遼河坳陷大洼構(gòu)造帶油氣來源與充注模式研究

曹宇森

(中國石油遼河油田分公司，遼寧 盤錦 124010)

0 引 言

大洼構(gòu)造帶緊臨清水生烴洼陷，發(fā)育多套含油層系，具有良好的供源條件，是遼河坳陷重要的油氣富集區(qū)[1-2]。前期研究籠統(tǒng)地認(rèn)為大洼構(gòu)造帶油氣來源于清水洼陷烴源巖，對成藏的貢獻(xiàn)程度缺乏深入分析，同時(shí)由于大洼構(gòu)造帶各含油層系的空間分布具有明顯的不均衡性，對于油氣整體的輸導(dǎo)體系需要深入認(rèn)識。因此，有必要對大洼構(gòu)造帶油氣來源和輸導(dǎo)條件進(jìn)行深入探討，以明確下步勘探潛力區(qū)。從地球化學(xué)角度出發(fā)，結(jié)合地質(zhì)條件分析，通過油氣源對比來明確各套烴源巖與大洼構(gòu)造帶油氣的關(guān)系，在明確油氣來源的基礎(chǔ)上系統(tǒng)梳理大洼構(gòu)造帶輸導(dǎo)體系，建立大洼構(gòu)造帶油氣充注模式。旨在為大洼構(gòu)造帶下一步勘探方向的選擇以及遼河坳陷具有相似成藏背景的區(qū)帶研究提供一定的借鑒。

1 地質(zhì)背景

大洼構(gòu)造帶位于遼河坳陷中央凸起中南段，南接海外河構(gòu)造帶，北鄰冷家構(gòu)造帶，西側(cè)緊鄰清水洼陷，東側(cè)與東部凹陷西斜坡相鄰，構(gòu)造格局整體呈西高東低、北高南低(圖1)。依據(jù)鉆井揭示，大洼構(gòu)造帶發(fā)育太古界、中生界和新生界地層，新生界之下發(fā)育古近系沙河街組沙三段、沙一二段和東營組地層，各套地層均已發(fā)現(xiàn)油氣藏。從區(qū)域構(gòu)造演化來看，研究區(qū)構(gòu)造演化共經(jīng)歷了3個(gè)階段[3-6]，太古宙—中生代時(shí)期，研究區(qū)處于結(jié)晶基底演化階段，形成了變質(zhì)巖基底潛山；侏羅紀(jì)—白堊紀(jì)時(shí)期，受古郯廬斷裂帶近東西向伸展拉伸應(yīng)力場影響，發(fā)育北東向斷至基底的深大斷裂和派生斷裂[7-9]，造就了中生代沉積盆地并形成強(qiáng)烈的火山噴發(fā)，廣泛發(fā)育砂礫巖、角礫巖和火山巖，晚白堊世發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)，中生界盆地消亡地層遭受剝蝕；古近紀(jì)時(shí)期，再次受郯廬斷裂帶北東向伸展拉伸應(yīng)力場影響，早期控凹深大斷裂繼承性發(fā)育，斷層下降盤迅速沉降，大洼構(gòu)造帶西側(cè)形成了古近系生烴洼陷，大洼構(gòu)造帶主體廣泛發(fā)育湖底扇沉積體系，古近紀(jì)中晚期，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)趨于平緩，沉降速度逐漸變小，大洼構(gòu)造帶廣泛發(fā)育扇三角洲—三角洲沉積體系。3個(gè)階段的構(gòu)造演化控制了生烴洼陷和大洼構(gòu)造帶各儲集體的形成，為大洼構(gòu)造帶油氣藏的形成提供了有利的條件。

