海拉爾盆地蘇德爾特地區(qū)油氣“中轉”運聚成藏：研究方法與有利部位預測

付廣，沙子萱，趙凱

東北石油大學，黑龍江大慶，163318

內容提要: 為了研究海拉爾盆地蘇德爾特地區(qū)下白堊統(tǒng)大磨拐河組油氣分布規(guī)律，在深層油氣“中轉站”(所謂油氣中轉站是源巖內和外已聚集的油氣分布區(qū)，可為淺層油氣成藏提供油氣來源)中轉油氣機理及有利部位研究預測方法的基礎上，通過確定下白堊統(tǒng)南屯組油氣中轉站分布區(qū)和南屯組頂部泥巖蓋層不封閉區(qū)，確定南屯組油氣中轉站向大磨拐河組中轉油氣分布區(qū)，結合輸導斷裂輸導油氣有利部位，利用本文所建立的深層油氣中轉站向淺層中轉油氣有利部位預測方法，對蘇德爾特地區(qū)南屯組油氣中轉站向大磨拐河組中轉油氣有利部位進行了預測，結果表明：蘇德爾特地區(qū)南屯組油氣中轉站向大磨拐河組中轉油氣有利部位主要分布在其中部地區(qū)，少量分布在其西北和東北部地區(qū)，控制著蘇德爾特地區(qū)大磨拐河組油氣成藏與分布，南屯組油氣中轉站向大磨拐河組中轉油氣有利部位處或附近尚未鉆探部位應是該區(qū)大磨拐河組下一步油氣勘探的有利部位。

蘇德爾特地區(qū)位于海拉爾盆地貝爾凹陷中部，構造上包括蘇德爾特潛山構造帶中部、貝西洼槽南部和霍多莫爾斷鼻構造帶南部和敖瑙海洼槽北部的局部地區(qū)(圖1)。油氣鉆探揭示該區(qū)發(fā)育的地層有下白堊統(tǒng)(銅缽廟組、南屯組、大磨拐河組、伊敏組)、上白堊統(tǒng)(青元崗組)和新生界。該區(qū)目前已發(fā)現(xiàn)油氣主要分布在南屯組，少量分布在大磨拐河組(圖1)。油氣源對比結果可知，蘇德爾特地區(qū)南屯組和大磨拐河組油氣皆來自下伏南一段下部源巖，但南屯組油氣成藏時期(伊敏組沉積末期)略早于大磨拐河組油氣成藏時期(伊敏組沉積末期—青元崗組沉積時期；白雪峰，2014)，南屯組油氣聚集應是大磨拐河組油氣成藏的深層油氣“中轉站”(所謂油氣中轉站是源巖內和外已聚集的油氣分布區(qū)，可為淺層油氣成藏提供油氣來源)，南屯組油氣中轉站向大磨拐河組中轉油氣有利部位分布控制著大磨拐河組油氣藏的形成與分布，因此，能否準確地預測出蘇德爾特地區(qū)南屯組油氣中轉站向大磨拐河組中轉油氣有利部位，應是其大磨拐河組油氣勘探的關鍵。

圖1 海拉爾盆地蘇德爾特地區(qū)構造及地層特征Fig. 1 Tectonic and stratigraphic characteristics of Suderte area, Hailar Basin

關于含油氣盆地內深層油氣中轉站前人曾做過一定研究和探討，首先是根據斷裂活動時間相對長短和源巖生成油氣量相對大小之間的關系，對含油氣盆地內深層油氣中轉站是否存在進行的研究，認為源巖在斷裂活動時期生成的油氣量有限，難以滿足淺層油氣藏形成的需要。只有存在深層油氣中轉站，才能為淺層油氣藏形成提供充足的油氣來源(鄧運華，2005，2012；鄧運華等，2012)。其次是利用各種地化指標，研究淺層油氣藏與深層油氣中轉站之間的油氣成因關系，認為淺層油氣藏與深層油氣中轉站中的油氣應來自同一源巖，只是淺層油氣藏形成時期略晚于深層油氣中轉站的形成時期(張枝煥等，2006；Kang Dejiang et al., 2010；劉可禹等，2016；李振明等，2019)。再者是根據淺層油氣藏和深層油氣中轉站之間油氣分布關系，研究淺層油氣藏與深層油氣中轉站之間的油氣分布互補關系。認為深層油氣中轉站油氣聚集規(guī)模越大，淺層油氣藏規(guī)模越?。环粗畡t越大(魏剛等，2005；Zhao Wenzhi et al., 2006；薛永安等，2008；姚城等，2017；Xue Yong’an., 2020)。最后是根據斷裂和被其錯斷蓋層封閉特征，研究深層油氣中轉站向淺層中轉油氣的條件，認為只有蓋層不封閉的深層油氣中轉站，才能通過輸導斷裂向淺層中轉油氣；否則深層油氣中轉站不能向淺層中轉油氣(鄧運華，2004；Jiang Suhua et al., 2016；王海學等，2014；彭靖淞等，2016；鄧運華等，2017；胡春明等，2018；Xu Changgui et al., 2019；劉峻橋等，2019；李曉敏，2020；付廣等，2021a，b)。上述這些研究成果對正確認識含油氣盆地淺層油氣分布和指導油氣勘探起到了非常重要的作用。

