4.2 碳酸盐岩走滑断层内部结构及其油气运聚效应
轮古东地区晚期天然气沿断层气侵表现出的特殊性为:断裂带的两侧的物性均得到了大幅度的改善(1-2个数量级),但是晚期气侵仅仅发生在断层以东地区,并顺断裂带垂向运移。至断层交汇部位气侵范围才跨越了断裂带影响断层以西的层位。由于断层总体倾向西,与图7所展示的特征大致类似,从模式上看应该有利于油气向西侧的运移。这种矛盾可能由断层的内部结构引起的发表论文。
受断层角砾的影响,油气沿断层发生运移时会造成在断层不同构造部位的聚集效应差异明显。根据Aydin(2000)的研究,断层角砾的结构大致可以分为3类(图6),其中前两类在断层中形成了比较明显的断层角砾涂抹层(图6a和b),而后一种没有形成明显的断层角砾(图6c)。考虑油气注入点与断层涂抹层之间的相互关系,就会发现油气在断层不同构造部位[L14]注入会导致不同的油气聚集效果。在前两种情况下,受断层涂抹作用的影响,油气沿A(或者B)中的一点注入时,总是倾向于利用高孔渗的有限通道(Miles,1990;Tompson,1991)运移,因而不会穿越低孔渗的断层涂抹层,导致油气总是在油气注入点相应的一侧断块聚集。相反对第三种情况来说地质论文,油气总是倾向于沿整个断裂带运移,受浮力的影响,油气总是倾向于在构造的上倾部位聚集。
轮古东地区断层的内部结构及其孔渗关系明显[L15]属于第二种情况,即断层活动对周缘的储层物性具有明显的改善效果,但是油气运移示踪结果显示,天然气没有穿越断裂带导致断层以西油气性质,特别是天然气气油比的大幅度改善,因此可以推断在断裂带存在明显的断层涂抹现象,这是这种断层涂抹作用屏蔽了天然气向断层另一盘的运移。
研究成果[L16]同样说明断层交汇部位的储层物性存在特殊性。在轮古东断层与桑塔木断层的交汇部位下部鹰山组的储层物性提高了2个数量级,但是上部储层物性并无明显的改善。但是油气在该地区穿越了断裂带向断层西部运移,这说明两断层的交切使断层的内部结构由第二种类型转变成了第三种类型,大幅度改善了断层的输导性。[L17]这可能是断层交汇部位成为油气运移特殊的输导通道的关键原因之一(向才富,2009;向才富,2010a,向才富等,2010b) 。
4.3 断层交汇部位及其油气输导效应
油气运移存在主输导通道,主输导通道一般受输导层顶面构造形态控制(Hunt, 1994),特别是多种类型的构造脊,如鼻状构造(England et al., 1987;Hindle,1997;向才富等,2004)。晚期生成的油气更易于沿早期烃类运移过的路径进行运移(Thompson,1991),油气二次运移也不是利用所有的输导层,而是沿有限的物性相对良好的输导层进行运移,以砂岩输导层为例,其厚度一般不超过6m(Miles,1990),受此影响,油气进入圈闭的路径更倾向于点状注入,而不是线带状或者面状。[L18]
轮古东地区远离其主要的生烃坳陷——满加尔凹陷(参考文献),但是邻近东部的草湖凹陷(草湖洼陷做为生烃洼陷的参考文献)。因此油气运移可能兼具长距离和短距离运移的特征。从前文分析可见[L19],轮古东地区至少具有两个点状油气源,即顺轮古东断层南侧向北和自轮古37断层自北向南的两个方向的油气运移,控制了轮古东地区几乎所有高产油气流井的空间分布,因此对轮古东的油气成藏具有特殊重要的意义。轮古东地区第三个需要进一步论证的油气注入点是桑塔木断层和轮古东断层的交汇部位,与前两个油气注入点具有相似的特点。但是现有资料很难区分该部位是油气沿上述两个注入点注入交汇造成的结果还是由单独的油气注入点造成的。
