凹陷向斜區(qū)巖性類油藏油富集主控因素及成藏模式①——以松遼盆地升西—徐家圍子向斜葡萄花油層為例

劉宗堡 崔羽西 方 慶 劉性全 仇翠瑩 于 玥

(1．東北石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院 黑龍江大慶 163318;2．大慶油田有限責(zé)任公司第八采油廠 黑龍江大慶 163514;3．大慶油田有限責(zé)任公司第二采油廠 黑龍江大慶 163514;4．大慶油田有限責(zé)任公司第一采油廠 黑龍江大慶 163514)

0 引言

三肇凹陷為松遼盆地北部的一個二級負(fù)向構(gòu)造單元，是大慶長垣以東最重要的生油和富油凹陷。受明水組末期構(gòu)造反轉(zhuǎn)影響在葡萄花油層頂面形成了四個鼻狀構(gòu)造(宋芳屯鼻狀構(gòu)造、肇州鼻狀構(gòu)造、升平鼻狀構(gòu)造、尚家鼻狀構(gòu)造)、三個凹陷(永樂向斜、升西向斜、徐家圍子向斜)和一個斜坡(太東斜坡)共8個三級構(gòu)造單元［1，2］(圖 1)，其中升西—徐家圍子向斜由于埋藏深和有效烴源巖厚度大為凹陷主力生油中心，盆地模擬表明其生烴量大于300×108t。截止2012年底，凹陷內(nèi)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)石油探明儲量大于5×108t，且這些探明儲量主要分布在姚家組一段葡萄花油層。前人研究表明葡萄花油層為北部物源東南水系分支影響下的多旋回淺水三角洲沉積［3］，受油層減薄快、儲層砂地比低和多方位斷層分割的影響，是松遼盆地北部重要的巖性類油藏發(fā)育區(qū)［4］。以往針對三肇凹陷葡萄花油層成藏規(guī)律研究主要集中在構(gòu)造類油藏發(fā)育的鼻狀構(gòu)造主體區(qū)和斜坡區(qū)［5～8］，而構(gòu)造低、巖性變化快和油水分布復(fù)雜的向斜區(qū)一直沒有得到重視。近年來鉆井結(jié)果表明，向斜區(qū)成藏具有“滿洼含油”和“甜點(diǎn)式富集”的特征，但油富集主控因素認(rèn)識不清導(dǎo)致滾動開發(fā)過程中鉆井成功率較低。因此，通過對升西—徐家圍子向斜葡萄花油層油聚集條件和富集規(guī)律的研究，進(jìn)一步總結(jié)向斜區(qū)油運(yùn)聚成藏模式，對研究區(qū)及國內(nèi)類似凹陷油氣高效勘探與開發(fā)均具有重要的意義。

1 油藏類型及油水分布規(guī)律

構(gòu)造特征是影響向斜區(qū)不同部位油氣聚集差異的關(guān)鍵，進(jìn)而控制著油藏類型和油水分布規(guī)律。依據(jù)向斜區(qū)葡萄花油層構(gòu)造高程、地層傾角、斷層邊界和探評井試油資料，將其劃分為3個次級構(gòu)造單元:向斜外緣緩坡區(qū)、向斜過渡陡坡區(qū)和向斜中心深洼區(qū)，同時受明水組末期構(gòu)造反轉(zhuǎn)作用形成的北東東向構(gòu)造脊分割形成南北兩個獨(dú)立的油水構(gòu)造單元(圖2)。通過對向斜區(qū)43個單一圈閉和橫縱油藏剖面分析認(rèn)為:向斜外緣緩坡區(qū)受鼻狀構(gòu)造邊緣正向構(gòu)造發(fā)育和葡萄花油層儲層砂地比低(20%～30%)影響主要發(fā)育構(gòu)造—巖性油藏，呈上部油層下部水層或上部油層中部同層下部水層特征，具有相對統(tǒng)一的油水界面，油底和水頂海拔高程小幅度變化;向斜過渡陡坡區(qū)受反向斷層有效遮擋(上部砂泥對接斷層側(cè)向封閉性好)和垂向沉積演化序列(中部儲層砂地比高有利于油高效輸導(dǎo))影響主要發(fā)育斷層—巖性油藏，含油砂體主要分布在葡萄花油層中上部，而在葡萄花油層下部斷層兩盤砂砂對接處和非分流河道砂體發(fā)育層位主要發(fā)育水層，沒有統(tǒng)一油水界面，整體上油下水或油水互層特征;向斜中心深洼區(qū)受地層埋藏深、斷層不發(fā)育上傾遮擋弱和不同類型微相物性差異油選擇性充注影響主要發(fā)育巖性油藏，油水垂向倒置，呈上水中油下水特征，即油層頂?shù)撞慷喟l(fā)育相對深水期沉積的低孔滲席狀砂，油層中部多發(fā)育相對淺水期沉積的高孔滲分流河道;凹陷間構(gòu)造脊受反轉(zhuǎn)構(gòu)造控制同樣發(fā)育構(gòu)造—巖性油藏，但由于構(gòu)造脊走向與成藏期油北北西向運(yùn)移方向垂向，形成構(gòu)造脊南坡含油性明顯好于北坡(圖3)。

