遼西低凸起東營組儲集層特征與發(fā)育控制因素

周慶安，羅順社，官玉龍，歸 航，王國超，劉藝妮

（1.長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北武漢430100；2.長江大學(xué)非常規(guī)油氣湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北武漢430100）

1 地質(zhì)概況

遼西低凸起位于遼東灣坳陷西部，西為遼西凹陷，東為遼中凹陷，是渤海海域重要的油氣勘探區(qū)[1](見圖1)。始新世-漸新世早期，在孔店組-沙河街組時期，由于遼西低凸起沿西側(cè)斷裂向東南方向抬升，使低凸起遭受到嚴(yán)重的剝蝕。漸新世中期隨著埋藏過程的不斷進(jìn)行，低凸起開始接受沉積，主要發(fā)育三角洲，其物源主要來自燕山褶皺帶，東營組的東二段和東三段沉積厚度都達(dá)到了600 m左右。在漸新世末期，由于構(gòu)造運(yùn)動使研究區(qū)地層抬升，東一段再次遭受到剝蝕。東營組是遼西低凸起的主要含油氣層段。目前遼西低凸起主要發(fā)現(xiàn)綏中36-1、旅大4-2、旅大10-1等多個油田及含油構(gòu)造，充分說明了該區(qū)域有較大的勘探開發(fā)潛力，針對遼西低凸起層序地層方面存在層序界面模糊不清、體系域地質(zhì)特征、沉積相類型和有利砂體展布規(guī)律認(rèn)識不深入等問題，應(yīng)用野外露頭、鉆井、測井、地震等資料識別層序界面及體系域地質(zhì)特征，重新劃分了層序地層格架，并利用沉積相方法預(yù)測有利砂體的展布及控制因素，為下一步的勘探開發(fā)提供有利的地質(zhì)依據(jù)。

圖1 遼西低凸起構(gòu)造位置Fig.1 Tectonic location map of the Liaoxisalient

2 烴源巖特征

遼西低凸起主要發(fā)育三套烴源巖，分別為沙河街組三段、沙河街組一段和東營組。遼西低凸起由于被富含生烴的凹陷所包圍，成為了油氣聚集的有利地區(qū)。東營組時期由于地層不斷的快速下降，使其成為遼西低凸起主要的沉積和沉降中心。其地層厚度在3 000～4 300 m。東營組主要劃分為東一段、東二段和東三段，這三段烴源巖都處于成熟-高成熟階段，在東營組一段烴源巖大量生烴；據(jù)生烴史模擬研究，Ro（鏡質(zhì)體反射率）為1.0%～2.0%，烴源巖處于成熟-高成熟階段，在東二段早期成熟，在東一段一期大量生烴[2];在東二段晚期進(jìn)入生油高峰。

2.1 有機(jī)質(zhì)特征

圖2為遼西低凸起東營組烴源巖有機(jī)質(zhì)。從圖2可以分析出，遼西低凸起在東一段、東二段、東三段，有機(jī)顯微組分和有機(jī)質(zhì)類型有一定的差異。遼西低凸起東三段有機(jī)質(zhì)類型為II1型，有機(jī)顯微組分中無定形含量最高，浮游藻類和有機(jī)屑含量較高。

圖2 遼西低凸起東營組烴源巖有機(jī)質(zhì)Fig.2 Organic matter map of source rocks in Dongying formation of Liaoxi salient

圖3 為遼西低凸起東營組烴源巖干酪根組分圖。

圖3 遼西低凸起東營組烴源巖干酪根組分圖Fig.3 Kerogen composition diagram in Dongying formation of Liaoxisalient

