上生下儲倒灌式油氣運(yùn)聚成藏空間預(yù)測方法及其應(yīng)用

于 洋

（大慶油田有限責(zé)任公司第四采油廠， 黑龍江大慶 163514）

0 引 言

隨著油氣運(yùn)移研究的深入， 油氣在浮力的作用下向上運(yùn)聚成藏已被廣大油氣地質(zhì)工作者所接受，已成為含油氣盆地油氣運(yùn)聚成藏的主要方式。 然而， 在含油氣盆地的某些特殊層位確實(shí)存在著非浮力作用下的油氣倒灌式運(yùn)聚成藏， 其油氣運(yùn)聚規(guī)律明顯不同于浮力作用下油氣向上運(yùn)聚成藏。 因此，能否準(zhǔn)確地預(yù)測上生下儲倒灌式油氣運(yùn)聚成藏空間， 對于正確認(rèn)識含油氣盆地上生下儲式油氣分布規(guī)律和指導(dǎo)油氣勘探均至關(guān)重要。

關(guān)于上生下儲倒灌式油氣運(yùn)移和聚集， 前人曾做過大量的研究和探討， 歸納起來主要有3 個(gè)方面： 一是根據(jù)源巖超壓值相對大小和斷裂類型， 研究上生下儲倒灌式油氣運(yùn)移的條件［1-6］， 認(rèn)為只有源巖具有一定超壓值， 且發(fā)育輸導(dǎo)斷裂時(shí)， 源巖生成油氣才能倒灌運(yùn)移， 否則源巖生成油氣不能發(fā)生倒灌運(yùn)移； 二是根據(jù)源巖在油氣成藏期古超壓值的相對大小， 結(jié)合目前源巖之下儲層已發(fā)現(xiàn)油底深度， 研究上生下儲倒灌式油氣運(yùn)聚的最大深度， 并據(jù)此預(yù)測上生下儲倒灌式油氣聚集成藏縱向范圍［7-10］， 認(rèn)為倒灌式油氣運(yùn)聚最大深度越大， 油氣成藏縱向范圍越大， 反之油氣成藏縱向范圍越??；三是根據(jù)源巖排烴分布區(qū)、 超壓分布區(qū)和輸導(dǎo)斷裂分布區(qū)， 研究上生下儲倒灌式油氣運(yùn)聚成藏的平面分布區(qū)［11-13］， 認(rèn)為只有源巖排烴分布區(qū)、 超壓分布區(qū)和輸導(dǎo)斷裂分布區(qū)的耦合區(qū)， 才應(yīng)是上生下儲倒灌式油氣運(yùn)聚成藏的有利區(qū)， 否則無論三者中缺少哪一個(gè)， 或者三者均發(fā)育、 但不耦合， 均不是上生下儲倒灌式油氣運(yùn)聚成藏的有利區(qū)。 這些研究成果對于正確認(rèn)識含油氣盆地上生下儲式油氣分布規(guī)律起到了十分重要的作用。

然而， 前人研究成果對上生下儲倒灌式油氣運(yùn)聚成藏空間的研究相對較少， 主要是上生下儲倒灌式油氣運(yùn)聚成藏平面有利區(qū)的研究， 缺少上生下儲倒灌式油氣運(yùn)聚成藏縱向分布區(qū)的研究， 更缺少二者之間的綜合研究， 難以準(zhǔn)確地反映上生下儲倒灌式油氣運(yùn)聚成藏空間， 難免會給油氣勘探帶來一定風(fēng)險(xiǎn)。 因此， 開展上生下儲倒灌式油氣運(yùn)聚成藏空間預(yù)測方法研究， 對于正確認(rèn)識含油氣盆地上生下儲式油氣分布規(guī)律及有效指導(dǎo)其油氣勘探均具有重要意義。