然而，上述研究對深層油氣中轉站向淺層中轉油氣有利部位研究開展的相對較少，有也僅僅是將整條輸導斷裂作為向淺層中轉油氣有利部位(鄧運華，2004；Jiang Suhua et al., 2016；付廣等，2010；于丹等，2010；孫永河等，2011；鄧運華等，2017；Xu Changgui et al., 2019；劉峻橋等，2019)，而沒有考慮輸導斷裂本身輸導油氣特征的影響，更沒有將深層油氣中轉站分布區(qū)、蓋層不封閉區(qū)和輸導斷裂輸導油氣有利部位綜合起來研究深層油氣中轉站向淺層中轉油氣有利部位，造成研究結果難以準確地反映地下的實際情況，給淺層油氣勘探帶來一定風險。因此，本文通過開展海拉爾盆地蘇德爾特地區(qū)南屯組油氣中轉站向大磨拐河組中轉油氣有利部位預測研究，解釋目前大磨拐河組已發(fā)現(xiàn)油氣分布規(guī)律，并為該區(qū)大磨拐河組下一步油氣勘探提供有利依據。

1 深層油氣中轉站向淺層中轉油氣有利部位預測方法

1.1 深層油氣中轉站向淺層中轉油氣機制及其有利部位

深層源巖生成油氣在剩余地層孔隙流體壓力差和浮力作用下向其內或其外砂體中運移和聚集，形成了深層油氣中轉站(圖1)。深層油氣中轉站中的油氣之所以能向淺層中轉是因為其蓋層不封閉，油氣在剩余地層壓力差和浮力作用下沿輸導斷裂(連接深層油氣中轉站和淺層，且在淺層油氣成藏期活動的斷裂)穿過蓋層向淺層運移，并在輸導斷裂附近的淺層圈閉中聚集成藏(圖1)。然而，由于受到輸導斷裂本身輸導油氣特征的影響，輸導斷裂并非大面積向淺層中轉油氣，而是通過其輸導油氣有利部位向淺層中轉油氣。由此看出，深層油氣中轉站向淺層中轉油氣有利部位應是深層油氣中轉站向淺層中轉油氣分布區(qū)內的輸導斷裂輸導油氣有利部位。

1.2 深層油氣中轉站向淺層中轉油氣有利部位的預測方法

由上可知，要預測深層油氣中轉站向淺層中轉油氣有利部位，就必須確定深層油氣中轉站向淺層中轉油氣分布區(qū)和輸導斷裂輸導油氣有利部位。

要確定深層油氣中轉站向淺層中轉油氣分布區(qū)，就必須確定深層油氣中轉站分布區(qū)和蓋層不封閉區(qū)，二者重合區(qū)域即為深層油氣中轉站向淺層中轉油氣分布區(qū)。

圖2 深層油氣中轉站向淺層中轉油氣成藏模式圖Fig. 2 “Transfer station” upward shallow layer transfer oil and gas accumulation pattern diagram

圖3 深層油氣中轉站分布區(qū)示意圖Fig. 3 Schematic diagram of deep oil and gas “transfer station” distribution area

由上可知，深層油氣中轉站分布區(qū)應包括深層源內油氣中轉站分布區(qū)和深層源外油氣中轉站分布區(qū)，深層源內油氣中轉站分布區(qū)應為源巖排烴分布區(qū)和砂體連通分布區(qū)的重合區(qū)，因為只有二者的重合區(qū)，源巖生成的油氣才能進入到砂體中，沿輸導斷裂向淺層運移提供大量油氣來源，反之則不能為淺層提供大量來源。源巖排烴分布區(qū)可以利用源巖成熟度地化指標隨埋深變化關系，由文獻(龐雄奇等，2004)中源巖排烴門限確定方法，確定源巖排烴門限，據此圈定出的源巖分布范圍即為源巖排烴分布區(qū)(圖3a)。利用鉆井資料統(tǒng)計源巖內地層砂地比值，由文獻(付廣等，2014)中的方法確定其砂體連通所需的最小砂地比值，二者結合便可以得到源巖內砂體連通分布區(qū)(圖3a)。將上述所確定出的源巖排烴分布區(qū)和砂體連通分布區(qū)疊合，取二者的重合區(qū)便可以得到深層源內油氣中轉站分布區(qū)。深層源外油氣中轉站分布可以由鉆井資料統(tǒng)計目前深層源巖外所有見油氣顯示井，將其圈在一起，即為深層源外油氣中轉站分布區(qū)(圖3b)。將上述深層源內和源外油氣中轉站分布區(qū)疊合，二者的最大覆蓋區(qū)即為深層油氣中轉站分布區(qū)。

