榆樹林地區(qū)油氣運移模式與油氣分布規(guī)律研究

柴 浩，于宏宇，張 曦，郭天然

(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 第五采油廠，黑龍江 大慶 163318；3. 西南油氣田分公司 工程技術(shù)研究院，四川 成都 610017；4. 吉林油田分公司 油氣工程研究院，吉林 松原 138000)

榆樹林地區(qū)位于松遼盆地北部三肇凹陷徐家圍子向斜東翼單斜與東北隆起區(qū)尚家鼻狀構(gòu)造之上(見圖1)。區(qū)內(nèi)主要含油層位是下白堊統(tǒng)泉三、四段的扶楊油層及姚家組一段的葡萄花油層，是大慶長垣以東三肇凹陷地區(qū)的主要含油區(qū)之一。但由于研究區(qū)扶楊油層與葡萄花油層儲層物性差、非均質(zhì)性強、斷裂發(fā)育、油水分布關(guān)系復雜，因此該地區(qū)油氣成藏主控因素及油氣分布規(guī)律一直認識不清。以往對于三肇地區(qū)扶楊油層、葡萄花油層油氣成藏規(guī)律的研究通常為某一油層在區(qū)域范圍內(nèi)較為籠統(tǒng)的油氣成藏控制因素分析及成藏模式總結(jié)[1-4]，而針對榆樹林地區(qū)扶楊油層和葡萄花油層的全面系統(tǒng)的油氣成藏規(guī)律研究，尤其是油氣運移模式及其對油氣分布的控制作用研究少有論及。因此，本文在對榆樹林地區(qū)油源條件、生儲蓋組合關(guān)系、油氣運移通道、油氣運移方式等地質(zhì)因素綜合研究基礎(chǔ)之上，總結(jié)了榆樹林地區(qū)油氣運移模式類型，并對不同類型油氣運移模式及油氣的分布規(guī)律進行了系統(tǒng)分析。

圖1 青一段源巖有效排烴范圍

1 油氣運移模式分析

油氣運移模式是生儲蓋組合關(guān)系、油源條件、油氣運移通道、油氣運移方式等地質(zhì)因素的綜合反映。

1.1 生儲蓋組合關(guān)系

前人研究結(jié)果表明[3,5]，榆樹林地區(qū)主要含油層位扶楊油層和葡萄花油層油均來源于三肇凹陷青山口組烴源巖，而由于青二三段泥巖排油強度高值區(qū)主要集中在朝陽溝邊緣地區(qū)，在三肇凹陷內(nèi)排油強度極小，因此油氣主要來源于三肇凹陷青山口組一段烴源巖。扶楊油層位于下白堊統(tǒng)泉頭組三、四段地層，位于青山口組一段烴源巖之下，既是扶楊油層的油氣來源，又是扶楊油層油的蓋層，即研究區(qū)扶楊油層屬于典型的上生下儲式生儲蓋組合。葡萄花油層位于下白堊統(tǒng)姚家組一段地層，位于青一段烴源巖之上，中間夾青二三段的巨厚泥巖沉積，其蓋層為姚二三段半深湖—深湖相泥巖，形成下生上儲的正常式生儲蓋組合。

1.2 油源條件

三肇凹陷青一段烴源巖發(fā)育，其有機質(zhì)豐度高、類型較好，且均處于生油窗階段，在四方臺組沉積初期開始生油，明水組沉積末期開始達到生排油高峰期[6]。然而烴源巖能夠生油并不代表能夠向儲層提供充足的油氣來源，張雷等[7]依據(jù)以排油強度為指標的油源巖分級評價標準，將三肇地區(qū)有效排油強度規(guī)定為排油量大于50×104t/km2，并根據(jù)青一段烴源巖生排油強度的最新計算結(jié)果，確定了三肇地區(qū)青一段烴源巖有效排油范圍(圖1)。榆樹林地區(qū)西部及西南部位于青一段烴源巖有效排油范圍之內(nèi)，中部及東部大部分地區(qū)處于青一段烴源巖有效排油范圍之外，即依據(jù)青一段烴源巖有效排油范圍可將研究區(qū)劃分為源內(nèi)和源外兩個區(qū)域。

