海拉爾盆地貝西南地區(qū)南屯組斷層-砂體組合類型及油氣差異富集機(jī)理

孫同文 王 芳 王有功 李軍輝 胡 明 歐陽杰婷 李 猛

（1.廣東石油化工學(xué)院石油工程學(xué)院，廣東 茂名 525000；2.東北石油大學(xué)三亞海洋油氣研究院，海南 三亞 572025；3.中國石油大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163712）

0 引 言

貝西南地區(qū)南屯組是海拉爾盆地貝爾凹陷目前重要的增儲(chǔ)上產(chǎn)領(lǐng)域，其中已發(fā)現(xiàn)的呼和諾仁構(gòu)造帶為貝爾凹陷三大工業(yè)油流帶之一，呼和諾仁油田在南屯組已探明石油儲(chǔ)量1 358.5×104t［1?2］，展示出較大的勘探潛力。貝西南地區(qū)整體為斜坡背景，斷層和砂體是油氣運(yùn)聚成藏的關(guān)鍵影響因素，前人曾做過一定的研究和探討，主要集中在3個(gè)方面：一是斷層和砂體分別作為輸導(dǎo)通道控制形成巖性或巖性-構(gòu)造油藏［3?4］；二是斷層與砂體配置形成復(fù)合輸導(dǎo)體系，控制了斜坡區(qū)油氣的富集部位和成藏模式［5?7］；三是斷層、蓋層和砂體三者組合，空間合理匹配關(guān)系控制斜坡區(qū)油氣側(cè)向運(yùn)移和聚集［8］。然而，以上相關(guān)研究缺少綜合考慮地層傾向、斷層走向和砂體走向3種關(guān)鍵要素的斷層-砂體組合類型劃分，對(duì)不同斷層-砂體組合類型的油氣富集程度和富集機(jī)理的差異也沒有明確的認(rèn)識(shí)，制約了研究區(qū)的油氣勘探進(jìn)程。

本文在斷層和砂體平面、剖面組合類型研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了系統(tǒng)的油藏解剖，揭示了貝西南地區(qū)南屯組斷層-砂體組合類型及油氣富集機(jī)理的差異性，以期對(duì)研究區(qū)下一步勘探部署提供指導(dǎo)，并為其他地區(qū)的斷層-砂體組合類型及控藏特征分析提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

貝西南地區(qū)位于海拉爾盆地貝爾凹陷西南部，分為4個(gè)構(gòu)造單元，即貝西南次凹、貝西北次凹、貝西斜坡帶和呼和諾仁構(gòu)造帶（斷鼻構(gòu)造帶，脊部NE向展布，又可分為鄰近貝西南次凹的東南翼和鄰近貝西斜坡帶的西北翼）（圖1），面積約560 km2，是目前貝爾凹陷白堊系含油氣性較好的一個(gè)重點(diǎn)勘探區(qū)塊。沉積地層主要為白堊系，自下而上包括下白堊統(tǒng)塔木蘭溝組（K1tm）、銅缽廟組（K1t）、南屯組（K1n）、大磨拐河組（K1d）、伊敏組（K1y），以及上白堊統(tǒng)青元崗組（K2q）共計(jì)6套地層。下白堊統(tǒng)分為上、中、下3套成藏組合［9］，其中，中部成藏組合是研究區(qū)主要的油氣勘探目的層，南屯組作為生油層和儲(chǔ)集層，大磨拐河組泥巖作為蓋層，形成正常疊置的生儲(chǔ)蓋組合類型。南屯組自下而上分為兩段，簡稱南一段和南二段。進(jìn)入精細(xì)化勘探階段后進(jìn)一步劃分小層，南一段分為7個(gè)小層，自下而上為N17—N11；南二段分為2個(gè)小層，N22和N21。

構(gòu)造形態(tài)上，貝西南地區(qū)為“東斷西超”的箕狀斷陷（圖2），研究區(qū)整體為斜坡背景，貝西南次凹和貝西北次凹鄰近控陷斷層，貝西斜坡帶位于緩坡帶一側(cè)。盆地基底之上地層呈楔形沉積，目的層南屯組地層厚400~800 m，自貝西北次凹向西部嵯崗隆起逐漸上超至尖滅。

