辽河坳陷东部凹陷青龙台区块沙河街组三段油气成藏特征

徐琛琛

1. 南京大学 地球科学与工程学院，南京 210023；2. 中石油昆仑燃气有限公司 天津分公司，天津 300457

0 引言

油气成藏特征分析一直是辽河坳陷碎屑岩油气藏开发过程中备受重视的问题，众多学者在该地区的研究成果[1--5]表明，该地区主要发育古近系东营组(Ed)、沙一段(Es1)、沙三段(Es3)和中生界(Mz)地层共4套含油气层系，油藏控制因素多种多样，如胡英杰等[1]认为油气富集主要受烃源条件与结构特征和二级构造带断裂组合模式控制；张凤奇等[2]指出西部凹陷地区油藏第一主控因素为运聚条件和保存条件；孟卫工等[3]明确了辽河坳陷油气藏形成和分布受烃源灶(S)、储层相(D)、封盖层(C)和低势区(P) 4类功能要素的联合控制。因此，只有对某一油藏的控制因素进行全方位、多因素综合分析，才能明确其主要控制因素。

青龙台区块是辽河坳陷东部凹陷油气较为富集的地区之一[6]，经过30多年的勘探开发，目前所发现的油气主要集中在构造主体部位的中浅层，中深层的沙三段只有零星油气发现[7]。近几年青龙台地区沙三段接连有新的储量发现，展示了该层位具有较大的勘探潜力。但是，沙三段油气藏具有埋藏深、厚度薄、储层横向变化大、油水关系复杂和井控率低等特点。从成藏条件分析，研究区沙三段成藏条件极为复杂，既有受岩性控制的岩性气藏，又有受构造控制的构造气藏，同时也有双重因素控制的构造--岩性气藏[8]，笔者致力于对研究区勘探程度最低的沙三段进行成藏特征研究，力争使该地区沙三段的勘探取得一定进展。

1 区域地质概况

东部凹陷位于渤海湾盆地辽河坳陷的东部，在平面上呈北东走向的狭长洼陷，长轴约130 km，短轴平均25 km，总面积为3 300 km2[9--10]，是新生代发育的大陆裂谷型盆地。青龙台区块位于东部凹陷北段，构造上属于牛居--青龙台断裂背斜构造带南部，依次经历了初陷期(始新世早期)、深陷期(始新世中晚期)、衰减期(渐新世早期)和再陷期(渐新世中晚期)4个阶段，引起了两个水进--水退旋回[11]。

根据钻井揭露，研究区的地层自下而上发育有：古生界(Pz)、中生界(Mz)、新生界古近系的房身泡组(Ef)、沙河街组沙三段(Es3)、沙二段(Es2)、沙一段(Es1)、东营组(Ed)及新近系馆陶组(Ng)、明化镇组(Nm)[12]。本次研究的主要目的层为沙河街组沙三段，该段地层沉积是古近纪水进时期，后期抬升转为水退，形成深水、半深水和浅水沼泽环境，因而明显分出3个岩性段，分别为上、中、下亚段。目前该地区沙三段勘探尚处于起步阶段，但已有井位获工业油气流，初步展现研究区深层勘探潜力。而对于研究区沙三段油气藏特征进行分析，有助于剖析油藏，有效挖潜，实现增储稳产。

2 青龙台区块烃源岩特征

2.1 烃源岩及其分布

青龙台地区沙三段时期大幅度沉陷，沙三上、中、下都沉积了暗色泥岩[13]。具备侧向(牛居--长滩洼陷)和垂向(青龙台区块沙三段)的双向供油特征，但垂向的沙三中、下段发育的暗色泥岩普遍厚达400～1 000 m，是最有利的一套生油岩，主要沿茨东断裂北东向展布，分布面积约160 km2，生烃期和主要排烃期从东营组沉积时期开始。

