三肇凹陷扶楊油層油氣成藏主控因素及有利區(qū)帶

陸相含油氣盆地構(gòu)造風格和沉積特征的復(fù)雜性決定了成藏模式的多樣性。隨著油氣勘探和開發(fā)的深入，許多石油科學家對油氣藏的形成機制和分布規(guī)律進行了有效的研究，提出了一些創(chuàng)新的認識，并建立了相應(yīng)的油氣藏傳模式（林暢松等，2000；蔣有祿等，2003；趙文志等，2004；李丕龍等，2004；吳鶴永等，2007；劉景江等，2008）。扶楊油層作為松遼盆地三肇凹陷增儲上產(chǎn)的一個重要勘探領(lǐng)域,自上世紀60年代鉆井獲得工業(yè)油流以來,先后開展了綜合石油地質(zhì)研究、精細油藏描述和儲層砂體地震預(yù)測技術(shù),但由于斷層特征復(fù)雜、多物源和儲層砂體預(yù)測難,油氣勘探一直未有重大突破,因此,如何剖清成藏主控因素、預(yù)測油氣富集目標區(qū)成為當前研究的關(guān)鍵,筆者從扶楊油層斷層特征、基于層序地層格架的儲層沉積特征研究出發(fā),認為油源斷層和河道砂體的合理匹配是控制油氣富集成藏的關(guān)鍵因素,其理論對指導松遼盆地北部扶楊油層油氣勘探具有重要理論意義和實際應(yīng)用價值。1構(gòu)造單元特征三肇凹陷為松遼盆地中央坳陷區(qū)內(nèi)二級負向構(gòu)造單元,它西接大慶長垣,東臨朝陽溝階地,北連安達凹陷,面積為5575km2(圖1)。受基底斷層控制在扶楊油層頂面形成了尚家鼻狀構(gòu)造、升平鼻狀構(gòu)造、肇州鼻狀構(gòu)造、升平西向斜、徐家圍子向斜、永樂向斜6個三級構(gòu)造單元,總體表現(xiàn)為“三鼻三凹”的構(gòu)造格局。中—新生代地層自下而上沉積了下白堊統(tǒng)火石嶺組、下白堊統(tǒng)沙河子組、下白堊統(tǒng)營城組、下白堊統(tǒng)登婁庫組、下白堊統(tǒng)泉頭組、上白堊統(tǒng)青山口組、上白堊統(tǒng)姚家組、上白堊統(tǒng)嫩江組、上白堊統(tǒng)四方臺組、上白堊統(tǒng)明水組、漸新統(tǒng)依安組、中新統(tǒng)大安組、上新統(tǒng)泰康組和第四系地層,泉頭組三、四段扶楊油層為區(qū)內(nèi)產(chǎn)油主要接替層位。扶楊油層沉積于松遼盆地坳陷期,是在泉頭組二段沉積末期盆地整體抬升遭受沖刷侵蝕之后到青山口組一段底突然湖侵之間發(fā)育的總體具有沉陷特點的陸相充填沉積建造(李延平等,2005),松遼盆地在扶楊油層沉積時期共發(fā)育6個方向物源,即訥河、拜泉—青崗、懷德、?？?、白城、齊齊哈爾,三肇凹陷處于多個物源的交匯區(qū),以三角洲分流平原亞相、三角洲前緣亞相沉積為主(樓章華等,1997)。2原油油藏的主要因素2.1斷層密度效應(yīng)松遼盆地構(gòu)造演化主要經(jīng)歷了斷陷前、斷陷、坳陷和反轉(zhuǎn)4個階段(胡望水等,2005)。三肇凹陷扶楊油層頂面T2斷層系十分發(fā)育,為了剖清斷層特征及運動期次,利用300條地震剖面,依據(jù)斷層垂向穿層性把T2斷層系劃分為四類:斷陷期形成坳陷期持續(xù)活動斷層;斷陷期形成坳陷期和構(gòu)造反轉(zhuǎn)期均持續(xù)活動斷層;坳陷期形成斷層;坳陷期形成構(gòu)造反轉(zhuǎn)期持續(xù)活動斷層。