松遼盆地尚家油田葡萄花油層成藏過程的再認(rèn)識(shí)

任憲軍，單玄龍，王建波

1.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，長春 130061

2.中石化東北油氣分公司勘探開發(fā)研究院，長春 130062

0 引言

尚家油田位于黑龍江省肇東市昌五鎮(zhèn)東北約8.5km處，區(qū)域構(gòu)造位于松遼盆地北部中央坳陷區(qū)三肇凹陷東北端向西南傾斜的尚家鼻狀構(gòu)造上，鼻狀構(gòu)造軸向?yàn)楸睎|向，西部與榆樹林單斜相鄰，地層整體傾向?yàn)闁|北高、西北低。尚家油田自1986年開展詳探工作以來，已在上白堊統(tǒng)姚家組一段中的葡萄花油層獲得13口工業(yè)油流井，充分顯示了該區(qū)葡萄花油層含油遠(yuǎn)景。然而受該區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜、勘探程度低的制約，前人雖對該區(qū)葡萄花油層油成藏規(guī)律做過一定的研究工作[1-4]，但只是建立在油源對比基礎(chǔ)上。根據(jù)葡萄花油層空間分布情況建立的油運(yùn)聚成藏模式，缺乏一定的證據(jù)支持，明顯不利于該區(qū)葡萄花油層油成藏機(jī)理的認(rèn)識(shí)，不能明確指導(dǎo)該區(qū)葡萄花油層下一步的勘探方向。本次旨在通過尚家地區(qū)區(qū)域構(gòu)造背景及斷裂與砂體的匹配關(guān)系，分析尚家地區(qū)葡萄花油層原油運(yùn)聚機(jī)制，以期對重新認(rèn)識(shí)葡萄花油層油分布規(guī)律及下步該區(qū)葡萄花油層油勘探開發(fā)進(jìn)行一定的指導(dǎo)。

1 尚家油田扶-楊油層原油不能通過斷裂向上運(yùn)移至葡萄花油層

尚家地區(qū)自身青山口烴源巖未成熟[1]，不能向葡萄花油層供烴，尚家油田葡萄花油層原油主要來源于三肇凹陷青山口組源巖。過去的成藏模式為三肇凹陷青一段源巖生成的油在超壓的作用下通過T2源斷裂向下伏扶-楊油層“倒灌”運(yùn)移；再在浮力作用下通過被斷裂溝通砂體側(cè)向運(yùn)移至尚家地區(qū)；最后在浮力作用下通過T2-T11斷裂向葡萄花油層中運(yùn)移，在斷塊、斷層遮擋和斷層-巖性圈閉中聚集成藏，即所謂的“U”型成藏模式[5]。但通過對尚家油田的尚9-4斷塊油氣藏的詳細(xì)解剖發(fā)現(xiàn)，在油氣分布的空間組合關(guān)系、油氣成藏期與斷裂活動(dòng)期的匹配關(guān)系以及原油生物標(biāo)志化合物的特征方面，并不能用這種“U”型成藏模式來解釋尚家油田葡萄花油層油聚集成藏的特征。

1.1 油氣空間的分布關(guān)系

由于斷層走向與尚家鼻狀構(gòu)造呈高角度相交，導(dǎo)致鼻狀構(gòu)造受多條斷層切割，被分割成多斷塊的構(gòu)造格局。目前開發(fā)的尚9-4斷塊就位于尚家鼻狀構(gòu)造的軸線上，如圖1所示。該斷塊2003年完鉆控制尚9-4井，在葡萄花油層射開有效厚度2.0m，日產(chǎn)油12.06t；在下白堊統(tǒng)泉三段的楊大城子油層射開有效厚度6.0m，日產(chǎn)天然氣91000m3，從天然氣組成來看，該井天然氣甲烷在烴類氣體中的體積分?jǐn)?shù)高達(dá)98%，為典型的干氣，具備煤型氣的特征。通過氣源對比表明，該井天然氣來自深部斷陷期沙河子組煤系地層烴源巖。而尚家地區(qū)葡萄花油層原油主要來自三肇凹陷的青山口組源巖，由圖2可以看出，該井楊大城子油層的天然氣藏和葡萄花油層的油藏均是受斷層控制的斷層圈閉，也就是說，一條斷裂控制了兩套油氣藏。由該區(qū)葡萄花油層與天然氣藏的成藏時(shí)期[1，6-7]可知，下伏楊大城子油層天然氣成藏時(shí)期應(yīng)是泉頭組沉積末期-嫩江組沉積早期，而葡萄花油層油成藏時(shí)期為明水組沉積末期，即葡萄花油層的油成藏時(shí)期要晚于下部楊大城子油層天然氣的成藏時(shí)期，那么當(dāng)葡萄花油層油由下伏扶楊油層向葡萄花油層沿活動(dòng)開啟的斷裂垂向注入時(shí)，由于斷裂活動(dòng)開啟，下部的天然氣藏勢必造成破壞，天然氣將會(huì)沿活動(dòng)開啟的斷裂散失，天然氣藏也不會(huì)存在。由上下兩套油氣藏的賦存分布特征來看，尚家地區(qū)扶-楊油層原油不能通過斷裂開啟向上運(yùn)移至葡萄花油層。

