松遼盆地三肇凹陷葡萄花油層油藏分布特征及其控制因素

孫雨，馬世忠，姜洪福，劉云燕，劉宗堡，于利民

(1. 東北石油大學 地球科學學院，黑龍江 大慶，163318；2. 大慶油田有限責任公司 第八采油廠，黑龍江 大慶，163514)

人們在松遼盆地繼大慶長垣等背斜部位發(fā)現(xiàn)大規(guī)模的石油地質(zhì)儲量之后，在長垣兩側(cè)的凹陷區(qū)也發(fā)現(xiàn)了較豐富的油氣資源，深入認識凹陷區(qū)的油藏分布特征及其控制因素對于進一步勘探方向確定、重點評價區(qū)優(yōu)選及開發(fā)潛力挖掘等具有重要指導作用[1?2]。三肇凹陷位于大慶長垣東部，是松遼盆地北部最重要的生油、富油凹陷，葡萄花油層為其主要產(chǎn)層。經(jīng)過多年的勘探與開發(fā)，在三肇凹陷葡萄花油層相繼發(fā)現(xiàn)了宋芳屯、升平、徐家圍子、永樂、肇州和榆樹林等油田，含油面積整體疊合連片，但同時也發(fā)現(xiàn)次級凹陷中心大面積含油、油水分布關系復雜及重力分異作用不明顯等復雜問題在凹陷內(nèi)普遍存在[3]，這些問題的存在給三肇凹陷進一步油氣勘探帶來很大的難度。因此，有必要深入剖析三肇凹陷已發(fā)現(xiàn)油藏的類型及分布特征，了解本區(qū)油氣富集規(guī)律及其控制因素，以期指導下一步的油氣勘探。

1 地質(zhì)概況

圖1 松遼盆地三肇凹陷地層系統(tǒng)及區(qū)域位置Fig.1 Stratigraphic column and showing location of Sanzhao Sag in Songliao Basin

圖1所示為松遼盆地三肇凹陷地層系統(tǒng)及區(qū)域位置。三肇凹陷是松遼盆地北部坳陷構(gòu)造層中的一個二級構(gòu)造單元，如圖1所示。其內(nèi)部受基底斷裂控制形成了宋芳屯鼻狀構(gòu)造、升平鼻狀構(gòu)造、尚家鼻狀構(gòu)造、肇州鼻狀構(gòu)造、升平西次級凹陷、徐家圍子次級凹陷、永樂次級凹陷7個三級構(gòu)造單元，呈近于“十字”形對頂?shù)臉?gòu)造格局(圖1)。葡萄花油層屬于上白堊統(tǒng)姚家組一段時期(以下簡稱姚一段)沉積的地層[4]，是松遼盆地北部主要產(chǎn)層之一。該段地層形成于松遼盆地整體坳陷過程中的一個顯著回返和填充時期，即青山口組水退旋回晚期至姚家組水進旋回早期，主要發(fā)育一套大面積低水位體系域河控淺水三角洲沉積[5]，構(gòu)成該沉積體系骨架砂體的分流河道砂體、河口壩砂體及席狀砂是葡萄花油層的主要儲層。油源對比表明：三肇凹陷葡萄花油層的油氣主要來源于下伏青山口組烴源巖[6]，青山口組源巖在嫩江組末期生油門限，開始生油，至明水組末期進入生油高峰期，開始大量排烴。構(gòu)造發(fā)育史研究表明[6]，嫩江組末期、明水期組末期及早第三紀晚期盆地經(jīng)歷了3個階段的收縮反轉(zhuǎn)，從而導致T1和T1-1斷層復活開啟，青山口組源巖生成的大量油氣通過斷層輸導至葡萄花油層中，再通過斷裂?砂體組成的三維網(wǎng)層短距離側(cè)向運移至有效圈閉內(nèi)富集 成藏。

