三肇凹陷扶杨油层油气成藏主控因素及有利区带

三肇凹陷扶杨油层油气成藏主控因素及有利区带

陆相含油气盆地构造风格和沉积特征的复杂性决定了成藏模式的多样性。随着油气勘探和开发的深入，许多石油科学家对油气藏的形成机制和分布规律进行了有效的研究，提出了一些创新的认识，并建立了相应的油气藏传模式（林畅松等，2000；蒋有禄等，2003；赵文志等，2004；李丕龙等，2004；吴鹤永等，2007；刘景江等，2008）。扶杨油层作为松辽盆地三肇凹陷增储上产的一个重要勘探领域,自上世纪60年代钻井获得工业油流以来,先后开展了综合石油地质研究、精细油藏描述和储层砂体地震预测技术,但由于断层特征复杂、多物源和储层砂体预测难,油气勘探一直未有重大突破,因此,如何剖清成藏主控因素、预测油气富集目标区成为当前研究的关键,笔者从扶杨油层断层特征、基于层序地层格架的储层沉积特征研究出发,认为油源断层和河道砂体的合理匹配是控制油气富集成藏的关键因素,其理论对指导松辽盆地北部扶杨油层油气勘探具有重要理论意义和实际应用价值。1构造单元特征三肇凹陷为松辽盆地中央坳陷区内二级负向构造单元,它西接大庆长垣,东临朝阳沟阶地,北连安达凹陷,面积为5575km2(图1)。受基底断层控制在扶杨油层顶面形成了尚家鼻状构造、升平鼻状构造、肇州鼻状构造、升平西向斜、徐家围子向斜、永乐向斜6个三级构造单元,总体表现为“三鼻三凹”的构造格局。中—新生代地层自下而上沉积了下白垩统火石岭组、下白垩统沙河子组、下白垩统营城组、下白垩统登娄库组、下白垩统泉头组、上白垩统青山口组、上白垩统姚家组、上白垩统嫩江组、上白垩统四方台组、上白垩统明水组、渐新统依安组、中新统大安组、上新统泰康组和第四系地层,泉头组三、四段扶杨油层为区内产油主要接替层位。扶杨油层沉积于松辽盆地坳陷期,是在泉头组二段沉积末期盆地整体抬升遭受冲刷侵蚀之后到青山口组一段底突然湖侵之间发育的总体具有沉陷特点的陆相充填沉积建造(李延平等,2005),松辽盆地在扶杨油层沉积时期共发育6个方向物源,即讷河、拜泉—青岗、怀德、保康、白城、齐齐哈尔,三肇凹陷处于多个物源的交汇区,以三角洲分流平原亚相、三角洲前缘亚相沉积为主(楼章华等,1997)。2原油油藏的主要因素2.1断层密度效应松辽盆地构造演化主要经历了断陷前、断陷、坳陷和反转4个阶段(胡望水等,2005)。三肇凹陷扶杨油层顶面T2断层系十分发育,为了剖清断层特征及运动期次,利用300条地震剖面,依据断层垂向穿层性把T2断层系划分为四类:断陷期形成坳陷期持续活动断层;断陷期形成坳陷期和构造反转期均持续活动断层;坳陷期形成断层;坳陷期形成构造反转期持续活动断层。断层特征研究表明:(1)T2断层系具有平面密集成带、剖面“似花状”组合特征,在三肇凹陷全区可以刻画出28条不同走向的断层密集带(图2),断层密集带的形成主要受控于四种因素:基底断层控制,基底断层为应力薄弱带,上部易形成“似花状”断层组合(张革等,2002);下部营城组火山控制,营城组火山口的天窗式塌陷易形成上部断层密集带(贺电等,2008);斜向拉张作用,北北西走向的基底断层与坳陷期近东西向拉张应力场夹角约为60°,产生斜向拉张作用控制着北北西和北北东向扭动断层密集带形成;伸展量差异,控陷的徐西断层自南而北由近南北向转为北北西向再转为近南北向,出现两个方位‘拐点’,在断陷期拉张应力场作用下,不同方位基底断层差异活动而形成的调节性质的断层密集带,之后在坳陷期近东西向应力场作用下发生走滑。