1 上生下儲倒灌式油氣運(yùn)聚成藏機(jī)制及其空間分布

上覆源巖生成的油氣之所以能沿輸導(dǎo)斷裂向下倒灌運(yùn)移， 是因?yàn)樵磶r超壓大于油氣向下倒灌運(yùn)移所遇到的各種阻力（油氣本身浮力、 地層壓力差和油氣沿輸導(dǎo)斷裂運(yùn)移所遇到的阻力）［12-14］； 否則， 源巖生成的油氣無法向下倒灌運(yùn)移（圖1）。由此不難看出， 上生下儲倒灌式油氣運(yùn)聚成藏只能發(fā)生在一定的空間范圍內(nèi)， 其平面分布區(qū)應(yīng)主要受到源巖排烴分布區(qū)、 倒灌式油氣運(yùn)移源巖超壓分布區(qū)和輸導(dǎo)斷裂分布區(qū)的共同控制， 其耦合范圍越大， 倒灌式油氣運(yùn)聚成藏平面分布區(qū)越大（圖2（a） ）； 其縱向分布區(qū)應(yīng)主要受到倒灌式油氣運(yùn)聚最大深度和輸導(dǎo)斷裂延伸長度的共同控制， 其耦合區(qū)越大， 倒灌式油氣運(yùn)聚成藏縱向分布區(qū)越大（圖2 （b） ）。

2 上生下儲倒灌式油氣運(yùn)聚成藏空間預(yù)測方法

要預(yù)測上生下儲倒灌式油氣運(yùn)聚成藏空間， 就必須確定上生下儲倒灌式油氣運(yùn)聚成藏平面和縱向分布區(qū)， 將二者組合， 便可得到上生下儲倒灌式油氣運(yùn)聚成藏空間［15-16］。

要確定上生下儲倒灌式油氣運(yùn)聚成藏平面分布區(qū)， 就必須確定源巖排烴分布區(qū)、 倒灌式油氣運(yùn)移源巖超壓分布區(qū)和輸導(dǎo)斷裂分布區(qū)， 三者疊合的重合區(qū)， 即為上生下儲倒灌式油氣運(yùn)聚成藏平面分布區(qū)。

利用源巖發(fā)育及其地化特征， 由文獻(xiàn)［17-22］中源巖排烴門限研究方法確定源巖排烴門限， 據(jù)此圈定源巖分布范圍， 即為源巖排烴分布區(qū)（圖2（a） ）。

利用聲波時(shí)差資料， 由文獻(xiàn)［19， 23-24］ 中源巖古超壓值恢復(fù)方法， 恢復(fù)源巖在油氣成藏期古超壓值； 然后統(tǒng)計(jì)研究區(qū)已知井點(diǎn)處源巖古超壓值與其下伏儲層油底深度之間關(guān)系（圖3）， 取油氣分布最小的源巖古超壓值， 作為倒灌式油氣運(yùn)移所需的最小源巖古超壓值； 最后將源巖古超壓值大于倒灌式油氣運(yùn)移所需的最小古超壓值的區(qū)域圈在一起， 即為倒灌式油氣運(yùn)移源巖超壓分布區(qū)（圖2（a） ）。

利用三維地震資料拆分源巖層內(nèi)發(fā)育的斷裂，確定斷裂斷穿層位， 將連接上覆源巖和下伏儲層，且在油氣成藏期活動(dòng)的斷裂圈在一起， 即為輸導(dǎo)斷裂分布區(qū)（圖2 （a） ）。

將已確定出的源巖排烴分布區(qū)、 倒灌式油氣運(yùn)移源巖超壓分布區(qū)和輸導(dǎo)斷裂分布區(qū)疊合， 取三者重合區(qū)， 即為上生下儲倒灌式油氣運(yùn)聚成藏平面分布區(qū)（圖2 （a） ）。

由上生下儲倒灌式油氣運(yùn)聚成藏機(jī)制可知， 油氣發(fā)生上生下儲倒灌式運(yùn)移應(yīng)滿足源巖超壓大于油氣向下倒灌運(yùn)移所遇到的各種阻力， 其數(shù)學(xué)表達(dá)式為

其中：

式中： Δpc——源巖古超壓值， MPa； Δpd—— 地層壓力差， MPa；Ff——油氣浮力， MPa；pc——油氣沿?cái)嗔演攲?dǎo)運(yùn)移所遇到的阻力， MPa；ρW——地層水密度， g／cm3；ρH——油氣密度， g／cm3；Hmax——倒灌式油氣運(yùn)聚的最大深度， m；g——重力加速度， m／s2。

