松辽盆地三肇凹陷葡萄花油层油藏分布特征及其控制因素

孙雨，马世忠，姜洪福，刘云燕，刘宗堡，于利民

(1. 东北石油大学 地球科学学院，黑龙江 大庆，163318；2. 大庆油田有限责任公司 第八采油厂，黑龙江 大庆，163514)

人们在松辽盆地继大庆长垣等背斜部位发现大规模的石油地质储量之后，在长垣两侧的凹陷区也发现了较丰富的油气资源，深入认识凹陷区的油藏分布特征及其控制因素对于进一步勘探方向确定、重点评价区优选及开发潜力挖掘等具有重要指导作用[1−2]。三肇凹陷位于大庆长垣东部，是松辽盆地北部最重要的生油、富油凹陷，葡萄花油层为其主要产层。经过多年的勘探与开发，在三肇凹陷葡萄花油层相继发现了宋芳屯、升平、徐家围子、永乐、肇州和榆树林等油田，含油面积整体叠合连片，但同时也发现次级凹陷中心大面积含油、油水分布关系复杂及重力分异作用不明显等复杂问题在凹陷内普遍存在[3]，这些问题的存在给三肇凹陷进一步油气勘探带来很大的难度。因此，有必要深入剖析三肇凹陷已发现油藏的类型及分布特征，了解本区油气富集规律及其控制因素，以期指导下一步的油气勘探。

1 地质概况

图1 松辽盆地三肇凹陷地层系统及区域位置Fig.1 Stratigraphic column and showing location of Sanzhao Sag in Songliao Basin

图1所示为松辽盆地三肇凹陷地层系统及区域位置。三肇凹陷是松辽盆地北部坳陷构造层中的一个二级构造单元，如图1所示。其内部受基底断裂控制形成了宋芳屯鼻状构造、升平鼻状构造、尚家鼻状构造、肇州鼻状构造、升平西次级凹陷、徐家围子次级凹陷、永乐次级凹陷7个三级构造单元，呈近于“十字”形对顶的构造格局(图1)。葡萄花油层属于上白垩统姚家组一段时期(以下简称姚一段)沉积的地层[4]，是松辽盆地北部主要产层之一。该段地层形成于松辽盆地整体坳陷过程中的一个显著回返和填充时期，即青山口组水退旋回晚期至姚家组水进旋回早期，主要发育一套大面积低水位体系域河控浅水三角洲沉积[5]，构成该沉积体系骨架砂体的分流河道砂体、河口坝砂体及席状砂是葡萄花油层的主要储层。油源对比表明：三肇凹陷葡萄花油层的油气主要来源于下伏青山口组烃源岩[6]，青山口组源岩在嫩江组末期生油门限，开始生油，至明水组末期进入生油高峰期，开始大量排烃。构造发育史研究表明[6]，嫩江组末期、明水期组末期及早第三纪晚期盆地经历了3个阶段的收缩反转，从而导致T1和T1-1断层复活开启，青山口组源岩生成的大量油气通过断层输导至葡萄花油层中，再通过断裂−砂体组成的三维网层短距离侧向运移至有效圈闭内富集 成藏。

2 油藏类型与分布特征

三肇凹陷葡萄花油层复杂的断层系统与多变的沉积体系及其相带类型相匹配，形成多种多样的油藏类型。精细解剖已发现油藏发现主要以各种断块、低幅背斜、断层−岩性及岩性类油藏为主[1]，占98%左右，其中断块油藏和断层−岩性油藏又占优势,分别占已发现油藏的38% 和34% ，其次为岩性油藏，约占已发现油藏的19%，低幅背斜油藏和其他类型油藏发现较少，仅占已发现油藏的7%和2%。各类断块油藏主要分布在鼻状构造轴部和宋芳屯北部地区，为三肇凹陷葡萄花油层主要油藏类型之一。断层−岩性油藏主要分布在鼻状构造两翼、次级凹陷内斜坡与多断区及肇州地区北部，河控浅水三角洲以(水下)分流河道砂体为骨架的条带状复合朵叶体与断层匹配，易于形成断层及断层−岩性圈闭的有利条件，成为特殊的有利圈闭区。岩性类油藏主要分布在三肇凹陷南部三角洲内前缘和外前缘沉积相带转换区，储层主要为水下分流河道及其末端、薄层席状砂体为主，砂体相对薄、发育程度中等，单层厚度较薄，岩性圈闭的有效性相对较高。

