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  中国石油勘探  2024, Vol. 29 Issue (3): 118-130  DOI:10.3969/j.issn.1672-7703.2024.03.011
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引用本文 

郭刚, 苏圣民. 油气沿断层垂向运移特征及主控因素分析——以东海盆地西湖凹陷平湖斜坡为例[J]. 中国石油勘探, 2024, 29(3): 118-130. DOI: 10.3969/j.issn.1672-7703.2024.03.011.
Guo Gang, Su Shengmin. Characteristics and main controlling factors for vertical hydrocarbon migration along faults: a case study of Pinghu slope in Xihu Sag, East China Sea Basin[J]. China Petroleum Exploration, 2024, 29(3): 118-130. DOI: 10.3969/j.issn.1672-7703.2024.03.011.

基金项目

中海油重大科技项目“中国近海新区新领域勘探技术”(KJGG2021-0300)

第一作者简介

郭刚(1976-),男,山东莱州人,博士,2007年毕业于中国地质大学(北京),高级工程师,现主要从事海洋油气勘探地质研究工作。地址:北京市朝阳区太阳宫南街6号院中海油大厦A座,邮编:100028。E-mail: guok@sina.com

文章历史

收稿日期:2024-01-15
修改日期:2024-03-29
油气沿断层垂向运移特征及主控因素分析——以东海盆地西湖凹陷平湖斜坡为例
郭刚, 苏圣民     
中海油研究总院有限责任公司
摘要: 东海盆地西湖凹陷平湖斜坡油气纵向富集差异受断层控制作用明显,但断层活动期与成藏期匹配关系差,油气成藏时断层处于不活跃期(简称静止断层),明确油气沿静止断层垂向运移特征及影响因素,可以为西湖凹陷或相似地区油气勘探提供理论依据。为此,综合测井、录井、地震等资料和包裹体均一温度及盐度、岩石热解等分析测试数据,研究平湖斜坡油气供烃层系与成藏期次,确定油气沿静止断层垂向运移特征及影响因素。结果表明,平湖斜坡供烃层系为宝石组和平湖组好—优质的成熟烃源岩,油气纵向上主要富集于平中段—平上段,具有下生上储的运聚特征。存在玉泉组—柳浪组沉积期和三潭组沉积期至今两期油气充注,断层主要活动时间为宝石组—龙井组沉积期,与成藏期匹配关系差,油气晚期沿静止断裂带发生了垂向运移。油气能够沿静止断层垂向运移的影响因素包括断裂带宽度、烃源岩层压力和断裂带排替压力。研究区断裂带宽度分布在138~288m之间,与油气垂向运移距离呈正相关关系。烃源岩层压力经历了复杂的演化过程,成藏期压力略低于现今,但已发育弱超压或超压,现今和成藏期压力系数越高,油气垂向运移距离越大。断裂带排替压力主要分布在0.2~3.5MPa之间,与油气垂向运移距离呈负相关关系。基于3个影响因素与油气垂向运移距离的相关关系,建立了断层垂向输导能力定量评价公式,评价结果与油气最大运移距离具有明显的正相关性,据此确定了平湖斜坡有利勘探层系为F2和F5断层附近的平湖组和花下段。
关键词: 静止断层    油气垂向运移    断裂带结构    烃源岩层压力    断裂带排替压力    输导能力    
Characteristics and main controlling factors for vertical hydrocarbon migration along faults: a case study of Pinghu slope in Xihu Sag, East China Sea Basin
Guo Gang , Su Shengmin     
CNOOC Research Institute Co., Ltd.
Abstract: The vertically differential hydrocarbon enrichment in Pinghu slope in Xihu Sag was significantly controlled by faults. But there is a poor correlation between the timing of fault activities and the period of hydrocarbon accumulation, that is, faults were inactive (hereinafter referred to as "static faults") in hydrocarbon accumulation periods. As a result, a clear understanding on the characteristics and main controlling factors for vertical hydrocarbon migration along static faults enables to provide a theoretical basis for petroleum exploration in Xihu Sag or similar areas. The comprehensive wireline logging, mud logging, seismic data, and core testing data such as homogenization temperature and salinity of inclusions, and rock pyrolysis are used to analyze the hydrocarbon supply formations and periods of hydrocarbon accumulation, and determine characteristics and main controlling factors for vertical hydrocarbon migration along statistic faults. The study results show that hydrocarbon was supplied by the good-superior mature source rocks in Pinghu Formation and Baoshi Formation, and vertically enriched in the middle-upper parts of Pinghu Formation, showing characteristics of lower source rock and upper reservoir. Two stages of hydrocarbon charging occurred during the deposition periods of Yuquan-Liulang Formation and Santan Formation-present. While faults were mainly active during the deposition period of Baoshi-Longjing Formation, which had poor matching relationship with hydrocarbon accumulation period, and hydrocarbon migrated vertically along static faults in the late stage. The influencing factors for the vertical hydrocarbon migration along static faults include the width of fault zone, source rock pressure, and displacement pressure in the fault zone. In the study area, the width of fault zone ranges in 138-288 m, which has a positive correlation with the distance of vertical hydrocarbon migration. The source rock pressure experienced a complex evolution process, with a slightly lower pressure in the hydrocarbon accumulation period than the present, but still weakly overpressure or overpressure. The higher the pressure coefficient at present and during the hydrocarbon accumulation periods, the longer distance of vertical hydrocarbon migration. The displacement pressure in the fault zone ranges in 0.2-3.5 MPa, and it shows a negative correlation with the distance of vertical hydrocarbon migration. Based on the relationship between three influencing factors and the distance of vertical hydrocarbon migration, a quantitative evaluation formula for the vertical transport capacity of faults is developed, and the evaluation results indicate a distinctly positive correlation with the maximum hydrocarbon migration distance, according to which the favorable exploration targets in Pinghu slope are determined, including Pinghu Formation and the lower member of Huagang Formation near F2 and F5 faults.
Key words: static fault    vertical hydrocarbon migration    fault zone structure    source rock pressure    displacement pressure of fault zone    transport capacity    
0 引言

