凹陷向斜区岩性类油藏油富集主控因素及成藏模式①——以松辽盆地升西—徐家围子向斜葡萄花油层为例

刘宗堡 崔羽西 方 庆 刘性全 仇翠莹 于 玥

(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;3．大庆油田有限责任公司第二采油厂 黑龙江大庆 163514;4．大庆油田有限责任公司第一采油厂 黑龙江大庆 163514)

0 引言

三肇凹陷为松辽盆地北部的一个二级负向构造单元，是大庆长垣以东最重要的生油和富油凹陷。受明水组末期构造反转影响在葡萄花油层顶面形成了四个鼻状构造(宋芳屯鼻状构造、肇州鼻状构造、升平鼻状构造、尚家鼻状构造)、三个凹陷(永乐向斜、升西向斜、徐家围子向斜)和一个斜坡(太东斜坡)共8个三级构造单元［1，2］(图 1)，其中升西—徐家围子向斜由于埋藏深和有效烃源岩厚度大为凹陷主力生油中心，盆地模拟表明其生烃量大于300×108t。截止2012年底，凹陷内已经发现石油探明储量大于5×108t，且这些探明储量主要分布在姚家组一段葡萄花油层。前人研究表明葡萄花油层为北部物源东南水系分支影响下的多旋回浅水三角洲沉积［3］，受油层减薄快、储层砂地比低和多方位断层分割的影响，是松辽盆地北部重要的岩性类油藏发育区［4］。以往针对三肇凹陷葡萄花油层成藏规律研究主要集中在构造类油藏发育的鼻状构造主体区和斜坡区［5～8］，而构造低、岩性变化快和油水分布复杂的向斜区一直没有得到重视。近年来钻井结果表明，向斜区成藏具有“满洼含油”和“甜点式富集”的特征，但油富集主控因素认识不清导致滚动开发过程中钻井成功率较低。因此，通过对升西—徐家围子向斜葡萄花油层油聚集条件和富集规律的研究，进一步总结向斜区油运聚成藏模式，对研究区及国内类似凹陷油气高效勘探与开发均具有重要的意义。

1 油藏类型及油水分布规律

构造特征是影响向斜区不同部位油气聚集差异的关键，进而控制着油藏类型和油水分布规律。依据向斜区葡萄花油层构造高程、地层倾角、断层边界和探评井试油资料，将其划分为3个次级构造单元:向斜外缘缓坡区、向斜过渡陡坡区和向斜中心深洼区，同时受明水组末期构造反转作用形成的北东东向构造脊分割形成南北两个独立的油水构造单元(图2)。通过对向斜区43个单一圈闭和横纵油藏剖面分析认为:向斜外缘缓坡区受鼻状构造边缘正向构造发育和葡萄花油层储层砂地比低(20%～30%)影响主要发育构造—岩性油藏，呈上部油层下部水层或上部油层中部同层下部水层特征，具有相对统一的油水界面，油底和水顶海拔高程小幅度变化;向斜过渡陡坡区受反向断层有效遮挡(上部砂泥对接断层侧向封闭性好)和垂向沉积演化序列(中部储层砂地比高有利于油高效输导)影响主要发育断层—岩性油藏，含油砂体主要分布在葡萄花油层中上部，而在葡萄花油层下部断层两盘砂砂对接处和非分流河道砂体发育层位主要发育水层，没有统一油水界面，整体上油下水或油水互层特征;向斜中心深洼区受地层埋藏深、断层不发育上倾遮挡弱和不同类型微相物性差异油选择性充注影响主要发育岩性油藏，油水垂向倒置，呈上水中油下水特征，即油层顶底部多发育相对深水期沉积的低孔渗席状砂，油层中部多发育相对浅水期沉积的高孔渗分流河道;凹陷间构造脊受反转构造控制同样发育构造—岩性油藏，但由于构造脊走向与成藏期油北北西向运移方向垂向，形成构造脊南坡含油性明显好于北坡(图3)。

