资源描述:
2 0 1 0年 1月 第 2 5卷第 1 期 西安石油大学学报 自然科学版 J o u rna l o f X i a n S h i y o u U n i v e r s i t y N a t u r a l S c i e n c e E d i t i o n J a n . 2 0 1 0 Vo 1 . 2 5 No .1 文章编号 1 6 7 3 - 0 6 4 X 2 0 1 0 0 1 . -0 0 2 4 - 0 5 东营凹陷深层天然气成藏要素及其时间匹配关系 刘士忠 , 查 明 1 . 中国石油大学 华东地球资源与信息学院, 山东 东营 2 5 7 0 6 1 ; 2 . 中石化胜利油田分公司 物探研究院, 山东 东营 2 5 7 0 2 2 摘要 源岩、 盖层及断裂为东营凹陷深层天然气成藏 的主要要素 , 其深层烃 源岩主要分布于沙三下 亚段、 沙四上亚段及孔二段 , 主要 区域盖层为沙三 中下部厚层泥岩、 油页岩. 烃 源岩大量排气期、 盖 层封闭形成期、 断层活动期的时间匹配关系研究表明, 东营凹陷深层盖层封闭的形成时期早于烃源 岩的大量排 气期 , 断层的活动时期早 于盖层封闭的形成 时期 , 对深层天然气的聚集成藏有利. 源盖 断时间匹配关 系表明, 北部利津 一民丰洼陷为深层天然气勘探的有利地 区. 关键词 东营凹陷; 天然气; 源岩; 盖层; 断层 ; 匹配关系 中图分类号 rI 1 E 1 2 2 . 1 文献标识码 A 东营凹陷为 中国东部陆相箕状断陷湖盆的典型 代表, 也是典型的富油凹陷之一. 近期, 东营凹陷北 部陡坡带深层天然气勘探取得重大突破 , 丰 8 、 丰深 1 、 新利深 1 井相继在沙三段 、 沙 四段获得高产工业 气流 , 说明东营凹陷深层天然气有较大勘探潜力. 研 究该区深层天然气成藏要 素及其时间匹配关系 , 对 于指导该区的天然气勘探具有重要意义. 1 成藏 要素 深层天然气成藏需具备源岩条件、 优质盖层 , 同 时要求深部断裂封闭性好 , 使深层天然气不致沿断 裂向上运移. 因此 , 源岩 、 盖层和断裂是深层天然气 运聚成藏的主控 因素 , 其条件优 劣在一定程度上控 制着深层天然气运聚成藏的规模及空间分布. 1 . 1 烃源岩 东营凹陷沙三下亚段、 沙 四上亚段是暗色泥岩 发育的稳定层段 , 也是深层 主力烃源岩层段 引, 其 岩性主要为深灰色 、 灰黑色泥岩、 钙质泥岩及褐灰色 油页岩或泥 页岩. 沙三下亚 段烃源岩 干酪根 以 Ⅱ 型为主, 少数 为 I、 Ⅲ型 , 有 机质丰度 比较 高 , T O C 多数在 1 % ~ 5 % , 其 中油页岩的 T O C在 5 % 一1 3 % 之间, 残余生烃指数 s l S 为0 . 2 0 5 9 . 5 3 m g / g , 平均为 1 3 . 9 6 m g / s , 产率指数 , D 为 7 . 8 1 % ~ 9 4 . 2 2 % , 平均为 5 4 . 2 l % , 地化分析表 明为好一 中 等烃源岩. 据陈 中红 研 究 , 沙 四 下 亚 段 有 机 碳 含 量 T O C 为 0 . 3 5 % ~ 6 . 1 4 % , 平均为 4 . 3 0 % ; 残余生 烃潜力 S 1 S 2 为 0 . 2 8 3 5 . 3 6 mg / g , 平均为 8 . 0 7 m g / g ; 产率指数 , 。 为 7 . 1 4 % 一7 4 . 3 9 % , 平 均为 4 9 . 4 1 % ; 烃指数 H I 普遍较高 , 为 1 2 4 . 4 8~2 3 3 . 