烃源岩生成的油气在浮力或超压作用下,沿输导体系向上运移的过程为垂向运移[1]。断层作为油气垂向运移的主要通道,贯穿了油气运移聚集的整个过程,控制了油气纵向差异富集[2]。前人研究表明,断层垂向输导能力影响因素包括[3-6]:(1)高活动速率;(2)断层断至烃源岩且烃源岩层发育超压;(3)会聚型断面形态;(4)深部发育中转站砂体或会聚脊。然而,现有研究成果多认为,断层只有在活动期,才能作为油气垂向运移的通道[7]。断层是由一系列断层面分割的不规则岩体组成的三维立体结构,内部包含断层核和破碎带两个结构单元[8]。对于相对致密的储层,破碎带渗透率比围岩提高1~7个数量级,断裂带整体表现为高渗透性[9]。当油气源供给充足、断裂带内部裂缝高度连通、运移动力大于阻力时,油气可以沿断裂带的裂缝等通道进行管道流运移[10]

西湖凹陷平湖斜坡油气成藏过程复杂,前人基于油气来源、源储配置等差异,提出了“源上常规天然气成藏型”“源上致密天然气成藏型”“双源侧向晚期次生型”“单源垂向晚期原生型”等多种成藏模式[11-12]。这些成藏模式均强调油气沿断层发生了垂向运移,但部分地区储层烃类包裹体类型及均一温度分布特征指示油气成藏期为玉泉组沉积期和东海群沉积期至今[13],此时断层整体处于不活跃期(简称静止断层),油气晚期主要沿静止断层运移。然而,对研究区油气晚期沿静止断层垂向运移的直接证据及垂向运移能力的影响因素仍缺少研究,仅采用前人提出的成藏模式并不能很好地指导油气勘探。本文以西湖凹陷平湖斜坡为研究对象,围绕油气沿断层垂向运移特征及主控因素这一难题,在确定油气供烃层系和成藏时间的基础上,从油气分布、断层活动性、断裂带结构及内部包裹体发育特征等方面,阐明油气垂向运移特征,明确油气沿静止断层垂向运移的影响因素,建立断层垂向输导能力评价公式,以期为相似盆地油气勘探提供理论依据。

1 区域地质概况

东海盆地是我国东部近海面积最大的含油气盆地,可分为西部坳陷带、中部隆起带和东部坳陷带3个构造单元[14-15]。西湖凹陷位于东海盆地东部坳陷带,西临海礁隆起和渔山东低隆起,东部为钓鱼岛隆褶带,南部与钓北凹陷相邻[16]图 1a),面积约为5×104km2。西湖凹陷具有“东西分带、南北分区”的特征,自西向东可分为西部斜坡带、西次凹、中央反转构造带、东次凹和东部断阶带,西部斜坡带由南至北可划分为天台斜坡、平湖斜坡和杭州斜坡[17],其中平湖斜坡为本文研究区(图 1ab)。