從圖3可知，東三段腐泥組和殼質(zhì)組所占比重大于80%，惰質(zhì)組和鏡質(zhì)組所占比重小于20%；東二段有機(jī)質(zhì)以II1型為主，也有I和II2型，腐泥組和殼質(zhì)組含量小于80%，惰質(zhì)組和鏡質(zhì)組含量大于20%，孢藻組合中浮游藻類含量較高；東一段烴源巖有機(jī)質(zhì)類型為II1型和II2型。通過上述分析可以看出，遼西低凸起東營組烴源巖有機(jī)顯微組分特征是腐泥組和殼質(zhì)組含量普遍較高，東三段有機(jī)質(zhì)類型優(yōu)于東一段。

2.2 熱演化特征

圖4為遼西低凸起東營組Ro、Tmax與深度關(guān)系。由圖4可以看出，研究區(qū)生烴門限深度在2 500 m左右。目的層埋藏深度總體在2 500 m之下，因此東營組烴源巖處于成熟-高成熟階段。通過樣品實(shí)際測量分析認(rèn)為，研究區(qū)東三段烴源巖腐泥組和殼質(zhì)組含量較高，主要發(fā)育好-很好的烴源巖，東二段主要發(fā)育中等-好的烴源巖，東一段主要發(fā)育差-中等的烴源巖。

根據(jù)TOC(總有機(jī)碳）、S1+S2（位生烴潛量）、HI等地化參數(shù)綜合判斷：遼西低凸起東三段、東二段、東一段烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度差異較大，東三段烴源巖地球化學(xué)指標(biāo)最高，東二段中等，東一段較低(見表 1)。

表1 遼西低凸起東營組烴源巖地球化學(xué)參數(shù)Table 1 Geochemical parameters of source rocks of Dongying formation in Liaoxisalient

3 儲層特征

3.1 物性特征

研究區(qū)主要有綏中36-1、旅大10-1、錦州20-2、錦州25-1S等多個油氣田，主要的油藏為潛山油藏。鉆井揭示錦州25-1S是以變質(zhì)巖為主的油藏，巖石類型以片麻巖為主；綏中36-1油田發(fā)育碳酸鹽巖儲層，孔隙、裂縫和溶蝕孔洞成為了油氣良好的儲集空間。實(shí)測巖心孔隙度為1%～20%，平均為9%；滲透率為1～10 mD，平均為5 mD，說明儲層有較好的物性，有較大的勘探潛力。

3.2 油氣來源

前人深入研究了遼西低凸起油氣來源的問題，認(rèn)為遼西低凸起原油具有多向油源供烴的特征[3-8]。油氣主要來自遼西凹陷和遼中凹陷的東營組烴源巖。遼西低凸起原油與遼西凹陷和遼中凹陷東營組的原油都具有伽馬蠟烷豐度中等，4-甲基甾烷豐度中等，含有一定量的甲藻甾烷，αααRC27、αααRC28、αααRC29規(guī)則甾烷呈“V”字型等特征。因此，認(rèn)為遼西低凸起油氣來自遼中凹陷和遼西凹陷東營組烴源巖。

3.3 油氣成藏期次

遼西低凸起烴類包裹體均一化溫度為81.2～141.1℃，烴類包裹體溫度與現(xiàn)今的包裹體所處的地層溫度（59.5～71.2℃）差異較大。主要原因是遼西低凸起在漸新世末期發(fā)生大規(guī)模的構(gòu)造抬升，該期構(gòu)造運(yùn)動使遼西低凸起的東一段和東二段遭受到剝蝕。東一段剝蝕量比東二段剝蝕量大。為了更好地表征該時期的剝蝕量，采用磷灰石裂變徑跡方法對遼西低凸起東營組進(jìn)行熱史模擬（見圖5）。從圖5可以看出，在24 Ma時樣品溫度為94.4℃，到18 Ma的時候樣品溫度為40.8℃，發(fā)生溫度降低的原因是地層遭受到抬升剝蝕，由于構(gòu)造剝蝕作用造成溫度降低了53℃；現(xiàn)今樣品溫度為84.2℃，主要是由于18 Ma～現(xiàn)在地層發(fā)生了穩(wěn)定的埋藏沉積作用，導(dǎo)致溫度升高。通過磷灰石裂變徑跡模擬結(jié)果可以看出，遼西低凸起在東一段沉積末期經(jīng)歷了最大埋深和最高古地溫，在此階段油氣發(fā)生成藏（成藏時間為20～24 Ma）。