取油氣開始倒灌運(yùn)移時(shí)狀態(tài)， 即地層壓力差和油氣浮力均等于零時(shí)， 油氣沿?cái)嗔演攲?dǎo)運(yùn)移所遇到的阻力應(yīng)等于倒灌式油氣運(yùn)移所需的最小源巖古超壓值。 將式（2） 和式（3） 代入到式 （1） 中，整理得到倒灌式油氣運(yùn)聚的最大深度， 即

式中 Δpcmin——倒灌式油氣運(yùn)移所需的最小源巖古超壓值， MPa。

統(tǒng)計(jì)研究區(qū)已知井點(diǎn)處源巖古超壓值， 將其代入到式（4） 中， 得到其倒灌式油氣運(yùn)聚最大深度， 將其連接起來， 便可以得到上生下儲倒灌式油氣運(yùn)聚最大深度分布（圖2 （b） ）。

將已確定出的上生下儲倒灌式油氣運(yùn)聚成藏平面和縱向分布區(qū)組合， 便構(gòu)成了上生下儲倒灌式油氣運(yùn)聚成藏空間（圖2）。

3 應(yīng)用實(shí)例

本文選取松遼盆地北部三肇凹陷為例， 利用上述方法預(yù)測其上覆青一段源巖向下伏扶楊油層倒灌式油氣運(yùn)聚成藏空間， 并通過預(yù)測結(jié)果與目前三肇凹陷扶楊油層已發(fā)現(xiàn)油氣分布之間關(guān)系， 驗(yàn)證該方法用于預(yù)測上生下儲倒灌式油氣運(yùn)聚成藏空間的可行性。

三肇凹陷位于松遼盆地北部中央坳陷區(qū)的中部， 是松遼盆地北部油氣勘探的重點(diǎn)地區(qū)［25］。 該凹陷從下至上發(fā)育的地層有下白堊統(tǒng)、 上白堊統(tǒng)及新生界， 其中下白堊統(tǒng)地層有火石嶺組、 沙河子組、 營城組、 登婁庫組和泉頭組； 上白堊統(tǒng)地層有青山口組、 姚家組、 嫩江組、 四方臺組和明水組。位于泉四段和泉三段的扶余油層和楊大城子油層（簡稱“扶楊油層” ） 是三肇凹陷油氣勘探的主要目的層， 油氣主要來自上覆青一段源巖［24］， 屬于上生下儲式生儲蓋組合。 因此， 能否準(zhǔn)確地預(yù)測出三肇凹陷青一段源巖向扶楊油層倒灌式油氣運(yùn)聚成藏空間， 對于正確認(rèn)識扶楊油層油氣分布規(guī)律和指導(dǎo)油氣勘探均至關(guān)重要。

鉆井結(jié)果顯示， 三肇凹陷青一段源巖發(fā)育， 最大厚度可達(dá)到120 m 以上， 主要分布在凹陷中心處， 由此向其四周青一段源巖厚度逐漸減小， 在邊部減小至70～80 m。 三肇凹陷青一段源巖有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為3.15%， 氯仿瀝青 “A” 平均為0.5%， 生烴潛量平均為24 mg／g， 干酪根類型主要為Ⅰ型和Ⅱ1型， 鏡質(zhì)體反射率為0.75%～1.0%，有機(jī)質(zhì)演化已進(jìn)入成熟階段， 可以生成大量油氣，為下伏扶楊油層油氣運(yùn)聚成藏提供充足的油氣來源。 利用青一段源巖厚度及其地化特征， 由源巖排烴門限研究方法［17-22］， 可以得到三肇凹陷青一段源巖排烴分布區(qū)（圖4）。 由圖4 中可以看出， 三肇凹陷青一段源巖除東北邊部地區(qū)不能排烴外， 其余廣大地區(qū)皆能向外排烴。