图1 三肇凹陷葡萄花油层构造单元图Fig．1 Structural units of Putaohua reservoir in Sanzhao depression

进一步分析表明向斜区油平面分布与断层密集带关系密切，主要分布在断层密集带内局部高点及两侧反向断层圈闭中，断层密集带是指受基底断层、下部火山口、古隆起差异压实和伸展作用形成的走向相近、成因相同、分布集中的一系列条带状断层组合［9］;油垂向上受中部层位优势输导并向上逐层调整和微相物性差异油选择性充注影响主要分布在葡萄花油层中上部小层，即向斜区葡萄花油层油具有“平面成带、垂向择层”特征。

图2 向斜区葡萄花油层次级构造单元划分图Fig．2 Substrtuctual units partition of Putaohua reservoir in syncline area

2 向斜区油富集主控因素分析

2．1 有效烃源岩匹配古构造决定南北构造单元油富集差异

三肇凹陷为松辽盆地北部继承性沉降中心，受湖平面多期升降影响形成了多套优质烃源岩，由下到上依次为沙河子组煤系地层、青山口组泥岩和嫩江组一段泥岩［10］。生储盖组合特征和油源对比表明向斜区葡萄花油层油主要来自下伏青一段源岩，少量来自下伏青二+三段源岩，不可能来自上覆嫩一段源岩和下伏沙河子组煤系地层［11］。其中主要烃源岩层青一段源岩有机碳含量平均为3．125%，氯仿沥青“A”含量平均为0．504%，有机质类型以Ⅰ型和Ⅱ1型干酪根为主，镜质体反射率平均为0．83%，属于优质成熟烃源岩(表1)。青一段源岩排烃强度计算表明向斜区大部分地区均大于20×104t/km2，显示了良好的油气聚集潜力，且徐家围子向斜排烃强度(大于70×104t/km2)明显大于升西向斜(小于40×104t/km2)(图2)。同时青一段顶面古构造演化表明徐家围子向斜继承性发育(嫩江组末期形成)和埋藏深(普遍大于1 900 m)，而升西向斜形成于明水组末期和埋藏浅(介于1 600～1 900 m)，并受成藏关键时刻明水组末期形成的北北东向构造脊(隆升幅度近30 m)遮挡导致徐家围子向斜生成的油不利于向升西向斜侧向运移［4］，这种有效烃源岩特征匹配古构造背景决定徐家围子向斜为向斜区油聚集与分布的主要范围。

图3 向斜区葡萄花油层油藏剖面Fig．3 Reservoir section of Putaohua reservoir in syncline area

表1 三肇凹陷主力烃源岩的特征［11］Table 1 Characteristics of main source rocks in Sanzhao depression

