惠民凹陷临北地区基山砂体油气成藏主控因素研究

张 震，刘太勋，谢风猛，孟 阳，何瑞武，刘延峰，张恒才，闫 斐

（1.中国石油大学（华东）地球科学与技术学院，山东青岛266580；2.中国石化胜利油田分公司临盘采油厂，山东德州251507；3.中国石化胜利油田分公司油气开发管理中心，山东东营257000）

惠民凹陷临北地区沙三段发育了多套沉积体系，自下而上分别为临北、盘河、基山、临邑、商河等砂体，纵向上叠置，横向上分布各异[1]。近年来，勘探对象以沙四段、沙三中下层系为主，发现了可观的石油地质储量。由于储层具有低孔、低渗性特征，成藏控制因素复杂多样，储量难以动用，勘探难度大。2016 年，在沙三中亚段基山砂体部署的S55⁃6 井取得较好效果，沙三中亚段钻遇油层22.6 m，投产后日产油11 t，含水率9.7%（质量分数，下同），勘探潜力较大。但是，该亚段南北物性相差较大，产能各异，从投产情况看具有明显的分带性，随着储层埋深的变化而变化，储层有效性评价研究不够清晰。本文以临北地区基山砂体油气分布为典型实例，深入剖析以构造⁃岩性油藏类型为主的油藏的成藏条件及影响因素，以期为临北地区沙三中亚段油气的勘探部署及有利区带划分提供科学依据[2⁃12]。

1 地质概况

临北地区位于惠民凹陷中央隆起带中部，其西南与唐庄油田相邻，西部为盘河油田，东部接商河油田，北部为滋镇洼陷，南部为临南洼陷（见图1）。该区是惠民凹陷构造最为复杂的地区，目前在沙三段、沙二段和沙一段发现多套含油层系，是油气富集的地区之一。

图1 临北地区位置

基山砂体位于该区沙三中亚段，是一套来自北部埕宁隆起的沉积砂体，厚度大，分布广，在宿安沟附近厚度最大，向东西两侧逐渐抬升尖灭，为形成构造⁃岩性油藏创造了良好的物质条件[13⁃19]，而且构造发育、储层物性好、储盖组合齐全、邻近生油气凹陷（临南洼陷），是油气运移、聚集的有利指向区。

2 油气成藏条件

2.1 构造⁃沉积背景

临北地区断裂系统异常复杂，受多期构造运动、区域走滑和伸展应力机制的共同作用[20]，断裂活动频繁，断层大量发育（见图2 及图3）。二级同生断层临邑断层及其伴生断层自北向南呈阶梯状排列，在纵向上断穿多套烃源岩，对研究区内构造和沉积起控制作用，使油气藏南北向呈断阶式带状分布[21]。

图2 临北地区断裂体系空间分布

图3 临北地区沙三中基山砂体断层平面分布图

初步统计，研究区四级以上的断层有200 余条，加上五、六级断层可达400 余条。在中央隆起带上，断层数达3 条/km2之多，平均单井钻遇断点3 个，多则达7 个以上。区内断层极为发育，多数为正断层，大断层主要沿基底断层新生活动，同时也产生了很多新生盖层断层。沙三中亚段地层主要受近东西向断层和北东东向断层控制，在断块活动过程中还形成了大量的近东西向断层，同时与多期基山砂体上倾尖灭共同作用，为形成构造⁃岩性油藏创造了良好的构造条件。

研究区沙三中亚段基山砂体是一种三角洲⁃滑塌浊积沉积体系（见图4），由三角洲和滑塌浊积岩两部分组成，经历了进积（PS1、PS2）、加积(PS3、PS4)及退积(PS5、PS6)的演化过程[22⁃25]。

图4 临北地区沙三中沉积相图

从整体来看，各期次沉积体在三角洲沉积的主导下自西北向东南逐次前积，浊积岩局部（1—3 期）发育；从局部来看，北部水体相对较钱，沉积体快速进积，浊积岩发育少；南部水体相对较深，沉积体进积较慢，浊积岩较为发育。

2.2 油源条件

临南洼陷是惠民凹陷的主要生油洼陷，发育三套烃源岩，分别为沙四上亚段、沙三中下亚段以及沙一段烃源岩，其中沙三段为主力生油岩。目前已发现的石油中以轻质原油为主，且认为临北地区沙三中亚段原油主要源自临南洼陷。

2.2.1 烃源岩特征 临南洼陷沙三中亚段有机碳含量高，其质量分数为0.400%～7.100%，平均值为1.400%。烃源岩有机碳质量分数大部分大于1.000%，沉积中心有机碳质量分数大于2.000%。盘斜70 井2 640 m 沙四上暗色泥岩TOC 质量分数为0.830%～1.170%，氯仿沥青“A”质量分数为0.032%～0.069%，生油指标达到中等水平。盘斜507 井3 390 m 沙四上暗色泥岩TOC 质量分数为0.830%，氯仿沥青“A”质量分数为0.257%，生油指标达到“中⁃好”水平，能够为沙三中亚段基山砂体提供充足油气源。沙四段的有机碳质量分数的平均值为0.800%～2.000%，为“较好⁃好”水平的 烃 源 岩[26⁃27]。