三肇凹陷青一段源巖普遍欠壓實(shí)， 并存在超壓［19-23］。 利用聲波時(shí)差資料， 由文獻(xiàn) ［19，23-24］中源巖古超壓值的研究方法， 可以得到三肇凹陷青一段源巖在油氣成藏期——明水組沉積末期的古超壓值（圖5）。 從圖5 中可以看出， 三肇凹陷青一段源巖在油氣成藏期古超壓值最大可達(dá)到12 MPa， 主要分布在凹陷內(nèi)部的局部地區(qū)， 由5 個(gè)高值區(qū)向其四周青一段源巖古超壓值逐漸減小， 在凹陷東南和西部局部地區(qū)減小至6 MPa 左右。 統(tǒng)計(jì)三肇凹陷已知井點(diǎn)扶楊油層目前油底深度和對應(yīng)處青一段源巖古超壓值（圖6）， 取油氣分布最小的源巖古超壓值， 作為倒灌式油氣運(yùn)移所需的最小古超壓值（約為5 MPa）， 將三肇凹陷青一段源巖古超壓值大于倒灌式油氣運(yùn)移所需的最小古超壓值的區(qū)域圈在一起， 可以得到倒灌式油氣運(yùn)移青一段源巖超壓分布區(qū)（圖5）。 從圖5 中可以看出， 三肇凹陷倒灌式油氣運(yùn)移青一段源巖超壓分布區(qū)分布廣泛， 除凹陷東南邊部局部地區(qū)外， 其余廣大地區(qū)皆為倒灌式油氣運(yùn)移青一段源巖超壓分布區(qū)。

利用三維地震資料， 拆分三肇凹陷青一段源巖內(nèi)發(fā)育斷穿層位， 將連接青一段源巖和下伏扶楊油層， 且在油氣成藏期（明水組沉積末期） 活動(dòng)的斷裂， 作為青一段源巖向下伏扶楊油層倒灌式運(yùn)聚的輸導(dǎo)斷裂（圖7）［26］。 圖7 中看出， 三肇凹陷青一段源巖內(nèi)輸導(dǎo)斷裂呈條帶狀大面積分布， 斷裂走向以近南北向?yàn)橹鳎?少量為北西向和北北東向。

將上述已確定出的三肇凹陷青一段源巖排烴分布區(qū)、 倒灌式油氣運(yùn)移青一段源巖超壓分布區(qū)和輸導(dǎo)斷裂分布區(qū)疊合， 便可以得到其青一段源巖向下伏扶楊油層倒灌式油氣運(yùn)聚成藏平面分布區(qū)（圖7）［27-28］。 從圖7 中可以看出， 三肇凹陷青一段源巖向下伏扶楊油層倒灌式油氣運(yùn)聚成藏平面上除了東北邊部和東南邊部局部地區(qū)外， 整個(gè)凹陷大部分地區(qū)皆為青一段源巖向下伏扶楊油層倒灌式油氣運(yùn)聚成藏平面分布區(qū)。

統(tǒng)計(jì)三肇凹陷已知井點(diǎn)青一段源巖在油氣成藏期的古超壓值， 將其與青一段源巖倒灌式油氣運(yùn)移所需的最小古超壓值代入式（4） 中， 計(jì)算得到青一段源巖向下伏扶楊油層倒灌式油氣運(yùn)聚的最大深度（圖8）。 從圖8 中可以看出， 青一段源巖向下伏扶楊油層倒灌式油氣運(yùn)聚的最大深度可達(dá)500 m以上， 主要分布在北部和中部地區(qū)， 由此向其四周青一段源巖向下伏扶楊油層倒灌式油氣運(yùn)聚的最大深度逐漸減小， 在凹陷東南邊部和西南局部地區(qū)減小至100 m 以下。

將三肇凹陷青一段源巖向下伏扶楊油層倒灌式油氣運(yùn)聚的最大深度分布與輸導(dǎo)斷裂延伸長度分布（因其主要為T03—T06、 T4—T06和T5—T06斷裂，整個(gè)扶楊油層均延伸分布） 疊合， 可以得到三肇凹陷青一段源巖向下伏扶楊油層倒灌式油氣運(yùn)聚成藏縱向分布區(qū)（圖8）。 從圖8 中可以看出， 三肇凹陷青一段源巖向下伏扶楊油層倒灌式油氣運(yùn)聚成藏縱向分布區(qū)應(yīng)為其倒灌式油氣運(yùn)聚最大深度分布區(qū)。