3 7 m g / g , 平均为 1 8 9 . 5 5 m g / g . 地化研究显示该段烃源 岩有机质丰度较高 , 具有一定的生烃潜力 , 产率指数 也相对较高 , 是一 套有效烃源岩. 在埋藏较深处 , 烃 源岩进入高成熟状态 , 可形成有效气源岩. 有机质的热演化研究表明, 以上2套烃源岩的 热演化 已达成熟 阶段 R o0 . 8 5 % . 从东 营凹陷 丰深 1井烃源岩演化史及古地温模拟分析 , 馆 陶组 沉积末期 , 沙四上亚段烃源岩埋深达到 3 5 0 0 m 以 收稿 日期 2 0 0 9 - 0 8 - 2 9 基金项 目中石化胜利山东探区勘探项 目“ 胜利山东探区中深层天然气成藏主控因素及勘探目标选择” 编号 7 3 - 2 0 0 6 2 S C G -00 0 2 4 作者简介 刘士忠 1 9 7 3 一 , 男, 博士研究生, 主要从事油气成藏机理与分布规律等方面的研究. E - m a i l l i u s h z y a h o o . c n 刘士忠等 东营凹陷深层天然气成藏要素及其时间匹配关系 一2 5 一 上 , 古地温达 1 4 3℃ , 对应的 R o1 . 2 % , 已达成熟 、 过成熟阶段 图 1 . a 】 东营凹陷丰深 1 井埋藏史与源岩演化史 / __● _ t - ’ / \ \ / .7 .f ’ 厂 _ I ● ● I 地 质 年 代 / M a b 东营凹陷丰深1 井E s底4 4 9 5 m古地温模拟 图1 东营凹陷丰深 1井源岩演化史及古地温模拟 东营凹陷孔店组烃源岩 的研究相对较少. 孔店 组二段暗色泥岩厚度一般为 1 0 0~4 0 0 m, 地化分析 认为孔二段暗色泥岩有机质含量较低 , 有机质类型 较差 , 热演化已进入 了较高成熟阶段 , 属于差一 中等 的烃源岩. 袁彩萍 等研究 认 为, 东 营凹陷深部 可 能发育更优质的孔二段烃源岩 , 生烃潜力可观. 以上 3套烃源岩的发育构成东营凹陷深层天然 气成藏的物质基础. 1 . 2盖 层 东营凹陷沙三段沉积 时期盆地陷落加剧 , 湖水 加深 , 盆地一度进入非补偿 阶段 , 沙三早 、 中期沉积 了厚度大 、 分布面积广的泥岩 、 油页岩 , 主要分布于 民丰洼陷、 利津洼陷及牛 庄洼陷 , 累计厚 度为 6 0~ 9 0 0 m, 南部、 东南部泥岩厚度减小. 剖面上 , 泥岩单 层厚度 1 9 1 m 表 1 , 泥地 比大于 6 5 % , 最大可 达 1 0 0 %. 由此可见 , 沙三 中、 下 亚段泥岩盖层不仅 厚度大、 质纯, 而且横向分布广泛 , 不仅是深层的有 效烃源岩 , 还是该区深层理想的区域盖层. 该套盖层 的存在 , 为沙三段下部及沙 四段储层天然气 的聚集 成藏提供了强有力的保证. 表 1 东营 凹陷部分 井沙三中、 下亚段 泥岩 发育特征 经研究 , 沙三中、 下亚段泥岩盖层主要的封闭机 理为超压封闭、 毛细管封 闭及一定程度的烃浓度封 闭. 依据实测数据 , 拟合了排替压力与声波时差 的关 系式 p d 9 3 6 . 2 7 e一 0 . 0 1 6 A t p d 为排替压力 , MP a ; 为声波 时差 , I x s / m . 依 据拟合 的公式 计算 了东 营凹陷 1 0 0多 口井沙三 中、 下亚段泥岩盖层 的突破 压力. 分析计算结果发现 , 沙三 中、 下亚段暗色泥岩 具较高的突破压力 , 除个 别井外 , 突破压力 均大于 1 0 . 0 0 M P a , 最 大 可 达 3 4 . 5 6 M P a , 平 均 为 2 1 . 3 3 MP a , 表 明泥岩盖层具较强的毛细管封闭能力. 