三肇凹陷青一段源岩生成的油双向倒灌运移通道类型及分布特征

三肇凹陷青一段源岩生成的油双向倒灌运移通道类型及分布特征

三桥坍塌位于松辽盆地北部的山区。它西与大庆接壤，东与朝阳沟相连。北部与绥化塌陷、绥峰凹、塔桑县和达县南部相连。这是一个经历破裂、倾斜和结构逆转的塌陷。三肇凹陷从下至上发育有断陷期的下白垩统火石岭组、沙河子组、营城组、登娄库组、泉头组,坳陷期的上白垩统青山口组、姚家组、嫩江组和构造反转期的古近系、第四系,其中位于泉头组三、四段的河流相的扶余和杨大城子油层(简称扶杨油层)是该凹陷中部含油气组合的主要产层。目前已发现了升平、宋芳屯、肇州、榆树林、朝阳沟等油田,充分展示了该凹陷扶杨油层的含油前景。油源对比结果表明,该凹陷扶杨油层的油主要来自上覆青山口组一段(青一段)的暗色泥岩。上覆青一段源岩生成的油沿着哪类断裂向下伏扶杨油层“倒灌”运移以及运移距离的大小是该区扶杨油层成藏机制及分布规律研究的关键。已往研究表明[4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14],该区扶杨油层的源断裂为过T2界面(青山口组一段底)至T06界面(嫩江组三段底)的断裂。然而这类断裂虽然可使青一段源岩生成的油向下“倒灌”运移,但更多的是使青一段源岩生成的油向上覆地层中运移,从而难以成为青一段源岩生成油向下伏扶杨油层“倒灌”运移的主要输导通道。因此,搞清青一段源岩生成的油到底是经哪类主要断裂向下伏扶杨油层倒灌运移,对于正确认识其成藏及分布规律、指导勘探均具重要意义。1t12断裂三肇凹陷青一段源岩不仅目前普遍具有超压,而且其底部T2界面上发育大量的断裂,具备生成油向下“倒灌”运移的理论条件。三肇凹陷自断陷期以来共发育有6种断裂:第1种为断陷期活动的断裂,包括从基底断至泉头组的断裂(T2—T5断裂)和从登娄库组断至泉头组的断裂(T2—T4断裂);第2种为坳陷期形成的断裂,主要为只发育于青一段中的断裂;第3种为构造反转期形成的断裂,主要为只发育于嫩三段中的断裂(T06断裂);第4种为断陷期形成、坳陷期继续活动的断裂,包括从基底及登娄库组断至青一段和嫩一段中的断裂,即T2—T5断裂、T2—T4断裂、T1—T5断裂和T1—T4断裂;第5种为断陷期形成、坳陷期和构造反转期活动的断裂,包括从基底和登娄库断至嫩三段中的断裂,即T06—T5断裂和T06—T4断裂;第6种为坳陷期形成、构造反转期活动的断裂,包括从泉头组和青一段断至嫩三段中的断裂,即T06—T3断裂和T06—T2断裂。发育于T2界面上的断裂主要是第2、第4、第5和第6种断裂,它们在平面上构成了网络状密集带。统计表明,三肇凹陷T2界面上有4230条断裂,但并不是所有这些T2界面上的断裂均可构成青一段源岩生成油向下伏扶杨油层“倒灌”运移的输导通道。由图1可以看出,只有上部消失于青一段源岩内的T2界面上的断裂(应为第2种断裂和部分第4种断裂)才能成为青一段源岩生成油向下伏扶杨油层“倒灌”运移的输导通道。因为这类断裂消失于青一段源岩中,尽管其在该区青一段源岩大量生排烃期——明水组沉积末期并没有明显错动活动,但其仍会在区域张应力场的作用下呈开启状态,成为油气运移的输导通道。青一段源岩生成的油沿其不能向上运移,只能在超压的作用下,克服地层压力、毛细管阻力和油气本身浮力向下伏扶杨油层中“倒灌”运移,这类断层才应为扶杨油层的主要源断裂。而断穿青一段源岩的那些T2界面上的断裂(第5种和第6种断层,过去被认为是扶杨油层的主要源断裂)不能成为青一段源岩生成油向下伏扶杨油层“倒灌”运移的主要输导通道,尽管它们在青一段源岩大量生排烃期明显活动,开启程度高,但青一段源岩生成的油在超压作用下沿此类断裂主要向上覆葡萄花油层(姚家组一段)中输导运移,而不是主要向下伏扶杨油层中“倒灌”运移。