松遼盆地雙城地區(qū)斷砂匹配關(guān)系與油氣優(yōu)勢輸導通道

劉帥，康德江，樊迪，趙猛，王清

1. 大慶油田有限責任公司 勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163712；2.中國石油集團電能有限公司 供電公司電力調(diào)度中心，黑龍江 大慶 163000；3. 斯倫貝謝中國公司，北京 100016

0 引言

雙城地區(qū)位于黑龍江省肇源、肇東、雙城等3個市(縣)交界處，構(gòu)造上處于大慶長垣以東、松遼盆地東南隆起區(qū)的西北部，橫跨長春嶺背斜帶、王府凹陷兩個二級構(gòu)造單元，其發(fā)育主要經(jīng)歷了“斷陷-斷坳-坳陷-抬升”4個階段，形成了下斷上坳的雙層沉積結(jié)構(gòu)[1-2]。經(jīng)過數(shù)十年的勘探實踐，目前王府凹陷被認為是三肇凹陷周邊地區(qū)很有希望的聚油單元之一[3-4]。自2000年以來，雙城地區(qū)逐漸被人們關(guān)注，截至目前完成勘探、評價井試油168口，油氣發(fā)現(xiàn)區(qū)主要集中在凹陷的北部斜坡，同時凹陷中心的探井試油也獲得了較好的油氣顯示，展現(xiàn)了該區(qū)較好的勘探潛力[5]。但目前已經(jīng)勘探有所突破的地區(qū)大都較為分散，存在油氣顯示規(guī)律性不強的特點，本區(qū)雖然地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)單一，但由于斷裂的復雜切割，該區(qū)的優(yōu)勢輸導方向、通道和成藏模式等一系列重要問題都尚未明確，尤其是斷裂和砂體對于輸導通道的影響和構(gòu)建對進一步勘探發(fā)現(xiàn)具有重要意義。本文結(jié)合鉆井、沉積和斷裂等資料進行了王府凹陷生烴能力和斷砂匹配等方面的研究，以單井分析和平面規(guī)律總結(jié)相結(jié)合，探討了王府凹陷斷裂和砂體在優(yōu)勢輸導通道構(gòu)成以及對于油氣成藏的不同作用，對于進一步明確成藏有利區(qū)和分析油水分布規(guī)律具有一定的參考價值。

1 雙城斷砂匹配關(guān)系

1.1 成藏主控要素的確定

油氣成藏主控要素是決定油氣能否聚集，在什么地方以什么形式聚集和能聚集多少的重要因素。經(jīng)過多年的勘探實踐，同時借鑒前人的研究認識[6-8]，結(jié)合最新研究成果，認為斷裂和砂體以及輸導通道是該區(qū)域的成藏主控要素。而油源在本區(qū)具備自生條件，對油氣聚集成藏不構(gòu)成決定性影響。

1.1.1 油源

圖1 雙城地區(qū)區(qū)域地質(zhì)圖Fig.1 Regional geological map of Shuangcheng area

雙城地區(qū)整體的格局相對簡單，主要以王府凹陷和長春嶺背斜構(gòu)成典型的中間生邊部聚的生儲格局(圖1、圖2)，凹陷中心最大埋深達到2 400 m。主要存在的烴源巖層位為嫩江組一段和青山口組一段，但由于嫩江組一段源巖埋藏較淺，尚處于未成熟的熱演化階段，且位于扶余油層上部，兩者間隔地層厚度>600 m，不可能成為扶余油層的有效源巖。根據(jù)前人的烴源巖研究[9]及各種地球化學指標的確定[10-12]，認為雙城地區(qū)扶余油層主要的烴源巖應(yīng)為與其緊鄰的上覆青一段暗色泥巖。通過與三肇凹陷及其鄰近的長春嶺背斜青一段源巖相比(表1)，雙城地區(qū)青一段泥巖的生烴能力具備了生排烴的能力，按照松遼盆地排烴門限為1 200 m的深度分析[13]，結(jié)合該區(qū)典型探井雙32井的埋藏史可知，在明水組末期該區(qū)青一段泥巖已經(jīng)滿足了排烴深度要求，達到了有效烴源巖的標準，只是在生排烴的能力方面，該區(qū)與三肇周邊的安達向斜、長春嶺背斜和太平川構(gòu)造的局部地區(qū)相近，與三肇凹陷烴源巖相比在有機質(zhì)豐度和成熟度方面仍有遜色，仍然可以滿足雙城地區(qū)油氣規(guī)模富集的要求，只是波及范圍有限，油氣到達長春嶺背斜以北地區(qū)的可能性很小。

