惠民凹陷臨北地區(qū)基山砂體油氣成藏主控因素研究

張 震，劉太勛，謝風(fēng)猛，孟 陽，何瑞武，劉延峰，張恒才，閆 斐

（1.中國石油大學(xué)（華東）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島266580；2.中國石化勝利油田分公司臨盤采油廠，山東德州251507；3.中國石化勝利油田分公司油氣開發(fā)管理中心，山東東營257000）

惠民凹陷臨北地區(qū)沙三段發(fā)育了多套沉積體系，自下而上分別為臨北、盤河、基山、臨邑、商河等砂體，縱向上疊置，橫向上分布各異[1]。近年來，勘探對象以沙四段、沙三中下層系為主，發(fā)現(xiàn)了可觀的石油地質(zhì)儲量。由于儲層具有低孔、低滲性特征，成藏控制因素復(fù)雜多樣，儲量難以動用，勘探難度大。2016 年，在沙三中亞段基山砂體部署的S55?6 井取得較好效果，沙三中亞段鉆遇油層22.6 m，投產(chǎn)后日產(chǎn)油11 t，含水率9.7%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同），勘探潛力較大。但是，該亞段南北物性相差較大，產(chǎn)能各異，從投產(chǎn)情況看具有明顯的分帶性，隨著儲層埋深的變化而變化，儲層有效性評價研究不夠清晰。本文以臨北地區(qū)基山砂體油氣分布為典型實(shí)例，深入剖析以構(gòu)造?巖性油藏類型為主的油藏的成藏條件及影響因素，以期為臨北地區(qū)沙三中亞段油氣的勘探部署及有利區(qū)帶劃分提供科學(xué)依據(jù)[2?12]。

1 地質(zhì)概況

臨北地區(qū)位于惠民凹陷中央隆起帶中部，其西南與唐莊油田相鄰，西部為盤河油田，東部接商河油田，北部為滋鎮(zhèn)洼陷，南部為臨南洼陷（見圖1）。該區(qū)是惠民凹陷構(gòu)造最為復(fù)雜的地區(qū)，目前在沙三段、沙二段和沙一段發(fā)現(xiàn)多套含油層系，是油氣富集的地區(qū)之一。

圖1 臨北地區(qū)位置

基山砂體位于該區(qū)沙三中亞段，是一套來自北部埕寧隆起的沉積砂體，厚度大，分布廣，在宿安溝附近厚度最大，向東西兩側(cè)逐漸抬升尖滅，為形成構(gòu)造?巖性油藏創(chuàng)造了良好的物質(zhì)條件[13?19]，而且構(gòu)造發(fā)育、儲層物性好、儲蓋組合齊全、鄰近生油氣凹陷（臨南洼陷），是油氣運(yùn)移、聚集的有利指向區(qū)。

2 油氣成藏條件

2.1 構(gòu)造?沉積背景

臨北地區(qū)斷裂系統(tǒng)異常復(fù)雜，受多期構(gòu)造運(yùn)動、區(qū)域走滑和伸展應(yīng)力機(jī)制的共同作用[20]，斷裂活動頻繁，斷層大量發(fā)育（見圖2 及圖3）。二級同生斷層臨邑斷層及其伴生斷層自北向南呈階梯狀排列，在縱向上斷穿多套烴源巖，對研究區(qū)內(nèi)構(gòu)造和沉積起控制作用，使油氣藏南北向呈斷階式帶狀分布[21]。

