富油凹陷油氣分布有序性與富集差異性
——以渤海灣盆地濟陽坳陷東營凹陷為例

王永詩，郝雪峰，胡陽

（1. 中國石化勝利油田分公司，山東東營 257001；2. 中國石化勝利油田分公司勘探開發(fā)研究院，山東東營 257015）

0 引言

斷陷盆地油氣分布規(guī)律與富集模式是油氣藏預(yù)測的關(guān)鍵，一直以來備受石油地質(zhì)學(xué)界的關(guān)注[1-2]。自20世紀(jì)60年代以來，中國石油地質(zhì)工作者先后提出了源控論[3]、復(fù)式油氣聚集帶理論[4-5]、油藏“環(huán)帶狀”分布[6-7]、隱蔽油氣藏理論[8]、富油氣凹陷論[9]、滿凹含油論[10-11]等油氣成藏理論，反映了石油地質(zhì)學(xué)研究從現(xiàn)象表征到機理探求不斷發(fā)展的過程。隨著勘探實踐和地質(zhì)認(rèn)識的不斷深入，石油地質(zhì)家開始重新思考斷陷盆地油藏分布規(guī)律，如富油凹陷油藏最終宏觀分布規(guī)律是什么？油氣富集受何因素控制？這些問題不僅是陸相斷陷盆地石油地質(zhì)學(xué)的研究目標(biāo)，同時在勘探實踐中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。目前中國東部陸相斷陷盆地大都進入中—高勘探程度[12]，勘探對象日益復(fù)雜，如何實現(xiàn)油氣儲量的不斷發(fā)現(xiàn)，是成熟探區(qū)精細(xì)勘探、效益勘探的需求。此外，新一輪油氣資源評價結(jié)果表明，東部成熟探區(qū)仍具有較大剩余資源量，勘探潛力大。因此，本文以東營凹陷為例，以關(guān)鍵成藏要素演化為主線，在精細(xì)地質(zhì)建模的基礎(chǔ)上，開展壓力-流體-儲集性等成藏要素的聯(lián)動演化及其耦合控藏作用研究，揭示油氣有序性分布及差異性富集的內(nèi)在機理，進而有效指導(dǎo)成熟探區(qū)勘探實踐。

1 油氣分布的有序性及富集的差異性

1.1 油氣分布的有序性

勘探實踐表明，東營凹陷油氣具有有序性分布的特點，如巖性、構(gòu)造、地層等油藏類型在空間上橫向毗鄰、縱向疊置，不同油藏類型之間往往有過渡類型存在，但在不同地區(qū)、不同構(gòu)造單元油藏分布序列存在差異。從凹陷、二級層序和沉積體系來看，油氣有序性分布具有普遍性。

在凹陷層次上，東營凹陷主要發(fā)育4個生油洼陷，自每個洼陷中心到邊緣，依次發(fā)育巖性油藏、構(gòu)造-巖性油藏、巖性-構(gòu)造油藏、構(gòu)造油藏、地層油藏，油藏類型在平面上分布是有序的，且圍繞洼陷中心呈環(huán)帶狀分布（見圖1）。

在二級層序?qū)哟紊希詵|營凹陷主力含油層系古近系沙河街組四段上亞段—沙河街組二段下亞段（Es4s—Es2x）為例，自洼陷中心至邊緣，依次發(fā)育巖性油藏、構(gòu)造油藏和地層油藏，不同油藏類型之間還發(fā)育構(gòu)造-巖性、巖性-構(gòu)造等過渡油藏類型，油藏分布序列較完整（見圖2）。其他二級層序內(nèi)油藏序列不完整，油藏類型分布樣式存在明顯差異，反映了不同二級層序與烴源巖空間配置關(guān)系的差異。

圖2 東營凹陷二級層序不同油藏類型分布圖（據(jù)文獻[13]修改，剖面位置見圖1）

在沉積體系層次上，以東營三角洲為例，三角洲沉積體系主要由前三角洲亞相（滑塌濁積砂體）、三角洲前緣亞相（河口壩砂體）、三角洲平原亞相（分流河道砂體）組成，自洼陷中心至邊緣依次發(fā)育巖性油藏、構(gòu)造-巖性油藏、構(gòu)造油藏（見圖3），有序性分布特征明顯。同時東營凹陷灘壩砂體和砂礫巖扇體油藏類型也具有類似的有序分布特征[13-14]。

