关于不整合作为油气长距离运移通道的讨论

王圣柱，林会喜，张奎华

(中国石化胜利油田分公司，山东 东营 257000)



关于不整合作为油气长距离运移通道的讨论

王圣柱，林会喜，张奎华

(中国石化胜利油田分公司，山东 东营 257000)

不整合作为油气运移通道，对油气藏的分布具有明显的控制作用。通过分析济阳坳陷、准噶尔盆地和塔里木盆地不整合的结构类型、岩性和物性等特征，研究已发现油气藏的分布特征，指出不整合面作为油气长距离横向运移通道，需要满足严格的构造地质背景及不整合垂向结构类型。不整合区域分布稳定、上部底砾(砂)岩或下部半风化岩石高孔渗性连通层有利于油气的长距离运移，反之则只能作为油气局部运移通道或无效通道。在不整合输导性分析中要注重不整合垂向岩性配置和区域构造沉积背景的分析，同时应结合断层和砂体等输导要素，客观、全面地评价不整合在油气运聚成藏过程中的作用。

不整合；长距离油气运移通道；油气成藏

0 引 言

不整合是地壳构造运动或海(湖)平面变动事件的产物，代表着一段缺失的地质历史，其上、下地层之间呈现一种不协调的接触关系[1]。勘探实践证实，不整合面上、下发育众多的油气藏，表明不整合与油气运聚成藏有着密切的关系[2-6]。不整合型输导体系研究是油气成藏理论的研究热点之一，诸多学者对不整合类型、垂向结构及其与油气成藏的关系等进行了阐述[7-16]。不整合面的区域性及其本身良好的渗透性把不同时代的储集层、断裂等连接起来，组成区域性的运移通道网络[12]，是油气长距离横向运移的重要通道，这一观点在海相地层中得到了普遍认同[3，17-18]，加拿大阿尔伯达盆地泥盆系碳酸盐岩油藏，美国伊利诺斯盆地石炭系砂岩油藏、威利斯顿盆地石炭系碳酸盐岩油藏和堪萨斯中央隆起奥陶系碳酸盐岩油气藏的油气运移最大距离均在150 km以上。张克银等[12-13，19-21]对中国西部挤压盆地的不整合输导性进行了大量研究，认为以不整合面风化黏土层为界，上、下可形成以“底砾岩连通孔隙”和以“淋滤带裂缝溶蚀孔洞”为主的双重高效运载层。宋国奇等[14]对济阳坳陷的不整合输导性进行了精细研究，提出了拉张断陷盆地的不整合不能作为油气长距离运移通道的观点。不整合并不是传统认识的一个面，而是一个复杂的层状三维地质体，不整合各结构层的空间组合形式不同，其在油气运聚过程中扮演的角色也不同。客观评价不整合在油气成藏过程中的作用，对于油气勘探具有重要的指导意义。

1 不整合空间结构特征

1.1 不整合面之上岩层

不整合面之上岩层是指上覆于不整合面之上底部的岩层，俗称为底砾岩层，其为风化带粗碎屑残积物水进初期接近原地沉积的一套地层，形成于气候较干旱、构造作用强烈、古地形高差大、暴露时间适中的斜坡环境[13]，岩石类型主要为砾岩层和水进砂体，局部发育煤层。水进砂体是指湖(海)侵时远源沉积物或近源砂级风化碎屑物质沉积的砂体，其分选、磨圆中等，分布于气候潮湿、古地形准平原化、相对低水位期、暴露时间短的不整合面之上。煤层分布具有局限性，主要分布在古地势低洼区。底砾岩与其上部的砂岩表现为连续沉积特征，难于将两者严格分开，一般以其上覆的湖侵泥岩底面作为不整合面之上岩层的分界。底砾岩和水进砂体往往表现为上超穿时型沉积特征[15]。准噶尔盆地白垩系清水河组底部的砂砾岩、哈山地区八道湾组底部的砾岩及其上覆的(含砾)砂岩和塔里木盆地上泥盆统的“东河砂岩”等均属于不整合面之上岩层的范畴。

1.2 风化黏土层

风化黏土层位于风化壳最上部，是岩石在物理风化的基础上、在生物化学风化作用改造下形成的细粒残积物。其识别标志明显，野外露头和岩心常表现为银灰色、灰白色或紫红色黏土岩，具有穿层性、缺乏沉积构造等特征；自然电位曲线接近基线，自然伽马值低于正常泥岩；由于岩石中不同元素的迁移差异性，随着岩石矿物在风化过程中的分解和转化，钙、镁、钾、钠等活动性元素随风化流体发生显著的迁移并被带出风化壳，使其相对于母岩减少，而硅、铝、铁、锰等迁移性相对较弱或惰性的元素则在母岩中相对富集[16]。

