孫雨,馬世忠,姜洪福,劉云燕,劉宗堡,于利民
(1. 東北石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院,黑龍江 大慶,163318;2. 大慶油田有限責(zé)任公司 第八采油廠,黑龍江 大慶,163514)
人們?cè)谒蛇|盆地繼大慶長(zhǎng)垣等背斜部位發(fā)現(xiàn)大規(guī)模的石油地質(zhì)儲(chǔ)量之后,在長(zhǎng)垣兩側(cè)的凹陷區(qū)也發(fā)現(xiàn)了較豐富的油氣資源,深入認(rèn)識(shí)凹陷區(qū)的油藏分布特征及其控制因素對(duì)于進(jìn)一步勘探方向確定、重點(diǎn)評(píng)價(jià)區(qū)優(yōu)選及開發(fā)潛力挖掘等具有重要指導(dǎo)作用[1?2]。三肇凹陷位于大慶長(zhǎng)垣東部,是松遼盆地北部最重要的生油、富油凹陷,葡萄花油層為其主要產(chǎn)層。經(jīng)過(guò)多年的勘探與開發(fā),在三肇凹陷葡萄花油層相繼發(fā)現(xiàn)了宋芳屯、升平、徐家圍子、永樂(lè)、肇州和榆樹林等油田,含油面積整體疊合連片,但同時(shí)也發(fā)現(xiàn)次級(jí)凹陷中心大面積含油、油水分布關(guān)系復(fù)雜及重力分異作用不明顯等復(fù)雜問(wèn)題在凹陷內(nèi)普遍存在[3],這些問(wèn)題的存在給三肇凹陷進(jìn)一步油氣勘探帶來(lái)很大的難度。因此,有必要深入剖析三肇凹陷已發(fā)現(xiàn)油藏的類型及分布特征,了解本區(qū)油氣富集規(guī)律及其控制因素,以期指導(dǎo)下一步的油氣勘探。
圖1 松遼盆地三肇凹陷地層系統(tǒng)及區(qū)域位置Fig.1 Stratigraphic column and showing location of Sanzhao Sag in Songliao Basin
圖1所示為松遼盆地三肇凹陷地層系統(tǒng)及區(qū)域位置。三肇凹陷是松遼盆地北部坳陷構(gòu)造層中的一個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元,如圖1所示。其內(nèi)部受基底斷裂控制形成了宋芳屯鼻狀構(gòu)造、升平鼻狀構(gòu)造、尚家鼻狀構(gòu)造、肇州鼻狀構(gòu)造、升平西次級(jí)凹陷、徐家圍子次級(jí)凹陷、永樂(lè)次級(jí)凹陷7個(gè)三級(jí)構(gòu)造單元,呈近于“十字”形對(duì)頂?shù)臉?gòu)造格局(圖1)。葡萄花油層屬于上白堊統(tǒng)姚家組一段時(shí)期(以下簡(jiǎn)稱姚一段)沉積的地層[4],是松遼盆地北部主要產(chǎn)層之一。該段地層形成于松遼盆地整體坳陷過(guò)程中的一個(gè)顯著回返和填充時(shí)期,即青山口組水退旋回晚期至姚家組水進(jìn)旋回早期,主要發(fā)育一套大面積低水位體系域河控淺水三角洲沉積[5],構(gòu)成該沉積體系骨架砂體的分流河道砂體、河口壩砂體及席狀砂是葡萄花油層的主要儲(chǔ)層。油源對(duì)比表明:三肇凹陷葡萄花油層的油氣主要來(lái)源于下伏青山口組烴源巖[6],青山口組源巖在嫩江組末期生油門限,開始生油,至明水組末期進(jìn)入生油高峰期,開始大量排烴。構(gòu)造發(fā)育史研究表明[6],嫩江組末期、明水期組末期及早第三紀(jì)晚期盆地經(jīng)歷了3個(gè)階段的收縮反轉(zhuǎn),從而導(dǎo)致T1和T1-1斷層復(fù)活開啟,青山口組源巖生成的大量油氣通過(guò)斷層輸導(dǎo)至葡萄花油層中,再通過(guò)斷裂?砂體組成的三維網(wǎng)層短距離側(cè)向運(yùn)移至有效圈閉內(nèi)富集 成藏。