南屯組斷層主要為NE走向，在斜坡區(qū)，斷層走向與地層傾向近于垂直。不同構(gòu)造單元中斷層傾向與地層傾向的組合有明顯差異。在貝西北次凹和貝西斜坡帶主要發(fā)育同向斷層，即大部分?jǐn)鄬觾A向與斜坡傾向相同；而貝西南次凹和呼和諾仁構(gòu)造東南翼主要發(fā)育反向斷層，大部分?jǐn)鄬觾A向與斜坡傾向相反（圖1、圖2）。

圖2 海拉爾盆地貝西南地區(qū)下白堊統(tǒng)地震剖面（剖面位置見圖1）Fig. 2 Seismic section of Lower Cretaceous in Beixinan area of Hailar Basin (see Fig. 1 for section location)

貝西南地區(qū)主要有3個(gè)物源體系［10］（圖1）：一是貝西斜坡帶西北側(cè)物源體系，物源方向?yàn)?°~10°；二是呼和諾仁構(gòu)造帶西南側(cè)物源體系，物源方向?yàn)?0°~45°；三是貝西南次凹東南側(cè)物源體系，物源方向?yàn)?40°~350°。

總體來看，在貝西南地區(qū)南屯組，呼和諾仁構(gòu)造帶物源的方向與斷層的走向近平行，而貝西斜坡帶和貝西南次凹陷的物源方向與斷層的走向大角度相交（圖1）。

圖1 海拉爾盆地貝西南地區(qū)構(gòu)造單元及地層系統(tǒng)Fig. 1 Structural units and stratigraphic system in Beixinan area of Hailar Basin

2 盆地斜坡區(qū)斷層-砂體的一般組合類型

在張性盆地斜坡區(qū)，平面上，當(dāng)僅考慮斷層走向與砂體走向兩者之間的匹配關(guān)系時(shí)，斷層與河道砂體形成垂直接觸、斜交接觸及無接觸共3種接觸關(guān)系；斷層與邊灘砂體形成雙向面接觸、雙向點(diǎn)接觸、單向面接觸、單向點(diǎn)接觸以及無接觸共5種接觸關(guān)系［11?12］。當(dāng)同時(shí)考慮地層傾向、斷層走向和砂體走向三者之間的匹配關(guān)系時(shí)，在平面上可以組合出6種類型［13?14］（圖3），具體如下（注：∥表示平行，⊥表示垂直）：

圖3 斜坡區(qū)斷層-砂體組合類型[13]Fig. 3 Fault-sandbody assemblage types in slope area[13]

（a）地層傾向∥砂體走向∥斷層走向；

（b）地層傾向⊥砂體走向⊥斷層走向；

（c）地層傾向⊥砂體走向∥（同向）斷層走向；

（d）地層傾向∥砂體走向⊥（同向）斷層走向；

（e）地層傾向⊥砂體走向∥（反向）斷層走向；

（f）地層傾向∥砂體走向⊥（反向）斷層走向。

上面的6種接觸關(guān)系為理想情況下的分類，一般情況下實(shí)際地區(qū)大多數(shù)砂體與斷層的組合介于垂直和平行之間。按二者夾角的大小，0°~45°可以近似按砂體走向平行斷層走向模式進(jìn)行分析，45°~90°可以近似按砂體走向垂直斷層走向模式分析［14?15］。

3 貝西南地區(qū)南屯組斷層-砂體組合類型

沉積相對(duì)油氣藏分布起重要的控制作用，試油產(chǎn)量較高的井多分布于物性較好的河道砂體內(nèi)［16?17］。貝西南地區(qū)扇三角洲前緣水下分流河道是最重要的儲(chǔ)油砂體，本次斷層-砂體組合類型研究中主要考慮水下分流河道砂體與斷層的配置關(guān)系。

3.1 貝西北次凹—貝西斜坡帶

貝西北次凹—貝西斜坡帶砂體來源于西北側(cè)物源，水下分流河道砂體走向方位角7°~24°，平均為11°，斷層走向方位角12°~110°，平均為68°（圖4（a）），以同向斷層為主。水下分流河道砂體與斷層平均夾角約57°，可近似按斷砂垂直模式進(jìn)行分析，因此，此區(qū)域砂體與斷層組合關(guān)系為d型組合類型（地層傾向∥砂體走向⊥同向斷層走向）（圖4（b））。