经过多年的勘探与开发，人们在三肇凹陷葡萄花油层相继发现了宋芳屯、升平、徐家围子、永乐、肇州和榆树林等油田，这些油田整体具“满凹含油”特征[7]，表现为以升西、徐家围子和永乐 3个次级凹陷为中心，形成在紧邻次级凹陷的升平、宋芳屯北和宋芳屯南−肇州鼻状构造等环升西−徐家围子次级凹陷三级构造油气聚集带以及环永乐次级凹陷的三级构造油气聚集带。图2所示为三肇凹陷葡萄花油层油藏分布特征。平面上各含油单元叠合连片，整体表现为大面积含油(图 2)。油藏在次级凹陷内(徐家围子油田和永乐油田)、低缓的斜坡区(榆树林油田)和鼻状构造上(宋芳屯油田、升平油田和肇州油田)均有分布，甚而在次级凹陷的最低部位也发现有大量油藏存在。油层厚度在区内变化总趋势是从西北向东南逐渐减薄，由东向西含油性变差，含油高度由鼻状构造向次级凹陷内逐渐变小，探明油气储量丰度也具此变化规律。葡萄花油层纵向上相对集中，分布在厚度约14～72 m 姚一段内，单砂层薄，厚度一般为1～3 m，相互叠置，各自形成独立的含油单元，在油田高部位、低部位错落有致地分布。

图2 三肇凹陷葡萄花油层油藏分布特征Fig.2 Characteristics of reservoirs distribution of Putaohua oil layer in Sanzhao Sag

3 油气分布控制因素

3.1 成熟烃源岩分布控制油气运移范围及方式

陆相盆地勘探实践表明，一个地区含油气丰度取决于该地区的油气源条件和油气源与圈闭的时空配置关系[8]。松辽盆地在沉降期遭受湖侵的静水缺氧深水湖泊环境下沉积的青山口组暗色泥岩为松辽盆地主要烃源岩[9]，其在三肇凹陷内厚度为 100～250 m，有机质含量丰富，以腐泥型有机质为主，其生油指标为：有机碳含量为2.0%～2.5%，干酪根含量为2.0%～2.8%，氯仿沥青“A”含量为 0.40%～0.65%，Ro为0.9%～1.3%,具备生成大量低成熟及成熟油气的能力。烃源岩定量评价表明，三肇凹陷内青山口组暗色泥岩的排烃门限深度约为1.7 km，在明水组末期进入成熟阶段，开始大量生油，为三肇凹陷葡萄花油层中油气的大规模运聚成藏提供了充足的油源。

烃源岩的成熟度对油气的运移范围及方式具有重要控制作用。成熟烃源岩范围内，油气以垂向运移为主，即在油气成藏期，三肇凹陷青山口组成熟烃源岩生成的油气沿着源−储断裂(沟通生油层和储层的断裂)直接运移至葡萄花油层中的有效圈闭内聚集成藏，无需进一步长距离侧向运移。而在未熟烃源岩范围内，下部生油层不能直接供应油气，油气以侧向运移为主，青山口组生成的油气必须先经过源−储断裂运移至葡萄花油层中，再在浮力作用下沿断裂与砂体组合形成的侧向运移通道向构造高部位作进一步长距离侧向运移后到达有效圈闭内聚集成藏。这样，砂体与断层组成的侧向运移通道的好坏就决定了油气侧向运移的有限性，在侧向运移通道条件不好的情况下，油气很难运移到较远的圈闭内聚集成藏。因而，三肇凹陷已发现油藏大多处于成熟源岩控制范围内(图2)，而处于三肇凹陷构造较高部位，但在成熟烃源岩范围外的尚家鼻状构造含油性较差。

