霸縣凹陷文安斜坡油氣輸導格架的三維表征

吳東勝，郭惠平

(長江大學地球科學學院，湖北 荊州 434023)

李先平，周從安，朱潔瓊

(中石油華北油田分公司物探研究院，河北 任丘 062552)

霸縣凹陷文安斜坡油氣輸導格架的三維表征

吳東勝，郭惠平

(長江大學地球科學學院，湖北 荊州 434023)

李先平，周從安，朱潔瓊

(中石油華北油田分公司物探研究院，河北 任丘 062552)

文安斜坡在西傾緩坡背景上發育了北東向西掉斷層、北東東向或近南北向東掉斷層等2組主要斷層，古近系發育辮狀河三角洲、濱淺湖、辮狀河及曲流河等沉積，長期活動的北東向順向正斷層與三角洲、河流砂體的空間配置構成了文安斜坡中淺層油氣運移的“階梯型”輸導格架。以中期旋回層序劃分油氣運聚單元，建立初始地質概念模型，采用砂地比作為滲透性砂體輸導性能的評價參數，以啟閉性作為斷層輸導性能綜合評價的基本參數。基于柵格數據模型構建了綜合表征砂巖輸導體、構造形態和斷層分布的三維輸導格架數字模型。與油氣優勢運移路徑、鉆井油層分布和油氣顯示的對應分析表明，該模型可準確地反映文安斜坡中淺層復雜斷裂條件下的油氣輸導格架特征。

流體輸導格架；數字表征；文安斜坡

含油氣盆地內，輸導體系連接著油氣運聚成藏的各個要素，是油氣成藏動力學研究的基礎[1-2]。斷裂和裂縫、不整合面、骨架砂體、古老風化帶、刺穿的底辟構造和碳酸鹽巖都可作為輸導體[3-8]，輸導要素在三維空間的組合、配置構成了約束流體活動和油氣運移的輸導格架[9]。斷陷盆地可由單一輸導要素構成連通砂體、斷層、不整合面等簡單輸導系統，但多要素組合而成的砂體-斷層、不整合面-斷層、砂體-不整合面-斷層等復合型輸導體系則更為發育[10-11]，盆地的不同構造階段和構造部位可能發育網毯型、T型、階梯型、裂隙型等不同的輸導格架典型樣式[12-13]。霸縣凹陷文安斜坡中淺層巖性油氣藏勘探近幾年取得了良好的成果，但油層變化快且層位分布復雜，常規地質要素空間匹配分析方法難以準確地把握油氣藏形成條件和分布規律，油氣優勢運移路徑預測為基礎的圈閉評價技術則可較好地解決這類復雜油氣藏的評價問題[14]。筆者通過對文安斜坡中淺層輸導體系類型的詳細解剖和輸導格架組合樣式的整體研究,劃分沙二段-東營組的油氣縱向運聚單元。應用地理信息系統的一系列空間數據分析方法實現輸導體系的數字表征，建立斜坡帶由斷裂、帶狀砂體構成的復雜油氣輸導格架的三維立體模型，為油氣運聚過程的模擬和分析提供數據基礎，進而預測和分析油氣運移網絡特征及巖性油氣藏成藏規律。

1 地層沉積特征

文安斜坡新生代裂谷期斷裂活動強烈，地層自下而上發育古近系沙河街組和東營組、新近系館陶組和明化鎮組、第四系。根據層序地層學研究可將沙二段～東二段地層進一步劃分為16個中期旋回，由下往上分別為MSC1、MSC2中期旋回(沙二段)，MSC3 、MSC4中期旋回(沙一下亞段)，MSC5、MSC6、MSC7、MSC8、MSC9中期旋回(沙一上亞段)、MSC10 、MSC11 、MSC12 、MSC13中期旋回(東三段)和MSC14 、MSC15 、MSC16中期旋回(東二段)。