2 油藏類型與分布特征

三肇凹陷葡萄花油層復雜的斷層系統(tǒng)與多變的沉積體系及其相帶類型相匹配，形成多種多樣的油藏類型。精細解剖已發(fā)現(xiàn)油藏發(fā)現(xiàn)主要以各種斷塊、低幅背斜、斷層?巖性及巖性類油藏為主[1]，占98%左右，其中斷塊油藏和斷層?巖性油藏又占優(yōu)勢,分別占已發(fā)現(xiàn)油藏的38% 和34% ，其次為巖性油藏，約占已發(fā)現(xiàn)油藏的19%，低幅背斜油藏和其他類型油藏發(fā)現(xiàn)較少，僅占已發(fā)現(xiàn)油藏的7%和2%。各類斷塊油藏主要分布在鼻狀構(gòu)造軸部和宋芳屯北部地區(qū)，為三肇凹陷葡萄花油層主要油藏類型之一。斷層?巖性油藏主要分布在鼻狀構(gòu)造兩翼、次級凹陷內(nèi)斜坡與多斷區(qū)及肇州地區(qū)北部，河控淺水三角洲以(水下)分流河道砂體為骨架的條帶狀復合朵葉體與斷層匹配，易于形成斷層及斷層?巖性圈閉的有利條件，成為特殊的有利圈閉區(qū)。巖性類油藏主要分布在三肇凹陷南部三角洲內(nèi)前緣和外前緣沉積相帶轉(zhuǎn)換區(qū)，儲層主要為水下分流河道及其末端、薄層席狀砂體為主，砂體相對薄、發(fā)育程度中等，單層厚度較薄，巖性圈閉的有效性相對較高。

經(jīng)過多年的勘探與開發(fā)，人們在三肇凹陷葡萄花油層相繼發(fā)現(xiàn)了宋芳屯、升平、徐家圍子、永樂、肇州和榆樹林等油田，這些油田整體具“滿凹含油”特征[7]，表現(xiàn)為以升西、徐家圍子和永樂 3個次級凹陷為中心，形成在緊鄰次級凹陷的升平、宋芳屯北和宋芳屯南?肇州鼻狀構(gòu)造等環(huán)升西?徐家圍子次級凹陷三級構(gòu)造油氣聚集帶以及環(huán)永樂次級凹陷的三級構(gòu)造油氣聚集帶。圖2所示為三肇凹陷葡萄花油層油藏分布特征。平面上各含油單元疊合連片，整體表現(xiàn)為大面積含油(圖 2)。油藏在次級凹陷內(nèi)(徐家圍子油田和永樂油田)、低緩的斜坡區(qū)(榆樹林油田)和鼻狀構(gòu)造上(宋芳屯油田、升平油田和肇州油田)均有分布，甚而在次級凹陷的最低部位也發(fā)現(xiàn)有大量油藏存在。油層厚度在區(qū)內(nèi)變化總趨勢是從西北向東南逐漸減薄，由東向西含油性變差，含油高度由鼻狀構(gòu)造向次級凹陷內(nèi)逐漸變小，探明油氣儲量豐度也具此變化規(guī)律。葡萄花油層縱向上相對集中，分布在厚度約14～72 m 姚一段內(nèi)，單砂層薄，厚度一般為1～3 m，相互疊置，各自形成獨立的含油單元，在油田高部位、低部位錯落有致地分布。

圖2 三肇凹陷葡萄花油層油藏分布特征Fig.2 Characteristics of reservoirs distribution of Putaohua oil layer in Sanzhao Sag

3 油氣分布控制因素

3.1 成熟烴源巖分布控制油氣運移范圍及方式

陸相盆地勘探實踐表明，一個地區(qū)含油氣豐度取決于該地區(qū)的油氣源條件和油氣源與圈閉的時空配置關系[8]。松遼盆地在沉降期遭受湖侵的靜水缺氧深水湖泊環(huán)境下沉積的青山口組暗色泥巖為松遼盆地主要烴源巖[9]，其在三肇凹陷內(nèi)厚度為 100～250 m，有機質(zhì)含量豐富，以腐泥型有機質(zhì)為主，其生油指標為：有機碳含量為2.0%～2.5%，干酪根含量為2.0%～2.8%，氯仿瀝青“A”含量為 0.40%～0.65%，Ro為0.9%～1.3%,具備生成大量低成熟及成熟油氣的能力。烴源巖定量評價表明，三肇凹陷內(nèi)青山口組暗色泥巖的排烴門限深度約為1.7 km，在明水組末期進入成熟階段，開始大量生油，為三肇凹陷葡萄花油層中油氣的大規(guī)模運聚成藏提供了充足的油源。