1.3 油氣運移通道

沉積盆地可作為油氣運移宏觀通道的地質(zhì)體主要有3種基本類型：即斷層、不整合面和滲透性地層(輸導層)[8-9]。

對于扶楊油層這種上生下儲式的生儲蓋組合關(guān)系，連通青一段源巖和下覆扶楊油層的斷層是“倒灌”運移必要的通道條件[10]，即源巖中生成排出的油氣在超壓的作用下，形成源儲壓差，克服浮力和毛細管力的阻擋作用，沿著溝通源巖與下伏儲集層的斷層向下“倒灌”運移。研究區(qū)極為發(fā)育的T2反射層斷層(見圖2)為油氣運移提供了良好的通道條件。

T2反射層斷層中，溝通青一段源巖與目的層且在源巖大量生排烴期及其以后活動的斷層才能起到輸導油氣的作用。青一段源巖在上白堊統(tǒng)四方臺組沉積初期開始生烴，在明水組沉積末期開始達到生排烴高峰期。從斷層所斷穿層位上看，由T2斷至T06及其以上地層的斷層在源巖成熟之后活動并開啟過，必然構(gòu)成了青一段油氣運移的輸導通道，即T2～T06斷層為研究區(qū)青一段源巖生成油向葡萄花油層和扶楊油層運移的主要油源斷層(圖2)。

圖2 研究區(qū)T2反射斷裂與油氣分布范圍疊合圖

榆樹林地區(qū)扶楊油層和葡萄花油層均以河流相或三角洲相沉積環(huán)境為主，研究區(qū)內(nèi)廣泛沉積的各類型河流與三角洲相砂體可作為油氣運移通道之一。

榆樹林地區(qū)扶楊油層內(nèi)部不發(fā)育不整合面；而研究區(qū)葡萄花油層底部沉積間斷面，也位于不整合范圍之外，因此不整合面不是研究區(qū)主要的油氣運移通道。

1.4 油氣運移動力及運移方式

研究區(qū)內(nèi)油氣運移的主要動力是青一段烴源巖的異常高孔隙流體壓力(超壓)和浮力。青一段泥巖在三肇凹陷內(nèi)全區(qū)分布，結(jié)合生排烴史[6]和構(gòu)造發(fā)育史研究成果，利用等效深度法[11-12]，對三肇地區(qū)青一段烴源巖生成油氣大量運移時期明水組末期(青一段烴源巖大量生排烴期之后第一次斷裂活動時期)的古超壓值的大小進行了恢復(見圖3)，結(jié)果表明研究區(qū)青一段泥巖在明水組沉積末期普遍存在超壓，古超壓最大值可達18 MPa以上，分布在徐9井附近。

在源內(nèi)區(qū)域，超壓是油氣運移的主要動力，青一段烴源巖生成排出的油氣需向上經(jīng)過青二、三段300多米厚的泥巖地層方可進入葡萄花油層，烴源巖超壓的存在勢必為油氣運移提供巨大的動力；扶楊油層屬于上生下儲式生儲蓋組合，而源巖具有足夠大的超壓是油氣發(fā)生“倒灌”運移的必要條件之一[10]；在源外區(qū)域，由于烴源巖排烴強度很小，超壓對油氣運移基本不起作用。浮力在源內(nèi)區(qū)域?qū)τ谄咸鸦ㄓ蛯右彩鞘怯蜌膺\移的重要動力之一，推動油氣由青一段烴源巖向上部垂向運移，對扶楊油層而言，浮力則是油氣向下“倒灌”運移的阻力；浮力在源外區(qū)域?qū)τ谄咸鸦ㄓ蛯雍头鰲钣蛯泳鶠橛蜌膺\移的動力，青一段烴源巖生成的油氣垂向運移進入葡萄花和扶楊油層儲層之后，勢必會在浮力作用下沿地層上傾方向發(fā)生側(cè)向運移，并在有利的圈閉條件下聚集成藏[1]。