從目前的油氣顯示分布來看，主要的油氣發(fā)現(xiàn)區(qū)大都位于王府凹陷的北坡。這種南北油氣富集的差異主要是由于構(gòu)造形態(tài)差異。王府凹陷北坡扶余油層的地層傾角范圍約為5.86°～9.86°，南坡扶余油層的地層傾角范圍約為2.33°～3.43°[13]，凹陷北坡扶余油層的地層傾角明顯大于凹陷南坡的地層傾角。因此從地層傾角而言，有利于凹陷生成的油氣在浮力作用下向凹陷北坡，即長春嶺背斜方向運移(圖3)。即使尚未形成油氣連片出現(xiàn)的地方，工業(yè)油流井也都呈現(xiàn)近似環(huán)狀分布在生烴凹陷周邊，充分顯示了源控作用。結(jié)合油氣生排烴的規(guī)模[14]，該區(qū)青一段烴源巖生烴量近14億t，石油資源量也在近2億t，如果其他成藏條件滿足，即可形成油氣聚集，因此油源在雙城地區(qū)不是最為關(guān)鍵的控藏要素。

1.1.2 斷裂

斷裂在整個大慶長垣以東地區(qū)都普遍存在，不論是三肇凹陷還是其周邊地區(qū)都廣泛發(fā)育著多期次的斷裂系統(tǒng)，其中切穿的T2斷裂(帶)廣泛發(fā)育，對于油氣的運聚具有重要意義。在雙城地區(qū)共識別出斷穿T2構(gòu)造層斷裂757條，其中絕大部分為正斷層，且其斷層系走向以南北向為主，斷裂密度相對較高，平均為0.97 條/km2，最大可達14 條/km2。王府凹陷中心斷層密度相對較低為0.3 條/km2。從全區(qū)平面上看，斷裂密度分布并不均一，這種斷裂差異展布的現(xiàn)象很可能與明水組末期長春嶺構(gòu)造反轉(zhuǎn)期的構(gòu)造應(yīng)力方向有關(guān)[15]。

在斷裂發(fā)育特征上，大致呈帶狀分布，平面上具有非常明顯的NNE和NNW向展布的密集成帶特征。這些斷層整體上規(guī)模較小，斷距大部分<100 m，個別最大斷距在140 m以上，平面延伸在5 km之內(nèi)，縱向上很少向上切穿青一段泥巖層。這些斷裂的傾角集中發(fā)育在44°～85°范圍內(nèi)，表明王府凹陷及周邊地區(qū)的斷裂體系很可能形成于同一時期，且傾角較大(圖4、圖5)。從目前的油氣分布狀態(tài)看，油氣井大都分布在斷裂的鄰近地區(qū)，明顯體現(xiàn)出與斷裂的密切伴生關(guān)系，一般最近斷裂距離≤2.5 km。通過對有效油氣顯示與孔滲和埋深之間關(guān)系的統(tǒng)計擬合，認為埋深在1 500 m以下的深凹帶內(nèi)物性相對較差，不利于油氣的大規(guī)模富集，據(jù)此以1 500 m構(gòu)造線為基準，將雙城地區(qū)分為源內(nèi)和源外兩個部分。統(tǒng)計表明，源外區(qū)域斷裂近南北向為主，而源內(nèi)以北西向展布斷裂為主。油氣在深凹帶內(nèi)生成后，除部分在原地優(yōu)質(zhì)儲層內(nèi)富集成藏外，大部分烴類通過北西向斷裂排替到源外，在與砂體的短距離溝通后，進入南北向斷裂帶內(nèi)繼續(xù)側(cè)向運移，在區(qū)域構(gòu)造形態(tài)誘導下，向王府凹陷北坡方向運聚，最終導致北坡油氣顯示明顯好于南坡，這也可以合理地解釋目前油氣勘探發(fā)現(xiàn)的格局，即斷裂系統(tǒng)決定了雙城地區(qū)油氣運聚的主要方向。

圖3 雙城地區(qū)長541井—雙50井油藏剖面圖Fig.3 Reservoir profile of Well Chang 541 to Well Shuang 50 in Shuangcheng area

圖4 雙城地區(qū)3維工區(qū)斷裂平面展布特征Fig.4 Fracture plane distribution characteristics of 3D working area in Shuangcheng area

圖5 雙城地區(qū)3維工區(qū)斷裂參數(shù)統(tǒng)計分析Fig.5 Statistical analysis of parameters for 3D working area in Shuangcheng area

