高郵凹陷有效砂巖輸導層分布及控藏作用

李 浩，高先志

(中國石油大學地球科學學院，北京 102249)

高郵凹陷有效砂巖輸導層分布及控藏作用

李 浩，高先志

(中國石油大學地球科學學院，北京 102249)

有效砂巖輸導層是指經歷過油氣運移的砂層，據油氣顯示和油氣包裹體識別有效砂巖輸導層，同時結合烴源巖的分布、砂層的空間位置以及構造背景來分析有效砂巖輸導層的分布。結果表明：高郵凹陷有效砂巖輸導層具有分帶性和分層性的分布特征：在北部斜坡帶，阜一段主要分布在其頂部砂層段，具“廣而薄”的特點，阜三段主要分布層段從內坡帶向外坡帶逐漸抬升，內坡帶全段分布，而在中、外坡帶集中在中上部的砂層段;在斷裂帶，戴一段主要分布于阜四段有效烴源巖分布區(qū)內，而戴二段分布較局限，主要沿油源斷層分布，具有“窄而厚”的特點。高郵凹陷有效砂巖輸導層的分布受沉積相帶、構造背景、有效烴源巖的分布以及源巖與輸導層接觸關系、油源斷層、區(qū)域蓋層和輝綠巖的侵入等多種因素控制。有效砂巖輸導層控制著高郵凹陷斜坡帶油藏的分布位置和層位，有效砂層的頂面形態(tài)控制了油氣優(yōu)勢運移路徑，有效砂巖輸導層、有效烴源巖和輸導動力場的優(yōu)勢配置控制油氣富集。

輸導體系;油氣運移;砂體分布;有效砂巖輸導層;高郵凹陷

有效輸導體系是指發(fā)生過油氣運移的輸導層，國內外輸導體系研究主要集中在輸導體系類型的劃分、輸導層的分布以及輸導性能的定性描述等方面［1－14］，較少涉及到輸導體系有效性問題。油氣從烴源巖到圈閉的運移受多種因素的影響，油氣的運移路徑具有選擇性［15－17］，并不是所有的輸導體都能起到輸導油氣的作用，輸導體系存在有效與無效之分。有效輸導體系是由各類有效輸導層組成的，包括有效的滲透地層、有效的斷層和有效的不整合面輸導層等。筆者在建立高郵凹陷輸導體系格架的基礎上，根據油氣顯示和油氣包裹體判斷砂體輸導層的有效性，并結合烴源巖位置、沉積相和構造背景推測有效砂巖輸導層的分布。

1 輸導體系構成及砂體分布特征

蘇北盆地高郵凹陷屬于典型的中新生代復雜斷裂凹陷。凹陷呈北東向展布，內部構造單元由南而北劃分為南部斷裂帶、深凹帶、漢留斷裂帶和北部斜坡帶［18］。高郵凹陷新生代地層發(fā)育較全，晚始新世至漸新世(42～24.6 Ma)的三垛運動導致區(qū)域性構造抬升剝蝕，使本區(qū)缺少漸新世地層。研究區(qū)發(fā)育泰二段(K2t2)、阜二段(E1f2)和阜四段(E1f4)3套烴源巖，阜一段(E1f1)、阜三段(E1f3)以及戴南組(E2d)為主要儲集層。

高郵凹陷輸導體系由砂層、斷層和輝綠巖層構成，但不同構造帶輸導要素發(fā)育程度存在差異。斜坡帶輸導層主要為砂層，斷層次之;斷裂帶輸導層主要為斷層，砂層次之;輝綠巖層僅在斜坡帶東部地區(qū)較發(fā)育，作為局部輸導層存在。

