遼河坳陷東部凹陷青龍臺(tái)區(qū)塊沙河街組三段油氣成藏特征

徐琛琛

1. 南京大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，南京 210023；2. 中石油昆侖燃?xì)庥邢薰?天津分公司，天津 300457

0 引言

油氣成藏特征分析一直是遼河坳陷碎屑巖油氣藏開(kāi)發(fā)過(guò)程中備受重視的問(wèn)題，眾多學(xué)者在該地區(qū)的研究成果[1--5]表明，該地區(qū)主要發(fā)育古近系東營(yíng)組(Ed)、沙一段(Es1)、沙三段(Es3)和中生界(Mz)地層共4套含油氣層系，油藏控制因素多種多樣，如胡英杰等[1]認(rèn)為油氣富集主要受烴源條件與結(jié)構(gòu)特征和二級(jí)構(gòu)造帶斷裂組合模式控制；張鳳奇等[2]指出西部凹陷地區(qū)油藏第一主控因素為運(yùn)聚條件和保存條件；孟衛(wèi)工等[3]明確了遼河坳陷油氣藏形成和分布受烴源灶(S)、儲(chǔ)層相(D)、封蓋層(C)和低勢(shì)區(qū)(P) 4類功能要素的聯(lián)合控制。因此，只有對(duì)某一油藏的控制因素進(jìn)行全方位、多因素綜合分析，才能明確其主要控制因素。

青龍臺(tái)區(qū)塊是遼河坳陷東部凹陷油氣較為富集的地區(qū)之一[6]，經(jīng)過(guò)30多年的勘探開(kāi)發(fā)，目前所發(fā)現(xiàn)的油氣主要集中在構(gòu)造主體部位的中淺層，中深層的沙三段只有零星油氣發(fā)現(xiàn)[7]。近幾年青龍臺(tái)地區(qū)沙三段接連有新的儲(chǔ)量發(fā)現(xiàn)，展示了該層位具有較大的勘探潛力。但是，沙三段油氣藏具有埋藏深、厚度薄、儲(chǔ)層橫向變化大、油水關(guān)系復(fù)雜和井控率低等特點(diǎn)。從成藏條件分析，研究區(qū)沙三段成藏條件極為復(fù)雜，既有受巖性控制的巖性氣藏，又有受構(gòu)造控制的構(gòu)造氣藏，同時(shí)也有雙重因素控制的構(gòu)造--巖性氣藏[8]，筆者致力于對(duì)研究區(qū)勘探程度最低的沙三段進(jìn)行成藏特征研究，力爭(zhēng)使該地區(qū)沙三段的勘探取得一定進(jìn)展。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

東部凹陷位于渤海灣盆地遼河坳陷的東部，在平面上呈北東走向的狹長(zhǎng)洼陷，長(zhǎng)軸約130 km，短軸平均25 km，總面積為3 300 km2[9--10]，是新生代發(fā)育的大陸裂谷型盆地。青龍臺(tái)區(qū)塊位于東部凹陷北段，構(gòu)造上屬于牛居--青龍臺(tái)斷裂背斜構(gòu)造帶南部，依次經(jīng)歷了初陷期(始新世早期)、深陷期(始新世中晚期)、衰減期(漸新世早期)和再陷期(漸新世中晚期)4個(gè)階段，引起了兩個(gè)水進(jìn)--水退旋回[11]。

根據(jù)鉆井揭露，研究區(qū)的地層自下而上發(fā)育有：古生界(Pz)、中生界(Mz)、新生界古近系的房身泡組(Ef)、沙河街組沙三段(Es3)、沙二段(Es2)、沙一段(Es1)、東營(yíng)組(Ed)及新近系館陶組(Ng)、明化鎮(zhèn)組(Nm)[12]。本次研究的主要目的層為沙河街組沙三段，該段地層沉積是古近紀(jì)水進(jìn)時(shí)期，后期抬升轉(zhuǎn)為水退，形成深水、半深水和淺水沼澤環(huán)境，因而明顯分出3個(gè)巖性段，分別為上、中、下亞段。目前該地區(qū)沙三段勘探尚處于起步階段，但已有井位獲工業(yè)油氣流，初步展現(xiàn)研究區(qū)深層勘探潛力。而對(duì)于研究區(qū)沙三段油氣藏特征進(jìn)行分析，有助于剖析油藏，有效挖潛，實(shí)現(xiàn)增儲(chǔ)穩(wěn)產(chǎn)。