在此近物源斜坡區(qū)，水下分流河道較為發(fā)育，砂地比50%~80%，砂體側(cè)向連通性非常好，而與砂體走向大角度相交的同向斷層規(guī)模較?。▓D4（b）），形成同層砂巖和砂巖對(duì)接，一般不能形成有效的側(cè)向封閉。

圖4 貝西南地區(qū)N16小層斷層-砂體平面組合類型Fig. 4 Plane fault-sandbody assemblage types of N16 sublayer in Beixinan area

油氣自貝西北次凹沿砂體和斷層組合的通道呈“階梯狀”向斜坡高部位運(yùn)移調(diào)整（圖5B—B'剖面），在同向斷層處很難形成油氣聚集，鉆井失利比率較高，如目的層為N13小層的貝31井、貝29井和貝37井均因此種原因而失利。

當(dāng)油氣運(yùn)移受到大型同向斷層或反向斷層遮擋時(shí)才形成油藏，如目的層為N16小層的貝X69井（圖4（b））。

3.2 貝西南次凹—呼和諾仁構(gòu)造帶東南翼

貝西南次凹—呼和諾仁構(gòu)造帶東南翼砂體來源于東南側(cè)的物源，水下分流河道砂體走向的方位角分2個(gè)方向，分別為5°~21°和145°~174°，平均為9°和160°；斷層走向方位角4°~95°，平均為59°（圖4（c）），斷層主要為近NW傾向的反向斷層（圖4（b））。水下分流河道砂體與斷層平均夾角約50°和101°，可近似按斷砂垂直模式進(jìn)行分析，因此，此區(qū)域的砂體與斷層的組合關(guān)系為f型組合類型（地層傾向∥砂體走向⊥反向斷層走向）（圖4（b））。

此區(qū)域砂地比40%~70%，砂體側(cè)向連通性較好。但與貝西斜坡帶不同的是，此處斷層主要為反向斷層，側(cè)向封閉能力一般較強(qiáng)［18］，在反向斷層下盤一側(cè)容易形成油氣聚集，如N16小層貝83、貝301井等（圖5C—C'剖面）。隨著運(yùn)移距離的增大和反向斷層的逐級(jí)遮擋，油氣富集程度逐漸變差。

圖5 貝西南地區(qū)南屯組斷層-砂體剖面組合類型及油氣富集特征（剖面位置見圖4（b）、圖6（b））Fig. 5 Section fault-sandbody assemblage types and hydrocarbon enrichment characteristics of Nantun Formation in slope area of Beixinan area (see Fig. 4b and Fig. 6b for section location)

3.3 呼和諾仁構(gòu)造帶脊部

呼和諾仁構(gòu)造帶砂體來源于西南側(cè)物源體系，物性較好的水下分流河道砂體多局限于呼和諾仁構(gòu)造帶脊部，砂體走向方位角為43°~77°，平均為63°；斷層走向方位角為13°~168°，平均為60°（圖6（a）），斷層主要為近NW傾向的反向斷層（圖6（b））。水下分流河道砂體與斷層平均夾角約為3°，近于平行。

因此，此區(qū)域砂體與斷層的組合關(guān)系為e型組合類型（地層傾向⊥砂體走向∥反向斷層走向）（圖6（b））。

圖6 貝西南地區(qū)N14小層斷層-砂體平面組合類型Fig. 6 Plane fault-sandbody assemblage types of N14 sublayer in Beixinan area

呼和諾仁構(gòu)造帶脊部具有兩方面油氣運(yùn)聚成藏的優(yōu)勢條件：（1）位于構(gòu)造脊上，屬于低勢區(qū)，是貝西北次凹、貝西南次凹的油氣側(cè)向運(yùn)移的有利指向；（2）斷層、砂體和構(gòu)造脊三者近平行，砂體和構(gòu)造脊組成高效“輸導(dǎo)脊”，而斷層在側(cè)向上起到遮擋約束，使油氣運(yùn)移路線更為集中，共同組成一條優(yōu)勢運(yùn)移通道。

在反向斷層下盤“斷棱”處，在錯(cuò)動(dòng)過程中往往形成“牽引褶皺”而形成斷鼻圈閉（圖5D—D'剖面），形成工業(yè)油藏，如貝301、貝302等?；谝陨系锰飒?dú)厚的條件，形成了目前的呼和諾仁油田。

