苏德尔特地区位于海拉尔盆地贝尔凹陷中部的苏德尔特潜山构造带上, 构造上主要包括贝西洼槽和苏德尔特潜山构造的部分地区, 少量为霍多莫尔背斜带和敖瑙海洼槽的局部地区。油气钻探结果揭示, 苏德尔特地区发育的地层由下至上分别为下白垩统的铜钵庙组、南屯组、大磨拐河组、伊敏组, 上白垩统的青元岗组及新生界。目前苏德尔特地区已发现的油气主要分布在南屯组, 少量分布在大磨拐河组。南一段作为主要含油气层, 其油气主要来自南一段下部发育的源岩, 属于下生上储式生储盖组合。目前, 南一段已发现的油气主要分布在苏德尔特的中部地区, 其它地区相对较少, 这是因为除了受其构造圈闭是否发育的影响外, 很大程度上还受断裂向砂体侧向分流运移油气形式分布的影响。由此看出, 能否正确认识苏德尔特地区南一段断裂向砂体侧向分流运移油气形式及其与油气聚集关系, 对于正确认识其油气分布规律和指导油气勘探均具有重要意义。

关于断裂和砂体运移油气前人曾做过大量研究。利用断裂活动时期与油气成藏期之间的关系, 结合断裂断穿层位, 划分输导断裂类型^[1-5], 认为只有油气成藏期活动的断裂才是输导油气的断裂, 否则就不是输导油气的断裂; 再者根据断裂活动速率相对大小和断层面凸面脊发育部位^[6-7], 预测断裂运移油气优势路径, 认为断裂活动速率相对较大部位和凸面脊发育部位应是断裂运移油气优势路径^[8-11]。对砂体运移油气而言, 主要是利用地层砂地比值与砂体连通分布所需的最小地层砂地比值, 预测连通砂体分布^[12-14], 由砂体所在地层顶面埋深预测油气成藏期古油气势场分布特征, 据此预测砂体所在地层顶面古构造脊分布, 两者结合研究砂体运移油气优势路径^[15-17], 认为连通砂体所在地层顶面的古构造脊应为砂体运移油气优势路径, 否则不是砂体运移油气优势路径。这些研究成果对指导含油气盆地下生上储式断砂配置圈闭中油气勘探起到了非常重要的作用。

上述对断裂和砂体运移油气及其与油气聚集关系研究均是分开进行的, 将二者结合起来研究断裂向砂体侧向分流运移油气形式及其与油气富集关系至今未见文献报导, 有也仅仅是断裂向砂体侧向分流运移油气条件及层位的研究^[18-19], 难以准确地反映含油气盆地下生上储式断砂配置圈闭中油气运聚规律, 这无疑不利于含油气盆地下生上储式断砂配置圈闭中油气勘探的深入。因此, 本文利用钻井、地震和油气测试资料, 通过确定苏德尔特地区南一段断裂运移油气优势路径和砂体运移油气优势路径, 将二者叠合, 开展其断裂向砂体侧向分流运移油气形式研究, 再与油气分布相结合, 开展断裂向砂体侧向分流运移油气形式及其与油气聚集关系研究, 目的是正确认识苏德尔特地区南一段油气分布规律并指导其油气勘探。

由苏德尔特地区已发现油气藏的典型油气藏解释剖面可知, 该区南一段油气成藏模式是南一段下部源岩生成的油气通过断裂向上运移, 因受上覆大一段下部区域性泥岩盖层阻挡, 向南一段上部砂体中侧向分流运移, 已进入到南一段上部砂体中油气再侧向运移, 最后在断砂配置圈闭中聚集成藏^[20-21](图 1)。由此不难看出, 断裂和砂体是其油气运移的输导通道。

图 1(Fig. 1)

图 1 苏德尔特地区构造及地层特征

苏德尔特地区南一段内并不是所有断裂均可成为输导断裂, 只有连接源岩和目的层, 且在油气成藏期即伊敏组沉积末期活动的断裂才能成为油气成藏的输导断裂。由三维地震资料解释成果可知, 苏德尔特地区南一段内发育3种类型断裂(图 2), 但只有Ⅰ型和Ⅱ型断裂才能成为输导油气断裂, 因为它们连接了南一段下部源岩和上部储层, 且在油气成藏期——伊敏组沉积晚期活动。图 3展示了苏德尔特地区南一段断裂向砂体侧向分流运移油气形式与油气富集关系。由图 3可以看出, 苏德尔特地区南一段内仅发育3条输导油气断裂, 走向皆为北东东向, 其中F₁断裂平面延伸相对较长, 主要分布在研究区中北部; F₂断裂平面延伸长度小于F₁断裂, 主要分布在研究区西部边缘; F₃断裂平面延伸长度最小, 主要分布在研究区东北部。

