東部凹陷沙三段天然氣輸導體系與運移方向

王群一

(中國石油遼河油田分公司,遼寧 盤錦 124010)

東部凹陷基底發(fā)育兩條前新生代斷裂,分別為北東和近東西走向。北東走向斷裂位于現(xiàn)今東部凹陷榮興屯至青龍臺一線,控制中、古生界及元古界(榮古4、界古1井鉆遇)的沉積和構造格局。新生代盆地起重要控制作用的斷層既對基底斷裂有一定的繼承性,又存在新生特征。發(fā)育時間長是這類斷裂的特點,但最主要的發(fā)育期是早第三紀,尤其是古新世-始新世(房身泡期-沙三期)。東部凹陷次級斷裂具有如下特點:一是其對盆地形成和演化的控制作用相對較小,二是因為它們或者是早期主要斷裂的派生斷層,或者發(fā)育時期以晚期為主。次級斷裂的主要作用是局部構造的定型與構造單元的分割,對漸新世以來東部凹陷的構造格局起著重要作用。

1 輸導體系類型

東部凹陷自古近紀以來經(jīng)歷了早期的斷陷-坳陷演化,并在東營晚期中國東部走滑應力場中發(fā)育了壓扭性和張剪性構造樣式,導致不同規(guī)模、不同組合樣式的斷裂廣泛分布,相互交織成網(wǎng)。這些斷裂與斷陷期湖盆內(nèi)發(fā)育的河流、三角洲、扇三角洲、湖底扇等砂體連通,共同組成了油氣運移的主要通道,此外,各構造末期地殼抬升所形成的不整合面在不同地區(qū)也為油氣的側(cè)向運移作出不同程度的貢獻。

1.1 斷裂

東部凹陷天然氣藏在各凹陷內(nèi)沿斷裂帶斷續(xù)分布,縱向上貫穿多個層系,與原油關系復雜。氣源對比結(jié)果表明,天然氣主要來源于沙河街組尤其是沙三段烴源巖,因此斷裂帶對于天然氣的垂向運移作用十分明顯。

1.2 儲集體

對于缺乏油源斷層的圈閉,儲集體就會成為至關重要的輸導要素。在垂向斷裂的配合下,橫向上連通的滲透性儲集砂體,只要存在良好的蓋層,油氣將沿著砂體的上傾方向不斷運移,至斷裂面附近或巖性上傾尖滅處,便會由于遮擋作用聚集形成油氣藏。砂體的發(fā)育主要受沉積相控制,不同沉積相中的強水流環(huán)境都可以發(fā)育不同的砂體。

1.3 不整合面

東部凹陷經(jīng)歷了中生界晚期、沙三段沉積后期以及東營組沉積末期共三次規(guī)模較大的抬升運動,發(fā)育了古近系底界、沙三段頂界和東營組頂界3個不整合面[1]。由于不整合面附近地層經(jīng)歷了風化剝蝕、溶解淋濾、構造等作用,孔隙往往比較發(fā)育,滲透性好,油氣可以沿不整合面聚集成藏,形成地層超覆油氣藏和潛山油氣藏。

斷裂、砂體及區(qū)域不整合面均可作為油氣運移通道,在空間上以相互組合的形式構成各種類型的輸導體系[2]。一般而言,反向正斷層控制下的緩坡帶,砂體是天然氣側(cè)向運移的重要通道;陡坡帶天然氣運移以油源斷裂為主,連通砂體也很重要;對于潛山構造帶而言,不整合面對天然氣的輸導作用尤為重要(見圖1)。

2 天然氣成藏配置關系

2.1 主力氣源巖生烴史

對東部凹陷沙三段、沙一段和東營段三套烴源巖地質(zhì)時期累計生氣量進行統(tǒng)計,沙三段是東部凹陷的主力氣源巖層系。

2.2 成藏時間綜合分析

盆地內(nèi)圈閉的形成期與油氣運移期若同步,或較油氣運移期稍早,配置關系良好,有利于油氣成藏。沙三段作為東部凹陷的主力氣源巖,進入東營期后才大量生氣,在新近紀以來仍持續(xù)大量生氣。而東營晚期的構造運動導致斷裂密布,大大改善油氣輸導條件,圈閉最終定型。但圈閉定型期不等于圈閉形成期,研究區(qū)巖性圈閉形成較早,主要為沙河街組沉積期,早于大規(guī)模油氣運移期,另外,東營期及新近紀早期是油氣大規(guī)模充注時期,直接證明了研究區(qū)良好的成藏配置關系。

3 成藏機理與主控因素

3.1 淺層天然氣成藏機理

東部凹陷已探明的天然氣儲量主要分布在中淺層,與原油伴生關系復雜。對已發(fā)現(xiàn)的氣藏剖面綜合研究發(fā)現(xiàn),原油降解氣一般呈氣層氣產(chǎn)狀分布在油層的上部層段,而常規(guī)天然氣呈氣頂氣分布在復式油氣藏的構造高部位。

深部烴源巖熱演化Ro值處于0.5%～0.8%時,原油大量產(chǎn)出,生氣過程尚未開始。原油沿斷裂向上運移到一定深度后,向側(cè)向砂體內(nèi)充注。當Ro處于0.8%～1.3%時,液態(tài)烴逐漸變少,氣態(tài)烴進入產(chǎn)烴高峰。天然氣經(jīng)斷裂疏導向上運移,再注入側(cè)向砂體,溶進早期聚集的石油內(nèi),達到飽和狀態(tài)后,多余的天然氣就會溢出,以氣相和溶解油相兩種方式運移[3]。進入圈閉后,重力分異作用使天然氣在油層上部逐漸聚集,形成帶氣頂?shù)挠筒亍?/p>

