松辽盆地尚家油田葡萄花油层成藏过程的再认识

任宪军，单玄龙，王建波

1.吉林大学地球科学学院，长春 130061

2.中石化东北油气分公司勘探开发研究院，长春 130062

0 引言

尚家油田位于黑龙江省肇东市昌五镇东北约8.5km处，区域构造位于松辽盆地北部中央坳陷区三肇凹陷东北端向西南倾斜的尚家鼻状构造上，鼻状构造轴向为北东向，西部与榆树林单斜相邻，地层整体倾向为东北高、西北低。尚家油田自1986年开展详探工作以来，已在上白垩统姚家组一段中的葡萄花油层获得13口工业油流井，充分显示了该区葡萄花油层含油远景。然而受该区地质条件复杂、勘探程度低的制约，前人虽对该区葡萄花油层油成藏规律做过一定的研究工作[1-4]，但只是建立在油源对比基础上。根据葡萄花油层空间分布情况建立的油运聚成藏模式，缺乏一定的证据支持，明显不利于该区葡萄花油层油成藏机理的认识，不能明确指导该区葡萄花油层下一步的勘探方向。本次旨在通过尚家地区区域构造背景及断裂与砂体的匹配关系，分析尚家地区葡萄花油层原油运聚机制，以期对重新认识葡萄花油层油分布规律及下步该区葡萄花油层油勘探开发进行一定的指导。

1 尚家油田扶-杨油层原油不能通过断裂向上运移至葡萄花油层

尚家地区自身青山口烃源岩未成熟[1]，不能向葡萄花油层供烃，尚家油田葡萄花油层原油主要来源于三肇凹陷青山口组源岩。过去的成藏模式为三肇凹陷青一段源岩生成的油在超压的作用下通过T2源断裂向下伏扶-杨油层“倒灌”运移；再在浮力作用下通过被断裂沟通砂体侧向运移至尚家地区；最后在浮力作用下通过T2-T11断裂向葡萄花油层中运移，在断块、断层遮挡和断层-岩性圈闭中聚集成藏，即所谓的“U”型成藏模式[5]。但通过对尚家油田的尚9-4断块油气藏的详细解剖发现，在油气分布的空间组合关系、油气成藏期与断裂活动期的匹配关系以及原油生物标志化合物的特征方面，并不能用这种“U”型成藏模式来解释尚家油田葡萄花油层油聚集成藏的特征。

1.1 油气空间的分布关系

由于断层走向与尚家鼻状构造呈高角度相交，导致鼻状构造受多条断层切割，被分割成多断块的构造格局。目前开发的尚9-4断块就位于尚家鼻状构造的轴线上，如图1所示。该断块2003年完钻控制尚9-4井，在葡萄花油层射开有效厚度2.0m，日产油12.06t；在下白垩统泉三段的杨大城子油层射开有效厚度6.0m，日产天然气91000m3，从天然气组成来看，该井天然气甲烷在烃类气体中的体积分数高达98%，为典型的干气，具备煤型气的特征。通过气源对比表明，该井天然气来自深部断陷期沙河子组煤系地层烃源岩。而尚家地区葡萄花油层原油主要来自三肇凹陷的青山口组源岩，由图2可以看出，该井杨大城子油层的天然气藏和葡萄花油层的油藏均是受断层控制的断层圈闭，也就是说，一条断裂控制了两套油气藏。由该区葡萄花油层与天然气藏的成藏时期[1，6-7]可知，下伏杨大城子油层天然气成藏时期应是泉头组沉积末期-嫩江组沉积早期，而葡萄花油层油成藏时期为明水组沉积末期，即葡萄花油层的油成藏时期要晚于下部杨大城子油层天然气的成藏时期，那么当葡萄花油层油由下伏扶杨油层向葡萄花油层沿活动开启的断裂垂向注入时，由于断裂活动开启，下部的天然气藏势必造成破坏，天然气将会沿活动开启的断裂散失，天然气藏也不会存在。由上下两套油气藏的赋存分布特征来看，尚家地区扶-杨油层原油不能通过断裂开启向上运移至葡萄花油层。

1.2 断裂活动期与源岩生排烃期的匹配关系

图1 尚家油田葡萄花油层底面（T11反射层）构造图Fig.1 Underside（T11reflection stratum）tectonic map of Putaohua reservoir in Shangjia oilfield

图2 尚9-4圈闭控圈断层形成演化史分析Fig.2 Formation and evolution analysis to faults controlling Shang 9-4fault trap