圖1 大洼構(gòu)造帶區(qū)域位置

2 油氣來源

2.1 烴源巖地球化學(xué)特征

清水洼陷主要發(fā)育沙一段和沙三段2套烴源巖[10-12]，其中沙一段烴源巖TOC平均含量為1.91%，S1+S2為8～20 mg/g，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ1和Ⅱ2為主，鏡質(zhì)體反射率為0.43%～0.70%，為低成熟—成熟烴源巖。沙一段烴源巖色質(zhì)譜具有Pr/Ph值小于1，高伽馬蠟烷，貧重排甾烷，高C28甾烷，略含C30甾烷的特征，C27、C28、C29規(guī)則甾烷呈近均勢分布(圖2a)，反映高鹽度的碳酸鹽巖還原環(huán)境；母源中咸水藻含量較高，具有水生生物、低等植物和高等植物的混合輸入特征。沙三段烴源巖TOC平均含量為2.33%，S1+S2為12～30 mg/g，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ1和Ⅱ2為主，鏡質(zhì)體反射率為0.70%～1.31%，為成熟—高成熟烴源巖[13-14]，色質(zhì)譜具有Pr/Ph值小于1、中低伽馬蠟烷、富重排甾烷、中低C28甾烷、含C30甾烷的特點(diǎn)，C27、C28、C29規(guī)則甾烷呈“V”型分布(C27≥C29>C28，圖2b)，反映低鹽度的黏土還原環(huán)境；母源中咸水藻含量少，具有陸源黏土和水生生物混合輸入特征。結(jié)合地球化學(xué)指標(biāo)分析，清水洼陷沙一段和沙三段烴源巖在沉積環(huán)境、水體鹽度和成熟度上具有一定的差異性。

2.2 原油地球化學(xué)特征

依據(jù)原油飽和烴色質(zhì)譜分析，大洼構(gòu)造帶原油飽和烴基本完整，主峰碳偏前，烷烴包絡(luò)線光滑，無奇偶優(yōu)勢。部分原油遭到生物降解，烷烴和姥植烷被分解，甾萜烷保存完整。雖然大洼構(gòu)造帶部分原油發(fā)生了生物降解作用，但原油的甾萜烷分布仍完整，可較好地反映沉積環(huán)境和原油成熟度，從而進(jìn)行油源對比[15]。大洼構(gòu)造帶各層位原油甾萜烷的分布主要存在2種類型：Ⅰ型具有較高伽馬蠟烷，貧重排甾烷，高C28甾烷，C27、C28、C29規(guī)則甾烷呈近均勢分布的特征(圖3a、b)；Ⅱ型具有中低伽馬蠟烷，富重排甾烷，中低C28甾烷，C27、C28、C29規(guī)則甾烷呈V型分布的特征(圖3c)。

圖2 清水洼陷烴源巖色質(zhì)譜特征

通過反映水體鹽度的伽馬蠟烷指數(shù)顯示，Ⅱ型原油和沙三段烴源巖伽馬蠟烷指數(shù)和升藿烷指數(shù)較低，伽馬蠟烷指數(shù)為0.13～0.32，升藿烷指數(shù)小于0.11，反映水體鹽度較低的環(huán)境；Ⅰ型原油和沙一段烴源巖伽馬蠟烷指數(shù)和升藿烷指數(shù)較高，伽馬蠟烷指數(shù)為0.27～0.45，升藿烷指數(shù)大于0.11，反映水體鹽度較高的環(huán)境(圖4a)。通過反映成熟度的C29ββ/(αα+ββ)與C2920S/(20S+20R)參數(shù)顯示，Ⅱ型原油和沙三段烴源巖成熟度較高，為成熟—高成熟階段；Ⅰ型原油和沙一段烴源巖成熟度則較低，僅部分達(dá)到成熟階段，整體為低成熟—成熟階段(圖4b)。

圖3 大洼構(gòu)造帶原油甾萜烷特征

通過對上述油源參數(shù)進(jìn)行對比可知，Ⅰ型原油與沙一段烴源巖有較好的親緣關(guān)系，Ⅱ型原油與沙三段烴源巖具有較好的親緣關(guān)系?？v向上，沙一段烴源巖生成的原油主要分布在東營組、沙一二段、沙三段和中生界油氣藏中，在太古界油氣藏中沒有發(fā)現(xiàn)，沙三段烴源巖生成的原油在所有層位油氣藏中均有分布；橫向上，沙一段烴源巖生成的原油主要分布在大洼構(gòu)造帶西部靠近大洼斷層處，而沙三段烴源巖生成的原油在整個(gè)大洼構(gòu)造帶均有分布。綜上研究可知，大洼構(gòu)造帶具有清水洼陷沙一段和沙三段烴源巖雙源供烴的特點(diǎn)，整體上沙三段烴源巖對大洼構(gòu)造帶油氣成藏貢獻(xiàn)最大，沙一段烴源巖對油氣成藏貢獻(xiàn)相對較小，而沙一段和沙三段烴源巖生成的油氣分布具有差異性，因此，需要對大洼構(gòu)造帶輸導(dǎo)體系和充注模式進(jìn)行深入的剖析。

圖4 清水洼陷烴源巖與大洼構(gòu)造帶原油地球化學(xué)參數(shù)交會(huì)

