張 鵬，張金功，張 亮，袁義東，郝 杰，楊 燕

(1.西北大學(xué) 地質(zhì)學(xué)系，西安 710069； 2.陜西延長石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院，西安 710075)

我國東部廣泛發(fā)育多旋回的斷陷盆地，而斷陷盆地往往發(fā)育多套烴源巖[1-5]。前人針對“下生上儲”多源供烴的成藏模式研究已取得大量認(rèn)識[6-7]。但對于夾雜在多套烴源巖中間的儲集體來講，其有頂?shù)纂p向供烴的油氣來源，不同來源的油氣分布規(guī)律具有差異性。確定各來源油氣的成藏特征和分布規(guī)律對油氣勘探具有指導(dǎo)意義。渤海灣盆地濟(jì)陽凹陷渤南洼陷一直以來都視沙三段和沙四段為重點研究對象[8-13]，而沙二段長期缺乏深入系統(tǒng)的研究，造成沙二段油氣主控因素以及成藏規(guī)律等方面認(rèn)識不清。而近幾年勘探實踐表明，沙二段在儲量區(qū)外還有多口探井獲工業(yè)油流或低產(chǎn)油流，顯示出了一定的勘探潛力。因此，本文針對以上問題，對渤南洼陷沙二段油氣成藏要素和多源供烴的成藏特征展開了研究，最終建立了多源供烴的成藏模式，以期研究結(jié)果能夠指導(dǎo)渤南洼陷沙二段勘探部署。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

渤南洼陷位于濟(jì)陽坳陷沾化凹陷東部，是沾化凹陷東部的一個三級負(fù)向構(gòu)造單元，其北靠埕東凸起，南臨陳家莊凸起，西接義和莊凸起，東為孤島凸起，是濟(jì)陽坳陷古近系、新近系發(fā)育最全、沉積厚度最大、成藏條件最好的洼陷[14]。渤南洼陷沙二段沉積期處于斷陷收斂期[15]，構(gòu)造活動整體較弱，使得傳統(tǒng)意義上的陡坡帶不復(fù)存在，同時其處于二級層序的低位域沉積階段，基準(zhǔn)面較低(圖1)，四周凸起皆受剝蝕，從而為洼陷提供物源[16]?？傮w上沙二段沉積厚度在80～150 m，地層呈現(xiàn)北厚南薄的特點。在沙二段上、下分別發(fā)育沙一段、沙三段以及沙四上亞段烴源巖，沙二段儲集體被多套烴源巖所夾持(圖1)，具有多源供烴的成藏特點。

2 成藏要素

2.1 油源條件

渤南洼陷是一個典型的富生油洼陷，古近系主要發(fā)育了沙四上亞段、沙三段和沙一段3套烴源巖[17]。其中沙四上亞段暗色泥巖厚度為50～300 m，有機(jī)碳含量在1.0%～3.0%，氯仿瀝青“A”含量多在0.12%～0.34%，干酪根主要為Ⅱ1型，為成熟—高成熟烴源巖。沙三段暗色泥巖厚度可達(dá)600～1 000 m，有機(jī)碳含量0.5%～8.0%，且多在2.0%～5.0%；氯仿瀝青“A”含量為0.5%～1.02%，平均值高達(dá)0.56%，干酪根主要為Ⅰ型，為成熟烴源巖。沙一段暗色泥巖厚度一般在300～400 m，有機(jī)碳含量在0.9%～7.0%，多在2.0%～4.0%區(qū)間，氯仿瀝青“A”含量為0.06%～1.42%，平均達(dá)0.73%，干酪根以Ⅰ型為主，由于沙一段烴源巖最大埋深約3 200 m，大部分埋深在2 500～2 800 m，對應(yīng)的Ro為0.43%～0.60%，為低熟烴源巖。

圖1 濟(jì)陽坳陷渤南洼陷地層綜合柱狀圖

2.2 儲蓋組合

渤南洼陷沙二段沉積初期為低位域沉積早期[18]，總體上為淺湖背景下的碎屑巖、碳酸鹽巖混合沉積。洼陷邊緣近物源處以扇三角洲為主，扇三角洲前端存在較大規(guī)模的砂巖灘壩；在無陸源碎屑注入的局部地區(qū)還沉積有生物灰?guī)r、白云巖等碳酸鹽巖灘壩(圖2a)，此類儲集體構(gòu)成了沙二段的主要儲集層類型。沙二段沉積中晚期，隨著湖平面的上升沉積了大量泥巖[18]，泥巖厚度最大可達(dá)上百米，是一套局域性的蓋層，該蓋層與下部儲集層匹配；成為了研究區(qū)沙二段有利的儲蓋組合(圖1)。