3.2 (水下)分流河道砂体展布控制优质储层空间分布

物源与沉积体系严格控制着含油气凹陷的储层展布方向与空间分布模式[10]，特别是沉积微相的空间展布特征决定着优质储层类型、成因及空间分布。作者根据多口取心井岩心观察与大量测井资料的分析，充分应用3 256口密开发井的资料，编制三肇凹陷葡萄花油层重点沉积时间单元的沉积微相图，从而对葡萄花油层三角洲类型与储层分布模式有新的认识。研究表明葡萄花油层发育的微相类型有(水下)分流河道、溢岸砂、天然堤、河口坝、席状砂和分流河道间湾等。通过对岩性、电性、物性、含油性的分析，确定可作为优质储层的几乎仅是各类河道砂体和少量薄层砂，特别是各类河道砂体，其可控制该区葡萄花油层油气储量的95%以上，天然堤、决口扇、溢岸砂多为含泥粉砂岩、泥质粉砂岩，很难成为有效储层。由此可见，(水下)分流河道砂体展布特征直接控制着优质储层空间分布。研究还揭示了三肇凹陷葡萄花油层为松辽盆地北部远源、流长、能强的大型河流—三角洲沉积体系的东南南分支入湖而成，具典型河控浅水三角洲沉积特征：

(1) 三角洲前缘亚相发育，发育大量密集(平均分布密度1.02 km)、窄的(多为200～300 m)水下分流河道沉积。图3所示为三肇凹陷葡萄花油层52小层沉积微相及单砂体展布。砂体连续且向水下延伸较远，直至消失变成薄的席状砂；

(2) 河口坝沉积不甚发育，河口坝发育需要较强的湖水改造，浅水湖泊水动力较弱，难于满足条件，另外，河控浅水三角洲建设性较强，河道进积速度快，致使河口坝沉积不能较好地保存；

(3) 三角洲前缘亚相区存在较多的暗紫色泥岩，三肇凹陷葡萄花油层沉积时期地势平缓，水体较浅，湖水动力条件较弱，受短期基准面旋回层序控制的湖平面升降波动频繁，长期处于弱氧化、弱还原沉积环境中而形成暗紫色泥岩；

(4) 以浅湖相为主的前三角洲沉积。

图3 三肇凹陷葡萄花油层52小层沉积微相及单砂体展布Fig.3 Distribution of sedimentary microfacies and monosandbody of 52 in Putaohua reservoir of Sanzhao Sag

3.3 断裂是油气优势输导通道，油气以垂向运移为主

图4所示为松辽盆地三肇凹陷葡萄花油层断裂分布。断裂是控制圈闭形成与油气运聚的关键因素，是油气运移的优势输导通道，构造发育史研究表明，三肇凹陷青山口组沉积末期在区域性伸展应力场作用下，为调节基底断裂伸展作用而产生的张性断层最发育，形成大量断开青一段烃源岩和葡萄花油层储层的T1，T1-1断层及葡萄花油层内部断层，断距一般为10～40 m，延伸长度为1～4 km，断层走向以北西向为主，北东向、南北向次之，仅有少许为东西向。断层密度平均为 2.8 条/km2，其中肇州地区密度达到 6.7条/km2，如图4所示。这些断层构成油源通道网层(切至油源层中的油源断裂网)和油气聚集网层[11−12](由被次级断裂网连通的树枝状砂岩透镜体组成)，为青一段烃源岩直接向葡萄花油层排烃提供优势输导通道，同时为油气侧向运移提供通道。油气沿油源断裂网运移至油气聚集网层，再沿砂体-断裂三维输导网络侧向运移至具有保存条件的各类优势圈闭内保存起来,形成油气藏。断裂与岩性组合样式的多样化同时也导致了复杂的油水关系。

图4 松辽盆地三肇凹陷葡萄花油层断裂分布Fig.4 Distribution of faults in Putaohua oil layer of Sanzhao Sag, Songliao Basin

特别是三肇凹陷内存在多条与油气主要运移方向垂直或高角度斜交的大型断层，对油气的聚集具有重要的控制作用[1,13−14]。这类大型断层多为源-储断层，在油气运移阶段是沟通源岩与储集层的良好通道；而在油气成藏阶段，由于其断距大且与油气主要运移方向垂直或高角度斜交，能够很好的封堵向高部位运移的油气，起到很好的封挡作用，从而造成了这类断层邻凹一侧油气相对富集。目前，三肇凹陷葡萄花油层已开发区块大部分属于与油气主运方向垂直或高角度斜交的大型断层的邻凹侧的富油区带，如图5所示。