1.2 斷裂活動(dòng)期與源巖生排烴期的匹配關(guān)系

圖1 尚家油田葡萄花油層底面（T11反射層）構(gòu)造圖Fig.1 Underside（T11reflection stratum）tectonic map of Putaohua reservoir in Shangjia oilfield

圖2 尚9-4圈閉控圈斷層形成演化史分析Fig.2 Formation and evolution analysis to faults controlling Shang 9-4fault trap

由圖2可以看出，F(xiàn)1斷裂應(yīng)是斷陷層烴源巖生成的天然氣向楊大城子油層垂向運(yùn)移的輸導(dǎo)通道。利用斷距回剝法對該斷裂的形成演化歷史進(jìn)行恢復(fù)可知：該條斷裂形成于青山口組沉積時(shí)期，在嫩江組沉積早期曾發(fā)生活動(dòng)，這與楊大城子油層天然氣成藏時(shí)期正好吻合[8]；而三肇凹陷青山口組源巖在明水組沉積末期才進(jìn)入大量的排油期[9]，三肇凹陷青山口組源巖大量生排烴期滯后于F1斷裂的活動(dòng)時(shí)期。從斷裂活動(dòng)時(shí)期與源巖生排烴期在時(shí)間上不匹配，說明尚家油田扶-楊油層的油向葡萄花油層沿?cái)嗔严蛏线\(yùn)移不能實(shí)現(xiàn)。

1.3 生物標(biāo)志化合物

生物標(biāo)志化合物由于性質(zhì)穩(wěn)定，不僅是油源對比的良好指標(biāo)，也是判斷油氣運(yùn)移的重要參數(shù)[9]。例如甾烷分子參數(shù)（C29ααα20S）／（20S＋20R）與（C29-ββ）／（αα＋ββ），前者是成熟度參數(shù)，后者是良好的運(yùn)移參數(shù)，二者結(jié)合可用于分析油氣的運(yùn)移效應(yīng)。因?yàn)殡S著運(yùn)移距離的增加，（C29-ββ）／（αα＋ββ）的相對比值是增大的[10]。

由圖3可知：尚家油田尚9-4井葡萄花油層原油、扶余油層原油及楊大城子油層原油均屬于成熟油；葡萄花油成熟度略低；楊大城子原油成熟度要高于扶余油層，即總體表現(xiàn)為下部油層油成熟度高于上部油層油。但從運(yùn)移效應(yīng)來看，葡萄花油層原油的（C29-ββ）／（αα＋ββ）的相對比值明顯小于扶余和楊大城子油層，充分說明葡萄花油層原油運(yùn)移的距離明顯小于扶余和楊大城子油層油運(yùn)移的距離，也說明尚家油田葡萄花油層原油并不是由該區(qū)下部扶余、楊大城子油層原油沿?cái)嗔汛瓜蜻\(yùn)移而來的。

圖3 尚家油田原油甾烷分子參數(shù)C29ααα20S／（20S＋20R）與（C29-ββ）／（αα＋ββ）關(guān)系Fig.3 Relation between steroid molecule parameters C29ααα20S／（20S＋20R）and（C29-ββ）／（αα＋ββ）of oil in Shangjia oilfield

