梨樹(shù)斷陷油氣封存機(jī)理與成藏關(guān)系研究

逄海明，萬(wàn)叢禮，李九思

(中國(guó)石化東北油氣分公司，吉林 長(zhǎng)春 130062)

0 引 言

隨著含油氣系統(tǒng)理論研究的不斷深入，地質(zhì)學(xué)家發(fā)現(xiàn)油氣運(yùn)移與地層壓力關(guān)系非常密切，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)地層壓力的類別、成因、展布規(guī)律等進(jìn)行了深入研究[1-8]：20世紀(jì)70年代，Bradley引入了封閉系統(tǒng)理論；20世紀(jì)90年代初，Poweley、Hunt等提出流體封存箱概念；張義綱較早將這些理論引入國(guó)內(nèi)；周興熙、郝芳、解習(xí)農(nóng)、陳中紅等研究了中國(guó)各地區(qū)地層壓力，分析了地層壓力對(duì)油氣成藏的影響。根據(jù)壓力系數(shù)，將地層壓力分為低壓(壓力系數(shù)小于0.90)、常壓(壓力系數(shù)為0.90～1.30)、高壓(壓力系數(shù)為1.30～1.80)和超高壓(壓力系數(shù)大于1.80)4個(gè)等級(jí)[9]。通過(guò)對(duì)梨樹(shù)斷陷地層異常壓力研究，弄清了油氣封存機(jī)理，對(duì)探索該區(qū)油氣成藏規(guī)律具有重要意義。

1 異常壓力分布特征

梨樹(shù)斷陷位于松遼盆地東南隆起區(qū)，主要經(jīng)歷了營(yíng)城組末—登婁庫(kù)組末的走滑、嫩江組末—明水組末的反轉(zhuǎn)等構(gòu)造活動(dòng)，構(gòu)造反轉(zhuǎn)使地層受到不同程度的抬升剝蝕[10-11]。

研究區(qū)自下而上發(fā)育白堊系火石嶺組、沙河子組、營(yíng)城組、登婁庫(kù)組等斷陷層，泉頭組、青山口組、姚家組、嫩江組等坳陷層和第四系。共發(fā)育4套烴源巖：沙河子組烴源巖厚度大、分布廣，為主力烴源巖；營(yíng)城組烴源巖次之，火石嶺組和登婁庫(kù)組烴源巖僅在局部發(fā)育[12]。受構(gòu)造活動(dòng)、烴源巖熱演化影響，研究區(qū)主要存在登婁庫(kù)組、泉頭組、泉頭組末—嫩江組末3期油氣充注過(guò)程[13]，并形成了多生烴中心、相對(duì)獨(dú)立的含油氣系統(tǒng)，表現(xiàn)出明顯的壓力異常。文中分析的地層壓力均是以實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為主，部分采用Dc指數(shù)法得出隨鉆壓力檢測(cè)數(shù)據(jù)(表1)。

表1 部分實(shí)測(cè)與Dc指數(shù)法計(jì)算壓力誤差對(duì)比

1.1 縱向分布特征

梨樹(shù)斷陷發(fā)育多個(gè)油氣層系，分為2套含油氣組合。上部組合包括泉頭組、登婁庫(kù)組，以次生油氣藏為主；下部組合包括營(yíng)城組、沙河子組和火石嶺組，以原生油氣藏為主。

研究區(qū)油氣藏以低壓—常壓為主，少數(shù)為高壓—超高壓[14]?？傮w上，這些油氣藏壓力系數(shù)隨深度增加而變大。壓力系數(shù)小于0.80的油氣藏集中在1 000～2 500 m，壓力系數(shù)為0.80～1.30的油氣藏深度一般不超過(guò)4 000 m，高壓—超高壓油氣藏主要分布在埋深超過(guò)4 000 m的沙河子組。