图5 三肇凹陷葡萄花油层大型断层与富油区对应关系Fig.5 Relationship between fault and petroleum enrichment area in Putaohua reservoir of Sanzhao Sag

断裂与砂体的组合方式控制着油气的侧向输导能力与范围。三肇凹陷葡萄花油层主要为河控浅水三角洲沉积，有效储层主要为条带状(水下)分流河道砂体及少量河控席状砂与河口坝砂体，展布方向受物源−水系方向控制。凹陷西部宋芳屯鼻状油田→肇州油田，受北部物源、东南南水系分支控制，骨架砂体展布呈东东南−南东向展布，与近北北东向展布的断裂高角度斜交(甚至垂直相交)，形成很好的侧向运移通道，油气在砂体−断裂三维网层中迂回运聚，运聚范围大，距离远，油气富集高度大。凹陷东侧的尚家地区则相反，受北部物源、北北东水系分支控制，骨架受砂体展布为北北东−南西向，砂体的空间叠置方式和展布方向不利于油气的侧向运移。另外，构造高部位的断层和砂体呈平行或低角度斜交，其组合形成的侧向运移通道也不利于油气的侧向运移，油气运移距离短，分布范围小，油气富集高度小。

3.4 继承性鼻状构造是油气运移优势指向，并构成富油区

图 6所示为三肇凹陷古油气运移路径及成藏模式。富油气凹陷内继承性鼻状构造是油气聚集的最有利指向区[1]，其向凹陷的倾没端和邻凹两侧最邻近生油凹陷，具有地理优势，能够最早且最多地获得油气而成为有利富油带。三肇凹陷长期继承性发育宋芳屯、肇州、升平和尚家4个鼻状构造，是油气侧向运移主要指向和本区油气主要聚集带如图6所示。如：升平鼻状构造的西、南及东部三面呈半圆形环绕升西与徐家围子生油凹陷，该鼻状构造位于油气主要运移路线上，是良好的油气运聚部位，其鼻状构造轴部、东西邻凹两侧依次成为有利富油区带；宋芳屯鼻状构造东、西两侧紧邻生油凹陷(永乐次级凹陷、徐家围子次级凹陷)，具备两侧充沛供油能力，特别是其东侧大面积、南北长距离邻近生油凹陷(徐家围子次级凹陷)，具大面积、长线供油优势，其鼻状构造东侧、轴部、西南侧依次成为有利富油区带。此外肇州鼻状构造油气富集程度也较高，尚家鼻状构造因其处于成熟源岩控制范围之外，加之侧向运移通道条件较差，油气长距离侧向运移困难，从而造成油气富集程度较差。

图6 三肇凹陷古油气运移路径及成藏模式Fig.6 Model for migration paths way of hydrocarbon accumulations in Sanzhao Sag

3.5 多因素时空配置控制油气最终富集成藏

有效源岩、优质储层、油气运移诱导方向及运移通道都是油气富集成藏的关键因素，这些因素的时空配置控制了油气富集区最终的空间分布。三肇凹陷葡萄花油层多年的勘探与开发有效地证实了这一点。宋芳屯和肇州 2个鼻状构造为三肇凹陷内继承性古隆起，对油气的聚集具有很大诱导作用，与徐家围子、永乐生油凹陷大面积、长距离连接，具备充沛的供油能力，加之发育密集的北北东向展布的断裂网与近东东南向展布的砂体高角度斜交，垂−侧运移通道良好，为油气成藏因素配置程度最高区域，这也使该区成为三肇凹陷内一类有利成藏区，区内含油面积大，连片叠合，含油高度大。升平鼻状构造、徐家围子次级凹陷与永乐次级凹陷成藏因素配置程度次之，为二类油气成藏有利区。尚家鼻状构造配置程度最差，其距离生油凹陷较远、处于成熟源岩范围之外，油气供应不足；另外，区内北北东向展布的砂体与断裂展布方向趋于一致，呈平行或低角度斜交，侧向运移通道条件较差，油气运移距离短，分布范围小。因此，尚家鼻状构造为三肇凹陷葡萄花油层油气富集程度最差的三级构造单元，仅在鼻状构造的鼻尖处及临近生油凹陷一侧有零星油气分布。

