渤海湾盆地东濮凹陷南部地区古水动力演化与油气运聚.pdf

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第 3 5卷第 5期 沽--5 天然气北 O I L G A S G E 0 L O G Y 2 0 1 4年 1 0月 文章编 号 0 2 5 3 9 9 8 5 2 0 1 4 0 5 0 5 8 51 0 d o i 1 0 . 1 1 7 4 3 / o g g 2 0 1 4 0 5 0 1 渤海湾盆地 东濮 凹陷南部地 区古水动 力演化与油气 运聚 焦 大 庆 , 李 梅 , 慕小 水 , 徐田 武 1 .中国石化 中原油田分公司, 河南 濮阳4 5 7 0 0 1 ; 2 .浙江大学 海洋地质与资源研究所 , 浙江 杭州 3 1 0 0 5 8 摘要 油气的运移、 聚集与地下水动力场密切相关。从古水动力场演化角度分析东濮凹陷南部油气运聚机理, 流体流动与断裂开启 性之间的匹配关系, 并利用流体包裹体均一温度数据, 结合研究区热演化史和生烃史特征分析了油气藏形成时间, 恢复其油气充注 过程。结果表明 研究区可划分为3个水动力单元 东、 西次凹带发育泥岩压实水离心流; 兰聊断裂带发育大气水下渗向心流; 中央 隆起带位于东西两侧离心流汇合越流泄水区, 是油气聚集成藏的有利区域。东营组沉积期是石油最主要的运移、 聚集期, 该 阶段油 气主要聚集在中央隆起带断层下盘的底部; 东营运动抬升剥蚀期是石油的主要调整运移期。早期形成的深层油气藏向构造高部位 的顶部运移调整, 重新聚集形成浅层次生油藏; 馆陶组 一明化镇组沉积期为天然气主成藏期, 断层封闭性增强, 天然气聚集在构造 翼部的深部地层, 形成“ 上油下气、 顶油边气” 的分布格局。 关键词 地层水; 上油下气; 水动力; 油气充注 ; 渤海湾盆地 中图分类号 T E l 2 2 . 1 文献标识码 A Ev o l u t i o n o f p a l e o - h y dr o d y n a m i c s a n d h y dr o c a r bo n mi g r a t i o n a nd a c c umul a t i o n i n s o u t h e r n Do n g p u S a g, Bo ha i Ba y Ba s i n J i a o Da q i n g , L i Me i , Mu Xi a o s h u i , Xu T i a n wu 1 . Z h o n g y u a n O a fi a d C o m p a n y , S I NO P E C, P u y a n g , H e n a n 4 5 7 0 0 1 , C h i n a ; 2 . I n s t i t u t e o fMa r i n e G e o l o g y a n d R e s o u r c e s , Z h e j i a n g U n i v e r s i t y , H a n g z h o u , Z h e j i a n g 3 1 0 0 5 8 , C h i n a Abs t r a c t Hy d r o c a r b o n mi g r a t i o n a n d a c c umu l a t i o n a r e c l o s e d r e l a t e d wi t h h y d r o d y n a mi c fie l d. I n t h i s p a pe r , t h e h y d r o c a r b o n mi g r a t i o n a n d a c c u mu l a t i o n me c ha n i s m o f s o u t h e r n Do ng p u S a g wa s a n a l y z e d i n r e s p e c t o f t h e pale o - h y d r o d y n a m i c e v o l u t i o n.F o r mi ng t i me o f h y d r o c a r b o n r e s e r v o i r wa s de t e rm i n e d b y a n a l y z i n g t h e h o mo g e ni z a t i o n t e mp e r a t u r e o f flu i d i n c l u s i o ns , a n d t h e n h y