利用鉆井及地震資料統(tǒng)計深層油氣中轉站蓋層厚度，作蓋層厚度分布圖，利用三維地震資料追索蓋層內發(fā)育輸導斷裂，由三維地震資料統(tǒng)計輸導斷裂在蓋層內的斷距，由最大斷距相減法(Roman et al., 1998)恢復其在中轉油氣期的古斷距。由蓋層厚度分布圖讀取被輸導斷裂斷穿蓋層厚度，由地層古厚度恢復方法(龐雄奇等，1991)恢復其中轉油氣期的古厚度。據二者計算深層油氣中轉站蓋層古斷接厚度，將其標在平面圖上。統(tǒng)計研究區(qū)已知井點處蓋層古斷接厚度與其上下油氣分布特征，取油氣僅分布在蓋層之下的最小古斷接厚度，作為蓋層封油氣所需的最小斷接厚度(付廣等，2017；袁紅旗等，2021)，這是因為蓋層古斷接厚度大于或等于其封油氣所需的最小斷接厚度，蓋層封閉，油氣只能在其下聚集分布；反之油氣在蓋層上下分布。據此便可以得到深層油氣中轉站蓋層不封閉區(qū)，即蓋層古斷接厚度小于其封油氣所需的最小斷接厚度的區(qū)域。

將上述已確定出的深層油氣中轉站分布區(qū)與蓋層不封閉區(qū)疊合，取二者的重合區(qū)便可以得到深層油氣中轉站向淺層中轉油氣分布區(qū)。

利用三維地震資料追索不同層位輸導斷裂斷層面空間分布，由地層古埋深恢復方法(宋明水等，2016)恢復在中轉油氣期不同層位輸導斷裂斷層面的古埋深，由式1計算不同層位輸導斷裂斷層面古油氣勢能值，由不同層位輸導斷裂斷層面古油氣勢能等值線法線匯聚線，便可以得到輸導斷裂輸導油氣有利部位(孫同文等，2012；付廣等，2021a)。

圖4 海拉爾盆地蘇德爾特地區(qū)下白堊統(tǒng)南屯組油氣中轉站分布區(qū)示意圖Fig. 4 Distribution sketch of oil and gas “transfer station” of the Lower Cretaceous Nantun Formation in Suderte area, Hailar Basin

(1)

式中：Φ—斷層面油氣勢能值，kJ；Z—斷層面埋深，m；P—斷層面流體壓力，mPa(其大小等于ρwZ，ρw為地層水密度，g/cm3)；g—重力加速度，m/s2；ρ—油氣密度，g/cm3。

將上述已確定出來的深層油氣中轉站向淺層中轉油氣分布區(qū)與輸導斷裂輸導油氣有利部位疊合，便可以得到深層油氣中轉站向淺層中轉油氣有利部位，即深層油氣中轉站向淺層中轉油氣分布區(qū)內的輸導斷裂輸導油氣有利部位。

2 南屯組油氣中轉站向大磨拐河組中轉油氣有利部位預測

利用源巖成熟度地化參數隨埋深的變化關系，由文獻(龐雄奇等，2004)中源巖排烴門限確定方法，可以得到貝爾凹陷南一段下部源巖排烴門限約為2200 m，據此可以得到其源巖排烴分布區(qū)如圖4所示，蘇德爾特地區(qū)南一段下部源巖排烴分布區(qū)主要分布在其北部。由鉆井資料統(tǒng)計南一段源巖內地層砂地比值(圖5)，由圖5中可以看出，蘇德爾特地區(qū)南一段下部源巖地層砂地比值高值區(qū)主要分布在其東部和西部邊部，中部地區(qū)地層砂地比值相對較低。由研究區(qū)砂體連通所需的最小地層砂地比值約為20%(付廣等，2014)，可以得到蘇德爾特地區(qū)南一段下部源巖內連通砂體分布區(qū)，主要分布在西北和東部局部地區(qū)。將上述已確定出的南一段下部源巖排烴分布區(qū)和內中砂體連通分布區(qū)疊合，便可以得到南一段下部源內油氣中轉站分布區(qū)(圖4)，由圖4中可以看出，蘇德爾特地區(qū)南一段下部源內油氣中轉站分布區(qū)主要分布在西北和東部局部地區(qū)。

