松遼盆地南部永平油田泉四段油氣成藏條件分析

王新宇，王德海，王思琳，王金娜，劉奇，賈雨?yáng)|

1.吉林大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，長(zhǎng)春 130061;2.吉林大學(xué) 地球探測(cè)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，長(zhǎng)春 130026

0 引言

復(fù)雜油氣田油氣成藏規(guī)律及控制因素是石油天然氣地質(zhì)學(xué)研究的重要內(nèi)容之一，國(guó)內(nèi)外眾多油氣地質(zhì)學(xué)家一直嘗試更加準(zhǔn)確地重建和恢復(fù)含油氣盆地的油氣成藏演化歷史及其對(duì)油氣分布的影響[1-21]。永平油田在區(qū)域構(gòu)造上屬于松遼盆地東南隆起區(qū)登婁庫(kù)背斜帶北緣上的一個(gè)局部構(gòu)造，被稱為扶余Ⅰ號(hào)構(gòu)造，油氣藏類型復(fù)雜并且油氣分布規(guī)律尚不明確。前人對(duì)該地區(qū)及周邊烴源巖地化特征[7-9,11-12]、沉積相與儲(chǔ)層發(fā)育特征[1-4,13-16]、油藏特征[9,21]、構(gòu)造特征[5,10,17,19]及成藏因素[9,10,12,17-19]等方面進(jìn)行了研究，但對(duì)于油氣分布規(guī)律缺少系統(tǒng)的研究，同時(shí)永平油田油氣藏分布不均的問(wèn)題給勘探與開發(fā)帶來(lái)了較多的困難。因此筆者通過(guò)地震剖面解釋、鉆井巖芯觀察等，對(duì)扶余I號(hào)構(gòu)造進(jìn)行了構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的研究，分析研究區(qū)內(nèi)斷層演化特征，結(jié)合成藏條件來(lái)討論永平油田泉四段油氣成藏規(guī)律，為勘探開發(fā)部署提供理論依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

松遼盆地南部永平油田位于吉林省松原市扶余縣善友鄉(xiāng)(圖1)，主要研究區(qū)地處扶余縣西側(cè)，與扶余Ⅲ號(hào)構(gòu)造呈過(guò)渡接觸關(guān)系，北靠扶余Ⅱ號(hào)構(gòu)造[1]，區(qū)域構(gòu)造上屬于松遼盆地東南隆起區(qū)二級(jí)構(gòu)造帶中登婁庫(kù)背斜帶北緣上的一個(gè)局部構(gòu)造，位于登婁庫(kù)背斜帶與長(zhǎng)春嶺背斜帶之間[2]。結(jié)合鉆井資料以及前人文獻(xiàn)資料揭示的地層層序由下向上分別為：上侏羅統(tǒng)火石嶺組，下白堊統(tǒng)沙河子組、營(yíng)城組、登婁庫(kù)組以及泉頭組的泉三段、泉四段，上白堊統(tǒng)青山口組、姚家組及嫩江組(表1)，其中泉四段是本工區(qū)重要的含油氣層位[3-5]。扶余Ⅰ號(hào)構(gòu)造主要經(jīng)歷了3個(gè)重要的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)時(shí)期:即侏羅紀(jì)末期—早白堊世構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、嫩江組沉積末期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以及明水組沉積末期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)[6]。侏羅紀(jì)末期—早白堊世構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，松遼盆地發(fā)生初始張裂。嫩江組沉積末期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，伴隨持續(xù)的構(gòu)造疊加作用，地殼上升，湖盆開始收縮，受擠壓作用影響下形成了現(xiàn)今的穹隆背斜構(gòu)造，構(gòu)成了圈閉的雛形。明水組沉積末期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致盆地在整體抬升后遭受嚴(yán)重的剝蝕，斷裂發(fā)育，形成構(gòu)造圈閉，并且大量斷陷期形成的早期斷層開始活動(dòng)，構(gòu)成了溝通深部氣源運(yùn)移的垂向運(yùn)移通道，圈閉最終定型。

圖1 研究區(qū)地理位置圖[14]Fig.1 Geographic map of studied area

2 油氣成藏條件分析

2.1 油氣源分析

根據(jù)前人資料分析并且結(jié)合松遼盆地的沉積特點(diǎn)，在白堊系中，油源主要來(lái)自于周圍生油坳陷的青山口組烴源巖[6-9]，深部的火石嶺組、沙河子組和營(yíng)城組的烴源巖具有極好的生烴潛力[11-12]，是天然氣的主要來(lái)源。