以沙三段為主力烴源巖而言,東營晚期以前,東部凹陷整體以生油為主,新近紀至今,整體以生氣為主。東營晚期發(fā)生的區(qū)域運動一方面使原來的油藏破壞、再分配和成藏,另一方面,形成復雜的網(wǎng)狀斷裂輸導體系和新的圈閉類型,溝通源巖和淺層儲集體,導致天然氣在淺層直接形成氣層氣和氣頂氣。原油在橫向上較大面積穩(wěn)定地分布,而氣藏主要在被斷裂切割的小斷塊內(nèi)緊靠斷裂分布,這一油氣分布特征也從側(cè)面說明后期構造運動對天然氣成藏影響較大。

3.2 深層天然氣成藏機理

深層天然氣主要分布于東部凹陷生烴洼陷內(nèi),典型特征是烴源巖熱演化程度高,儲層物性差,運移距離短,單層氣藏規(guī)模小,多層分布,整體表現(xiàn)為自生自儲式成藏組合。

對深層天然氣而言,濁積砂體和致密砂巖帶是主要儲集類型,因此,充足的氣源條件十分重要,一般只有在烴源巖進入大量生氣階段,排替壓力差較大時,氣態(tài)烴才能就近進入濁積砂體和致密砂巖帶中運移、聚集。另外,受斷裂溝通,早期原油跨層運移至鄰近有利圈閉條件下聚集,后期成熟度較高的一部分氣體伴生有少量輕質(zhì)油,沿斷裂短距離運移后,溶解于早期原油中,達到溶解飽和度后,形成氣頂氣。當橫向運移大于垂向運移時,氣頂氣高度逐漸增加,氣水界面和氣油界面下移,當油水界面降至逸出點以下時,原油逸出,表現(xiàn)為氣藏對早期油藏的取代作用。

含油氣凹陷中,各地區(qū)由于烴源巖有機質(zhì)類型、豐度、成熟度等差異較大,導致其深層天然氣成因、聚集過程也有變化,如東部凹陷陸上部分主要為低熟氣。除充足的氣源條件外,深部天然氣在運移、聚集方面也有自己的特點,運移通道主要為各種微裂縫或次級斷裂,后期成巖作用對儲層的改造也有重要成藏意義,如果儲集層中有次生的溶蝕孔隙或微裂縫發(fā)育,則可以改善儲集條件,有利于天然氣聚集。

4 天然氣富集主控要素

4.1 構造洼陷

東部凹陷探明天然氣儲量主要分布在蓋州灘、牛居洼陷等周邊。因為洼陷周邊氣源充足,斷裂發(fā)育,儲層物性好[4]。洼陷內(nèi)往往有機質(zhì)類型好、厚度大、成熟度高,成為含油氣凹陷的生烴中心。另外,由于沉積期的深陷作用,勢必發(fā)育多組同沉積斷層,并控制了相關砂體的發(fā)育。

4.2 斷裂作用

東部凹陷已發(fā)現(xiàn)的圈閉類型基本都與斷裂相關,已發(fā)現(xiàn)的天然氣藏均沿斷裂帶分布,此外,斷裂也是天然氣運移最重要的輸導體類型。斷裂在天然氣成藏過程中所起的作用類型主要取決于斷層的傾向,一般順向正斷層輸導作用較強,而反向正斷層遮擋作用較強。順向正斷層分布廣泛,在陡坡帶、洼中隆等部位尤為常見,是天然氣垂向運移的主要通道。反向正斷層主要發(fā)育在西部斜坡帶,一般成為斷層圈閉的遮擋條件。斷裂傾向與天然氣運移、聚集關系對天然氣成藏預測具有重要意義。

4.3 蓋層分布

東部凹陷天然氣富集程度與多層系、大面積分布的區(qū)域蓋層密切相關,沙三上和沙一段是東部凹陷兩個全凹陷分布的區(qū)域蓋層都存在封閉性能較好、突破壓力高的特征。氣藏主要位于沙一段和沙三段,東營組由于缺乏大面積展布的區(qū)域蓋層,氣藏多數(shù)散失。

4.4 沉積相帶展布與儲層發(fā)育程度控制天然氣成藏富集

湖盆演化過程中的各種沉積體系在平面上交錯相接,在縱向上相互疊置,構成多層次、大面積分布的儲集空間。古近系發(fā)育扇三角洲、三角洲、湖泊等多種沉積體系,這些儲層具有多物源、近距離搬運、快速充填、規(guī)模小、垂向砂層多、累計厚度大、物性好等特點。已發(fā)現(xiàn)的天然氣與原油伴生,主要分布在沉積碎屑顆粒較粗的扇三角洲平原與三角洲前緣、三角洲平原沉積相等相帶內(nèi),顯示了沉積相和良好儲集層對油氣的明顯控制作用,臨近生烴凹陷的較好儲集層對天然氣大規(guī)模聚集有利,但傳統(tǒng)意義上的較差儲集層在分布、厚度較大時也可作為天然氣的勘探領域,如致密砂巖帶。

5 天然氣運移方向

東部凹陷沙三段氣源巖主要發(fā)育于沙三段,平面上天然氣藏圍繞生烴洼陷呈帶狀分布,與斷裂關系密切,結(jié)合氣源對比結(jié)果認為各洼陷內(nèi)沙三段生成的天然氣主要沿斷層向構造高部位運移(見圖2)。