d r o c a r b o n c h a r g i n g p r o c e s s wa s r e s t o r e d. Th e r e s u l t s s h o w t h a t t h e r e a r e t h r e e h y d r o d y na mi c u n i t s i n s o u t h e r n Do n g p u Sa g c e nt r i f u g a l flo w o f mu d s t o n e c o mpa c t i o n- r e l e a s e d wa t e r d e v e l o p e d i n t h e e a s t a n d we s t s u b s a g s, c e n t rip e t a l fl o w o f me t e o r i c w a t e r o c c u r r e d i n t h e L a n l i a o f a u l t b e l t , a n d c r o s s - f o r ma t i o n a l fl o w a n d d i s c h a r g e are a i n t h e c e n t r al u p l i ft e d b e l t . T h e l a t e r i s t h e mo s t f a v o r a b l e p l a c e f o r h y d r o c a r b o n a c c u mu l a t i o n .T h e s e d i me n t a r y p e rio d o f D o n g y i n g F o rma t i o n E d w a s t h e p ri ma ry s t a g e for h y d r o c a r b o n m i g r a t i n g t o a n d a c c u m u l a t i n g i n t h e b o t t o m o f d o w n t h r o w n b l o c k s o f f a u l t s . T h e s t a g e o f D o n g y i n g t e c t o n i c u p l i ft i n g w a s t h e m a i n p e r i o d o f h y d r o c a r b o n a d j u s t m e n t . H y d r o c a r b o n s f r o m t h e d e e p r e s e rvo i r s f o r me d i n e a r l y s t a g e r e mi g r a t e d t o a n d a c c u mu l a t e d i n t h e s h all o w l a y e r s o n s t r u c t u r a l hi g h, f o rm i n g t he s e c o n d a ry o i l r e s e r v o i r s . Th e Gu a n t a o a n d Mi n g h u a z he n we r e t h e ma i n p e rio d s for g a s a c c u mu l a t i o n. Na t ur a l g a s ma i n l y a c c umu l a t e d i n t he d e e p s t r a t a o f s t r u c t ur a l l i mb s, o wi ng t o t h e i n c r e a s i n g s e ali n g a bi l i t y o f f a u l t s, r e s u h i n g i n t h e“ u p p e r o i l l o w e r g a s , t o p o i l ma r g i n a l g a s ”h y d r o c a r b o n d i s t ri b u t i o n p a t t e rn . Ke y wor d s f o rm a t i o n wa t e r , u p p e r o i l - l o we r g a s , h y d r o d y n a mi c, h y d r o c arbo n c h a r g i n g, Bo h a i Ba y Ba s i n 通常 , 根据油气差异聚集原理 , 在 同一构造内气聚 集在构造高部位 , 而油 富集在构造低部位。