2.2 泉四段儲(chǔ)層特征

永平油田泉四段為本研究區(qū)內(nèi)的主要儲(chǔ)層，依據(jù)前人研究成果以及沉積相標(biāo)志(圖2)[1-3,13-15]，確定沉積亞相主要為淺湖亞相和曲流河三角洲前緣亞相，主要發(fā)育有淺湖泥、水下分流河道及水下分流河道間等沉積微相。

表1 松遼盆地永平油田地層簡(jiǎn)表

Table 1 Stratigraphic table of Yongping Oilfield in Songliao Basin

a.JF220井287.17 m泉頭組四段，平行層理；b.JF243井269.96 m泉頭組四段，槽狀交錯(cuò)層理；c.JF243井256.1 m泉頭組四段，楔狀交錯(cuò)層理；d.JF243井272.44 m泉頭組四段，塊狀構(gòu)造；e.JF208井211.2 m泉頭組四段，灰綠色泥巖與褐色泥巖接觸；f.JF208井218.78 m泉頭組四段，灰綠色泥巖，黃鐵礦；g.JF220井油浸砂巖夾粉砂巖，沖刷面；h.JF243井233.4 m泉頭組四段，鈣質(zhì)沖刷面；i.JF243井210.5 m泉頭組四段，鈣質(zhì)砂巖；j.JF208井192.28 m泉頭組四段，泥質(zhì)灰?guī)r。圖2 永平油田部分巖芯特征Fig.2 Core characteristics of Yongping Oilfield

縱向由下至上(圖3)，Ⅳ砂組底界為底部砂體與下部泥巖分界線，Ⅲ砂組是以底部砂體沖刷面作為底界，Ⅱ砂組是以一套穩(wěn)定沉積的水下分流河道沉積作為底界，I砂組底界是一套灰綠色的淺湖泥巖，頂界是以青山口組一段的底部泥巖作為分界。整個(gè)Ⅳ砂組多為曲流河三角洲前緣水下分流河道沉積，整體先反旋回后變?yōu)檎?，砂體發(fā)育較好，砂巖百分比含量普遍高達(dá)80%。Ⅲ砂組由下到上為曲流河三角洲前緣沉積到淺湖亞相沉積，整體呈現(xiàn)正旋回，砂巖百分比含量最高為69%。Ⅱ砂組主要是曲流河三角洲沉積和淺湖相沉積交替出現(xiàn)，存在明顯的過(guò)渡現(xiàn)象，此時(shí)水體深淺發(fā)生了明顯的變化，砂體較厚。Ⅰ砂組由下到上為淺湖沉積到曲流河三角洲前緣沉積，為從反旋回過(guò)渡到正旋回的變化現(xiàn)象[3-16]。整體呈現(xiàn)出Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ砂組儲(chǔ)層發(fā)育，Ⅰ砂組儲(chǔ)層欠發(fā)育的情況。

圖3 JF244井單井相分析Fig.3 Facies analysis of Well JF244

在平面上(圖4)，研究區(qū)主要接受來(lái)自西南方向的通榆—?？刁w系和東南方向的長(zhǎng)春—懷德沉積體系的物源[13]。其中Ⅳ砂組物源主要來(lái)自東部、西南、西部和西北(圖4d)；Ⅲ砂組以三角洲前緣亞相為主，物源主要來(lái)自于西南、西北、東北和東南(圖4c)；Ⅱ砂組整體以水下分流河道為主，物源供給開始萎縮，主要來(lái)自于西北與東南方向(圖4b)；Ⅰ砂組物源供給進(jìn)一步萎縮，以淺湖環(huán)境為主，發(fā)育少量砂體，物源方向主要為東南方向(圖4a)。

通過(guò)對(duì)三口井153塊巖芯的垂直滲透率、相滲透率、壓汞數(shù)據(jù)以及巖芯孔滲數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，明確泉四段儲(chǔ)集物性整體較好，以水下分流河道砂體為主，砂巖種類以混合砂巖為主，其成分成熟度相對(duì)較低，粒度中值在0.05～0.25 mm，分選較好，磨圓為次圓-圓狀，結(jié)構(gòu)成熟度較高。在本工區(qū)內(nèi)，砂泥巖間隔一般為10～20 m，有利于油藏的開發(fā)，儲(chǔ)層的均質(zhì)性較好。儲(chǔ)層孔隙度為10%～35%，滲透率為(10～1 300)×10-3μm2(圖5)，具有中高孔、高滲的特點(diǎn)。

a.Ⅰ砂組平面相；b.Ⅱ砂組平面相；c.Ⅲ砂組平面相；d. Ⅳ砂組平面相。圖4 泉四段砂組平面相特征Fig.4 Plane facies characteristics of 4th Member of Quantou Formation