圖5 遼西低凸起磷灰石裂變徑跡模擬熱史曲線Fig.5 Apatite fission track simulated thermal history curve in Liaoxi salient

3.4 油氣輸導(dǎo)體系

遼西低凸起油氣運(yùn)移的主要輸導(dǎo)體系為遼西1、2號斷層及不整合面，不整合面由于其有較高的孔隙度和滲透率使烴源巖生成的油氣容易向遼西低凸起發(fā)生運(yùn)移，使不整合面成為遼西低凸起主要的油氣運(yùn)移通道。鉆井揭示遼西低凸起處有油氣顯示，其中綏中36-1潛山處油氣顯示達(dá)到150 m，通過鉆井在不整合面處取芯的樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室氦氣測量開心點(diǎn)，可以看出其孔隙度平均在8.1%，最高可達(dá)到21.0%。遼西低凸起潛山不整合面有較好的物性，在地質(zhì)歷史上發(fā)生過大規(guī)模油氣運(yùn)移，是遼中凹陷烴源巖生成的油氣向遼西低凸起進(jìn)行側(cè)向運(yùn)移的重要通道。

4 古沉積環(huán)境分析

應(yīng)用層序地層學(xué)、巖相古地理、物源分析體系等方法確定沉積相展布和砂體的發(fā)育位置和富集規(guī)律是儲層研究中比較成熟的方法。通過多種地質(zhì)因素的相互疊加驗(yàn)證確定出砂體展布的最佳條件。

4.1 層序分析

層序地層學(xué)的核心是研究沉積地層中不整合面的識別和在此基礎(chǔ)上建立等時地層格架[9]。將遼西低凸起東營組劃分為SQd1、SQd2、SQd3三個三級層序。東營組SQd2是遼西低凸起的主要含油氣層段，因此首先識別SQd2頂?shù)撞徽辖缑妫M(jìn)一步識別初始海泛面和最大海泛面，最后劃分出低位體系域、湖泛體系域、高位體系域，建立了SQd2體系域的層序地層格架。鉆井揭示在低位體系域中是砂體富集的主要位置和油氣成藏的主要層位，地層劃分清晰、鉆井特征明顯、地震資料品質(zhì)較好、井震結(jié)合效果好，故將深入解剖東二層序的低位體系域。東營組層序頂界面為頂超，底界面為上超。主要發(fā)育規(guī)模較大的辮狀河三角洲沉積，其前積特征明顯。在低位體系域時期，辮狀河三角洲前緣普遍沉積滑塌濁積扇，在沉積坡折帶處發(fā)育，地震剖面上呈現(xiàn)“蠕蟲狀”反射特征。形成的辮狀河三角洲沉積其規(guī)模相對較小，物源主要沿古溝谷搬運(yùn)，由于沉積物在經(jīng)過局部水上凸起時，并沒有發(fā)生沉積埋藏作用，在遼西低凸起東斜坡帶形成了規(guī)模較大的辮狀河三角洲沉積，砂體展布主要受到古溝谷分布和斷層的控制。在湖泛體系域時期，湖平面上升速度加快，沉積物源供應(yīng)質(zhì)量減少，遼西低凸起北部辮狀河三角洲規(guī)模較小。在沉積坡折帶處形成了滑塌濁積扇沉積，在地震剖面上具有典型的蠕蟲狀反射特征。東營組層序高位體系域時期，沉積物源供應(yīng)量增多，沉積物通過遼西凹陷運(yùn)移至遼西低凸起處，形成了研究區(qū)規(guī)模較大的辮狀河三角洲沉積。