这种点状运移方式相比于传统的认识——油气沿东部斜坡普遍注入运移成藏无疑效率更高,运移损失量更小。轮古东地区油气地化指标均指示在轮古东断层南部和轮古37断层的北部是油气的主要注入点地质论文,并且控制了轮古东地区的主要油气藏,这与传统的对轮古东地区油气成藏模式形成挑战(韩剑发等, 2008;邬光辉等, 2005)。
断层交汇部位的储层物性大幅度提高的另外一个原因是该部位是多期构造活动应力和应变集中的部位,有利于岩石的反复破碎,形成相对高孔渗的储层。[L20]从岩石力学的角度来说,断层交汇部位的岩石力学性质强度更小,在相同的构造应力和流体动力条件下,更容易造成
断层的复活和活动,从而形成油气垂向运移的通道;吴立新等(2004)在垂直交汇断层组合事件的物理模拟实验中发现,凡主次断层交汇的部位都出现高温辐射[L21],辐射区域的形状呈圆形,说明断层交汇部位更容易发生断层的错动,从而导致岩石的破碎。从岩芯上可看出轮古东地区存在多期构造活动形成的多期构造裂缝(邬光辉等, 1999)。
叠合盆地多期多幕构造运动有利于同期或者不同期次形成断层的交汇切割。断层交汇形成存在以下几个成因机制:①共轭断层:在同一应力场作用下同期形成的两组相交断层;②调节断层(或转换断层):转换断层是具有较大走滑运动分量的横向断层,正断层和伸展构造体系在走滑断层内终止,走滑断层传递正断层或者伸展构造之间的应变(Morney, 2005)。调节断层还经常出现在断层走向发生改变的部位,导致该部位成为重要的油气聚集场所。③不同期次断层的交切:轮古东地区三组断层形成于不同的时期,有利于岩石的反复破碎变形[L22]。东西走向的F1断层和F2断层及南北走向的F39断层是本区最重要的断层,前者形成于海西期,喜山期活动;后者形成于印支-燕山期,喜山期活动。第三组断层是共轭断层(如F34、F36和 F37断层),断层形成于喜山期,由于其形成时间较晚,可能控制着该区油气的调整。[L23]
4.4 断层连通的多层缝洞体系中油气的运聚过程
表生岩溶作用研究相对深入,并建立了比较完善的岩溶缝洞体系模式[32-39],根据Locous模型,表生岩溶地区的主要圈闭可以简单归纳为以下几类(图7):①横向具有一定连通性的可以导致流体横向运移的通道(图7中的AA’):该通道对应于表生岩溶作用中的水平潜流带,其最明显的特征是出现大型的水平溶洞,控制流体沿水平方向流动;②位于AA’一侧的圈闭(图7中的H):横向连通通道在被垂直落水洞或者其他垂直缝洞体系(图7中G)切割时,将在垂向上跃迁,[L24]从而在水平通道一侧形成盲肠状的圈闭(图7中的H);③位于AA’之上的圈闭(图7中的BCDEF圈闭):这些圈闭代表垂直渗流带或者表层岩溶带发育的复杂圈闭,与地表水产生的地表径流冲刷、溶蚀过程中形成的一些溶沟、溶洞、溶缝、溶蚀洼地、溶蚀漏斗及落水洞等密切相关;④位于AA’之下圈闭(图7中的I):该带对应于水平渗流带之下形成的溶蚀漏斗、落水洞等;⑤孤立的缝洞体系(图7中的B):由于受到后期复杂成岩作用的影响,不与AA’发生任何水动力联系的圈闭,形成相对独立的流体封存箱。任何复杂的岩溶过程均可归纳为上述简化模式的叠加和复合,因此通过上述简单模型中油气运移过程的分析,可以探究碳酸盐岩复杂缝洞体系下油气成藏过程。由于碳酸盐岩成岩作用中存在不同的耗水过程,原始圈闭中充满水(图7a)和不充满水(图7b)将决定浮力在油气运移过程中所起作用的大小,因此需要分两种情况分别考虑地质论文,其油气运聚作用过程及其结果在此不再赘述(向才富等,2009)。为进一步展示该模式在分析碳酸盐岩油气运聚过程中的特殊作用,更好的理解孔洞缝体系中油气的分布规律,特以轮古东地区为例,说明断层连通的多层缝洞体系中油气的运聚过程。