2.3 輸導(dǎo)體系

滲透性砂體、不整合與斷層所組成的三元輸導(dǎo)格架已被地質(zhì)研究人員所熟知[19-20]，渤南洼陷沙二段油氣運移的通道也是如此。首先，渤南洼陷起輸導(dǎo)作用的滲透性砂體主要發(fā)育在洼陷邊緣，這些區(qū)域在沙二段不同沉積時期均有砂體發(fā)育，砂體層層疊置并與洼陷中心沙三段烴源巖相接；其次，對渤南洼陷沙二段油氣成藏起輸導(dǎo)作用的不整合面主要是沙二段/沙三段界面，這一界面多為超覆/消截關(guān)系，界面上下巖性存在多種配置關(guān)系，包括砂巖/砂巖、砂巖/泥巖(油頁巖)、泥巖/泥巖、生物灰?guī)r/泥巖以及泥巖/白云巖等，巖性配置的不同決定了不整合面的油氣輸導(dǎo)能力存在差異；再者，斷層對渤南洼陷沙二段油氣成藏所起的輸導(dǎo)作用較大，其中邊界斷層發(fā)育早、活動時間長、斷距大，不但控制著沉積、構(gòu)造和生烴洼陷的發(fā)育，還直接斷穿烴源巖，從而成為研究區(qū)最重要的油氣運移通道。此外，洼陷內(nèi)發(fā)育的一系列內(nèi)部次級斷層對油氣輸導(dǎo)所起的作用同樣重要，研究區(qū)斷穿沙二段儲集層，溝通沙三段、沙四上亞段烴源巖的斷層較多(圖2a)，且大部分在排烴期處于活動狀態(tài)，對成藏極為有利；同時洼陷內(nèi)部斷穿沙二段儲集體和沙一段烴源巖的斷層也較多(圖2b)，大部分?jǐn)鄬踊顒訒r間短、斷距相對較小，主要活動期在古近紀(jì)[21]。當(dāng)館陶組沉積期油氣大量生成并運移時[22]，斷層的活動性減弱，斷層封堵性增強，垂向輸導(dǎo)能力降低，沙一段烴源巖生成的油氣很難通過斷層進(jìn)行垂向運移，而是優(yōu)先側(cè)向運移進(jìn)入到對接的沙二段儲集層中聚集成藏。

圖2 濟(jì)陽坳陷渤南洼陷沙二段成藏要素

總體上，研究區(qū)沙二段油氣的運移路徑在不同區(qū)域存在差異，其中在邊界斷層附近，由砂體、斷層和不整合面組成立體網(wǎng)絡(luò)通道，油氣可在從油源區(qū)側(cè)向運移的基礎(chǔ)上，進(jìn)行垂向運移，直至有利圈閉中聚集成藏(圖3)。相對而言，洼陷內(nèi)部和斜坡帶運移通道簡單，往往為上述通道的1種或2種組合，運移方式以側(cè)向為主(圖3)。

圖3 濟(jì)陽坳陷渤南洼陷油氣運移及油藏分布剖面位置見圖2。

3 多源供烴成藏特征

3.1 油源對比

通過對渤南洼陷烴源巖和沙二段原油的地化指標(biāo)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，Y124井沙二段原油具有明顯的植烷優(yōu)勢和極高的伽馬蠟烷含量，三環(huán)萜烷和甲藻甾烷豐富，C27、C28和 C29甾烷以生物構(gòu)型為主(圖4a)。此油樣的地球化學(xué)特征整體上和Y102井沙一段油頁巖具有較高的相似性(圖4a)，說明其油源為沙一段烴源巖。同時，將Y108井沙二段油砂與Y172井沙三下亞段灰黑色油頁巖和Y102井沙一段灰褐色油頁巖進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)Y108井原油伽馬蠟烷含量高，甲藻甾烷和4-甲基甾烷發(fā)育，地球化學(xué)特征兼具沙三段和沙一段烴源巖的特征，應(yīng)為二者的混源油。此外，將L54井沙二段原油進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，其具有較高的伽馬蠟烷含量以及C35藿烷“翹尾”現(xiàn)象，這一特征與L4井沙四上亞段灰褐色含膏泥巖相似(圖4c)，其油源應(yīng)為沙四上亞段烴源巖。由此可見，研究區(qū)沙二段既有來自于其下伏沙四上亞段、沙三段烴源巖的原油，又有來自于其上覆沙一段烴源巖的原油，渤南洼陷沙二段油氣藏具有多源供烴的特點。將研究區(qū)沙二段已上報石油地質(zhì)儲量進(jìn)行來源劈分，統(tǒng)計得出：已明確來源于沙四上亞段烴源巖的儲量僅占總儲量的6.3%，來源于沙三段烴源巖的儲量占總儲量的57.5%，來源于沙一段烴源巖的儲量占總儲量的12.6%，沙三段與沙一段烴源巖的混源油儲量占總儲量的7.6%。實際上，研究區(qū)某些混源油的孤立出油井區(qū)并未上報儲量(圖2)，此外還有些已上報儲量區(qū)由于未開展原油生標(biāo)參數(shù)的分析暫不能明確原油來源，因此研究區(qū)混源油所占比重應(yīng)大于現(xiàn)階段統(tǒng)計結(jié)果，在下步油氣勘探中也有望發(fā)現(xiàn)更多的混源油藏。