图 1 西湖凹陷(据文献[20]修改) Fig. 1 Oil and gas geological settings of Pinghu slope in Xihu Sag (modified after reference [20])

平湖斜坡自下而上发育始新统八角亭组(E2b)、宝石组(E2bs)和平湖组(E2p),渐新统花港组(E3h),中新统龙井组(N1l)、玉泉组(N1y)和柳浪组(N1ll),上新统三潭组(N2s),第四系东海群(Qpdh)(图 1c)。平湖组和花港组为主要的储层,其中平湖组为海陆过渡相三角洲沉积体系[18-19],可分为上段、中段和下段,中段可细分为中上亚段和中下亚段。花港组主要为河流—湖泊沉积环境,可分为花上段和花下段[20]图 1c)。

平湖斜坡的形成主要受太平洋板块和菲律宾板块向亚洲板块俯冲的影响,经历了断陷期、断—坳转换期、坳陷期、反转期和区域沉降期5个演化阶段[11]。在多期构造演化影响下,平湖斜坡发育了不同级别的断层500余条,以正断层为主,主要发育于断陷期[21]。断层剖面组合样式以断阶型和“Y”形为主(图 1d),形成了许多小型的断块、断鼻等圈闭,现已发现的油气主要分布在构造带的中南部,以气藏为主,油藏零星分布在F7、F10和F13断层附近(图 1b),油气成藏受断层控制作用明显。

2 油气供烃层系与成藏期次

平湖斜坡自下而上发育宝石组、平湖组和花港组3套烃源岩,以暗色泥岩为主,利用总有机碳含量(TOC)、生烃潜量(S1+S2)、热解峰温(Tmax)、氢指数(IH)、镜质组反射率(Ro)等参数对烃源岩进行综合评价。宝石组烃源岩样品较少且厚度小,厚度主要分布区间为20~100m;有机碳含量分布在1.2%~7.5%之间,平均为3.6%;生烃潜量分布在3.9~58.1mg/g之间,为好—优质烃源岩;热解峰温为420~444℃,氢指数分布在147~278mg/g之间,有机质类型以Ⅱ2型为主(图 2ab)。平湖组烃源岩厚度分布在120~1040m之间,平均为420m;TOC跨度大,分布在0.2%~42.9%之间,平均为9.8%;生烃潜量分布在0.2~218.7mg/g之间,以优质烃源岩为主。平湖组烃源岩TmaxIH分别为420~456℃和63~523mg/g,有机质类型以Ⅱ型为主,存在部分Ⅰ型(图 2ab)。花港组烃源岩厚度为70~400m,平均为211m;总有机碳含量和生烃潜量分布范围较广,TOC分布在0.4%~14.2%之间,平均为3.3%;生烃潜量分布在1.0~77.5mg/g之间,平均为25.1mg/g,综合评价为中等—优质烃源岩,以中等烃源岩为主。花港组烃源岩热解峰温分布在407~439℃之间,氢指数分布在93~316mg/g之间,有机质类型以Ⅱ2型为主(图 2ab)。对比可知,宝石组和平湖组烃源岩有机质丰度和类型优于花港组。

图 2 平湖斜坡不同层位烃源岩有机质丰度(a)、类型(b)和成熟度(c)特征图 Fig. 2 Characteristics of organic matter abundance (a), type (b), and maturity (c) of source rocks in various formations in Pinghu slope

由于花港组烃源岩埋深浅,主要分布在2500~ 3640m之间,Ro为0.4%~0.6%,处于低熟阶段,仅在洼陷埋深较大处(大于3700m)可达成熟热演化阶段。平湖组烃源岩埋深为3200~4700m,Ro为0.5%~1.1%,整体处于成熟阶段。宝石组烃源岩埋深整体大于3900m,Ro均高于0.7%,为成熟阶段(图 2c)。结合烃源岩综合评价和前人油气源对比结果[22-23],研究区花港组烃源岩成熟度低,供烃能力差,油气主要为宝石组和平湖组成熟烃源岩供烃。