(2)油气成藏时期活动沟通储集层和烃源岩的断层为油源断层(罗群等,2005),研究表明继承性活动的油源断层的规模、活动期次与烃源岩生排烃期次的匹配关系是油气聚集成藏的关键因素(罗群,2002),因此T2断层系中‘断陷期形成坳陷期和反转期均活动的断层’和‘坳陷期形成构造反转期活动的断层’为控制扶杨油层油气成藏的油源断层,这些断层多数为继承性活动的断层密集带边界断层,向上不但切入青山口组烃源岩中且在其附近发育泥岩裂缝,构成油气运移的通道(卓勤功,2006)。(3)T2断层组合是同生滑脱正断层与后期扭动构造组合的叠合带,一般形成平面上的“垒堑”组合模式(付广等,2001),断层密集带两侧上升盘多数形成地垒或断阶圈闭,处于构造高部位有利于油气聚集成藏,而断层密集带内多数为“地堑”部位,不是油气有利聚集区,如扶杨油层59口钻遇断层密集带探井55口试油结果为水砂或干层。2.2扶杨油层油气源对比三肇凹陷垂向上发育多套优质烃源岩,油源对比表明扶杨油层油气主要来自上覆青山口组烃源岩(霍秋立等,1999)。青山口组烃源岩向下倒灌运移存在三个条件:(1)不同成熟烃源岩地层分布青山口组暗色泥岩有机碳含量平均为3.125%,氯仿沥青“A”平均为0.5%,有机质类型以Ⅰ型和ⅡA型干酪根为主,镜质体反射率为0.6%～1.2%,属于成熟源岩(迟元林等,2000),油气勘探实践表明,高成熟烃源岩分布范围不但控制着扶杨油层含油面积,而且其与运移通道的组合关系,直接决定了油气“倒灌”的运移方式(Bekeleetal.,1999),目前扶杨油层发现的工业油流探井都分布在成熟烃源灶范围内,而位于烃源灶外的升平北部地区试油都为水层。(2)扶杨油层含油层青山口组源岩超压最大值达到20MPa,主要分布在凹陷中心的徐8井、徐9井和芳21井处,由3个高值区向凹陷周边超压值逐渐减小,超压形成于嫩江组末期,明水组末期达到高峰,与青山口组源岩排烃时期相一致,此时断层选择性活动导致超压幕式释放和油气下排,通过理论计算超压驱动油气下排深度一般大于300m以上(付广等,2008),与全区337口探评井作出的实际油底包络面深度约为200m相吻合,因此扶杨油层主要含油层位为顶部的扶Ⅰ和扶Ⅱ砂组。(3)油气运移通道通过对全区扶杨油层3689条断层统计,断层走向以近南北向为主,均为正断层,一般断距10～80m,断层密度大(约0.81条/km2),8条生长指数剖面和10条构造发育史剖面研究表明,在嫩江组末期、明水组末期和古近系末期构造活动,继承性活动的密集带边界断层复活开启,成为油气运移的通道。2.3源系统和存储层的沉积特征2.3.1扶杨油层沉积物运移特征本次物源分析采用ZTR指数法,其是指重矿物中超稳定矿物锆石、电气石和金红石三者含量之和,距离物源区越远,这三种重矿物的相对含量越高,最终可以判断出沉积物的搬运方向和搬运距离。三肇凹陷及周边828口探井ZTR指数分析表明三肇凹陷扶杨油层主要受西南保康物源和北部拜泉—青冈物源控制,两物源在徐家围子地区交汇后向东流出,东南长春—怀德物源对研究区影响较小(图3);重矿物组合表明西南保康物源以锆石、电气石为主,东南长春—怀德物源以石榴子石和磁铁矿为主,北部拜泉—青冈物源总体上重矿物含量偏低且含量相似。2.3.2河道砂体及沉积相松辽盆地扶杨油层发育独具特色的河控浅水三角洲沉积体系,研究表明三肇凹陷扶杨油层为向上逐渐退积的层序格架,扶杨油层顶部发育最大水进期沉积的三套油页岩标准层,扶余油层底部发育一套湖沼成因的泥岩标准层,杨大城子油层底部发育两套湖沼成因的泥岩标准层,三组标准层在全盆地稳定分布对扶杨油层精细对比起到很好的控制作用,利用825口井曲线和11口井岩芯对扶杨油层沉积微相及单砂体展布规律研究表明:(1)扶杨油层西南保康物源控制的河道砂体为北东向展布,北部拜泉—青冈物源控制的河道砂体为近南北向展布(图4)。