圖4 濟(jì)陽坳陷渤南洼陷沙二段油源對比

油源對比分析表明，研究區(qū)沙二段已發(fā)現(xiàn)油氣大部分來自于沙三段烴源巖。此外，不同來源的油氣 在平面也呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性，展示出不同層系烴源巖對不同區(qū)帶的供烴存在差異(圖2)。首先，沙四上亞段烴源巖生排的油氣主要出現(xiàn)在沙二段南部已發(fā)現(xiàn)的油藏中，這一區(qū)域存在可溝通沙四上亞段烴源巖的斷層，分析認(rèn)為沙四上亞段烴源巖生排的油氣主要通過斷層縱向運移至沙二段儲層中；其次，沙三段烴源巖生排的油氣在研究區(qū)沙二段的中部和北部都有發(fā)現(xiàn)，分布范圍較廣，這些區(qū)域多存在可溝通沙三段烴源巖的斷層，認(rèn)為油氣應(yīng)先通過斷層縱向運移至淺部，再通過不整合面和砂體進(jìn)行橫向運移，遇有利圈閉聚集成藏；再者，沙一段烴源巖生排的油氣主要集中在研究區(qū)沙二段的中部，這些區(qū)域多存在可使沙一段與沙二段源儲對接的斷層，分析認(rèn)為油氣應(yīng)主要通過橫向運移至沙二段儲層中。

3.2 成藏期次

渤南洼陷作為高勘探程度區(qū)，油氣成藏期次研究已較為成熟，大量的研究已證實渤南洼陷經(jīng)歷了2次充注、3次成藏過程[23-24]。結(jié)合前人研究成果，依據(jù)本次多塊樣品流體包裹體均一溫度測試數(shù)據(jù)(表1)，認(rèn)識到雖渤南洼陷沙四上亞段烴源巖最早在東營組沉積期就進(jìn)入生烴門限并生排烴[23-24]，但這一時期生烴量有限，烴類多充注到與沙四上亞段烴源巖臨近的砂體中形成巖性油氣藏。隨著渤南洼陷地層不斷埋藏沉降，沙四上亞段和沙三段烴源巖逐漸進(jìn)入生烴高峰并發(fā)生大規(guī)模排烴作用[23]，第二次油氣充注過程開始。研究區(qū)沙二段油藏的形成主要得益于第二次油氣充注過程，這一充注過程始于館陶組沉積晚期直至現(xiàn)今。據(jù)與烴類伴生的鹽水包裹體均一溫度測試，出現(xiàn)85～90 ℃以及105～115 ℃2個峰值區(qū)間，分別對應(yīng)于館陶組沉積晚期、明化鎮(zhèn)組沉積晚期至現(xiàn)今2個時間段(圖5)，表明第二次油氣充注過程又可分為2期成藏：首先在館陶組沉積晚期(8～6 Ma)發(fā)生大規(guī)模油氣運聚，隨后地層壓力降低，排烴停止；但隨著地層埋深的不斷加大，到明化鎮(zhèn)組沉積晚期(3 Ma)，烴源巖的持續(xù)生烴造成的異常高壓再次突破排烴門限壓力，又一次發(fā)生了油氣成藏。這一時期沙一段烴源巖也有一定數(shù)量低熟油生成。3套烴源巖生成的油氣共同進(jìn)入到沙二段儲集層中聚集成藏。

表1 濟(jì)陽坳陷渤南洼陷沙二段烴伴生鹽水包裹體均一溫度數(shù)據(jù)