大部分地区氯仿沥青“A”质量分数大于0.200%，表明沙一段、沙三段层段均为优质烃源岩。沙四段氯仿沥青“A”质量分数的平均值为0.150%，属于好烃源岩（见表1）。

表1 临南洼陷各层有机质性质[28]

此外，饱和烃正构烷烃的主峰碳数在C19—C29，大部分为C25和C27，属于中高相对分子质量奇数正构烷烃，表明有机质类型是陆生高等植物和水生生物混合型有机质。本区沙三段烃源岩有机质中倍半萜/藿烷值低于1，奥利烷/C30藿烷含量低，表明细菌和低等植物来源比较丰富，有机质类型较好。同时，用C27甾烷、C28甾烷和C29甾烷的三角图来区分有机质的母质类型（见表2）。

表2 临北地区原油萜类地化指标数据

综合分析发现，临南洼陷古近系有机质类型以I 型和 II 型为主。沙一段为 I⁃II1型；沙三中亚段和沙三下亚段的有机质类型以II1型为主，在洼陷边缘逐渐过渡到II2型；沙三上亚段和沙四段以II2和II1为主（见表1）。有机质为混合来源，其中细菌和藻类有重要的贡献，沙三、四段的烃源岩都位于成熟⁃高成熟区，能够为研究区目的层段提供良好油源条件。

2.2.2 烃源岩厚度分布 临南洼陷带沙四上亚段烃源岩厚度中心在西起营子街，东到孟寺低隆起一带分布，最大厚度为120 m（见图5）。沙三中段烃源岩厚度中心主要分布于临南洼陷及滋镇洼陷，最大厚度为350 m（见图6）。研究区紧邻生油气洼陷，沙三段烃源岩生成的油气通过优势运移通道可直接进入沙三中亚段基山砂体储层，为形成油气藏提供良好的油源条件。

图5 沙四上亚段烃源岩厚度分布

图6 沙三段烃源岩厚度分布

2.2.3 油源对比 本区沙三段烃源岩的基本生物标志物分布是以姥植比Pr/Ph（姥鲛烷与植烷的相对丰度之比）大于1，伽玛蜡烷指数小于0.1，丰富的4⁃甲基甾烷、低三环萜、C27甾烷对C29甾烷的优势和C29甾烷的异构化系数高（0.30～0.59）为其特色，它反映形成于淡水湖泊的成熟原油特点。

通过对本研究区沙三中亚段1 个基山砂体原油样品的色质谱分析可知，其中的生物标志物特征与沙三段烃源岩极为相似（见图7）。

图7 沙三中亚段基山砂体原油样品姥植比与伽马蜡烷指数关系

参考邻近的油田烃源岩及原油的分析结果，认为本区原油主要来源于临南洼陷沙三段烃源岩，确定了研究区沙三中亚段基山砂体的油气来源。

2.3 储盖组合特征

临北地区沙三中亚段基山砂体储层主要为一套混合成因的三角洲⁃滑塌浊积沉积体系砂岩储层，整体发育6 个砂层组，由下而上各砂层组自西向东逐渐侧向迁移，宿安沟附近厚度最大，向东西两侧逐渐抬升尖灭，为形成构造⁃岩性油藏创造了良好的物质条件。由沉积相分析可知，临北地区沙三中亚段基山砂体沉积物源主要来自于西部和西北部的正向构造带，物源方向整体呈近北西向。其中，北部地区古水流整体呈北东东向，南部地区古水流整体呈南东东向。研究区主要发育1～5 个期次的基山砂体，储层累积厚度10～100 m。研究基山砂体与断裂、烃源岩的位置关系发现，该区具有较好的时空配置关系（见图8）。

图8 临北地区沙三中亚段基山砂体与断层⁃烃源岩叠合分布

临北地区总共发育了3 套区域性泥岩盖层：①馆陶组三段灰绿色泥岩是浅层次生油气藏盖层，覆盖于所有新近系之上；②沙一段深湖及半深湖相暗色泥岩是区域性最重要的盖层，决定大部分油气分布于沙一段下伏地层；③沙三上亚段的泥岩及基山砂体顶部稳定的厚层泥岩具有较高的异常压力，为基山砂体内油气聚集提供了良好的保存条件。

2.4 保存条件

临北地区除了发育3 套区域性泥岩盖层外，沙三中亚段水型以高矿化度原生CaCl2为主，封闭性较好；靠近地表的区域，由于地层尖灭带附近有地表水侵入，水型变为Na2SO4型。由各断块的地层水类型可以看出，临北地区对油气的保存条件良好[29⁃31]。例如，临 13 断块主要为 CaCl2型水，总矿化度21 996～46 230 mg/L，氯离子质量浓度13 157～28 004 mg/L，有利于油藏保存（见表3）。