但东濮 凹 陷南部地区油气分布刚好相反 , 呈 “ 上油下气 , 顶油边 气” 的分布状态 。东濮凹陷复杂断块发育 , 构造活动频 繁, 油气运移距离较短且多在断层下盘纵 向排列富集 , 形成“ 一把刷子 ” 的油气成藏模 式。前人就东 濮 凹陷 油气运聚规律 已经做 了很多 的研究工作 J , 但关于 东濮凹陷南部地区油气 田“ 上油下气 ” 的油气 分布特 征和“ 一把刷子” 的油气成藏模式 的形成机理 , 至今仍 没有统一的解释。 沉积盆地中油气通常与地下水相伴 生 , 地下水是 油气运移、 聚集的动力和载体 , 油气成藏是地下水在地 史进程 中循环活动的产物 J 。M u n n于 1 9 0 9年最先提 出了“ 油气聚集的水力学说 ” J 。R i c h 1 9 2 1 认为, 在泄水 区, 背斜或其它的构造可 以成为来 自各个方 向 地层流体 包括油气 汇集 的中心, 因而成为油气 聚集 收稿 日期 2 0 1 40 4 0 5 ; 修订 日期 2 0 1 4 0 62 0 。 第一作者 简介 焦 大庆 1 9 6 1 一 , 男 , 博 士、 教授级 高级工程师 , 石油地质 和油气勘探 。 通讯作者 简介 李梅 1 9 8 3 一 , 女 , 博 士后 , 石油地 质。E- ma i l l i m e i 5 1 3 z j u . e d u . c n 。 基金项 目 国家科技重大专项 2 0 1 1 Z X 0 5 0 0 6一 o 0 4 , 2 0 1 1 Z X 0 5 0 0 2 0 0 60 0 3 HZ 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5 期 焦大庆, 等. 渤海湾盆地东濮凹陷南部地区古水动力演化与油气运聚 5 8 7 表 1东濮 凹陷地层层序 Ta b l e 1 S e q u e n c e s t r a t i g r a p h i c o f t h e Do n g p u S a g 沉积 地层 厚度/ m 岩性组合 沉积相 旋 回 界 系 统 组 段 亚段 第 四系 平原组 Q P 1 5 0~2 3 0 浅棕黄色粘土 、 粉砂 、 砂砾层 上新统 明化镇组 N m 1 o o~1 2 5 0 棕色粘土 、 粉砂 、 含砾砂岩互层 河流相 新 近 系 中新统 馆 陶组 N g 2 0 0~6 O O 浅灰色沙砾岩夹棕 、 灰色泥岩 河流相 河流 一 泛 滥 东营组 E d 4 0 0 ~ 1 4 0 0 灰绿色泥岩与灰 白色厚层砂岩互层 平原相 E s 1 _匕 1 2 0~2 6 0 灰色泥岩夹薄层生物灰岩 、 砂 岩组合 Ⅱ 浅湖 一半深 渐 沙一段 旋 湖相 、 三角洲 新 E s 1 T 5 0~ 2 5 0 北部盐岩夹灰色 泥岩及 云质岩组合 ; 南 回 相 统 部灰色泥岩 、 泥灰岩与粉砂岩组合 E s 2 上 2 5 0~5 5 0 紫红色泥岩 、 泥膏岩 、 盐岩与砂岩组合 滨浅 湖相和 新生界 沙二段 扇 三角洲相 E s 2 T 2 5 0~ 6 5 0 红色泥岩与灰 白色砂岩互层 河 流 一泛滥平 古近系 原 、 漫湖相 沙河街组 E s3 】 1 5 0~ 5 0 0 暗色泥岩、 油页岩与粉砂 岩间互组合 E s 3 2 1 3 O~ 5 0 0 北部盐岩与暗色泥岩组合 ; 南 部灰 色泥 I 半深湖 一深水 始 沙三段 岩与薄层粉砂岩组合 旋 盐湖相和三 新 E 3 1 7 0~ 6 0 0 北部盐岩与暗色泥岩组合 ; 南部灰色泥 回 角洲 、 浊积相 统 岩与灰色砂岩间互 及扇三角洲相 北部灰 白色盐岩与灰黑色 泥岩组合 ; 南 E s3 4 5 0 0~2 0 0 0 部灰色泥岩与砂岩互层 漫湖 、 浊积 沙 四段 E O ~ 4 0 o 紫红色、 灰色泥岩与砂 岩互层 相 、河流相 中生界 Mz 河流相 的压出水水头分布特征 , 可 以用来反映盆地水动力场 的演化特征即不同地史阶段离心流的发育特点和油气 运移方向 图 2 。 东濮 凹陷古近纪为裂陷发育 阶段。沙四段沉积期 沉积作用主要发育于兰聊断层下降盘。该期兰聊断层 已开始较强烈 活动。东濮 凹陷发 育多个沉 降沉积 中 心 , 南 区主要在徐集 、 三春集 、 方里集 、 长垣西南 、 南何 家东北 、 东明北和固阳南等地有多个沉降 一沉积 中心 , 其 中尤 以徐集为中心的葛岗集凹陷最为发育 。