圖5 濟(jì)陽坳陷渤南洼陷Y284井沙二段油氣成藏期次分析

3.3 油氣成藏主控因素

渤南洼陷沙二段多源供烴的特點決定了其油源十分豐富。此外，沙二段扇體和灘壩砂體廣泛存在，空間上相互疊置，儲集層豐富，同時多套斷裂體系和地層從下往上逐層超覆的特點使研究區(qū)發(fā)育多類型圈閉，主要有構(gòu)造圈閉、構(gòu)造—巖性復(fù)合圈閉、灘壩砂體巖性圈閉以及南部斜坡帶普遍發(fā)育的地層超覆圈閉。研究區(qū)多源供烴和多類型圈閉條件優(yōu)越，使得運移路徑成為油氣能否成藏的關(guān)鍵，在油氣運移至多類型圈閉中后雖普遍可見油氣顯示，但油氣富集與否則取決于儲集層物性。

3.3.1 斷裂—不整合控制油氣運移

斷裂體系是控制油氣成藏的重要因素，其開啟時可作為優(yōu)勢通道輸送油氣，封閉時可成為重要遮擋形成斷塊圈閉[25-26]。兩方面作用此消彼長，使得斷裂體系在不同時期和不同區(qū)域?qū)τ蜌獬刹氐挠绊懛绞胶统潭榷即嬖诓町悺２衬贤菹葸吔鐢鄬拥幕顒泳哂虚L期性和繼承性[17]，它既將沙三段和沙四上亞段烴源巖與上部沙二段儲集層連接為其輸送油氣，又在不同構(gòu)造部位形成巖性—斷塊、滾動背斜以及斷塊圈閉，同時洼陷內(nèi)部的次級斷層由于發(fā)育數(shù)量多(圖2)，形成時間和成藏期匹配關(guān)系較好[22]，也對沙二段油氣成藏起到輸導(dǎo)作用。此外，斷層發(fā)育時伴生的大量微裂縫不僅直接提高了儲集層儲集性能，而且使烴源巖生烴過程中產(chǎn)生的酸性流體沿斷裂帶活動，溶蝕斷裂帶附近儲集層，形成一定的次生孔隙。因此，斷層對油氣運移和儲集層改造都具有積極作用。

除斷裂體系外，良好的不整合面也可輸導(dǎo)油氣，對油氣成藏具有重要意義[27-28]。不整合面能否作為油氣運移通道及其對油氣運移距離遠(yuǎn)近的影響，主要取決于不整合面遭受的風(fēng)化剝蝕程度以及不整合面上、下巖性配置關(guān)系和巖性分布的穩(wěn)定性[29-30]。由于渤南洼陷沙一段與沙二段之間為整合接觸，研究區(qū)主要的不整合面是沙三段與上覆沙二段、沙一段之間界面，該不整合面的分布范圍超過研究區(qū)面積的80%；同時該不整合面遭受的風(fēng)化剝蝕時間相對較長，尤其沙三段與沙一段接觸區(qū)經(jīng)歷了長時間的風(fēng)化剝蝕，形成的風(fēng)化殼具有較好的孔滲性，為油氣運移的優(yōu)勢通道。此外，不整合面對油氣的輸導(dǎo)性還取決于巖性配置關(guān)系，一般而言，界面上、下均為儲集層的巖性配置最好，其次為一面發(fā)育儲集層的巖性配置。因而，研究區(qū)成為油氣運移優(yōu)勢通道的不整合面主要分布在沙一段與沙三段接觸區(qū)，即義東斷裂帶、羅家鼻狀構(gòu)造東翼和墾西地區(qū)南部。

3.3.2 儲集層物性控制油氣富集

渤南洼陷沙二段儲集層巖性類型主要有細(xì)砂巖、粉砂巖和含礫砂巖等，此類儲集層的發(fā)育程度和空間展布決定著油藏的形成和分布，油氣成藏后的富集程度則由儲集層物性差異決定。通過對研究區(qū)沙二段多口井油氣顯示層段的取心資料進(jìn)行物性測定發(fā)現(xiàn)：油氣顯示級別為飽含油和油侵的樣品孔隙度普遍大于20%，滲透率普遍大于10×10-3μm2；油斑和油跡顯示的樣品孔隙度大于15%，滲透率大于1×10-3μm2；熒光顯示的儲集層樣品物性相對較差，孔隙度一般小于15%，滲透率小于1×10-3μm2(圖6)。同時，據(jù)沉積相研究可知，物性較好儲集層多為砂巖灘壩相，而物性較差儲集層則為扇三角洲沉積，這與目前所發(fā)現(xiàn)的原油儲量主要集中在物性較好的砂巖灘壩中一致。因此，儲集層物性對油氣富集程度具有明顯的控制作用，物性好的儲集層油氣顯示情況普遍較好，反之則油氣顯示較差。

