致密油源储组合差异富集机制与控藏模式——以酒泉盆地青西凹陷为例

罗 群，红 兰，高 阳，邓 远，李映艳，王仕琛，马文彧，许 倩

1.油气资源与探测国家重点实验室，北京 102249；2.中国石油大学(北京) 非常规油气科学技术研究院，北京 102249；3.中国石油 新疆油田分公司 勘探开发研究院，新疆 克拉玛依 834000

1 研究意义和研究现状

1.1 致密油源储组合研究意义

致密油是致密储层油的简称。致密油的定义最早出现在20世纪40年代出版的AAPG Bulletin 杂志中，不同学者对致密油的定义有所不同[1-10]。北美等国外学者趋向于将烃源岩中石油、烃源岩内部致密储层中的石油和与烃源岩紧密相连的致密储层中的石油统称为致密油；国内学者则趋向于将烃源岩内部致密储层中的石油或与烃源岩紧密相连的致密储层中的石油称为致密油，而不包括烃源岩本身储集的石油。本文采用贾承造、邹才能等[1，11-12]对致密油的定义：“指与生油岩互层、紧邻的致密砂岩、致密碳酸盐岩等储集岩中，未经过大规模长距离运移的石油聚集，致密储层覆压基质渗透率小于或等于0.1×10-3μm2，一般需改造才能获得工业油流”。

与常规油气藏将生、储、盖空间关系及其组合类型作为成藏研究的关键不同，致密油由于源储紧邻共生甚至源储一体，对圈闭与盖层条件要求降低，源储及其空间匹配关系显得更加重要，成为决定性因素[1，3，8]。这是因为源储本身的特性、源储结构、源储空间共生关系直接与致密油藏的形成、富集与分布密切相关[1，3，8，13]。源岩的品质(丰度、类型、演化程度)直接关系到致密油藏的资源潜力、油藏的类型；储层的品质(孔渗性、脆性等)直接关系到致密油藏富集程度、甜点分布与规模以及开发方式和产能等，而源储空间匹配关系则制约着致密油的成藏方式、成藏机理、成藏过程和成藏富集结果。因此，研究源、储共生关系及其组合特征，对于致密油成藏与富集及其甜点的预测具有重要理论与现实意义。

1.2 致密油源储组合研究现状

宏观上，致密油源储空间匹配关系与沉积环境密切相关，一些学者将我国致密油源储接触关系归为三种成因类型的沉积环境[14]：①碳酸盐岩沉积环境(碳酸盐岩来自与湖泊咸化作用相关的咸化湖)，在这种环境中的优质烃源岩与碳酸盐岩致密储层呈互层分布，致密油成藏条件良好；②水下前三角洲(深湖相)沉积环境，源储纵向互层和侧向源储紧密接触的致密油共生组合，这种类型的沉积环境在满足优质泥质烃源岩沉积的同时,接受三角洲前缘输送的薄层粉细砂岩；③重力流沉积环境，泥包砂、源包储的致密油源储接触关系，出现这种空间匹配关系是因为深湖凹陷或斜坡部位受扰动构造而造成的，这种类型的沉积环境处于生烃凹陷中心部位，与混杂堆积体和烃源岩直接接触。

许多学者对具体的源储组合的划分与分类进行了深入的研究。他们依据储层与源岩的空间关系，将源、储配置类型划分为源储叠置型和源储共生型[15]；并进一步将源储叠置型分为下源上储型(如鄂尔多斯盆地三叠系延长组长63段)、上源下储型(如鄂尔多斯盆地三叠系延长组长81油层)、薄互层型(如准噶尔盆地二叠系芦草沟组致密油层)和三明治型(如四川盆地侏罗系致密油层)等多种类型源储组合[16-25]。美国威利斯顿盆地巴肯组致密油层有两个层位，分别分布在上巴肯页岩(黑色含沥青泥页岩)的下部和下巴肯页岩(黑色含沥青泥页岩)的上部，两者之间为常规油藏，其中上巴肯页岩与其下伏紧邻的致密油储层(粉砂岩、极细砂岩互层)构成典型的上源下储型源储组合，而下巴肯页岩与其上覆的致密油储层(富含泥质的白云石化粉砂质极细岩)构成典型的下源上储型源储组合[26-27]。最近几年，松辽盆地在致密油勘探方面获得了重大的进展，齐家—古龙凹陷致密油主要分布在高台子油层和扶杨油层等领域。通过油源对比，扶杨油层致密油源储组合为上生下储型，高台子油层为下生上储型，而在齐家—古龙凹陷的龙虎泡等“凹中隆”构造高点地区，高台子油层则表现为自生自储致密油成藏的特点[28-30]。