断层改造了储层形成裂缝孔隙型储层[23],同时断层是深部热液上升的通道,复杂的热液溶蚀作用进一步改造了储层[23,26,27,42]。断层活动所伴随的多种地质过程对碳酸盐岩缝洞体系的改造使油气运聚过程更加复杂化。但是从地质解析的角度,可以将该系统理解为受断层沟通的多层碳酸盐岩缝洞体系中的油气运移,在空间上呈树状结构,断层中主要发生垂向的是油气运移,类似于的树干(图8)发表论文。以轮古东地区为例,存在良里塔格组、一间房组和鹰山组3层缝洞体系,每一层的缝洞体系均可以简化为表生岩溶缝洞体系。
区别于碎屑岩的断层油气差异运聚模式[L25][2,43],碳酸盐岩缝洞体系中的断层不会形成规则的下部油藏,中间油气藏和上部油藏的分布模式。树状运移形成的油气藏的空间分布模式与断裂带中是否充满了地层水密切相关[L26]。如果储层中充满了地层水,则可以和表生岩溶体系中储层充满地层水的运移模式相对应(图7a),总体在临近断裂带附近形成气藏,随着远离断裂带形成油气藏和油藏,规模取决于断层输导油气的量;相反,如果储层为干层[L27],则可与表生岩溶体系中储层中地层水不充满的运移模式相对应(图7b)。其区别是在垂向上存在多个油气的注入点(与表生岩溶中的A点相对应),从而在垂向上形成多层缝洞体系成藏过程。
图8所展示的模型的油气注入点非常特别,油气在浮力的作用下正好可以同时沿AA’和AB’运移。可以想象,如果油气的注入点偏向A点的左侧,则油气只能向下层缝洞体系充注,只有将下层缝洞体系充满后才能逐渐向上层扩展;反之,如果油气注入点位于A点的右侧,则油气主要沿AB’运移,只有将上层缝洞体系充满后才能向下层缝洞体系充注。可见,断层倾角和油气注入点的相互关系及原始储层中的含水情况将会强烈影响所形成油气藏的分布模式。
轮古东地区油气运聚是油气注入点影响油气运聚和分布规律的典型实例。轮古东地区晚期气侵影响的主要是轮古东断层东部的地区,而断层西部受到影响的程度相对较小(图4),表现在断层东部的气油比是断层西部气油比的2~3倍。值得进一步探讨的是这并不是受储层物性影响的结果,从本区储层物性的分布特征来看,断层两侧的储层物性都提高了1-2个数量级,断层两侧并无质的区别。这只能说明受断层垂向联通的多层缝洞体系中油气运移受到了油气注入点的影响,由于晚期气侵的注入点位于断层的东部地质论文,因此仅仅东部受到了明显的晚期气侵的影响。
根据多层缝洞体系油气的差异运聚模式可以限定不同油层晚期天然气气侵所波及的范围(图4),从中可见,晚期气侵所波及的范围在下部的最小(鹰山组),向上部气侵所波及的范围逐渐增大(一间房组和良里塔格组)。产生这种特点的原因在于不同的圈闭与该水平缝洞体系的空间关系决定了其成藏的可能性及其油气充满度(图7)。在充满地层水的情况下,每一层孔洞缝体系中最上部的侧向联通通道对油气运聚效果最明显。如果圈闭E-G-F直接相连,在储层充满地层水的情况下会屏蔽下部圈闭I的成藏(图7a);相反,储层不包含水的情况下,每一层缝洞体系中的最下部的侧向联通通道对油气运聚影响最明显,此时圈闭I的早期成藏作用不会被屏蔽,但是会被屏蔽晚期气侵作用(图7b)。其最终效果是油气在运移路径上碰见垂直缝洞体系,将导致油气运移向上一层缝洞体系的跃迁,从而造成不同层缝洞体系油气运移波及范围的不一致。
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