沉積相控制砂體的分布。阜一段主要發(fā)育大型三角洲，相帶連續(xù)。阜一段砂巖較發(fā)育，砂體橫向連通性好，砂層累積厚度為200～300 m，單層厚度一般為2～7 m，砂巖含量為30% ～50%，由南往北增大;阜三段只在東部地區(qū)發(fā)育三角洲前緣，斜坡帶和斷裂帶東部地區(qū)砂巖較發(fā)育，其累積厚度60～100 m，單層厚度一般為3～7 m，砂巖含量一般為15%～40%，由南往北增大;戴南組砂巖較發(fā)育相帶為水下扇和扇三角洲，由真2斷層和漢留斷層控制呈南北向展布，沉積體系規(guī)模小、相變快，砂體橫向連通性差，縱向相互疊置，呈北厚南薄，東多西少的特點，戴一段(E2d1)砂體累積厚度80～250 m，單層厚度一般為2～10 m，東部地區(qū)砂巖含量一般為30% ～50%，西部地區(qū)砂巖含量普遍低于10%，戴二段(E2d2)砂體分布類似戴一段，但砂巖更發(fā)育;三垛組(E2s)為河流沉積，砂體較發(fā)育且分布廣?？傮w上，斜坡帶砂層主要分布在阜一段、阜三段、戴南組和三垛組，深凹帶和斷裂帶砂層主要分布在戴南組和三垛組(圖1)。

圖1 高郵凹陷沉積相剖面(過真武－永安－沙埝)Fig.1 Cross section of sedimentary facies(from Zhenwu to Yongan and Shanian areas in Gaoyou sag)

2 有效砂巖輸導層的識別及分布

有效砂巖輸導層是指真正發(fā)生了油氣運移的砂層。砂層成為有效輸導層的前提條件是必須具備一定的孔滲性，確保油氣能在其中發(fā)生運移。高郵凹陷砂巖主要發(fā)育于三角洲前緣和水下扇扇中，物性較好，砂層都具備了輸導油氣的潛力，因此物性不是作為輸導層有效性的充分條件。然而，并不是所有的滲透性砂層都是有效的輸導層，判斷砂層是否有效的最直接證據是地層是否存在油氣顯示或油氣包裹體。

2.1 有效砂巖輸導層的識別

2.1.1 根據油氣顯示識別

油氣顯示是輸導層發(fā)生過油氣運移的最直接證據。高郵凹陷鉆井多且分布廣，這為通過油氣顯示層統計來研究有效輸導層提供了有利條件。

統計發(fā)現，北斜坡韋莊地區(qū)和沙埝地區(qū)阜一段頂部(E1f11)砂層油氣顯示普遍較好，顯示級別較高、顯示長度一般為10～50 m;沙埝地區(qū)阜三段砂層油氣顯示分布表現分帶性：在內坡分布于阜三全段，如沙 9井，在中坡則集中在阜三中間部位(E1f32)，如蘇53井，在外坡則主要分布在阜三段頂部(E1f31)，如沙X40井(圖2)。另外，在沙埝和花莊地區(qū)阜三段中有輝綠巖侵入，在輝綠巖變質帶及其附近的砂層中見油氣顯示，表明輝綠巖層附近的砂層為有效砂巖輸導層。

圖2 高郵凹陷沙埝地區(qū)阜三段砂層油氣顯示剖面Fig.2 Section of hydrocarbon shows in E1f3sand carrier beds of Shanian area，Gaoyou sag

深凹帶和斷裂帶戴一段3個亞段骨架砂體油氣顯示集中在阜四段排烴區(qū)內。在排烴區(qū)內，漢留斷層和真2斷層等大斷層附近以及砂體較發(fā)育區(qū)油氣顯示級別較高，顯示長度較長;戴二段5個亞段骨架砂體中油氣顯示都較差，由下往上，油氣顯示分布越局限，僅在真2斷層和漢留斷層附近有零星的油氣顯示分布。

2.1.2 根據油氣包裹體識別

輸導層中賦存的油氣包裹體是油氣運移留下的“痕跡”，通過統計輸導層中的油氣包裹體豐度也能夠很好地識別砂體輸導層的有效性。統計發(fā)現，戴南組砂體輸導層有效性差異較大，油源斷層附近有的砂體盡管無油氣顯示，但其中油氣包裹體豐度較高，IGO(含油包裹體的顆粒數占所統計的包裹體顆粒數的比值)一般大于3%，有的甚至達到60%，而不在油源斷層附近的砂體不僅無油氣顯示，且其中賦存的油氣包裹體豐度很低，IGO一般小于1%。這表明油源斷層附近的砂體都可作為有效砂巖輸導層。