4.2 層序界面特征

三級層序界面是建立盆地層序格架的基本單元，主要被局部不整合及其對應(yīng)的整合面所限定。遼西低凸起的頂界面是一個三級層序界面，為一個有上超特點(diǎn)的超覆界面，界面之下為一套地震波組，表現(xiàn)為弱振幅、中低連續(xù)的特點(diǎn)，界面之上能看到2-4個反射軸，其具有連續(xù)性好、振幅較強(qiáng)的特點(diǎn)（見圖6（a））。鉆井揭示底界面之下為一套進(jìn)積型準(zhǔn)層序組，界面之上為一套退積型準(zhǔn)層序組。

SQd2的頂界面（SBd1）與東一段底部接觸，主要發(fā)育地層超覆，同時界面之下頂超十分發(fā)育（見圖6（b）），頂超主要是由于SQd2在高位體系域時期發(fā)育了大型的三角洲頂積層。頂超在地質(zhì)錄井上呈現(xiàn)砂泥巖互層的響應(yīng)特征，頂界之上呈現(xiàn)加積-退積特點(diǎn)，頂界之下多發(fā)育泥巖。

圖6 遼西低凸起東營組層序及體系域界面地震反射特征Fig.6 Sequence and system tract interface seismic reflection characteristics in Liaoxisalient

4.3 體系域特征

不同體系域地震特征反映了不同時期河流湖泊相互作用，其又影響著不同時期三角洲砂體的分布特征[10-12]。低位域時期，由于基準(zhǔn)面上升速度快，A/S(可容納空間與沉積物供給量的比值)低，河流作用較強(qiáng)，形成的近源三角洲在地震剖面上呈現(xiàn)楔形前積反射；湖泛域時期，基準(zhǔn)面上升速度減緩，A/S高，三角洲由于受到湖浪作用的改造，地震剖面上顯示近疊瓦狀前積反射；高位域時期，基準(zhǔn)面下降，物源供給量充分，河流作用為主，三角洲廣泛發(fā)育，地震剖面上以S型為主的前積構(gòu)型。

由于不同類型的三角洲地震反射構(gòu)型的變化特征不同，根據(jù)此地質(zhì)特征有效地識別了SQd2的三個體系域，同時根據(jù)鉆井、地震資料也有效識別了初始湖泛面和最大湖泛面。初始湖泛面在地震上表現(xiàn)為上超終止、中高連續(xù)與中強(qiáng)振幅反射。在鉆井資料上有三種典型特征：一種是砂巖與泥巖呈現(xiàn)不等厚的薄互層狀分布，初始湖泛面之上為退積型準(zhǔn)層序組，發(fā)育水進(jìn)期三角洲，界面之下為加積和前積型準(zhǔn)層序組，發(fā)育低位期三角洲；另一種是砂質(zhì)泥巖與泥巖的分界面，界面之下測井曲線呈鋸齒狀，發(fā)育低位域湖底扇，界面之上測井曲線呈低平狀，發(fā)育湖相泥巖；第三種是低位域處于物源指向區(qū)，而湖泛域物源供給不充沛，界面之下發(fā)育厚層三角洲砂體，界面之上發(fā)育湖相泥巖。

最大湖泛面往往發(fā)育一套厚層泥巖，測井響應(yīng)上呈現(xiàn)高GR、低RLLD，GR曲線形態(tài)呈“泥脖子”，在地震資料上多為高連續(xù)的強(qiáng)相位，之上可見下超反射終止現(xiàn)象(見圖 3（a）)。

4.4 沉積體系展布特征

在物源體系、古地理環(huán)境分析的基礎(chǔ)上結(jié)合研究區(qū)測井相、地震相等方法，揭示了地層充填演化特征，預(yù)測有利儲集相帶展布。通過露頭巖心、測井曲線和三維地震資料綜合分析識別了沉積體系類型和主要砂體的分布位置，SQd2主要發(fā)育辮狀河三角洲、曲流河三角洲，滑塌沉積扇主要形成在東二層序的湖泛體系域中，分布在坡度較大的坡折帶處，在地震剖面上主要具有丘形雙向底超的地震反射結(jié)構(gòu)、“蠕蟲狀”反射特征、下切形態(tài)、水道充填及弱前積等復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