斷層特征研究表明:(1)T2斷層系具有平面密集成帶、剖面“似花狀”組合特征,在三肇凹陷全區(qū)可以刻畫出28條不同走向的斷層密集帶(圖2),斷層密集帶的形成主要受控于四種因素:基底斷層控制,基底斷層為應(yīng)力薄弱帶,上部易形成“似花狀”斷層組合(張革等,2002);下部營城組火山控制,營城組火山口的天窗式塌陷易形成上部斷層密集帶(賀電等,2008);斜向拉張作用,北北西走向的基底斷層與坳陷期近東西向拉張應(yīng)力場夾角約為60°,產(chǎn)生斜向拉張作用控制著北北西和北北東向扭動斷層密集帶形成;伸展量差異,控陷的徐西斷層自南而北由近南北向轉(zhuǎn)為北北西向再轉(zhuǎn)為近南北向,出現(xiàn)兩個方位‘拐點’,在斷陷期拉張應(yīng)力場作用下,不同方位基底斷層差異活動而形成的調(diào)節(jié)性質(zhì)的斷層密集帶,之后在坳陷期近東西向應(yīng)力場作用下發(fā)生走滑。(2)油氣成藏時期活動溝通儲集層和烴源巖的斷層為油源斷層(羅群等,2005),研究表明繼承性活動的油源斷層的規(guī)模、活動期次與烴源巖生排烴期次的匹配關(guān)系是油氣聚集成藏的關(guān)鍵因素(羅群,2002),因此T2斷層系中‘斷陷期形成坳陷期和反轉(zhuǎn)期均活動的斷層’和‘坳陷期形成構(gòu)造反轉(zhuǎn)期活動的斷層’為控制扶楊油層油氣成藏的油源斷層,這些斷層多數(shù)為繼承性活動的斷層密集帶邊界斷層,向上不但切入青山口組烴源巖中且在其附近發(fā)育泥巖裂縫,構(gòu)成油氣運移的通道(卓勤功,2006)。(3)T2斷層組合是同生滑脫正斷層與后期扭動構(gòu)造組合的疊合帶,一般形成平面上的“壘塹”組合模式(付廣等,2001),斷層密集帶兩側(cè)上升盤多數(shù)形成地壘或斷階圈閉,處于構(gòu)造高部位有利于油氣聚集成藏,而斷層密集帶內(nèi)多數(shù)為“地塹”部位,不是油氣有利聚集區(qū),如扶楊油層59口鉆遇斷層密集帶探井55口試油結(jié)果為水砂或干層。2.2扶楊油層油氣源對比三肇凹陷垂向上發(fā)育多套優(yōu)質(zhì)烴源巖,油源對比表明扶楊油層油氣主要來自上覆青山口組烴源巖(霍秋立等,1999)。青山口組烴源巖向下倒灌運移存在三個條件:(1)不同成熟烴源巖地層分布青山口組暗色泥巖有機碳含量平均為3.125%,氯仿瀝青“A”平均為0.5%,有機質(zhì)類型以Ⅰ型和ⅡA型干酪根為主,鏡質(zhì)體反射率為0.6%～1.2%,屬于成熟源巖(遲元林等,2000),油氣勘探實踐表明,高成熟烴源巖分布范圍不但控制著扶楊油層含油面積,而且其與運移通道的組合關(guān)系,直接決定了油氣“倒灌”的運移方式(Bekeleetal.,1999),目前扶楊油層發(fā)現(xiàn)的工業(yè)油流探井都分布在成熟烴源灶范圍內(nèi),而位于烴源灶外的升平北部地區(qū)試油都為水層。