文安斜坡沙二段～東二段沉積物源主要來自東側的大城凸起，發育長豐鎮、蘇橋南2個繼承性的物源入口，在斜坡背景下經歷了從湖泊相到河流相沉積的演變。沙二段發育辮狀河三角洲沉積，斜坡主體為辮狀三角洲前緣亞相沉積，西北部發育有少量辮狀三角洲平原亞相沉積，砂體類型主要為前緣亞相的水下分流河道砂體及平原亞相的分支河道砂體；沙一下亞段沉積時期處于斷坳擴展期，湖盆范圍擴大，發育廣泛的濱淺湖相沉積，盆地中心局部水體較深，砂體類型以濱淺湖砂灘(壩)為主；沙一上亞段沉積時期，盆地進入斷陷抬升期，湖盆范圍顯著縮小，文安斜坡廣泛發育一套辮狀河流沉積，砂體類型主要為辮狀河道充填和心灘砂；東營組沉積時期，文安斜坡以曲流河沉積為主，砂體類型為河道充填和邊灘砂。

2 油氣輸導體系

含油氣盆地中，油氣往往不是沿單一輸導體、而是沿多種輸導體在三維空間組合而成的流體輸導格架發生運移。斷層和砂體是冀中坳陷最主要的油氣輸導要素和匯流通道[15]。

2.1斷層輸導體

文安斜坡帶古近系經歷了喜馬拉雅Ⅰ幕構造運動的擠壓作用，整體上主要發育有北東向、北東東向2組斷層。其中，北東向生長斷層在斜坡南北均有分布，平面延伸長度十到數十公里，控制了斜坡帶古近系的沉積。北東東向斷裂主要分布于斜坡南部、文安城東和左各莊地區，對油藏形成具有明顯控制作用。此外，斜坡南端發育南北向延伸的馬西-陵城斷裂，斷層落差巨大，是控制斜坡與洼漕的主斷層，同時也是馬西洼漕向南馬莊斜坡及文南地區供油的油源斷層。

斷層輸導性能與其活動性有密切的關系。古近紀繼承性發育的斷層大多為北東、北東東走向的同沉積斷層，平面上呈雁列式展布，斷裂體系常構成多級臺階的陡坎。活動時間長，斷開層位深，直接溝通了烴源層和輸導-儲集層，構成了斜坡淺層Es1、Ed等層位的重要油源斷裂。古近紀中晚期(沙二段沉積后)發育的斷層多為北東東走向，剖面上多與切割基巖的同生斷裂形成“Y”字型組合。根據油藏分布與斷層傾向關系的分析統計，這類斷層、尤其是反向斷層對封堵油氣具有重要的作用。

2.2砂巖輸導體

1)沙二段 砂體類型主要為辨狀三角洲前緣亞相的水下分流河道砂體及平原亞相的分支河道砂體，砂巖分布廣泛，呈北西-南東方向延伸，往斜坡下傾方向逐漸減薄。整個地區砂地比多在15%～60%，平均為40%左右，砂巖物性相對較好，平均孔隙度18%～20%，平均滲透率大于100×10-3μm2。砂巖分布廣泛且連續，具備良好的側向長距離輸導油氣的能力。

2)沙一上亞段 砂體類型主要為辮狀河道充填和心灘砂，由于河道的頻繁遷移和改道，砂體相互切割和疊加，砂巖平面分布廣泛且連通性較好，構成了斜坡上較好的輸導層。縱向上因為沉積基準面的上升和物源不斷后退，砂體發育程度逐漸變差，作為輸導層其性能也變差。

3)沙一下亞段 砂體類型以濱淺湖砂灘(壩)為主，薄層席狀砂體呈團塊狀平行湖岸線分布，平面上連通性較差，砂地比多在10%～40%之間，平均20%左右。砂巖分布較為局限，不具備油氣長距離側向輸導能力。

4)東營組 砂體類型為河道充填和邊灘砂，發育區主要分布在史各莊、蘇橋南、長豐鎮等斜坡鼻狀構造的中外帶。砂地比15%～40%，孔隙度平均在20%～25%。砂巖在斜坡中段呈帶狀分布，具備側向輸導能力，但斷層對砂體的切割限制了長距離運移。