源储一体型为另一种特殊类型的源储组合，其实质为烃源岩中发育(微)裂缝，烃源岩生排出的石油在(微)裂缝中直接聚集成藏。典型源储一体型的实例包括北美的鹰滩组致密油源储组合，中国渤海湾盆地冀中坳陷束鹿凹陷沙三下亚段致密油的源储组合类型[31-33]。

关于致密油源储组合的成藏机制与富集规律的研究，总的看还不够深入。“源储大面积紧邻接触或源储一体、压差驱动充注、短距离运移、甜点富集”是致密油充注成藏机制与富集规律基本认识[1，3，8，13，22]，但对具体不同类型源储组合的致密油充注机理与富集特征的研究比较笼统[15，17，21，27，30，34-35]，缺少针对不同类型源储组合致密油充注成藏的动力与阻力、方式、途径等机制的分析和致密油富集规律的研究。

综上所述，尽管不少学者针对不同地区划分出不同类型的源储组合，并对其致密油成藏进行了探讨，但均局限于某个地区的总结，且缺少对比不同类型的源储组合致密油充注成藏的特征，更没有对致密油充注成藏机理与富集结果的差异性进行总结、揭示与解释，这制约了致密油成藏理论的形成与完善。本文以中国酒泉盆地青西凹陷下白垩统下沟组为研究对象，试图从野外露头、录井观察来划分源储组合类型，通过钻探成果统计、核磁共振等手段寻找不同类型源储组合致密油富集的差异性及其规律，最后利用物理模拟实验来解释和揭示不同类型源储组合致密油充注成藏富集的差异性机制。

2 源储耦合关系与源储组合类型

2.1 构造演化与地层发育

酒泉盆地位于阿尔金地块、阿拉善地块与北祁连造山带的结合部位，在河西走廊的中段，面积约为11 100 km2。青西凹陷位于酒泉盆地西部(图1)，是一个典型的富油凹陷，面积约490 km2，主要含油层位为下白垩统下沟组。

图1 酒泉盆地青西凹陷构造位置Fig.1 Tectonic location of Qingxi Sag, Jiuquan Basin

区域构造演化上，青西凹陷早白垩世构造活动经历了赤金堡组(K1c)沉积期的强烈裂陷、下沟组(K1g)沉积期的裂陷扩张和中沟组(K1z)沉积期的稳定拗陷3个构造—沉积演化阶段，形成了赤金堡组底部、下沟组底部两套区域角度不整合面和中沟组顶部穿越整个酒泉盆地的角度不整合面。

青西凹陷基底埋深最大超过7 000 m，其中下沟组最大厚度可达2 000 m，占了整个下白垩统地层厚度的60%～95%(图2)。

图2 酒泉盆地青西凹陷下白垩统地层系统综合柱状图Fig.2 Comprehensive histogram of Lower Cretaceous stratigraphic system in Qingxi Sag, Jiuquan Basin

2.2 致密油源储组合基本特征

2.2.1 烃源岩

青西凹陷主体下沟组为一套泥岩、泥质白云岩、白云质泥岩和白云岩的互层，烃源岩为富有机质的泥岩、白云质泥岩和泥质白云岩，累计厚度达1 100 m，源岩占该地层厚度的60%～90%，有机质类型以Ⅰ型和Ⅱ型为主，有机碳含量为1.41%～3.54%，镜质体反射率(Ro)为0.8%～1.2%，属于大量生油成熟阶段。因此，青西凹陷下沟组的烃源岩属于好—极好型，为致密油的形成奠定了丰厚的物质基础。

2.2.2 储层

青西凹陷主体下沟组储层岩石类型较多，包括白云岩、泥云岩、云泥岩以及砂质云岩、云质粉砂岩(统称为云质岩)等。从总体来看，储集层的物性较差，孔隙度在2%～6%之间，渗透率为(0.01～0.05)×10-3μm2，为典型的致密油储层。目的层埋深4 100～4 400 m。储集空间类型有：粒间孔、粒内孔、晶间孔和有机质孔，前三者是主要的致密油储集空间。致密油储层孔径分布在0～1 000 nm之间，发育纳米孔隙—孔喉系统，基质孔隙度很低，不利于致密油的流动和富集，但微裂缝普遍发育，大大改善了致密油储层的孔渗性，有利于形成致密油甜点。

