高邮凹陷，苏北盆地，中国烃类聚集的有效载体系统及功能评价

李浩(李浩) $^{1}$ ，高先志(高先志) $^{1}$ ，孟晓燕(孟晓燕) $^{2}$ ，赵云龙(赵云龙 $)^{1}$ ，张明(张明) $^{3}$
1. 中国石油大学（北京）地球科学学院，中国北京 102249
2. 石油勘探开发研究院-西北（西北院），中国石油天然气集团公司，中国甘肃省兰州市 730060
3. 地球科学中心长城钻井公司，中国北京 100101
(C) 中南大学出版社和斯普林格-柏林海德堡出版社 2013

摘要

有效运移系统由运移层组成，用于输送烃类。运移系统的时空有效性根据烃类显示、烃类包裹体以及断层对烃类分布的封闭能力来确定，同时考虑断层活动历史与源岩烃生成历史的匹配关系。基于上述考虑，可以使用流体势、孔隙率、渗透率、有效路径空间系数以及断层活动率等参数来评估有效运移系统的输运能力。此外，提出了“输运阈值孔隙率”这一新概念。在高邮凹陷建立了五种有效运移系统样式，显示出层状或分带分布特征，输运时间从 $E_{2} d_{2}$ 沉积时期到砂河隆升早期。有效运移系统可以描述为低效和高效两种类型。主要断层（凸起或陡峭的断层面）活动率大于 $20 m / Ma$ ，以及具有有效路径空间系数大于 $25 %$ 的沙层结构脊被定义为高效载体床。烃类物质集中在高效载体床和北方山前地区的 $E_{1} f$ 陷阱周围，预测具有巨大潜力。

关键词：有效载体系统；载体床的运输阈值孔隙率；流体势；烃类运移；高邮凹陷

1 引言

有效运移系统指示运移层，这些层可以输送烃类，它主要由渗透层（例如砂岩和裂缝碳酸盐岩）、断层和不整合面组成。在石油系统[1]中，石油运移运移系统可以被视为源岩和圈闭[2-3]之间的无形桥梁。因此，对石油有效运移系统的清晰理解对于在勘探程度较高的区域进行石油勘探具有重要意义。

当前对载体系统的研究主要集中在以下方面：1）载体系统的分类，包括故障、砂岩层、不整合及其复合

[4 - 5]; 2

2）载体系统关键要素的特征和分布

[6 - 10]; 3)

3）驱动力，例如，以浮力、超压和流体势为主导的烃类运输驱动力[11-13]。4）

定性描述运输能力[14]; 5) 迁移路径追踪，例如，用于指示烃类迁移方向的氮氧化物和生物标志物参数[15-18]。然而，载体系统的有效性至今研究较少[19-20]。

现有研究表明，二次运移仅在有限的占主导地位的路径上发生[2, 21-22]，烃类运移空间可能仅占储层总体积的

1 % - 10 %

[12]。断层可以是地壳中流体流动的通道或障碍[23]。断层是否能运移烃类取决于其封闭能力[24-30]。断层的垂直运移能力与断层活动性有关。断层活动是周期性的[25]，只有在烃类运移期间断层达到一定强度时，它才能有效。这意味着并非所有储层都能有效运移烃类，储层系统的有效性也是周期性的。显然，只有通过识别有效的储层，确定其分布和

评估有效载体系统的运输能力，我们可以根据烃类路径系统预测烃类分布。

这项工作通过多井烃显示和烃包裹体直接追踪油气运移路径，而传统方法是通过地球化学生物标志物参数。从烃运移动力学角度恢复烃积累期的古流体势。通过分析烃显示、流体势流线（有利运移路径）以及储层岩石物理性质之间的关系，认为储层孔隙率阈值确实存在，并且随着深度的增加而降低。只有当达到孔隙率阈值时，储层系统才能输送油气。提出了参数标准来定性评估储层系统的有效性。

高邮凹陷是一个复杂断层的含烃块，勘探程度高。一方面，高邮凹陷的勘探任务面临着提高储量、挖掘潜力的困难，因此准确识别和评估烃类运移路径具有重要意义；另一方面，丰富的井钻井数据为精细研究有效的运移系统奠定了基础。

2 地质条件

高邮凹陷，覆盖面积

2670 {km}^{2}

100 公里长和

25 - 35 km

宽，是中国江苏省北部、苏北盆地的次级凹陷（图 1）。它起源于古新世末期的五堡运动。在区域构造运动和边界断层演化的影响下，高邮凹陷形成了包括北部斜坡带、中部凹陷带、汉流断层带和镇武断层带的结构单元。垂直方向上，它形成了三个源-储-盖岩组合（表 1）。主要储层分布在