1.2 平面分布特征

由于研究區(qū)油氣封存方式存在差異，導(dǎo)致地層壓力系數(shù)變化較大。該特征在沙河子組原生油氣藏中最具代表性(圖1)，如后五家戶地區(qū)梨深2井地層壓力系數(shù)達(dá)1.86，具備流體封存箱特征；金山地區(qū)梨6、金1井的地層壓力系數(shù)為1.20～1.30；蘇家屯、皮家-八屋、雙龍、秦家屯等地區(qū)壓力系數(shù)為0.90～1.20，為常壓；四五家子-十屋、老公林子-七棵樹(shù)一帶壓力系數(shù)普遍小于0.90，局部在0.80以下，表現(xiàn)為低壓特征。分析認(rèn)為，研究區(qū)地層異常壓力形成與構(gòu)造活動(dòng)關(guān)系密切。

小寬、皮家、秦東走滑帶是梨樹(shù)斷陷最主要的構(gòu)造改造區(qū)，經(jīng)歷過(guò)早期的拉張、走滑，后期發(fā)生反轉(zhuǎn)，在嫩江組末—明水組末的反轉(zhuǎn)期，小寬、秦東構(gòu)造帶活動(dòng)依然強(qiáng)烈，而皮家構(gòu)造帶基本停止活動(dòng)。因此，小寬、秦東構(gòu)造帶的原生油氣藏受到調(diào)整進(jìn)而形成次生油氣藏，如孤家子、后五家戶、四五家子、秦家屯等油氣田；相比之下，構(gòu)造活動(dòng)弱的地區(qū)(如皮家、蘇家屯、雙龍、金山、七棵樹(shù)、八屋等油氣田)主要發(fā)育原生油氣藏。

2 油氣封存條件與含油氣組合

前人研究發(fā)現(xiàn)，松遼盆地?cái)嘞輰佑蜌飧患饕芸赜谏鸁N能力、成藏期古構(gòu)造背景、有效儲(chǔ)層、保存條件4個(gè)因素[15-17]。異常壓力在一定程度上反映了保存條件的好壞，梨樹(shù)斷陷異常低壓形成與構(gòu)造抬升剝蝕、流體體積減小、流體擴(kuò)散及運(yùn)移有關(guān)；異常高壓則與不均衡壓實(shí)及側(cè)向構(gòu)造擠壓等關(guān)系密切[18-19]。

研究區(qū)泉頭組下部發(fā)育一套穩(wěn)定的區(qū)域性泥巖，厚度為20～50 m，泉頭組、登婁庫(kù)組內(nèi)幕局部泥巖也較發(fā)育，與有利儲(chǔ)層構(gòu)成的儲(chǔ)蓋配置，為上部次生油氣藏組合。下部油氣組合受不均衡壓實(shí)沉積以及營(yíng)城組末、登婁庫(kù)組末等構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，內(nèi)部形成多個(gè)欠壓實(shí)段。營(yíng)城組下部營(yíng)一段發(fā)育的穩(wěn)定泥巖與沙河子組上部?jī)?chǔ)層構(gòu)成了原生油氣藏主力儲(chǔ)蓋組合，加上營(yíng)城組、沙河子組及火石嶺組內(nèi)幕局部泥巖與儲(chǔ)層的有效配置為下部原生油氣藏組合。

圖1梨樹(shù)斷陷沙河子組壓力系數(shù)分布

營(yíng)城組沉積末，生排烴作用使下部油氣組合形成相對(duì)封閉的系統(tǒng)。嫩江組沉積時(shí)，該系統(tǒng)處于較穩(wěn)定的沉降環(huán)境，為不均衡壓實(shí)提供了條件。嫩江組沉積后，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使部分地區(qū)形成了異常高壓或低壓，如后五家戶地區(qū)的高壓流體封存箱，該封存箱自營(yíng)城組末開(kāi)始一直充注油氣，嫩江組末—明水組末的構(gòu)造擠壓使之進(jìn)一步加強(qiáng)。

原生油氣藏儲(chǔ)層以細(xì)砂—含礫砂巖為主，除了原生孔隙外，其中，還發(fā)育溶蝕孔隙、微裂縫、粒間溶孔等次生孔隙[20]；此外，后期的構(gòu)造活動(dòng)使儲(chǔ)層破裂，不僅提高其滲流能力，也成為油氣運(yùn)移通道。營(yíng)城組厚層泥巖有機(jī)質(zhì)豐度較低，壓實(shí)作用強(qiáng)烈，較致密，封閉性較好，為有效蓋層。