1.3 半风化岩层

半风化岩层是不整合结构的重要组成部分，主要岩性有砂岩、泥岩、碳酸盐岩、火山岩和变质岩。在不整合面形成过程中，遭受长期的风化剥蚀和大气、水淋滤作用，使下伏岩层形成半风化岩石裂缝和溶蚀孔洞发育带，使其孔渗性大大增强，可作为油气良好的运移通道或储集场所。碳酸盐岩、碎屑岩、火山岩或变质岩暴露于地表后均能形成风化淋滤带。半风化岩层的孔渗性能主要取决于地层的岩石学性质、原始孔渗特征和风化改造程度。碳酸盐岩风化淋滤带最厚，古岩溶带自上而下划分为垂直渗流带、水平潜流带和深部滞流带3层结构[19]；砂质岩、火山岩和变质岩分布区往往仅发育垂直淋滤带，砂质岩类次生孔隙、裂缝较发育，连通性较好；火山岩和变质岩在构造应力作用下易形成裂缝[22]，风化淋滤带厚度仅次于碳酸盐岩，但远大于砂质岩；泥质岩由于低渗透性和强塑性等特征，风化淋滤带往往较薄，甚至不发育。

2 不整合输导特征分析

不整合面在油气运聚中的作用，不仅受不整合面类型的影响，还受不整合面上、下地层岩性配置关系控制。地层岩石性质、水文地质条件以及构造活动的不同，造成不整合输导体系非均质性的差异[9-15]。

2.1 不整合面上岩层输导性

不整合面之上底砾岩层能否作为油气运移的通道，与砂体沉积背景、分布范围及储集物性关系密切，并不是所有底砾岩均可作为油气运移的良好通道。由于构造背景和沉积环境的不同，不同区带的不整合之上底砾岩输导性存在明显差异：在古地形高差大、近物源快速堆积的沉积背景下，其分选磨圆度较差，输导性较差；在古地形准平原化、远物源供给条件下，砂砾岩分布稳定、连通性好、储集物性好，可作为油气长距离横向运移的通道。

准噶尔盆地受多期构造抬升沉降的影响，白垩系与侏罗系、侏罗系与三叠系、三叠系与二叠系等地层之间发育多套区域性不整合。准北缘哈山地区侏罗系不整合面之上的岩层油气显示表现出较强的非均质性：下部砾岩段含油性很差，甚至未见油气显示；砾岩段上部连续沉积的(含砾)砂岩段为油浸—饱含油显示。储层岩心物性分析显示，下部砾岩孔隙度仅为4.00%～14.74%，渗透率为2.50×10-3～18.71×10-3μm2；而上部砂岩孔隙度为20.01%～39.80%，平均为27.89%，渗透率为45.30×10-3～4 983.70×10-3μm2，平均为507.40×10-3μm2。研究认为，受哈山逆冲推覆作用影响，地形高差较大，八道湾组沉积初期近物源湿地扇沉积广泛发育，扇中(砂)砾岩分选、磨圆度差，富含泥质填隙物，且多为钙质(灰质)胶结。因此，八道湾组不整合之上的底砾岩层不是哈山地区油气长距离运移的主要通道，其仅可作为输导效率较差的“喉道型”通道。春晖油田的油气之所以能够在八道湾组富集成藏，与底砾岩上部的砂岩段长距离横向输导关系密切[23]。

断陷盆地拗陷期为区域不整合面发育期，更有利于不整合之上长距离运移砂层的发育。前期准平原化构造背景为毯状输导砂体的发育提供了条件，“网毯式”输导体系发育[24]。济阳坳陷沾化凹陷东营组沉积之后进入拗陷演化阶段，馆陶组和东营组之间发育区域性不整合[8，25]，馆陶组下段低位体系域冲积扇相、辫状河流相正韵律厚层块状砂岩沉积发育，多期砂砾岩体相互叠置，呈毯状分布。砂层埋深一般为1 000～1 500 m，成岩作用较弱，以粒间孔、粒间微孔及孔喉为主。沾46、沾14-3、沾14-6等井样品物性分析，孔隙度为21.41%～38.35%，平均为30.04%；渗透率为412.00×10-3～8 654.00×10-3μm2，平均为1 705.00×10-3μm2，具有高孔渗、连通性好的特点[25]，是太平油田油气横向运移富集的良好通道。