圖3 青一段源巖生排烴期古超壓等值線圖

1.5 油氣運移模式

結(jié)合上述對榆樹林地區(qū)生儲蓋組合關(guān)系、油源條件、油氣運移通道、油氣運移方式等地質(zhì)因素的綜合分析，認為榆樹林地區(qū)主要存在以下4種類型油氣運移模式(圖4)。

1.5.1 源內(nèi)—上生下儲式

此類型油氣運移模式主要作用于榆樹林地區(qū)青一段烴源巖有效排烴范圍內(nèi)(源內(nèi)區(qū)域)的扶楊油層儲集層，青一段烴源巖生成的油氣在超壓作用下通過油源斷層垂向向下“倒灌”運移至鄰近油源斷層的構(gòu)造有利部位，運移以垂向運移方式為主，側(cè)向運移方式為輔，其作用的平面范圍受研究區(qū)內(nèi)青一段烴源巖有效排烴范圍控制，垂向運移的距離和層位則受控于青一段源巖超壓與T2～T06油源斷層組合關(guān)系。

1.5.2 源內(nèi)—下生上儲式油氣運移模式

Ⅰ 源內(nèi)—下生上儲式—斷層輸導—垂向為主油氣運移模式；Ⅱ 源內(nèi)—上生下儲式—斷層輸導—垂向為主油氣運移模式；Ⅲ 源外—斷層與砂體聯(lián)合輸導—側(cè)向為主油氣運移模式；Ⅳ 源外—下生上儲式—斷層與砂體聯(lián)合輸導—垂側(cè)向復合油氣運移模式；K1q2泉頭組二段；K1q3-4泉頭組三、四段；K2qn 青山口組；K2y1姚家組一段

圖4研究區(qū)油氣運移模式

該類型油氣運移模式仍以油源斷層垂向為主，側(cè)向運移方式為輔，其作用范圍同樣受研究區(qū)內(nèi)青一段烴源巖有效排烴范圍控制。他與第1種油氣運移模式之間的主要差別在于儲集層位于烴源巖之上，且烴源巖超壓與浮力均為油氣運移動力。此油氣運移模式中青一段烴源巖油氣在超壓和浮力作用下，沿著油源斷層向上垂向運移進入葡萄花油層，并易于在鄰近油源斷層的構(gòu)造圈閉或斷層—巖性圈閉中聚集成藏。由于超壓釋放和垂向長距離運移，油源供給不足，在該類型油氣運移模式作用范圍內(nèi)的葡萄花油層中通常形成上油下水的欠充注式油水分布格局[3]。

1.5.3 源外—斷層砂體聯(lián)合輸導式

此類型油氣運移模式主要作用于源外區(qū)域的扶楊油層和葡萄花油層儲集層，源內(nèi)區(qū)垂向運移進入扶楊油層和葡萄花油層儲集層的油氣，在源外區(qū)以浮力為動力沿著被斷層溝通的儲層砂體向構(gòu)造上傾方向發(fā)生側(cè)向運移，即油以側(cè)向運移方式為主，垂向運移方式為輔。這種以側(cè)向運移方式為主的油氣運移模式具有以下特點：第一，其油氣側(cè)向運移的總體方向受油氣大量運移期古構(gòu)造背景控制；第二，油氣在砂體中沿著一定優(yōu)勢路徑側(cè)向運移[13-14]，斷層和構(gòu)造脊線是約束油氣運移路徑的主要因素[15]，而儲層砂體的展布特征同樣對油氣運移路徑也起到了重要的控制作用；第三，油氣側(cè)向運移距離和范圍取決于古構(gòu)造背景(即油氣側(cè)向運移方向)、斷層走向與儲層砂體展布方向三者之間的配置關(guān)系[7]。