2 青龍臺(tái)區(qū)塊烴源巖特征

2.1 烴源巖及其分布

青龍臺(tái)地區(qū)沙三段時(shí)期大幅度沉陷，沙三上、中、下都沉積了暗色泥巖[13]。具備側(cè)向(牛居--長(zhǎng)灘洼陷)和垂向(青龍臺(tái)區(qū)塊沙三段)的雙向供油特征，但垂向的沙三中、下段發(fā)育的暗色泥巖普遍厚達(dá)400～1 000 m，是最有利的一套生油巖，主要沿茨東斷裂北東向展布，分布面積約160 km2，生烴期和主要排烴期從東營(yíng)組沉積時(shí)期開(kāi)始。

2.2 烴源巖的地球化學(xué)特征

根據(jù)有機(jī)質(zhì)TOC測(cè)試，沙三中、下段發(fā)育的暗色泥巖有機(jī)碳含量較高，平均為1.72%，達(dá)到較好的烴源巖標(biāo)準(zhǔn)(1)中華人民共和國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).烴源巖地球化學(xué)評(píng)價(jià)方法(SY/T 5735--2019)[S].北京：國(guó)家能源局，2019．。根據(jù)干酪根鏡鑒、元素分析、熱解色譜、生物標(biāo)記化合物和碳同位素等系統(tǒng)研究，沙三段有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ2型為主，占62.5%，Ⅲ型有機(jī)質(zhì)的百分頻率為25%，Ⅱ1型有機(jī)質(zhì)僅占12.5%。同時(shí)根據(jù)前人研究[14]，遼河坳陷烴源巖的熱演化總體上受埋深影響，埋深在2 800 m以內(nèi)的烴源巖Ro<0.5%，屬于未成熟；埋深在2 800～4 200 m的烴源巖Ro在0.5%～1.3%之間，屬于成熟階段；埋深在4 200～5 000 m的烴源巖Ro在1.3%～2.0%之間，屬于高成熟階段；埋深>5 000 m的烴源巖Ro>2.0%，屬于過(guò)成熟階段。而研究區(qū)沙三中、下段發(fā)育的暗色泥巖總體埋深在2 800～4 200 m，處于成熟階段，具備較強(qiáng)的生烴能力(表1)。由此可知，研究區(qū)沙三段油氣來(lái)源充足。

表1 青龍臺(tái)地區(qū)沙三段烴源巖特征統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistical table of Es3 source rocks characteristics in Qinglongtai area

3 青龍臺(tái)區(qū)塊沙三段沉積特征

研究區(qū)受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，強(qiáng)烈的斷裂分割形式開(kāi)始了沙三段沉積期的大規(guī)模、范圍廣的擴(kuò)張、水進(jìn)，早--中期呈擴(kuò)張、水進(jìn)為主的特點(diǎn)，晚期則為水退的特點(diǎn)[15]。根據(jù)巖芯、測(cè)井和地震等資料綜合分析，研究區(qū)沙三段沉積時(shí)期發(fā)育扇三角洲及湖泊沉積體系[16]。

3.1 扇三角洲沉積體系和沉積相

扇三角洲沉積體系多形成在近物源的盆地邊緣區(qū)[17]。本區(qū)主要發(fā)育扇三角洲相，亞相分別為平原亞相、前緣亞相和前三角洲亞相。

a.扇三角洲平原亞相(龍25井, 3 058.3 m) ；b.扇三角洲前緣亞相(龍607井, 3 345.5 m)。圖1 目的層巖芯照片F(xiàn)ig.1 Photographs of core of target layer

平原亞相巖性以砂礫巖為主，分選差，發(fā)育有沖刷構(gòu)造、槽狀層理(圖1a)。具有如下微相：①泥石流：主要為淺灰、灰白色細(xì)中礫巖，呈塊狀層或微粒序?qū)永?，礫巖結(jié)構(gòu)疏松；②分流河道：主要為淺灰、灰白色含礫長(zhǎng)石粗砂巖、長(zhǎng)石巖屑中細(xì)砂巖；③河漫沉積：灰褐、淺灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖，呈塊狀層，厚度較?。虎芎榉旱偷兀夯液?、雜色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖為主要巖石類型，塊狀層為主。