2.2 烃源岩的地球化学特征

根据有机质TOC测试，沙三中、下段发育的暗色泥岩有机碳含量较高，平均为1.72%，达到较好的烃源岩标准(1)中华人民共和国石油天然气行业标准.烃源岩地球化学评价方法(SY/T 5735--2019)[S].北京：国家能源局，2019．。根据干酪根镜鉴、元素分析、热解色谱、生物标记化合物和碳同位素等系统研究，沙三段有机质类型以Ⅱ2型为主，占62.5%，Ⅲ型有机质的百分频率为25%，Ⅱ1型有机质仅占12.5%。同时根据前人研究[14]，辽河坳陷烃源岩的热演化总体上受埋深影响，埋深在2 800 m以内的烃源岩Ro<0.5%，属于未成熟；埋深在2 800～4 200 m的烃源岩Ro在0.5%～1.3%之间，属于成熟阶段；埋深在4 200～5 000 m的烃源岩Ro在1.3%～2.0%之间，属于高成熟阶段；埋深>5 000 m的烃源岩Ro>2.0%，属于过成熟阶段。而研究区沙三中、下段发育的暗色泥岩总体埋深在2 800～4 200 m，处于成熟阶段，具备较强的生烃能力(表1)。由此可知，研究区沙三段油气来源充足。

表1 青龙台地区沙三段烃源岩特征统计表Table 1 Statistical table of Es3 source rocks characteristics in Qinglongtai area

3 青龙台区块沙三段沉积特征

研究区受构造运动的影响，强烈的断裂分割形式开始了沙三段沉积期的大规模、范围广的扩张、水进，早--中期呈扩张、水进为主的特点，晚期则为水退的特点[15]。根据岩芯、测井和地震等资料综合分析，研究区沙三段沉积时期发育扇三角洲及湖泊沉积体系[16]。

3.1 扇三角洲沉积体系和沉积相

扇三角洲沉积体系多形成在近物源的盆地边缘区[17]。本区主要发育扇三角洲相，亚相分别为平原亚相、前缘亚相和前三角洲亚相。

a.扇三角洲平原亚相(龙25井, 3 058.3 m) ；b.扇三角洲前缘亚相(龙607井, 3 345.5 m)。图1 目的层岩芯照片Fig.1 Photographs of core of target layer

平原亚相岩性以砂砾岩为主，分选差，发育有冲刷构造、槽状层理(图1a)。具有如下微相：①泥石流：主要为浅灰、灰白色细中砾岩，呈块状层或微粒序层理，砾岩结构疏松；②分流河道：主要为浅灰、灰白色含砾长石粗砂岩、长石岩屑中细砂岩；③河漫沉积：灰褐、浅灰色泥岩、粉砂质泥岩，呈块状层，厚度较小；④洪泛低地：灰褐、杂色泥岩、粉砂质泥岩为主要岩石类型，块状层为主。

前缘亚相以细砂岩、粉砂岩为主，分选变好，发育交错层理、平行层理(图1b)。具有如下微相：①水下分支河道：由成分成熟度较低，含炭，砂岩的粒度参数特征和粒度分析图都具有其独特性；②河口坝及前缘席状砂：主要类型为砂岩、粉砂岩，砂岩粒度相对较细、分选性好，砂岩粒度参数特征有其特殊性。

前三角洲亚相主要由褐灰色泥岩组成，与湖相没有明显的分界线。

3.2 湖泊沉积体系和沉积相

研究区发育有湖泊沉积体系的滨浅湖、半深湖--深湖等沉积相。本区各沉积时期均有发育。

滨浅湖相滨湖相位于洪水湖面与枯水湖面之间的地带[18]，常常暴露于水上，沉积物颜色以浅灰、灰黄为主，主要由砂岩和粉砂岩及泥岩相组成，含植物叶片和一些炭屑。

半深湖--深湖相该相带主要由深灰、灰黑色块状层理或水平纹理的泥岩，粉砂质泥岩组成，含鱼类、介形虫等动物化石。

3.3 沉积演化

本区沉积构造演化与东部凹陷演化[19]具有一定的相似性，经历了裂陷→深陷→坳陷的演化过程，其发育受控于茨东断裂和营口--佟二堡断裂演化的控制。青龙台构造带两侧为陡坡，区内次级断裂发育，构造复杂，沉积环境亦相应复杂多样。该期的沉积演化分为3个阶段，早期和中期为盆地裂陷扩张，以水进为主的特点，晚期则为水退的特点。