东营凹陷沙三段泥岩普遍发育超压 J , 由于 超压的存在 , 泥岩盖层封盖性 明显优于正常压实的 泥岩盖层 . 据该 区多 口井沙三 中、 下亚段泥岩盖 层的超压值计算结果分析, 强超压主要分布在北部 的利津 一民丰洼 陷, 最大值 可达 1 3 M P a ; 中部背斜 区及牛庄洼陷发育强超压 一中等超压 ; 弱超压 区主 要分布于南部斜坡 区. 依据声波时差随埋 深演化 曲 线 及该区沉 积速率 资料分析 , 沙三段 中、 下亚 段泥岩超压开始形成时深度约为 9 0 4~1 7 1 3 IT I 表 2 , 对应的形成时期 主要为沙一段一东营组沉积早 期. 据此 , 东营凹陷沙三段 中、 下亚段 泥岩盖层超压 封闭能力 的形 成 时 期 也 为 沙 一段一东 营组 沉 积 早期. 超压泥岩盖层 的封 闭性 随超压 的演化而变化. 随着埋深的增加 , 泥岩内部压力逐渐增大形成超压 , 当局部压力为静水压力的 1 . 42 . 4倍时 , 岩石产生 破裂, 其内大量的孔隙流体排出, 压力降低; 当压力 下降到静水压力 的 1 . 2~1 . 3倍 时 , 超压 释放停止 , 岩石破裂处愈合, 之后, 岩石超压再次增加, 再次释 放 , 如此周而复始 , 直至超压完全释放为止. 超压 的 释放 与泥岩的愈合对 盖层的封闭性 具有重要 的影 一 2 6一 西安石油大学学报 自然科学版 响. 释放时, 盖层 的封闭性降低 ; 愈合后 , 盖层 的封 闭性逐渐增强. 通过对东营凹陷丰深 2井 、 利 1 0 1 井 的计算表明 表 3 , 2口井 的超压形成 时期分别为 沙二段沉积晚期及东营组沉积早期 ; 在沉积压实、 水 热增压及油气大量生成的作用下, 超压不断增大, 分 别在埋深 2 8 0 0 m和 2 2 7 5 n l 处对应的馆 陶组沉积 末期时 , 超压开始第 1次释放 ; 经计 算 , 超压第 2次 释放的深度分别为 5 7 5 0 I n和 5 3 3 5 1 T I , 由于 2口井 目的层现今埋深均没有达到超压第 2次释放 的深 度 , 因此都处于第 2次超压演化过程 中, 目前的超压 分别为 8 MP a和 7 MP a , 具有较强的超压封闭能力. 表2 东营凹陷沙三中、 下泥岩超压形成深度及对应时期 表 3 东营凹陷沙三中、 下亚段泥岩超压演化概况 1 . 3断层 东营凹陷内断裂活动较为发育, 中生代断裂以 北西 向为主 , 主要包括石 村断层 、 陈南断层 ; 新生代 则兼有北西向、 北东向和近东西向的断裂 , 主要包括 滨南断层、 高青断层、 中央断层、 胜永断层等. 上述断 裂发育特征反映了该区的大地构造背景, 在中生代 是左旋的剪切应力场 , 在新生代则是右旋 的剪切应 力场. 衣学磊通过断层生长指数研究 认 为, 北 西 向断层从晚侏罗世开始发育有 2 次活动高峰期, 分 别是晚侏罗世一早 白垩世 Lk 和古新世一始新 世早期 E kE s 上 ; 北东向和北东东向断层从新 生代初开始活动 E kE s 下 , 在始新世 中期 E s 上 一E s 上 达到 高峰 , 第二个 峰期在沙一段 E s , 沉积期间. 从东营凹陷断层活动速率 图 2 可以看 出, 除北西向石村断层 、 陈南断层外 , 大多数新生代断层 开始活动的时期为孔店组 E k 沉积初期. 从正断层 活动形式来看 , 除石村断层 、 八面河断层表现为单峰 型外 , 其他断层均表现为双峰型, 活动高峰出现于沙 四段一沙三段 E s 一 E s 及沙一段 E s 沉积期间 , 活动强度大 , 可达 8 0 m / M a以上 , 其 中石村断层和 陈南断层可分别达 8 1 . 