在前人油气成藏期次研究基础上[13],结合烃源岩综合评价结果,补充W11井和W35井,利用PetroMod盆地模拟软件对储层的埋藏史和热演化史进行恢复,并根据实测的镜质组反射率Ro进行校正,过程中所需的剥蚀厚度、古热流等参数由前人研究成果得到[24-25]。W11井平下段(4780m)储层存在液烃包裹体和气烃包裹体,W35井平中段(4397m)储层存在气液烃包裹体和气烃包裹体。液烃包裹体和气液烃包裹体呈黄绿色荧光,成熟度低,形成时间早;气烃包裹体为蓝白色荧光,形成时间晚。W11井伴生盐水包裹体均一温度分布在125~155℃之间,存在两个峰值,其中液烃包裹体伴生盐水包裹体均一温度峰值为135~140℃,气烃包裹体伴生盐水包裹体均一温度峰值为145~150℃,对应的成藏时间分别为13.0—7.0Ma和4.3—3.0Ma(图 3a)。W35井伴生盐水包裹体均一温度分布在110~145℃之间,两个温度峰值分别为115~120℃和135~140℃,对应成藏时间为15.0—8.8Ma和2.4Ma至今(图 3b)。综上可知,平湖斜坡存在两期油气充注,分别为玉泉组—柳浪组沉积期和三潭组沉积期至今。

图 3 平湖斜坡典型井储层埋藏史与包裹体均一温度分布图 Fig. 3 Reservoir burial history and homogenization temperature of inclusions in typical wells in Pinghu slope
3 油气沿静止断层垂向运移特征 3.1 油气富集层位

平湖斜坡油气纵向多层系富集,油层主要分布在平湖组P4—P8砂层组,花港组富集程度低(图 4);气层在平湖组至花港组均有富集,不同地区分布特征具有差异。如F6、F10、F11断层控制的W1—W6井和W18—W24井天然气主要分布在平中段,而F7、F8、F9断层控制的W9—W16井天然气主要分布在平上段和花港组(图 4)。整体上,油气主要分布于平中段—平上段,其次为花港组和平下段。

图 4 平湖斜坡典型井油气纵向富集层位分布图 Fig. 4 Hydrocarbon enrichment layers in typical wells in Pinghu slope
3.2 断层活动特征

平湖斜坡断层主要断至花港组,龙井组及上部地层断层基本不发育(图 1d)。针对研究区延伸长度大且控制油气分布的16条断层,根据断层上、下盘沉积厚度的差值与沉积时间的比值,统计各断层不同沉积期活动速率。断层活动速率差异主要体现在不同沉积期、不同断层及同一断层不同位置:由前古近系至三潭组沉积期,断层活动速率经历了先增大后减小的变化趋势,平湖组沉积期断层活动强度最大,活动速率为13~90m/Ma,平均可达38m/Ma(图 5)。在第一期油气充注时,仅F7、F13和F16三条断层活动,活动速率为4.5~19.7m/Ma;在第二期油气充注时,仅F13断层持续活动,活动速率为19.6m/Ma(图 5)。3条断层在成藏期仅部分位置有活动:F7断层中南段活动,活动速率为10~29m/Ma;F13断层在中北段活动,活动速率为8~18m/Ma;F16断层仅在两端活动,活动速率为7~9m/Ma(图 6)。整体上,研究区断层活动期和成藏期匹配关系差,除F7、F13、F16断层部分位置在成藏期有活动外,其余断层均处于不活跃期,为静止断层。

图 5 平湖斜坡主要断层不同沉积期活动速率变化图 Fig. 5 Activity rates of major faults during various deposition periods in Pinghu slope
图 6 平湖斜坡主要断层不同位置成藏期平均活动速率变化图 Fig. 6 Average activity rates at different locations of major faults during hydrocarbon accumulation periods in Pinghu slope
3.3 断裂带结构与油气垂向运移

综合油气分布层系和供烃层系、断层活动期和成藏期匹配关系,平湖斜坡油气具有下生上储的运聚特征,且油气主要运移通道为断裂带。目前,断裂带内部结构的识别方法包括测井参数、地震响应、裂缝密度、物理模拟和数值模拟等[26],本文在地震剖面确定断点的基础上,选取前人提出的密度曲线变化率和井径增大率[27]为参数,基于断层核和破碎带内两个识别参数的差异,确定井柱上的断裂带宽度,断裂带实际宽度为测井识别的宽度与断层倾角余弦值的乘积。