前緣亞相以細(xì)砂巖、粉砂巖為主，分選變好，發(fā)育交錯(cuò)層理、平行層理(圖1b)。具有如下微相：①水下分支河道：由成分成熟度較低，含炭，砂巖的粒度參數(shù)特征和粒度分析圖都具有其獨(dú)特性；②河口壩及前緣席狀砂：主要類型為砂巖、粉砂巖，砂巖粒度相對(duì)較細(xì)、分選性好，砂巖粒度參數(shù)特征有其特殊性。

前三角洲亞相主要由褐灰色泥巖組成，與湖相沒(méi)有明顯的分界線。

3.2 湖泊沉積體系和沉積相

研究區(qū)發(fā)育有湖泊沉積體系的濱淺湖、半深湖--深湖等沉積相。本區(qū)各沉積時(shí)期均有發(fā)育。

濱淺湖相濱湖相位于洪水湖面與枯水湖面之間的地帶[18]，常常暴露于水上，沉積物顏色以淺灰、灰黃為主，主要由砂巖和粉砂巖及泥巖相組成，含植物葉片和一些炭屑。

半深湖--深湖相該相帶主要由深灰、灰黑色塊狀層理或水平紋理的泥巖，粉砂質(zhì)泥巖組成，含魚(yú)類、介形蟲(chóng)等動(dòng)物化石。

3.3 沉積演化

本區(qū)沉積構(gòu)造演化與東部凹陷演化[19]具有一定的相似性，經(jīng)歷了裂陷→深陷→坳陷的演化過(guò)程，其發(fā)育受控于茨東斷裂和營(yíng)口--佟二堡斷裂演化的控制。青龍臺(tái)構(gòu)造帶兩側(cè)為陡坡，區(qū)內(nèi)次級(jí)斷裂發(fā)育，構(gòu)造復(fù)雜，沉積環(huán)境亦相應(yīng)復(fù)雜多樣。該期的沉積演化分為3個(gè)階段，早期和中期為盆地裂陷擴(kuò)張，以水進(jìn)為主的特點(diǎn)，晚期則為水退的特點(diǎn)。

沙三段沉積初期為初陷期，沉積物以填平補(bǔ)齊的方式發(fā)育于不同的構(gòu)造部位，地層厚度及沉積環(huán)境差異較大。在東高西低的古地貌背景下，物源主要來(lái)自東側(cè)，以扇三角洲和淺湖相為主，發(fā)育了沖積扇--扇三角洲--湖泊的沉積體系，主要受古地貌和物源供給雙重因素控制。扇體具有多期疊置發(fā)育的特點(diǎn)(圖2a)。

沙三段沉積中期，隨著水進(jìn)范圍擴(kuò)大，湖泊范圍隨之?dāng)U展。青龍臺(tái)地區(qū)形成具有一定面積的深水湖盆，由于緊臨東側(cè)斷階，具大坡降的地貌特點(diǎn)，碎屑物從岸邊滑入水體后，迅速到達(dá)湖底而堆積，形成的扇三角洲平原和扇三角洲前緣亞相對(duì)于沙三上、沙三下時(shí)期形成的范圍較小(圖2b)。

a.沙三下沉積相平面展布圖；b.沙三中沉積相平面展布圖；c.沙三上沉積相平面展布圖。圖2 研究區(qū)沙三段沉積相平面展布圖Fig.2 Sedimentary facies distribution maps of Es3

沙三段沉積晚期，東部凹陷水退的特點(diǎn)更加明顯。斷裂活動(dòng)的衰弱和碎屑的大量充填，使凹陷早--中期形成的湖盆漸淤填，湖水由北向南退出，最終消失。整個(gè)凹陷以陸上環(huán)境占優(yōu)勢(shì)。地貌特征略顯北高南低狀，地勢(shì)較平坦，與兩側(cè)山地高差減小。除凹陷兩側(cè)邊緣發(fā)育粗碎屑的沖積扇外，其他廣大區(qū)域發(fā)育扇三角洲前緣亞相沉積物并穿插著局部的、短暫的湖泊和湖沼沉積物(圖2c)。

4 儲(chǔ)層特征

研究區(qū)目的層儲(chǔ)層主要是碎屑巖儲(chǔ)層，由于近物源、多物源、湖盆狹長(zhǎng)，兩側(cè)物源區(qū)供給的碎屑物進(jìn)入湖盆迅速堆積，砂泥分異差，巖性、巖相變化大[20]。從鉆完井來(lái)看，儲(chǔ)層單砂層雖薄，橫向變化大，但累積厚度大。