圖5 泉四段物性參數(shù)分布直方圖Fig.5 Histogram of physical properties distribution of 4th Member of Quantou Formation

a. 斷塊圈閉； b.斷層圈閉；c.構(gòu)造-巖性圈閉。圖6 泉四段圈閉特征示意圖Fig.6 Trap characteristics of 4th Member of Quantou Formation

2.3 泉四段圈閉特征

構(gòu)造圈閉泉四段Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ砂組沉積時(shí)期(圖6a、b)，以曲流河三角洲為主，主要發(fā)育砂巖作為儲(chǔ)層，屬于砂包泥，由于砂體相對(duì)較為發(fā)育，同時(shí)受構(gòu)造擠壓運(yùn)動(dòng)影響下，較易在穹隆背斜頂部和翼部形成構(gòu)造油氣藏。

構(gòu)造--巖性圈閉泉四段Ⅰ砂組沉積時(shí)期(圖6c)，以淺湖與曲流河三角洲為主，發(fā)育大量的淺湖泥與水下分流河道砂體，儲(chǔ)層發(fā)育相對(duì)較差，整體為泥包砂，受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，部分地區(qū)斷層與物源方向有夾角，因此可以在穹隆背斜翼部形成構(gòu)造-巖性油氣藏。

2.4 油氣運(yùn)移

油側(cè)向運(yùn)移研究區(qū)泉四段上覆的青山口組地層遭受剝蝕破壞，無(wú)法作為良好的烴源巖，研究區(qū)的油源主要來(lái)自于扶余Ⅰ號(hào)構(gòu)造周邊的生油凹陷。泉四段Ⅰ砂組砂體欠發(fā)育，而Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ砂組砂體發(fā)育，通過(guò)砂體的疊加，連通性良好，可作為重要的側(cè)向運(yùn)移通道[4,14,16]，結(jié)合已發(fā)現(xiàn)的工業(yè)油流井，泉四段油藏均位于砂體發(fā)育的層位，因此研究區(qū)內(nèi)泉四段內(nèi)的連通砂體是油重要的側(cè)向運(yùn)移通道。

天然氣垂向運(yùn)移依據(jù)斷層形成的時(shí)間、大小、規(guī)模以及其構(gòu)造發(fā)育史和空間展布特征，可將扶余Ⅰ號(hào)構(gòu)造的斷層分為3個(gè)大類：早期斷層、晚期斷層和晚期活動(dòng)的早期斷層(圖7)[17]。早期斷層與晚期斷層由于斷穿層位與規(guī)模的影響，不利于油氣的運(yùn)移；而晚期活動(dòng)的早期斷層，在明水組沉積末期強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的作用下，使得在斷陷期和坳陷期進(jìn)入休眠的斷層重新被激活，從而形成深斷裂，成為油氣垂向運(yùn)移的重要通道，而在斷層活動(dòng)結(jié)束后，不再是油氣縱向運(yùn)移通道。而在泉四段中，結(jié)合已發(fā)現(xiàn)的工業(yè)氣流井，泉四段氣藏均位于晚期斷層的活動(dòng)區(qū)域，因此研究區(qū)內(nèi)晚期活動(dòng)的早期斷層是主要的天然氣垂向運(yùn)移通道[19]。

2.5 成藏時(shí)間

依據(jù)斷裂的形成和分布，嫩江組沉積末期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成了穹隆背斜構(gòu)造，構(gòu)成了圈閉的雛形，與此同時(shí)在研究區(qū)發(fā)現(xiàn)大量稠油，說(shuō)明在圈閉雛形形成之后，泉四段油氣藏才遭受了大規(guī)模破壞，反映了嫩江組沉積末期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)時(shí)間應(yīng)當(dāng)早于油氣成藏時(shí)間，而在明水組沉積結(jié)束后，新近系泰康組與下伏的青一段直接接觸，說(shuō)明在明水組沉積末期之后構(gòu)造運(yùn)動(dòng)趨于穩(wěn)定，斷裂形成良好的封閉。因此本研究區(qū)的油氣成藏時(shí)間應(yīng)在嫩江組沉積末期之后，明水組沉積之前(圖8)。

a.扶余Ⅰ號(hào)構(gòu)造斷裂平面特征；b.line628剖面斷裂特征;c.line458剖面斷裂特征。圖7 扶余Ⅰ號(hào)構(gòu)造斷裂特征Fig.7 Characteristics of faults in Fuyu I structure