圖1 三肇凹陷葡萄花油層構(gòu)造單元圖Fig．1 Structural units of Putaohua reservoir in Sanzhao depression

進(jìn)一步分析表明向斜區(qū)油平面分布與斷層密集帶關(guān)系密切，主要分布在斷層密集帶內(nèi)局部高點(diǎn)及兩側(cè)反向斷層圈閉中，斷層密集帶是指受基底斷層、下部火山口、古隆起差異壓實(shí)和伸展作用形成的走向相近、成因相同、分布集中的一系列條帶狀斷層組合［9］;油垂向上受中部層位優(yōu)勢輸導(dǎo)并向上逐層調(diào)整和微相物性差異油選擇性充注影響主要分布在葡萄花油層中上部小層，即向斜區(qū)葡萄花油層油具有“平面成帶、垂向擇層”特征。

圖2 向斜區(qū)葡萄花油層次級構(gòu)造單元劃分圖Fig．2 Substrtuctual units partition of Putaohua reservoir in syncline area

2 向斜區(qū)油富集主控因素分析

2．1 有效烴源巖匹配古構(gòu)造決定南北構(gòu)造單元油富集差異

三肇凹陷為松遼盆地北部繼承性沉降中心，受湖平面多期升降影響形成了多套優(yōu)質(zhì)烴源巖，由下到上依次為沙河子組煤系地層、青山口組泥巖和嫩江組一段泥巖［10］。生儲蓋組合特征和油源對比表明向斜區(qū)葡萄花油層油主要來自下伏青一段源巖，少量來自下伏青二+三段源巖，不可能來自上覆嫩一段源巖和下伏沙河子組煤系地層［11］。其中主要烴源巖層青一段源巖有機(jī)碳含量平均為3．125%，氯仿瀝青“A”含量平均為0．504%，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅰ型和Ⅱ1型干酪根為主，鏡質(zhì)體反射率平均為0．83%，屬于優(yōu)質(zhì)成熟烴源巖(表1)。青一段源巖排烴強(qiáng)度計(jì)算表明向斜區(qū)大部分地區(qū)均大于20×104t/km2，顯示了良好的油氣聚集潛力，且徐家圍子向斜排烴強(qiáng)度(大于70×104t/km2)明顯大于升西向斜(小于40×104t/km2)(圖2)。同時青一段頂面古構(gòu)造演化表明徐家圍子向斜繼承性發(fā)育(嫩江組末期形成)和埋藏深(普遍大于1 900 m)，而升西向斜形成于明水組末期和埋藏淺(介于1 600～1 900 m)，并受成藏關(guān)鍵時刻明水組末期形成的北北東向構(gòu)造脊(隆升幅度近30 m)遮擋導(dǎo)致徐家圍子向斜生成的油不利于向升西向斜側(cè)向運(yùn)移［4］，這種有效烴源巖特征匹配古構(gòu)造背景決定徐家圍子向斜為向斜區(qū)油聚集與分布的主要范圍。

圖3 向斜區(qū)葡萄花油層油藏剖面Fig．3 Reservoir section of Putaohua reservoir in syncline area

表1 三肇凹陷主力烴源巖的特征［11］Table 1 Characteristics of main source rocks in Sanzhao depression