由图2可以看出，F1断裂应是断陷层烃源岩生成的天然气向杨大城子油层垂向运移的输导通道。利用断距回剥法对该断裂的形成演化历史进行恢复可知：该条断裂形成于青山口组沉积时期，在嫩江组沉积早期曾发生活动，这与杨大城子油层天然气成藏时期正好吻合[8]；而三肇凹陷青山口组源岩在明水组沉积末期才进入大量的排油期[9]，三肇凹陷青山口组源岩大量生排烃期滞后于F1断裂的活动时期。从断裂活动时期与源岩生排烃期在时间上不匹配，说明尚家油田扶-杨油层的油向葡萄花油层沿断裂向上运移不能实现。

1.3 生物标志化合物

生物标志化合物由于性质稳定，不仅是油源对比的良好指标，也是判断油气运移的重要参数[9]。例如甾烷分子参数（C29ααα20S）／（20S＋20R）与（C29-ββ）／（αα＋ββ），前者是成熟度参数，后者是良好的运移参数，二者结合可用于分析油气的运移效应。因为随着运移距离的增加，（C29-ββ）／（αα＋ββ）的相对比值是增大的[10]。

由图3可知：尚家油田尚9-4井葡萄花油层原油、扶余油层原油及杨大城子油层原油均属于成熟油；葡萄花油成熟度略低；杨大城子原油成熟度要高于扶余油层，即总体表现为下部油层油成熟度高于上部油层油。但从运移效应来看，葡萄花油层原油的（C29-ββ）／（αα＋ββ）的相对比值明显小于扶余和杨大城子油层，充分说明葡萄花油层原油运移的距离明显小于扶余和杨大城子油层油运移的距离，也说明尚家油田葡萄花油层原油并不是由该区下部扶余、杨大城子油层原油沿断裂垂向运移而来的。

图3 尚家油田原油甾烷分子参数C29ααα20S／（20S＋20R）与（C29-ββ）／（αα＋ββ）关系Fig.3 Relation between steroid molecule parameters C29ααα20S／（20S＋20R）and（C29-ββ）／（αα＋ββ）of oil in Shangjia oilfield

2 尚家油田葡萄花油层油运聚成藏机制分析

尚家地区扶-杨油层原油不能垂向运移至葡萄花油层，那么葡萄花油层的原油只能从源岩区外侧向运移至尚家地区。由钻井资料可知，尚家地区葡萄花油层属于上白垩统姚家一段，受北部沉积体系控制，属大庆东部三角洲复合体侧缘的一个叶状体沉积。葡萄花油层分为6个小层，地层厚度较薄，为15～25m。虽然葡萄花油层地层厚度薄，但通过136口探井、评价井及开发井钻井资料统计结果可知，有103口井在葡萄花油层钻遇砂岩，砂岩钻遇率为76%。根据钻井钻遇率可以表明葡萄花油层砂岩具有大面积分布的特点。但是对葡萄花油层砂岩厚度统计结果（图4a）来看：砂岩厚度大部分为2.0～8.0m，平均为5.1m；而单砂体厚度大部分小于2.0m（图4b）。而尚家地区断层走向与鼻状构造呈高角度相交，导致鼻状构造受多条断层切割，砂体被断层切割，那么砂体的连通性受到考验，油气要在葡萄花油层依靠砂体侧向运移，必须要有断裂的沟通。另外钻井资料揭示，尚家地区葡萄花油层上下皆发育大套的泥岩层系，由于断层的作用很容易造成断层一盘的葡萄花油层与另一盘之上的泥岩层对接，形成断层封闭，油气侧向运移就不能发生。鉴于以上分析，认为尚家地区葡萄花油层油能否进行侧向运移，应该取决于以下2点：一是断层断距要小于地层的厚度，也就是说，断层两盘的砂岩能够具备侧向对接的条件；二是断层断距要小于上覆泥岩盖层的厚度，因为只有断层断距小于上覆泥岩构造的厚度，上覆泥岩盖层未遭到完全破坏，泥岩层虽然被断层错断，但是泥岩的完整性没有遭到破坏，使断层在垂向上具有封闭油气的能力[11]，才能保证油气侧向运移的发生。

通过对尚家油田葡萄花油层底界面T11反射层断层断距进行统计，结果表明：有50%以上的断层断距小于4.00m，平均断距为5.95m；尚家油田葡萄花油层断距小，能够保证断裂沟通两盘砂体成为油气侧向运移的输导通道（图4c）。另外，尚家葡萄花油层上覆大套的泥岩层，葡萄花油层断层的断距小于泥岩层的厚度，使上覆泥岩盖层具有封闭能力，因此该区葡萄花油层油气的侧向运移能够实现。