2 尚家油田葡萄花油層油運(yùn)聚成藏機(jī)制分析

尚家地區(qū)扶-楊油層原油不能垂向運(yùn)移至葡萄花油層，那么葡萄花油層的原油只能從源巖區(qū)外側(cè)向運(yùn)移至尚家地區(qū)。由鉆井資料可知，尚家地區(qū)葡萄花油層屬于上白堊統(tǒng)姚家一段，受北部沉積體系控制，屬大慶東部三角洲復(fù)合體側(cè)緣的一個(gè)葉狀體沉積。葡萄花油層分為6個(gè)小層，地層厚度較薄，為15～25m。雖然葡萄花油層地層厚度薄，但通過136口探井、評(píng)價(jià)井及開發(fā)井鉆井資料統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，有103口井在葡萄花油層鉆遇砂巖，砂巖鉆遇率為76%。根據(jù)鉆井鉆遇率可以表明葡萄花油層砂巖具有大面積分布的特點(diǎn)。但是對葡萄花油層砂巖厚度統(tǒng)計(jì)結(jié)果（圖4a）來看：砂巖厚度大部分為2.0～8.0m，平均為5.1m；而單砂體厚度大部分小于2.0m（圖4b）。而尚家地區(qū)斷層走向與鼻狀構(gòu)造呈高角度相交，導(dǎo)致鼻狀構(gòu)造受多條斷層切割，砂體被斷層切割，那么砂體的連通性受到考驗(yàn)，油氣要在葡萄花油層依靠砂體側(cè)向運(yùn)移，必須要有斷裂的溝通。另外鉆井資料揭示，尚家地區(qū)葡萄花油層上下皆發(fā)育大套的泥巖層系，由于斷層的作用很容易造成斷層一盤的葡萄花油層與另一盤之上的泥巖層對接，形成斷層封閉，油氣側(cè)向運(yùn)移就不能發(fā)生。鑒于以上分析，認(rèn)為尚家地區(qū)葡萄花油層油能否進(jìn)行側(cè)向運(yùn)移，應(yīng)該取決于以下2點(diǎn)：一是斷層斷距要小于地層的厚度，也就是說，斷層兩盤的砂巖能夠具備側(cè)向?qū)拥臈l件；二是斷層斷距要小于上覆泥巖蓋層的厚度，因?yàn)橹挥袛鄬訑嗑嘈∮谏细材鄮r構(gòu)造的厚度，上覆泥巖蓋層未遭到完全破壞，泥巖層雖然被斷層錯(cuò)斷，但是泥巖的完整性沒有遭到破壞，使斷層在垂向上具有封閉油氣的能力[11]，才能保證油氣側(cè)向運(yùn)移的發(fā)生。

通過對尚家油田葡萄花油層底界面T11反射層斷層斷距進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果表明：有50%以上的斷層斷距小于4.00m，平均斷距為5.95m；尚家油田葡萄花油層斷距小，能夠保證斷裂溝通兩盤砂體成為油氣側(cè)向運(yùn)移的輸導(dǎo)通道（圖4c）。另外，尚家葡萄花油層上覆大套的泥巖層，葡萄花油層斷層的斷距小于泥巖層的厚度，使上覆泥巖蓋層具有封閉能力，因此該區(qū)葡萄花油層油氣的側(cè)向運(yùn)移能夠?qū)崿F(xiàn)。

3 尚家油田葡萄花油層油側(cè)向運(yùn)聚控制因素分析

3.1 斷裂與砂體組合形式

斷裂溝通砂體構(gòu)成葡萄花油層油側(cè)向運(yùn)移的輸導(dǎo)通道。斷裂與砂體配合存在2種組合方式：一種是同向斷層與砂體配合組成油氣運(yùn)移的輸導(dǎo)通道；另一種是反向斷層與砂體配合組成油氣側(cè)向運(yùn)移的輸導(dǎo)通道。

同向斷層是指斷層面傾向與底層傾向相同的正斷層（圖5a），這種組合模式導(dǎo)致斷層上盤相對較低，而下盤相對較高。油氣能夠通過斷裂溝通的砂體及斷裂與砂體組合的復(fù)合輸導(dǎo)體系進(jìn)行側(cè)向運(yùn)移，而且運(yùn)移的距離相對較遠(yuǎn)。這種運(yùn)移方式也可稱之為“階梯式”運(yùn)移方式。

圖4 葡萄花油層砂層厚度及斷距大小統(tǒng)計(jì)圖Fig.4 Cartogram of sand thickness and size of fault throw in Putaohua oil layer

