岩性油藏成藏机理及运聚模式——以牛庄洼陷为例

王勇

(中石化胜利油田分公司，山东 东营 257015)

岩性油藏成藏机理及运聚模式
——以牛庄洼陷为例

王勇

(中石化胜利油田分公司，山东 东营 257015)

在东营凹陷牛庄洼陷岩性体油藏油气分布及油源特征分析的基础上，从该区压力演化角度出发，应用隐蔽输导体系理论，分析了该区岩性油藏的成藏过程。结果表明:岩性体油藏多数为它源性多期幕式置换成藏。在区域性地层超压释放过程中，高压岩性体中地层水与早期充注的油气首先通过隐蔽输导体系向外部岩性体排出，在上部破裂岩性体中聚集成藏。高压岩性体在释放高压流体的同时，岩性体本身泄压;由于岩性体物性远好于周围泥、页岩，泄压往往较泥、页岩彻底，加之该区高压主要形成于泥、页岩烃源岩中，在下次超压释放前某一段时间，岩性体内部压力相对周围泥、页岩较低，此时高压破裂产生的断层和微裂缝还有部分尚未完全闭合，有利于油气聚集成藏。

岩性体;压力演化;隐蔽输导体系;幕式置换成藏;油气聚集

引言

随着东营凹陷牛庄洼陷勘探程度不断提高，能够发现的构造圈闭越来越少，规模也越来越小。应用现代综合勘探技术，固然还会发现一批有一定面积的微幅度构造和小断块，但是微幅度构造的数量毕竟有限，识别的难度相当大，同时因其闭合幅度低，在储集层物性较差的情况下，存在含油饱和度低的问题。因此，以地层、岩性圈闭为主的非构造圈闭已成为济阳坳陷、乃至中国东部各主要含油气盆地油气勘探的必然选择。

由于地层圈闭的有效性预测难，含油高度低，特别是上倾尖灭点的精细落实以及有利成藏的薄储层预测难度较大，目前直接寻找这类圈闭的理论和技术尚不成熟，勘探成功率低，济阳坳陷该类油藏探井成功率仅为25%左右，因此，近年来勘探重点集中在岩性油藏。“八五”以来，通过攻关岩性圈闭地球物理描述及含油性预测技术，先后突破博兴、利津、民丰洼陷及牛庄洼陷浊积岩油藏，上报探明储量1.42×108t。虽然大量学者在岩性油藏成藏方面已取得了丰硕的成果［1－5］，但浊积岩成藏机理方面仍有一些问题尚未彻底解决，如油水替换机理、排烃方式、排烃动力以及排烃机制等。因此，不管从理论还是生产实践方面，都有必要进行该区浊积岩成藏机理分析。

1 区域概况

牛庄洼陷为渤海湾中、新生代裂谷盆地四级负向构造单元，位于济阳坳陷南部的东营凹陷内，东部、北部及西部与一近弧形的东营中央背斜带相接，南部与凹陷南斜坡的王家岗—陈官庄断裂带相邻，形成1个南北界受东西向断裂控制的东西长40 km、南北宽15 km的似菱形沉积盆地，是1个结构较单一的向斜构造，北陡南缓。牛庄洼陷在沙三早期已形成洼陷雏形，沙三中期是洼陷发育的主要时期，至沙三末期，洼陷逐渐消失，是一继承性的沉积盆地。牛庄油田地处济阳坳陷东营三角洲前缘斜坡地带，三角洲沉积厚度大，面积广，是济阳坳陷内的1个地质储量近亿吨的大型油田。

2 岩性油藏分布特征

牛庄洼陷岩性油藏主要为浊积岩油藏，是东营三角洲在进积过程中由于物源供给充足，在三角洲前缘斜坡地带，液化的沉积物因外力作用，沿斜坡向下滑动过程中形成的浊流，在坡脚和湖底低洼处再次沉积形成的，后期被油气充注的结果。