3 尚家油田葡萄花油层油侧向运聚控制因素分析

3.1 断裂与砂体组合形式

断裂沟通砂体构成葡萄花油层油侧向运移的输导通道。断裂与砂体配合存在2种组合方式：一种是同向断层与砂体配合组成油气运移的输导通道；另一种是反向断层与砂体配合组成油气侧向运移的输导通道。

同向断层是指断层面倾向与底层倾向相同的正断层（图5a），这种组合模式导致断层上盘相对较低，而下盘相对较高。油气能够通过断裂沟通的砂体及断裂与砂体组合的复合输导体系进行侧向运移，而且运移的距离相对较远。这种运移方式也可称之为“阶梯式”运移方式。

图4 葡萄花油层砂层厚度及断距大小统计图Fig.4 Cartogram of sand thickness and size of fault throw in Putaohua oil layer

反向断层是指断层面倾向与地层倾向相反的正断层。本区发育的反向断层与传统的反向断层模式有所区别。在这种断层与砂体组合模式中，由于反向断层位于油气运移的上倾方向，上盘葡萄花油层中的砂岩下降，导致其下盘砂体中运移的油气被葡萄花油层之上的泥岩所遮挡，如图5b所示。正是这种原因，该类断层与砂体的组合方式不易形成油气运移的输导通道，但因其具备遮挡圈闭易于形成断层遮挡圈闭而聚集油气。正是由于这种反向断层使得断层上盘砂岩层下掉，而导致下盘砂岩层不能与上盘砂岩侧接致使油气侧向运移过程停止，而形成遮挡圈闭，造成尚家油田葡萄花油层原油只能在尚家鼻状构造靠近三肇凹陷油源区一侧的“鼻尖”部位聚集。由于受南北向反向断层的遮挡作用，远离油源区的构造高部位至今未见到油气显示。

综合以上两点可知，同向断层沟通砂体可以保证油侧向运移的持续进行，而反向断层与砂体配合易形成断层遮挡圈闭，成为油聚集的场所。

3.2 流体势场

油气在地层空间中的运移和聚集受其输导层流体势场空间分布特征的控制，油气总是由高势区向低势区运移，在低势区聚集成藏。根据势能场理论，油气势能由重力势能、弹性势能和界面势能3部分组成。尚家地区葡萄花油层中通常为常压地层，也就不存在弹性势能。另外，尚家地区葡萄花油层埋深为900m左右，属于早成岩B期，以机械压实作用为主，砂岩固结程度为半固结-固结，孔隙结构是一致的，也就不考虑界面势能的作用。那么油气运移主要受构造位置相对高低的重力势能所控制，构造相对高的部位是势能的低势区，也是油气运移的指向区。基于上述原理，通过BasinMod盆地模拟软件模拟尚家油田葡萄花油层原油在大量排烃期时（明水组沉积末期）的运移路径可知，三肇凹陷青山口组源岩生成的油气以汇聚流的方式侧向运移至尚家地区葡萄花油层并聚集成藏，其运移的载体主要是断裂与砂体组成的复合输导体系[12]。油气运移的主流线方向与尚家鼻状构造的轴线方向一致，如图6所示，这与目前尚家地区葡萄花油层勘探开发的现状一致。目前尚家油田葡萄花油层钻遇的工业油流井均分布在尚家鼻状构造的轴线上。

图5 断裂与砂体组合运移模式图Fig.5 Oil migration model of fracture combined sandbodies

图6 尚家油田葡萄花油层油在源岩大量排烃期运移路径模拟图Fig.6 Simulation map of oil migration paths at source large exhaust hydrocarbon stage of Putaouhua reservoir in Shangjia oilfield

4 结论

1）尚家油田葡萄花油层原油是经源岩区侧向运移聚集成藏的，即三肇凹陷青山口组源岩生成的油气经断裂与砂体组成的复合输导体系，以汇聚流方式侧向运移至尚家油田葡萄花油层并聚集成藏。

2）控制尚家油田葡萄花油层原油侧向运移聚集成藏的关键因素是断裂与砂体的组合形式：同向断层与砂体组合有利于油气进行长距离侧向运移；反向断层与砂体组合不利于油气的侧向运移，但利于形成断层遮挡圈闭，使油能够聚集起来。

3）由于受流体势场空间分布的控制，目前尚家油田葡萄花油层油主要聚集在尚家鼻状构造的轴线上。

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