2.2 有效砂巖輸導層的分布特征

油氣顯示和油氣包裹體是判斷砂層輸導有效性的充分條件而非必要條件，對于既無油氣顯示又無油氣包裹體分布的砂層，判別其是否有效，需要綜合烴源巖位置、構造背景、沉積相展布、有無其他類型的有效輸導通道溝通等因素分析。

綜合分析表明高郵凹陷有效輸導層具有如下分布特征：在北部斜坡帶，阜一段主要分布在其頂部砂層段，分布具“廣而薄”的特點，阜三段主要分布層段從內坡帶向外坡帶逐漸抬升，內坡帶全段分布，而在中、外坡帶，集中在中上部的砂層段(圖3剖面A和剖面B);在斷裂帶，戴一段主要分布于阜四段有效烴源巖分布區(qū)內，而戴二段分布較局限，主要沿油源斷層分布，分布都具有“窄而厚”的特點(圖3剖面A和剖面C)。

圖3 高郵凹陷有效砂巖輸導層分布剖面Fig.3 Sections of effective sand carrier beds distribution in Gaoyou sag

三垛組砂層和斜坡帶戴南組砂層中鮮有油氣顯示和油氣包裹體分布，而且離烴源巖較遠，又無油源斷層溝通，因此可將其視為無效輸導層。

3 有效砂巖輸導層分布的控制因素

高郵凹陷有效砂巖輸導層分布受沉積相帶和構造背景、有效烴源巖的分布及源巖與輸導層的接觸關系、油源斷層、區(qū)域蓋層和輝綠巖的侵入等多種因素控制。

3.1 沉積相帶和構造背景

通道條件和動力條件是油氣運移必不可少的。沉積相帶控制砂巖的分布和連通性;靜壓條件下，油氣在有效砂巖輸導層中運移的動力由浮力主導，油氣在勢差驅動下總是沿有效輸導層低部位向高部位運移，因此沉積相帶和構造背景控制油氣運聚格局。在高郵凹陷斜坡帶，砂巖主要發(fā)育于三角洲前緣，相帶連續(xù)，砂巖連續(xù)分布，側向連通性好;而在斷裂帶，有利的砂巖發(fā)育相帶沿斷裂分布，側向相變快，砂巖垂向疊置，砂巖側向連通性較差而垂向連通性較好。高郵凹陷呈南斷北超、南陡北緩的構造特征，輸導層為靜水壓力系統，油氣輸導屬于浮力驅動輸導機制。油氣運移受沉積相帶和構造背景控制，表現為從深凹帶分別向北部的斜坡帶和南部的斷裂帶運移。北部斜坡帶油氣側向運移距離長，運移波及面廣;南部斷裂帶油氣以垂向運移為主，側向運移程度低。因此，高郵凹陷有效砂巖輸導層分布的基本格局為：北部斜坡帶呈片狀單層系分布，而在斷裂帶主要沿油源斷層，呈條帶狀多層系分布(圖3)。

3.2 有效烴源巖分布及其與輸導層接觸關系

蘇北盆地阜二段和阜四段為兩套深湖相泥巖。高郵凹陷主力烴源巖層位于阜二段下部和阜四段上部。平面上，阜二段有效烴源巖主要分布在深凹帶和北斜坡南部地區(qū)，其排烴區(qū)較廣，阜四段有效烴源巖卻集中在深凹帶，其排烴區(qū)較?。?9］。有效烴源巖分布不同決定了排烴方式和排烴區(qū)范圍的不同。

阜二段下部有效烴源巖與阜一段砂巖地層接觸，排烴以下排式為主，由于下排阻力大，油氣下排厚度有限，因此阜一段有效砂巖輸導層厚度較薄，一般小于50 m(不含泥巖夾層厚度)。由于阜一段砂巖連片分布，側向連通性好，阜二段源巖與下伏阜一段頂部砂層呈“面”接觸，因此在高郵凹陷北抬的構造背景下，油氣側向運移距離長。這決定了阜一段頂部有效砂巖輸導層分布范圍廣，而且超出了阜二段排烴區(qū)的范圍。