綜上所述，由于下部油氣組合的原生油氣藏在形成過(guò)程中能量補(bǔ)給大于散失，故形成了高壓流體封存箱，如后五家戶地區(qū)沙河子組油氣藏。另外，嫩江組末—明水組末的構(gòu)造改造作用不可忽視：當(dāng)構(gòu)造活動(dòng)形成的油源斷層溝通封存箱與上部油氣組合時(shí)，原生油氣藏發(fā)生調(diào)整或被破壞，形成次生油氣藏，同時(shí)也降低了原生油氣藏的壓力；當(dāng)構(gòu)造改造未形成溝通封存箱與上部含油氣組合的斷層，但能量補(bǔ)給小于流體在封存箱內(nèi)向周緣流動(dòng)或擴(kuò)散速度時(shí)，形成原生異常低壓油氣藏。

3 油氣封存類型與成藏機(jī)理

梨樹(shù)斷陷油氣的成藏、富集程度與流體封存方式關(guān)系密切，該文以原生油氣藏的主力儲(chǔ)蓋組合為主，兼顧上部次生油氣藏，依據(jù)封存箱的形態(tài)及性能，將研究區(qū)流體封存箱劃分為3類6種(圖2)，其可代表油氣不同的賦存方式。

圖2梨樹(shù)斷陷孤家子—秦家屯油氣成藏模式

(1) Ⅰ類：頂封側(cè)斷式，即封存箱頂板泥巖發(fā)育，封閉性好，側(cè)翼斷層溝通，下切封存箱，上通坳陷層。根據(jù)現(xiàn)今形態(tài)可分為Ⅰ-1型背斜式和Ⅰ-2型向斜式。其中，Ⅰ-1型樣式在后五家戶地區(qū)發(fā)育，下部含油氣組合具異常高壓，埋深大，物性條件較差，自然產(chǎn)能較低，目前勘探程度較低，如工程工藝技術(shù)提高，將是有利的規(guī)模潛力區(qū)。翼部發(fā)育后期活動(dòng)強(qiáng)烈的斷層，起溝通和垂向擴(kuò)散油氣作用，在箱內(nèi)壓力大于箱外壓力的驅(qū)動(dòng)下，封存箱上部形成次生油氣藏，埋深不超過(guò)2 000 m，產(chǎn)量相對(duì)較高。Ⅰ-2型樣式在七棵樹(shù)地區(qū)發(fā)育，箱內(nèi)發(fā)育異常低壓，是油氣賦存主體，側(cè)翼斷層后期活動(dòng)弱，常壓為主，在箱內(nèi)壓力不大于箱外壓力情況下，原生油氣藏有效保存，產(chǎn)量較高(圖3a)。

圖3不同封存樣式油氣藏產(chǎn)量與深度關(guān)系

(2) Ⅱ類：早斷晚封式，即斷層活動(dòng)主要發(fā)生在油氣充注之前。箱體頂板泥巖錯(cuò)動(dòng)或斷開(kāi)，油氣充注時(shí)斷層基本停止活動(dòng)，多為原生油氣藏，少數(shù)為次生油氣藏。該類油氣藏以常壓為主，產(chǎn)量一般較高(圖3b)。根據(jù)油氣充注時(shí)間分為Ⅱ-1型持續(xù)充注式和Ⅱ-2型后期充注式。Ⅱ-1型在皮家、八屋、金山、蘇家屯蘇2—蘇4井區(qū)等發(fā)育，斷層活動(dòng)時(shí)油氣已開(kāi)始充注，斷層停止活動(dòng)后油氣持續(xù)充注。Ⅱ-2型早期油氣未發(fā)生充注，斷層停止活動(dòng)后進(jìn)入主充注期，如雙龍、太平莊、蘇家屯十屋33X井區(qū)等地區(qū)(表2)。