4 结论

(1) 三肇凹陷的油藏类型主要以各种断块、低幅背斜、断层−岩性及岩性类油藏为主，其中断块油藏和断层−岩性油藏又占优势。各类断块油藏主要分布在鼻状构造轴部和宋芳屯北部地区，断层−岩性油藏主要分布在鼻状构造两翼、次级凹陷内斜坡与多断区及肇州地区北部，岩性类油藏主要分布在三肇凹陷南部三角洲内前缘和外前缘沉积相带转换区。

(2) 油藏分布整体具“满凹含油”特点，但油水分布规律极其复杂；平面上表现为以升西、徐家围子和永乐3个次级凹陷为中心，形成在紧邻次级凹陷的升平、宋芳屯北和宋芳屯南−肇州鼻状构造等环升西−徐家围子次级凹陷与永乐次级凹陷的三级构造油气聚集带；纵向上相对集中，分布在厚度为14～72 m 的葡萄花油层内。

(3) 油藏分布主要受控于 5种地质因素：成熟烃源岩分布控制油气运移范围及方式，成熟源岩区油气以垂向运移为主，未熟源岩区油气主要以侧运移为主；(水下)分流河道微相展布控制优质储层空间分布，三肇凹陷葡萄花油层可作为优质储层的几乎仅是各类河道砂体和少量薄层砂，特别是各类河道砂体，其可控制该区层油气储量的95%以上；继承性鼻状构造是油气运移优势指向，在油气成藏关键时期诱导油气运移，并构成富油区；断裂是油气优势输导通道，油气以垂向运移为主，断裂与砂体组合方式控制油气的运移范围与分布；多因素时空配置控制油气最终富集成藏与分布。

[1] 孙雨, 马世忠, 刘云燕, 等. 松辽盆地三肇凹陷葡萄花油层成藏模式初探[J]. 地质科学, 2008, 43(4): 746−757.SUN Yu, MA Shi-zhong, LIU Yun-yan, et al. A prelim inary study on models of hydrocarbon accumulations of the Putaohua oil layer in the Sanzhao Sag, Songliao Basin[J]. Chinese Jour Geol, 2008, 43(4): 746−757.

[2] 施立志, 吴河勇, 林铁锋, 等. 松辽盆地大庆长垣及其以西地区扶杨油层油气运移特征[J]. 石油学报, 2007, 28(6): 21−26.SHI Li-zhi, WU He-yong, LIN Tie-fen, et al. Characteristics of hydrocarbon migration in Fuyang oil layer in Daqing placanticline and its western area in Songliao Basin[J]. Acta Petrolei Sinica, 2007, 28(6): 21−26.

[3] 吴河勇, 梁晓东, 向才富, 等. 松辽盆地向斜油藏特征及成藏机理探讨[J]. 中国科学(D辑): 地球科学, 2007, 37(2):185−197.WU He-yong, LIANG Xiao-dong, XIANG Cai-fu, et al.Discussion on characteristics and forming mechanism of syncline reservoirs in Songliao Basin[J]. Science in China(Series D): Earth Sciences, 2007, 37(2): 185−197.

[4] 蔡希源, 辛仁臣. 松辽坳陷深水湖盆层序构成模式对岩性圈闭分布的控制[J]. 石油学报, 2004, 25(5): 6−8.CAI Xi-yuan, XIN Ren-chen. Architectural model of sequence stratigraphy controlling the distribution of litho-trap in deep-waterlake of Songliao depressive basin[J]. Acta Petrolei Sinica, 2004, 25(5): 6−8.

[5] 袁选俊, 薛良清, 池英柳, 等. 坳陷型湖盆层序地层特征与隐蔽油气藏勘探: 以松辽盆地为例[J].石油学报, 2003, 24(3):11−15.YUAN Xuan-jun, XUE Liang-qing, CHI Ying-liu, et al.Sequence stratigraphic and subtle-trap characteristics of lacustrine depression basin[J]. Acta Petrolei Sinica, 2003, 24(3):11−15.