圖3 東營凹陷三角洲沉積體系油藏類型分布圖

綜上所述，斷陷盆地油藏類型在凹陷、二級層序和沉積體系等層次上有序分布、橫向毗鄰、縱向疊置。油藏類型分布的有序性認(rèn)識促進了對油藏空間分布的科學(xué)預(yù)測和評價，指導(dǎo)了不同區(qū)帶（層系）主要勘探對象的主動轉(zhuǎn)移。

1.2 油氣富集的差異性

油氣分布的有序性是盆地內(nèi)油藏空間分布的規(guī)律，而盆地內(nèi)不同構(gòu)造巖相帶油氣成藏主控因素的不同，在油氣富集模式上則體現(xiàn)出明顯的差異性。就東營凹陷而言，古近系發(fā)育了陡坡帶砂礫巖、凹陷帶濁積巖和緩坡帶灘壩砂等不同類型儲集體，其成藏主控因素不同，導(dǎo)致油氣富集模式有著明顯的差異[14-18]。在大量油藏解剖的基礎(chǔ)上，建立了油氣成藏及差異富集的模式。

圖4 陡坡帶砂礫巖油氣富集模式

陡坡帶砂礫巖油藏：具有扇根封堵、扇中有利相帶控制油氣富集的成藏模式（見圖4）。橫向上，就同一期砂礫巖扇體而言，具有扇緣裂縫輸導(dǎo)、扇根側(cè)向封堵、扇中油氣富集的特征；縱向上，對于多期疊置的砂礫巖扇體而言，可以劃分為高充滿度帶、過渡帶和低充滿度帶。埋深3 280～4 100 m為高充滿度帶，扇根的封堵能力強，油藏類型為扇根封堵的巖性油藏，油藏非油即水，油氣充滿度高，含油高度為80～190 m，油藏寬度為600～2 500 m。埋深2 500～3 280 m為過渡帶，扇根的封堵能力中等，油藏類型為構(gòu)造-巖性或巖性油藏，油水間互，油氣充滿度中等，含油高度為20～90 m，油藏寬度為300～1 500 m。埋深1 700～2 500 m為低充滿度帶，扇根封堵能力較差，多為背斜自圈閉構(gòu)造油藏和地層油藏，油氣充滿度低，以含油水層為主，含油高度為10～70 m，油藏寬度為200～1 000 m。

凹陷帶濁積巖油藏：具有壓力-隱蔽輸導(dǎo)的油氣富集模式（見圖5）。統(tǒng)計結(jié)果表明，當(dāng)烴源巖排烴強度大于350×104t/km2時，烴源巖區(qū)普遍發(fā)育異常高壓，利于源內(nèi)濁積巖透鏡體成藏；勘探實踐中超過四分之三的巖性體油氣藏地層壓力系數(shù)大于1.2（屬于超壓），超壓區(qū)巖性體圈閉的油氣充滿度高，油氣富集程度較高；源外濁積巖透鏡體成藏取決于與烴源巖的距離，斷裂和裂隙帶垂向輸導(dǎo)油氣，目前已發(fā)現(xiàn)濁積巖油藏主要分布于源巖向上約225 m的范圍內(nèi)，源外濁積巖油藏油氣充滿度隨著與源巖距離的增加而逐漸降低。

圖5 洼陷帶濁積巖油氣富集模式

緩坡帶灘壩砂油藏：具有“壓吸”充注的油氣富集模式（見圖 6），其中烴源巖廣泛超壓控制了油氣富集。靠近凹陷中心烴源巖高壓區(qū)，油藏類型以巖性油藏為主，油氣充滿度高，油氣藏?zé)o明顯的邊底水，表現(xiàn)為非油即干特征。凹陷斜坡中部的壓力過渡區(qū)，油藏類型以構(gòu)造-巖性油藏為主，油氣充滿度也較高，局部可見到油水間互。凹陷邊緣構(gòu)造高部位的常壓區(qū)，油藏類型以構(gòu)造油藏和地層油藏為主，油氣充滿度較低，油水層間互現(xiàn)象比較普遍，具有明顯的邊底水。