2．2 油源断层组成油优势输导通道

向斜区下生上储发育特征及垂向直接叠置关系决定了断层为油优势输导通道。向斜区葡萄花油层476条断层统计表明:断层走向以近南北向为主，断层密度平均为0．78条/km2，断距一般小于25 m，平面延伸长度小于8 km，倾角介于40°～70°。断层在剖面上呈似花状组合(v字型和反y字型)，平面上呈左阶雁行式或平行状排列密集成带(北西向2条、北东向5条和近南北向5条)(图4)，三维地震剖面显示葡萄花油层断层密集带与下伏扶杨油层断层密集带继承性发育，并在扶杨油层更加明显，且不同走向断层密集带代表不同的成因机制:近南北向密集带为拉张机制下的伸展型密集带，北东向和北西向密集带为斜拉机制下的张扭型密集带，近东西向密集带为走滑机制下的调节型密集带［12］。根据断层形成活动时期及变形机制将葡萄花油层断层划分为4套:①断陷期形成坳陷期继续活动的断层;②坳陷期形成的断层;③坳陷期形成反转期继续活动的断层;④断陷期形成坳陷期和反转期继续活动的断层。由于松辽盆地构造定型期和成藏关键期均为明水组末期，因此，上述4套断层中能够成为下伏青山口组源岩生成油向上覆葡萄花油层垂向运移的油源断层为后2类［13，14］，这些油源断层主要为近南北向展布继承性活动的断层密集带边界断层，其具有沟通葡萄花油层和下伏青山口组源岩且在明水组末期反转变形特征，其中徐家围子向斜发育的油源断层(23条)明显多于升西向斜(7条)，同时油源断层少和排烃强度低造成升西向斜含油性较差(图5)。通过对向斜区葡萄花油层油分布特征与油源断层关系分析，油源断层控藏主要表现为:①向斜外缘缓坡区受鼻状构造边缘影响油源断层主要起垂向输导和侧向调整作用，形成相对统一油水界面的构造—岩性油藏;②向斜过渡陡坡区受断储配置关系影响油源断层主要起侧向输导和封闭遮挡作用，当油源断层走向与地层倾向近平行时主要起输导作用，当油源断层走向与地层倾向近垂向时主要起遮挡作用，此时由于断层密集带“v字型”对倾结构多表现为反向断层下盘遮挡聚油;③向斜中心深洼区受微相物性差异影响油源断层主要起垂向输导作用，“接力中转”下伏青山口组源岩生成的油向密集带内及两侧运移，形成分流河道单砂体控制的岩性油藏。

图4 向斜区油源断层、断层密集带和油分布关系图Fig．4 The relationship among oil-source fault，fault condensed zones and oil distribution in synclinal area

图5 向斜区葡萄花油层断层类型图Fig．5 The fault types of Putaohua reservoir in synclinal area

图6 向斜区葡萄花油层砂体类型及沉积演化规律图Fig．6 Sandbody types and sedimentary evolution rule of Putaohua reservoir in synclinal area

2．3高孔渗分流河道砂体为油聚集优质储层

时间单元沉积微相揭示向斜区葡萄花油层发育河控浅水三角洲沉积［15］，主要发育陆上及水下分流河道微相和少量河道间微相(席状砂、河口坝、天然堤和溢岸砂等)。通过对葡萄花油层有效厚度大于0．5 m的1279个井层含油砂体微相类型统计分析，认为向斜区主要含油砂体为分流河道、席状砂和河口坝，其它类型微相含油较少，进一步分析主要含油砂体产能强度分流河道(2 t/d·m)明显好于席状砂(0．7 t/d·m)和河口坝(1．0 t/d·m)，即分流河道是向斜区葡萄花油层油聚集的主要微相类型，这是因为分流河道相对于其它类型微相单砂层厚度大、抗压实作用强、非均质性弱、泥质含量低、孔渗性高和侧向连通性好，因而有利于油侧向运移和聚集成藏(图6)。

为了验证沉积微相类型造成的物性差异是影响向斜区油“甜点式”富集的主要因素，选取徐家围子向斜葡萄花油层28口探评井91个井层岩芯实测物性数据进行含油性分析:当砂体有效孔隙度大于16%和空气渗透率大于3×10－3μm2时，砂体皆为油层和同层，进一步统计油层中分流河道占91．6%，同层中分流河道占82．4%，而造成含油砂体为油层还是同层的原因为单井上层位高低和同一圈闭内海拔高程高低;当有效孔隙度小于16%和空气渗透率小于3×10－3μm2时，砂体皆为水层，进一步统计表明分流河道的比例仅占7．8%，分析这部分分流河道砂体不含油的原因为物性差、油源断层不发育和上倾方向不能形成断层有效遮挡(图7)。由以上认识可以得出，与油源断层沟通的高孔渗分流河道砂体为向斜区葡萄花油层油富集的优质储层，如向斜中心深洼区的徐11-5井和徐11-6井葡Ⅰ22时间单元分流河道砂体试油分别达到 52．8 t/d 和 19．2 t/d。