根據(jù)薄片資料分析得知，研究區(qū)目的層巖性主要為長(zhǎng)石巖屑砂巖和長(zhǎng)石砂巖，其中石英含量32%～37%，主要為單晶石英；長(zhǎng)石含量33%～35%，主要為鉀長(zhǎng)石，其次為斜長(zhǎng)石；巖屑含量21%～26%，主要為變質(zhì)巖，其次為酸性巖漿巖。砂巖填隙物含量一般<10%。雜基組份主要為泥質(zhì)，膠結(jié)物為黏土礦物及碳酸鹽，膠結(jié)類型主要為孔隙型、接觸型和基底型，顆粒以點(diǎn)、線接觸為主，原生孔隙發(fā)育，局部發(fā)育次生溶蝕孔隙(圖3)。由于具有近物源、短距離搬運(yùn)和沉積迅速的特點(diǎn)，砂巖顆粒較粗，主要為中--粗砂巖、含礫砂巖，其次為砂礫巖、細(xì)砂巖和粉砂巖，顆粒分選中--較差，磨圓中--較差，說(shuō)明巖石成分成熟度較低。

a.龍10井, 3 152.1 m；b.龍45井, 3 345.5 m。圖3 研究區(qū)沙三段巖石薄片F(xiàn)ig.3 Photographs of rock slices from Es3 in study area

沙三下亞段平均孔隙度為15.2%，平均滲透率為12.2 mD。前緣相砂巖儲(chǔ)層較平原相砂礫巖儲(chǔ)層分選好，抗壓實(shí)作用強(qiáng)，3 000 m以下實(shí)測(cè)孔隙度達(dá)15%±。沙三中段平均孔隙度為16.4%，平均滲透率為10.32 mD。沙三上段平均孔隙度為21%，平均滲透率為31.6 mD。屬中低孔--低滲儲(chǔ)層。儲(chǔ)集空間以原生粒間孔、粒間溶孔為主。

5 油氣藏類型及成藏主控因素分析

5.1 油氣藏類型

青龍臺(tái)區(qū)塊沙三中、下段暗色泥巖較厚，且達(dá)到了生烴門限，同時(shí)沙三段沉積厚度較大，砂體發(fā)育，且存在良好的區(qū)域蓋層，因此研究區(qū)存在有利的儲(chǔ)蓋組合[21]。研究區(qū)沙河街組屬于斷裂活動(dòng)期，洼陷兩側(cè)斷裂發(fā)育，可為油氣提供良好的垂向運(yùn)移條件[22]。根據(jù)圈閉的主要成因和形態(tài)特征，綜合成藏模式圖(圖4)分析，可將本區(qū)油氣藏劃分為構(gòu)造油氣藏和巖性油氣藏兩大類型。

圖4 研究區(qū)龍13--龍609井成藏模式圖(平面位置見(jiàn)圖2a)Fig.4 Reservoir profile from Well Long 13 to Long 609 in study area

5.1.1 構(gòu)造油氣藏

研究區(qū)中部斷裂背斜構(gòu)造帶及南部構(gòu)造油氣藏較為發(fā)育。主要發(fā)育背斜、斷鼻和斷塊等3種類型，其中背斜構(gòu)造油氣藏按成因又可分為滾動(dòng)背斜、擠壓背斜和披覆背斜3種類型。具有砂巖厚度厚，含水為主的特征，油水界面雖不統(tǒng)一，但油氣基本分布在高部位。該類型油氣藏連片分布，油氣顯示好，具備天然能量，單井產(chǎn)量高。

5.1.2 巖性油氣藏

主要分布在研究區(qū)北部，儲(chǔ)集層為扇三角洲前緣砂、泛濫平原河道砂和深湖湖底扇砂等。可分為透鏡狀巖性油氣藏、上傾尖滅狀巖性油氣藏等。主要是單砂體含油研究區(qū)扇體中部的砂礫巖或砂巖儲(chǔ)層分選好、物性好，有自然產(chǎn)能；而根部大套砂礫巖儲(chǔ)層及前端薄儲(chǔ)層物性偏差，產(chǎn)量低，但壓裂改造之后也有較好效果，如龍59井第32層，壓裂前試油日產(chǎn)0.7 t，壓裂后日產(chǎn)5.6 t。沒(méi)有統(tǒng)一油水界面。