前陆盆地陆内坳陷填充消亡期构造活动明显减弱，处于构造活动的宁静期，表现为整体构造沉降的沉积特点，也为区域不整合的发育提供了条件。准噶尔盆地西缘车排子地区在白垩系准平原化基础上，沙湾组一段广泛发育扇三角洲前缘厚层板状砂层，单层厚度大，砂体叠置厚度为数十米至上百米，分布面积达9 000 km2，为一套区域上稳定分布的毯状砂岩[26]，其向东与红车油源断裂直接对接，为车排子凸起区油气长距离运移的重要通道，是春光油田和春风油田油气远源运移能够富集成藏的关键。白垩系与侏罗系之间为另一套区域性不整合，下白垩统清水河组冲积扇、冲积平原相“底块砂砾岩”在全盆地广泛发育，厚度一般为20～40 m，最厚达106 m，呈现北厚南薄、东厚西薄的特征[27]，该砂砾岩层是油气长距离运移的主要通道，与陆梁油田和石南31井区白垩系不整合岩性油气藏的形成关系密切[6]。

克拉通盆地表现为多期整体升降构造旋回，发育多个区域性不整合，与不整合相关的油气藏在盆地内广泛分布。塔里木古生代盆地是叠置于前寒武系结晶变质岩系上的克拉通盆地，具有多构造旋回的特点，受周缘多期造山作用的影响发育11个区域性不整合[1，28]。上泥盆统不整合面之上发育的临滨和三角洲前缘相石英砂岩(俗称“东河砂岩”)，由盆地西南部向东北部逐渐超覆[29]，厚度达数米至上百米，粒间孔及粒间溶孔发育，孔渗性好，与下石炭统巴楚组泥岩形成优越的输导封盖组合。同时与构造相配合形成构造脊，是海西晚期油气长距离侧向运移的区域性高效运载层，构成了盆地内主要的含油气储集体，发现了哈德逊、东河塘等一批油气田。志留系柯坪塔格组滨浅海相石英砂岩分布范围达23.60×104km2[30-31]，横向连续性好，后期地层抬升经历了长时间的风化淋滤，形成了志留系石英砂风化壳储层，发育次生粒内溶孔、粒间溶孔，具备较好的输导和储集条件。该套砂岩普遍含沥青，表明其侧向输导能力很好。

2.2 半风化岩石输导性

大气水沿先期形成的构造缝、卸荷缝和风化缝下渗，在距风化壳顶面一定距离内发生溶蚀，可形成复杂的孔-洞-缝风化淋滤网状系统。

(1) 碳酸盐岩。不整合面之下的碳酸盐岩半风化岩层是油气横向运移的重要通道。受构造运动的影响，风化壳碳酸盐岩层可发育多个岩溶旋回，在空间上交叉叠置形成非均质的高孔渗的岩溶系统[1]。根据成因，碳酸盐岩输导体分为风化壳之下的淋滤带型输导体和内幕型输导体。断裂提供垂向运移的通道，油气被输送到不整合面附近后，在构造背景控制下沿大规模准层状分布的风化壳型溶蚀带向构造高部位运移，在合适圈闭中聚集成藏。塔里木盆地塔河油田奥陶系顶面和下奥陶统顶面发育多套岩溶系统，是油气富集和高产层位[31-32]。准噶尔盆地石西油田石炭系火山岩风化壳、鄂尔多斯盆地靖边气田奥陶系白云岩风化壳、渤海湾盆地冀东坳陷任丘油田震旦系雾迷山组岩溶系统等，证实了不整合面之下淋滤带运载层的存在，其控制了油气的运聚成藏及富集。

