松遼盆地南部長嶺斷陷斷陷層油氣成藏組合特征

李 浩，王保華，陸建林，左宗鑫，徐 文，呂劍虹

(1.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院 無錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無錫 214126；2.中國石化 東北油氣分公司 勘探開發(fā)研究院，長春 130062)

成藏組合是國際上通用的油氣地質(zhì)評價序列(含油氣盆地—含油氣系統(tǒng)—成藏組合—遠(yuǎn)景圈閉)中的第3個層次，是油氣勘探中十分重要的部分[1-2]。不同學(xué)者對油氣成藏組合的概念雖有不同表述，但核心內(nèi)容均強(qiáng)調(diào)具有共同的儲集層、區(qū)域蓋層以及相同類型的圈閉或油氣藏[3-8]。同一地層單元可以包括一個或者幾個相互疊置的成藏組合，不同地層單元的成藏組合在空間上可以一致、部分重疊，也可以相互隔開。劃分不同的成藏組合，再在不同成藏組合內(nèi)劃分運聚單元進(jìn)行評價，尋找有利區(qū)帶和有利圈閉。一個盆地一般存在多個成藏組合，識別出主力成藏組合，并以此作為勘探的主要對象，從而快速發(fā)現(xiàn)主力油氣田[9]。因此，開展成藏組合層次的油氣地質(zhì)評價，對于低勘探程度盆地快速確定勘探方向非常重要，它打破了國內(nèi)勘探初期先平面分區(qū)、后分層評價的傳統(tǒng)模式[7]。

松遼盆地南部的長嶺斷陷是一個多結(jié)構(gòu)體系、多旋回演化、“火山—沉積”二元充填斷陷盆地，成藏組合類型多樣，而且不同構(gòu)造帶主力成藏組合差異大。斷陷層主要指營城組及其以下地層，勘探程度低，以往在查干花—腰英臺地區(qū)發(fā)現(xiàn)了若干個營城組火山巖氣藏，近年，龍鳳山斜坡帶沙河子組和營城組致密碎屑巖均獲得油氣發(fā)現(xiàn)，表明斷陷層有較大的勘探潛力。前期對斷陷層烴源巖與油氣成因研究較多[10-12]，但油氣成藏組合研究甚少，不同類型成藏組合成藏差異性尚不清楚，制約了進(jìn)一步勘探突破。為此，從成藏組合類型劃分入手，重點剖析火山巖成藏組合與致密碎屑巖成藏組合成藏特征與成藏主控因素，進(jìn)而提出不同類型成藏組合油氣評價關(guān)鍵參數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)，開展研究區(qū)油氣成藏組合綜合評價，預(yù)測有利區(qū)帶，以期對下一步油氣勘探提供幫助。

1 地質(zhì)背景

長嶺斷陷位于松遼盆地中央坳陷區(qū)南部(圖1a)，為北西走向的斷—坳疊置的含油氣盆地，斷陷面積約1.3×104km2[12]。整體呈“二凸四洼”的構(gòu)造格局(圖1b)，斷陷層由上至下分別為登婁庫組、營城組、沙河子組和火石嶺組。成盆以來，主要經(jīng)歷了5個構(gòu)造演化階段，分別是火石嶺期的初始斷陷階段、沙河子—營城期的強(qiáng)烈斷陷階段、登婁庫期的斷拗轉(zhuǎn)換階段、青山口—姚家期的穩(wěn)定拗陷階段和嫩江—明水期的隆升剝蝕反轉(zhuǎn)階段[12]。存在火石嶺期和營城期2個火山作用期，火石嶺組以中基性火山巖充填為主，營城組以火山巖和碎屑巖混合充填為主。不同地區(qū)有所差異，長嶺次洼中北部地區(qū)、查干花地區(qū)主要發(fā)育中—酸性火山巖，南部的龍鳳山、東嶺斜坡帶以火山巖、碎屑巖混積為主，東部的伏龍泉地區(qū)主要為砂泥巖互層。沙河子期為火山活動間歇期，斷陷初期形成的小型斷陷群開始形成較統(tǒng)一的斷陷，為烴源巖形成的主要時期。登婁庫組主要為一套區(qū)域性泥巖蓋層，局部發(fā)育砂礫巖。