压 出水 水头以这些 区域为中心呈不规则环状降低 图 2 a , 地 层压实排出水形成的离心流呈不规则 的放射状流动 , 离心流中心与压出水中心一致。 沙三段沉积期是东濮 凹陷的主裂陷期和扩张期 , 充填的地层 厚度 可 占古 近纪地 层厚 度 的 6 0 %以上。 地层分布范围也迅速扩大。该期也是大多数断裂的主 要活动期 , 大多数构造在该期基本定型。兰聊断层在 该期的强烈活动对东濮凹陷的发展演化起到主要控制 作用。葛岗集洼陷随兰聊断层南段沿走向生长向南北 两侧扩大。沙三段沉积期虽然兰聊断层发挥 了主导作 用 , 西部长垣 一石家集等边界断层 的作用明显加强 , 尤 其是石家集断层。同时出现 了东部兰聊断层下降盘 凹 陷带和西部沿长垣 一 石家集 一马寨 一六塔 一宋庙分布 的西部凹陷带。该期干旱的气候为盐湖发育提供 了基 础 , 在盆地 中心发育盐层沉积。东濮 凹陷南 区存在 3 个 明显的沉 降中心 带 , 分别位于前梨 园、 葛 岗集及 南何家附近。由于沙三段沉积的巨厚泥岩 , 压 出水水 头显著增大 , 压 出水水头呈现 了继承性地以沉 降中心 为中心的不规则环状降低趋 势 图 2 b 。泥岩压实水 离心流中心与沙四段沉积期基本一致。 沙二段沉积时期 , 盆地 内部同沉积活动断层数量 多、 活动强烈 , 但是单条断层的位移量并不很大。沉积 盆地表现为两条大致平行延伸的复式地堑 , 即西部 凹 陷带和东部 凹陷带。盆地沉降中心 由沙三段沉积时期 紧邻主干边界断层转移 到东 、 西两洼 陷带 的轴部。东 濮 凹陷南沉积沉降中心沿前梨园凹陷、 葛岗集 凹陷和 孟 岗集 一 南何家凹陷分布, 马厂附近缺失 。 沙一段沉积时期 , 大部分断层在沙二段沉积时期 发育的断层基础上发生继承性 活动 , 盆地沉降格局延 续了沙二沉积期。这一时期 的基底卷入正断层与其上 盘的反向盖层滑脱正断层共 同控制的地堑、 半地堑断陷 盆地 , 具有较明显的沉 降中心转移 , 南 区的西部次凹带 沉积较东部次凹带厚。泥岩压出水仍以东、 西两个次凹 带为中心向周缘流动。沙一段 一沙二段沉积期, 泥岩压 实水离心流由东、 西两个次凹向周缘呈放射状流动 , 在 凹陷夹持的中央低 凸起形成汇合越流泄水 区 图2 c 。 马厂附近由于地层暴露剥蚀 , 发育大气水下渗向心流。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5期 焦大庆, 等. 渤海湾盆地东濮凹陷南部地区古水动力演化与油气运聚 5 9 3 烃源岩达到生油高峰 , 地层沉积压实, 泥岩压实流发育 强度大 , 能量积累 , 是石油主要运移、 聚集期。东 营组 沉积期 , 盆地构造活动明显减 弱。大部分基底 断层在 东营组沉积时期基本停止活动 , 但 兰聊断层中、 北段和 南区的黄河断层、 长垣断层仍有一定程度 的活动, 成为 这一时期控制盆地沉降的主要基底断层。桥东断层、 李屯断层和马东断层分别是桥 口和马厂地 区油气运移 的主要通道, 来自深洼陷的油气在压实流驱动下, 通过 开启性油源断裂运移至构造高部位相对埋深较大的层 位聚集成藏 。油气以侧 向运移为主 , 伴 随着沿黄河断 层 、 厂东断层等 阶段性开启断裂 向上垂 向调整。由于 阶段性开启断裂活动性相对较弱 , 石油垂 向调整 幅度 较小 , 主要聚集在黄河断层及厂东断层下盘的底部 。 东营组抬升剥蚀期 图 6 c , 古近系烃源岩已进人 生油高峰 , 生成的油气在 向浅部地层运移的过程 中, 由 于东 营运动导致 的地层抬升剥蚀 、 断层活动性增强 , 地 层温度 、 压力降低 , 能量释放 , 天然气出溶游 离, 逐渐析 出而形成一些天然气藏, 但还是以形成油藏为主。能 量降低 , 泥岩压实强度 减弱 , 凹陷 中心发育弱 的离心 流, 流体侧向运移驱动力减小, 油气主要依靠浮力沿断 裂向浅部地层纵 向调整为主 , 是石油运移 、 调整和主成 藏期 。东营组沉积末期的构造运动发育 的次级断层 , 或后期油气驱替使早期深层油气藏重新分配在构造高 部位 的浅部重新 聚集形成浅层次生油藏 , 油气分布范 围变宽 。这些次级断层活动时间较短 , 浅层油藏具有 快速成藏的特征, 由于浅层油藏为早期生成的油气成 熟度低天然气含量少 , 加之东营运动地层剥蚀 , 盖层变 差 , 天然气进 一步散失 , 使得浅层 油藏基 本不含天然 气 , 原油密度也较大。 馆 陶组 一明化 镇 组 沉积 期 为 天然 气 主 成 藏期 图6 d , 断层活动性减弱, 封闭性增强, 天然气通过油 源断裂的沟通 以垂向运移 、 侧向短距离调整 聚集为主。 