E_{1} f_{1}, E_{1} f_{3}

和

E_{2} d_{1}

等地层。

E_{1} f_{1}

储层主要分布在北部斜坡带的结构高部位，而

E_{1} f_{3}

储层主要位于山前区，向东至北部斜坡带。

E_{1} f_{1}

和

E_{1} f_{3}

储层大多源自

E_{1} f_{2}

的低部。相比之下，

E_{2} d

储层主要分布在

E_{1} f_{4}

有效源岩的断层带（图 1）。

3 载体系统组成

高邮凹陷的承托层包括断层、砂岩层和辉长岩层，共同构成了高邮凹陷的 3D 网格状承托系统，但它们有所不同

图 1 高邮凹陷，江苏省，中国烃类分布（

1 - E_{1} f_{1}

储层；2-E

E_{2} d

储层；3-

E_{1} f_{2}; 4

E_{1} f_{4}; 5

-断层源岩）

表 1 高邮凹陷，江苏省，中国中生代和新生代构造运动及地层

地层系统

成员

符号

年龄/玛

地震反射边界

构造事件

源-水库-集水区组合

厄拉瑟姆时代

系统周期

系列纪元

构成

四元

全新世-更新世

动态

上新世

{Ny}_{2}^{3}

新近纪

中新世

盐城

燕-2

{Ny}_{2}^{1 + 2}

盐城

本地印章

中新世

颜-1

{Ny}_{1}

T_{1}

提升

古新世

E_{3}

E_{2}^{3}

37.0

T_{2}^{0}

三多隆起

新生代

三多

杜-2

E_{2} s_{2}

42.0

T_{2}^{2}

水库

始新世

杜-1

E_{2} S_{1}

T_{2}^{3}

始新世

第 2

E_{2} d_{2}

53.0

古新世

大南

E_{2} d_{1}

ub （由于输入内容为单个字符，且没有上下文，无法进行翻译，因此直接返回原文本。）

水库

富-4

E_{1} f_{4}

提升

源岩/区域盖层

始新世

E_{1} f_{3}

56.0

\begin{aligned} T_{3}^{1} \\ T_{3}^{2} \end{aligned}

富-2

E_{1} f_{2}

源岩/区域盖层

富-1

E_{1} f_{1}

65.5

T_{3}^{4}

水库

中生代白垩纪

上白垩纪

台州

台 2

K_{2} t_{2}

\begin{aligned} 71.3 \\ 83.5 \end{aligned}

T_{4}^{0}

益正提升

源岩/区域盖层

台一

K_{2} t_{1}

水库

池山

K_{2} C

浦口

K_{2} p

下克雷台期

格存

K_{1} g

在开发程度和每种组合的配置中。上层断裂带（

T_{3}^{0}

反射层以上的结构层）的载体系统主要由

E_{2} d

和

E_{2} S

的沙层以及主要断层和关联断层组成。对于北坡带下部的结构层（

T_{3}^{0}

反射层以下的结构层），由

E_{1} f_{1}

和

E_{1} f_{3}

和

E_{2} d

形成的辉长岩发育，以高孔隙率-渗透率特征，作为区域载体层[31]。

4 有效载体层的识别与分布

4.1 有效承载体床的有效时间

研究在烃类运移期间哪种储层床有效具有重要意义，因为储层床的有效时间取决于

烃类运移时间。由于不同源岩在生成和排出烃类时的位置和时间差异，烃类在不同运移层中的运移是异步发生的。

基于单层数据及热历史（见表 2 和表 3），盆地建模软件 PRA 被用于模拟高邮凹陷不同烃生成凹陷中每套源岩的烃生成历史。结果显示，

E_{1} f_{4}

源岩在 5100 万至 4100 万年前开始生成烃，而

E_{1} f_{2}

源岩在 5300 万至 4000 万年前开始生成烃。东部地区的源岩开始生成烃的时间略晚于西部地区。对于这两套主要源岩，镜质体反射率在 3600 万年前停止变化，推断烃生成已停止（图 2）。从那时起，除了区域烃运移是由区域储层调整引起的区域烃运移之外，

表 2 中国高邮凹陷、沙泊次凹单层数据及剥蚀层厚度

构成

年龄/ 马

嗯，顶部/ m

现在厚度/m

缺失厚度/m

{Qd + {Ny}_{2}}^{11.2}

533.5

{Ny}_{1}

23.8

533.5

828.5

E_{2} s 0

-750

E_{2} s_{2}

1362

624

E_{2} s_{1}

1986

427

E_{2} d_{2}

2413

506

E_{2} d_{1}

54.6

2919

591

E_{1} f 0

55.3

-80

E_{1} f_{4}

3510

400

E_{1} f_{3}

3910

200

表 3 高邮凹陷古地热梯度，中国

时间/ 马

渐变/

(10^{- 2}^{\circ} C \cdot m^{- 1})

时间/ 马

渐变/

(10^{- 2}^{\circ} C \cdot m^{- 1})

时间/

渐变/

(10^{- 2}^{\circ} C \cdot m^{- 1})