圖1 松南長嶺斷陷地理位置及構(gòu)造區(qū)劃

長嶺斷陷“火山—沉積”的二元充填作用以及多期的構(gòu)造作用形成了多類型的成藏組合，不同成藏組合油氣成藏差異大，加大了選區(qū)評價的難度。

2 成藏組合

2.1 成藏組合類型劃分

長嶺斷陷斷陷層系為火山充填與沉積充填的“二元”特征，不同層系表現(xiàn)在儲層巖性、圈閉類型以及源儲關(guān)系的多樣性。依據(jù)具有類似烴源巖、儲層、區(qū)域蓋層和圈閉條件的勘探對象為同一成藏組合，研究區(qū)斷陷層劃分為火山巖(包括火山巖+碎屑巖型)油氣成藏組合、致密碎屑巖油氣成藏組合和中生古儲型基巖潛山油氣成藏組合3大類。再根據(jù)源儲關(guān)系，火山巖油氣成藏組合進(jìn)一步劃分營城組下生上儲型火山巖成藏組合和火石嶺組上生下儲型火山巖成藏組合；致密碎屑巖油氣成藏組合劃分為營城組下生上儲型致密油氣成藏組合和沙河子組自生自儲型致密油氣成藏組合(表1)。

表1 松南長嶺斷陷斷陷層主要成藏組合特征

注：S為源巖，R為儲集層，C為蓋層。

2.2 不同成藏組合的成藏模式

研究區(qū)已發(fā)現(xiàn)的油氣藏主要分布在火山巖成藏組合和致密碎屑巖成藏組合中。其中火山巖油氣藏主要分布在東嶺地區(qū)、達(dá)爾罕凸起帶和查干花地區(qū)的營城組，儲集巖性主要為凝灰?guī)r、流紋巖和安山巖，局部夾砂礫巖；致密碎屑巖油氣藏主要分布在龍鳳山—東嶺斜坡帶、伏龍泉洼陷帶的營城組和沙河子組，儲集巖性主要為致密砂礫巖和細(xì)砂巖(圖2)；基巖潛山成藏組合尚未發(fā)現(xiàn)油氣。不同成藏組合油氣成藏模式有所不同(表2)。

2.2.1 火山巖成藏組合

下生上儲型火山巖(包括火山巖+碎屑巖)成藏組合是研究區(qū)斷陷層發(fā)現(xiàn)油氣最多的油氣成藏組合類型，發(fā)現(xiàn)的氣藏諸如YS1氣藏、YS3氣藏等，分布層系為登婁庫組(C)—營城組(R)—沙河子組(S)，其構(gòu)成特征如下。

(1)儲集體主要為營城組火山巖，為營城期多期火山作用形成的火山巖與沉積巖復(fù)合組合體，平面上，主要分布在北中部的達(dá)爾罕凸起帶、長嶺次洼北部以及查干花次洼等地區(qū)?；鹕綆r有利儲層分布主要受巖性、巖相、火山機(jī)構(gòu)及斷裂控制?？傮w上，古構(gòu)造高、斷裂發(fā)育區(qū)與近火山口亞相疊置的區(qū)域是有利火山巖儲集層發(fā)育區(qū)；(2)主力烴源巖為沙河子組烴源巖，蓋層主要為登婁庫組泥巖以及營城組上部的火山巖頂面古風(fēng)化殼；(3)源儲關(guān)系表現(xiàn)為下生上儲，斷裂主輸導(dǎo)，油氣運移以垂向運移或階梯式運移為主；(4)油氣主要分布于營城組上段，局部地區(qū)(如東嶺斜坡帶)主要分布于營城組下段。油氣藏類型主要為火山巖油氣藏、構(gòu)造—火山巖油氣藏等，其中斷背斜—火山巖油氣藏、斷塊—火山巖油氣藏最為常見；(5)近源、火山巖相、斷裂輸導(dǎo)、區(qū)域蓋層、繼承性古隆起共同控制了火山巖油氣富集，成藏各要素重要性排序依次為源—相—勢—蓋—位(配置條件)(表2中YS1火山巖氣藏成藏模式)。