三肇凹陷葡萄花油層復(fù)雜的斷層系統(tǒng)與多變的沉積體系及其相帶類型相匹配,形成多種多樣的油藏類型。精細(xì)解剖已發(fā)現(xiàn)油藏發(fā)現(xiàn)主要以各種斷塊、低幅背斜、斷層?巖性及巖性類油藏為主[1],占98%左右,其中斷塊油藏和斷層?巖性油藏又占優(yōu)勢(shì),分別占已發(fā)現(xiàn)油藏的38% 和34% ,其次為巖性油藏,約占已發(fā)現(xiàn)油藏的19%,低幅背斜油藏和其他類型油藏發(fā)現(xiàn)較少,僅占已發(fā)現(xiàn)油藏的7%和2%。各類斷塊油藏主要分布在鼻狀構(gòu)造軸部和宋芳屯北部地區(qū),為三肇凹陷葡萄花油層主要油藏類型之一。斷層?巖性油藏主要分布在鼻狀構(gòu)造兩翼、次級(jí)凹陷內(nèi)斜坡與多斷區(qū)及肇州地區(qū)北部,河控淺水三角洲以(水下)分流河道砂體為骨架的條帶狀復(fù)合朵葉體與斷層匹配,易于形成斷層及斷層?巖性圈閉的有利條件,成為特殊的有利圈閉區(qū)。巖性類油藏主要分布在三肇凹陷南部三角洲內(nèi)前緣和外前緣沉積相帶轉(zhuǎn)換區(qū),儲(chǔ)層主要為水下分流河道及其末端、薄層席狀砂體為主,砂體相對(duì)薄、發(fā)育程度中等,單層厚度較薄,巖性圈閉的有效性相對(duì)較高。
經(jīng)過(guò)多年的勘探與開發(fā),人們?cè)谌匕枷萜咸鸦ㄓ蛯酉嗬^發(fā)現(xiàn)了宋芳屯、升平、徐家圍子、永樂(lè)、肇州和榆樹林等油田,這些油田整體具“滿凹含油”特征[7],表現(xiàn)為以升西、徐家圍子和永樂(lè) 3個(gè)次級(jí)凹陷為中心,形成在緊鄰次級(jí)凹陷的升平、宋芳屯北和宋芳屯南?肇州鼻狀構(gòu)造等環(huán)升西?徐家圍子次級(jí)凹陷三級(jí)構(gòu)造油氣聚集帶以及環(huán)永樂(lè)次級(jí)凹陷的三級(jí)構(gòu)造油氣聚集帶。圖2所示為三肇凹陷葡萄花油層油藏分布特征。平面上各含油單元疊合連片,整體表現(xiàn)為大面積含油(圖 2)。油藏在次級(jí)凹陷內(nèi)(徐家圍子油田和永樂(lè)油田)、低緩的斜坡區(qū)(榆樹林油田)和鼻狀構(gòu)造上(宋芳屯油田、升平油田和肇州油田)均有分布,甚而在次級(jí)凹陷的最低部位也發(fā)現(xiàn)有大量油藏存在。油層厚度在區(qū)內(nèi)變化總趨勢(shì)是從西北向東南逐漸減薄,由東向西含油性變差,含油高度由鼻狀構(gòu)造向次級(jí)凹陷內(nèi)逐漸變小,探明油氣儲(chǔ)量豐度也具此變化規(guī)律。葡萄花油層縱向上相對(duì)集中,分布在厚度約14~72 m 姚一段內(nèi),單砂層薄,厚度一般為1~3 m,相互疊置,各自形成獨(dú)立的含油單元,在油田高部位、低部位錯(cuò)落有致地分布。
圖2 三肇凹陷葡萄花油層油藏分布特征Fig.2 Characteristics of reservoirs distribution of Putaohua oil layer in Sanzhao Sag