圖6 緩坡帶灘壩砂油氣富集模式

2 油氣分布有序性及富集差異性的控制機制

盆地沉積充填和壓力結(jié)構(gòu)的有序性控制了油氣有序性分布，而盆地內(nèi)不同構(gòu)造帶油氣富集的差異性則受到壓力-流體-儲集性耦合作用的控制。

2.1 斷陷盆地沉積體系發(fā)育有序性是油氣分布有序性的基礎(chǔ)

渤海灣盆地新生代的發(fā)育演化整體受控于太平洋板塊俯沖和印度板塊擠壓碰撞的共同作用[19-20]，作為渤海灣盆地內(nèi)部三級構(gòu)造單元，東營凹陷于新生代經(jīng)歷了裂陷和裂后拗陷兩大演化階段，盆地結(jié)構(gòu)整體表現(xiàn)為北斷南超的箕狀凹陷。受凹陷構(gòu)造格局的控制，沉積體系從凹陷中心到邊緣依次發(fā)育深水濁積扇、前三角洲、三角洲前緣、三角洲平原、河流和沖積扇，呈現(xiàn)有序展布的特征?？v向上典型二級層序內(nèi)部或整個斷-拗層序格架內(nèi)，沉積體系類型變化基本上也呈有序性變化（見圖7）。

圖7 東營凹陷古近系沉積體系發(fā)育模式圖

統(tǒng)計結(jié)果表明，東營凹陷不同沉積體系發(fā)育的主要油藏類型存在差異，凹陷中心深水濁積扇、前三角洲是巖性圈閉主要組成部分，也是凹陷內(nèi)輸導(dǎo)體系的重要組成，主要發(fā)育巖性油藏；三角洲前緣則發(fā)育斷層-巖性圈閉，主要發(fā)育構(gòu)造-巖性油藏和構(gòu)造油藏；三角洲平原不僅是大型構(gòu)造油藏的主力儲集層，同時也是盆地橫向輸導(dǎo)體系的主要組成部分，主要發(fā)育構(gòu)造油藏；河流主要發(fā)育構(gòu)造油藏和巖性-構(gòu)造油藏；沖積扇則主要發(fā)育地層油藏（見圖 8）?？梢?，從凹陷中心到邊緣沉積體系的有序性決定了成藏靜態(tài)要素有序分布的基礎(chǔ)條件，即沉積充填的有序性控制了圈閉類型、輸導(dǎo)體系等成藏要素的連續(xù)性特征，進而決定了油氣分布的有序性。

圖8 東營凹陷不同沉積環(huán)境主要發(fā)育的油藏類型

2.2 斷陷盆地壓力結(jié)構(gòu)是油氣分布有序性的關(guān)鍵

地層超壓在油氣的生成—運移—聚集過程中具有重要的作用。據(jù)鉆井DST和MDT測試壓力數(shù)據(jù)表明，東營凹陷超壓主要發(fā)育于沙三段和沙四段，與烴源巖發(fā)育層系一致，而上覆沙二段、沙一段、東營組、館陶組和明化鎮(zhèn)組以及下伏孔店組均為常壓系統(tǒng)，整體表現(xiàn)為單超壓特征[21]。超壓中心多位于凹陷沉積（沉降）中心，超壓幅度大，壓力系數(shù)可達2.0，向凹陷邊緣地層壓力逐漸過渡為常壓區(qū)（見圖9）。