2．2 油源斷層組成油優(yōu)勢輸導(dǎo)通道

向斜區(qū)下生上儲發(fā)育特征及垂向直接疊置關(guān)系決定了斷層為油優(yōu)勢輸導(dǎo)通道。向斜區(qū)葡萄花油層476條斷層統(tǒng)計(jì)表明:斷層走向以近南北向?yàn)橹鳎瑪鄬用芏绕骄鶠?．78條/km2，斷距一般小于25 m，平面延伸長度小于8 km，傾角介于40°～70°。斷層在剖面上呈似花狀組合(v字型和反y字型)，平面上呈左階雁行式或平行狀排列密集成帶(北西向2條、北東向5條和近南北向5條)(圖4)，三維地震剖面顯示葡萄花油層斷層密集帶與下伏扶楊油層斷層密集帶繼承性發(fā)育，并在扶楊油層更加明顯，且不同走向斷層密集帶代表不同的成因機(jī)制:近南北向密集帶為拉張機(jī)制下的伸展型密集帶，北東向和北西向密集帶為斜拉機(jī)制下的張扭型密集帶，近東西向密集帶為走滑機(jī)制下的調(diào)節(jié)型密集帶［12］。根據(jù)斷層形成活動時期及變形機(jī)制將葡萄花油層斷層劃分為4套:①斷陷期形成坳陷期繼續(xù)活動的斷層;②坳陷期形成的斷層;③坳陷期形成反轉(zhuǎn)期繼續(xù)活動的斷層;④斷陷期形成坳陷期和反轉(zhuǎn)期繼續(xù)活動的斷層。由于松遼盆地構(gòu)造定型期和成藏關(guān)鍵期均為明水組末期，因此，上述4套斷層中能夠成為下伏青山口組源巖生成油向上覆葡萄花油層垂向運(yùn)移的油源斷層為后2類［13，14］，這些油源斷層主要為近南北向展布繼承性活動的斷層密集帶邊界斷層，其具有溝通葡萄花油層和下伏青山口組源巖且在明水組末期反轉(zhuǎn)變形特征，其中徐家圍子向斜發(fā)育的油源斷層(23條)明顯多于升西向斜(7條)，同時油源斷層少和排烴強(qiáng)度低造成升西向斜含油性較差(圖5)。通過對向斜區(qū)葡萄花油層油分布特征與油源斷層關(guān)系分析，油源斷層控藏主要表現(xiàn)為:①向斜外緣緩坡區(qū)受鼻狀構(gòu)造邊緣影響油源斷層主要起垂向輸導(dǎo)和側(cè)向調(diào)整作用，形成相對統(tǒng)一油水界面的構(gòu)造—巖性油藏;②向斜過渡陡坡區(qū)受斷儲配置關(guān)系影響油源斷層主要起側(cè)向輸導(dǎo)和封閉遮擋作用，當(dāng)油源斷層走向與地層傾向近平行時主要起輸導(dǎo)作用，當(dāng)油源斷層走向與地層傾向近垂向時主要起遮擋作用，此時由于斷層密集帶“v字型”對傾結(jié)構(gòu)多表現(xiàn)為反向斷層下盤遮擋聚油;③向斜中心深洼區(qū)受微相物性差異影響油源斷層主要起垂向輸導(dǎo)作用，“接力中轉(zhuǎn)”下伏青山口組源巖生成的油向密集帶內(nèi)及兩側(cè)運(yùn)移，形成分流河道單砂體控制的巖性油藏。

圖4 向斜區(qū)油源斷層、斷層密集帶和油分布關(guān)系圖Fig．4 The relationship among oil-source fault，fault condensed zones and oil distribution in synclinal area

圖5 向斜區(qū)葡萄花油層斷層類型圖Fig．5 The fault types of Putaohua reservoir in synclinal area

圖6 向斜區(qū)葡萄花油層砂體類型及沉積演化規(guī)律圖Fig．6 Sandbody types and sedimentary evolution rule of Putaohua reservoir in synclinal area

2．3高孔滲分流河道砂體為油聚集優(yōu)質(zhì)儲層

時間單元沉積微相揭示向斜區(qū)葡萄花油層發(fā)育河控淺水三角洲沉積［15］，主要發(fā)育陸上及水下分流河道微相和少量河道間微相(席狀砂、河口壩、天然堤和溢岸砂等)。通過對葡萄花油層有效厚度大于0．5 m的1279個井層含油砂體微相類型統(tǒng)計(jì)分析，認(rèn)為向斜區(qū)主要含油砂體為分流河道、席狀砂和河口壩，其它類型微相含油較少，進(jìn)一步分析主要含油砂體產(chǎn)能強(qiáng)度分流河道(2 t/d·m)明顯好于席狀砂(0．7 t/d·m)和河口壩(1．0 t/d·m)，即分流河道是向斜區(qū)葡萄花油層油聚集的主要微相類型，這是因?yàn)榉至骱拥老鄬τ谄渌愋臀⑾鄦紊皩雍穸却?、抗壓?shí)作用強(qiáng)、非均質(zhì)性弱、泥質(zhì)含量低、孔滲性高和側(cè)向連通性好，因而有利于油側(cè)向運(yùn)移和聚集成藏(圖6)。