1.5.4 源外—下生上儲復合式

研究區(qū)源外區(qū)域局部地區(qū)，葡萄花油層中的油不是青一段源巖生成的油在源內(nèi)區(qū)垂向運移進入葡萄花油層后，通過斷層溝通的砂體側(cè)向運移而來的，而是直接來源于同一地區(qū)的下覆扶楊油層。其油氣運移模式為源內(nèi)區(qū)青一段烴源巖生成的油在超壓作用下通過油源斷層向下“倒灌”運移進入扶楊油層后，在浮力作用下沿被T2斷層溝通的砂體側(cè)向運移至源外區(qū)的扶楊油層，最后通過源外區(qū)斷層向上垂向運移進入上覆葡萄花油層，經(jīng)歷了以斷層和砂體聯(lián)合輸導的垂向—側(cè)向—垂向的近似“U”型的運移過程，即為源外—下生上儲式復合油氣運移模式。由于青一段烴源巖生成的油需經(jīng)過在扶楊油層中較長距離的側(cè)向運移和垂向運移后才能進入葡萄花油層，在此過程中油散失量較大，只有在扶楊油層中油聚集區(qū)才能提供有效的油氣量進行此類運移，因而扶楊油層油分布區(qū)范圍和油源斷層分布控制了該類型油氣運移模式的作用范圍。

2 研究區(qū)油氣分布規(guī)律

2.1 垂向油氣分布規(guī)律

源內(nèi)—上生下儲式油氣運移模式作用范圍內(nèi)的扶楊油層中，油氣垂向分布的深度和層位受控于青一段源巖超壓與油源斷層組合關(guān)系，在油源斷層附近源巖明末古超壓值越大，油氣垂向向下“倒灌”運移進入扶楊油層的距離越大，油氣垂向分布的范圍越大[7]；而在以源內(nèi)—下生上儲式為主油氣運移模式控制的葡萄花油層中，油氣沿油源斷層向上垂向運移，可到達葡萄花油層內(nèi)的各個層位，油氣垂向分布主要受各層位儲層砂體發(fā)育程度控制；葡萄花油層四級層序SQ1和SQ2的低位域沉積時期砂體較為發(fā)育，因而低位域LST1和LST2地層中探井鉆遇油層數(shù)占葡萄花油層總鉆遇油層數(shù)的63%(圖5)。源外—斷層與砂體聯(lián)合輸導式對油氣垂向分布的控制作用略有不同，扶楊油層中側(cè)向運移的同時伴隨著由斷層與砂體溝通所導致的垂向運移和不同層位砂體對接現(xiàn)象，局部垂向運移可將油氣向上部地層輸導，正斷層兩側(cè)不同層位砂體對接則可使油氣向下部地層輸導，其結(jié)果是隨著側(cè)向運移距離的增大，油底海拔高度逐漸抬升。源外—下生上儲式式在垂向上對油氣的控制作用與源內(nèi)—下生上儲式為主油氣運移模式相同，即受葡萄花油層內(nèi)各層位儲層砂體發(fā)育程度控制。

圖5 研究區(qū)葡萄花油層各四級層序油層個數(shù)比例

2.2 平面油氣分布控制作用

源內(nèi)兩種模式雖然作用于具有不同生儲蓋關(guān)系的油層，但其平面作用范圍均受研究區(qū)內(nèi)青一段烴源巖有效排烴范圍控制，且均是以溝通源巖與儲集層的油源斷層為輸導通道，以油氣的垂向運移為主，側(cè)向運移為輔，對油氣在平面分布具有相同的控制作用。油氣在平面上主要分布在鄰近油源斷層的高斷塊等局部構(gòu)造高部位或受斷層和巖性邊界遮擋的斷層—巖性圈閉中，受古構(gòu)造背景影響較小，整體呈相對連續(xù)的連片狀分布(圖6)。

