东濮凹陷北部流体作用与油气运聚
时间：2023-02-15 13:25:07 来源：千叶帆 本文已影响人
徐田武，张成富，金爱民，朱蓉，王君，王库，王睿，姚欣雨
（1.中国石化中原油田分公司勘探开发研究院，河南 濮阳 457001；
2.浙江大学海洋学院，浙江 舟山 316021；
3.中国石化中原油田分公司文留采油厂，河南 濮阳 457171；
4.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司监督中心，天津 300452；
5.中陕核工业集团地质调查院有限公司，陕西 西安 710000）
含油气盆地中地层水与油气的生成、运移、成藏、保存和散失等过程有着密切的关系。在这些过程中，地层水与围岩、油气不断发生物质和能量的交换，且伴随各种物理、化学反应，因此研究地层水可以获得与油气相关的大量信息[1-3]。通过研究与油气运聚、保存相关的地层水化学特征，可以为油气勘探的方向提供化学依据。地层水不仅是油气运移、聚集的载体，也是其运移动力之一[4-5]。盆地流体动力学连接了油气生成、运移、聚集成藏、调整破坏的全过程[6]。东濮凹陷北部地质条件比较复杂，本文结合不同地区流体化学与流体动力学特征，深入分析了流体作用与油气运聚的关系，总结了研究区油气富集的主要控制因素，以期为油气勘探提供指导。
东濮凹陷北部位于渤海湾盆地南缘临清坳陷的东南部，东部以兰聊断裂与鲁西隆起为界，西部超覆于内黄隆起上，南部隔兰考凸起与开封坳陷相望，北部以马陵断层与莘县凹陷相连。凹陷呈NNE走向，北部窄南部宽，在构造演化及沉积相带上具有明显的“南北分区、东西分带”的特征，是一个早期箕状东断西超、晚期双断式凹陷[7-11]。凹陷又可分为东部陡坡带、东部洼陷带、中央隆起带、西部洼陷带、西部斜坡带等5个构造带。洼陷带是盆地的沉积中心，是盆地内主要烃源岩的发育区。东濮凹陷是我国东部地区典型的既富油又富气的盆地，在古近系沉积了多套盐岩，也是一个典型的含盐盆地。东濮凹陷古近系可以分为2个大的沉积旋回：第 1 旋回从沙四段（Es4）到沙二段下亚段（Es2l），第 2旋回从沙二段上亚段（Es2u）到东营组（Ed）。
2.1 地层水氢、氧同位素特征
地层水氢、氧同位素测试已经成为地层水成因和演化研究中最重要的分析方法。国内外学者结合区域地质和古水文地质背景，对大量的地层水、溶质及伴生矿物进行同位素分析。他们的研究表明，地层水通常有着复杂的演化史，并且由不同来源的水混合而成[12-15]。
东濮凹陷北部古近系地层水氢、氧同位素δD，δ18O值（SMOW标准）的分布范围分别为-50‰～-76‰，-8.8‰～0.7‰，平均值分别为-58.06‰，-3.68‰（见表1）。
根据研究区地层水氢、氧同位素测试数据与全球大气降水曲线的分布关系可知（见图1），东濮凹陷北部沙河街组地层水氢、氧同位素的特征是右偏大气降水曲线，偏离距离较远，随着研究区层位变老，偏移距离有增大趋势。测试数据表明，东濮凹陷北部地层水以原生沉积水为主，是强烈水岩作用的结果，除局部断裂发育带外，研究区整体受大气降水影响较弱，且随埋深增加，大气降水影响程度进一步减弱。这反映了东濮凹陷北部地层封闭性整体较好，有利于油气的聚集、保存。
表1 东濮凹陷北部古近系地层水δD，δ18O值统计
图1 东濮凹陷北部沙河街组地层水氢、氧同位素关系
2.2 平面分布特征
东濮凹陷北部沙三段（Es3）地层水矿化度最高。矿化度高值区主要分布在中央隆起带的文留地区，尤其是文留东部，沙河街组各层段高矿化度地层水分布范围基本吻合，表明该地区断裂发育，地层垂向连通性具有一定的继承性。东部前梨园洼陷及西部海通集洼陷、柳屯洼陷由于泥岩压实排出地层水的淡化作用（离心流），矿化度较低。西部斜坡带外缘，尤其是西北部文明寨地区，由于地层抬升剥蚀强烈，大气降水下渗（向心流），使得地层水矿化度下降。西部斜坡带位于向心流与离心流汇合形成的越流泄水区，地层水在越流过程中不断浓缩，矿化度增加。生烃洼陷生成的油气伴随离心流由洼陷中心向构造高部位运移，地层水矿化度高值区与油气富集区在平面分布上具有高度的一致性（见图2）。
图2 东濮凹陷北部沙三段地层水矿化度平面分布
钠氯系数是地层封闭性、地层水变质程度和活动性的重要指标[3]。钠氯系数越高，地层水受大气降水下渗的影响越强，对烃类的保存越不利；
