海拉尔盆地贝西地区古流体势及油气运聚特征研究

伍英 （中石油大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，黑龙江 大庆163712）

流体势是单位质量流体具有的机械能总和，为地下孔隙中的流体流动提供了基本动力，决定着流体的流动方向，能够影响地下流体的富集与分散。地下油气在流体势的影响下，遵循由高势区向低势区方向运聚这一基本规律，油气流体势高、低势区域势场的特征为油气藏分布规律的认识提供了前提条件。因而，被广泛地应用于油气二次运移的研究，指导油气的勘探开发[1～6]。

受原始钻井资料及研究手段的限制，前人对海拉尔盆地油气的运聚有利条件、运移通道、油气藏分布规律等进行过短暂研究[7～12]。迄今为止，海拉尔盆地贝西地区还没有展开过流体势的研究工作。为了阐明成藏期流体势能分布及其对油气运聚的控制作用，笔者收集了大量基础资料，对海拉尔盆地贝西地区成藏期的流体势进行了恢复。

1 地质背景

贝西地处海拉尔盆地贝尔凹陷西部地区，东北接乌尔逊凹陷，西靠嵯岗隆起南部，南邻塔木察格盆地。研究区内的地层自下而上发育有侏罗系的布达特群基岩浅变质岩系，下白垩统的铜钵庙组 （K1t）、南屯组 （K1n）、大磨拐河组 （K1d）、伊敏组 （K1y），上白垩统的青元岗组 （K2q），新近系呼查山组（Nh）及第四系，其中K1n是研究区内油气勘探的主要目的层位。暗色泥岩主要发育在贝西地区南屯组一段 （K1n1）、二段 （K1n2），以K1n1最为发育。K1n1以贝西北次凹、贝西南次凹为主，苏德尔特构造带内次之；K1n2则以贝西北次凹、贝东北次凹为主。

贝西地区的地层先后经历了 “断陷－断坳－坳陷”3期构造。其中，断陷期内发育K1t、K1n2，断坳转换期发育K1d、K1y；坳陷期发育K2q。在断陷期，NEE向、NE向断层最为发育，这2组断层控制了贝西地区构造带的形成与烃源岩的分布。早白垩世后，研究区经历了3次区域性的构造运动，分别发生于K1n沉积末期、K1y沉积末期及K2q沉积时期[13]，形成了贝西斜坡、呼和诺仁、霍多莫尔、苏德尔特等正向构造带以及贝西北次凹、贝西南次凹、贝东北次凹等负向构造带 （图1）。贝西地区K1n沉积末期，由于受到区域挤压应力场的作用，区内大部分地区抬升遭受剥蚀，尤其以霍多莫尔构造带和苏德尔特构造带最为明显。在K1y沉积末期，北东向断层发生走滑，形成走滑断裂带，在贝西斜坡带形成了北东向雁行式走滑断层，其活动呈北强南弱之势，使得斜坡北部在K1y沉积末期改造强烈，形成顺向断层，切割K1n地层。贝西地区曾发生过多次的生排烃，前人利用多种方法对贝西地区成藏期次进行过研究[14～16]，结果都表明贝西地区K1n油气充注时期为120～80Ma，其中110～90Ma期间（相当于伊敏组二段 （K1y2）、三段（K1y3）时期）为油气大规模注入储层时期，此时烃源岩大量生排烃，油气运移动力充足，有利于油气聚集成藏。因而，推断该地区油气成藏为K1y中－晚期，这与该区的沉积和构造演化史一致。

图1 贝西地区构造单元与早期控陷断层叠合图

2 成藏期流体势

石油和天然气都是流体，具有流动的趋势，并自发地总是从单位机械能较高的地方向单位机械能较低的地方渗流，最终达到势能相对较小而动能接近于零的平衡状态。油气一生成即开始运移，从烃源岩运移到储层、从储层运移到圈闭中形成油气藏。K1y末期，贝西地区在生、排大量油气的同时，油气伴随高温、高盐度的地层水进入储层，再通过不整合面、断层与砂体等通道继续运移，最终在保存条件较好的圈闭中聚集成藏。因此，控制油气运聚成藏的决定性动力因素是成藏期流体动力，通过对油气生成运移时期的古流体势恢复，可以更可靠地辨识有利油气聚集区。