陸相盆地勘探實(shí)踐表明,一個(gè)地區(qū)含油氣豐度取決于該地區(qū)的油氣源條件和油氣源與圈閉的時(shí)空配置關(guān)系[8]。松遼盆地在沉降期遭受湖侵的靜水缺氧深水湖泊環(huán)境下沉積的青山口組暗色泥巖為松遼盆地主要烴源巖[9],其在三肇凹陷內(nèi)厚度為 100~250 m,有機(jī)質(zhì)含量豐富,以腐泥型有機(jī)質(zhì)為主,其生油指標(biāo)為:有機(jī)碳含量為2.0%~2.5%,干酪根含量為2.0%~2.8%,氯仿瀝青“A”含量為 0.40%~0.65%,Ro為0.9%~1.3%,具備生成大量低成熟及成熟油氣的能力。烴源巖定量評(píng)價(jià)表明,三肇凹陷內(nèi)青山口組暗色泥巖的排烴門限深度約為1.7 km,在明水組末期進(jìn)入成熟階段,開始大量生油,為三肇凹陷葡萄花油層中油氣的大規(guī)模運(yùn)聚成藏提供了充足的油源。
烴源巖的成熟度對(duì)油氣的運(yùn)移范圍及方式具有重要控制作用。成熟烴源巖范圍內(nèi),油氣以垂向運(yùn)移為主,即在油氣成藏期,三肇凹陷青山口組成熟烴源巖生成的油氣沿著源?儲(chǔ)斷裂(溝通生油層和儲(chǔ)層的斷裂)直接運(yùn)移至葡萄花油層中的有效圈閉內(nèi)聚集成藏,無(wú)需進(jìn)一步長(zhǎng)距離側(cè)向運(yùn)移。而在未熟烴源巖范圍內(nèi),下部生油層不能直接供應(yīng)油氣,油氣以側(cè)向運(yùn)移為主,青山口組生成的油氣必須先經(jīng)過(guò)源?儲(chǔ)斷裂運(yùn)移至葡萄花油層中,再在浮力作用下沿?cái)嗔雅c砂體組合形成的側(cè)向運(yùn)移通道向構(gòu)造高部位作進(jìn)一步長(zhǎng)距離側(cè)向運(yùn)移后到達(dá)有效圈閉內(nèi)聚集成藏。這樣,砂體與斷層組成的側(cè)向運(yùn)移通道的好壞就決定了油氣側(cè)向運(yùn)移的有限性,在側(cè)向運(yùn)移通道條件不好的情況下,油氣很難運(yùn)移到較遠(yuǎn)的圈閉內(nèi)聚集成藏。因而,三肇凹陷已發(fā)現(xiàn)油藏大多處于成熟源巖控制范圍內(nèi)(圖2),而處于三肇凹陷構(gòu)造較高部位,但在成熟烴源巖范圍外的尚家鼻狀構(gòu)造含油性較差。
物源與沉積體系嚴(yán)格控制著含油氣凹陷的儲(chǔ)層展布方向與空間分布模式[10],特別是沉積微相的空間展布特征決定著優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層類型、成因及空間分布。作者根據(jù)多口取心井巖心觀察與大量測(cè)井資料的分析,充分應(yīng)用3 256口密開發(fā)井的資料,編制三肇凹陷葡萄花油層重點(diǎn)沉積時(shí)間單元的沉積微相圖,從而對(duì)葡萄花油層三角洲類型與儲(chǔ)層分布模式有新的認(rèn)識(shí)。研究表明葡萄花油層發(fā)育的微相類型有(水下)分流河道、溢岸砂、天然堤、河口壩、席狀砂和分流河道間灣等。通過(guò)對(duì)巖性、電性、物性、含油性的分析,確定可作為優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的幾乎僅是各類河道砂體和少量薄層砂,特別是各類河道砂體,其可控制該區(qū)葡萄花油層油氣儲(chǔ)量的95%以上,天然堤、決口扇、溢岸砂多為含泥粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖,很難成為有效儲(chǔ)層。由此可見(jiàn),(水下)分流河道砂體展布特征直接控制著優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層空間分布。研究還揭示了三肇凹陷葡萄花油層為松遼盆地北部遠(yuǎn)源、流長(zhǎng)、能強(qiáng)的大型河流—三角洲沉積體系的東南南分支入湖而成,具典型河控淺水三角洲沉積特征:
(1) 三角洲前緣亞相發(fā)育,發(fā)育大量密集(平均分布密度1.02 km)、窄的(多為200~300 m)水下分流河道沉積。圖3所示為三肇凹陷葡萄花油層52小層沉積微相及單砂體展布。砂體連續(xù)且向水下延伸較遠(yuǎn),直至消失變成薄的席狀砂;
(2) 河口壩沉積不甚發(fā)育,河口壩發(fā)育需要較強(qiáng)的湖水改造,淺水湖泊水動(dòng)力較弱,難于滿足條件,另外,河控淺水三角洲建設(shè)性較強(qiáng),河道進(jìn)積速度快,致使河口壩沉積不能較好地保存;
(3) 三角洲前緣亞相區(qū)存在較多的暗紫色泥巖,三肇凹陷葡萄花油層沉積時(shí)期地勢(shì)平緩,水體較淺,湖水動(dòng)力條件較弱,受短期基準(zhǔn)面旋回層序控制的湖平面升降波動(dòng)頻繁,長(zhǎng)期處于弱氧化、弱還原沉積環(huán)境中而形成暗紫色泥巖;
(4) 以淺湖相為主的前三角洲沉積。
圖3 三肇凹陷葡萄花油層52小層沉積微相及單砂體展布Fig.3 Distribution of sedimentary microfacies and monosandbody of 52 in Putaohua reservoir of Sanzhao Sag
圖4所示為松遼盆地三肇凹陷葡萄花油層斷裂分布。斷裂是控制圈閉形成與油氣運(yùn)聚的關(guān)鍵因素,是油氣運(yùn)移的優(yōu)勢(shì)輸導(dǎo)通道,構(gòu)造發(fā)育史研究表明,三肇凹陷青山口組沉積末期在區(qū)域性伸展應(yīng)力場(chǎng)作用下,為調(diào)節(jié)基底斷裂伸展作用而產(chǎn)生的張性斷層最發(fā)育,形成大量斷開青一段烴源巖和葡萄花油層儲(chǔ)層的T1,T1-1斷層及葡萄花油層內(nèi)部斷層,斷距一般為10~40 m,延伸長(zhǎng)度為1~4 km,斷層走向以北西向?yàn)橹?,北東向、南北向次之,僅有少許為東西向。斷層密度平均為 2.8 條/km2,其中肇州地區(qū)密度達(dá)到 6.7條/km2,如圖4所示。這些斷層構(gòu)成油源通道網(wǎng)層(切至油源層中的油源斷裂網(wǎng))和油氣聚集網(wǎng)層[11?12](由被次級(jí)斷裂網(wǎng)連通的樹枝狀砂巖透鏡體組成),為青一段烴源巖直接向葡萄花油層排烴提供優(yōu)勢(shì)輸導(dǎo)通道,同時(shí)為油氣側(cè)向運(yùn)移提供通道。油氣沿油源斷裂網(wǎng)運(yùn)移至油氣聚集網(wǎng)層,再沿砂體-斷裂三維輸導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)側(cè)向運(yùn)移至具有保存條件的各類優(yōu)勢(shì)圈閉內(nèi)保存起來(lái),形成油氣藏。斷裂與巖性組合樣式的多樣化同時(shí)也導(dǎo)致了復(fù)雜的油水關(guān)系。
圖4 松遼盆地三肇凹陷葡萄花油層斷裂分布Fig.4 Distribution of faults in Putaohua oil layer of Sanzhao Sag, Songliao Basin
特別是三肇凹陷內(nèi)存在多條與油氣主要運(yùn)移方向垂直或高角度斜交的大型斷層,對(duì)油氣的聚集具有重要的控制作用[1,13?14]。這類大型斷層多為源-儲(chǔ)斷層,在油氣運(yùn)移階段是溝通源巖與儲(chǔ)集層的良好通道;而在油氣成藏階段,由于其斷距大且與油氣主要運(yùn)移方向垂直或高角度斜交,能夠很好的封堵向高部位運(yùn)移的油氣,起到很好的封擋作用,從而造成了這類斷層鄰凹一側(cè)油氣相對(duì)富集。目前,三肇凹陷葡萄花油層已開發(fā)區(qū)塊大部分屬于與油氣主運(yùn)方向垂直或高角度斜交的大型斷層的鄰凹側(cè)的富油區(qū)帶,如圖5所示。