根據砂體類型、砂地比、物性及分布特征，認為該區沙二段辨狀三角洲沉積砂體構成了主要的油氣側向運移輸導層，其次為沙一上亞段辮狀河沉積、東營組曲流河沉積的砂體。

2.3流體輸導格架

長期活動的同沉積斷層連通性良好，構成了油氣縱向運移的主要通道。沙二段發育的辮狀河三角洲沉積砂體分布廣泛且與沙三段、沙一段生油巖直接接觸，為該區油氣長距離側向運移的主要輸導層。其次，沙一上亞段辮狀河沉積、東營組曲流河沉積砂體物性較好但平面分布較局限，為油氣側向運移的次要輸導層。

文安斜坡輸導格架主要由連通斷層和滲透性砂層構成，北東、北東東走向的順向同沉積斷裂體系平面上呈雁列式展布，常構成多級臺階的陡坎，與此同時也切割東西向延伸的三角洲及河道砂體。斷層與骨架砂體的空間配置構成了“階梯型”輸導格架，油氣可沿斷層面向上運移或沿砂體側向運移。

3 油氣輸導格架的定量表征

3.1地質概念模型

通過對油層縱向分布規律的分析，發現中期旋回上部或頂部泥巖分布較為穩定，橫向連續性較好，構成了有效隔層并阻止油氣的垂向穿層運移，致使油層主要分布于泥巖層之下的1～2個砂層中。因此，可考慮以中期旋回層序劃分縱向油氣運聚單元，并作為油氣輸導格架模擬和定量表征的地層單元。由此可建立油氣輸導格架的地質概念模型：以油氣運聚單元為單位，由一個或多個三維面組合而成，并被斷層復雜化所形成的網絡狀格架模型。

三維面代表一套具成因聯系的相互連通的砂巖輸導層，參數為封蓋層底面構造形態和砂巖輸導體分布。根據油藏分布規律和斷層發育特征的研究，初始地質模型中的輸導斷層由分布于斜坡內～中帶的長期發育的順向生長斷層構成，晚期形成的反向斷層主要起封閉作用。

3.2輸導格架的數值表征

筆者以地理信息系統為研究平臺，在多源數據集成管理的基礎上應用空間數據分析方法，首先采用柵格數據模型表達砂體、斷層等三維概念面的構造和輸導性能，而后基于統一地理坐標進行三維面的空間組合，由此實現流體輸導格架的三維表征。

1)數據獲取與管理 以中期旋回為單元，油氣輸導格架三維立體表征所需參數包括油氣主運移期的砂巖輸導體頂部構造數據和輸導性能評價數據，連通性斷層的斷面構造數據及輸導性能評價數據。其中，構造數據可通過地震精細解釋得到，輸導體評價參數可由錄井、測井及地震儲層預測等資料的綜合分析獲得。上述數據均需導入地理信息系統的空間數據庫，應用坐標配準方法實現多源數據的坐標統一。

2)砂巖輸導層數值表征 砂巖輸導體的數值表征包括頂部構造和輸導性能的表征。以地震精細解釋的構造數據為輸入，應用數字高程模型(DEM)表達中期旋回頂面的構造起伏形態。依據斷層類型、活動時間、斷層兩側錄井油氣顯示對斷層的封閉或開啟性作基本評價，應用柵格數據處理方法將封閉性斷層以空值疊加到構造DEM之中，形成構造-封閉性斷層柵格數據模型(見圖1)。

文安斜坡中淺層湖辮狀三角洲前緣水下分流河道、辮狀河道和心灘、曲流河道和邊灘等微相砂體連通性好，油氣顯示分布廣泛，油層發育，砂地比一般大于20% 。分流河道間、泛濫平原、河漫灘等微相沉積區砂體則不發育，砂地比小于20% 。因此，結合沉積相和砂地比平面分布研究成果，采用柵格數據插值、矢-柵數據格式轉換方法構造砂巖輸導體柵格數據模型，以中期旋回為單元劃分為滲透性砂巖和不滲透性泥巖分布區(見圖2)。