圖2 臨北地區(qū)斷裂體系空間分布

圖3 臨北地區(qū)沙三中基山砂體斷層平面分布圖

初步統(tǒng)計(jì)，研究區(qū)四級以上的斷層有200 余條，加上五、六級斷層可達(dá)400 余條。在中央隆起帶上，斷層數(shù)達(dá)3 條/km2之多，平均單井鉆遇斷點(diǎn)3 個，多則達(dá)7 個以上。區(qū)內(nèi)斷層極為發(fā)育，多數(shù)為正斷層，大斷層主要沿基底斷層新生活動，同時也產(chǎn)生了很多新生蓋層斷層。沙三中亞段地層主要受近東西向斷層和北東東向斷層控制，在斷塊活動過程中還形成了大量的近東西向斷層，同時與多期基山砂體上傾尖滅共同作用，為形成構(gòu)造?巖性油藏創(chuàng)造了良好的構(gòu)造條件。

研究區(qū)沙三中亞段基山砂體是一種三角洲?滑塌濁積沉積體系（見圖4），由三角洲和滑塌濁積巖兩部分組成，經(jīng)歷了進(jìn)積（PS1、PS2）、加積(PS3、PS4)及退積(PS5、PS6)的演化過程[22?25]。

圖4 臨北地區(qū)沙三中沉積相圖

從整體來看，各期次沉積體在三角洲沉積的主導(dǎo)下自西北向東南逐次前積，濁積巖局部（1—3 期）發(fā)育；從局部來看，北部水體相對較錢，沉積體快速進(jìn)積，濁積巖發(fā)育少；南部水體相對較深，沉積體進(jìn)積較慢，濁積巖較為發(fā)育。

2.2 油源條件

臨南洼陷是惠民凹陷的主要生油洼陷，發(fā)育三套烴源巖，分別為沙四上亞段、沙三中下亞段以及沙一段烴源巖，其中沙三段為主力生油巖。目前已發(fā)現(xiàn)的石油中以輕質(zhì)原油為主，且認(rèn)為臨北地區(qū)沙三中亞段原油主要源自臨南洼陷。

2.2.1 烴源巖特征 臨南洼陷沙三中亞段有機(jī)碳含量高，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.400%～7.100%，平均值為1.400%。烴源巖有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)大部分大于1.000%，沉積中心有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2.000%。盤斜70 井2 640 m 沙四上暗色泥巖TOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.830%～1.170%，氯仿瀝青“A”質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.032%～0.069%，生油指標(biāo)達(dá)到中等水平。盤斜507 井3 390 m 沙四上暗色泥巖TOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.830%，氯仿瀝青“A”質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.257%，生油指標(biāo)達(dá)到“中?好”水平，能夠?yàn)樯橙衼喍位缴绑w提供充足油氣源。沙四段的有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的平均值為0.800%～2.000%，為“較好?好”水平的 烴 源 巖[26?27]。

大部分地區(qū)氯仿瀝青“A”質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.200%，表明沙一段、沙三段層段均為優(yōu)質(zhì)烴源巖。沙四段氯仿瀝青“A”質(zhì)量分?jǐn)?shù)的平均值為0.150%，屬于好烴源巖（見表1）。

表1 臨南洼陷各層有機(jī)質(zhì)性質(zhì)[28]

此外，飽和烴正構(gòu)烷烴的主峰碳數(shù)在C19—C29，大部分為C25和C27，屬于中高相對分子質(zhì)量奇數(shù)正構(gòu)烷烴，表明有機(jī)質(zhì)類型是陸生高等植物和水生生物混合型有機(jī)質(zhì)。本區(qū)沙三段烴源巖有機(jī)質(zhì)中倍半萜/藿烷值低于1，奧利烷/C30藿烷含量低，表明細(xì)菌和低等植物來源比較豐富，有機(jī)質(zhì)類型較好。同時，用C27甾烷、C28甾烷和C29甾烷的三角圖來區(qū)分有機(jī)質(zhì)的母質(zhì)類型（見表2）。

表2 臨北地區(qū)原油萜類地化指標(biāo)數(shù)據(jù)