4 m / Ma 和 1 4 6 m/ Ma . . 从 以上东营凹陷主控油气断层的活动性分析可 见 , 多数断层开始活动的时间为孔店组 E k 沉积期 间, 结束于馆陶组 N g 沉积期 间, 断层 活动形式表 现为双峰型 如滨南断层 、 中央断层 和单 峰型 如 八面河断层 , 断层活动 高峰出现在沙 四段一沙三 段 E s 一E s , 及沙一段 E s 沉积期间 , 断层活动强 度主要集中于 3 0~ 5 0 m / M a的范围内. 八 三 。 , . .三釜 L J ,/J K E k E s . E 8 E d N g N m __ 地质 时期 图 2东营 凹陷主要 断层活动速率 曲线 据郑德顺等 , 2 0 0 5 。 有修改 断层的垂向封闭性对深层气藏的保存具重要意 义. 主应力性质、 大小和方向是影响断层垂向封闭性 的重要因素 , 主应力 封闭就是研究 主应 力性质 、 大 小、 方向与断层封闭性的关系. 研究认为东营凹陷内 约有 1 / 3的封闭性断层为主应力封 闭, 且普遍存在 这样的规律 在浅部断层倾角较陡, 断面正应力较 小 , 垂向封闭性差 ; 随深度加大, 断层倾角变小 , 断面 正应力增加 , 垂 向封 闭性增强 图 3 . 如现河庄 油田的梁 1 1断块 , 断层倾角较陡段发育在古近系沙 二上段地层中, 断面倾角为6 0 。 左右, 断面承受的正 应力一般为 2 0 . 9 M P a左右 , 小于沙二上段泥质砂岩 抗压强度, 不能在断层面形成较细粒物质 , 断层不封 闭; 断面倾角较缓的沙二下段地层, 断面倾角小于 3 0 。 , 断面承受的正应力为 5 4 . 7 MP a 左右 , 大于沙二 刘士忠等 东营凹陷深层天然气成藏要素及其时间匹配关系 一2 7一 下段砂岩抗压强度 , 在断面附近易形成致密 的断层 来封堵油气 , 是油气极为富集的层段. 断面正应力 图 3东营凹陷断层垂向封闭性随深度变化特征 示意 图 据吴李泉 , 2 0 0 6 , 有修改 2 源 、 盖 、 断时间匹配关 系 2 . 1 源 、 盖 时 间匹配 关 系 在时间匹配上, 若盖层封闭时期早于烃源岩 的 大量排烃期或与其 同期 , 烃源岩生成 、 排出的油气被 保存下来的量就多, 可供油气运 移 、 聚集 的量就大 ; 相反, 著盖层封闭时间晚于烃源岩的大量排烃期, 烃 源岩生成 、 排出的油气被保存下来 的量就相对较小. 沙四段 、 沙三段 泥岩为东营 凹陷深层 的主要烃 源岩 , 据该区新利深 1井 、 丰深 1 井 、 丰 8井等 1 1口 井 的岩石热解数据分析 , 沙三 、 沙四段烃源岩除个别 样品外 , 烃 源岩裂解烃 s 。峰顶温度 值 均大 于 4 3 7℃ 图 4 , 表明有机质 演化 已经达到成熟 阶段 R o 0 . 8 5 % 或过成熟 阶段 R o1 . 2 0 % . 探井 实测地温值与埋深的关系计算结果表明, 沙三、 沙四 段烃源岩埋深 3 5 5 0 m时, 地温值达到 1 4 5℃ , 有机 质基本进入以产生深层裂解气为主的热演化高成熟 阶段 , 结合东营凹陷典型井埋藏史分析 图 1 , 源岩 在距今 7 3 Ma 相 当于馆 陶组一 明化镇组沉积 时 期 达到排气高峰期. 据实测的突破压力值, 拟合了东营凹陷泥岩排 替压力与埋藏深度的关 系 H 8 2 . 4 9 9 p 1 2 0 2 . 6, 式中 为埋藏深度 , m; p 为排替压力 , MP a . 