2.3 致密油源储单元划分标准

2.3.1 基本源储单元

源、储单元是源、储组合类型划分的基础。针对青西凹陷实际情况，参考行业标准，将有机碳含量(TOC)为1.0%确定为青西凹陷有效烃源岩的下限指标，同时参考其他参数(地质、地化、测井)，共同确定青西凹陷烃源岩的划分标准。

任何具有一定孔渗性的岩石都可以作为油气的储层，作为致密油的储层，其孔渗性极低。根据青西凹陷下沟组实际情况，结合致密油储层定义，将孔隙度为10%、空气渗透率为1×10-3μm2作为致密油储层的上限标准。

为了依据测井曲线识别各种源、储层，将青西凹陷中常见的几种源、储层投影到其RD—GR测井参数的交会图中，发现RD、GR的交会可以比较好地识别青西凹陷的主要烃源岩和储层(图3)。因此，RD、GR测井参数也可以作为青西凹陷源、储层的识别指标之一。

图3 酒泉盆地青西凹陷各种岩性(烃源岩、储层类型)的RD-GR分布白云岩(储层), GR>100 API, RD为40～5 000 Ω·m；粉砂岩(储层), GR<100 API, RD为10～20 Ω·m；云质泥岩(裂缝不发育，烃源), GR为100～120 API, RD<80 Ω·m；砾岩(储层), GR>100 API, RD为100～1 000 Ω·m；暗色泥岩(烃源), GR<60 API, RD>30 Ω·m；泥质云岩(储层), GR>100 API, RD为30～5 000 Ω·m；云质泥岩(裂缝发育，储层), GR<80～100 API, RD>1 000 Ω·mFig.3 RD-GR distribution of various lithologies (source rocks and reservoir types) in Qingxi Sag, Jiuquan Basin

综上所述，基于源、储层具体的划分依据，针对青西凹陷的实际情况，参照相关行业标准，烃源岩从地质、地化和测井3个指标，储层从地质、测井2个指标，对青西凹陷基本源、储单元进行了划分(表1)。

表1 酒泉盆地青西凹陷下沟组致密油源储单元划分标准Table 1 Classification criteria for source and reservoir units of tight oil in Xiagou Formation, Qingxi Sag, Jiuquan Basin

2.3.2 特殊源储单元

(1)源储(薄)互层单元。由于青西凹陷下沟组为咸化湖混积岩沉积，一些地区烃源岩中含有碎屑岩储层，本身既是源岩，又是储层的薄互层组合，叫源储(薄)互层源储单元。

(2)源储一体。由于青西凹陷下沟组为咸化湖混积岩沉积，碳酸盐岩含量较高，因此，部分烃源岩中发育大量的裂缝和溶蚀孔隙，这种具有溶蚀孔和裂缝性的烃源岩，叫源储一体的源储单元。

2.4 致密油源储组合类型

为了全面获得青西凹陷源储空间匹配关系及其组合类型的信息，以源储单元划分标准为依据，分别从野外、钻井层序方面开展了源储单元划分及其组合特征研究。

2.4.1 野外露头的源储组合类型

为了获得详细的下沟组层序和源、储层分布及其空间匹配关系等信息，在青西凹陷柳沟庄油田西北17 km的红柳峡野外露头，挖掘了总长330 m、地层厚度209.14 m的探槽，建立了反映源储空间关系及其组合特征的野外地层综合柱状图(图4)。依据源储单元划分标准和样品分析测试结果，以及源、储空间配置，划分出上源下储、下源上储、三明治(上下均为源岩中间是储层)和薄互层(源、储层单层厚度小于2m，薄层源岩与薄层储层密集交替)4种源储空间匹配关系，对应形成上源下储型、下源上储型、三明治型和薄互层型共4种源储组合类型(图4)。

图4 酒泉盆地青西凹陷红柳峡实测剖面源储单元分布及其空间匹配和组合类型Fig.4 Distribution of source and reservoir units and their spatial matching and combination types in measured section of Hongliuxia, Qingxi Sag, Jiuquan Basin

2.4.2 钻井的源储组合类型

图5 酒泉盆地青西凹陷柳4井到单井源储组合划分Fig.5 Division of source and reservoir assemblages in in well Liu 4, Qingxi Sag, Jiuquan Basin

2.4.3 源储组合类型总结

综合野外、岩心、钻井岩性柱状图，总结出青西凹陷下沟组源储组合包括3种基本类型、2种特殊类型和3种复合类型，共8种源储组合类型(图6)，其中3种基本类型、2种特殊类型(A—E)是最常见的源储组合，也是本文研究的重点。

图6 酒泉盆地青西凹陷源储组合类型Fig.6 Source and reservoir assemblage types in Qingxi Sag, Jiuquan Basin