1.1.3 砂體

河流沉積的砂體展布特征主要受控于區(qū)域沉積環(huán)境的影響，利用重礦物組合變化關(guān)系分布認為，雙城地區(qū)主要受控于南部的懷德—長春水系，重礦物組合類型以石榴石—鋯石組合為主，其中鋯石成分占比34.9%，石榴石占比43%，白太礦占比10.3%，其余綠簾石等不穩(wěn)定礦物含量均<10%，反映出與懷德—長春方向物源一致的礦物組合特征。該水系從西南方向進入研究區(qū)，使得雙城地區(qū)主體物源以西南方向為主[16]，整個松遼盆地北部沉積相格架剖面也反映出近物源向三肇內(nèi)部延伸的總體變化格局(圖6)。通過沉積相的精細分析，泉頭組沉積期間發(fā)育了多期南西-北東向展布的曲流河，縱向上由下至上總體上表現(xiàn)為由水退變?yōu)樗M的過程。多期河道擺動帶的存在使得雙城地區(qū)優(yōu)勢砂體展布不均，受沉積相控制呈近北東向條帶狀分布(圖7)。

平面上，砂體厚度變化較快，通過對目前該地區(qū)主要含油的扶余油層中FⅠ油層平面分析，F(xiàn)Ⅰ油層單層砂體厚度為0.3～14.6 m，累積厚度為2.0～21.5 m。砂地比的總體變化趨勢與砂體累積厚度基本一致，分布范圍在1%～64%之間。從地層的物性變化來看，整體上長春嶺背斜帶受構(gòu)造形態(tài)影響，物性最好，孔隙度最高達29%，滲透率高達800 mD，王府凹陷孔滲相對較差，孔隙度分布在2%～10%之間。通過對油氣顯示以上級別的井與孔滲關(guān)系進行分析，認為孔隙度9%，滲透率0.1 mD是油氣富集的下限，對雙城地區(qū)孔隙度進行擬合發(fā)現(xiàn)孔隙度為9%所對應(yīng)的深度為1 500 m，即1 500 m是儲油貢獻孔隙度埋深下限。目前已發(fā)現(xiàn)的大部分工業(yè)油流井均分布在1 500 m埋深之上?？v向上，由上至下砂體發(fā)育程度明顯好轉(zhuǎn)，砂體明顯變厚，砂地比提高，物性有所改善，保證了砂體垂向上良好的連通性。為砂體與斷裂形成良好的輸導體系提供了良好的儲層輸導條件(表2)。

表2 雙城地區(qū)FⅠ油層砂體及物性參數(shù)統(tǒng)計表

1.2 優(yōu)勢輸導通道的構(gòu)建

在油氣成藏過程中，油氣運移作為連接源巖與圈閉之間的橋梁和紐帶，在某種程度上決定著圈閉是否成藏和油氣聚集量，一直是研究重點和熱點。油氣輸導通道是研究油氣運移的關(guān)鍵內(nèi)容,越來越受到人們的關(guān)注[17-19]。 前人通過巖石地球化學[20]、同位素地球化學[21]、流體包裹體分析[22]和盆地模擬的方法[23]研究盆地流體，特別是烴類運移的優(yōu)勢輸導通道。在前人研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合砂體和斷裂等各成藏要素分析，認為雙城地區(qū)油氣優(yōu)勢輸導通道是由斷裂和砂體的有機匹配構(gòu)成，形成了有效輸導網(wǎng)絡(luò)。

圖6 松遼盆地北部泉三、四段沉積相格架剖面圖(NW-SE)Fig.6 Sedimentary profile of third and fourth member of Quantou Formation in Songliao Basin(NW-SE)

圖7 雙城地區(qū)FⅠ1油層沉積相平面圖Fig.7 Edimentary facies plan of FⅠ1 reservoir in Shuangcheng area