將已確定出的三肇凹陷青一段源巖向下伏扶楊油層倒灌式油氣運(yùn)聚成藏平面分布區(qū)和縱向分布區(qū)組合， 構(gòu)成了青一段源巖向下伏扶楊油層倒灌式油氣運(yùn)聚成藏空間（圖7 和圖8）。 從圖7 和圖8 中可以看出， 除了東北邊部和東南邊部局部地區(qū)外，整個(gè)三肇凹陷大部分地區(qū)皆為青一段源巖向下伏扶楊油層倒灌式油氣運(yùn)聚成藏平面分布區(qū)； 青一段源巖向下伏扶楊油層倒灌式油氣運(yùn)聚成藏縱向分布最大深度可達(dá)到500 m 以上。 綜上所述， 三肇凹陷扶楊油層目前已發(fā)現(xiàn)的油氣皆分布在青一段源巖向下伏扶楊油層倒灌式油氣運(yùn)聚成藏空間內(nèi)， 不僅表現(xiàn)在平面上， 而且也表現(xiàn)在縱向上。 這是因?yàn)橹挥形挥谇嘁欢卧磶r向下伏扶楊油層倒灌式油氣運(yùn)聚成藏空間內(nèi)， 才能通過輸導(dǎo)斷裂在源巖超壓作用下從上覆青一段源巖處獲得油氣運(yùn)聚成藏， 油氣鉆探才能發(fā)現(xiàn)油氣， 否則無油氣發(fā)現(xiàn)。

4 結(jié) 論

（1） 上生下儲倒灌式油氣運(yùn)聚成藏空間是由上生下儲倒灌式油氣運(yùn)聚成藏平面分布區(qū)和縱向分布區(qū)構(gòu)成的， 其中平面分布區(qū)是源巖排烴分布區(qū)、倒灌式油氣運(yùn)移源巖超壓分布區(qū)和輸導(dǎo)斷裂分布區(qū)的耦合區(qū)； 縱向分布區(qū)是上生下儲倒灌式油氣運(yùn)聚最大深度分布與輸導(dǎo)斷裂延伸長度分布的疊合區(qū)。

（2） 通過確定源巖排烴分布區(qū)、 倒灌式油氣運(yùn)移源巖超壓分布區(qū)和輸導(dǎo)斷裂分布區(qū)， 確定上生下儲倒灌式油氣運(yùn)聚成藏平面分布區(qū)； 通過確定上生下儲倒灌式油氣運(yùn)聚的最大深度分布和輸導(dǎo)斷裂延伸長度分布， 確定上生下儲倒灌式油氣運(yùn)聚成藏縱向分布區(qū)， 將二者組合， 建立了一套上生下儲倒灌式油氣運(yùn)聚成藏空間的預(yù)測方法， 實(shí)例應(yīng)用結(jié)果表明， 該方法用于預(yù)測上生下儲倒灌式油氣運(yùn)聚成藏空間是可行的。

（3） 松遼盆地三肇凹陷青一段源巖向下伏扶楊油層倒灌式油氣運(yùn)聚成藏空間在整個(gè)凹陷分布廣泛， 平面分布除了東北邊部和東南邊部局部地區(qū)外， 整個(gè)凹陷大部分地區(qū)皆為上生下儲倒灌式油氣運(yùn)聚成藏平面分布區(qū)； 縱向分布最大深度可達(dá)500 m以上， 主要分布在其北部和中部地區(qū)， 由此向其四周縱向分布最大深度逐漸減小， 在凹陷東南邊部和西南局部地區(qū)減小至100 m 以下。

（4） 該方法主要適用于砂泥巖組合油氣盆地上生下儲倒灌式油氣運(yùn)聚成藏空間的預(yù)測。