4 貝西南地區(qū)斷層-砂體組合類型的油氣富集差異機(jī)理

4.1 不同斷層-砂體組合類型的油氣富集差異性

選取貝西南地區(qū)南屯組N16、N14、N13和N21共4個(gè)小層受斷層-砂體組合控制的45口井（32口成功井和13口失利井）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（表1），結(jié)果表明，研究區(qū)普遍發(fā)育d型、e型和f型，零星發(fā)育a型和c型，不發(fā)育b型，因此，貝西南地區(qū)南屯組主要的斷層-砂體組合類型主要有d型、e型和f型3種。由成功井和失利井的個(gè)數(shù)可進(jìn)一步揭示3種斷層-砂體組合類型油氣富集程度的差異性，由表1可以看出，f型4個(gè)小層全為成功井，共計(jì)16口，占成功井總數(shù)（32口）的50%，油氣最富集；其次是e型，共計(jì)13口成功井和1口失利井，成功井占總數(shù)（32口）的41%，油氣較為富集；d型多為失利井，共計(jì)11口失利井和2口成功井，失利井占總數(shù)（13口）的85%。

表1 貝西南地區(qū)南屯組斷層-砂體組合類型與油藏的關(guān)系Table 1 Relationship between fault-sandbody assemblage types and reservoirs of Nantun Formation in Beixinan area

4.2 不同斷層-砂體組合類型的油氣富集機(jī)理

由以上分析可知，e型和f型反向斷層與砂體的組合富油程度明顯好于d型同向斷層與砂體的組合，究其機(jī)理，是由斷裂帶內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱性造成的（圖7）。斷裂帶具有二分結(jié)構(gòu)，由斷層核和兩側(cè)的上、下盤的破裂帶組成，對(duì)正斷層而言，上盤為主動(dòng)盤，破裂帶裂縫較為發(fā)育，明顯優(yōu)于下盤，相比之下可認(rèn)為下盤幾乎不發(fā)育破裂帶裂縫［18］?；跀嗔褞?nèi)部結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱性闡述同向斷層和反向斷層與砂體組合在油氣側(cè)向運(yùn)移和聚集中差異較大的機(jī)理。

4.2.1 同向斷層-砂體組合類型

當(dāng)油氣沿砂體側(cè)向運(yùn)移至上傾遮擋的同向斷層時(shí)，首先遇到斷層上盤破裂帶，油氣可沿其裂縫網(wǎng)絡(luò)垂向向上輸導(dǎo)，由于斷層核物質(zhì)非均質(zhì)性較強(qiáng)，在斷層角礫之間通常存在“薄弱點(diǎn)”［19］，油氣容易發(fā)生滲漏，穿越斷層核進(jìn)入下盤砂巖輸導(dǎo)層，并繼續(xù)向構(gòu)造高部位運(yùn)移（圖7（a））。當(dāng)盆地斜坡區(qū)由多條小型同向斷層遮擋時(shí)，可形成“階梯狀”斷層-砂體輸導(dǎo)模式，更有利于垂向調(diào)整油氣。只有當(dāng)砂泥對(duì)接或大型同向斷層非同層砂巖對(duì)接時(shí)才能側(cè)向封閉而在上盤一側(cè)富集成藏。

4.2.2 反向斷層-砂體組合類型

當(dāng)油氣沿砂體側(cè)向運(yùn)移至上傾遮擋的反向斷層時(shí)，首先遇到斷層核致密物質(zhì)，極容易形成側(cè)向遮擋而使部分甚至全部油氣在下盤一側(cè)發(fā)生聚集，油氣穿越并進(jìn)入上盤破裂帶內(nèi)的概率較小。因此，反向斷層遮擋情況下一般不利于油氣向斜坡高部位繼續(xù)運(yùn)移，以短距離側(cè)向運(yùn)移為主，油氣在下盤一側(cè)聚集成藏（圖7（b））。

圖7 斷層帶內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱性及斷砂組合控藏機(jī)理（據(jù)參考文獻(xiàn)[18]修改）Fig. 7 Asymmetry of internal structure of fault zone and reservoir control mechanism of fault-sandbody assemblage(modified from reference[18])