圖5 三肇凹陷葡萄花油層大型斷層與富油區(qū)對(duì)應(yīng)關(guān)系Fig.5 Relationship between fault and petroleum enrichment area in Putaohua reservoir of Sanzhao Sag
斷裂與砂體的組合方式控制著油氣的側(cè)向輸導(dǎo)能力與范圍。三肇凹陷葡萄花油層主要為河控淺水三角洲沉積,有效儲(chǔ)層主要為條帶狀(水下)分流河道砂體及少量河控席狀砂與河口壩砂體,展布方向受物源?水系方向控制。凹陷西部宋芳屯鼻狀油田→肇州油田,受北部物源、東南南水系分支控制,骨架砂體展布呈東東南?南東向展布,與近北北東向展布的斷裂高角度斜交(甚至垂直相交),形成很好的側(cè)向運(yùn)移通道,油氣在砂體?斷裂三維網(wǎng)層中迂回運(yùn)聚,運(yùn)聚范圍大,距離遠(yuǎn),油氣富集高度大。凹陷東側(cè)的尚家地區(qū)則相反,受北部物源、北北東水系分支控制,骨架受砂體展布為北北東?南西向,砂體的空間疊置方式和展布方向不利于油氣的側(cè)向運(yùn)移。另外,構(gòu)造高部位的斷層和砂體呈平行或低角度斜交,其組合形成的側(cè)向運(yùn)移通道也不利于油氣的側(cè)向運(yùn)移,油氣運(yùn)移距離短,分布范圍小,油氣富集高度小。
圖 6所示為三肇凹陷古油氣運(yùn)移路徑及成藏模式。富油氣凹陷內(nèi)繼承性鼻狀構(gòu)造是油氣聚集的最有利指向區(qū)[1],其向凹陷的傾沒(méi)端和鄰凹兩側(cè)最鄰近生油凹陷,具有地理優(yōu)勢(shì),能夠最早且最多地獲得油氣而成為有利富油帶。三肇凹陷長(zhǎng)期繼承性發(fā)育宋芳屯、肇州、升平和尚家4個(gè)鼻狀構(gòu)造,是油氣側(cè)向運(yùn)移主要指向和本區(qū)油氣主要聚集帶如圖6所示。如:升平鼻狀構(gòu)造的西、南及東部三面呈半圓形環(huán)繞升西與徐家圍子生油凹陷,該鼻狀構(gòu)造位于油氣主要運(yùn)移路線上,是良好的油氣運(yùn)聚部位,其鼻狀構(gòu)造軸部、東西鄰凹兩側(cè)依次成為有利富油區(qū)帶;宋芳屯鼻狀構(gòu)造東、西兩側(cè)緊鄰生油凹陷(永樂(lè)次級(jí)凹陷、徐家圍子次級(jí)凹陷),具備兩側(cè)充沛供油能力,特別是其東側(cè)大面積、南北長(zhǎng)距離鄰近生油凹陷(徐家圍子次級(jí)凹陷),具大面積、長(zhǎng)線供油優(yōu)勢(shì),其鼻狀構(gòu)造東側(cè)、軸部、西南側(cè)依次成為有利富油區(qū)帶。此外肇州鼻狀構(gòu)造油氣富集程度也較高,尚家鼻狀構(gòu)造因其處于成熟源巖控制范圍之外,加之側(cè)向運(yùn)移通道條件較差,油氣長(zhǎng)距離側(cè)向運(yùn)移困難,從而造成油氣富集程度較差。
圖6 三肇凹陷古油氣運(yùn)移路徑及成藏模式Fig.6 Model for migration paths way of hydrocarbon accumulations in Sanzhao Sag