沙三段沉积初期为初陷期，沉积物以填平补齐的方式发育于不同的构造部位，地层厚度及沉积环境差异较大。在东高西低的古地貌背景下，物源主要来自东侧，以扇三角洲和浅湖相为主，发育了冲积扇--扇三角洲--湖泊的沉积体系，主要受古地貌和物源供给双重因素控制。扇体具有多期叠置发育的特点(图2a)。

沙三段沉积中期，随着水进范围扩大，湖泊范围随之扩展。青龙台地区形成具有一定面积的深水湖盆，由于紧临东侧断阶，具大坡降的地貌特点，碎屑物从岸边滑入水体后，迅速到达湖底而堆积，形成的扇三角洲平原和扇三角洲前缘亚相对于沙三上、沙三下时期形成的范围较小(图2b)。

a.沙三下沉积相平面展布图；b.沙三中沉积相平面展布图；c.沙三上沉积相平面展布图。图2 研究区沙三段沉积相平面展布图Fig.2 Sedimentary facies distribution maps of Es3

沙三段沉积晚期，东部凹陷水退的特点更加明显。断裂活动的衰弱和碎屑的大量充填，使凹陷早--中期形成的湖盆渐淤填，湖水由北向南退出，最终消失。整个凹陷以陆上环境占优势。地貌特征略显北高南低状，地势较平坦，与两侧山地高差减小。除凹陷两侧边缘发育粗碎屑的冲积扇外，其他广大区域发育扇三角洲前缘亚相沉积物并穿插着局部的、短暂的湖泊和湖沼沉积物(图2c)。

4 储层特征

研究区目的层储层主要是碎屑岩储层，由于近物源、多物源、湖盆狭长，两侧物源区供给的碎屑物进入湖盆迅速堆积，砂泥分异差，岩性、岩相变化大[20]。从钻完井来看，储层单砂层虽薄，横向变化大，但累积厚度大。

根据薄片资料分析得知，研究区目的层岩性主要为长石岩屑砂岩和长石砂岩，其中石英含量32%～37%，主要为单晶石英；长石含量33%～35%，主要为钾长石，其次为斜长石；岩屑含量21%～26%，主要为变质岩，其次为酸性岩浆岩。砂岩填隙物含量一般<10%。杂基组份主要为泥质，胶结物为黏土矿物及碳酸盐，胶结类型主要为孔隙型、接触型和基底型，颗粒以点、线接触为主，原生孔隙发育，局部发育次生溶蚀孔隙(图3)。由于具有近物源、短距离搬运和沉积迅速的特点，砂岩颗粒较粗，主要为中--粗砂岩、含砾砂岩，其次为砂砾岩、细砂岩和粉砂岩，颗粒分选中--较差，磨圆中--较差，说明岩石成分成熟度较低。

a.龙10井, 3 152.1 m；b.龙45井, 3 345.5 m。图3 研究区沙三段岩石薄片Fig.3 Photographs of rock slices from Es3 in study area

沙三下亚段平均孔隙度为15.2%，平均渗透率为12.2 mD。前缘相砂岩储层较平原相砂砾岩储层分选好，抗压实作用强，3 000 m以下实测孔隙度达15%±。沙三中段平均孔隙度为16.4%，平均渗透率为10.32 mD。沙三上段平均孔隙度为21%，平均渗透率为31.6 mD。属中低孔--低渗储层。储集空间以原生粒间孔、粒间溶孔为主。

5 油气藏类型及成藏主控因素分析

5.1 油气藏类型

青龙台区块沙三中、下段暗色泥岩较厚，且达到了生烃门限，同时沙三段沉积厚度较大，砂体发育，且存在良好的区域盖层，因此研究区存在有利的储盖组合[21]。研究区沙河街组属于断裂活动期，洼陷两侧断裂发育，可为油气提供良好的垂向运移条件[22]。根据圈闭的主要成因和形态特征，综合成藏模式图(图4)分析，可将本区油气藏划分为构造油气藏和岩性油气藏两大类型。

图4 研究区龙13--龙609井成藏模式图(平面位置见图2a)Fig.4 Reservoir profile from Well Long 13 to Long 609 in study area