綜合分析發(fā)現(xiàn)，臨南洼陷古近系有機(jī)質(zhì)類型以I 型和 II 型為主。沙一段為 I?II1型；沙三中亞段和沙三下亞段的有機(jī)質(zhì)類型以II1型為主，在洼陷邊緣逐漸過渡到II2型；沙三上亞段和沙四段以II2和II1為主（見表1）。有機(jī)質(zhì)為混合來源，其中細(xì)菌和藻類有重要的貢獻(xiàn)，沙三、四段的烴源巖都位于成熟?高成熟區(qū)，能夠?yàn)檠芯繀^(qū)目的層段提供良好油源條件。

2.2.2 烴源巖厚度分布 臨南洼陷帶沙四上亞段烴源巖厚度中心在西起營子街，東到孟寺低隆起一帶分布，最大厚度為120 m（見圖5）。沙三中段烴源巖厚度中心主要分布于臨南洼陷及滋鎮(zhèn)洼陷，最大厚度為350 m（見圖6）。研究區(qū)緊鄰生油氣洼陷，沙三段烴源巖生成的油氣通過優(yōu)勢運(yùn)移通道可直接進(jìn)入沙三中亞段基山砂體儲層，為形成油氣藏提供良好的油源條件。

圖5 沙四上亞段烴源巖厚度分布

圖6 沙三段烴源巖厚度分布

2.2.3 油源對比 本區(qū)沙三段烴源巖的基本生物標(biāo)志物分布是以姥植比Pr/Ph（姥鮫烷與植烷的相對豐度之比）大于1，伽瑪蠟烷指數(shù)小于0.1，豐富的4?甲基甾烷、低三環(huán)萜、C27甾烷對C29甾烷的優(yōu)勢和C29甾烷的異構(gòu)化系數(shù)高（0.30～0.59）為其特色，它反映形成于淡水湖泊的成熟原油特點(diǎn)。

通過對本研究區(qū)沙三中亞段1 個基山砂體原油樣品的色質(zhì)譜分析可知，其中的生物標(biāo)志物特征與沙三段烴源巖極為相似（見圖7）。

圖7 沙三中亞段基山砂體原油樣品姥植比與伽馬蠟烷指數(shù)關(guān)系

參考鄰近的油田烴源巖及原油的分析結(jié)果，認(rèn)為本區(qū)原油主要來源于臨南洼陷沙三段烴源巖，確定了研究區(qū)沙三中亞段基山砂體的油氣來源。

2.3 儲蓋組合特征

臨北地區(qū)沙三中亞段基山砂體儲層主要為一套混合成因的三角洲?滑塌濁積沉積體系砂巖儲層，整體發(fā)育6 個砂層組，由下而上各砂層組自西向東逐漸側(cè)向遷移，宿安溝附近厚度最大，向東西兩側(cè)逐漸抬升尖滅，為形成構(gòu)造?巖性油藏創(chuàng)造了良好的物質(zhì)條件。由沉積相分析可知，臨北地區(qū)沙三中亞段基山砂體沉積物源主要來自于西部和西北部的正向構(gòu)造帶，物源方向整體呈近北西向。其中，北部地區(qū)古水流整體呈北東東向，南部地區(qū)古水流整體呈南東東向。研究區(qū)主要發(fā)育1～5 個期次的基山砂體，儲層累積厚度10～100 m。研究基山砂體與斷裂、烴源巖的位置關(guān)系發(fā)現(xiàn)，該區(qū)具有較好的時空配置關(guān)系（見圖8）。

圖8 臨北地區(qū)沙三中亞段基山砂體與斷層?烴源巖疊合分布

臨北地區(qū)總共發(fā)育了3 套區(qū)域性泥巖蓋層：①館陶組三段灰綠色泥巖是淺層次生油氣藏蓋層，覆蓋于所有新近系之上；②沙一段深湖及半深湖相暗色泥巖是區(qū)域性最重要的蓋層，決定大部分油氣分布于沙一段下伏地層；③沙三上亞段的泥巖及基山砂體頂部穩(wěn)定的厚層泥巖具有較高的異常壓力，為基山砂體內(nèi)油氣聚集提供了良好的保存條件。