以W26井为例,断层过该井的断点深度为5120m。断点附近为断层核,密度曲线变化率和井径增大率均较小;断层核两侧为破碎带,密度曲线变化率和井径增大率高于断层核,且曲线出现明显的波动(图 7)。据此确定了过W26井断裂带范围为5046~5234m,测井识别的断裂带宽度为188m,实际宽度为155m。W26井断裂带内部可见包裹体发育,呈团簇状或串珠状分布于颗粒表面及裂缝内,主要发蓝白色荧光(图 8ab)。烃类包裹体伴生盐水包裹体均一温度分布在115~145℃之间,无明显的温度峰值,指示油气沿断裂带运移时间为玉泉组—东海群沉积期(16.0—1.5Ma)(图 8c),与成藏时间一致。由此可知,在油气晚期成藏时,断层虽然为不活跃状态,仍可作为油气垂向运移通道。

图 7 W26井断裂带结构测井识别及不同结构单元物性和镜下特征图 Fig. 7 Logging identification of fault zone structure and physical properties and microscopic characteristics in various structural units of Well W26
图 8 W26井断裂带内部包裹体特征及储层埋藏史曲线图 Fig. 8 Characteristics of inclusions in the interior of fault zone and reservoir burial history curve of Well W26

过W26井断裂带两侧的围岩孔隙度分布在14.5%~14.6%之间,渗透率分布在2.4~2.5mD之间;破碎带孔隙度为9.2%~10.5%,渗透率为0.1~4.5mD,与围岩物性相似。破碎带内部发育粒间孔和部分长石、岩屑颗粒边缘溶蚀形成的粒间溶孔(图 7)。除此之外,在断层活动强度较大的部位,破碎带内部发育大量裂缝,明显改善物性[28]。油气在断层活动期以“地震泵”形式进行幕式运移;在断层间歇期或静止期,油气沿破碎带进行浮力流或管道流运移[10]。F7、F13、F16断层部分位置在成藏期仍活动,油气沿断裂带垂向幕式运移。其余断层尽管晚期不活跃,由于破碎带物性好,且龙井运动使部分断层活化[13],裂缝连通性进一步提高,油气可以沿破碎带垂向运移,并向两侧物性较好的砂体分流。

4 油气沿静止断层垂向运移影响因素

油气晚期沿静止断层运移的通道为破碎带内的连通孔隙和裂缝,运移动力为烃源岩层异常压力和浮力,运移阻力为断裂带毛细管力。以平下段烃源岩为底界面,油气最浅富集层位为顶界面,统计不同井位油气垂向最大运移距离。从断裂带宽度(通道)、烃源岩层压力(动力)和断裂带排替压力(阻力)3个方面,探讨油气垂向运移影响因素,建立断层垂向输导能力定量评价公式。本文研究对象为静止断层,不考虑F7断层和F13断层成藏期活动段的W11井和W33井。

4.1 断裂带宽度

断裂带油气输导能力主要受裂缝密度影响,破碎带内部裂缝密度随距断层核距离增大而不断减小[28-29]。因此,断裂带宽度越大,发育裂缝的破碎带宽度也越大,越有利于油气垂向运移。

过15口井断裂带结构识别和划分结果表明,平湖斜坡发育两种类型断裂带:一类仅发育破碎带,如过W9、W12等井的断裂带,断裂带宽度分布在144~194m之间;另一类包含断层核和两侧破碎带,如过W25、W26等井的断裂带,此类断裂带宽度分布在138~288m之间(图 9)。断裂带宽度和油气垂向最大运移距离交会图表明,随断裂带宽度增加,油气垂向运移距离具有增大的趋势(图 9)。

图 9 断裂带宽度与油气垂向最大运移距离关系图 Fig. 9 Relationship between width of fault zone and maximum distance of vertical hydrocarbon migration
4.2 烃源岩层压力

在断层活动间歇期和静止期,烃源岩层异常压力是油气运移的重要驱动力,影响了油气垂向运移距离。基于平湖斜坡实测地层压力,将压力类型划分为常压(压力系数小于1.2)、弱超压(压力系数为1.2~ 1.4)和超压(压力系数大于1.4)。研究区宝石组和平湖组现今地层压力分布在32.7~66.1MPa之间,压力系数为0.93~1.45,主要发育常压或弱超压。地层压力系数具有随深度增加而增大的特征,在埋深超过3750m时,地层开始发育弱超压,在深度超过4500m时发育超压(图 10)。