钠氯系数越低，地层的封闭性越好，越有利于烃类保存。矿化度高值区往往钠氯系数较低。研究区西北部卫城-文明寨地区受大气降水下渗的影响较大，钠氯系数高，地层封闭性较差。文留地区由于盐岩发育，地层封闭性较好，地层水变质程度大，钠氯系数低（见图3）。
图3 东濮凹陷北部沙三段地层水钠氯系数平面分布
2.3 典型剖面地层水化学特征与油气运聚关系
文留中部油气主要来源于前梨园洼陷和海通集洼陷，烃源岩主要是古近系沙三段泥岩。油气沿断裂具有幕式排放的特征，以垂向运移为主。纵向上烃类聚集层系沿主干断裂呈羽状分布。
文留中部处于东部前梨园洼陷和西部海通集洼陷之间的叠合越流泄水区，泥岩压实排出的地层水在向构造高部位越流过程中不断浓缩，矿化度增加，加之受盐岩淋滤影响，地层水矿化度高（大于330 g/L）（见图4）。浅层局部断层开启，沟通大气降水下渗淡化，地层水矿化度较低。
图4 文留中部文208井—文110井地层水矿化度剖面分布
地层压力是地下流体运动的动力，流体由地层压力系数高值区向低值区运动；
在地层温度差作用下，流体以热对流形式运动。因此，研究东濮凹陷北部地层温压场特征，有利于深入分析油气运移的动力。
3.1 地层压力系数剖面分布特征
东濮凹陷北部地层压力数据主要集中在沙二、沙三段，以常压—高压为主；
沙一段压力数据较少，且以常压为主。整个沙河街组地层压力系数最高可达2.0。总体上，地层压力系数随埋深增加逐渐增大。高压在各层段均有分布，超高压（地层压力系数大于1.5）主要集中在沙三段。该区域盐岩发育，地层封闭性良好，加之油气大量运移充注，导致地层高压。
东濮凹陷不同构造带先后经历了超压原始积累阶段、超压释放阶段和超压重新形成阶段。东营组剥蚀之前（27 Ma之前），由于下部地层埋藏深度的不断增加和烃类的逐渐生成，地层压力不断积累，至东营组沉积末期达到最大值，是主要的超压原始积累阶段；
东营组抬升剥蚀期（27～17 Ma），由于强烈的构造运动，本区已有的断层活动性增强，为异常压力释放提供了条件；
东营组抬升剥蚀期之后（17 Ma之后），上覆地层厚度逐渐增加，封闭系统重新形成，地层压力再次逐渐增加，形成了现今的压力分布格局。
3.2 流体动力平面分布特征
除西部斜坡带及卫城-文明寨地区为弱低压—常压外，研究区北部沙三段普遍发育高压。文留地区超高压分布区也是油气最为富集的区域。文留地区文东滚动背斜带和文东地堑带是超高压分布区，也是地层水矿化度高值区。这种现象表明，沙三段异常高矿化度地层水形成于相对封闭的环境之中。
从沙三段油势平面分布看，油势高值区主要分布在中央隆起带的文留东部及西部洼陷带。文留东部紧邻前梨园生烃洼陷，大量油气不断运移充注，加之盐岩良好的封盖性以及断层的封堵，导致油势增加（见图5）。西部洼陷带为油势高值区，流体由洼陷中心向周缘运移，西部斜坡带流体主要来源于该洼陷带。
图5 东濮凹陷北部沙三段油势平面分布
3.3 典型剖面流体动力学特征与油气运聚关系
在文留中部文208井—文110井剖面上，近洼带盐下及盐间形成超高压，油势高，油气沿断裂具有幕式排放的特征，油气运移动力主要是深部地层超压（见图6、图7）。早期断层活动开启，大量油气沿着断层快速运移至浅部地层，油势随之减小。后期断裂活动性减弱，断裂封闭性增强，油气就近运聚，在洼陷低部位形成油藏。局部地层封闭性较差，地层流体泄压，导致地层压力下降。
图6 文留中部文208井—文110井地层压力系数剖面分布
图7 文留中部文208井—文110井油势剖面分布
1）东濮凹陷北部地层水矿化度高值区主要分布在中央隆起带的文留地区，沙河街组各层段高矿化度地层水分布范围基本吻合，表明该地区断裂发育，地层垂向连通性具有一定的继承性。地层水矿化度高值区与油气富集区在平面分布上具有高度的一致性。总体上，东濮凹陷北部地层水以原生沉积水为主，是强烈水岩作用的结果，受大气降水影响作用相对较弱，地层封闭条件较好。西北部卫城-文明寨地区受大气降水下渗影响较为明显。
2）东濮凹陷北部沙三段除西部斜坡带及卫城-文明寨地区为弱低压—常压外，其余地区普遍发育高压。超高压主要分布在文留东部及中部，超高压分布区也是油气最为富集的区域。文留地区由于油气大量运移充注及盐岩良好的封盖性，对高压的保存起着极其重要的作用。
3）东濮凹陷北部文留地区油气成藏机理与西部斜坡带有所不同。文留地区断裂发育，油气以垂向运移为主、侧向运移为辅，呈现高地层水矿化度、高地层压力系数特征；
西部斜坡带油气以侧向运移为主、垂向运移为辅，为高地层水矿化度、相对低地层压力系数区，邻近深凹的边缘平缓储层，有利于天然气的聚集，天然气可准连续分布。