2.4 保存條件

臨北地區(qū)除了發(fā)育3 套區(qū)域性泥巖蓋層外，沙三中亞段水型以高礦化度原生CaCl2為主，封閉性較好；靠近地表的區(qū)域，由于地層尖滅帶附近有地表水侵入，水型變?yōu)镹a2SO4型。由各斷塊的地層水類型可以看出，臨北地區(qū)對油氣的保存條件良好[29?31]。例如，臨 13 斷塊主要為 CaCl2型水，總礦化度21 996～46 230 mg/L，氯離子質(zhì)量濃度13 157～28 004 mg/L，有利于油藏保存（見表3）。

表3 臨13 斷塊區(qū)地層水性質(zhì)

3 油氣成藏主控因素

研究區(qū)沙三中亞段基山砂體主要發(fā)育構(gòu)造?巖性復(fù)合油藏。在平面上，出油點(diǎn)主要分布在臨邑斷層分支斷層以南的田家至商河的呈東西向分布的條帶中（見圖9）；在縱向上，由于基山砂體在垂向的不同期次的橫向遷移，在剖面上表現(xiàn)為自西向東呈疊瓦-階梯狀展布。因此，不同期次砂組中油氣藏的分布也呈自西向東疊瓦-階梯狀分布（見圖10）。目前，臨北地區(qū)累計(jì)上報探明儲量6 294.5 萬t，其中沙三段探明儲量3 396.4 萬t，充分體現(xiàn)沙三中亞段具有豐富的油氣資源。綜合分析發(fā)現(xiàn)，其油氣富集分布主要受烴源巖、儲層物性、蓋層遮擋以及斷裂的輸導(dǎo)和遮擋控制。

圖9 臨北地區(qū)沙三中亞段基山砂體油氣平面分布

圖10 臨北地區(qū)過田3 井-商744 井沙三中亞段基山砂體油藏剖面

（1）源儲配置是油氣藏形成的基礎(chǔ)。從區(qū)域分布來看（見圖1），臨北地區(qū)緊鄰南部生油氣洼陷?臨南洼陷，且基山砂體上下被沙三段暗色泥巖和油頁巖包裹，其內(nèi)有機(jī)質(zhì)豐度高，類型好，干酪根占巖石有機(jī)質(zhì)的80%～90%，油源充足，可通過短距離運(yùn)移至基山砂體聚集成藏。

基山砂體整體發(fā)育6 期砂體，砂體孔隙度為5%～25%，滲透率為 0.01～0.06 μm2，總體上具有中孔低滲和中低孔特低滲的特點(diǎn)。各期砂體由下而上自西向東逐漸側(cè)向遷移，且位于中央隆起帶南斜坡，砂體北高南低。各期砂體之間被泥巖分隔，在宿安溝附近向東西兩側(cè)逐漸抬升尖滅，這種砂體和泥質(zhì)體的展布方式和烴源巖在區(qū)域南傾的構(gòu)造背景下形成良好的空間配置關(guān)系[2]，構(gòu)成砂體上傾方向優(yōu)越的泥巖遮擋條件，易與斷裂共同作用形成構(gòu)造?巖性復(fù)合油藏。

（2）斷?砂輸導(dǎo)體系是控制油氣分布的重要因素。研究區(qū)發(fā)育一條二級大斷層臨邑斷層，是沿凹陷走向延伸的弧形同生斷層。平面上從唐莊以北東-南西向延伸，至盤深2 井以東轉(zhuǎn)為北東東向及東西向延伸，傾向?yàn)槟蠔|-南；縱向上該斷層斷穿多套烴源巖，是研究區(qū)內(nèi)的油源斷層。由于臨邑斷層及其分支斷層的長期活動性，頻繁封閉和開啟使斷層部位壓力不斷釋放，源層高壓流體連續(xù)不斷地沿斷裂輸導(dǎo)體系垂向、橫向和走向運(yùn)移，最終油氣沿主斷層垂向分布達(dá)2 000 m，控制著該區(qū)的沉積和油氣運(yùn)聚成藏。