图 10 平湖斜坡不同层位现今实测地层压力(a)和压力系数(b)分布图 Fig. 10 Measured formation pressure (a) and pressure coefficient (b) of various formations in Pinghu slope

平湖斜坡油气充注持续时间长,成藏期地层压力和现今地层压力具有差异。采用盆地模拟软件和包裹体均一温度及盐度测试数据对地层古压力进行恢复。首先采用等容式[30-32]计算古压力(公式1至公式5),然后利用计算的古压力对盆地模拟软件恢复的压力进行校正,最终得到不同地区压力演化特征。

$p=A_1+A_2 \times T$ (1)
$\begin{aligned} \text { 其中, } A_1= & 6.1 \times 10^{-3}-28.4915 \times T_{\mathrm{h}}+6.1915 \times 10^{-2} \times \\ & T_{\mathrm{h}}^2-\left(-0.2009 \times T_{\mathrm{h}}+3.186 \times 10^{-3} \times T_{\mathrm{h}}^2\right) \times m \end{aligned}$ (2)
$\begin{aligned} A_2= & 28.73-6.477 \times 10^{-2} \times T_{\mathrm{h}}+9.888 \times 10^{-6} \times T_{\mathrm{h}}^2+ \\ & \left(-0.2009+3.186 \times 10^{-3} \times T_{\mathrm{h}}\right) \times m \end{aligned}$ (3)
$T=1.2602 \times T_{\mathrm{h}}-11.153 $ (4)
$m=1000 \times w /[58.5 \times(100-w)]$ (5)

式中p——古压力,10-1MPa;

A1A2——无量纲参数;

T——包裹体捕获温度,℃;

Th——包裹体均一温度,℃;

m——盐类质量浓度,mol/kg;

w——盐度,%。

4口井地层压力恢复结果差异较大:W12井成藏期地层压力为39.79~50.66MPa,压力系数分布在1.31~1.39之间,发育弱超压。W18井古地层压力分布在49.69~51.54MPa之间,压力系数为1.18~1.28,以常压和弱超压为主。W36井古压力系数分布在1.24~1.32之间,发育弱超压。W19井压力系数分布范围大,为1.17~1.38,以常压和弱超压为主(表 1)。上述4口井包裹体发育层位均为平湖组,表明平湖组烃源岩在成藏期已经发育弱超压,在埋深更大处可发育超压,为油气运移提供动力。

表 1 平湖斜坡典型井流体包裹体测试数据及古压力恢复结果表 Table 1 Lab test data of fluid inclusions and paleo-pressure restoration results of typical wells in Pinghu slope

研究区平湖组在30Ma(花港组沉积早期)开始发育异常压力,由花港组沉积期至今,地层压力具有“增大—减小—增大—减小—增大”的变化趋势(图 11)。在30—25Ma,地层压力开始积累。在花港组沉积末期(25—23Ma),由于抬升剥蚀,地层压力得到释放。由龙井组沉积期至玉泉组沉积末期(23—13Ma),地层持续埋深,压力得到迅速积累,4口井平湖组均发育弱超压—超压。玉泉组沉积末期,地层发生了短暂的抬升剥蚀,但未对压力产生太大的影响。由玉泉组沉积末期至今(成藏期),地层压力持续增加(图 11)。在油气成藏期,平湖组烃源岩发育弱超压或超压,但压力系数略低于现今。

图 11 典型井平湖组地层压力演化特征图 Fig. 11 Pressure evolution of Pinghu Formation of typical wells

现今地层压力统计结果和古压力恢复结果表明,18口井烃源岩层现今压力系数分布在1.38~1.47之间,主要分布在1.43~1.45之间,发育超压(图 12a)。古压力系数分布在1.20~1.65之间,发育弱超压和超压(图 12b)。成藏期和现今的压力系数均与油气垂向最大运移距离呈正相关关系,压力系数越高,油气垂向运移距离越大(图 12)。

图 12 烃源岩现今压力系数(a)和古压力系数(b)与油气垂向运移距离关系图 Fig. 12 Relationship between distance of vertical hydrocarbon migration and present pressure coefficient (a) and paleo-pressure coefficient (b) of source rocks
4.3 断裂带排替压力

断裂带排替压力与埋深和泥质含量的乘积具有相关性[33],泥质含量越高,埋深越大,排替压力越高,越不利于油气运移[34]。在断裂带结构识别与划分基础上,统计研究区实测断裂带排替压力与对应的埋深和泥质含量(图 13),建立排替压力计算公式:

$p_{\mathrm{e}}=0.0024 \mathrm{e}^{0.0441 \times Z \times V}$ (6)
图 13 断裂带实测排替压力与埋深和泥质含量乘积关系图 Fig. 13 Relationship between measured displacement pressure in fault zones and product of burial depth and mud content

式中pe——断裂带排替压力,MPa;

Z——断裂带埋深,km;

V——断裂带泥质含量,%。

根据上述公式,计算了过12口井的断裂带排替压力平均值。结果表明,排替压力整体较低,主要分布在0.2~3.5MPa之间。断裂带排替压力与油气垂向最大运移距离呈负相关关系,排替压力越大,油气垂向运移距离越小(图 14)。

图 14 断裂带排替压力与油气垂向运移距离关系图 Fig. 14 Relationship between displacement pressure in fault zones and distance of vertical hydrocarbon migration
4.4 垂向输导能力定量评价

油气沿静止断层垂向运移能力受断裂带宽度、烃源岩层压力和断裂带排替压力3个因素控制,但单一因素与油气垂向最大运移距离的相关性不高。由图 9图 12图 14可知,断裂带宽度、烃源岩层现今压力系数与油气垂向最大运移距离呈线性正相关,烃源岩层古压力系数呈对数正相关,而断裂带排替压力呈线性负相关。在相关关系确定基础上,建立了油气沿断层垂向输导能力(S)评价公式:

$S=\ln P_{\mathrm{o}} \times P_{\mathrm{n}} \times D / p_{\mathrm{e}}$ (7)

式中Po——烃源岩层古压力系数;

Pn——烃源岩层现今压力系数;

D——断裂带宽度,m。

采用控制变量法,选取3个参数均可获得且储盖组合、圈闭类型和保存条件相似的8口井,对断层垂向输导能力进行定量评价。评价结果S分布在21.5~467.3之间,与油气垂向最大运移距离具有很好的正相关性,判定系数R2为0.81(图 15)。油气垂向最大运移距离L与输导能力S的关系式为:L=125.2×lnS-109.5。

图 15 油气垂向输导能力与垂向最大运移距离关系图 Fig. 15 Relationship between vertical fault transport capacity and distance of maximum vertical hydrocarbon migration

对比8口井对应断层的垂向输导能力,W26井对应的F8断层输导能力最强(S为467.3),W9井对应的F7断层输导能力次之(S为232.2),W12、W23、W31、W32等井对应的F11断层输导能力分布在21.5~141.2之间。3条断层垂向输导能力强,断层附近油气勘探程度高,已发现多个面积较大的油气藏。平湖斜坡北部油气勘探程度低,W25井、W16井分别对应的F2、F5断层分布于洼陷两侧,供烃条件好且断层垂向输导能力强(S分别为44.2和75.4)。根据预测的油气垂向最大运移距离和烃源岩层位,两条断层附近的有利勘探层位均为平湖组和花下段。

对于相似地区,在确定烃源岩层系基础上,通过统计断裂带宽度、烃源岩层压力系数及断裂带排替压力,利用上述评价公式,建立油气垂向运移距离与断层输导能力的关系,计算油气垂向最大运移距离,预测油气能否垂向运移及最浅的富集层位,可以为下一步油气勘探层系的确定提供思路。

5 结论

(1)平湖斜坡宝石组和平湖组发育好—优质烃源岩,有机质类型以Ⅱ型为主,处于成熟热演化阶段,为主要的供烃层系。存在两期油气成藏,分别为玉泉组—柳浪组沉积期和三潭组沉积期至今。

(2)平湖斜坡主要控藏断层活动期为前古近系—龙井组沉积期,仅部分断层在玉泉组—三潭组沉积期活动,断层活动期与成藏期匹配关系差,成藏时断层处于不活跃期。油气纵向上主要富集于平中段—平上段,具有下生上储的运聚特征。油气沿断裂带运移时期为玉泉组—东海群沉积期,运移通道为物性较好的破碎带。

(3)油气可以沿静止断层垂向运移的影响因素包括断裂带宽度(通道)、烃源岩层压力(动力)和断裂带排替压力(阻力)。断裂带宽度和烃源岩层压力与油气垂向运移距离呈正相关关系,断裂带排替压力为负相关关系,据此建立了断层垂向输导能力定量评价公式。评价结果与油气垂向运移距离相关性高,F2和F5断层附近平湖组和花下段为有利勘探层系。

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