这是因为油沿其向上运移较向下“倒灌”运移所受到的阻力小得多,前者主要克服断裂带岩石的毛细管阻力即可,而后者除了要克服断裂带岩石毛细管阻力外,还要克服油本身浮力和地层压力,故在相同超压动力作用下易于向上覆地层运移,而不是向下伏地层发生“倒灌”运移。由上述2种T2源断裂与该凹陷目前扶杨油层油田之间分布关系(图2)可以看出,本文所确定的T2源断裂虽然数量减少,但较过去认为的T2源断裂与扶杨油层分布关系更为密切,油藏内T2源断裂更发育,说明前者更符合油田形成受控于T2源断裂的实际。因此,可以确定能够成为三肇凹陷青一段源岩生成油向下伏扶杨油层“倒灌”运移输导通道的断裂类型主要是仅发育于青一段中、从泉头组断至青一段、从登娄库组断至青一段和从基底断至青一段的断裂。在三肇凹陷这类T2源断裂主要有2082条,由图2(a)可以看出,三肇凹陷扶杨油层T2源断裂在整个凹陷广泛分布,断裂主要为北北东向和北北西向展布,另外还存在少量南北向展布的断裂,其中以仅发育于青一段中的断裂(T2断裂)最多,其次是从泉头组断至青一段中的断裂(T2—T3断裂),从登娄库组断至青一段中的断裂(T2—T4断裂)和从基底断至青一段中的断裂(T2—T5断裂)相对较少。2油、岩底界接触的最大距离三肇凹陷青一段源岩生成的油在超压作用下主要沿上部消失于青一段源岩内的T2源断裂向下伏扶杨油层“倒灌”运移的距离,不仅取决于青一段源岩内的古超压值与油“倒灌”运移所受到阻力的差值,而且还受到被T2源断裂错断的扶杨油层内砂泥组合关系的影响。三肇凹陷青一段源岩生成的油在古超压作用下,理论上向下“倒灌”进入扶杨油层的最大距离一般可达150～300m。这一结果与该凹陷扶杨油层目前油底距青一段源岩底界距离(图3)大致相当,但二者并不完全吻合,在某些井处油实际“倒灌”运移距离与理论计算得到的最大“倒灌”运移距离有偏差。这可能是由于青一段源岩生成油在超压作用下通过T2源断裂在向下“倒灌”运移过程中,遇到与T2源断裂相沟通的砂岩输导层后,便不再继续向下“倒灌”运移,而发生侧向运移,使其实际向下“倒灌”运移距离小于理论计算得到的油最大“倒灌”运移距离;另一种情况是由于断裂错断,使下盘扶余油层与上盘杨大城子油层对接,青一段源岩生成油在超压作用下通过T2源断裂一直向下“倒灌”运移至最大理论计算“倒灌”运移距离后,再发生侧向运移至下盘进入杨大城子油层中,使下盘扶杨油层实际油底距离明显大于理论计算得到的油最大“倒灌”运移距离(图4)。由目前扶杨油层油底距青一段泥岩底界距离(图3)可以看出,三肇凹陷青一段源岩生成的油向扶杨油层的实际“倒灌”运移距离最大可达300m,主要分布在升平、肇州和宋芳屯油田区域内,3个油田区外油运移的距离相对较小。3t1源断裂附近高断块圈闭有利于油聚集成藏T2源断裂发育区控制着油聚集区。由图2(a)可以看出,三肇凹陷扶杨油层目前发现的油藏与T2源断裂发育程度之间具有较好的对应关系,升平、宋芳屯和肇州油田均分布在T2源断裂相对发育的区域内。这是因为只有位于T2源断裂发育的区域,青一段源岩生成的油向下“倒灌”运移的输导通道越多,才会有更多的油“倒灌”运移进入扶杨油层中聚集成藏;相反,青一段源岩向扶杨油层“倒灌”运移的输导通道越少,油供给量有限,则难以形成大规模聚集成藏。T2源断裂发育程度控制着油“倒灌”运移距离。