图 2(Fig. 2)

图 2 苏德尔特地区断裂类型划分示意

图 3(Fig. 3)

图 3 苏德尔特地区南一段断裂向砂体侧向分流运移油气形式与油气富集关系

由三维地震资料读取苏德尔特地区3条输导油气断裂断层面现今埋深。采用地层古埋深恢复方法^[22]恢复3条断裂断层面在油气成藏期的古埋深, 利用公式(1)计算其断层面古油势能值, 由断层面古油势能等值线汇聚线, 便可以得到苏德尔特地区南一段3条输导油气断裂运移油气优势路径分布如图 4所示。由图 3和图 4可以看出, F₁断裂发育a, b, c, d 4条运移油气优势路径, 其中a, b分布在其中西部, 而c, d分布在其东北部; F₂断裂只发育1条运移油气优势路径e, 分布在其东北部; F₃断裂发育f, g 2条运移油气优势路径, 分别分布在其中部和东北部。

图 4(Fig. 4)

图 4 苏德尔特地区南一段输导油气断裂运移油气优势路径厘定

式中: Φ为断层面流体势能; Z为断面埋深; P为断层面流体压力; ρ为不同埋深处油气密度; g为重力加速度, 取9.8m/s²。

油气勘探结果表明, 并非所有砂体均可运移油气, 只有连通砂体方可运移油气。油气钻探结果揭示, 苏德尔特地区南一段主要为扇三角洲沉积, 砂体相对发育。由钻井资料统计得到苏德尔特地区南一段地层砂地比值如图 5a所示。由图 5a可以看出, 苏德尔特地区南一段地层砂地比值高值区主要分布在其东部, 砂地比值可达到85%;其次是西部边部, 砂地比值可达到75%;中部的南部和北部地层砂地比值相对较小, 小于18%。由贝尔凹陷南一段地层砂地比值与目前已发现油气分布之间的关系, 可以得到含油气砂体所在地层最小地层砂地比值约为18%(图 5b), 可将其作为苏德尔特地区南一段砂体连通所需的最小地层砂地比值。因为只有砂体连通, 油气才能在其内运移和聚集, 油气钻探才会有油气发现, 否则无油气发现。据此可以得到苏德尔特地区南一段连通砂体分布(图 5a), 可以看出, 苏德尔特地区南一段砂体连通分布区主要分布在东部和西部, 中部地区仅中部局部地区砂体连通, 而其南部和北部砂体皆不连通。

图 5(Fig. 5)

图 5 苏德尔特地区南一段地层砂体连通分布预测结果 a连通砂体分布; b砂体连通所需最小地层砂地比值

利用苏德尔特地区南一段顶面现今埋深, 采用地层古埋深恢复方法^[22]恢复其油气成藏期的古埋深, 依照公式(1)计算其古油势能值, 再由其古油势能等值线法线汇聚线, 可以得到苏德尔特地区南一段顶面古构造脊分布; 然后与南一段连通砂体分布区叠合, 可以得到其砂体运移油气优势路径分布(图 6)。由图 6可以看出, 苏德尔特地区南一段连通砂体发育7条运移油气优势路径, 主要分布在其中部, 由东至西分别为①, ②, ③, ④, ⑤, ⑥, ⑦。这7条运移油气优势路径均由北向南延伸, ②, ③, ④, ⑤, ⑥向中部汇聚。

图 6(Fig. 6)

图 6 苏德尔特地区南一段顶面古油势能分布

将上述已确定的断裂运移油气优势路径分布和砂体运移油气优势路径分布叠合, 可以得到苏德尔特地区南一段断裂向砂体侧向分流运移油气形式分布(图 3)。由图 3可以看出, 苏德尔特地区南一段断裂向砂体侧向分流运移油气形式主要有以下4种。

1) 汇聚型断裂向砂体侧向分流运移油气形式。这种形式是断裂运移油气优势路径和砂体运移油气优势路径直接连接, 最有利于断裂运移油气向砂体运移油气转换, 油气运移散失量最小, 易形成油气大规模聚集成藏。这种汇聚型断裂向砂体侧向分流运移油气形式在苏德尔特地区南一段主要分布在F₁断裂的a, b, c处。

2) 先发散后汇聚型断裂向砂体侧向分流运移油气形式。这种形式是断裂运移油气优势路径与砂体运移油气优势路径之间被一段无优势路径的连通砂体相隔, 较有利于断裂运移油气向砂体运移油气转换, 因为断裂运移油气优势路径虽未与砂体运移油气优势路径直接连接, 但断裂运移油气经过一段无优势路径砂体的分散运移损失后, 便可进入到砂体运移油气优势路径中汇聚运移, 也可形成一定规模的油气聚集。这种先发散后汇聚型断裂向砂体侧向分流运移油气形式在苏德尔特南一段主要分布在F₁断裂的d处。