4.3 斷層-砂體組合類型控制油氣運(yùn)聚的規(guī)律

通過貝西南地區(qū)斜坡區(qū)南屯組斷層-砂體組合類型確定、油氣富集差異性分析和不同斷層-砂體組合類型的油氣富集機(jī)理探討，可初步總結(jié)出以貝西南地區(qū)南屯組d型、e型和f型3種斷層-砂體組合類型控制油氣運(yùn)聚的規(guī)律。

d型組合類型（地層傾向∥砂體走向⊥同向斷層走向）：最有利于油氣沿斜坡呈“階梯狀”向高部位調(diào)整，斷層附近失利井比例較高。當(dāng)砂泥對(duì)接或大型同向斷層非同層砂巖對(duì)接時(shí)才能側(cè)向封閉而在上盤一側(cè)富集成藏。

e型組合類型（地層傾向⊥砂體走向∥反向斷層走向）：一般為近源側(cè)向遮擋，油氣運(yùn)移距離較短。當(dāng)進(jìn)一步考慮沿?cái)鄬幼呦虻奈灰铺荻茸兓瘯r(shí)，一般在下盤位移高值區(qū)形成背斜，成為有利的油氣富集部位。在個(gè)別情況下，如果此種斷砂組合發(fā)育于背斜構(gòu)造脊部，則會(huì)形成既有利于油氣運(yùn)移又有利于聚集，成藏條件得天獨(dú)厚的區(qū)帶。

f型組合類型（地層傾向∥砂體走向⊥反向斷層走向）：最有利于側(cè)向遮擋油氣而不利于油氣向斜坡高部位調(diào)整，容易在下盤一側(cè)聚集成藏，形成斷背斜、斷塊和斷層-巖性油氣藏。此種類型是目前盆地斜坡區(qū)油氣最富集的類型，油氣富集程度與斷層側(cè)向封閉能力有關(guān)。

值得注意的是，盆地斜坡區(qū)斷層-砂體組合類型一般有6種，而貝西南地區(qū)南屯組主要發(fā)育d型、e型和f型3種，因此，本次研究僅是對(duì)此3種斷層-砂體組合類型的油氣富集差異性進(jìn)行了探討。

5 結(jié) 論

（1）同時(shí)考慮地層傾向、斷層走向和砂體走向三者之間的匹配關(guān)系時(shí)，貝西南地區(qū)南屯組斷層-砂體組合類型主要有3種，分別是貝西北次凹—貝西斜坡帶的d型（地層傾向∥砂體走向⊥同向斷層走向）、貝西南次凹—呼和諾仁構(gòu)造帶東南翼的f型（地層傾向∥砂體走向⊥反向斷層走向）和呼和諾仁構(gòu)造帶脊部的e型（地層傾向⊥砂體走向∥反向斷層走向）。

（2）不同斷層-砂體組合類型的油氣富集程度和機(jī)理有所差異，其中，f型和e型是富油類型，f型優(yōu)于e型，d型多出現(xiàn)失利井。其油氣富集機(jī)理的差異是由斷裂帶內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱性造成的，正斷層上盤破裂帶裂縫明顯優(yōu)于下盤，側(cè)向運(yùn)移的油氣在同向斷層-砂體組合類型處先遇到斷層上盤裂縫帶，可沿其向斜坡高部位調(diào)整；在反向斷層-砂體組合類型處油氣受斷層核致密物質(zhì)遮擋，視斷層側(cè)向封閉能力強(qiáng)弱在下盤一側(cè)部分聚集后短距離調(diào)整或直接終止運(yùn)移。

（3）貝西南地區(qū)南屯組d型、e型和f型共3種斷層-砂體組合類型控制油氣富集的規(guī)律：d型最有利于油氣沿斜坡呈“階梯狀”向高部位調(diào)整，斷層附近失利井比例較高；e型一般為近源側(cè)向遮擋，油氣運(yùn)移距離較短，在下盤一側(cè)遮擋成藏，沿?cái)鄬幼呦蛐纬筛患瘲l帶；f型最有利于側(cè)向遮擋而不利于油氣向斜坡高部位調(diào)整，容易在下盤一側(cè)聚集成藏，形成斷背斜、斷塊和斷層-巖性油氣藏。