2.2.2 致密碎屑巖成藏組合

該類型成藏組合進(jìn)一步劃分為下生上儲型和自生自儲型2類。在龍鳳山與東嶺斜坡帶及伏龍泉地區(qū)均有油氣藏分布，其構(gòu)成特征如下：

(1)下生上儲層型：登婁庫(C)—營城組(R)—沙河子組(S)。油氣藏類型以構(gòu)造油氣藏、構(gòu)造—巖性油氣藏以及地層超覆油氣藏為主(如東嶺斜坡高部位的超剝帶)；儲集體主要為營城組或登婁庫組(超剝帶)的碎屑巖，巖性主要為砂礫巖和砂巖，主要為扇三角洲和辮狀河三角洲沉積特征；多套主力烴源巖層，主要為沙河子組和營城組下部烴源巖，蓋層主要為登婁庫組泥巖和營城組泥巖隔層；源儲關(guān)系表現(xiàn)為下生上儲式，輸導(dǎo)體系主要為油源斷裂(三、四級斷層為主)和不整合面、其次為營城組中部的骨架砂體，油氣側(cè)向運移為主，超剝帶則以“階梯狀”運移為主；直接蓋層、不整合—斷裂復(fù)合輸導(dǎo)、近源、繼承性斜坡帶(超剝帶)共同控制了下生上儲式碎屑巖成藏組合油氣富集，成藏各要素重要性排序依次為蓋—勢—源—相—位(表3)。

(2)沙河子組源內(nèi)致密油氣成藏組合。沙河子組是優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育層系，以自生自儲為主，沙河子組中上部油氣顯示活躍，目前發(fā)現(xiàn)的沙河子組致密油氣藏主要位于該段，以巖性油氣藏、構(gòu)造—巖性油氣藏、構(gòu)造(反轉(zhuǎn))油氣藏為主。

圖2 松南長嶺斷陷不同構(gòu)造單元斷陷層生儲蓋組合與油氣分布特征

儲集體主要為沙河子組中、上部的致密砂礫巖。沉積相類型以辮狀河三角洲、扇三角洲、滑塌濁積和濁積水道等重力流為主，其中發(fā)育于坡折帶的滑塌濁積和濁積水道中的砂礫巖為有利儲集體。儲集體埋深較大，一般大于2 500 m，儲集空間以次生的粒間溶孔和粒內(nèi)溶孔為主，溶蝕縫次之，見壓溶縫(圖3)；孔滲變化范圍較大，有效孔隙度為0.2%～12.2%，均值5.5%；有 效 滲 透 率(0.002～0.75)×10-3μm2，均值0.08×10-3μm2，屬于低孔—特低滲儲層。