2．4 断层密集带背形构造组成油富集部位

断层密集带发育特征对凹陷不同构造部位油气的优势输导和聚集部位具有重要控制作用［16，17］。向斜区葡萄花油层断层密集带在剖面上均呈“v字形”地堑结构特征，但受明水组末期盆地压扭作用断层密集带容易发生反转而形成背形构造［18，19］，密集带内表现为断背斜构造，密集带两侧表现为反向断阶构造，分别在向斜中心深洼区和过渡陡坡区形成“洼中隆”和反向断阶构造，从而有利于油气聚集。其中徐家围子向斜识别出断层密集带8条，大部分具有反转特征，升西向斜识别出断层密集带4条，局部具有反转特征。从向斜区断层密集带及其背形构造反转幅度与油关系分析，并不是所有的断层密集带均表现为控藏特征，原因如下:①断层密集带两侧边界断层不是油源断层，如2号密集带和1号密集带北端;②断层密集带两侧边界断层是油源断层，但背形构造反转幅度较小，统计表明当密集带反转幅度小于15 m时含油较差，如3号密集带南端、5号密集带和9号密集带右侧;③断层密集带边界断层既是油源断层，背形构造幅度较高，但处于升平和宋芳屯水系之间砂体不发育，如6号密集带北端(图4)。因此，向斜区葡萄花油层油源断层和砂体发育的强反转型断层密集带背形构造是油富集甜点部位。

3 油气成藏模式

通过对向斜区葡萄花油层油藏类型、油水分布规律和油富集主控因素的综合分析，总结出升西—徐家围子向斜区葡萄花油层油运移机制和聚集条件，即明水组末期下伏青山口组源岩生成的油在源岩超压和浮力作用下［20］，沿着油源断层上运进入葡萄花油层，其中一部位油直接进入断层密集带背形构造聚集成藏，一部分油选择性进入断层密集带间分流河道砂体输导和聚集成藏，其运聚状态表现为3种形式:①向斜中心深洼区平缓构造背景下的断层密集间分流河道砂体聚油;②向斜过渡陡坡区反向断层遮挡分流河道聚油;③油沿着油源断层匹配分流河道砂体组成的“优势输导通道”近距离侧向运移［17］，最终在向斜边缘缓坡区正向构造圈闭中聚集成藏。最终建立了向斜区葡萄花油层4种成藏模式(图8):①向斜中心深洼区断层密集带背形构造控藏模式;②向斜中心深洼区密集带间油选择性充注分流河道控藏模式;③向斜过渡陡坡区反向断层遮挡控藏模式;④向斜外缘缓坡区正向构造圈闭控藏模式。以上认识对指导凹陷向斜区油气高效勘探具有重要指导意义。

图7 向斜区葡萄花油层储层物性特征与其含油性关系图Fig．7 The relationship with physical property and oilness of Putaohua reservoir in synclinal area

图8 向斜区葡萄花油层成藏模式图Fig．8 Oil accumulation model of Putaohua reservoir in synclinal area

4 结论

(1)升西—徐家围子向斜区葡萄花油层由3类构造单元组成，各构造单元油藏类型和油水分布规律不同:向斜外缘缓坡区主要发育油水界面相对统一的构造—岩性油藏，向斜过渡陡坡区主要发育上油下水或油水互层的断层—岩性油藏，向斜中心深洼区主要发育油水互层的岩性油藏。

(2)升西—徐家围子向斜区葡萄花油层油成藏与分布受4方面因素控制:①有效烃源岩匹配古构造决定南北构造单元油富集差异;②油源断层组成油优势输导通道;③物性差异造成高孔渗分流河道砂体为油聚集优质储层;④断层密集带背形构造构成油富集主要部位。

(3)升西—徐家围子向斜区葡萄花油层油成藏模式为下伏青一段源岩生成的油在源岩超压和浮力的作用下沿着油源断层上运进入葡萄花油层，然后分别在向斜中心深洼区的断层密集带背形构造、断层密集带间高孔渗分流河道、向斜过渡陡坡区反向断层遮挡圈闭和凹陷外缘缓坡区正向构造圈闭聚集成藏。

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