(2)扶楊油層含油層青山口組源巖超壓最大值達到20MPa,主要分布在凹陷中心的徐8井、徐9井和芳21井處,由3個高值區(qū)向凹陷周邊超壓值逐漸減小,超壓形成于嫩江組末期,明水組末期達到高峰,與青山口組源巖排烴時期相一致,此時斷層選擇性活動導致超壓幕式釋放和油氣下排,通過理論計算超壓驅(qū)動油氣下排深度一般大于300m以上(付廣等,2008),與全區(qū)337口探評井作出的實際油底包絡(luò)面深度約為200m相吻合,因此扶楊油層主要含油層位為頂部的扶Ⅰ和扶Ⅱ砂組。(3)油氣運移通道通過對全區(qū)扶楊油層3689條斷層統(tǒng)計,斷層走向以近南北向為主,均為正斷層,一般斷距10～80m,斷層密度大(約0.81條/km2),8條生長指數(shù)剖面和10條構(gòu)造發(fā)育史剖面研究表明,在嫩江組末期、明水組末期和古近系末期構(gòu)造活動,繼承性活動的密集帶邊界斷層復(fù)活開啟,成為油氣運移的通道。2.3源系統(tǒng)和存儲層的沉積特征2.3.1扶楊油層沉積物運移特征本次物源分析采用ZTR指數(shù)法,其是指重礦物中超穩(wěn)定礦物鋯石、電氣石和金紅石三者含量之和,距離物源區(qū)越遠,這三種重礦物的相對含量越高,最終可以判斷出沉積物的搬運方向和搬運距離。三肇凹陷及周邊828口探井ZTR指數(shù)分析表明三肇凹陷扶楊油層主要受西南?？滴镌春捅辈堪萑鄬镌纯刂?兩物源在徐家圍子地區(qū)交匯后向東流出,東南長春—懷德物源對研究區(qū)影響較小(圖3);重礦物組合表明西南?？滴镌匆凿喪㈦姎馐癁橹?東南長春—懷德物源以石榴子石和磁鐵礦為主,北部拜泉—青岡物源總體上重礦物含量偏低且含量相似。2.3.2河道砂體及沉積相松遼盆地扶楊油層發(fā)育獨具特色的河控淺水三角洲沉積體系,研究表明三肇凹陷扶楊油層為向上逐漸退積的層序格架,扶楊油層頂部發(fā)育最大水進期沉積的三套油頁巖標準層,扶余油層底部發(fā)育一套湖沼成因的泥巖標準層,楊大城子油層底部發(fā)育兩套湖沼成因的泥巖標準層,三組標準層在全盆地穩(wěn)定分布對扶楊油層精細對比起到很好的控制作用,利用825口井曲線和11口井巖芯對扶楊油層沉積微相及單砂體展布規(guī)律研究表明:(1)扶楊油層西南?？滴镌纯刂频暮拥郎绑w為北東向展布,北部拜泉—青岡物源控制的河道砂體為近南北向展布(圖4)。證據(jù)如下:三肇凹陷南部5個開發(fā)區(qū)共識別出367支河道單砂體,其中北東向為332支(占90.2%),北部2個開發(fā)區(qū)共識別出168支河道單砂體,近南北向為148支占(占88.2%);位于三肇凹陷東南20km的朝陽溝油田長10區(qū)塊密井網(wǎng)沉積微相揭示為西南?？滴镌?頂?shù)讟藴蕦涌刂葡碌牡貙訉Ρ缺砻鞣鰲钣蛯雍穸仍跇?16井附近達到最大值,且南部比北部沉積厚度大、砂巖發(fā)育,表明西南保康物源供給較強;扶楊油層沉積時期處于盆地坳陷初期,在三肇凹陷西部存在次級沉降中心,因此西部白城物源對研究區(qū)直接影響不大(圖3)。