圖9 東營凹陷沙河街組四段灘壩砂巖油藏分布剖面圖（剖面位置見圖1）

圖10 東營凹陷灘壩砂壓力環(huán)境與油藏類型對應(yīng)關(guān)系

表1 東營凹陷不同類型油藏屬性統(tǒng)計結(jié)果

緩坡帶灘壩砂勘探實踐表明，地層壓力結(jié)構(gòu)的有序性控制油藏類型的有序性分布。超壓區(qū)內(nèi)主要發(fā)育巖性油藏（見圖10），從油藏地球化學(xué)特征來看，油氣成熟度地球化學(xué)參數(shù)差異不大（見圖 9），顯示出高壓驅(qū)動為主的成藏特點。雖然巖性油藏中代表成藏阻力的排驅(qū)壓力和飽和度中值壓力值最大（見表 1），但超壓環(huán)境為油氣充注提供充足動力，為巖性圈閉的油氣富集提供有利條件。常壓區(qū)以構(gòu)造油藏發(fā)育為主（見圖10），油氣成熟度地球化學(xué)參數(shù)呈明顯有序性分布，下部成熟度高、上部成熟度低（見圖 9），體現(xiàn)出常壓區(qū)以浮力驅(qū)動為主的成藏特點。構(gòu)造油藏成藏阻力較?。ㄒ姳?1），油水密度差所產(chǎn)生的浮力驅(qū)替毛細(xì)管孔隙中的水，使烴類在圈閉中聚集成藏。斷層是壓力過渡區(qū)垂向泄壓的主要通道，儲集層是油氣橫向運移通道，油氣成熟度地球化學(xué)參數(shù)發(fā)生倒轉(zhuǎn)（見圖9），表現(xiàn)為超壓-浮力聯(lián)合驅(qū)動為主的成藏特點，油藏類型多樣化，但多以構(gòu)造-巖性油藏為主（見圖10）。

2.3 壓力-流體-儲集性耦合控制油氣富集差異性

不同構(gòu)造巖相帶位置的差異具有不同構(gòu)造沉降、沉積充填樣式及成巖演化過程，進而決定了壓力-流體-儲集性作用機理、演化過程的不同（見圖11），決定了油氣成藏過程中不同的耦合方式以及最終的油氣藏富集樣式差異性。

圖11 壓力-流體-儲集性聯(lián)動演化及其耦合作用示意圖

就陡坡帶砂礫巖而言，具有近物源、快速堆積、粗細(xì)混雜的特點，抗壓實能力較弱，儲集層非均質(zhì)性強，優(yōu)質(zhì)儲集層是控制砂礫巖油氣成藏的關(guān)鍵因素[22-24]。研究結(jié)果表明，酸堿流體交替作用控制了砂礫巖儲集層次生孔隙的發(fā)育。東營組沉積末期，下伏孔店組—沙河街組四段下亞段膏鹽層脫水形成的堿性流體主要通過缺少泥巖隔層的扇根亞相及靠近扇根的扇中部分向上運移，扇根亞相除了發(fā)生強壓實作用外，還形成硬石膏和碳酸鹽強膠結(jié)，原始孔隙消耗殆盡，以至于伴隨烴源巖生烴形成的酸性流體難以大規(guī)模對扇根儲集層進行溶蝕，扇根儲集層物性逐漸變差（見圖12）。而扇中亞相原始沉積條件較好，抗壓實能力強，泥巖隔層發(fā)育，堿性流體作用范圍有限，形成部分碳酸鹽膠結(jié)物，保存了部分原生孔隙，為后期酸性流體注入提供了空間，酸性流體對長石顆粒以及早期碳酸鹽膠結(jié)物進行溶蝕，進一步改善了扇中亞相儲集空間（見圖12）?？梢?，扇中儲集層物性變好，扇根儲集層物性進一步變差，形成了扇根封堵的成巖圈閉。館陶組沉積末期至今，烴源巖經(jīng)歷了東營組沉積末期的構(gòu)造抬升及后期沉降，烴源巖二次生烴排出的有機酸對扇中儲集層再次溶蝕，進一步改善扇中儲集空間，而扇根持續(xù)遭受壓實作用，儲集層逐漸致密，油氣封堵能力增強，成巖圈閉逐漸定型。油氣地球化學(xué)指標(biāo)對比表明，砂礫巖體不同油藏、同一油藏不同部位油氣來源存在明顯差異。砂礫巖油藏的油氣主要來自于沙四段烴源巖，但不同層位砂礫巖油藏、同一油藏不同部位油氣來源存在明顯差異。沙四段上亞段靠凹陷一側(cè)（如鹽 22-X1井）油氣源于沙四段下亞段烴源巖和沙四段上亞段烴源巖，具有混源的特征（見圖 13a）；沙四段上亞段靠近扇根一側(cè)（如鹽22井）和沙三段（如鹽16井）油氣均來自于沙四段下亞段烴源巖（見圖13b、圖13c）。兩套含油氣系統(tǒng)雖然在空間上縱向疊置，但油氣沿扇體縱向運聚成藏受控于扇根成巖演化程度。在早期沙四段下亞段烴源巖生排烴階段，砂礫巖扇體扇根部位儲集物性較好，可作為垂向輸導(dǎo)層使油氣運移至淺層，在以鹽16井為代表的沙三段構(gòu)造圈閉中聚集成藏。而在晚期沙四段上亞段烴源巖生排烴階段，隨著埋深加大，扇根部位儲集物性逐漸變差，封堵能力增強，沙四段上亞段油氣多以橫向運移為主，在靠近沙四段上亞段烴源巖成巖圈閉中聚集成藏。因此，在靠近扇根部位和淺層油藏的油氣主要來自于沙四段下亞段烴源巖，而靠近扇端部位油藏的油源則具有沙四段上亞段烴源巖和沙四段下亞段烴源巖混源特征，顯示出扇根由開啟向封閉轉(zhuǎn)化的過程。由于砂礫巖扇體緊鄰沙四段烴源巖，烴源巖生烴增壓為油氣充注提供動力，但目前已發(fā)現(xiàn)的多為常壓砂礫巖油藏，表明扇體內(nèi)油氣運移以浮力驅(qū)動為主。在油源充足的條件下，砂礫巖扇根與扇中之間突破壓力差決定了油藏富集程度。