3 充注模式

3.1 輸導(dǎo)體系

輸導(dǎo)體系是油氣成藏的重要控制因素，不同的輸導(dǎo)體系具有不同的運(yùn)移機(jī)理，從而影響油氣的充注方式。前人研究成果表明，大洼構(gòu)造帶主要輸導(dǎo)途徑為斷層、不整合面、砂體和裂縫，但研究區(qū)各輸導(dǎo)途徑的性質(zhì)與配置關(guān)系以及輸導(dǎo)途徑與烴源巖的接觸關(guān)系決定了油氣輸導(dǎo)能力具有差異性。

研究區(qū)斷層按發(fā)育期次可劃分為長期發(fā)育斷層和早期發(fā)育斷層。長期發(fā)育斷層為控凹邊界大斷層(大洼斷層)，大洼斷層位于大洼構(gòu)造帶最西部，為西掉斷層，斷至所有地層，斷距大、活動(dòng)時(shí)間長，直接接觸清水洼陷沙一段和沙三段烴源巖，為最主要的油氣垂向輸導(dǎo)途徑。早期發(fā)育斷層為大洼中斷層和東斷層，這2條斷層在性質(zhì)上存在差異，大洼中斷層為早期活動(dòng)的大洼斷層派生斷層，該斷層位于大洼構(gòu)造帶東部，斷距較大，在底部與大洼斷層為同一條斷層，向上斷至太古界和中生界，在上覆沙三段中消失，與大洼斷層形成了“Y”字型斷裂組合，該斷層接觸了清水洼陷沙三段烴源巖，成為重要的油氣垂向輸導(dǎo)途徑；大洼東斷層為早期單獨(dú)發(fā)育東掉斷層，該斷層位于大洼構(gòu)造帶最東部，斷距較大，斷至太古界和中生界，在上覆沙三段消失，該斷層未與清水洼陷烴源巖接觸，不是有效的油氣輸導(dǎo)通道。

大洼構(gòu)造帶發(fā)育中生界、太古界兩大區(qū)域性不整合面，不整合面下方的中生界和太古界地層遭到長時(shí)間的風(fēng)化剝蝕，溶蝕孔洞和微裂縫十分發(fā)育，可以形成良好的油氣輸導(dǎo)通道，但研究區(qū)為典型的斷陷盆地陡坡型構(gòu)造背景，不整合面與烴源巖很難直接溝通，而與油源斷層溝通能起到有效油氣輸導(dǎo)作用，油氣可通過斷層垂向運(yùn)移再通過不整合面進(jìn)行側(cè)向運(yùn)移。大洼構(gòu)造帶東營組至沙三段為三角洲、扇三角洲和湖底扇沉積體系，發(fā)育多套厚層砂體，橫向分布穩(wěn)定，砂體物性優(yōu)異，可以作為良好的油氣運(yùn)移通道，但砂體無法與烴源巖直接接觸，需要與油源斷層溝通，才能形成有效的垂向-側(cè)向油氣輸導(dǎo)途徑。大洼構(gòu)造帶太古界基巖潛山在大斷裂附近受構(gòu)造應(yīng)力作用發(fā)育網(wǎng)狀裂縫，裂縫與油源斷裂溝通，可以在基巖潛山內(nèi)幕形成有效的垂向-側(cè)向油氣輸導(dǎo)途徑。

綜上所述，大洼構(gòu)造帶最主要的輸導(dǎo)途徑為大洼斷層和大洼中斷層，油氣運(yùn)移以垂向運(yùn)移為主，側(cè)向運(yùn)移為輔，總體上形成斷層-不整合面、斷層-砂體和斷層-裂縫3種輸導(dǎo)體系。由于輸導(dǎo)體系與烴源巖接觸關(guān)系的不同，大洼構(gòu)造帶東西部具有不同的輸導(dǎo)模式。大洼構(gòu)造帶西部以大洼斷層為主要油氣垂向運(yùn)移通道，大洼斷層溝通了沙一段和沙三段烴源巖，形成了斷層-裂縫、斷層-不整合面和斷層-砂體雙源三重輸導(dǎo)體系；大洼構(gòu)造帶東部以大洼中斷層為主要油氣垂向運(yùn)移通道，大洼中斷層溝通了沙三段烴源巖，形成了斷層-裂縫和斷層-不整合面單源雙重輸導(dǎo)體系(圖5)。