3 源储组合成藏富集差异性

源储空间组合类型是致密油藏形成与富集的重要地质单元，大量钻探结果统计分析、核磁共振实验均显示出同类型源储组合成藏富集具有一致性、不同类型源储组合成藏富集具有差异性这一规律。

3.1 钻探成果统计显示致密油成藏富集差异性

目前青西凹陷致密油分布区域有各类探井75口，其中46口井试油获得结果，25口井试油日产油在3.5 m3以上，其中最主要的产油层是下沟组。通过分析各井产油量与其对应的源储组合类型关系，发现源储一体型产层的产量最高，80%以上的源储一体型产层的日产量在80 t以上；然后就是互层型产层和邻源型产层(图7)。其中互层型产层包括三明治型和薄互层型，邻源型是下源上储或上源下储型产层。

图7 酒泉盆地青西凹陷典型井石油日产量与源储组合类型的关系图中石油日产量为相同试油方式。Fig.7 Relationship between daily oil production and source-reservoir combination types in typical wells, Qingxi Sag, Jiuquan Basin

为了进一步寻找源储组合类型与致密油富集关系，统计了柳4井等26口井的主要产油层产量与对应的源储组合类型关系，结果表明，源储一体型(D型)钻探出油率最高，达43%以上，其中，中—高产(日产50 t以上)的概率达25.05%；其次是三明治型，出油率为18.7%，获得中—高产的概率为10.38%；石油富集程度相对较差的是薄互层型和下源上储型产层。

由钻探成果统计表明，最有利于致密油富集的源储组合类型是源储一体型，其次是三明治型，第三是上源下储型，薄互层型和下源上储型不利于致密油的富集。

3.2 核磁共振实验显示致密油成藏富集差异性

核磁共振现象是一种利用原子核在磁场中的能量变化来获得关于核信息的技术，是研究分子结构、构型构象、分子动态等的重要方法。本文对青西凹陷下沟组的Q2-4井、Liu4井、Liu102井等16个不同类型源储组合的储层岩心样品进行核磁共振实验，获得其中各种流体(包括束缚油流体与可动油流体、束缚水与可动水)的百分含量，发现致密油储层样品内可动油的比例与源储组合类型有密切的关系(图8)。其中，源储一体型储层样品中可动油比例最高，达到7%～18%；其次是三明治型，为2%～7%；上源下储和下源上储型储层可动油比例最小，一般小于2%。储层样品中可动油的比例反映了含油性特征，可动油所占百分比越高，储层含油性就越好。

图8 核磁共振实验测得的酒泉盆地青西凹陷典型井中不同类型源储组合储层样品可动油饱和度分布Fig.8 Saturation distribution measured by NMR experiment of movable oil in reservoir samples of different types of source-reservoir combinations in typical wells in Qingxi Sag, Jiuquan Basin

综上所述，致密油充注成藏、富集与其源储组合类型密切相关，受源储组合类型的制约，其中源储一体组合最有利于致密油的充注成藏与富集，其次是三明治型，再次是上源下储型和下源上储型，薄互层型相对不利。

4 油储组合差异成藏富集机理模式

根据石油地质基本原理，依据前面源储组合基本特征分析，结合青西凹陷实际地质情况，对不同类型的源储组合致密油成藏机理进行探讨，并总结其成藏模式。

4.1 下源上储型(A型)组合致密油成藏机理模式

类似于常规油气藏中的正常式生储盖组合，只不过致密油藏的致密储层因致密而具有盖层的封盖作用，储层本身具有封盖能力。下伏的烃源岩因埋藏而进入生油窗，在强大的生烃膨胀力、异常高压力的作用下，先克服烃源岩内部分子吸引力、黏滞力，沿有机质孔和生烃膨胀缝向上覆储层孔缝系统发生初次运移，并进一步克服致密储层孔缝系统的毛管阻力，发生短距离二次运移进入致密油储层，最终富集于致密油储层的相对高孔、高渗的物性甜点区。其成藏富集动力为源储压差，运移通道为源储之间的缝孔网络，石油充注方式主要为烃源的幕式排烃。如果部分储层较好，为常规储层，那么，浮力也是这部分储层的动力。上覆储层中致密油的富集程度与储层甜点区物性与规模、储层本身的封盖条件等因素有关。如果下源上储组合的上覆地层是高孔渗常规储层，最终可能导致致密储层中已经聚集的致密油的部分或全部散失。下源上储型(A型)源储组合致密油成藏机理模式见图9。鄂尔多斯盆地长6段致密油为典型的下源上储型致密油藏，其下伏的长7段为烃源岩，长6段为致密储层，目前在长6段致密储层中发现了丰富的致密油资源。