有效源巖、優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層、油氣運(yùn)移誘導(dǎo)方向及運(yùn)移通道都是油氣富集成藏的關(guān)鍵因素,這些因素的時(shí)空配置控制了油氣富集區(qū)最終的空間分布。三肇凹陷葡萄花油層多年的勘探與開發(fā)有效地證實(shí)了這一點(diǎn)。宋芳屯和肇州 2個(gè)鼻狀構(gòu)造為三肇凹陷內(nèi)繼承性古隆起,對(duì)油氣的聚集具有很大誘導(dǎo)作用,與徐家圍子、永樂(lè)生油凹陷大面積、長(zhǎng)距離連接,具備充沛的供油能力,加之發(fā)育密集的北北東向展布的斷裂網(wǎng)與近東東南向展布的砂體高角度斜交,垂?側(cè)運(yùn)移通道良好,為油氣成藏因素配置程度最高區(qū)域,這也使該區(qū)成為三肇凹陷內(nèi)一類有利成藏區(qū),區(qū)內(nèi)含油面積大,連片疊合,含油高度大。升平鼻狀構(gòu)造、徐家圍子次級(jí)凹陷與永樂(lè)次級(jí)凹陷成藏因素配置程度次之,為二類油氣成藏有利區(qū)。尚家鼻狀構(gòu)造配置程度最差,其距離生油凹陷較遠(yuǎn)、處于成熟源巖范圍之外,油氣供應(yīng)不足;另外,區(qū)內(nèi)北北東向展布的砂體與斷裂展布方向趨于一致,呈平行或低角度斜交,側(cè)向運(yùn)移通道條件較差,油氣運(yùn)移距離短,分布范圍小。因此,尚家鼻狀構(gòu)造為三肇凹陷葡萄花油層油氣富集程度最差的三級(jí)構(gòu)造單元,僅在鼻狀構(gòu)造的鼻尖處及臨近生油凹陷一側(cè)有零星油氣分布。
(1) 三肇凹陷的油藏類型主要以各種斷塊、低幅背斜、斷層?巖性及巖性類油藏為主,其中斷塊油藏和斷層?巖性油藏又占優(yōu)勢(shì)。各類斷塊油藏主要分布在鼻狀構(gòu)造軸部和宋芳屯北部地區(qū),斷層?巖性油藏主要分布在鼻狀構(gòu)造兩翼、次級(jí)凹陷內(nèi)斜坡與多斷區(qū)及肇州地區(qū)北部,巖性類油藏主要分布在三肇凹陷南部三角洲內(nèi)前緣和外前緣沉積相帶轉(zhuǎn)換區(qū)。
(2) 油藏分布整體具“滿凹含油”特點(diǎn),但油水分布規(guī)律極其復(fù)雜;平面上表現(xiàn)為以升西、徐家圍子和永樂(lè)3個(gè)次級(jí)凹陷為中心,形成在緊鄰次級(jí)凹陷的升平、宋芳屯北和宋芳屯南?肇州鼻狀構(gòu)造等環(huán)升西?徐家圍子次級(jí)凹陷與永樂(lè)次級(jí)凹陷的三級(jí)構(gòu)造油氣聚集帶;縱向上相對(duì)集中,分布在厚度為14~72 m 的葡萄花油層內(nèi)。
(3) 油藏分布主要受控于 5種地質(zhì)因素:成熟烴源巖分布控制油氣運(yùn)移范圍及方式,成熟源巖區(qū)油氣以垂向運(yùn)移為主,未熟源巖區(qū)油氣主要以側(cè)運(yùn)移為主;(水下)分流河道微相展布控制優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層空間分布,三肇凹陷葡萄花油層可作為優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的幾乎僅是各類河道砂體和少量薄層砂,特別是各類河道砂體,其可控制該區(qū)層油氣儲(chǔ)量的95%以上;繼承性鼻狀構(gòu)造是油氣運(yùn)移優(yōu)勢(shì)指向,在油氣成藏關(guān)鍵時(shí)期誘導(dǎo)油氣運(yùn)移,并構(gòu)成富油區(qū);斷裂是油氣優(yōu)勢(shì)輸導(dǎo)通道,油氣以垂向運(yùn)移為主,斷裂與砂體組合方式控制油氣的運(yùn)移范圍與分布;多因素時(shí)空配置控制油氣最終富集成藏與分布。
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