阜四段上部有效烴源巖與戴南組地層不整合接觸，排烴以上排式為主。戴南組砂體規(guī)模小、橫向連通性較差，阜四段源巖層與戴南組底板砂層呈“點”或“帶”接觸。油氣示蹤結果表明，來自阜四段的油氣是沿戴南組底板砂層短距離側向運移或貼油源斷層砂體垂向運移的，阜四段排烴區(qū)為斷裂帶油氣運聚的主要范圍。因此，戴南組有效砂巖輸導層分布較局限，主要集中在阜四段排烴區(qū)內(圖3剖面A和剖面C)。

3.3 油源斷層

油源斷層溝通烴源巖和淺層圈閉，是油氣垂向運移的重要通道。在砂體橫向連通性較差的條件下，與烴源巖沒有接觸的砂體若無油源斷層的溝通作用很難成為油氣有效通道。正是由于油源斷層的“橋梁”作用使得遠離油源的砂層輸導油氣成為可能。高郵凹陷戴南組砂層橫向連通性較差，且和阜四段烴源巖呈“點”接觸，大部分砂層和源巖無直接接觸。統計表明，戴南組各砂層組油氣顯示情況差異較大，但在貼油源斷層發(fā)育的多層系砂層中顯示級別高，顯示井段長，IGO也普遍較高(一般大于3%)。油源斷層的存在延伸了有效砂巖輸導層的縱向分布空間(圖3)。

3.4 區(qū)域蓋層

區(qū)域蓋層的分布范圍是油氣運移的最大范圍。戴南組之上由于缺少區(qū)域蓋層，其有效砂巖輸導層的平面分布比較局限;阜一段之上發(fā)育阜二段區(qū)域蓋層，油氣可側向大范圍運移，故阜一段有效砂巖輸導層分布較廣，面積占凹陷面積的80%。

3.5 輝綠巖

輝綠巖在北斜坡沙埝地區(qū)侵入較普遍，輝綠巖變質帶及其附近砂層是該區(qū)阜三段油藏油氣運移的主要通道。證據(1)：阜二段表現為“下烴源巖上泥巖”，以下排烴為主，阜二段之上的阜三段儲層油源條件差;證據(2)：北斜坡地區(qū)T33斷層大多未完全錯開區(qū)域蓋層(阜二段泥巖)，阜一段儲層中的油氣很難通過斷層向上調節(jié)進入阜三段儲層中(圖4);證據(3)：沙埝南部阜三段油藏的原油密度普遍大于阜一段油藏的原油密度，這說明阜三段油藏不是阜一段砂體輸導層中的油氣通過斷層向上調整形成的次生油藏;證據(4)：輝綠巖變質帶溝通阜二段源巖和阜三段斷塊圈閉，巖石類型以板巖和角巖為主，孔縫較發(fā)育，平均孔隙度13.4%，滲透率高達1885.4×10－3μm2，油氣輸導能力強［20－21］，其中見油氣顯示分布。因此，阜三段地層中的輝綠巖變質帶附近的砂層為有效砂巖輸導層(圖4)。

圖4 輝綠巖輸導油氣示意圖Fig.4 Section of hydrocarbon migration through diabase

4 有效砂巖輸導層與成藏的關系

高郵凹陷斜坡帶油藏主要分布在其構造高帶，呈東西向展布，主力油層在阜一段和阜三段(沙埝地區(qū)和瓦莊地區(qū))，油藏類型以斷鼻和斷塊油藏為主，輸導層主要為阜寧組砂層。砂層輸導的有效性與斜坡帶油氣成藏息息相關。