5.2 油氣藏主控因素

青龍臺(tái)主體由于次級(jí)斷裂發(fā)育、沉積相帶變化快、砂泥互層和構(gòu)造活動(dòng)等因素共同作用，多發(fā)育滾動(dòng)背斜油氣藏、復(fù)雜斷塊油氣藏及巖性油氣藏。同時(shí)，各種類型油氣藏受控于多種因素，具體表現(xiàn)如下：

(1)充足的油氣源是油氣富集的基礎(chǔ)

沙三段具有較厚的暗色泥巖，烴源巖品質(zhì)較好。但就高低帶而言，仍有較大差別。低帶距油源近，側(cè)向封堵及保存條件較好，油品好。而高帶保存條件較差，油氣運(yùn)移距離遠(yuǎn)，地表水氧化及生物降解作用強(qiáng)，所以油質(zhì)相對(duì)較差。

(2)構(gòu)造控制油氣富集

已發(fā)現(xiàn)的油氣藏基本沿北東向呈條帶狀展布在構(gòu)造高點(diǎn)上，而且非構(gòu)造油氣藏也往往與古高點(diǎn)或局部構(gòu)造相關(guān)[18]。同時(shí)，主干斷層控制了圈閉的形成、沉積相帶的展布，進(jìn)而控制著油氣富集。從已探明的油氣分布來(lái)看，本區(qū)的天然氣分布，均沿牛青斷層、龍64東斷層和龍13西斷層分布，東營(yíng)組沉積期青龍臺(tái)地區(qū)處于區(qū)域壓扭應(yīng)力的作用，使得這些派生斷層對(duì)油氣的側(cè)向封堵作用極為明顯，有利于有效圈閉的形成。

(3)有利相帶控制油氣富集

本區(qū)有利相帶為扇三角洲平原中的河道微相和扇三角洲前緣的水下分支流河道微相。另外，本區(qū)的主要儲(chǔ)集層以河道砂體為主，由于河道的往復(fù)變遷，使得本區(qū)儲(chǔ)集砂體重疊、橫向變化大、單層薄、連通性差，這一方面使本區(qū)在構(gòu)造背景下具備形成多種非構(gòu)造油氣藏的條件。另一方面，在同一斷塊內(nèi)，油氣的不連通、多套油氣水組合交替出現(xiàn)、沒(méi)有統(tǒng)一的油水界面以及多套砂體獨(dú)立含油，使得油氣富集程度不一。

根據(jù)試油結(jié)果，對(duì)試油產(chǎn)量>10 t/d的層位進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果表明，根據(jù)沉積相因素分析，大部分層位所處相帶為水下分流河道微相，其次所處相帶為河道微相；根據(jù)構(gòu)造分析，大部分層位位于局部高點(diǎn)；根據(jù)油藏類型分析，高產(chǎn)層位主要為構(gòu)造油氣藏。上述分析表明，對(duì)于研究區(qū)來(lái)說(shuō)，有利的相帶及構(gòu)造局部高點(diǎn)為油藏關(guān)鍵因素，但也需多種因素的良好配置，才能使油氣富集。

6 結(jié)論

(1)青龍臺(tái)區(qū)塊沙三中、下段發(fā)育較厚暗色泥巖，有機(jī)質(zhì)豐度較高，處于成熟演化階段，具備好的烴源巖標(biāo)準(zhǔn)。

(2)研究區(qū)沙三段沉積時(shí)期發(fā)育扇三角洲及湖泊沉積體系，有利砂體以扇三角洲前緣砂、泛濫平原河道砂和深湖湖底扇砂為主。沉積演化分為3個(gè)階段，早期和中期為盆地裂陷擴(kuò)張、以水進(jìn)為主的特點(diǎn)，晚期則為水退的特點(diǎn)。

(3)研究區(qū)砂體屬中低孔--低滲儲(chǔ)層，巖石成分成熟度較低，具有近物源，短距離搬運(yùn)，沉積迅速的特點(diǎn)。

(4)油藏類型主要為斷鼻構(gòu)造油氣藏、掀斜斷塊油氣藏、透鏡狀巖性油氣藏和上傾尖滅狀巖性油氣藏。油氣藏主控因素多樣，主要受油氣源、構(gòu)造和有利相帶控制，但油氣富集需多種因素的良好配置。