[6] 刘宗堡, 马世忠, 吕延防, 等. 大型凹陷斜坡带油气成藏模式:以三肇凹陷葡萄花油层为例[J]. 吉林大学学报: 地球科学版,2008, 38(6): 938−945.LIU Zong-bao, MA Shi-zhong, LV Yan-fang, et al. Hydrocarbon accumulation model of big depression ramp area: As Putaohua reservoir in the Sanzhao Depression[J]. Journal of Jilin University: Earth Science Edition, 2004, 38(6): 938−945.

[7] 赵文智, 邹才能, 汪泽成, 等. 富油气凹陷“满凹含油”论: 内涵与意义[J]. 石油勘探与开发, 2004, 31(2): 5−13.ZHAO Wen-zhi, ZOU Cai-neng, WANG Ze-cheng, et al. The intension and signification of “sag wide oil bearing theory” in the hydrocarbon-rich depression with terrestrial origin[J].Petroleum Exploration and Development, 2004, 31(2): 5−13

[8] 高长海, 杨子玉, 查明. 埕北断坡区油气成藏组合特征及分布规律[J]. 吉林大学学报: 地球科学版, 2008, 38(7): 63−68.GAO Chang-hai, YANG Zi-yu, ZHA Ming. Characteristics and distribution regularities of the oil-gas reservoir-forming assemblages in the Chengbei Fault-Ramp[J]. Journal of Jilin University: Earth Science Edition, 2008, 38(4): 63−68.

[9] 张云峰, 王朋岩, 陈章明. 烃源岩之下岩性油藏成藏模拟实验及其机制分析[J]. 地质科学, 2002, 37(4): 436−443.ZHANG Yun-feng, WANG Peng-yan and CHEN Zhang-ming.A modeling experiment on lithologic reservoir formation underlying source rocks and analysis of the mechanism[J].Chinese Jour Geol, 2002, 37(4): 436−443.

[10] 张文朝, 降栓奇, 陈彦君, 等. 断陷盆地“相-势-导”成藏模式与油气成藏[J]. 石油学报, 2003, 24(3): 11−15.ZHANG Wen-chao, JIANG Shuan-qi, CHEN Yan-jun, et al.“Facies-potential-transport”reservoir model and formation of reservoirs in fault basin[J]. Acta Petrolei Sinica, 2003, 24(3):11−15.

[11] 张善文, 王永诗, 石砥石, 等. 网毯式油气成藏体系: 以济阳坳陷新近系为例[J]. 石油勘探与开发, 2003, 30(1): 1−10.ZHANG Shan-wen, WANG Yong-shi, SHI Di-shi, et al.Meshwork-carpet type oil and gas pool-forming system: Taking Neogene of Jiyang depression as an example[J]. Petroleum Exploration and Development, 2003, 30(1): 1−10.

[12] 石砥石, 王永诗, 王亚琳, 等. 临清坳陷东濮凹陷新近系油气网毯式成藏条件和特征初探[J]. 地质科学, 2007, 42(3):417−429.SHI Di-shi, WANG Yong-shi, WANG Ya-lin, et al. An approach to the neogene meshwork-carpet oil and gas pool-forming system in the Dongpu Sag, Linqing Depression[J]. Chinese Jour Geol, 2007, 42(3): 417−429.

[13] 罗群, 庞雄奇. 海南福山凹陷顺向和反向断裂控藏机理及油气聚集模式[J]. 石油学报, 2008, 29(3): 363−367.LUO Qun, PANG Xiong-qi. Reservoir controlling mechanism and petroleum accumulation model for consequent fault and antithetic fault in Fushan Depression of Hainan are[J]. Acta Petrolei Sinica, 2008, 29(3): 363−367.

[14] 童晓光, 窦立荣, 田作基, 等. 苏丹穆格莱特盆地的地质模式和成藏模式[J]. 石油学报, 2004, 25(1): 19−24.TONG Xiao-guang, DOU Li-rong, TIAN Zuo-ji, et al.Geological mode and hydrocarbon accumulation mode in Muglad passive rift basin of Sudan[J]. Acta Petrolei Sinica, 2004,25(1): 19−24.