(2) 火山岩。火山岩(尤其是中、酸性火山岩)岩石脆性强，在构造应力作用下易形成裂缝，同时在抬升剥蚀过程中易受地表水沿裂缝下渗溶蚀作用影响，往往发育垂直渗流带和水平潜流带双层结构，形成高孔、高渗次生孔隙发育带[22]，可为油气横向运移提供重要通道。准噶尔盆地西北缘受红—车断裂、克—百断裂和达尔布特断裂逆冲推覆作用的影响，石炭纪地层强烈隆升处于表生成岩环境，经历了较长时期的风化淋滤，对不整合之下的火山岩起到很好的改造作用，形成了厚度不等的风化淋滤带，其与油源断裂配合，构成了油气运移的良好通道。准西缘车排子地区石炭系顶面风化淋滤带厚度达400 m，其与红车油源断裂配置，为春风油田排66井区石炭系火山岩高产油流提供了优越的横向输导和储集条件。受逆冲推覆作用影响，准西北缘克—百断裂带上盘石炭系火山岩接受长期风化淋滤，沿不整合面和断裂带发育处形成“梳状”储层风化带，三叠系湖相沉积地层覆盖之上，形成火山岩风化体地层-岩性圈闭。断裂带下盘二叠系风城组烃源岩生成的油气沿断裂和不整合淋滤带逐级向高部位火山岩风化体圈闭运移聚集，形成大型的梳状地层-岩性油藏(图1)。该区带累计探明石油地质储量超过2×108t，形成了中国目前已发现的最大火山岩风化体“梳状”地层岩性油藏。准北缘哈山地区受哈山构造带多期逆冲推覆作用的影响，沿断裂带溶蚀改造作用强烈，近断裂带的哈浅6、哈浅101等井，距石炭系不整合顶面1 200 m范围内均见到丰富的油气显示。此外，克拉美丽气田、三塘湖盆地马朗凹陷牛东油田等石炭系火山岩油气藏，纵向上主要集中在火山岩顶部风化壳附近，反映出油气沿风化淋滤带横向运聚的特点。

图1 准西北缘克—百断裂带石炭系火山岩油藏剖面

(3) 碎屑岩。碎屑岩发育区不整合结构与碳酸盐岩或火山岩发育区相比存在明显差异。不整合面之下碎屑岩往往表现为砂泥岩互层组合样式，非均质性较强，水平潜流带不发育，风化淋滤带不连续且相对较薄[13]。抬升剥蚀暴露期受风化作用影响，一方面在近地表时产生网状微破裂缝和溶蚀缝，另一方面由于岩石中长石、云母和钙质胶结物等不稳定矿物的溶蚀及蚀变，形成次生孔隙；后期再次埋藏期，含烃酸性流体沿淋滤带运移对长石、方解石等矿物产生溶蚀，因此，半风化砂岩一般表现为裂缝、孔隙双重储集特征。东营凹陷高青油田馆陶组与古近系不整合面下半风化砂岩普遍见到长石、岩屑溶蚀孔隙，与原岩相比较，孔渗性明显改善，孔隙度改善程度可达4%～20%，渗透率改善程度达10×10-3～1 000×10-3μm2。由于前古近系受后期构造抬升掀斜，顶部遭受明显的削截，砂泥互层状分布。油气通过高青断层向上运移，然后进入该不整合下部砂层，仅能侧向短距离运移，在馆陶组泥岩遮挡下形成不整合遮挡油藏。准噶尔盆地乌夏地区侏罗系与三叠系之间不整合受夏子街继承性鼻凸的控制，不整合之下三叠系地层遭受剥蚀呈明显的角度不整合，在侏罗系底部不整合风化壳泥岩的遮挡下，在夏9、夏15井区不整合面之上形成地层超覆油藏，不整合面之下形成不整合遮挡油藏。不整合面上、下岩性为砂泥岩组合，且两者表现为明显的角度不整合时，不整合之下岩层一般仅能作为油气局部运移的通道，尤其是在断陷盆地中，由于其沉积相带和岩性变化快，砂体连通性和稳定性差，再加上构造断块的掀斜作用，不整合上、下地层表现为明显的角度不整合接触，因此，该类型的不整合很难作为油气长距离横向运移的重要通道。

3 不整合输导的油气勘探意义

3.1 不整合上、下岩性配置对输导性的控制

不整合面作为油气长距离横向运移的通道，需要满足严格的构造地质背景及相应的岩性配置条件。不整合面之上底砾岩(砂岩)需要稳定的区域构造背景，地形准平原化、沉积砂体分布稳定、连续性及渗透性好。不整合面之下，若下伏地层为砂泥岩频繁交互的岩性组合，则要求其地层倾角很小，并且砂层分布稳定、连通性好、储集物性好，否则不整合面之下半风化岩石仅能作为油气的局部运移通道；若下伏地层为碳酸盐岩(或火山岩、变质岩)岩性组合，则要求其经历较强的风化淋滤改造，溶蚀孔-洞-缝系统发育，形成良好的风化淋滤高孔渗层。不整合结构体上、下层形成以底砾岩连通孔隙为主和以淋滤带裂缝、溶蚀孔洞为主的双重高效运载层的条件则更加苛刻，需要同时满足上述地质条件。塔里木盆地塔北轮台羊塔克—英买力构造带白垩系与第三系之间的区域性不整合，不整合面上部第三系底砂岩与不整合面之下白垩系顶砂岩构成了油气长距离双重运移的通道，已发现的油气藏主要集中在上述不整合面之上60 m和不整合面之下30 m的范围内。