從雙城地區(qū)砂體和斷裂的平面展布圖(圖8)可以看出，兩者任何一個單因素都難以完成油氣運聚的整個過程。兩者是在一定方式匹配下形成了區(qū)域上的油氣優(yōu)勢輸導通道，也就是有效的斷砂匹配。通過分析雙61、雙51、雙20、雙22等16口典型探井斷裂與砂體特征，建立了兩種斷砂匹配模型，確定了有效輸導通道的斷砂組合方式。雙城地區(qū)斷裂均以近南北向的走向展布，而砂體展布是在河道擺動控制下呈近北東向展布，兩者多以斜交的方式交織在一起，其中在北坡和西部大都以小角度的方式相交(圖8a)，而凹陷南部則是以大角度的方式匯聚(圖8b)。這兩種不同的匯聚方式對油氣的運聚作用截然不同。當兩者以小角度相交的時候，油氣自河道砂體向構(gòu)造高點運聚，在遇到與其小角度相交的斷層時，會很自然地沿著斷層的走向進行運聚方向的調(diào)整，當遇到斷裂切穿的另一條河道重新選擇運聚通道。當斷層兩側(cè)砂體出現(xiàn)對接且斷層側(cè)向開啟時，則可以穿越斷層繼續(xù)沿著砂體運聚，因此這樣的斷砂小角度相交有利于油氣運聚至相對較遠的圈閉成藏；相反，當斷砂大角度相交時，斷裂會明顯地阻擋油氣在本條河道內(nèi)的繼續(xù)運聚，如果圈閉條件滿足，會在交匯部位形成斷層遮擋的油氣藏類型，不利于油氣相對長距離的運聚。

但斷砂匹配的方式還不能僅從兩者平面的切割關(guān)系來確定，油氣能否通過斷裂，主要取決于斷層兩側(cè)地層的相對位置，即斷層傾向，是斷砂匹配的實質(zhì)問題。通過多條地震剖面與油氣關(guān)系的分析，建立了兩種斷砂匹配的模型(圖9)，也可確定雙城地區(qū)的油氣優(yōu)勢輸導通道。

圖8 斷裂與砂體平面匹配類型圖Fig.8 Map of plane type matching between fracture and sand body

圖9 雙城地區(qū)斷砂匹配關(guān)系模式圖Fig.9 Matching relationship pattern between fracture and sand body in Shuangcheng area

圖9a中反映砂體、地層和斷裂三者小角度順向相交的情況。由于雙城地區(qū)大都以正斷層為主，逆斷層數(shù)量非常少，因此，當三者以小角度順向相交時，斷層下盤地層會發(fā)生抬升，幅度一般在30 m±，油氣沿砂體運聚時，一部分會在具有構(gòu)造幅度的圈閉內(nèi)形成油藏，其余會在砂體輸導下向北坡高部位運聚，受到小角度相交的斷層后，沿開啟斷層面順斷層走向方向調(diào)整，可能會進入切穿的其他河道內(nèi)，也可能在斷層側(cè)向封閉性較差的部位穿越斷層繼續(xù)在河道內(nèi)運聚。但由于FⅠ油層的上部FⅠ1油層厚度一般在30 m±，其在斷層附近通常會與上盤下降的青一段泥巖對接形成有效的側(cè)向泥巖涂抹，下降盤含油氣性較弱，上升盤的部分圈閉形成有效富集，與勘探的實際情況相吻合，如雙22井。與之相對，若斷裂與地層、河道砂體大角度反向相交(圖9b)，則油氣很難向下充注對盤砂體，只能沿斷層走向調(diào)整，直至進入斷層尖滅的河道內(nèi)，一般情況下都會在斷層遮擋的合適部位小規(guī)模的聚集成藏，如雙54井。

上述兩種斷砂匹配關(guān)系相比，圖9a中的三者小角度順向相交明顯有利于油氣遠距離大范圍的運聚成藏，使較遠部位的優(yōu)質(zhì)儲層、圈閉盡可能地得以充注，形成油氣的規(guī)模富集，應(yīng)是本區(qū)的有效輸導通道。

2 斷砂匹配與油氣成藏關(guān)系

上述斷層與砂體的匹配關(guān)系僅考慮了兩者之間的相互交匯，并沒有考慮地層對砂體和斷裂的影響。在雙城地區(qū)，由于是一個典型的小型盆地格局，大量的北北東和北北西向斷層在不同的位置與地層的交匯也有一定的變化，自然對油氣的運聚會有相當大的影響。當斷層的切割方向與地層和砂體滿足一定的匹配關(guān)系時，與滿足相應(yīng)物性條件的砂體和地層傾向組合后可以形成圈閉進而聚集油氣。圖10 顯示了有利于聚集油氣的斷層、砂體和地層組合類型及油氣聚集的部位，同時也要辯證地看待四種組合方式對油氣運移和遮擋的不同作用。例如當滿足斷裂與砂體小角度相交時，不論地層走向如何，都起輸導作用，但這種輸導意味著油氣可以通過斷裂和砂體進一步運聚，如果跨越了斷層后有合適的高地壘塊的構(gòu)造圈閉，仍可以找到合適的油氣藏類型；而斷裂和砂體大角度相交時，斷裂在遮擋作用的影響下，會在油氣來源方向的斷裂下盤形成油氣富集，因此這四種類型的劃分主要用于判斷油氣相對富集的區(qū)帶位置和與斷裂的相對關(guān)系(圖10)。