2.1 岩性油藏平面分布特征

牛庄洼陷的探明储量基本上围绕洼陷中心呈环状分布。其中沙四段的储量分布在洼陷的东部;沙三中亚段含油砂体平面上具有沿边界断层分布的特点，以洼陷西部河3鼻状构造及南部牛1—王52断层一线油气最为富集，而洼陷东部牛110井区及洼陷西南部牛13井区几乎没有油气聚集;沙二段储量很少，分布在南部牛1—王52断层北(图1)。

图1 牛庄油田储量、地层压力分布

2.2 油藏纵向分布特征

牛庄油田累计探明含油面积为126.4 km2，探明储量为9 929×104t，油藏类型有岩性和构造2类，以岩性类为主，占96.27%，层位以Es32为主，是济阳坳陷最为典型的岩性油气藏之一。

3 成藏机理

3.1 隐蔽输导

图2 牛庄油田油源关系

牛庄洼陷油源关系研究表明，主力层系沙三中油源并非来自沙三中本身烃源岩，而是来自其下部沙四和沙三下亚段烃源岩(图2)，这就打破了长期以来一直认为沙三中岩性体包裹于大套泥岩当中，为自生自储式油气成藏的观点，前人有关毛管力、烃浓度扩散力联合作用成藏机理受到质疑。这样，该区油藏成藏机理研究重点就自然落到输导体系以及油水置换问题上。对于有断层切割的岩性体，沙四上和沙三下油源可沿断层运移上来;而无油源断层的岩性体，由于沙四上和沙三下烃源岩垂向渗透率极低，油气很难向上运移到该类岩性体中，微裂缝运移观点就自然而然被提出，并被大量事实所证实:①岩心和薄片观察中发现大量微裂缝，并且部分裂缝含油，说明微裂缝排烃的重要性;②牛24井区所有井点的粉砂岩和裂缝充填物样品荧光分析结果表明QGF－E强度值普遍较高，均在40～100 pc，个别样品的荧光强度值达到909.6 pc，峰值出现在350～450 nm波长范围内，说明位于主要烃源岩之上的沙三中薄层致密砂体和泥岩裂缝在主要成藏期是油气运移的通道;③岩心地球化学分析资料表明，在排烃方向上，饱和烃和芳烃含量分别保持在44%和10%左右，变化不大，表明生成的烃类是沿着压裂产生的微裂缝进入到储层中的。

上述研究说明了该区确实存在大量的导油微裂缝，因此，这些微裂缝的成因机理及其与岩性体油藏关系值得进一步研究。对全区80口探井104个测压数据进行统计分析，发现牛庄洼陷在沙三中—沙四亚段普遍存在异常高压，且越往下超压越发育，超压系统超压强度围绕着牛庄洼陷呈环带状分布，自洼陷中心至边缘超压强度逐渐降低，沙三中以牛39井和王77井附近为超压中心，超压系数可以达到1.75，在牛庄洼陷的南侧和北侧断裂带附近出现了超压系数急剧降低带(图1)。根据牛庄洼陷实测数据，本次研究采用Eaton法计算牛庄洼陷泥岩的破裂压力，牛庄洼陷地层水平均密度取1.092 g/cm3，上覆地层岩石平均密度取2.357 g/cm3，则地层孔隙流体压力梯度和上覆地层压力梯度分别为0.010 7、0.023 1 MPa/m，泊松比取自中科院伍向阳的实测数据，其范围为0.1～0.3［4］，取平均值为0.2。牛庄洼陷泥岩破裂下限的压力系数约为1.38，结合洼陷沙三中压力系数分布，认为牛庄洼陷沙三中微裂缝主要为地层异常超压所致。

3.2 幕式置换

砂岩透镜体可以通过裂缝聚集油气。同样，当其围岩存在裂缝时，聚集的油气也可以沿裂缝向上或向附近的断裂带再运移，早期充注的油气及储层水大多被后期充注的油气置换。断陷盆地构造活动及油气成藏具有多期性，这种油气水的置换过程也具有幕次性［5］。