圖8 永平油田含油氣系統(tǒng)事件圖Fig.8 Petroleum system events of Yongping Oilfield

3 油氣動(dòng)態(tài)成藏過(guò)程

根據(jù)對(duì)該地區(qū)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以及油氣成藏條件分析的結(jié)果，對(duì)研究區(qū)內(nèi)的稠油藏、常規(guī)油藏和天然氣藏的動(dòng)態(tài)成藏過(guò)程進(jìn)行分析。

3.1 油藏成藏動(dòng)態(tài)分析

在扶余Ⅰ號(hào)構(gòu)造內(nèi)，泉四段是重要的油氣儲(chǔ)層，整體呈現(xiàn)Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ砂組以曲流河三角洲沉積為主，儲(chǔ)層發(fā)育，Ⅰ砂組以淺湖與曲流河三角洲為主，儲(chǔ)層欠發(fā)育；而在經(jīng)歷嫩江組沉積末期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)后，受擠壓作用，形成了穹隆背斜構(gòu)造，形成了圈閉的雛形；伴隨著油氣沿連通性良好的砂體開始側(cè)向運(yùn)移，在隨后發(fā)生的明水組沉積末期劇烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響下，在泉四段形成了構(gòu)造斷塊、斷鼻油氣藏，由于抬升剝蝕的影響，四方臺(tái)組、嫩江組、姚家組以及青山口組上部遭受剝蝕嚴(yán)重，油氣藏遭受破壞，大量輕質(zhì)組分散失從而形成稠油藏(圖9a)。

而在穹隆背斜翼部，由于泉四段Ⅰ砂組泥包砂的組合特征，在明末構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響下，導(dǎo)致在泉四段Ⅰ砂組中斷層與物源方向存在夾角，從而造成橫向上的巖性發(fā)生變化，油氣在流體勢(shì)的作用下，向局部高點(diǎn)聚集，在局部地區(qū)形成了保存條件較好的巖性-構(gòu)造油氣藏，常規(guī)油藏得以保存下來(lái)(圖9b)。

3.2 氣藏成藏動(dòng)態(tài)分析

在扶余Ⅰ號(hào)構(gòu)造深部的斷陷地層發(fā)育有大量的暗色泥巖，是研究區(qū)內(nèi)主要的氣源，成藏的基本條件與油藏相似，在嫩江組沉積末期形成圈閉雛形；而受明水組沉積末期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，部分?jǐn)嘞莸貙有纬傻脑缙跀嗔验_始活動(dòng)，與泉四段形成的斷層連通，形成垂向的運(yùn)移通道，受構(gòu)造剝蝕的影響，大量天然氣散失，部分天然氣被翼部的構(gòu)造圈閉所捕獲，形成殘余氣藏，其分布往往與深斷裂有關(guān)(圖9c)。

圖9 扶余Ⅰ號(hào)構(gòu)造油氣成藏演化示意圖Fig.9 Schematic diagram of hydrocarbon accumulation and evolution of Fuyu I structure

4 結(jié)論

(1)扶余I號(hào)構(gòu)造油源主要來(lái)自于周圍生油凹陷的青山口組一段的黑色泥巖，沿泉四段連通性良好的砂體側(cè)向運(yùn)移，氣源巖主要為深部的火石嶺組、營(yíng)城組和沙河子組的煤系地層，沿在晚期復(fù)活的早期斷層作垂向運(yùn)移。

(2)受沉積與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的控制油氣藏主要以構(gòu)造油氣藏和構(gòu)造-巖性油氣藏為主，依據(jù)儲(chǔ)蓋組合、油氣運(yùn)移等特征判斷泉四段油氣藏成藏時(shí)間應(yīng)在嫩江組沉積末期之后明水組末期沉積之前。

(3)稠油藏主要為構(gòu)造油氣藏，主要分布在受斷裂切割嚴(yán)重的砂包泥地區(qū)，多位于穹隆背斜頂部；稀油藏主要為構(gòu)造-巖性油氣藏，主要分布在因斷層影響導(dǎo)致巖性在橫向上發(fā)生變化的泥包砂地區(qū)，多位于穹隆背斜的翼部；天然氣藏以構(gòu)造油氣藏為主，其分布與在晚期復(fù)活的早期斷裂形成的深斷裂密切相關(guān)。