由图2(a)和图5可以看出,三肇凹陷青一段源岩生成油向下伏扶杨油层“倒灌”运移距离与T2源断裂发育程度之间具有较好的对应关系,即T2源断裂越发育的地区,青一段源岩生成的油“倒灌”运移的距离越大;反之则越小。这是因为T2源断裂越发育的地区,扶杨油层被其依次错断形成地垒构造或地堑构造的幅度越大,下盘扶余油层与上盘杨大城子油层对接的层位越低,下盘扶余油层中油侧向运移进入上盘杨大城子油层的层位也就越低,从而造成上盘青一段源岩生成油向下伏扶杨油层实际“倒灌”运移的距离越大;反之则越小。T2源断裂附近高断块圈闭有利于油聚集成藏。三肇凹陷青一段源岩生成的油在通过T2源断裂向下伏扶杨油层“倒灌”运移过程中,遇到适当的圈闭便可聚集成藏。由图5可以看出,断穿青一段源岩向上延伸的T2断裂,由于青一段源岩生成油主要沿其向上运移,而不是青一段源岩生成油向下伏扶杨油层“倒灌”运移的主要输导通道,故其附近不利于扶杨油层的聚集成藏。只有T2源断裂附近,才可能会有油的聚集成藏。但沿T2源断裂“倒灌”运移进入扶杨油层的油能否聚集成藏还要取决于砂体的发育程度及其与T2源断裂的配置情况。三肇凹陷扶杨油层构造平缓,背斜圈闭不发育,主要圈闭类型是断裂与河道砂体交叉配合而形成的断块、断层遮挡和断层-岩性圈闭,这些圈闭只有被T2源断裂沟通后才可能聚集形成油藏。然而由于受该区油源供给不足的影响,被T2源断裂沟通的所有圈闭构造并非均可成为扶杨油层油聚集的圈闭。沿T2源断裂向下“倒灌”运移的油首先在高断块圈闭中聚集成藏,因为高断块圈闭距青一段源岩距离相对较近,油运移所受到的阻力小。再者,沿T2源断裂向下“倒灌”运移的油当其动力小于或等于其所受到的阻力时,其“倒灌”运移停止,而在浮力作用下沿T2源断裂向低势区运移,高断块圈闭的势能相对较低,是油运移的指向,油优先向其聚集,这可能也是高断块圈闭中富集油的另一个重要原因。只有充满了高断块圈闭后,剩余的油才能运移至低断块圈闭中聚集成藏。同理,同一条T2源断层的下盘距上覆青一段源岩相对较近,油易在其内聚集成藏;反之,油则不易在T2源断层上盘聚集成藏。由三肇凹陷扶杨油层59个含油构造圈闭和油在断层上、下盘位置统计结果表明,油主要分布在地垒构造上,断阶和地堑构造上较少,且断层下盘油聚集明显多于上盘。这些充分证实了T2源断裂附近高断块圈闭有利于油聚集成藏。距T2源断裂的距离控制着油井产能。统计三肇凹陷扶杨油层39个富油区块中12口井的油产能数据和油井距T2源断裂距离之间关系(图6)可以看出,随着距T2源断裂距离增加,油井产能逐渐降低;反之则逐渐增大。这是因为距T2源断裂越远的井,青一段源岩生成的油运移至扶杨油层后向其侧向运移的距离越远,到达油井的油量就越少,油井产能也就越低;反之则越高。综合上述分析,由该区青一段源岩成熟区分布范围,结合T2源断裂分布(图2)可以得到,升平油田西部、宋芳屯油田东部和肇州油田北部扶杨油层虽然目前尚未提交储量,但这些地区T2源断裂发育,上覆青一段源岩生成的油可以向扶杨油层运移,如果断裂和砂体有利配合则可以形成油聚集,应是该凹陷扶杨油层下步勘探的有利地区,其中T2源断裂附近的高断块圈闭应是下一步勘探的有利目标。升平油田西北部,虽然也位于油源区内,但青一段源岩厚度小,供油能力不足,再加上扶杨油层砂层厚度薄,因此,即便T2源断裂发育,但运移至扶杨油层的油相对较少,难以大规模聚集成藏,至今该区尚无大量油发现。4肇凹陷适合配置油、压的源断裂系(1)三肇凹陷扶杨油层源断裂不是过去认为的断穿青一段源岩的断裂,而应为上部消失于青一段源岩内的断裂,主要包括仅发育于青一段中的断裂、从泉头组断至青一段的断裂、从登娄库组断至青一段的断裂和从基底断至青一段的断裂,这类断裂在整个凹陷广泛发育。(2