3.2 不同性质盆地或演化阶段不整合输导性差异

裂谷盆地一般经历初始张裂、断陷、断—拗转换和热沉降拗陷等演化过程，不同构造演化阶段其输导体系类型及其与油气成藏的关系也随之改变[22]。在盆地裂陷期和断陷期，构造活动频繁，湖盆沉积空间变化快，砂泥岩在横向上和纵向上交互频繁，砂层横向连续性差，使得其油气输导能力大大降低，尤其是在断陷盆地斜坡带，往往发育多期明显角度不整合，进而决定了不整合长距离输导油气的局限性。在凹陷部位即使发育平行不整合，由于其结构层产状接近于水平，油气的横向运移效率也较低。但断陷盆地不整合面之下基岩为碳酸盐岩、火山岩或变质岩时，由于风化作用可形成连通性裂缝和溶蚀孔洞，具有较高的渗透性，横向连通性好，可以作为油气长距离运移的潜在通道，形成披覆型(古潜山)油气藏。济阳坳陷太平油田就是油气通过不整合结构中的高孔渗灰岩淋滤层长距离侧向运移成藏的典范[25]。在盆地沉降拗陷期，构造沉积稳定，具备形成油气长距离运移稳定砂体的条件。相对而言，克拉通盆地和前陆盆地拗陷期，表现为整体构造沉降，发育多期区域性不整合，有利于区域性稳定砂体的形成，且不整合之下地层倾角较小，呈微角度不整合，更有利于油气的长距离运移。

3.3 不整合输导能力与油气成藏的关系

不整合面一般具有空间结构属性，如果在研究中仅注重单井点的不整合空间结构分析，而缺少对渗透输导层区域展布及输导性的评价，即笼统认为不整合可以作为油气长距离运移的通道，这无疑夸大了其在油气成藏过程中的作用，可能对油气勘探产生误导。不整合面的油气运移效率与横向运移距离为一对矛盾体，输导渗透层倾角大，有利于油气运移，但其运移距离受到一定限制，应该辩证地看待其输导性能。在油气运聚成藏过程中，尤其是圈、源距离较远的大中型油气田(藏)，事实上油气输导很少单独依靠不整合输导来完成，更多的是通过断层、骨架砂体、不整合中的2种或多种通道组合而成的复杂立体网络系统配合在一起，将烃源岩和圈闭联系起来，共同控制油气的运聚，这在陆相断陷盆地中表现更加明显。对济阳坳陷已探明的69个第三系地层油藏的输导方式统计结果表明，70%的油藏输导是由断层、骨架砂体和不整合共同完成的，30%的油藏输导则是由断层与骨架砂体两者完成的[14]。因此，在研究不整合与油气成藏的关系时，不应夸大其输导作用，而应根据实际地质情况开展不整合构造沉积背景分析和空间结构精细解剖，客观评价其在油气运移中的作用。

4 结 论

(1) 不整合能否作为油气长距离运移通道主要受不整合上、下地层接触关系、岩性组合类型、不整合渗透层及其顶部非渗透层的横向连续性和平面分布的控制。

(2) 不整合油气输导能力受不整合结构渗透层物性、产状控制。碳酸盐岩、火山岩或变质岩发育区，不整合面之下形成的高孔渗复杂裂缝-溶蚀孔洞输导系统，可以作为油气长距离运移的通道。碎屑岩发育区不整合面上、下则为砂泥岩组合样式，在克拉通盆地或盆地拗陷期不整合上、下的砂岩层延伸分布较广，连通性好，可作为长距离运移的通道，而在盆地断陷期，尤其是在盆缘斜坡区，构造掀斜造成不整合面上、下地层呈明显的角度接触，无论是不整合中的渗透层，还是非渗透层，在横向上连续性较差，油气横向输导范围通常有限，很难作为油气长距离运移的通道。

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编辑 刘兆芝

20160327；改回日期：20160705

国家“十二五”重大专项 “碎屑岩层系大中型油气田富集规律与勘探关键技术”(2011ZX05002-002)；中国石油化工股份有限公司科技重大攻关课题“哈山构造带成藏主控因素研究”(P13020)

王圣柱(1979-)，男，高级工程师，2004年毕业于石油大学(华东)资源勘查工程专业，2015年毕业于该校地质资源与地质工程专业，获博士学位，现主要从事油气成藏及综合地质研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.06.001

TE121.1

A

1006-6535(2016)06-0001-06