骨架砂體既可作為油藏的儲集層，又可作為油氣的輸導(dǎo)層，其輸導(dǎo)能力取決于砂體的孔隙度、滲透率、厚度及側(cè)向連通性。由于臨北地區(qū)周邊物源區(qū)所提供的沉積物較充足，在湖萎縮階段湖泊迅速淤淺，從沙三段各亞段至沙二段沉積，所發(fā)育的湖泊基本上均屬淺湖?半深湖，粉砂巖在洼陷中心發(fā)生廣泛而持續(xù)的沉積，致沙三中亞段儲集砂巖厚度大，儲集砂巖普遍發(fā)育。當(dāng)烴類從生油巖進(jìn)入基山砂體后，就以兩相或三相流體的形式沿砂體由高勢區(qū)向低勢區(qū)運(yùn)移和聚集。臨北地區(qū)沙三中亞段多期次的基山砂體與該亞段的烴源巖直接接觸，成為基山砂體油氣運(yùn)移的主要輸導(dǎo)體。

憑借斷?砂輸導(dǎo)體系在時空上的有效配置關(guān)系，產(chǎn)自臨南洼陷的大量油氣沿沙三中亞段基山砂體向北西方向及北東方向運(yùn)移，在基山砂體東西部上傾尖滅部位和復(fù)雜斷裂一起形成構(gòu)造?巖性復(fù)合油藏。

（3）頂部蓋層和斷裂側(cè)向遮擋是油氣保存的必要條件。研究區(qū)沙三中亞段垂向上發(fā)育了3 套區(qū)域性泥巖蓋層，其中沙三上亞段的泥巖及基山砂體頂部穩(wěn)定的厚層泥巖具有較高的異常壓力，且該區(qū)沙三中亞段水型以高礦化度原生CaCl2為主，封閉性較好，為基山砂體內(nèi)油氣聚集提供了良好的保存條件。

區(qū)內(nèi)沙三中亞段發(fā)育了豐富的斷裂系統(tǒng)，由于斷層的性質(zhì)、規(guī)模、產(chǎn)狀、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其形成時代的差異導(dǎo)致部分?jǐn)鄬訉τ蜌猱a(chǎn)生側(cè)向封堵作用，與蓋層的垂向遮擋等有利因素綜合作用，使油氣得以保存。

4 結(jié) 論

（1）臨北地區(qū)基山砂體具有形成油氣藏的良好地質(zhì)條件，其中作為油氣來源的臨南洼陷沙三段優(yōu)質(zhì)烴源巖最為發(fā)育，是形成油氣藏的物質(zhì)基礎(chǔ)；各期基山砂體粒度普遍較細(xì)，與源巖大面積接觸，其內(nèi)斷裂發(fā)育，提供有效運(yùn)移通道，形成良好的源儲配置關(guān)系。

（2）研究區(qū)沙三中亞段主要發(fā)育1～5 個期次的三角洲?滑塌濁積沉積體，具有良好的孔滲性，可作為油氣的儲集層，也是主要的輸導(dǎo)體。臨邑斷層及其分支斷層是連通源巖和儲層的通道，斷?砂輸導(dǎo)體系共同作用致使油氣藏在南北向呈斷階式帶狀分布。

（3）沙三上亞段泥巖及基山砂體頂部穩(wěn)定的厚層泥巖的垂向遮擋、各期次砂體之間被泥巖的分隔作用且東西向上傾尖滅、沙三中亞段發(fā)育封閉性較好的高礦化度原生CaCl2水型以及部分?jǐn)鄬拥膫?cè)向封堵等因素共同作用，為沙三中亞段油氣提供有利的保存條件。