圖5 海拉爾盆地蘇德爾特地區(qū)下白堊統(tǒng)南屯組一段下部烴源巖內地層砂地比值分布圖Fig. 5 Distribution map of sand—land ratio of inner layer of source rock in the 1st Member, Nantun Formation, Lower Cretaceous(N1) in Suderte area, Hailar Basin

油氣鉆探發(fā)現(xiàn)，目前已在蘇德爾特潛山構造帶中部和貝西洼槽南部及西部發(fā)現(xiàn)了南屯組大量油氣聚集，將這些油氣聚集圈起來可作為南一段下部源外油氣中轉站分布區(qū)(圖4)。由圖4中可以看出，蘇德爾特地區(qū)南一段下部源外油氣中轉站分布區(qū)主要分布在中部地區(qū)，少量分布在其西北和東北局部地區(qū)。

將上述已確定出的蘇德爾特地區(qū)南一段下部源內油氣中轉站分布區(qū)和源外油氣中轉站分布區(qū)疊合，便可以得到其南屯組油氣中轉站分布區(qū)(圖4)。由圖4中可以看出，蘇德爾特地區(qū)南屯組油氣中轉站分布區(qū)主要分布在其北部和中部地區(qū)。

由鉆井揭示，蘇德爾特地區(qū)南屯組油氣中轉站蓋層為南屯組上部發(fā)育的泥巖，由鉆井資料統(tǒng)計可以得到，蘇德爾特地區(qū)南屯組上部泥巖蓋層相對發(fā)育，最大厚度可達到300 m，主要分布在西部和北部局部地區(qū)，次極值區(qū)位于東部局部地區(qū)，南屯組上部泥巖蓋層厚度大于250 m，由3個高值區(qū)向其四周南屯組上部泥巖蓋層厚度逐漸減小，在南部地區(qū)南屯組上部泥巖蓋層厚度變?yōu)樽钚?，小?0 m(圖6)。

圖6 海拉爾盆地蘇德爾特地區(qū)南屯組上部泥巖蓋層厚度分布圖Fig. 6 Thickness distribution map of upper mudstone cap of the Lower Cretaceous Nantun Formation in Suderte area, Hailar Basin

由圖7中可以看出，蘇德爾特地區(qū)南屯組上部泥巖蓋層內斷裂發(fā)育，但能成為南屯組油氣中轉站向大磨拐河組中轉油氣的輸導斷裂只有Ⅳ型和Ⅴ型斷裂(孫永河等，2008)，因為它們連接了南屯組油氣中轉站和大磨拐河組，且在油氣中轉時期—伊敏組沉積末期—青元崗組沉積時期活動。由圖7中可以看出，蘇德爾特地區(qū)南屯組內輸導斷裂主要分布在中部，少量分布西部和東部地區(qū)。

圖7 海拉爾盆地蘇德爾特地區(qū)南屯組斷裂及輸導斷裂分布圖Fig. 7 Distribution map of fault and transit fault in the Lower Cretaceous Nantun Formation in Suderte area, Hailar Basin

利用鉆井和地震資料統(tǒng)計蘇德爾特地區(qū)南屯組上部泥巖蓋層內輸導斷裂斷距和被其錯斷南屯組上部泥巖蓋層厚度，由最大斷距相減法(Roman et al., 1998)和地層古厚度恢復方法(龐雄奇等，1991)恢復中轉油氣期輸導斷裂古斷距和南屯組上部泥巖蓋層古厚度，由二者計算南屯組油氣中轉站蓋層古斷接厚度。由蘇德爾特地區(qū)38口探井南屯組油氣中轉站蓋層古斷接厚度與其上下油氣分布特征(圖8)，可以得到其封油氣所需的最小斷接厚度約為89～95 m。據此可以得到蘇德爾特地區(qū)南屯組油氣中轉站蓋層不封閉區(qū)，如圖6所示，由圖6中可以看出，蘇德爾特地區(qū)南屯組油氣中轉站蓋層不封閉區(qū)主要分布在其中部和西北地區(qū)，少量分布在其東北地區(qū)。

圖 8 海拉爾盆地蘇德爾特地區(qū)南屯組上部泥巖蓋層封油氣所需的最小斷接厚度厘定圖Fig. 8 Determination of minimum fracture thickness required to seal oil and gas in upper mudstone cap beds of the Lower Cretaceous Nantun Formation in Suderte area， Hailar Basin