圖5 大洼構(gòu)造帶油氣充注模式

3.2 油氣充注模式

由于大洼構(gòu)造帶西部具有雙源三重輸導(dǎo)體系。依據(jù)大洼斷層與烴源巖的接觸關(guān)系，沙一段和沙三段烴源巖生成的油氣通過大洼斷層垂向運(yùn)移，再通過砂體側(cè)向運(yùn)移至西部淺層?xùn)|營組、沙一二段和沙三段成藏；雙源生成的油氣也可通過大洼斷層垂向運(yùn)移，再通過中生界不整合面?zhèn)认蜻\(yùn)移至西部中淺層中生界成藏；在深層沙三段烴源巖生成的油氣通過大洼斷層垂向運(yùn)移，再通過太古界不整合面和基巖潛山裂縫側(cè)向運(yùn)移至西部深層太古界成藏(圖5)。參數(shù)C29αββ(20R)/ααα(20R)用于表征油氣運(yùn)移距離，其值越大，運(yùn)移距離越遠(yuǎn)，大洼構(gòu)造帶西部沙一段烴源巖低熟原油C29αββ(20R)/ααα(20R)值較小，為明顯的近源充注，沙三段烴源巖高熟原油運(yùn)移距離較沙一段烴源巖低熟原油較遠(yuǎn)，但也為近源充注，因此，大洼構(gòu)造帶西部整體上具有油氣通過大洼斷層近源充注的特征(圖6)。大洼構(gòu)造帶東部具有單源雙重輸導(dǎo)體系，依據(jù)大洼中斷層與烴源巖的接觸關(guān)系，深層沙三段烴源巖生成的油氣通過大洼中斷層垂向運(yùn)移，再通過中生界、太古界不整合面以及太古界基巖潛山裂縫側(cè)向運(yùn)移至東部中深層中生界和太古界成藏。油氣運(yùn)移距離參數(shù)表明，東部沙三段烴源巖高熟原油數(shù)值明顯較西部沙三段烴源巖高熟原油大，表明長距離運(yùn)移的特征，因此，大洼構(gòu)造帶東部整體上具有油氣通過大洼中斷層遠(yuǎn)源充注的特征(圖6)。

圖6 大洼構(gòu)造帶原油成熟度與原油運(yùn)移參數(shù)交會(huì)

綜上所述，大洼構(gòu)造帶西部具有雙源三重輸導(dǎo)體系近源充注模式，大洼構(gòu)造帶東部具有單源雙重輸導(dǎo)體系遠(yuǎn)源充注模式，從而形成了大洼構(gòu)造帶油氣分布的差異性。這2種充注模式揭示了在油源斷層處油氣富集成藏的規(guī)律，目前已發(fā)現(xiàn)各層系油氣藏均集中在大洼斷層附近，而在中生界和太古界近油源斷層處，特別是在東部中生界和太古界近大洼中油源斷層處仍具有較大的勘探潛力，為下步有利勘探區(qū)域。

4 結(jié) 論

(1) 大洼構(gòu)造帶具有清水洼陷沙一段和沙三段烴源巖雙源供烴的特點(diǎn)，沙三段烴源巖對大洼構(gòu)造帶油氣成藏貢獻(xiàn)最大，沙一段烴源巖對油氣成藏貢獻(xiàn)相對較小。

(2) 大洼構(gòu)造帶主要輸導(dǎo)途徑為大洼斷層和大洼中斷層，油氣運(yùn)移以垂向運(yùn)移為主，側(cè)向運(yùn)移為輔。大洼構(gòu)造帶東西部具有不同的輸導(dǎo)體系，大洼構(gòu)造帶西部以大洼斷層為主要油氣運(yùn)移通道，形成了斷層-裂縫、斷層-不整合面和斷層-砂體三重輸導(dǎo)體系；大洼構(gòu)造帶東部以大洼中斷層為主要油氣運(yùn)移通道，形成了斷層-裂縫、斷層-不整合面雙重輸導(dǎo)體系。

(3) 大洼構(gòu)造帶東西部具有不同的充注模式。西部具有雙源三重輸導(dǎo)體系近源充注模式，東部具有單源雙重輸導(dǎo)體系遠(yuǎn)源充注模式。不同的充注模式控制了大洼構(gòu)造帶油氣分布特征，具有在近油源斷層處形成油氣富集成藏的規(guī)律，大洼構(gòu)造帶東部中生界和太古界近油源斷層處仍具有較大的勘探潛力。