圖1 中期旋回構造-斷層模型(MSC1) 圖2 中期旋回砂巖輸導性評價模型(MSC1)

3)斷層輸導體數值表征 在斷層封閉或開啟性基本評價的基礎上，斷層輸導體主要針對連通性斷層進行斷面構造和輸導性能的數值表征，其表達方式類似于砂巖輸導層。構造表征依據地震解釋所獲得的斷面構造數據，應用DEM表達斷面構造形態。斷層輸導性能則應用斷層傾角、斷面正壓力、斷層兩盤泥巖含量等數據計算啟閉系數進行評價，而后以柵格數據模型加以表征[16]。

4)三維輸導格架的空間表征 基于統一空間地理坐標和數據分辨率，應用掩模格網、數據裁剪等數據處理方法，使多個運聚單元(MSC1～MSC16)的頂面構造DEM具有相同的邊界范圍。作為油氣垂向運移通道的連通性斷層切割并溝通上下多個地層單元，其在空間上的不規則幾何面可應用掩模格網來表達。通過準確標定斷面與地層頂面空間交切位置，實現地層頂面構造DEM、斷面DEM在空間位置上的精確對應。

3.3輸導格架三維數值模型的應用與完善

圖3 文安斜坡優勢路徑——構造-沉積疊合圖(MSC1)

油氣輸導格架數值模型提供了油氣運移路徑模擬和預測所需的構造格局、輸導性能等初始輸入數據模型。以中期旋回為處理單元，油氣運移模擬中將斷面、地層界面交會位置作為油氣輸入點或輸出點，實現輸導格架中油氣運移路徑的三維連續模擬。應用鉆井油氣顯示和油層分布數據對運移路徑模擬結果進行對照分析，并據此完善構造形態、斷層、沉積、儲層等初始地質解釋成果，修改油氣運移模擬的初始輸入數據模型。初始模型～模擬結果～反饋修改初始模型的完善和驗證研究過程反復進行，最終得到斷層封閉與連通性、砂層連通性與分布等油氣運聚成藏控制因素的可靠的定量評價參數。

應用上述方法，最終建立了該區中淺層(MSC1～MSC16中期旋回)油氣輸導格架的地質模型并完成了油氣運移路徑的模擬和預測。文安斜坡由南往北發育了議論堡、長豐鎮、史各莊和蘇橋南4個東西向展布的鼻狀構造帶，并被一系列北東、北東東向斷層所切割，中期旋回頂界的構造-斷層柵格數據準確地反映了鼻狀構造形態和封閉性斷層分布，油氣運移路徑由西往東、向鼻狀構造軸部收斂，遇封閉性斷層則改變運移方向。中期旋回砂體輸導性評價柵格數據則反映了辮狀三角洲滲透性砂體的沉積區，油氣運移路徑只在砂體連通區發育，砂體邊部路徑中斷或改向。連通性斷層溝通了下部油源與上部砂巖輸導體，斷面油氣運移路徑與中期旋回地層界面的交切位置則成為中期旋回的油氣導入點。油氣運移路徑的模擬結果與油氣層分布則具有良好的對應關系(見圖3)。

4 結 論

1)文安斜坡地區發育多期以北東向為主的順向主斷裂，這些主斷裂切割斜坡并形成了多級臺階，形成了多個垂向連通性良好的斷層；沙二段和沙一上亞段砂體物性好，分布范圍廣，側向連通性好。兩者構成了文安斜坡中淺層的“階梯型”輸導格架。

2)在構造、斷層和砂巖輸導體參數表達的基礎上，可構建文安斜坡輸導格架的地質模型，應用柵格數據模型和空間分析方法實現其三維空間定量表征。油氣顯示及油氣運移模擬結果表明該模型準確地反映了輸導格架的空間展布，為該區的油氣運聚和成藏規律研究打下了良好基礎。

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[編輯] 洪云飛

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.12.008

P618.13

A

1673-1409(2012)12-N023-05