為了驗(yàn)證沉積微相類型造成的物性差異是影響向斜區(qū)油“甜點(diǎn)式”富集的主要因素，選取徐家圍子向斜葡萄花油層28口探評井91個井層巖芯實(shí)測物性數(shù)據(jù)進(jìn)行含油性分析:當(dāng)砂體有效孔隙度大于16%和空氣滲透率大于3×10－3μm2時，砂體皆為油層和同層，進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)油層中分流河道占91．6%，同層中分流河道占82．4%，而造成含油砂體為油層還是同層的原因?yàn)閱尉蠈游桓叩秃屯蝗﹂]內(nèi)海拔高程高低;當(dāng)有效孔隙度小于16%和空氣滲透率小于3×10－3μm2時，砂體皆為水層，進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)表明分流河道的比例僅占7．8%，分析這部分分流河道砂體不含油的原因?yàn)槲镄圆?、油源斷層不發(fā)育和上傾方向不能形成斷層有效遮擋(圖7)。由以上認(rèn)識可以得出，與油源斷層溝通的高孔滲分流河道砂體為向斜區(qū)葡萄花油層油富集的優(yōu)質(zhì)儲層，如向斜中心深洼區(qū)的徐11-5井和徐11-6井葡Ⅰ22時間單元分流河道砂體試油分別達(dá)到 52．8 t/d 和 19．2 t/d。

2．4 斷層密集帶背形構(gòu)造組成油富集部位

斷層密集帶發(fā)育特征對凹陷不同構(gòu)造部位油氣的優(yōu)勢輸導(dǎo)和聚集部位具有重要控制作用［16，17］。向斜區(qū)葡萄花油層斷層密集帶在剖面上均呈“v字形”地塹結(jié)構(gòu)特征，但受明水組末期盆地壓扭作用斷層密集帶容易發(fā)生反轉(zhuǎn)而形成背形構(gòu)造［18，19］，密集帶內(nèi)表現(xiàn)為斷背斜構(gòu)造，密集帶兩側(cè)表現(xiàn)為反向斷階構(gòu)造，分別在向斜中心深洼區(qū)和過渡陡坡區(qū)形成“洼中隆”和反向斷階構(gòu)造，從而有利于油氣聚集。其中徐家圍子向斜識別出斷層密集帶8條，大部分具有反轉(zhuǎn)特征，升西向斜識別出斷層密集帶4條，局部具有反轉(zhuǎn)特征。從向斜區(qū)斷層密集帶及其背形構(gòu)造反轉(zhuǎn)幅度與油關(guān)系分析，并不是所有的斷層密集帶均表現(xiàn)為控藏特征，原因如下:①斷層密集帶兩側(cè)邊界斷層不是油源斷層，如2號密集帶和1號密集帶北端;②斷層密集帶兩側(cè)邊界斷層是油源斷層，但背形構(gòu)造反轉(zhuǎn)幅度較小，統(tǒng)計(jì)表明當(dāng)密集帶反轉(zhuǎn)幅度小于15 m時含油較差，如3號密集帶南端、5號密集帶和9號密集帶右側(cè);③斷層密集帶邊界斷層既是油源斷層，背形構(gòu)造幅度較高，但處于升平和宋芳屯水系之間砂體不發(fā)育，如6號密集帶北端(圖4)。因此，向斜區(qū)葡萄花油層油源斷層和砂體發(fā)育的強(qiáng)反轉(zhuǎn)型斷層密集帶背形構(gòu)造是油富集甜點(diǎn)部位。

3 油氣成藏模式

通過對向斜區(qū)葡萄花油層油藏類型、油水分布規(guī)律和油富集主控因素的綜合分析，總結(jié)出升西—徐家圍子向斜區(qū)葡萄花油層油運(yùn)移機(jī)制和聚集條件，即明水組末期下伏青山口組源巖生成的油在源巖超壓和浮力作用下［20］，沿著油源斷層上運(yùn)進(jìn)入葡萄花油層，其中一部位油直接進(jìn)入斷層密集帶背形構(gòu)造聚集成藏，一部分油選擇性進(jìn)入斷層密集帶間分流河道砂體輸導(dǎo)和聚集成藏，其運(yùn)聚狀態(tài)表現(xiàn)為3種形式:①向斜中心深洼區(qū)平緩構(gòu)造背景下的斷層密集間分流河道砂體聚油;②向斜過渡陡坡區(qū)反向斷層遮擋分流河道聚油;③油沿著油源斷層匹配分流河道砂體組成的“優(yōu)勢輸導(dǎo)通道”近距離側(cè)向運(yùn)移［17］，最終在向斜邊緣緩坡區(qū)正向構(gòu)造圈閉中聚集成藏。最終建立了向斜區(qū)葡萄花油層4種成藏模式(圖8):①向斜中心深洼區(qū)斷層密集帶背形構(gòu)造控藏模式;②向斜中心深洼區(qū)密集帶間油選擇性充注分流河道控藏模式;③向斜過渡陡坡區(qū)反向斷層遮擋控藏模式;④向斜外緣緩坡區(qū)正向構(gòu)造圈閉控藏模式。以上認(rèn)識對指導(dǎo)凹陷向斜區(qū)油氣高效勘探具有重要指導(dǎo)意義。