(3) Ⅲ類：長(zhǎng)期斷通式，即早期斷層受走滑、拉張等應(yīng)力作用，箱內(nèi)流體發(fā)生調(diào)整，后期受構(gòu)造反轉(zhuǎn)或拉張作用，箱內(nèi)流體持續(xù)調(diào)整，通常含油氣層系跨度大，多為低壓—常壓[21]。根據(jù)后期受力差異，進(jìn)一步分為Ⅲ-1型后期反轉(zhuǎn)式和Ⅲ-2型持續(xù)拉張式(圖3c)。Ⅲ-1型在四五家子、秦家屯等地區(qū)發(fā)育，封存箱內(nèi)早期受斷層破壞，后期構(gòu)造反轉(zhuǎn)形成背斜構(gòu)造，成為油氣富集指向區(qū)，2類油氣藏均成藏，但次生油氣藏相對(duì)更富集，產(chǎn)量高。Ⅲ-2型

表2 梨樹(shù)斷陷不同地區(qū)儲(chǔ)層包裹體油氣充注期次

在老公林子、小城子、十屋等地區(qū)發(fā)育，受持續(xù)拉張影響，原生油氣藏長(zhǎng)期遭受破壞與調(diào)整，油氣不富集，以低產(chǎn)為主，在封存箱上部如受構(gòu)造控制發(fā)育次生油氣藏，也為有利探索方向。

4 勘探方向

梨樹(shù)斷陷屬于典型的疊合改造型盆地，發(fā)育2類油氣藏及2套含油氣組合，存在3類6種流體封存箱。在發(fā)育的這些流體封存箱中，Ⅰ-1、Ⅲ-1、Ⅲ-2型封存多發(fā)育原生與次生2類油氣藏；Ⅰ-2、Ⅱ-1、Ⅱ-2型封存多以原生油氣藏為主，次生油氣藏不發(fā)育或局部存在。Ⅰ-1、Ⅲ-1型封存形成的次生油氣藏多圍繞構(gòu)造圈閉發(fā)育，早期勘探多已發(fā)現(xiàn)。Ⅰ-1型原生油氣藏受埋深和工藝條件限制多，勘探程度較低，是攻關(guān)和儲(chǔ)備的方向。Ⅰ-2、Ⅱ-1、Ⅱ-2型封存的油氣藏產(chǎn)量一般較高，是目前尋找規(guī)模效益發(fā)現(xiàn)的重點(diǎn)。Ⅲ-1、Ⅲ-2型封存的原生油氣藏多發(fā)生破壞或改造，且埋藏較深，目前多不具備經(jīng)濟(jì)效益，但Ⅲ-1型封存多在原生油氣藏之上發(fā)育構(gòu)造圈閉，且產(chǎn)量較高，能成為有效益的“甜點(diǎn)”區(qū)，Ⅲ-2型封存如在被調(diào)整的原生油氣藏之上也發(fā)育構(gòu)造圈閉，將會(huì)成為進(jìn)一步探索次生油氣藏的有利方向。

因此，梨樹(shù)斷陷下步勘探的方向應(yīng)該立足于Ⅱ-1、Ⅱ-2型封存的原生油氣藏，兼顧埋藏淺、效益好的Ⅰ-1、Ⅲ-1、Ⅲ-2型次生油氣藏，同時(shí)持續(xù)加強(qiáng)Ⅰ-2、Ⅲ-1、Ⅲ-2型原生油氣藏的攻關(guān)，確保形成既有規(guī)模增儲(chǔ)陣地，又有儲(chǔ)備可接替區(qū)域的發(fā)展形勢(shì)。

5 結(jié) 論

(1) 梨樹(shù)斷陷屬于典型的疊合改造型盆地，其中發(fā)育2類油氣藏及2套含油氣組合，存在3類6種流體封存箱。原生油氣藏主要發(fā)育在Ⅰ、Ⅱ類封存樣式中，次生油氣藏主要發(fā)育在Ⅰ、Ⅲ類封存樣式中。

(2) 梨樹(shù)斷陷油氣以近源成藏為主，主力烴源巖及其儲(chǔ)蓋組合是關(guān)鍵。蓋層發(fā)育穩(wěn)定，油氣充注后無(wú)斷層活動(dòng)破壞，油氣保存完好，形成常壓—高壓，局部超高壓的封存系統(tǒng)；主成藏期后存在構(gòu)造調(diào)整，油氣發(fā)生垂向或側(cè)向運(yùn)移，表現(xiàn)出低壓—常壓特征。