將上述已確定出的蘇德爾特地區(qū)南屯組油氣中轉站分布區(qū)和其蓋層不封閉區(qū)疊合，便可以得到其南屯組油氣中轉站向大磨拐河組中轉油氣分布區(qū)(圖9)，由圖9中可以看出，蘇德爾特地區(qū)南屯組油氣中轉站向大磨拐河組中轉油氣分布區(qū)主要分布在其中部地區(qū)，少量分布在其東北地區(qū)。

圖9 海拉爾盆地蘇德爾特地區(qū)南屯組油氣中轉站向大磨拐河組中轉油氣有利部位與油氣分布關系圖Fig. 9 Relation between favorable position of the “transfer station” from the Lower Cretaceous Nantun Formation to overlying Damoguaihe Formation and oil—gas distribution in Suderte area, Hailar Basin

利用三維地震資料追索蘇德爾特地區(qū)南屯組油氣中轉站分布區(qū)內不同層位輸導斷裂斷層面空間分布，由地層古埋深恢復方法(龐雄奇等，1991)恢復其斷層面在油氣中轉時期—伊敏組沉積末期—青元崗組沉積時期不同層位的古斷層面埋深，由式1計算其古油氣勢能值，由其古油氣勢能等值線法線匯聚線，可以得到輸導斷裂輸導油氣有利部位(圖9)，由圖9中可以看出，蘇德爾特地區(qū)南屯組油氣中轉站分布區(qū)共發(fā)育6處輸導斷裂輸導油氣有利部位，其中中部地區(qū)發(fā)育4處輸導斷裂輸導油氣有利部位，西北和東北地區(qū)各發(fā)育1處輸導斷裂輸導油氣有利部位。

將上述已確定出來的蘇德爾特地區(qū)南屯組油氣中轉站向大磨拐河組中轉油氣分布區(qū)與輸導斷裂輸導油氣有利部位疊合，便可以得到其南屯組油氣中轉站向大磨拐河組中轉油氣有利部位(圖9)，由圖9中可以看出，蘇德爾特地區(qū)南屯組油氣中轉站向大磨拐河組中轉油氣有利部位主要分布在其中部地區(qū)，少量分布在西北和東北地區(qū)。

3 與大磨拐河組油氣運聚成藏關系

由圖9中可以看出，蘇德爾特地區(qū)大磨拐河組目前已發(fā)現(xiàn)油氣主要分布在其中部和西北地區(qū)，少量分布在其東北地區(qū)，正好位于其南屯組油氣中轉站向大磨拐河組中轉油氣有利部位處或附近，這是因為只有位于南屯組油氣中轉站向大磨拐河組中轉油氣有利部位處或附近，下伏南屯組油氣中轉站中的油氣才能通過輸導斷裂輸導油氣有利部位穿過南屯組上部泥巖蓋層向大磨拐河組輸導油氣，進行聚集成藏，油氣鉆探才能發(fā)現(xiàn)油氣；否則無油氣發(fā)現(xiàn)。

由此可以看出，南屯組油氣中轉站向大磨拐河組中轉油氣有利部位分布控制著大磨拐河組油氣聚集與分布，南屯組油氣中轉站向大磨拐河組中轉油氣有利部位處或附近的尚未鉆探部位應是蘇德爾特地區(qū)大磨拐河組下一步油氣勘探的有利部位。

4 結論

(1)深層油氣中轉站向淺層中轉油氣有利部位應為深層油氣中轉站向淺層中轉油氣分布區(qū)內的輸導斷裂中轉油氣有利部位，是淺層油氣運聚成藏的有利部位。

(2)通過確定深層油氣“中轉站”分布區(qū)和蓋層不封閉區(qū)，確定深層油氣中轉站向淺層中轉油氣分布區(qū)，結合輸導斷裂輸導油氣有利部位，二者疊合建立了一套深層油氣中轉站向淺層中轉油氣有利部位的預測方法，該方法主要適用于砂泥巖含油氣盆地深層油氣中轉站向淺層中轉油氣有利部位的預測。

(3)海拉爾盆地貝爾凹陷蘇德爾特地區(qū)南屯組油氣中轉站向大磨拐河組中轉油氣有利部位主要分布在其中部地區(qū)，少量分布在西北和東北地區(qū)，控制著蘇德爾特地區(qū)大磨拐河組油氣成藏與分布，南屯組油氣中轉站向大磨拐河組中轉油氣有利部位處或附近尚未鉆探部位應是蘇德爾特地區(qū)大磨拐河組下一步油氣勘的有利部位。