包裹体测温表明，牛庄洼陷成岩过程中流体基本分为3个期次(图3)，第1期盐度约为0.53%～7.59%，均一温度为86～95℃;第2期盐度约为0.53%～7.86%，均一温度为104～130℃;第3期盐度约为9.08% ～14.46%，均一温度为110～143℃，证实该区油气存在多期充注。

图3 牛庄洼陷的流体演化盐度－均一温度图

牛庄洼陷残余油饱和度与异常压力两者随深度演化具有较好的相似性(图4)，表明生烃作用是该区超压形成的主要机制。该区油气平面富集规律与压力的分布具有良好的一致性，在河3鼻状构造和牛1—王52断层一线油气最富集地带同样是压力系数相对较小的地带(图1)，考虑到沙三中岩性体与烃源岩间存在较厚的泥岩层，浮力、毛管压力、烃浓度差等在该区岩性油藏形成中的作用可能较小，异常压力可能是控制该区岩性油气成藏的动力。

图4 牛庄洼陷地层压力与主要烃源岩含油饱和度剖面

在牛庄洼陷沙三中—沙四上层系存在高压流体封存箱［6］，当其内生烃导致的地层压力超过岩石抗张强度时，烃源岩及上浮岩性体破裂，并产生大量微裂缝，烃类就可以通过微裂缝排驱到岩性体中，常以混相涌流形式、间歇式排烃。

4 成藏模式

对于岩性油藏这类特殊类型的油藏，在成藏的过程中，砂体和烃源岩各自发生演化，但却经历相同的压力演化过程。

4.1 构造稳定期

4.1.1 成岩早期构造稳定期

该时期在埋藏压实作用过程中，裂陷鼎盛期沉积的各种砂体和暗色泥岩随埋深的增大，岩石颗粒之间的孔喉半径减小。但在相同的埋深条件下，砂岩和泥岩的压实程度存在差异，泥岩的压实程度较砂岩的压实程度大，砂岩中充满泥岩中排出的自由水。该时期有效烃源岩内的有机母质开始热演化，干酪根脱氧以生成水及CO2为主，有微弱的生烃作用，但生成的烃类远远不能满足自身吸附、孔隙水溶解等残留的需要［7］，因此未进入排烃门限，不能成藏(图5a)。

4.1.2 成岩晚期构造稳定期

该阶段有机质已进入了生油门限，有机质演化干酪根降解生成大量烃类，富集于烃源岩中，由于沙三—沙四泥岩厚，泥质岩石的塑性较强，1个封闭的、独立的高压流体封存箱自然而然被形成。如果该高压流体封存箱在前期未经历压力突破释放过程，其内岩性体被地层水充填，油气很难进入成藏;如果该高压流体封存箱经历过前期压力突破释放过程，由于在区域性地层超压释放过程中，高压砂体透镜体中地层水与早期充注的油气首先通过隐蔽输导体系向外排出，在释放高压流体的同时(受黏度的影响，地层水释放效率远远高于油气释放效率)，砂岩透镜体进行了泄压，由于砂岩透镜体渗透性远好于周围泥、页岩，卸压往往较泥、页岩彻底，在下次超压释放前某一段时间，砂岩透镜体内部压力相对周围泥、页岩较低，加上此时高压破裂产生的断层和微裂缝还有部分尚未完全闭合，有利于油气成藏(图5b)。