表3 临13 断块区地层水性质

3 油气成藏主控因素

研究区沙三中亚段基山砂体主要发育构造⁃岩性复合油藏。在平面上，出油点主要分布在临邑断层分支断层以南的田家至商河的呈东西向分布的条带中（见图9）；在纵向上，由于基山砂体在垂向的不同期次的横向迁移，在剖面上表现为自西向东呈叠瓦-阶梯状展布。因此，不同期次砂组中油气藏的分布也呈自西向东叠瓦-阶梯状分布（见图10）。目前，临北地区累计上报探明储量6 294.5 万t，其中沙三段探明储量3 396.4 万t，充分体现沙三中亚段具有丰富的油气资源。综合分析发现，其油气富集分布主要受烃源岩、储层物性、盖层遮挡以及断裂的输导和遮挡控制。

图9 临北地区沙三中亚段基山砂体油气平面分布

图10 临北地区过田3 井-商744 井沙三中亚段基山砂体油藏剖面

（1）源储配置是油气藏形成的基础。从区域分布来看（见图1），临北地区紧邻南部生油气洼陷⁃临南洼陷，且基山砂体上下被沙三段暗色泥岩和油页岩包裹，其内有机质丰度高，类型好，干酪根占岩石有机质的80%～90%，油源充足，可通过短距离运移至基山砂体聚集成藏。

基山砂体整体发育6 期砂体，砂体孔隙度为5%～25%，渗透率为 0.01～0.06 μm2，总体上具有中孔低渗和中低孔特低渗的特点。各期砂体由下而上自西向东逐渐侧向迁移，且位于中央隆起带南斜坡，砂体北高南低。各期砂体之间被泥岩分隔，在宿安沟附近向东西两侧逐渐抬升尖灭，这种砂体和泥质体的展布方式和烃源岩在区域南倾的构造背景下形成良好的空间配置关系[2]，构成砂体上倾方向优越的泥岩遮挡条件，易与断裂共同作用形成构造⁃岩性复合油藏。

（2）断⁃砂输导体系是控制油气分布的重要因素。研究区发育一条二级大断层临邑断层，是沿凹陷走向延伸的弧形同生断层。平面上从唐庄以北东-南西向延伸，至盘深2 井以东转为北东东向及东西向延伸，倾向为南东-南；纵向上该断层断穿多套烃源岩，是研究区内的油源断层。由于临邑断层及其分支断层的长期活动性，频繁封闭和开启使断层部位压力不断释放，源层高压流体连续不断地沿断裂输导体系垂向、横向和走向运移，最终油气沿主断层垂向分布达2 000 m，控制着该区的沉积和油气运聚成藏。

骨架砂体既可作为油藏的储集层，又可作为油气的输导层，其输导能力取决于砂体的孔隙度、渗透率、厚度及侧向连通性。由于临北地区周边物源区所提供的沉积物较充足，在湖萎缩阶段湖泊迅速淤浅，从沙三段各亚段至沙二段沉积，所发育的湖泊基本上均属浅湖⁃半深湖，粉砂岩在洼陷中心发生广泛而持续的沉积，致沙三中亚段储集砂岩厚度大，储集砂岩普遍发育。当烃类从生油岩进入基山砂体后，就以两相或三相流体的形式沿砂体由高势区向低势区运移和聚集。临北地区沙三中亚段多期次的基山砂体与该亚段的烃源岩直接接触，成为基山砂体油气运移的主要输导体。

凭借断⁃砂输导体系在时空上的有效配置关系，产自临南洼陷的大量油气沿沙三中亚段基山砂体向北西方向及北东方向运移，在基山砂体东西部上倾尖灭部位和复杂断裂一起形成构造⁃岩性复合油藏。

（3）顶部盖层和断裂侧向遮挡是油气保存的必要条件。研究区沙三中亚段垂向上发育了3 套区域性泥岩盖层，其中沙三上亚段的泥岩及基山砂体顶部稳定的厚层泥岩具有较高的异常压力，且该区沙三中亚段水型以高矿化度原生CaCl2为主，封闭性较好，为基山砂体内油气聚集提供了良好的保存条件。

区内沙三中亚段发育了丰富的断裂系统，由于断层的性质、规模、产状、内部结构及其形成时代的差异导致部分断层对油气产生侧向封堵作用，与盖层的垂向遮挡等有利因素综合作用，使油气得以保存。

4 结 论

（1）临北地区基山砂体具有形成油气藏的良好地质条件，其中作为油气来源的临南洼陷沙三段优质烃源岩最为发育，是形成油气藏的物质基础；各期基山砂体粒度普遍较细，与源岩大面积接触，其内断裂发育，提供有效运移通道，形成良好的源储配置关系。

（2）研究区沙三中亚段主要发育1～5 个期次的三角洲⁃滑塌浊积沉积体，具有良好的孔渗性，可作为油气的储集层，也是主要的输导体。临邑断层及其分支断层是连通源岩和储层的通道，断⁃砂输导体系共同作用致使油气藏在南北向呈断阶式带状分布。

（3）沙三上亚段泥岩及基山砂体顶部稳定的厚层泥岩的垂向遮挡、各期次砂体之间被泥岩的分隔作用且东西向上倾尖灭、沙三中亚段发育封闭性较好的高矿化度原生CaCl2水型以及部分断层的侧向封堵等因素共同作用，为沙三中亚段油气提供有利的保存条件。