源外—斷層與砂體聯(lián)合輸導式作用范圍內(nèi)的扶楊油層與葡萄花油層中，油氣均以側(cè)向運移方式為主，運移的總體方向受油氣大量運移期(明水組末期)各油層頂面古構(gòu)造背景控制，由于榆樹林地區(qū)扶楊油層與葡萄花油層均是以河流相或三角洲相沉積環(huán)境為主，儲層砂體物性橫向分布不穩(wěn)定，油氣側(cè)向運移優(yōu)勢路徑受斷層、古構(gòu)造脊線和砂體展布特征共同制約，且油氣側(cè)向運移距離和范圍取決于三者之間的配置關(guān)系。由研究區(qū)斷層分布圖(圖2)及明末古構(gòu)造、主力層位沉積微相和油氣顯示疊合圖(圖6)可以看出，油氣由徐家圍子生油中心向東部上傾方向的兩個古鼻狀構(gòu)造匯聚，其運移的總體方向是北東—南西向或近東西向，而研究區(qū)T2和T1-1斷層以近南北向展布為主，儲層砂體則主要呈北西—南東向展布，三者展布方向均垂直或高角度斜交，空間配置關(guān)系差，因而榆樹林地區(qū)油氣側(cè)向運移距離不大，尤其葡萄花油層在升35—樹5—樹13井一線存在一條砂巖不發(fā)育帶(圖6b)，該條帶阻止了油氣向上傾方向的側(cè)向運移，并使得油氣運移方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，導致該條帶東側(cè)地區(qū)葡萄花油層含油面積小于下部扶楊油層。因此，在該類型油氣運移模式作用下，平面上隨側(cè)向運移距離增大含油氣性變差，油氣主要分布于向古構(gòu)造脊線匯聚方向及古構(gòu)造脊線附近的構(gòu)造有利位置，受古構(gòu)造背景影響較明顯，整體呈相對分散的塊狀或條帶狀分布(圖6)。

Ⅰ區(qū)：源內(nèi)—下生上儲式為主油氣運移模式；Ⅱ區(qū)：源內(nèi)—上生下儲式油氣運移模式；Ⅲ區(qū)：源外—斷層與砂體聯(lián)合輸導油氣運移模式；Ⅳ區(qū)：源外—下生上儲式復合油氣運移模式

圖6明水組末期頂面古構(gòu)造與沉積微相疊合圖

源外—下生上儲式復合油氣運移模式主要作用于榆樹林地區(qū)葡萄花油層中砂巖不發(fā)育帶以東地區(qū)，在該地區(qū)由于砂巖不發(fā)育帶的阻隔，油氣難以在葡萄花油層中側(cè)向運移至此，油氣聚集主要為下伏扶楊油層中聚集的油氣沿油源斷層二次調(diào)整的結(jié)果，因此油氣在平面上主要分布于下伏扶楊油層含油面積之內(nèi)的鄰近油源斷層的構(gòu)造有利位置，如尚家鼻狀構(gòu)造之上的葡萄花油層中聚集的油氣。

3 結(jié) 論

1)榆樹林地區(qū)主要含油層位扶楊油層和葡萄花油層油均來源于研究區(qū)青一段烴源巖有效排油范圍之內(nèi)，具有上生下儲和下生上儲兩種生儲蓋組合關(guān)系，斷層和砂體是油運移的主要通道，存在側(cè)向運移和垂向運移兩種油運移方式，且在源內(nèi)區(qū)與源外區(qū)油氣運移通道類型及其組合形式不同，起主導作用的油氣運移方式不同。

2)榆樹林地區(qū)的油氣運移模式，認為榆樹林地區(qū)主要存在以下4種類型油氣運移模式，即源內(nèi)—上生下儲式油氣運移模式；源內(nèi)—下生上儲式油氣運移模式；源外—斷層與砂體聯(lián)合輸導油氣運移模式；源外—下生上儲式—斷層與砂體聯(lián)合輸導復合油氣運移模式。

3)不同類型油氣運移模式對榆樹林地區(qū)油氣在垂向和平面上分布的控制作用。

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