2.1 流体势原理

England[17]在Hubbert的研究基础上对流体势重新进行了描述，增加了毛细管压力作用的内容。他将流体势定义为从基准点 （面）传递单位体积流体到研究点所必须做的功，即：

式中：Φ为流体势，J/m3；g为重力加速度，m/s2；Z为流体高程，m；ρ为流体密度，g/cm3；p为孔隙流体压力，Pa；v为流体速度，m/s；σ为界面张力，N/m；θ为润湿角，（°）；rp为孔隙半径，mm。

因此，利用成藏期的古埋深、古压力、流体密度资料，结合毛细管压力即可对成藏期的流体势进行研究。

2.2 地层埋深

流体势与地层的埋深紧密相关，在分析贝西地区的流体势之前，有必要先了解区内目的层位的成藏期地层埋深背景。结合贝西地区的地质背景分析得知，研究区在K1y末期受区域性挤压应力作用普遍抬升，遭受剥蚀，在恢复成藏期埋深时，应对剥蚀掉的地层厚度进行恢复。由于在贝西地区完成了三维地震的全覆盖，使得在宏观层次上定量恢复剥蚀厚度成为了可能。采用地震地层趋势法对贝西地区K1y2、K1y3进行剥蚀量恢复发现，研究区成藏期埋深可表示为：

D＝Dx＋Da－Dy（2）式中：D为成藏期埋深，m；Dx为现今K1n地层埋深，m；Da为K1y末期的剥蚀厚度，m；Dy为K1y现今地层埋深，m。结果表明，贝西斜坡带剥蚀程度最重，地层剥蚀厚度300～600m，由贝西斜坡向东地层剥蚀厚度逐渐减小。通过分析古埋深的平面分布特征 （图2），由贝西北次凹往西向贝西斜坡带方向，成藏期埋深逐渐变浅。其中，贝西北次凹成藏期埋藏深度最大，洼槽区内北部较南部深约200m；贝西南次凹成藏期埋藏深度次之，而贝西斜坡带、霍多莫尔、苏德尔特和呼和诺仁等构造带成藏期埋藏深度最浅。

2.3 地层孔隙流体的异常压力

图2 贝西地区成藏期埋深平面分布图

古流体压力是油气运移、聚集的源动力。成岩过程中，泥岩的压实程度远远大于砂岩，因而能近似表征压实作用的主过程。在泥岩压实过程中，当欠压实泥岩埋深达到一定深度时，正常压实作用停止，开始欠压实形成异常孔隙流体压力。随着埋深增加、压实作用增强、蒙脱石脱水、有机质生烃以及流体热增压等作用达到一定阶段后，地层孔隙内的大量流体在排出中所受的阻力也将逐渐增大，从而使得烃源岩出现一系列的微裂缝。油、气、水通过裂缝－孔隙系统向外排出，降低烃源岩内流体的压力，待压力恢复至平衡状态时，微裂缝系统闭合。处于压力平衡状态的地层埋藏深度即为欠压实泥岩内孔隙流体异常压力的终止深度。正是这种孔隙流体的异常压力，使得油气在盆地内能够得以运移、聚集[18]，或是阻止流体流动[19]。

根据异常压力等效深度的原理，欠压实段内任一点的有效应力与正常压实段上孔隙度相同点的有效应力相同，借用正常压实情况下泥岩声波时差与埋深之间的关系，可以求得地层现今的异常孔隙流体压力，进而探讨其在不同地质历史时期中的古异常孔隙流体压力[20]。

式 （3）～ （5）中：ρw为地层水密度，g/cm3；ρr为沉积岩的平均密度，g/cm3；D为泥岩埋深，m；Dn为正常压实曲线上平衡深度，m；Δt0为地表处声波时差，μs/m；Δt为深度D处泥岩声波时差，μs/m；Δp为欠压实泥岩异常孔隙流体压力，Pa；pw为静水柱压力，Pa；C为泥岩正常压实趋势线斜率，m－1。

对贝西地区125口井泥岩段声波时差曲线进行统计，用声波时差值与深度的关系式可计算出参数C、lnΔt0、lnΔt等，结合沉积岩和地层水密度等资料，即可求取研究区K1n地层每口井成藏期相应深度的欠压实泥岩异常孔隙流体压力。结果表明：成藏期孔隙流体异常压力值在负向构造带贝西北和贝西南次凹的明显高于各正向构造带；贝西北次凹的略高于贝西南次凹；苏德尔特、霍多莫尔、呼和诺仁构造带的最低 （图3）。