反向斷層是指斷層面傾向與地層傾向相反的正斷層。本區(qū)發(fā)育的反向斷層與傳統(tǒng)的反向斷層模式有所區(qū)別。在這種斷層與砂體組合模式中，由于反向斷層位于油氣運(yùn)移的上傾方向，上盤葡萄花油層中的砂巖下降，導(dǎo)致其下盤砂體中運(yùn)移的油氣被葡萄花油層之上的泥巖所遮擋，如圖5b所示。正是這種原因，該類斷層與砂體的組合方式不易形成油氣運(yùn)移的輸導(dǎo)通道，但因其具備遮擋圈閉易于形成斷層遮擋圈閉而聚集油氣。正是由于這種反向斷層使得斷層上盤砂巖層下掉，而導(dǎo)致下盤砂巖層不能與上盤砂巖側(cè)接致使油氣側(cè)向運(yùn)移過程停止，而形成遮擋圈閉，造成尚家油田葡萄花油層原油只能在尚家鼻狀構(gòu)造靠近三肇凹陷油源區(qū)一側(cè)的“鼻尖”部位聚集。由于受南北向反向斷層的遮擋作用，遠(yuǎn)離油源區(qū)的構(gòu)造高部位至今未見到油氣顯示。

綜合以上兩點(diǎn)可知，同向斷層溝通砂體可以保證油側(cè)向運(yùn)移的持續(xù)進(jìn)行，而反向斷層與砂體配合易形成斷層遮擋圈閉，成為油聚集的場所。

3.2 流體勢場

油氣在地層空間中的運(yùn)移和聚集受其輸導(dǎo)層流體勢場空間分布特征的控制，油氣總是由高勢區(qū)向低勢區(qū)運(yùn)移，在低勢區(qū)聚集成藏。根據(jù)勢能場理論，油氣勢能由重力勢能、彈性勢能和界面勢能3部分組成。尚家地區(qū)葡萄花油層中通常為常壓地層，也就不存在彈性勢能。另外，尚家地區(qū)葡萄花油層埋深為900m左右，屬于早成巖B期，以機(jī)械壓實(shí)作用為主，砂巖固結(jié)程度為半固結(jié)-固結(jié)，孔隙結(jié)構(gòu)是一致的，也就不考慮界面勢能的作用。那么油氣運(yùn)移主要受構(gòu)造位置相對高低的重力勢能所控制，構(gòu)造相對高的部位是勢能的低勢區(qū)，也是油氣運(yùn)移的指向區(qū)。基于上述原理，通過BasinMod盆地模擬軟件模擬尚家油田葡萄花油層原油在大量排烴期時(shí)（明水組沉積末期）的運(yùn)移路徑可知，三肇凹陷青山口組源巖生成的油氣以匯聚流的方式側(cè)向運(yùn)移至尚家地區(qū)葡萄花油層并聚集成藏，其運(yùn)移的載體主要是斷裂與砂體組成的復(fù)合輸導(dǎo)體系[12]。油氣運(yùn)移的主流線方向與尚家鼻狀構(gòu)造的軸線方向一致，如圖6所示，這與目前尚家地區(qū)葡萄花油層勘探開發(fā)的現(xiàn)狀一致。目前尚家油田葡萄花油層鉆遇的工業(yè)油流井均分布在尚家鼻狀構(gòu)造的軸線上。

圖5 斷裂與砂體組合運(yùn)移模式圖Fig.5 Oil migration model of fracture combined sandbodies

圖6 尚家油田葡萄花油層油在源巖大量排烴期運(yùn)移路徑模擬圖Fig.6 Simulation map of oil migration paths at source large exhaust hydrocarbon stage of Putaouhua reservoir in Shangjia oilfield

4 結(jié)論

1）尚家油田葡萄花油層原油是經(jīng)源巖區(qū)側(cè)向運(yùn)移聚集成藏的，即三肇凹陷青山口組源巖生成的油氣經(jīng)斷裂與砂體組成的復(fù)合輸導(dǎo)體系，以匯聚流方式側(cè)向運(yùn)移至尚家油田葡萄花油層并聚集成藏。

2）控制尚家油田葡萄花油層原油側(cè)向運(yùn)移聚集成藏的關(guān)鍵因素是斷裂與砂體的組合形式：同向斷層與砂體組合有利于油氣進(jìn)行長距離側(cè)向運(yùn)移；反向斷層與砂體組合不利于油氣的側(cè)向運(yùn)移，但利于形成斷層遮擋圈閉，使油能夠聚集起來。

3）由于受流體勢場空間分布的控制，目前尚家油田葡萄花油層油主要聚集在尚家鼻狀構(gòu)造的軸線上。

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