烴源巖的成熟度對油氣的運移范圍及方式具有重要控制作用。成熟烴源巖范圍內(nèi)，油氣以垂向運移為主，即在油氣成藏期，三肇凹陷青山口組成熟烴源巖生成的油氣沿著源?儲斷裂(溝通生油層和儲層的斷裂)直接運移至葡萄花油層中的有效圈閉內(nèi)聚集成藏，無需進一步長距離側(cè)向運移。而在未熟烴源巖范圍內(nèi)，下部生油層不能直接供應油氣，油氣以側(cè)向運移為主，青山口組生成的油氣必須先經(jīng)過源?儲斷裂運移至葡萄花油層中，再在浮力作用下沿斷裂與砂體組合形成的側(cè)向運移通道向構(gòu)造高部位作進一步長距離側(cè)向運移后到達有效圈閉內(nèi)聚集成藏。這樣，砂體與斷層組成的側(cè)向運移通道的好壞就決定了油氣側(cè)向運移的有限性，在側(cè)向運移通道條件不好的情況下，油氣很難運移到較遠的圈閉內(nèi)聚集成藏。因而，三肇凹陷已發(fā)現(xiàn)油藏大多處于成熟源巖控制范圍內(nèi)(圖2)，而處于三肇凹陷構(gòu)造較高部位，但在成熟烴源巖范圍外的尚家鼻狀構(gòu)造含油性較差。

3.2 (水下)分流河道砂體展布控制優(yōu)質(zhì)儲層空間分布

物源與沉積體系嚴格控制著含油氣凹陷的儲層展布方向與空間分布模式[10]，特別是沉積微相的空間展布特征決定著優(yōu)質(zhì)儲層類型、成因及空間分布。作者根據(jù)多口取心井巖心觀察與大量測井資料的分析，充分應用3 256口密開發(fā)井的資料，編制三肇凹陷葡萄花油層重點沉積時間單元的沉積微相圖，從而對葡萄花油層三角洲類型與儲層分布模式有新的認識。研究表明葡萄花油層發(fā)育的微相類型有(水下)分流河道、溢岸砂、天然堤、河口壩、席狀砂和分流河道間灣等。通過對巖性、電性、物性、含油性的分析，確定可作為優(yōu)質(zhì)儲層的幾乎僅是各類河道砂體和少量薄層砂，特別是各類河道砂體，其可控制該區(qū)葡萄花油層油氣儲量的95%以上，天然堤、決口扇、溢岸砂多為含泥粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖，很難成為有效儲層。由此可見，(水下)分流河道砂體展布特征直接控制著優(yōu)質(zhì)儲層空間分布。研究還揭示了三肇凹陷葡萄花油層為松遼盆地北部遠源、流長、能強的大型河流—三角洲沉積體系的東南南分支入湖而成，具典型河控淺水三角洲沉積特征：

(1) 三角洲前緣亞相發(fā)育，發(fā)育大量密集(平均分布密度1.02 km)、窄的(多為200～300 m)水下分流河道沉積。圖3所示為三肇凹陷葡萄花油層52小層沉積微相及單砂體展布。砂體連續(xù)且向水下延伸較遠，直至消失變成薄的席狀砂；

(2) 河口壩沉積不甚發(fā)育，河口壩發(fā)育需要較強的湖水改造，淺水湖泊水動力較弱，難于滿足條件，另外，河控淺水三角洲建設性較強，河道進積速度快，致使河口壩沉積不能較好地保存；

(3) 三角洲前緣亞相區(qū)存在較多的暗紫色泥巖，三肇凹陷葡萄花油層沉積時期地勢平緩，水體較淺，湖水動力條件較弱，受短期基準面旋回層序控制的湖平面升降波動頻繁，長期處于弱氧化、弱還原沉積環(huán)境中而形成暗紫色泥巖；

(4) 以淺湖相為主的前三角洲沉積。

圖3 三肇凹陷葡萄花油層52小層沉積微相及單砂體展布Fig.3 Distribution of sedimentary microfacies and monosandbody of 52 in Putaohua reservoir of Sanzhao Sag

3.3 斷裂是油氣優(yōu)勢輸導通道，油氣以垂向運移為主

圖4所示為松遼盆地三肇凹陷葡萄花油層斷裂分布。斷裂是控制圈閉形成與油氣運聚的關鍵因素，是油氣運移的優(yōu)勢輸導通道，構(gòu)造發(fā)育史研究表明，三肇凹陷青山口組沉積末期在區(qū)域性伸展應力場作用下，為調(diào)節(jié)基底斷裂伸展作用而產(chǎn)生的張性斷層最發(fā)育，形成大量斷開青一段烴源巖和葡萄花油層儲層的T1，T1-1斷層及葡萄花油層內(nèi)部斷層，斷距一般為10～40 m，延伸長度為1～4 km，斷層走向以北西向為主，北東向、南北向次之，僅有少許為東西向。斷層密度平均為 2.8 條/km2，其中肇州地區(qū)密度達到 6.7條/km2，如圖4所示。這些斷層構(gòu)成油源通道網(wǎng)層(切至油源層中的油源斷裂網(wǎng))和油氣聚集網(wǎng)層[11?12](由被次級斷裂網(wǎng)連通的樹枝狀砂巖透鏡體組成)，為青一段烴源巖直接向葡萄花油層排烴提供優(yōu)勢輸導通道，同時為油氣側(cè)向運移提供通道。油氣沿油源斷裂網(wǎng)運移至油氣聚集網(wǎng)層，再沿砂體-斷裂三維輸導網(wǎng)絡側(cè)向運移至具有保存條件的各類優(yōu)勢圈閉內(nèi)保存起來,形成油氣藏。斷裂與巖性組合樣式的多樣化同時也導致了復雜的油水關系。