5.1.1 构造油气藏

研究区中部断裂背斜构造带及南部构造油气藏较为发育。主要发育背斜、断鼻和断块等3种类型，其中背斜构造油气藏按成因又可分为滚动背斜、挤压背斜和披覆背斜3种类型。具有砂岩厚度厚，含水为主的特征，油水界面虽不统一，但油气基本分布在高部位。该类型油气藏连片分布，油气显示好，具备天然能量，单井产量高。

5.1.2 岩性油气藏

主要分布在研究区北部，储集层为扇三角洲前缘砂、泛滥平原河道砂和深湖湖底扇砂等。可分为透镜状岩性油气藏、上倾尖灭状岩性油气藏等。主要是单砂体含油研究区扇体中部的砂砾岩或砂岩储层分选好、物性好，有自然产能；而根部大套砂砾岩储层及前端薄储层物性偏差，产量低，但压裂改造之后也有较好效果，如龙59井第32层，压裂前试油日产0.7 t，压裂后日产5.6 t。没有统一油水界面。

5.2 油气藏主控因素

青龙台主体由于次级断裂发育、沉积相带变化快、砂泥互层和构造活动等因素共同作用，多发育滚动背斜油气藏、复杂断块油气藏及岩性油气藏。同时，各种类型油气藏受控于多种因素，具体表现如下：

(1)充足的油气源是油气富集的基础

沙三段具有较厚的暗色泥岩，烃源岩品质较好。但就高低带而言，仍有较大差别。低带距油源近，侧向封堵及保存条件较好，油品好。而高带保存条件较差，油气运移距离远，地表水氧化及生物降解作用强，所以油质相对较差。

(2)构造控制油气富集

已发现的油气藏基本沿北东向呈条带状展布在构造高点上，而且非构造油气藏也往往与古高点或局部构造相关[18]。同时，主干断层控制了圈闭的形成、沉积相带的展布，进而控制着油气富集。从已探明的油气分布来看，本区的天然气分布，均沿牛青断层、龙64东断层和龙13西断层分布，东营组沉积期青龙台地区处于区域压扭应力的作用，使得这些派生断层对油气的侧向封堵作用极为明显，有利于有效圈闭的形成。

(3)有利相带控制油气富集

本区有利相带为扇三角洲平原中的河道微相和扇三角洲前缘的水下分支流河道微相。另外，本区的主要储集层以河道砂体为主，由于河道的往复变迁，使得本区储集砂体重叠、横向变化大、单层薄、连通性差，这一方面使本区在构造背景下具备形成多种非构造油气藏的条件。另一方面，在同一断块内，油气的不连通、多套油气水组合交替出现、没有统一的油水界面以及多套砂体独立含油，使得油气富集程度不一。

根据试油结果，对试油产量>10 t/d的层位进行统计，结果表明，根据沉积相因素分析，大部分层位所处相带为水下分流河道微相，其次所处相带为河道微相；根据构造分析，大部分层位位于局部高点；根据油藏类型分析，高产层位主要为构造油气藏。上述分析表明，对于研究区来说，有利的相带及构造局部高点为油藏关键因素，但也需多种因素的良好配置，才能使油气富集。

6 结论

(1)青龙台区块沙三中、下段发育较厚暗色泥岩，有机质丰度较高，处于成熟演化阶段，具备好的烃源岩标准。

(2)研究区沙三段沉积时期发育扇三角洲及湖泊沉积体系，有利砂体以扇三角洲前缘砂、泛滥平原河道砂和深湖湖底扇砂为主。沉积演化分为3个阶段，早期和中期为盆地裂陷扩张、以水进为主的特点，晚期则为水退的特点。

(3)研究区砂体属中低孔--低渗储层，岩石成分成熟度较低，具有近物源，短距离搬运，沉积迅速的特点。

(4)油藏类型主要为断鼻构造油气藏、掀斜断块油气藏、透镜状岩性油气藏和上倾尖灭状岩性油气藏。油气藏主控因素多样，主要受油气源、构造和有利相带控制，但油气富集需多种因素的良好配置。