4.4.1 辮狀河三角洲 辮狀河三角洲主要由粗砂巖組成，發(fā)育大型交錯層理，測井曲線形態(tài)主要呈鐘形或箱型，測井響應(yīng)特征以SP正高異常、低GR、高RLLD為特征（見圖7）。地震剖面上表現(xiàn)為中強(qiáng)振幅、中高連續(xù)楔狀前積反射結(jié)構(gòu)。

圖7 遼西低凸起辮狀河三角洲及曲流河三角洲沉積特征Fig.7 Br aided river delta and meander ing river delta sedimentary characteristics of Dongying formation in Liaoxi salient

4.4.2 曲流河三角洲 曲流河三角洲主要發(fā)育在研究區(qū)大規(guī)模水退時期的SQd2高位域沉積期，三角洲前緣亞相巖性主要以中-細(xì)砂巖、粉砂巖和泥巖為主，測井曲線形態(tài)呈漏斗型反旋回，發(fā)育小型交錯層理（見圖7）。地震剖面上表現(xiàn)為中弱振幅、中高連續(xù)的S型前積反射特征。

4.4.3 湖底扇 湖底扇是由滑塌、碎屑流、濁流等搬運(yùn)的碎屑物質(zhì)在陡坡背景下，在湖底堆積形成的扇形沉積體[13-15]。測井曲線形態(tài)呈塊狀和箱型，與上下大套泥巖呈突變接觸。地震剖面上具有蠕蟲狀反射特征和丘形雙向底超的地震反射結(jié)構(gòu)(見圖 8)。

圖8 遼西低凸起東營組SQd2湖底扇地震反射特征Fig.8 SQd2 seismic reflectance characteristic of sublacustrine fan of Dongying formation in Liaoxi salient

4.4.4 湖泊體系 湖泊體系可區(qū)分出濱湖、淺湖和半深湖-深湖3個亞相，巖性主要由暗色泥巖組成，具有水平層理和塊狀層理。地震剖面上呈現(xiàn)連續(xù)平行反射結(jié)構(gòu)特征。

5 砂體分布規(guī)律與影響因素

5.1 砂體分布規(guī)律

SQd2低位域時期，由于湖平面位置低，物源出露較多，可容納空間變小，同時物源供給充分形成了近源的向湖盆進(jìn)積的辮狀河三角洲。遼西低凸起自北向南發(fā)育了綏中36-1朵體，旅大4-2朵體，旅大10-1朵體。

湖泛域沉積時期，湖平面上升速度加快，物源供應(yīng)量減少，在北部發(fā)育的綏中36-1朵體面積變小;中部旅大4-2朵體發(fā)育面積變大;南部旅大10-1朵體范圍也變大。

高位域沉積時期，湖平面下降速度加快，物源供應(yīng)量充足，由于物源處于較遠(yuǎn)的位置，主要發(fā)育曲流河三角洲[16]。北部綏中36-1朵體推進(jìn)到遼西低凸起附近。中部旅大4-2朵體變化不大，南部旅大10-1朵體向盆內(nèi)推進(jìn)范圍最廣，而且三角洲向南延伸明顯。

5.2 砂體展布控制因素

砂體的展布受到湖平面變化的控制，但是主要控制因素不唯一。以綏中36-1三角洲朵體為例，低位域時期，湖平面位置低，物源供給量充沛，三角洲在研究區(qū)分布范圍大.