当泥岩 排替压力达到 1 MP a时, 封闭的气柱 高度为 1 0 0 m, 泥岩盖层开始具有封 闭能力 , 依据研究 区沉积速率 计算 , 东营凹陷沙三段 区域盖层在沙一晚期一东营 早期开始具物性封闭能力 , 之后随埋藏加深 , 排替压 力逐渐增大 , 物性封闭能力也逐渐增强 ; 而东营凹陷 沙三段 中、 下亚段泥岩盖层超压封闭能力的形成时 期也为沙一段~东营组沉积早期 表 2 . 由以上分析可见 , 沙三 中、 下亚段泥岩盖层分布 面积大 , 盖层封闭能力 形成时期早于深层源岩的生 气高峰期 图 5 . 虽 然在馆 陶组沉积末期 , 泥岩破 裂 , 超压释放 , 盖层封闭性降低 , 但在地质历史 时期 中, 泥岩破裂是短暂的. 现今沙三段泥岩的超压约为 8 MP a , 能够有效地封闭 明化镇至第 四系沉积末期 生成的大量油气. g \ 憾 ● ‘ . ● ● ● - ● ● ● ● ● 43 “ 图 4 东营 凹陷部分 井沙三、 沙 四段烃源岩 z .m 值分布图 2 . 2断 、 源时 间匹 配关 系 通过对东营凹陷主要断层 活动速率分析 , 发现 断层的活动高峰出现在沙 四段一沙三段 E s 一E s 及沙一段 E s 沉积期 间, 于馆 陶组沉积时期逐渐 衰弱、 消亡 图 2 . 沙 四段 烃源岩 在距今 7~3 Ma 相当于馆陶组一明化镇组沉积 时期 达 到排气高 峰期 图 1 、 图 4 , 即东营凹陷断裂主要活动期早于 沙四段气源岩 的大量排气期. 断层活动时期沙 四段 源岩 尚无大量天然气生成 , 且此 时沙三 中下亚段泥 岩盖层封闭性 尚未形成 , 故断层活动时期生成的早 期油气可沿断层垂 向运移 , 在浅层适 当圈闭聚集成 藏 ; 明化镇组一馆 陶组沉积时期 , 沙四段源岩进人生 气高峰期 , 而大部 分断裂 于 N g沉积 时期 衰弱 、 消 亡 , 且此时沙三段泥岩盖层封闭性 良好 图 5 , 因此 源岩生成的大量天然气垂 向运移受阻 , 趋于在沙三 段以下聚集成藏。 褂 赣 批 臻 图5 东营凹陷深层源、 断、 盖时间匹配关系示意图 。 湖 啪 姗 姗 咖 I 1 2 2 3 3 目\ 醚 一 2 8 一 西安石油大学学报 自然科 学版 2 . 3断、 盖时间匹配关系 盖层封闭形成时期与断裂活动时期的匹配关系 在一定程度上控制着油气的聚集与保存量, 盖层封 闭性形成时期只有晚于或与断裂活动时期 同期时 , 盖层封闭才有效 , 有利于油气 的聚集与保存. 相反, 如果盖层封闭性形成时期早于断裂活动时期 , 盖层 封闭性遭受破坏 , 则不利于油气的聚集与保存. 济阳坳陷沙三中、 下亚段泥岩盖层在 沙一段一 东营组沉积时期开始封 闭 表 2 , 而断裂 的活动时 期主 要 为沙 四段一沙三 段 E s 一E s 及 沙 一段 E s 沉积期 间 图 2 . 因此 , 盖层封闭形成期晚于 断层活动期 , 封闭性保存较好 , 可以封住深层源岩生 成、 排 出的大部分油气 , 有利于油气在沙三段 以下储 层内聚集与保存. 这可能是造成东营凹陷深层天然 气富集 的一个重要原 因. 3 结论 东 营凹陷具备深层天然气成藏的有利条件. 深 洼带发育多套优质烃源岩 , 埋藏深度大 , 成气期晚 ; 沙三中、 下亚段泥质盖层分布广 、 质纯、 厚度大 , 且普 遍发育超压 ; 沙一段沉积末期 , 断裂活动逐渐衰弱 , 断层封 闭性逐渐增强, 晚期 生成 的天然气缺少垂 向 运移通道而滞留于洼陷的较深部位. 北部陡坡带沙 三段下部及沙四段发育各类扇体 , 主要包括扇三角 洲 、 辫状河三角洲、 近岸水下扇 、 湖底扇等 , 各类扇体 构成深层天然气的主要储集体 , 储油气砂体规模小 、 数量多 、 类型丰富, 主要 围绕陡坡带深洼周缘呈环状 或带状分布 , 气藏主要为岩性 、 地层及潜山等各类隐 蔽气藏. 