圖12 東營凹陷砂礫巖扇體油氣富集機制（剖面位置見圖1）

圖13 鹽22-X1井（a）、鹽22井（b）、鹽16井（c）原油生物標(biāo)志物譜圖

洼陷帶濁積巖和灘壩砂多包裹于烴源巖中或緊鄰烴源巖，儲集層形成演化與烴源巖生烴演化過程中排出酸性流體有關(guān)。酸性流體造成酸性不穩(wěn)定礦物（長石和碳酸鹽礦物）的溶蝕，形成大量次生溶蝕孔隙（見圖14），改善了深部儲集層儲集性能。烴源巖生烴增壓作用導(dǎo)致烴源巖內(nèi)部形成異常壓力封存箱，包裹于異常壓力封存箱內(nèi)的砂體受超壓保護，地層超壓使得孔隙流體承載一部分的負(fù)載壓力，抑制了壓實作用，利于儲集層物性的有效保存[25]，同時酸性環(huán)境下長石蝕變消耗大量地層水[26-27]，在深層封閉系統(tǒng)內(nèi)耗水反應(yīng)使其內(nèi)部壓力降低，進而有效改善了儲集空間。烴源巖生烴增壓與儲集層耗水降壓所形成巨大的壓力差為油氣充注提供動力，形成烴源巖超壓控制油氣充滿度的“壓吸”充注的油氣運聚模式（見圖14）。

圖14 東營凹陷灘壩砂油氣充注機制

3 油氣分布有序性及富集差異性的勘探意義

東營凹陷作為中國東部陸相斷陷盆地的典型代表之一，其油氣分布有序性及富集差異性的特征可以為類似盆地的油氣勘探提供借鑒。盆地內(nèi)油氣分布的有序性揭示了同一成藏系統(tǒng)下油氣分布的規(guī)律性和不同層系儲量空白區(qū)的勘探潛力，為成熟探區(qū)的勘探選區(qū)提供指導(dǎo)。區(qū)帶間油氣富集模式的差異性揭示了盆地內(nèi)不同類型油氣藏控制油氣富集的關(guān)鍵要素、勘探思路及關(guān)鍵技術(shù)的不同，針對控制油氣富集的關(guān)鍵要素進行攻關(guān)，進而開展精細(xì)地質(zhì)建模和量化評價，為實現(xiàn)高效勘探提供保障，是實現(xiàn)高效勘探的關(guān)鍵。這種認(rèn)識適用于不同層次的勘探過程，有力支持含油氣盆地群、含油氣盆地、油氣聚集帶勘探的科學(xué)部署，支撐成熟探區(qū)的穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展。