圖7 向斜區(qū)葡萄花油層儲層物性特征與其含油性關(guān)系圖Fig．7 The relationship with physical property and oilness of Putaohua reservoir in synclinal area

圖8 向斜區(qū)葡萄花油層成藏模式圖Fig．8 Oil accumulation model of Putaohua reservoir in synclinal area

4 結(jié)論

(1)升西—徐家圍子向斜區(qū)葡萄花油層由3類構(gòu)造單元組成，各構(gòu)造單元油藏類型和油水分布規(guī)律不同:向斜外緣緩坡區(qū)主要發(fā)育油水界面相對統(tǒng)一的構(gòu)造—巖性油藏，向斜過渡陡坡區(qū)主要發(fā)育上油下水或油水互層的斷層—巖性油藏，向斜中心深洼區(qū)主要發(fā)育油水互層的巖性油藏。

(2)升西—徐家圍子向斜區(qū)葡萄花油層油成藏與分布受4方面因素控制:①有效烴源巖匹配古構(gòu)造決定南北構(gòu)造單元油富集差異;②油源斷層組成油優(yōu)勢輸導(dǎo)通道;③物性差異造成高孔滲分流河道砂體為油聚集優(yōu)質(zhì)儲層;④斷層密集帶背形構(gòu)造構(gòu)成油富集主要部位。

(3)升西—徐家圍子向斜區(qū)葡萄花油層油成藏模式為下伏青一段源巖生成的油在源巖超壓和浮力的作用下沿著油源斷層上運(yùn)進(jìn)入葡萄花油層，然后分別在向斜中心深洼區(qū)的斷層密集帶背形構(gòu)造、斷層密集帶間高孔滲分流河道、向斜過渡陡坡區(qū)反向斷層遮擋圈閉和凹陷外緣緩坡區(qū)正向構(gòu)造圈閉聚集成藏。

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14 姜振學(xué)，龐雄奇，曾濺輝，等．油氣優(yōu)勢運(yùn)移通道的類型及其物理模擬實(shí)驗(yàn)研究［J］．地學(xué)前緣，2005，12(4):507-546［Jiang Zhenxue，Pang Xiongqi，Zeng Jianhui，et al．Research on types of the dominant migration pathways and their physical simulation experiments［J］．Earth Science Frontiers，2005，12(4):507-546］

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17 肖佃師，盧雙舫，陳海峰，等．源外斜坡區(qū)斷裂密集帶對油氣成藏的控制作用:以松遼盆地肇源南扶余油層為例［J］．中南大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2012，43(9):3548-3557［Xiao Dianshi，Lu Shuangfang，Chen Haifeng，et al．Control effect of fault condensed belts in hydrocarbon accumulation in slope area outside of source area:A case study of Fuyu oil layer in Zhaoyuannan region，Songliao Basin［J］．Journal of Central South University:Science and Technology，2012，43(9):3548-3557］

18 劉曉峰，董月霞，王華．渤海灣盆地南堡凹陷的背形負(fù)花狀構(gòu)造［J］．地球科學(xué)，2011，35(6):1029-1034 ［Liu Xiaofeng，Dong Yuexia，Wang Hua．Antiformal negative flower structure in Nanpu sag，Bohai Bay Basin［J］．Earth Science，2011，35(6):1029-1034］

19 詹潤，楊貴麗，張盛，等．青東凹陷復(fù)合型花狀構(gòu)造成因分析［J］．大地構(gòu)造與成礦學(xué)，2012，36(4):473-482［Zhan Run，Yang Guili，Zhang Sheng，et al．Analysis on the origin of the composite flower structures in the Qingdong sag［J］．Geotectonica et Metallogenia，2012，36(4):473-482］

20 付廣，王有功．三肇凹陷青山口組源巖生成油向下“倒灌”運(yùn)移層位及其研究意義［J］．沉積學(xué)報(bào)，2008，26(2):355-360［Fu Guang，Wang Yougong．Migration horizons downward of oil from K1qn source rock of F，Y pay zone in Sanzhao depression and its significance［J］．Acta Sedimentologica Sinica，2008，26(2):355-360］