湖泛域時期，由于湖平面上升速度加快，物源供應(yīng)量減少，可容納空間減小，導(dǎo)致三角洲范圍減小；高位域時期，由于湖平面下降，物源供應(yīng)量增多，可容納空間增大，三角洲展布范圍又逐漸增大，說明沉積砂體展布的控制因素之一是湖平面變化。但是以旅大10-1三角洲朵體與綏中36-1三角洲朵體呈現(xiàn)相反的規(guī)律，低位域時期，湖平面上升速度減慢，物源供應(yīng)量增多，三角洲分布范圍小；湖泛域時期，湖平面上升，物源供應(yīng)量減少，三角洲發(fā)育范圍增大，說明三角洲砂體發(fā)育除了由湖平面變化影響之外，還有其他影響因素[17]。

研究表明，遼西低凸起從北向南依次發(fā)育綏中36-1朵體、旅大4-2朵體、旅大10-1朵體,主要受調(diào)節(jié)帶斷層變化控制。通過對邊界斷層生長指數(shù)(見圖9（b）)和遼西低凸起砂體分散體系相關(guān)性分析可以看出，在SQd2低位域時期，由于北側(cè)調(diào)節(jié)帶斷層生長指數(shù)低，說明其斷層活動性差，而中、南側(cè)生長指數(shù)高，說明其斷層活動性好，就造成了西側(cè)物源通過北側(cè)的斷層調(diào)節(jié)帶充注在低凸起之上，而不容易在低凸起中、南部發(fā)育，因此在低凸起的北部三角洲發(fā)育范圍大，而在中、南部三角洲發(fā)育范圍小。湖泛域時期，北部斷層生長指數(shù)最高、南部稍高、中部最低，就導(dǎo)致了物源極易在活動性最差的中、南部朵體發(fā)育，在北部朵體不發(fā)育。在高位體系域時期，南部調(diào)節(jié)帶斷層生長指數(shù)低，三角洲發(fā)育范圍最大，北部斷層生長指數(shù)高，斷層活動性差，雖然三角洲朵體由于湖平面下降而面積增大，但是三角洲朵體不能通過斷層在低凸起處發(fā)育，因此調(diào)節(jié)帶斷層活動性控制在SQd2各體系域三角洲朵體發(fā)育。

圖9 遼西低凸起邊界斷層調(diào)節(jié)帶平面特征及各時期活動性分析Fig.9 Boundary fault plane characteristics and regulation analysis of each period of activity zone of Dongying for mation in Liaoxi salient

6 結(jié) 論

（1）遼西低凸起東營組烴源巖有機(jī)顯微組分特征是主要含有無定形、浮游藻類和有機(jī)屑，腐泥組和殼質(zhì)組含量普遍較高，Ro為1.0%～2.0%，處于成熟-高成熟階段，在東營組一期大量生烴，在東營組二晚期進(jìn)入生油高峰，東三段有機(jī)質(zhì)類型最好，東二段有機(jī)質(zhì)類型較好，東一段有機(jī)質(zhì)類型較差。

（2）遼西低凸起在漸新世末期發(fā)生大規(guī)模的構(gòu)造抬升，該期構(gòu)造運(yùn)動使遼西低凸起的東一段和東二段遭受到剝蝕。東一段剝蝕量比東二段剝蝕量大。通過磷灰石裂變徑跡模擬結(jié)果可以看出，遼西低凸起在東一段沉積末期油氣發(fā)生成藏（成藏時間為 20～24 Ma）。

（3）將遼西低凸起東營組劃分為SQd1、SQd2、SQd3三個三級層序。重點(diǎn)解析東營組SQd2，首先識別SQd2頂?shù)撞徽辖缑妫M(jìn)一步識別初始海泛面和最大海泛面，最后劃分出低位體系域、湖泛體系域、高位體系域，建立了SQd2體系域的層序地層格架。

（4）SQd2主要發(fā)育辮狀河三角洲、曲流河三角洲，滑塌沉積扇，砂體在不同的體系域中展布規(guī)律不同，其分布規(guī)律主要控制因素是湖平面變化和調(diào)節(jié)帶斷層活動性。