迅速升温晚期缓慢升温型高温热盆地 1)地温高于今地温。对西湖凹陷热场特征生烃史热模拟及热导率测定、磷灰石裂变径迹等多项测试资料表明:①西湖凹陷岩石热导率值为1.56~2.48W/mK,平均值为2.07 W/mK,以平湖组热导...

油气输导格架
答:由于部分断裂的开启性,油气可以运移至红车断裂的上盘,沿着侏罗系和石炭系、白垩系和侏罗系、古近系和白垩系间的不整合面横向运移至车排子凸起高部位。车排子地区的稠油,就是通过这种输导方式,由昌吉凹陷向凸起运移的。图...

白云凹陷荔湾3-1大型煤成气田发现的启示
答:9)白云凹陷独特的沉积充填演化特征、古地貌特征、构造发育背景和储盖匹配关系,使白云-荔湾深水区的油气运聚,表现出明显的复合油气输导特征(图13-58):在白云凹陷区形成了自23.8Ma以来的流体底辟+断裂构成的主要输导模式,新构造运动(即10...

流体流动样式演化特征
答:流体流动样式集中体现了盆地流体输导格架、压力系统和流体驱动类型等方面的形成与演化。油气的运聚过程是盆地流体演化中的一部分。不同的流体流动样式对油气的运聚作用各不相同。不同的压力系统(包括正常压力系统、异常高压和...

输导体系结构样式
答:对于张性特征不明显或小型的断层,垂向输导能力可能较为有限,排烃的过程则存在差别。在洼陷中心,几套烃源岩上部的封盖层很厚,断层两侧泥岩与泥岩接触,通透能力有限,可能只有偏上层段生成的部分烃类突破盖层向上排出,而另...

地层岩性油气藏“四元成藏”特性
答:油气运移通道包括具有一定孔渗条件的岩体、具有渗透能力的断裂或裂隙体系以及可作为流体运移通道的不整合面,常分为断层型、输导层型、裂隙型及不整合型4种类型。运移通道与油气聚集相辅相成,含油气系统的运移通道不同,则油气运聚的方式...