圖4 松遼盆地三肇凹陷葡萄花油層斷裂分布Fig.4 Distribution of faults in Putaohua oil layer of Sanzhao Sag, Songliao Basin

特別是三肇凹陷內(nèi)存在多條與油氣主要運移方向垂直或高角度斜交的大型斷層，對油氣的聚集具有重要的控制作用[1,13?14]。這類大型斷層多為源-儲斷層，在油氣運移階段是溝通源巖與儲集層的良好通道；而在油氣成藏階段，由于其斷距大且與油氣主要運移方向垂直或高角度斜交，能夠很好的封堵向高部位運移的油氣，起到很好的封擋作用，從而造成了這類斷層鄰凹一側(cè)油氣相對富集。目前，三肇凹陷葡萄花油層已開發(fā)區(qū)塊大部分屬于與油氣主運方向垂直或高角度斜交的大型斷層的鄰凹側(cè)的富油區(qū)帶，如圖5所示。

圖5 三肇凹陷葡萄花油層大型斷層與富油區(qū)對應關系Fig.5 Relationship between fault and petroleum enrichment area in Putaohua reservoir of Sanzhao Sag

斷裂與砂體的組合方式控制著油氣的側(cè)向輸導能力與范圍。三肇凹陷葡萄花油層主要為河控淺水三角洲沉積，有效儲層主要為條帶狀(水下)分流河道砂體及少量河控席狀砂與河口壩砂體，展布方向受物源?水系方向控制。凹陷西部宋芳屯鼻狀油田→肇州油田，受北部物源、東南南水系分支控制，骨架砂體展布呈東東南?南東向展布，與近北北東向展布的斷裂高角度斜交(甚至垂直相交)，形成很好的側(cè)向運移通道，油氣在砂體?斷裂三維網(wǎng)層中迂回運聚，運聚范圍大，距離遠，油氣富集高度大。凹陷東側(cè)的尚家地區(qū)則相反，受北部物源、北北東水系分支控制，骨架受砂體展布為北北東?南西向，砂體的空間疊置方式和展布方向不利于油氣的側(cè)向運移。另外，構(gòu)造高部位的斷層和砂體呈平行或低角度斜交，其組合形成的側(cè)向運移通道也不利于油氣的側(cè)向運移，油氣運移距離短，分布范圍小，油氣富集高度小。

3.4 繼承性鼻狀構(gòu)造是油氣運移優(yōu)勢指向，并構(gòu)成富油區(qū)

圖 6所示為三肇凹陷古油氣運移路徑及成藏模式。富油氣凹陷內(nèi)繼承性鼻狀構(gòu)造是油氣聚集的最有利指向區(qū)[1]，其向凹陷的傾沒端和鄰凹兩側(cè)最鄰近生油凹陷，具有地理優(yōu)勢，能夠最早且最多地獲得油氣而成為有利富油帶。三肇凹陷長期繼承性發(fā)育宋芳屯、肇州、升平和尚家4個鼻狀構(gòu)造，是油氣側(cè)向運移主要指向和本區(qū)油氣主要聚集帶如圖6所示。如：升平鼻狀構(gòu)造的西、南及東部三面呈半圓形環(huán)繞升西與徐家圍子生油凹陷，該鼻狀構(gòu)造位于油氣主要運移路線上，是良好的油氣運聚部位，其鼻狀構(gòu)造軸部、東西鄰凹兩側(cè)依次成為有利富油區(qū)帶；宋芳屯鼻狀構(gòu)造東、西兩側(cè)緊鄰生油凹陷(永樂次級凹陷、徐家圍子次級凹陷)，具備兩側(cè)充沛供油能力，特別是其東側(cè)大面積、南北長距離鄰近生油凹陷(徐家圍子次級凹陷)，具大面積、長線供油優(yōu)勢，其鼻狀構(gòu)造東側(cè)、軸部、西南側(cè)依次成為有利富油區(qū)帶。此外肇州鼻狀構(gòu)造油氣富集程度也較高，尚家鼻狀構(gòu)造因其處于成熟源巖控制范圍之外，加之側(cè)向運移通道條件較差，油氣長距離側(cè)向運移困難，從而造成油氣富集程度較差。