4.1 有效砂巖輸導層頂面形態(tài)控制斜坡帶油氣優(yōu)勢運移路徑

有效砂巖輸導層作為油氣真正的運移通道，其分布就是油氣運移的路徑。在靜水壓力系統中油氣運移主要靠有效浮力，有效浮力由有效輸導層頂面傾角和油水密度差決定。斜坡帶油氣從阜二段烴源巖中下排入阜一段頂部砂層中，然后在有效浮力作用下沿有效砂巖輸導層頂面上傾方向運移，在其頂部“脊”的位置匯聚，形成匯聚流，有效砂巖輸導層頂部“脊”線應為油氣從深凹帶向斜坡帶運移的優(yōu)勢路徑。從圖5可見，阜一段油氣顯示地層總厚度一般大于該層段斷層的斷距，斷層未完全錯開有效砂巖輸導層，這保證了輸導通道的連通性。圖6為斜坡帶成藏期(三垛期)油勢等值線圖。圖中根據油勢分隔槽將斜坡帶劃分為5個運聚單元。由于本區(qū)為靜水壓力系統，在未考慮毛細管阻力的情況下，輸導層油勢等值線實質反映的是輸導層的頂面形態(tài)，流體流線即為有效砂巖輸導層頂部“脊”線的位置。油氣運移從有效砂巖輸導層次級“脊”逐步向更高級“脊”匯聚，類似河水從“支流”向“主干道”匯聚(圖6)。

高郵凹陷北部斜坡帶的油氣具有“同源同期”的特點，因此不同油藏含氮化合物組成［22－23］和原油物理性質的變化可以為油氣運移路徑提供依據。

(1)含氮化合物示蹤。沿著油氣運移方向，極性弱的氮屏蔽型異構體(如1，8－DMC)或半屏蔽型異構體(如 NPE’s－DMC)相對含量增加，而極性強的氮暴露型異構體(如2，4－DMC)或半暴露型異構體(如NEX’s－DMC)相對含量減少。圖7為韋莊地區(qū)過阜一段砂層頂面東西向構造脊的剖面。沿其脊線方向從韋9→韋2→韋8，其原油中1，8－DMC/2，4－DMC 10% 依次為 13→16→17，1，8－DMC/NEX’s－DMC 100%依次為34→38→56，證實了油氣沿砂層頂面脊線運移。

(2)原油物理性質示蹤。當氧化作用起主導作用時，沿著油氣運移方向，原油的密度和黏度將增大，油質變差。圖7所示，由西向東沿地層抬升方向，阜一段之上的區(qū)域蓋層剝蝕程度加劇，保存條件變差，在西部的韋8斷塊油藏中甚至出現了輕微的生物降解現象，油氣運移受氧化作用的影響大，沿砂層頂面脊線方向從韋9→韋2→韋15→韋8，地面原油密度依次增大，地面原油黏度依次為17.3→20.2→47.1→128.7 mPa·s，油質逐漸變差，這進一步證實了油氣沿砂層頂面脊線運移。

圖7 高郵凹陷北部斜坡帶韋莊地區(qū)油氣運移綜合剖Fig.7 Section of hydrocarbon migration in northern slope of Weizhuang area，Gaoyou sag

4.2 有效砂巖輸導層－有效烴源巖－輸導層動力場優(yōu)勢配置控制斜坡帶油氣的富集區(qū)

有效砂巖輸導層是油氣運移的通道，是連接油源區(qū)到聚集區(qū)的“紐帶”;有效烴源巖是向輸導層提供油氣運移的“源泉”;輸導動力場是促使油氣在輸導層中運移的動力源。有效砂巖輸導層(通)、有效烴源巖(源)和輸導動力場(場)有機組合構成的“通”－“源”－“場”優(yōu)勢配置控制了油氣的富集區(qū)。油源對比分析表明，斜坡帶油氣主要來自阜二段下部優(yōu)質烴源巖。阜二段源巖分布范圍較廣，且上覆于阜一段有效砂巖輸導層之上，源巖層與輸導層接觸面積大，這保證了輸導層中油氣供給的充足。此外，從油源區(qū)到聚集區(qū)，油勢等值線逐漸由“密”變“疏”，反映了輸導動力強弱的梯度變化，到斜坡帶中部地區(qū)(中坡)和北部地區(qū)(外坡)油勢等值線變得稀疏，油氣輸導動力不足，成為油氣聚集區(qū)(圖6)。

4.3 有效砂巖輸導層控制斜坡帶油氣的分布層位

油氣在砂層中主要表現為側向運移，運移途中遇圈閉一般就地成藏，油氣跨層運移較困難。有效砂巖輸導層的分布限定了油氣的分布層位。例如，斜坡帶韋莊和沙埝地區(qū)已發(fā)現的阜一段油藏幾乎都分布在阜一段頂部層段(E1f11)，內坡的沙9塊油藏分布在阜三段下部層段(E1f33)，外坡的沙40塊油藏分布在阜三段上部層段(E1f31)，這都表明油藏的分布層位與有效砂巖輸導層的分布層位表現出高度的一致性。