圖10 斷層、砂體和地層組合形成圈閉模式圖Fig.10 Map of trap patterns formed by combination of faults, sand bodies and strata

3 雙城地區(qū)成藏模式探討

油氣成藏模式是綜合了研究區(qū)有關(guān)油氣成藏條件、特征、勘探現(xiàn)狀等有關(guān)資料的基礎(chǔ)上建立的高度提升的模式圖，最主要用途為明確油氣成藏規(guī)律，進一步指導油氣勘探。針對重新認識的控藏要素和關(guān)鍵的輸導體系，在綜合研究雙城地區(qū)構(gòu)造、砂體、斷裂和油源的基礎(chǔ)上，建立了本區(qū)油氣成藏模式(圖11)。

雙城地區(qū)油氣顯示的范圍相對較大，且油與氣的分布錯綜復雜。研究認為，王府凹陷青一段泥巖在明末達到排烴門限后，在超壓作用下向下進入扶余油層，但由于超壓動力相對有限，導致油氣向下排替的深度較小，是整個雙城地區(qū)油氣顯示深度不大的直接原因。油氣向下排替進入扶余油層后，除了在部分優(yōu)質(zhì)儲層就近成藏外，大部分油氣沿北西向斷裂輸出垂向排替范圍，進入南北向斷裂帶向周邊運聚，但由于南北兩坡的起伏程度差異，油氣應(yīng)當首選向王府凹陷的北坡運聚，南坡則出現(xiàn)的水層較多。在斷砂匹配的優(yōu)勢輸導通道輔助下，在北坡的適當圈閉形成斷層-巖性、巖性類油藏。由于生排烴能力有限，王府凹陷的烴類應(yīng)該僅局限于長春嶺構(gòu)造的南坡，并未對其以北地區(qū)產(chǎn)生影響。長春嶺以北地區(qū)可能受到了來自北部三肇凹陷油氣的影響，烴類在充注滿朝陽溝構(gòu)造后，通過與長春嶺連接翹傾的鞍部進一步充注到長春嶺北部地區(qū)，只是充注的油氣量已經(jīng)相當小。因此，雙城地區(qū)主要的勘探方向仍然應(yīng)該主要鎖定在王府凹陷的北坡和西部地區(qū)，其相對油氣豐度應(yīng)明顯高于東部和南部地區(qū)。

現(xiàn)實中仍有很多不可規(guī)避的問題需要加以重視。雙城地區(qū)的油氣資源規(guī)模有多大，在后期構(gòu)造變動調(diào)整的過程中捕獲了多少、散失了多少乃至最后剩余多少，這對于研究區(qū)的剩余資源前景至關(guān)重要；長春嶺背斜是否充注過大量天然氣，油氣充注與氣藏形成的先后順序等，均直接影響到雙城地區(qū)的油氣成藏過程，如果長春嶺形成過油藏，且形成時間早于氣藏，至少可以說明雙城地區(qū)的青一段泥巖曾經(jīng)產(chǎn)生過大量的烴類物質(zhì)，即使現(xiàn)在長春嶺背斜上沒有大規(guī)模連片的油藏出現(xiàn)，在王府凹陷的北坡、西坡甚至南坡仍然有發(fā)現(xiàn)油氣規(guī)模富集區(qū)的可能，有待進一步深入研究。

圖11 朝長—雙城地區(qū)油氣成藏模式圖Fig.11 Hydrocarbon accumulation pattern in Chaochang-Shuangcheng area

4 結(jié)論

(1)王府凹陷作為一個獨立的小型向斜區(qū)，其烴源巖具備一定的生排烴能力，在平面上北坡油氣相對富集，縱向上以FⅠ油層為主力富集層位。

(2)雙城地區(qū)砂體以北東向展布為主；斷裂北東向和北西向，兩者匹配構(gòu)成主要的輸導體系，當兩者小角度相交時以輸導為主；當兩者大角度相交時以遮擋成藏為主，在斷層下盤易形成油氣聚集。

(3)油氣首選向王府凹陷的北坡運聚，南坡成藏條件較差，水層較多，王府凹陷北坡應(yīng)該是主要的勘探有利區(qū)。