证据如下:三肇凹陷南部5个开发区共识别出367支河道单砂体,其中北东向为332支(占90.2%),北部2个开发区共识别出168支河道单砂体,近南北向为148支占(占88.2%);位于三肇凹陷东南20km的朝阳沟油田长10区块密井网沉积微相揭示为西南保康物源;顶底标准层控制下的地层对比表明扶杨油层厚度在树116井附近达到最大值,且南部比北部沉积厚度大、砂岩发育,表明西南保康物源供给较强;扶杨油层沉积时期处于盆地坳陷初期,在三肇凹陷西部存在次级沉降中心,因此西部白城物源对研究区直接影响不大(图3)。(2)扶杨油层顶部(扶Ⅰ1—扶Ⅰ3小层)为三角洲前缘亚相沉积,发育水下分流河道及末端河控席状砂,河口坝等微相不发育,无前三角洲相,证实了典型浅水河控三角洲沉积环境;扶杨油层中—下部(扶Ⅰ4—杨Ⅲ8小层)为三角洲分流平原亚相沉积,发育陆上分流河道微相,其它类型微相不发育;39个时间单元沉积微相揭示扶Ⅰ7—扶Ⅱ1小层为扶杨油层水退最大期,分流河道砂体最发育,且处于油气下排深度内,因此为油气富集主要层位。通过对扶杨油层337口探评井953个试油层位试油强度和微相类型分析表明,油气下排深度内的中厚层河道砂体为扶杨油层主要储油单元,其它类型微相含油性较差(表1)。2.4油藏类型分析结果通过对探评井试油和开发区动态资料综合分析,扶杨油层不仅在凹陷斜坡鼻状构造高部位的州201试验区获得了工业油流,而且在近凹陷中心的构造低部位升平南试验区也获得了高产工业油流,且油气柱高度都大于圈闭幅度,同时位于继承性凹陷中心的徐18、徐19、徐3、徐23四口井分别在位于距扶顶28～114m的河道砂体中发现油浸、含油和油斑,说明油气分布不受局部构造控制,而是受油源断层控制,通过对全区337口探评井试油分析,发现183口工业油流井都位于断层密集带两侧或油源断层附近,且距离油源断层越近产能强度越高,又由于扶杨油层主要储层分流河道砂体展布方向为北东向或近南北向,与断层密集带边界断层多为高角度相交,因此三肇凹陷扶杨油层的油藏类型主要为受油源断层和河道砂体控制的岩性或断层—岩性油藏。3王圣柱式2007油气成藏除了要具备生、储、盖和圈闭等静态地质条件外,还需要这些地质条件在时空上合理匹配,在剖析扶杨油层成藏主控因素基础上,认为烃源灶—圈闭空间位置和运移通道配置形式共同控制油气运聚模式(王圣柱等,2007;付广等,2008)。三肇凹陷扶杨油层成藏模式为明水组末期青山口组烃源岩达到生油高峰,油气在超压作用下沿开启的断层密集带边界断层下排到两侧上升盘地垒或断阶圈闭中,然后沿着沟通油源断层的分流河道砂体做短距离侧向运移,在构造有利的部位聚集成藏(图5)。由于断层密集带两侧为断层上升盘,多形成地垒或断阶圈闭容易接受油气充注,即断层密集带两侧为油气富集区;而断层密集带内多为地堑部位,且地层倾向与油气冲注方向一致,只有形成反向断块时才能聚集成藏,因此断层密集带内不是油气富集有利部位。如目前扶杨油层已开发试验区皆位于断层密集带两侧。4油源断层不发育区在成藏模式指导下,结合目前的钻井资料及圈闭发育情况,在三肇凹陷扶杨油层寻找油源断层上升盘地垒或断阶圈闭砂岩发育区块,最终在全区刻画出47个油气富集圈闭(图6),新增含油面积192.86km2,预测石油地质储量0.5亿吨;核销位于断层密集带内或油源断层不发育区的探明储量区和控制储量区122.5km2,建议这些区块今后不作为有利钻井区