建設(shè)性成巖作用控制優(yōu)勢巖相分布，進(jìn)而控制致密油氣富集。沙河子組發(fā)育2個次生孔隙發(fā)育帶，分別是3 200～3 500 m和3 750～4 000 m范圍(圖4)。其中，第一個次生孔隙發(fā)育帶為成巖脫水作用所致，相當(dāng)于中成巖B期，伊利石、綠泥石含量高，巖石遭受二次溶解，并有大量微裂縫產(chǎn)生；第二個次生孔隙發(fā)育帶可能為有機(jī)酸溶蝕帶。有機(jī)酸對礦物的溶解和沉淀在很大程度上影響次生孔隙的發(fā)育[13-15]，致密砂巖儲層中有機(jī)酸主要由相鄰烴源巖的干酪根或者原油的熱催化和降解作用產(chǎn)生[14]，因此，臨近優(yōu)質(zhì)烴源巖生油窗的砂巖次生孔隙較發(fā)育。以北2井為例，3 750～4 000 m井段砂巖物性較好，孔隙度最大值高達(dá)18%，均值7.8%，滲透率最大值13.7×10-3μm2，均值1.8×10-3μm2，結(jié)合薄片特征，該段為次生孔隙發(fā)育帶。該次生孔隙發(fā)育帶與沙河子組主力烴源巖生油窗分布的一致性證實了有機(jī)酸對致密砂巖儲層的建設(shè)性改造作用(圖5)。

表2 松南長嶺斷陷斷陷層成藏組合類型與成藏特征

Table 2 Types and characteristics of hydrocarbon playsin faulted formations, Changling Fault Depression, Songliao Basin

優(yōu)勢相帶、反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶/坡折帶、埋深、砂體與油源斷層合理配置及區(qū)域蓋層共同控制了自生自儲型致密油氣富集，成藏各要素重要性排序依次為相—位—勢—蓋—源。

圖4 松南長嶺斷陷斷陷層碎屑巖孔滲性與深度的關(guān)系

圖5 松南長嶺斷陷北2井?dāng)嘞輰铀樾紟r孔滲性與有機(jī)酸的關(guān)系

3 油氣成藏組合評價

3.1 評價單元劃分

油氣成藏組合評價單元劃分工作是在盆地原型分析、烴源巖評價、油氣源對比、生儲蓋組合分析、石油地質(zhì)綜合研究基礎(chǔ)上進(jìn)行。每一個評價單元即為一個油氣運聚單元。評價單元劃分的依據(jù)是流體運移高勢面(分隔槽)。高勢面(分隔槽)層位多為區(qū)域分布的超壓層、巖性致密帶(泥巖或致密的火山巖)以及封閉性良好的邊界斷層。長嶺斷陷斷陷層系以常壓系統(tǒng)為主，根據(jù)高勢面(分隔槽)理論，長嶺斷陷近源型火山巖成藏組合劃分為6個評價單元，致密碎屑巖成藏組合劃分為10個評價單元。

3.2 評價參數(shù)及參數(shù)賦值

油氣成藏組合評價指標(biāo)用油氣富集概率表示，它由生烴條件、儲集條件、運聚條件、保存條件4個參數(shù)，用0～1之間的值表示。綜合長嶺斷陷斷陷層成藏組合特征及油氣藏解剖研究成果，建立研究區(qū)斷陷層成藏組合評價的4個子系統(tǒng)評價要素及標(biāo)準(zhǔn)。

3.2.1 生排烴子系統(tǒng)評價要素及標(biāo)準(zhǔn)——源控

生烴子系統(tǒng)評價要素主要包括烴源巖厚度、有機(jī)質(zhì)豐度、演化階段及烴源巖空間展布。生排烴子系統(tǒng)評價要素賦值標(biāo)準(zhǔn)見表3。

3.2.2 儲集子系統(tǒng)評價要素及標(biāo)準(zhǔn)——相控

儲集子系統(tǒng)分火山巖和致密碎屑巖2類儲集子系統(tǒng)評價。其中，火山巖儲集子系統(tǒng)評價要素主要包括火山巖相、火山機(jī)構(gòu)、儲層品質(zhì)、源儲空間配置，各要素賦值標(biāo)準(zhǔn)見表4；致密碎屑巖儲集子系統(tǒng)評價要素主要包括砂巖累積厚度、沉積相、成巖階段(埋深)、源儲空間配置，各要素賦值標(biāo)準(zhǔn)見表5。