(2)扶楊油層頂部(扶Ⅰ1—扶Ⅰ3小層)為三角洲前緣亞相沉積,發(fā)育水下分流河道及末端河控席狀砂,河口壩等微相不發(fā)育,無前三角洲相,證實了典型淺水河控三角洲沉積環(huán)境;扶楊油層中—下部(扶Ⅰ4—楊Ⅲ8小層)為三角洲分流平原亞相沉積,發(fā)育陸上分流河道微相,其它類型微相不發(fā)育;39個時間單元沉積微相揭示扶Ⅰ7—扶Ⅱ1小層為扶楊油層水退最大期,分流河道砂體最發(fā)育,且處于油氣下排深度內(nèi),因此為油氣富集主要層位。通過對扶楊油層337口探評井953個試油層位試油強度和微相類型分析表明,油氣下排深度內(nèi)的中厚層河道砂體為扶楊油層主要儲油單元,其它類型微相含油性較差(表1)。2.4油藏類型分析結(jié)果通過對探評井試油和開發(fā)區(qū)動態(tài)資料綜合分析,扶楊油層不僅在凹陷斜坡鼻狀構(gòu)造高部位的州201試驗區(qū)獲得了工業(yè)油流,而且在近凹陷中心的構(gòu)造低部位升平南試驗區(qū)也獲得了高產(chǎn)工業(yè)油流,且油氣柱高度都大于圈閉幅度,同時位于繼承性凹陷中心的徐18、徐19、徐3、徐23四口井分別在位于距扶頂28～114m的河道砂體中發(fā)現(xiàn)油浸、含油和油斑,說明油氣分布不受局部構(gòu)造控制,而是受油源斷層控制,通過對全區(qū)337口探評井試油分析,發(fā)現(xiàn)183口工業(yè)油流井都位于斷層密集帶兩側(cè)或油源斷層附近,且距離油源斷層越近產(chǎn)能強度越高,又由于扶楊油層主要儲層分流河道砂體展布方向為北東向或近南北向,與斷層密集帶邊界斷層多為高角度相交,因此三肇凹陷扶楊油層的油藏類型主要為受油源斷層和河道砂體控制的巖性或斷層—巖性油藏。3王圣柱式2007油氣成藏除了要具備生、儲、蓋和圈閉等靜態(tài)地質(zhì)條件外,還需要這些地質(zhì)條件在時空上合理匹配,在剖析扶楊油層成藏主控因素基礎(chǔ)上,認為烴源灶—圈閉空間位置和運移通道配置形式共同控制油氣運聚模式(王圣柱等,2007;付廣等,2008)。三肇凹陷扶楊油層成藏模式為明水組末期青山口組烴源巖達到生油高峰,油氣在超壓作用下沿開啟的斷層密集帶邊界斷層下排到兩側(cè)上升盤地壘或斷階圈閉中,然后沿著溝通油源斷層的分流河道砂體做短距離側(cè)向運移,在構(gòu)造有利的部位聚集成藏(圖5)。由于斷層密集帶兩側(cè)為斷層上升盤,多形成地壘或斷階圈閉容易接受油氣充注,即斷層密集帶兩側(cè)為油氣富集區(qū);而斷層密集帶內(nèi)多為地塹部位,且地層傾向與油氣沖注方向一致,只有形成反向斷塊時才能聚集成藏,因此斷層密集帶內(nèi)不是油氣富集有利部位。如目前扶楊油層已開發(fā)試驗區(qū)皆位于斷層密集帶兩側(cè)。4油源斷層不發(fā)育區(qū)在成藏模式指導下,結(jié)合目前的鉆井資料及圈閉發(fā)育情況,在三肇凹陷扶楊油層尋找油源斷層上升盤地壘或斷階圈閉砂巖發(fā)育區(qū)塊,最終在全區(qū)刻畫出47個油氣富集圈閉(圖6),新增含油面積192.86km2,預(yù)測石油地質(zhì)儲量0.5億噸;核銷位于斷層密集帶內(nèi)或油源斷層不發(fā)育區(qū)的探明儲量區(qū)和控制儲量區(qū)122.5km2,建議這些區(qū)塊今后不作為有利鉆井區(qū)