平面上有利的勘探 区为北部利津一民丰洼 陷, 2 0 0 7 年利津洼陷新利深 1 井于沙四段勘探取得 突破 , 日产天然气 2 . 51 0 m , 为胜利油 田 日产天 然气最高的单井. 勘探的实践充分证明了东营凹陷 深层天然气勘探的巨大潜力. 参 考 文 献 [ 1 ] 朱光有 , 金强. 东营凹陷两套优质烃源岩层地质地球 化学特征研究[ J ] . 沉积学报 , 2 0 0 3 , 2 1 3 5 0 6 - 5 1 2. [ 2 ] 张守春. 东营凹陷沙三段烃源岩生烃模式研究[ J ] . 油 气地质与采收率 , 2 0 0 5 , 1 2 4 4 9 - 5 1 . [ 3 ] 刘伟. 东营凹陷沙河街组烃源岩结构对排烃及成藏的 控制作用[ J ] . 油气地质与采收率, 2 0 0 5 , 1 2 5 3 0 - 3 3 . [ 4 ] 陈中红, 查明, 张善文, 等. 东营凹陷古近系天然气成 藏条件及其主控因素[ J ] . 天然气工业 , 2 0 0 8 , 2 8 9 9 1 2. [ 5 ] 袁彩萍, 徐思煌 , 贾霍甫. 渤海湾盆地东营凹陷孔店组 烃源岩 特 征 研 究 [ J ] . 石 油 实验 地 质 , 2 0 0 6 , 2 8 2 1 7 7 1 81 [ 6 ] 许晓明, 赵阳, 戴立 昌, 等. 东营凹陷沙河街组岩性油 藏“ 多元控油一 主元成藏” 特征分析[ J ] . 西安石油大学 学报 自然科学版 , 2 0 0 6, 2 1 6 2 8 - 3 4 . [ 7 ] 郑和荣, 黄永玲 , 冯有良. 东营凹陷下第三系地层异常 高压体系及其石油地质意义 [ J ] . 石油勘探与开发, 2 0 0 0 , 2 7 4 6 7 - 7 0 . [ 8 ] 吕延防, 付广, 张发强, 等. 超压盖层封烃能力的定量 研究[ J ] . 沉积学报 , 2 0 0 0, 1 8 3 4 6 5 - 4 6 8 , 4 7 9 . [ 9 ] 付广, 张发强. 利用声波时差资料研究欠压实泥岩盖 层古压力封闭能力的方法 [ J ] . 石油地球物理勘探, 1 9 9 8 , 3 3 6 8 1 2 8 1 8 . [ 1 0 ]付广, 吕延防, 薛永超, 等. 泥岩盖层压力封闭的演化特 征及其研究意义[ J ] . 石油学报, 2 0 0 0, 2 1 3 4 l 一 4 4 . [ 1 1 ]付广, 王兴涛, 方纯昌. 利用声波时差资料研究欠压实 浓度盖层抑制封闭作用形成时期及其研究意义[ J ] . 石 油地球 物理勘探 , 2 0 0 1 , 3 6 3 2 7 9 - 2 8 4 . [ 1 2 ]付广, 吕延防, 薛永超, 等. 泥岩盖层压力封闭的演化特 征及其研究意义[ J ] . 石油学报 , 2 0 0 0, 2 1 3 4 1 . [ 1 3 ]衣学磊, 侯贵廷. 济阳坳陷中、 新生代断裂活动强度研 究 [ J ] . 北京大学学报 , 2 0 0 2, 3 8 4 5 0 4 - 5 0 9 . [ 1 4 ]郑德顺 , 吴智平 , 李伟 , 等. 济阳坳陷中、 新生代盆地转 型期断裂特征及其对盆地的控制作用 [ J ] . 地质学报, 2 0 0 5 , 7 9 3 3 8 6 - 3 9 4 . [ 1 5 ]吴李泉, 曹代勇, 郝银全, 等. 东营凹陷北部陡坡带断层 应力封闭研究 [ J ] . 中国矿业大学学报 , 2 0 0 6 , 3 5 3 41 4- 41 8. 责任编辑 王辉
展开阅读全文