3.2.3 運聚子系統(tǒng)評價要素及標(biāo)準(zhǔn)——勢控

運聚子系統(tǒng)評價要素主要包括輸導(dǎo)類型、運移時期、運移形式及圈閉類型。運聚子系統(tǒng)評價要素賦值標(biāo)準(zhǔn)見表6。

表3 松南長嶺斷陷斷陷層成藏組合生烴子系統(tǒng)要素評價賦值

表4 松南長嶺斷陷斷陷層成藏組合火山巖儲集子系統(tǒng)要素評價賦值

表5 松南長嶺斷陷斷陷層成藏組合致密碎屑巖儲集子系統(tǒng)要素評價賦值

表6 松南長嶺斷陷斷陷層成藏組合運聚子系統(tǒng)要素評價賦值

3.2.4 保存子系統(tǒng)評價要素及標(biāo)準(zhǔn)——蓋控

保存子系統(tǒng)評價要素主要包括蓋層巖性、蓋層空間展布、蓋層封油氣有效性、后期構(gòu)造運動期次與強(qiáng)度、斷裂封閉性。保存子系統(tǒng)評價要素賦值標(biāo)準(zhǔn)見表7。

3.3 富集概率計算

為提高綜合評價的準(zhǔn)確性，依據(jù)油氣成藏組合構(gòu)成要素自身評價與要素相對油氣成藏體系賦集油氣貢獻(xiàn)大小權(quán)值進(jìn)行加權(quán)，最終求得綜合評價結(jié)果，以富集概率表示。烴源、儲集、運聚和保存條件是油氣富集的必要條件，屬于非獨立事件，因此采用“乘法公式”對每個子系統(tǒng)評價的概率進(jìn)行乘積。在對每一個子系統(tǒng)概率求取過程中，進(jìn)行了歸一化處理。

表7 松南長嶺斷陷斷陷層成藏組合保存子系統(tǒng)要素評價賦值

3.4 評價結(jié)果

分別對研究區(qū)深層火山巖成藏組合6個評價單元與致密碎屑巖成藏組合10個評價單元逐一進(jìn)行了富集概率計算，并對計算結(jié)果進(jìn)行排序(圖6，7)。

根據(jù)富集概率劃分成藏組合等級標(biāo)準(zhǔn)，營城組火山巖成藏組合有利地區(qū)為查干花地區(qū)、黑帝廟地區(qū)和達(dá)爾罕地區(qū)，油氣富集概率均超過0.7；營城組、沙河子組致密碎屑巖成藏組合有利地區(qū)為龍風(fēng)山反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶、東嶺斜坡帶以及伏龍泉地區(qū)。

4 結(jié)論

(1)長嶺斷陷深層成藏組合分為火山巖(含火山巖+碎屑巖型)油氣成藏組合、致密碎屑巖油氣成藏組合和新生古儲型基巖潛山油氣成藏組合。其中火山巖成藏組合油氣成藏主要表現(xiàn)為近源、斷裂輸導(dǎo)、古構(gòu)造高及近火山口亞相控制油氣富集；致密碎屑巖成藏組合油氣成藏主要表現(xiàn)為坡折與優(yōu)勢相帶控砂、埋深及反轉(zhuǎn)構(gòu)造作用控油氣富集。

圖6 松南長嶺斷陷斷陷層營城組火山巖成藏組合各評價單元富集概率排序

圖7 松南長嶺斷陷斷陷層致密碎屑巖成藏組合各評價單元富集概率排序

(2)有利成藏組合主要包括查干花營城組火山巖成藏組合、龍鳳山地區(qū)與伏龍泉地區(qū)營城組和沙河子組致密碎屑巖成藏組合，尤其是沙河子組源內(nèi)致密油氣成藏組合油氣富集概率較大，應(yīng)重點關(guān)注。此外，保存條件、油源斷層配置條件較好的東嶺超剝帶也具有較好的成藏條件。