3.1 轉(zhuǎn)變高勘探程度空白區(qū)勘探思路

針對高勘探程度盆地儲量空白區(qū)的勘探，首先在盆地構(gòu)造演化、沉積充填及其成藏要素的綜合分析基礎(chǔ)上，建立油氣分布的有序性模式，預(yù)測儲量空白區(qū)可能發(fā)育的油藏類型，進而有效指導(dǎo)宏觀勘探選區(qū)。在優(yōu)選重點評價區(qū)帶的基礎(chǔ)上，通過對已發(fā)現(xiàn)油藏的精細(xì)解剖，明確油氣成藏主控因素，結(jié)合失利井分析，剖析儲量空白區(qū)形成原因，進而通過類比儲量區(qū)和儲量空白區(qū)，明確制約該區(qū)勘探的關(guān)鍵成藏要素及耦合作用的差異性。從關(guān)鍵控藏要素入手，開展精細(xì)地質(zhì)建模和定量評價，開展目標(biāo)優(yōu)選和勘探部署，從而實現(xiàn)主力含油層系探明儲量疊合連片。

3.2 勘探實踐效果

以緩坡帶灘壩砂勘探為例介紹勘探部署思路轉(zhuǎn)變及勘探實踐效果。以往灘壩砂油藏的勘探主要集中在高部位鼻狀構(gòu)造及其翼部，但由于砂體分布和油氣藏類型認(rèn)識不清，在低斜坡區(qū)和深洼帶存在大量儲量空白區(qū)（見圖15a），儲量空白區(qū)內(nèi)有多口鉆井（如高89井）見到良好的油氣顯示，說明灘壩砂在低斜坡區(qū)和深洼帶具有較大的勘探潛力。從沉積體系上看，緩坡帶濱淺湖灘壩砂廣泛分布，具有儲集層大面積連片分布的特點，為油氣有序性分布提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，同時灘壩砂體多與烴源巖超壓中心側(cè)接，超壓為灘壩砂體大面積成藏提供條件。依據(jù)油氣有序性分布模式，推測自凹陷邊緣向中心依次發(fā)育構(gòu)造油藏、構(gòu)造-巖性油藏和巖性油藏，預(yù)測深洼帶可能發(fā)育巖性油氣藏，進而優(yōu)選深洼帶儲量空白區(qū)作為重點評價區(qū)帶。針對深洼帶異常高壓區(qū)巖性油藏，從儲集層分布和壓力特征入手，開展精細(xì)地質(zhì)建模和重新評價，相繼部署完鉆探井68口，分別在樊東地區(qū)和利津洼陷發(fā)現(xiàn)了樊159、樊147、梁75、梁76等整裝儲量區(qū)塊，新增探明儲量1.94×108t，實現(xiàn)了東營凹陷原有12個油田同一層系灘壩砂巖油藏的整體含油連片（見圖15b）。

圖15 東營凹陷灘壩砂油藏勘探成效示意圖

4 結(jié)論

斷陷盆地沉積體系有序性的發(fā)育是油藏有序性分布的基礎(chǔ)，壓力結(jié)構(gòu)的連續(xù)性是控制油藏有序性分布的關(guān)鍵。從凹陷中心到邊緣，凹陷、二級層序及大規(guī)模沉積體系內(nèi)油藏類型均呈巖性油藏—構(gòu)造油藏—地層油藏有序分布的特征，不同類型中間往往存在構(gòu)造-巖性、巖性-構(gòu)造等過渡油藏類型，油藏類型有序性分布具有普遍性。

受壓力-流體-儲集性耦合作用的控制，不同構(gòu)造帶的油氣富集特征存在差異。酸堿交替作用控制了陡坡帶砂礫巖體扇中優(yōu)質(zhì)儲集層的發(fā)育，形成了扇根封堵、扇中富集的油氣富集模式，其中扇根與扇中之間的突破壓力差決定了油藏富集程度；酸性流體作用控制了灘壩砂和濁積巖優(yōu)質(zhì)儲集層的發(fā)育，烴源巖生烴超壓與儲集層改善過程中形成的低壓所產(chǎn)生的壓力差，為油氣充注提供動力，形成了烴源巖超壓控制油氣充滿度的“壓吸”充注的油氣充注機制。

斷陷盆地油藏類型分布有序性揭示了同一成藏系統(tǒng)下油氣空間分布的規(guī)律性，是成熟探區(qū)進行油氣預(yù)測的基礎(chǔ)。區(qū)帶間油氣富集的差異性揭示了不同類型油藏控制油氣富集的關(guān)鍵要素不同，是實現(xiàn)精細(xì)勘探、高效勘探的關(guān)鍵。