图9 下源上储型(A型)组合致密油充注成藏机理模式Fig.9 Mechanism model for charging and accumulation of tight oil in lower source and upper reservoir (type A) combination

4.2 上源下储型(B型)组合致密油成藏机理模式

图10 上源下储型(B型)组合致密油充注成藏机理模式Fig.10 Mechanism model for charging and accumulation of tight oil in upper source and lower reservoir type (type B) combination

4.3 三明治型(C型)源储组合致密油成藏机理模式

由于源储组合是以储层为核心而进行的源储匹配形式，因此，以上、下为烃源岩，中间为储层的三明治型源储组合十分常见，可以看成由上源下储(B)、下源上储(A)两个源储组合合并而形成的复合型源储组合，其成藏富集机制也表现为2种源储组合的叠加。由于位于中间的致密油储层同时接受上、下2套烃源岩的供烃充注，因此具有比A、B 2种源储组合更富集的致密油资源。另外，三明治型源储组合也具有很好的封盖条件。综上所述，三明治型源储组合集中了A、B 2种源储组合的优点，因而是最有利于致密油富集的源储组合之一(图11)。

图11 三明治型(C型)源储组合致密油充注成藏机理模式Fig.11 Mechanism model for charging and accumulation of tight oil in sandwich type (type C) source-reservoir combination

4.4 源储一体型(D型)源储组合致密油成藏机理模式

烃源岩的生烃中心往往是溶蚀孔和裂缝发育的区域，形成源储一体型源储组合，这在咸化湖混积岩致密油区比较常见。由于缝孔发育，成熟烃源岩生成的石油在生烃膨胀力、异常高压力作用下排出烃源岩基质，就近在缝孔发育的烃源岩的孔—缝空间网络系统中聚集成藏，导致了丰富的致密油的聚集。缝—孔发育区周边缝、孔相对不发育，成藏动力也减小，因此，其致密油富集程度也减小，由内环向外环储层物性变差，排出的石油减少，石油向四周初次运移的距离也减小，致密油富集程度逐渐降低。D型组合既发育烃源岩，又具有良好的储集空间，“肥水不外流”，是最有利于致密油充注成藏和富集的源储组合(图12)。

图12 源储一体型(D型)源储组合致密油充注成藏机理模式Fig.12 Mechanism model for charging and accumulation of tight oil in self-generating and self-reservoiring type (type D) combination

4.5 薄互层型(E型)源储组合成藏机理模式

薄互层型源储组合是由多个薄层烃源岩与薄层储层交互叠置在一起形成的一类源储组合类型，可将其看成一系列薄的三明治型源储组合在纵向上的叠置。因此，其成藏机理模式与三明治型一样，不同的是，由于其源岩较薄，有机质含量一般不高，烃源岩品质一般不是太好，同时也由于储层较薄，物性较差，其储集性能一般也不好，因此，薄互层型源储组合的富油程度一般不高。综上所述，薄互层型组合通常不是好的源储组合。当然，要具体问题具体分析，也不排除这种源储组合很富油的可能。

5 结论

(1)源、储品质及其空间匹配关系是致密油成藏与富集的基础地质条件，空间匹配关系决定了源储组合类型，而源储组合类型制约了致密油充注成藏机制与富集结果。

(2)至少存在下源上储、上源下储、三明治3种基本类型，源储一体、源储(薄)互层2种特殊类型和上源下储Ⅱ型、下源上储Ⅱ型、三明治Ⅱ型三种复合类型共8种源储组合类型，其中下源上储、上源下储、三明治、源储一体和源储(薄)互层是最常见的5种源储组合类型。

(3)最有利于致密油成藏富集的源储组合类型是源储一体型，其次是三明治型，再次是上源下储型和下源上储型，源储(薄)互层型一般不利于致密油的成藏与富集。

(4)不同类型源储组合致密油充注成藏与富集差异的根本原因，在于其源储空间匹配关系导致的成藏动力、成藏方式和保存条件的差异，以及源储本身品质的不同。

(5)源储一体型属于自生自储模式而且成藏动力充足，渗透性好，源内成藏，致密油富集的程度最高；三明治型双向供油、保存条件好，有利于致密油的成藏与富集；与下源上储型源储组合相比，本研究区上源下储型的保存条件相对较好，致密油富集程度相对较高；源储(薄)互层型因源、储层薄，品质较差，充注动力不足，不利于致密油的成藏与富集。