4.2 构造活动期

在构造活动期，根据应力判断，无论挤压还是拉张过程，均易于产生垂向或高角度断层，并伴生大量垂向或高角度裂隙、微裂隙［8］。如果断裂期压力封存箱已经形成，则构造运动导致封存箱盖层破裂，实现压力封存箱与外界储层的沟通。这种沟通一旦实现，在异常高压的驱动下，压力封存箱中聚集的烃类和其他流体将会以混相涌流的方式，迅速完成烃源岩的排烃和聚集成藏过程(图5c)。构造活动期后，随着流体的排出和压力的降低，裂隙将会逐渐胶结和封闭，而开始新的能量积累、压力释放和排烃过程。值得注意的是，构造活动产生的高角度断层除起到沟通有效烃源岩与上部岩性体外，还可能起到泵吸作用，断层活动时，其附近岩石极容易产生裂缝，渗透率也随之增加，这使得中深部超压带内流体迅速外泄，同时，在内外压力差的作用下，断层象泵一样把围岩内大量流体吸入，造成流体向断层带汇流，构造活动末期，汇聚的流体可能伴随着相分离、矿物快速沉淀和热液自封堵作用，断层封闭，油气富集于断层附近岩性体，即所谓的“断层阀”效应。这种现象能够很好的解释牛庄洼陷沙三中亚段含油砂体平面上沿边界断层富集的特点。

图5 岩性油藏成藏模式

从上述角度来看，无论构造稳定期，还是构造活动期，均会出现幕式成藏的特点，但显然对于不同层系不同构造位置的岩性体而言，其成藏具有一定的差别，对于源内和断裂带附近的源上岩性体而言，主要在构造成岩后期构造稳定期初期成藏，而源上距离断裂较远的岩性体主要在构造活动期成藏。也就是说，不论哪种岩性体，岩性体油藏主要成因于岩性体压力的释放，这点已被岩性成藏期流体压力演化与油气充注关系所证明，就牛庄洼陷而言，流体压力的释放期完全对应于油气的3期充注期(东营末、馆陶末和明化镇末［9］)。

5 结论

(1)牛庄洼陷岩性油藏成藏过程主要受沙三—沙四烃源岩产生的异常高压控制，异常高压不但为油气充注提供了动力，同时生成大量裂缝，为油气运聚提供了运移通道。

(2)受地层压力非均质影响，就不同层系不同构造位置的岩性体而言，其成藏具有一定的差别，对于源内和断裂带附近的源上岩性体而言，主要在异常高压释放区带构造成岩后期构造稳定期的初期成藏，而源上距离断裂较远的岩性体主要在构造活动期成藏。

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Formation mechanism and accumulation model of lithologic reservoirs:a case study with Niuzhuang sub－sag

WANG Yong
(Shengli Oilfield Company，SINOPEC，Dongying，Shandong257015，China)

The process of hydrocarbon accumulation in the lithologic reservoirs in Niuzhuang sub－sag of Dongying depression has been analyzed in respects of hydrocarbon distribution，source rock characteristics，pressure evolution and subtle transport system.The result shows that most of the turbidite reservoirs are multistage episodic reservoirs with allochthonous source rocks.In regional overpressure releasing process，formation water and early charged hydrocarbon in the high pressure turbidite would first discharge via subtle transport system to external rocks and accumulate into upper fractured turbidite.The high pressure turbidite had much better petrophysical property than its surrounding mudstone and shale，therefore pressure release would be more thoroughly.In addition，high pressure mainly formed in mudstone and shale source rocks，the pressure of turbidite would be lower than surrounding mudstone and shale before next releasing.Meanwhile，part of the faults and fractures generated due to high pressure break had not closed yet，therefore were favorable for hydrocarbon accumulation.

turbidite;pressure evolution;subtle transport system;episodic replacement;hydrocarbon accumulation

TE112

A

1006－6535(2012)03－0018－04

10.3969/j.issn.1006－6535.2012.03.004

20110812;改回日期:20120104

国家科技重大专项“渤海湾盆地精细勘探关键技术(二期)”(2011ZX05006)部分成果

王勇(1977－)，男，高级工程师，2002年毕业于湘潭工学院勘查技术与工程专业，2008年毕业于中国科学院广州地球化学研究所构造地质学专业，获博士学位，现从事油气勘探工作。

编辑林树龙