圖6 三肇凹陷古油氣運移路徑及成藏模式Fig.6 Model for migration paths way of hydrocarbon accumulations in Sanzhao Sag

3.5 多因素時空配置控制油氣最終富集成藏

有效源巖、優(yōu)質(zhì)儲層、油氣運移誘導方向及運移通道都是油氣富集成藏的關鍵因素，這些因素的時空配置控制了油氣富集區(qū)最終的空間分布。三肇凹陷葡萄花油層多年的勘探與開發(fā)有效地證實了這一點。宋芳屯和肇州 2個鼻狀構(gòu)造為三肇凹陷內(nèi)繼承性古隆起，對油氣的聚集具有很大誘導作用，與徐家圍子、永樂生油凹陷大面積、長距離連接，具備充沛的供油能力，加之發(fā)育密集的北北東向展布的斷裂網(wǎng)與近東東南向展布的砂體高角度斜交，垂?側(cè)運移通道良好，為油氣成藏因素配置程度最高區(qū)域，這也使該區(qū)成為三肇凹陷內(nèi)一類有利成藏區(qū)，區(qū)內(nèi)含油面積大，連片疊合，含油高度大。升平鼻狀構(gòu)造、徐家圍子次級凹陷與永樂次級凹陷成藏因素配置程度次之，為二類油氣成藏有利區(qū)。尚家鼻狀構(gòu)造配置程度最差，其距離生油凹陷較遠、處于成熟源巖范圍之外，油氣供應不足；另外，區(qū)內(nèi)北北東向展布的砂體與斷裂展布方向趨于一致，呈平行或低角度斜交，側(cè)向運移通道條件較差，油氣運移距離短，分布范圍小。因此，尚家鼻狀構(gòu)造為三肇凹陷葡萄花油層油氣富集程度最差的三級構(gòu)造單元，僅在鼻狀構(gòu)造的鼻尖處及臨近生油凹陷一側(cè)有零星油氣分布。

4 結(jié)論

(1) 三肇凹陷的油藏類型主要以各種斷塊、低幅背斜、斷層?巖性及巖性類油藏為主，其中斷塊油藏和斷層?巖性油藏又占優(yōu)勢。各類斷塊油藏主要分布在鼻狀構(gòu)造軸部和宋芳屯北部地區(qū)，斷層?巖性油藏主要分布在鼻狀構(gòu)造兩翼、次級凹陷內(nèi)斜坡與多斷區(qū)及肇州地區(qū)北部，巖性類油藏主要分布在三肇凹陷南部三角洲內(nèi)前緣和外前緣沉積相帶轉(zhuǎn)換區(qū)。

(2) 油藏分布整體具“滿凹含油”特點，但油水分布規(guī)律極其復雜；平面上表現(xiàn)為以升西、徐家圍子和永樂3個次級凹陷為中心，形成在緊鄰次級凹陷的升平、宋芳屯北和宋芳屯南?肇州鼻狀構(gòu)造等環(huán)升西?徐家圍子次級凹陷與永樂次級凹陷的三級構(gòu)造油氣聚集帶；縱向上相對集中，分布在厚度為14～72 m 的葡萄花油層內(nèi)。

(3) 油藏分布主要受控于 5種地質(zhì)因素：成熟烴源巖分布控制油氣運移范圍及方式，成熟源巖區(qū)油氣以垂向運移為主，未熟源巖區(qū)油氣主要以側(cè)運移為主；(水下)分流河道微相展布控制優(yōu)質(zhì)儲層空間分布，三肇凹陷葡萄花油層可作為優(yōu)質(zhì)儲層的幾乎僅是各類河道砂體和少量薄層砂，特別是各類河道砂體，其可控制該區(qū)層油氣儲量的95%以上；繼承性鼻狀構(gòu)造是油氣運移優(yōu)勢指向，在油氣成藏關鍵時期誘導油氣運移，并構(gòu)成富油區(qū)；斷裂是油氣優(yōu)勢輸導通道，油氣以垂向運移為主，斷裂與砂體組合方式控制油氣的運移范圍與分布；多因素時空配置控制油氣最終富集成藏與分布。

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