2.8

3.7

3.4

11.2

2.9

3.7

60.5

3.3

23.8

2.9

54.9

3.6

3.2

3.6

71.3

3.1

3.9

3.5

83.5

3.1

三多隆起区没有发生广泛的烃类运移。此外，根据与烃类包裹共存的盐水包裹的均质化温度计算的烃类运移时间（表 4），

E_{2} d

组烃类充注发生在 40-37 百万年前，而北坡带

E_{1} f

储层烃类充注发生在 44-38 百万年前。它们烃类充注时间的相似性，都早于 36 百万年前，表明在烃类生成停止后，高邮凹陷没有发生大规模的烃类运移和充注。

表 4 高邮凹陷烃类聚集时间

Well name （请注意，由于“well name”可能指的是井的名称，也可能是指“well”作为形容词使用时的“好名字”，因此翻译可能存在歧义。以下是根据字面意思的翻译。）井名	斯特拉塔	样本深度/	均质化温度/ $^{\circ} C$	充电时间/马
*Zhen100	$E_{2} d_{2}$	2340.9	76-94	37.3-38.9
富 38	$E_{2} d_{1}$	3072.74	97-120	37.2-39.6
马 3	$E_{2} d_{1}$	1747.2	88, 92, 98, 106	37.0-39.0
马 35	$E_{2} d_{2}$	1336.7	79, 90-99	38.0-40.0
黑 2	$E_{1} f_{1}$	1448.9	65-85.5	37.7-40.0
沙 19	$E_{1} f_{1}$	2238	83-98	41.2-43.8
沙 19	$E_{1} f_{3}$	2084	86.9-115	37.9-40.7
沙 20	$E_{1} f_{2}$	2138	82-94	37.0-38.4
庄 2	$E_{1} f_{1}$	1699	76-86	40.0-41.0

从上述内容可以得出结论，高邮凹陷的烃类运移发生在约 5300 万年前，当时生油岩开始生成和排出烃类；44-37 百万年前，烃类大规模运移并充注；而 3600 万年前，生油岩停止生成烃类，从生油岩到圈闭没有发生大规模的烃类运移事件。因此，对于高邮凹陷来说，有效储层的有效时间限制在

53 - 36 Ma

年前，换句话说，从

E_{2} d_{2}

的沉积到桑杜隆起早期。

统计数据显示，高邮凹陷中含烃层位的分布遵循以下规律：在北坡带，含烃层位的

E_{1} f_{1}

主要存在于顶部砂岩层，而

E_{1} f_{3}

的烃显示则存在于所有砂岩层中

内坡带，主要分布在中间-外侧坡带的中间-上层沙层（图 3）。在断裂带中，含碳氢化合物的

E_{2} d_{1}

层在有效源岩的延伸部分大量出现，而

E_{2} d_{2}

则有限，仅分布在主要断层附近的沙层中。

4.3 水烃包裹的识别

床架可以通过计数烃类包裹体的丰富程度来有效识别，因为烃类包裹体是床架的印记

碳氢化合物运移[32]。统计表明，

E_{2} d

沙层的有效性与其附近存在源断层有关。源断层附近的沙层碳氢化合物含量丰富（图 4）。通常，它们的 GOI（含油颗粒）大于

3 %

，甚至达到

60 %

。对于远离源断层的沙层，没有碳氢化合物显示，GOI 通常较低（图 4），一般低于 1%（表 5）。所有这些证据表明，源断层附近的沙层更有可能成为有效的储层。

图 3 沙洋地区高邮凹陷烃类显示的岩心剖面，中国（1-荧光；2-油迹；3-油斑；4-油浸；5-烃类显示段）

图 4 储层岩石中烃类包裹体的分布特征：（a）马 3 井，

E_{2} d

；（b）马 7 井，

E_{2} d_{1}^{1}, 1747.2 m

；（c）马 35 井，

E_{2} d_{2}^{5}, 1476.8 m

；（d）永 13 井，

E_{2} d_{2}^{2}, 1336.7 m

；

表 5 高邮凹陷中国沙床 GOI 统计表

好的

地层

^{2}

岩性

GOI/%

源故障

马 3

E_{2} d_{1}^{1}

灰色砂岩

< 1

没有

马 7

E_{2} d_{2}^{5}

灰色泥质砂岩

< 1

没有

马 35

E_{2} d_{2}^{2}

灰色细砂岩

真(2)故障

小 9

E_{2} s_{1}

棕色砂岩

真(2)故障

徐 28

E_{1} f_{1}

灰色泥质砂岩

真(2)故障

徐前 1-1

E_{2} s_{2}

灰色泥质砂岩

< 1

没有

周 52

E_{2} d_{1}

灰色细砂岩

< 1

没有

富 12

E_{1} f_{1}

灰色砂岩

< 1

没有

富 38

E_{2} d_{2}

灰色细砂岩

汉流故障