发育于桥 口构造东翼的李屯断层 , 定型时间较早 , 在东 营组沉积早期就基本结束 了断层活动 , 因此 , 其封堵性 较好 , 阻止了葛岗集洼陷沙三段后期生成的油气继续 向桥口构造顶部运移, 只能在邻近断层的圈闭中聚集, 所形成的油藏在后期 由于埋深不断加大 , 地温逐渐升 高而裂解为气态。在桥 口构造东翼形成断层 一地层复 合圈闭的“ 李屯天然气藏” 。北部含气区油气来 自前 梨园洼陷, 沿一个个台阶向上运移, 断层层层封堵, 由 于受玉皇庙断层的封堵作用 , 油气沿北侧聚集 , 在北翼 深部位则聚集 了晚期生成的凝析气 。从而导致桥 口地 区的油气分布呈“ 上油下气、 顶油边气” 的分布格局。 马厂地 区晚期生烃强度 和规模不大 , 仅少 量天然气通 过油源断裂的沟通垂向运移 、 侧 向短距离调整聚集 , 分 布在构造翼部相对较深 的低部位 图 6 d 。 对比分析桥 口和马厂油 田油气成藏条件和充注过 程可知 , 桥 口地区油气充注范 围更广 , 在 E s 和 E s 段 地层均有油气成藏 , 构造翼部发育大量天然气藏 , 而马 厂地区油气主要集 中在 E s 段地层 , 且后期天然气藏 规模较小 图6 。分析原因主要有以下几点 1 与桥 口地区相 比, 马厂油 田 E d末抬升剥蚀厚 度大 , N gN m期二次生烃强度弱 , 规模小 , 缺乏足够 的动力推动流体运移至更远的地层成藏 ; 2 断层活动性 、 组合结构差异。马厂地 区并排发 育 3组倾角较小的马东断裂 , 与厂东断裂组合更加复 杂 , 随离心流强度减弱 , 马东断裂上部封 闭性增强 , 对 下伏油层起遮挡作用 ; 3 马厂油 田油柱高度较低 , 浮力小 , 突破能力弱 ; 4 马厂油 田“ 0 ” 号泥岩为区域性盖层 , 桥 口油 田 以砂泥互层为主, 缺乏稳定的区域性盖层 , 油气遮挡作 用相对较弱 。 5 结论 1 东濮 凹陷现今水动力场可划分为 3个水 动力 单元 东濮凹陷南部东 、 西次凹带发育泥岩压实水离心 流 ; 兰聊断裂带发育大气水下渗向心流; 中央低 凸起位 于东西两侧离心流汇合越 流泄水 区, 油气伴随离心流 在该带汇聚 , 是油气聚集成藏的有利区域。 2 桥 口地区具有多期油气充注的特点 , 且不 同构 造位置油气成藏期次差异较大。构造东翼李屯反 向屋 脊断块区发育 3 期油气成藏, 分别对应东营沉积期末、 东营运动拾升剥蚀期和 明化镇组沉积时期 。前两期 以 油为主, 晚期主要是天然气成藏; 构造南部、 构造西翼 及构造东翼地垒断块的沙三段二亚段 一 沙三段三亚段 地层油气主要为早 、 中期两期成藏, 而构造顶部浅层的 沙一段 一沙二段仅发现一期油气成藏 , 对应时期为东 营运动抬升剥蚀期 。马厂地 区仅有两期油气充注 , 对 应于东营组沉积末期和抬 升剥蚀期 , 晚期天然气成 藏 较少 。 3 E d沉积时期是石油最主要 的生成、 运移 、 聚集 期 , 该阶段油气 主要 聚集在 中央隆起带 的深部地层 ; E d抬升剥蚀期是石油 的主要调整运移期。早期形成 的深层油气藏 向构造高部 位的顶部运移 , 重新聚集形 成浅层次生油藏 , 油气分布范围变宽 ; N gN m沉积期 为天然气主成藏期 , 主要聚集在构造东翼的深部地层 , 形成深层天然气充注系统 , 从而导致油气分布呈“ 上油 下气 、 顶油边气 ” 的分布格局 。 4 桥口地 区油气充注范围广 , 在 E s 和 E 段地 层均有油气成藏 , 构造翼部发育大量天然气藏 , 而马厂 地区油气主要集 中在 段地层 , 且后期天然气藏规 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 9 4 石 油 与 天 然 气 地 质 第 3 5卷 模较小 。原 因主要与马厂油 田东营运动期间地层抬升 [ 1 4 ] 剥蚀厚度大, 馆陶组 一明化镇组沉积期二次生烃强度 弱 , 缺乏足够的动力推动流体运移至更远 的地层成藏 , 且“ 0 ” 号泥岩为区域性盖层 , 封闭能力强 , 马厂油 田油 柱高度较低 , 浮力小 , 突破能力弱等有关 。 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5] [ 6 ] [ 7] [ 8 ] [ 9] [ 1 O] [ 1 2 ] [ 1 3 ] 参考文献 雷利安. 东濮 凹陷桥 口构造油气运移模式探讨 [ J ] . 天然气工业 , 1 9 9 6, 1 6 1 91 4 . 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