高郵凹陷斷裂帶有效輸導層主要為斷層，有效砂巖輸導層對斷裂帶油氣成藏僅起輔助作用。

5 結論與建議

(1)斜坡帶有效砂巖輸導層主要為阜一段頂部砂層，它呈片狀單層(廣而薄)分布;在斷裂帶有效砂巖輸導層主要為戴南組砂層，它沿油源斷層呈條帶狀多層(窄而厚)分布。

(2)高郵凹陷有效砂巖輸導層分布受沉積相帶、構造背景、有效烴源巖的分布及源巖與輸導層接觸關系、油源斷層、區(qū)域蓋層、輝綠巖的侵入和構造背景等因素控制。

(3)有效砂巖輸導層與油氣成藏息息相關。對斜坡帶，有效砂巖輸導層的頂面形態(tài)控制了油氣優(yōu)勢運移路徑，有效砂巖輸導層與輸導動力場、有效烴源巖的優(yōu)勢配置控制了油氣富集區(qū)，有效砂巖輸導層控制了油氣的分布層位。

(4)有效砂巖輸導層對油氣聚集區(qū)具有指向作用。根據有效砂巖輸導層的分布，不同構造帶的勘探重點區(qū)和層位應不同。斜坡帶油氣勘探的重點層位是阜寧組，加強阜寧組構造的精細解釋，有利的層段是阜一段頂部砂層組和阜三段輝綠巖變質帶及附近的砂層組。就阜三段而言，內坡可對阜三全段實施勘探，外坡則集中于阜三段頂部地層的勘探;斷裂帶勘探重點放在阜四排烴區(qū)內的戴南組地層，采取“沿斷裂、追物源、探砂體”的方法進行挖潛。

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Effective sand carrier beds distribution and its reservoir forming control in Gaoyou sag

LI Hao，GAO Xian－zhi
(College of Geosciences in China University of Petroleum，Beijing 102249，China)

Effective sand carrier beds are the sand layers experienced oil and gas migration.The transported hydrocarbon can be identified by the hydrocarbon show and fluid inclusions.Meanwhile，the distribution characteristics of effective carrier beds were studied by the distribution of hydrocarbon source rocks，the spatial location of the sand and tectonic setting.The results show that the distribution of the effective sand carrier beds is characterized by zonation and lamination in Gaoyou sag.The effective sand carrier beds of slope zone are E1f1and E1f3.The E1f1carrier beds are"wide and thin"，mainly distributed in the uppermost part of sand layers，while for the E1f3，they are characteristically distributed throughout the inner slope zone，and gradually become limited on the upper part of sand layers in the middle and outer slope zones.The effective sand carrier beds of the fault zone，E2d1and E2d2layers are"narrow and thick".The E2d1effective sand carrier beds are distributed mainly in the distribution region of effective source rock of E1f4，while the E2d2effective sand carrier beds are mainly in occurrence along the source faults.The distribution of effective sand carrier beds in Gaoyou sag is multi－controlled by sedimentary facies，structure，distribution range of effective source rock，contact relationship with source rocks，faults connected to source rocks，regional seal，diabase invasion.The effective sand carrier beds affect the hydrocarbon distribution position and layer.The shape of top surface of the effective sand carrier beds controls the dominant migration pathway in slope area of Gaoyou sag.Accordingly，it is proposed that the rational combination of effective sand carrier beds together with source rocks and dynamic field controls the hydrocarbon distribution in the slope zone of Gaoyou sag.

carrier beds system;hydrocarbon migration;sand distribution;effective sand carrier beds;Gaoyou sag

TE 122.1

A

10.3969/j.issn.1673－5005.2012.02.009

1673－5005(2012)02－0053－07

2011－09－25

中石化“十一五”基礎研究課題(P08045)

李浩(1984－)，男(漢族)，湖南益陽人，博士研究生，主要從事石油地質學方面的研究。

(編輯 劉為清)