圖6 濟(jì)陽坳陷渤南洼陷沙二段油氣顯示與儲層物性關(guān)系

4 成藏模式

據(jù)油源對比及成藏期次分析結(jié)果表明，研究區(qū)沙二段在不同成藏時期的油氣來源存在差異，形成的原油類型也存在差異，其成藏模式可歸納為“中期成藏、雙源供烴”和“晚期成藏、三源供烴”2種。

4.1 “中期成藏、雙源供烴”成藏模式

館陶組沉積末期，渤南洼陷沙四上亞段和沙三段烴源巖Ro均大于0.5%，進(jìn)入生烴門限。有機(jī)質(zhì)快速生烴導(dǎo)致烴源巖中聚集了異常高的地層壓力，當(dāng)壓力高到一定程度會產(chǎn)生大量裂縫，從而排烴卸壓。此過程的排烴動力主要是異常高壓，排出的原油首先沿斷穿沙四上亞段和沙三段的大斷層向上運移，遇不整合面后部分原油發(fā)生側(cè)向運移，在浮力驅(qū)動下逐漸從洼陷中心向洼陷邊緣擴(kuò)散，到沙二段中遇圈閉聚集成藏。這一成藏模式下多形成巖性油藏和構(gòu)造—巖性復(fù)合油藏。此外由于這一沉積期主要是洼陷中心烴源巖開始生排烴，且數(shù)量有限，因此在這一成藏模式控制下，研究區(qū)沙二段靠近洼陷中心的圈閉優(yōu)先被充注，分別可形成沙三段、沙四上亞段烴源巖來源的油藏及其混源油(圖7)，洼陷邊緣的圈閉多為空。

4.2 “晚期成藏、三源供烴”成藏模式

明化鎮(zhèn)組沉積末期，渤南洼陷沙四上亞段和沙三段烴源巖隨著埋深的增大全面進(jìn)入生烴高峰期，生成了大量的油氣。充足的油源除充滿沙三段和沙四段有利圈閉外，油氣在浮力驅(qū)動下沿大斷裂向上運移。多條連接沙二段與沙三、沙四段的斷層和多個不整合面在空間上組成立體的輸導(dǎo)體系，油氣在立體輸導(dǎo)體系溝通下，由下往上、由洼陷中心向邊緣呈發(fā)散狀運移，在沙二段中遇有利圈閉聚集成藏。而此時沙一段烴源巖也有部分低熟油生成，但沙一段烴源巖生成的油氣對沙二段充注的空間有限，充注位置也局限于大斷裂作用下沙二段儲集層比沙一段烴源巖構(gòu)造位置高或直接對接的部位，只能充注早期未充注或充注未滿的儲集層。這一成藏模式下，多形成以沙三、沙四段油源為主的構(gòu)造—巖性油藏、構(gòu)造油藏，有部分沙一段油源形成的構(gòu)造—巖性油藏，此外還有沙一段、沙三段以及沙四段相互混源的復(fù)雜來源油藏存在。晚成藏期形成的油藏多聚集在中成藏期未波及到的沙二段頂部或洼陷邊緣部位的圈閉中(圖7)。

圖7 濟(jì)陽坳陷渤南洼陷沙二段多源供烴成藏模式

總體上，渤南洼陷沙二段油氣成藏具有3方面的特點：首先，沙四上亞段、沙三段和沙一段烴源巖多源供烴；其次，館陶組沉積末和明化鎮(zhèn)組沉積末2期成藏；再次，自下而上、自洼陷中心向邊緣，油氣藏的形成時間由早到晚差異聚集。

5 結(jié)論

(1)渤南洼陷具有沙四上亞段、沙三段和沙一段3套烴源巖，油源豐富；沙二段底部扇體及碳酸鹽巖沉積與頂部泥巖構(gòu)成了有利的儲蓋組合；沙二段油氣成藏在不同區(qū)域的運移方式和通道不同，輸導(dǎo)體系主要由斷層和不整合面構(gòu)成。

(2)渤南洼陷沙二段油氣成藏具有多源供烴的特點；斷裂體系和廣泛存在的不整合既控制著油氣的輸導(dǎo)，又可提高儲集層儲集能力，對油氣運移和聚集具有主要影響；儲集層物性控制油氣富集程度，物性好的儲集層油氣顯示情況較好。

(3)依據(jù)成藏期和油源不同，渤南洼陷沙二段油氣成藏可分為“中期成藏、雙源供烴”和“晚期成藏、三源供烴” 2種模式；2種成藏模式下多形成由單源油和混源油組成的巖性圈閉、構(gòu)造圈閉以及構(gòu)造—巖性復(fù)合圈閉油藏；自下而上、自洼陷中心向邊緣，油氣藏的形成時間由早到晚差異聚集。

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