图3 K1n1成藏期异常孔隙流体压力分布图

2.4 毛细管压力

毛细管压力对油气运移起阻止作用[21]，岩石越致密，孔喉半径越小，毛细管压力越大，封堵油气的能力也就越强。根据李明诚[18]引进的计算诺模图分析得出，研究区的毛细管半径与孔隙度、渗透率之间的关系式为：

式中：rc为毛细管半径，μm；K为渗透率，mD； 为孔隙度，%。

计算结果发现：毛细管压力与孔隙流体异常压力的比值很小，K1n2为0.009～0.19MPa，K1n1为0.004～0.18MPa（表1），这种微弱的毛细管压力还不足以对整个流体势场造成明显的影响。

表1 贝西地区代表井毛细管压力

3 流体势对油气的运聚影响

3.1 流体势分布特征

根据成藏期古埋深、古压力和毛细管压力等参数，计算出海拉尔盆地贝西地区成藏期的流体势值，与该区发育的油藏范围叠合 （图4）发现：负向构造带贝西北次凹为流体势最高区，贝西南次凹次之；

正向构造带霍多莫尔、苏德尔特和呼和诺仁构造带以及贝西斜坡带K1n的流体势最低。

3.2 流体势分布特征与油气运聚的关系

结合贝西地区已发育的油气藏类型和成藏期流体势在各构造单元的分布特征 （图4）可以看出：成藏期流体高势区贝西北、贝西南次凹为贝西地区埋藏最深、烃源岩最发育的凹陷沉积中心，低势区正向构造带为洼槽区周缘的构造高部位；处于反向断阶高部位的各低势区是油气聚集的最有利地区，流体势过渡区带为油气运移的相对活动区，油气运移的总方向为凹陷至构造高部位；油气藏在流体势场的分布特征与油气藏类型有密切关系。

图4 K1n1成藏期流体势分布与油藏类型叠合图

构造油气藏多为油气在流体势差的驱动下由高势区 （烃源岩区）向上运移至低势区而形成的。霍多莫尔构造带与苏德尔特构造带具有相似的构造背景，早期北东向断裂控制了其形成和演化，在构造带上升盘与NEE向断层组合形成多个断阶。成藏期油气在流体势作用下，通过次级NE向断裂和不整合面与源岩区连通，由高势区贝西北次凹向低势区霍多莫尔构造带和苏德尔特构造带运移，在各断阶上的低势区聚集形成构造油藏。早期NEE向呼和诺仁断裂控制了贝西南斜坡及贝西南次凹的形成和演化，在K1n末期形成贝西南斜坡及呼和诺仁构造带。在该断裂的控制下，整个呼和诺仁构造带为一个大的断鼻构造带，油气通过NE向次级断层，从高势源岩区贝西南次凹向呼和诺仁构造带反向断块高部位和贝西南斜坡反向断块运移，形成构造油藏。

岩性－构造或构造－岩性油藏多发育在高势向低势过渡的区带。早期NE向反向正断层控制而形成的洼槽区贝西南次凹，为高势向低势的过渡地带，位于三角洲前缘相带，砂体发育，油气通过断层和砂体运移形成岩性－构造油藏；近洼槽区的西北次凹边缘为霍多莫尔构造带的下降盘，构造不发育，油气在流体势作用下，通过断裂及沿断裂分布的一系列砂体运移至较高势区形成构造－岩性油藏。

4 结论

1）贝西地区高流体势区为凹陷沉积中心，低势区多为洼槽区周缘的正向构造带。

2）流体低势区和流体势梯度较高的过渡区带是油气藏发育有利区带。

3）成藏期油气从流体高势区通过断层和不整合面向上运移至流体低势区霍多莫尔、苏德尔特、呼和诺仁构造带及贝西南斜坡等反向断阶高部位，形成构造油藏；通过断层和砂体在流体势的作用下于贝西南次凹形成岩性－构造油藏；在构造欠发育的贝西北次凹边缘流体势梯度较高的过渡地带发育构造－岩性油藏。

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