3) 发散型断裂向砂体侧向分流运移油气形式。这种形式是断裂运移油气优势路径与无优势路径的砂体运移连接, 不利于断裂运移油气向砂体运移油气转换, 造成油气运移大量散失, 难以形成大规模油气藏。这种发散型断裂向砂体侧向分流运移油气形式在苏德尔特南一段主要分布在F₂断裂的e处。

4) 断裂无法向砂体侧向分流运移形式。这种形式是断裂运移优势路径未与连通砂体连接, 断裂运移油气不能向砂体运移油气转换, 油气无法聚集成藏。这种断裂向砂体侧向分流运移油气形式在苏德尔特南一段主要分布在F₃断裂的f, g处。

由图 3可以看出, 苏德尔特地区南一段目前已发现了3处油气储量范围区, 其中, 中部油气储量范围最大, 其次是东部油气储量范围, 西部油气储量范围最小。将上述已确定的苏德尔特地区南一段断裂向砂体侧向分流运移油气形式分布与已发现油气储量范围叠合, 发现二者之间具有较好的对应关系。

在汇聚型断裂向砂体侧向分流运移油气形式分布处的F₁断裂a, b, c附近, 南一段已发现的油气储量范围最大, 这是因为该区断裂运移油气优势路径与砂体运移油气优势路径连接, 有利于断裂运移油气向砂体运移转换, 下伏南一段下部源岩生成的油气经此断裂向砂体侧向分流运移可有效地向其附近聚集, 油气运移损失量最小, 最有利于油气大规模聚集成藏, 发现的油气储量范围最大。

在先发散后汇聚型断裂向砂体侧向分流运移油气形式分布的F₁断裂d附近, 南一段已发现的油气储量范围中等, 这是因为该区虽然断裂运移油气优势路径未与砂体运移油气优势路径直接连接, 但经过一段连通砂体发散运移后, 仍可连接砂体运移优势路径, 可以较有效地使断裂运移油气向砂体运移油气转换, 下伏南一段下部源岩生成的油气经此断裂向砂体侧向分流运移可较有效地向其附近聚集, 油气运移损失量较小, 较有利于油气大规模聚集成藏, 发现的油气储量范围中等。

在发散型断裂向砂体侧向分流运移油气形式分布的F₂断裂e附近, 南一段已发现的油气储量范围最小, 这是因为该区断裂运移油气优势路径未与砂体运移油气优势路径连接, 不利于断裂运移油气向砂体运移油气转换, 下伏南一段下部源岩生成的油气经此断裂向砂体侧向分流运移不能有效地向其附近聚集, 油气运移损失量较大, 不利于油气大规模聚集成藏, 发现的油气储量范围最小。

在断裂无法向砂体侧向分流运移油气形式分布处的F₃断裂f, g附近, 南一段至今未发现油气储量, 这是因为该区断裂运移油气优势路径连接的是不连通砂体, 断裂运移油气无法向砂体运移油气转换。下伏南一段下部泥岩生成的油气经此断裂向砂体侧向分流运移不能向其附近聚集, 因而无油气储量发现。

上述苏德尔特地区南一段目前已发现油气分布与断裂向砂体侧向分流运移形式之间的关系, 说明了上述断裂向砂体侧向分流运移油气形式的研究成果是可靠的。

1) 苏德尔特地区南一段断裂向砂体侧向分流运移油气形式有4种: ①汇聚型断裂向砂体侧向分流运移油气形式, 主要分布在F₁断裂的a, b, c处; ②先发散后汇聚型断裂向砂体侧向分流运移油气形式, 主要分布在F₁断裂的d处; ③发散型断裂向砂体侧向分流运移油气形式, 主要分在F₂断裂的e处; ④断裂无法向砂体侧向分流运移油气形式, 主要分布在F₃断裂f, g处。

2) 苏德尔特地区南一段断裂向砂体侧向分流运移油气形式不同, 油气富集程度不同。在汇聚型断裂向砂体侧向分流运移油气形式分布的F₁断裂a, b, c附近, 最有利于油气运移和聚集, 发现的油气储量范围最大; 在先发散后汇聚型断裂向砂体侧向分流运移油气形式分布的F₁断裂d附近, 较有利于油气运移和聚集, 发现的油气储量范围中等; 在发散型断裂向砂体侧向分流运移油气形式分布的F₂断裂e附近, 不利于油气运移和聚集, 发现的油气储量范围最小; 在断裂无法向砂体侧向分流运移油气形式分布的F₃断裂f, g附近, 无油气运移和聚集, 因而无油气储量发现。