碎屑巖地層油氣藏類型及其形成主控因素

高長海，孟士達(dá)，陳一俊，王健，趙海濤

1.中國石油大學(xué)(華東)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580 2.中國石化中原油田分公司勘探開發(fā)研究院，河南 濮陽 457001 3.中國石油塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆 庫爾勒 841000

關(guān)于地層油氣藏的分類，國內(nèi)外學(xué)者做了大量的研究，進(jìn)行了有益的探討，將地層油氣藏劃分為超覆型、削截型及潛山型3類[1-6]，且普遍認(rèn)為超覆型地層油氣藏和削截型地層油氣藏主要指碎屑巖形成的油氣藏，而潛山油氣藏主要指碳酸鹽巖、火山巖、變質(zhì)巖等特殊巖性形成的油氣藏[7-9]。近年來，我國在渤海灣盆地中、古生界潛山中發(fā)現(xiàn)了大量碎屑巖油氣藏[10-12]，如黃驊坳陷烏馬營潛山營古1井于上古生界二疊系砂巖4959.4～4987.7m層段試油24.46t/d、試氣80122m3/d，展現(xiàn)出較大的勘探潛力。按照地層油氣藏的巖性及其內(nèi)涵，這類潛山型地層油氣藏也應(yīng)納入碎屑巖地層油氣藏范疇。不同類型碎屑巖地層油氣藏具有不同的成藏特征，需要對現(xiàn)有碎屑巖地層油氣藏類型進(jìn)行重新劃分，以滿足進(jìn)一步的油氣勘探需求。為此,筆者在對碎屑巖地層油氣藏類型劃分基礎(chǔ)上，通過解剖典型碎屑巖地層油氣藏成藏要素，明確不同類型油氣藏的成藏特征，闡明油氣成藏的主控因素，以期為尋找和拓展碎屑巖地層油氣藏勘探領(lǐng)域提供有益指導(dǎo)。

1 地層油氣藏類型劃分

根據(jù)地層圈閉類型、源儲配置關(guān)系及油氣輸導(dǎo)特征，將含油氣盆地碎屑巖地層油氣藏類型劃分為超覆型、削截型和潛山型3種類型(見圖1)。

超覆型地層油氣藏廣泛分布于盆地斜坡帶、古凸起以及盆內(nèi)古隆起。我國已發(fā)現(xiàn)的超覆型地層油藏規(guī)模相對較小，如準(zhǔn)噶爾盆地五區(qū)南等油氣藏[13]，渤海灣盆地太平、單家寺、陳家莊等油藏[14]，遼河盆地齊家油藏。而國外發(fā)現(xiàn)的超覆型地層油氣藏規(guī)模較大，如加拿大阿爾伯達(dá)盆地皮斯河油藏[15]等，該類型油氣藏的“源”和“儲”側(cè)向分離，距離遠(yuǎn)，油氣主要以不整合/砂體的側(cè)向輸導(dǎo)為主，輔以斷裂的垂向調(diào)整，表現(xiàn)為“階梯式”長距離側(cè)向輸導(dǎo)特征，主要發(fā)育于盆緣凸起帶及斜坡外帶地層超覆圈閉中。

圖1 碎屑巖地層油氣藏類型劃分Fig.1 Classification of clastic stratigraphic reservoir types

削截型地層油氣藏亦廣泛分布于盆地斜坡帶、古凸起以及盆內(nèi)古隆起，如我國準(zhǔn)噶爾盆地夏子街油藏[16]，渤海灣盆地金家、樂安等油藏[17]，遼河盆地曙光油藏。國外發(fā)現(xiàn)的大型削截型地層油氣藏較多，如美國墨西哥灣盆地東得克薩斯油藏[18]、利比亞錫爾特盆地梅斯拉油藏[19]等，該類型油氣藏的“源”和“儲”側(cè)向?qū)?，距離近，油氣以不整合/砂體的側(cè)向輸導(dǎo)為主，表現(xiàn)為短距離側(cè)向輸導(dǎo)特征，主要發(fā)育于斜坡內(nèi)帶地層削截圈閉中。

潛山型地層油氣藏主要發(fā)現(xiàn)于我國渤海灣盆地，可進(jìn)一步劃分為風(fēng)化殼型和內(nèi)幕型2種亞類，前者如北大港潛山油氣藏、埕海潛山油氣藏等，該類型油氣藏的“源”和“儲”側(cè)向?qū)?，油氣主要以斷裂垂向輸?dǎo)和不整合側(cè)向輸導(dǎo)為主，表現(xiàn)為近距離側(cè)向輸導(dǎo)特征，主要發(fā)育于盆內(nèi)隆起帶潛山風(fēng)化殼圈閉中；后者如王官屯潛山油氣藏、北大港潛山油氣藏、烏馬營潛山油氣藏、孤北潛山油氣藏等，該類型油氣藏的“源”和“儲”垂向疊置，表現(xiàn)為儲層孔隙及裂縫的垂向近距離輸導(dǎo)特征，主要發(fā)育于盆內(nèi)隆起帶潛山內(nèi)幕圈閉中。

2 典型地層油氣藏解剖

選取不同類型典型地層油氣藏進(jìn)行解剖，從構(gòu)造部位、儲層特征、油氣來源、輸導(dǎo)體系、保存條件以及油氣性質(zhì)等方面分析油氣藏特征。

2.1 超覆型地層油氣藏

圖3 渤海灣盆地金家削截型油氣藏剖面圖Fig.3 Profile of truncated reservoirs in Jinjia area, Bohai Bay Basin

準(zhǔn)噶爾盆地西北緣五區(qū)南區(qū)二疊系上烏爾禾組油氣藏為典型的超覆型地層油氣藏(見圖2)，目前探明含油面積25.7km2，含氣面積6.6km2。該區(qū)塊位于克-烏斷裂下盤的斜坡帶上，為向東南傾斜的單斜構(gòu)造；上烏爾禾組屬于沖積扇扇頂亞相沉積[20]，向西北逐層超覆，與下伏佳木河組、風(fēng)城組等地層均呈角度不整合接觸；儲層巖性以不等粒礫巖、含礫中粗砂巖為主，平均孔隙度8.82%，平均滲透率26.27mD，屬于低孔、低滲型儲層。油氣藏的油氣水分布按重力分異，氣分布在儲層上傾部位，水分布在下傾部位，中間為油。原油密度0.97g/cm3，黏度138mPa·s，含蠟量6.67%，凝固點12.2℃；天然氣相對密度0.625，甲烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)94.56%，乙烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.06%；地層水型為CaCl2型，礦化度為18000mg/L。原油主要來源于瑪湖凹陷二疊系風(fēng)城組烴源巖，天然氣則主要來自于二疊系佳木河組烴源巖[21]。油氣首先沿著二疊系佳木河組底部不整合及二疊系內(nèi)部砂體發(fā)生側(cè)向輸導(dǎo)，之后經(jīng)斷裂垂向調(diào)整至二疊系上烏爾禾組與二疊系佳木河組之間的不整合，并沿該不整合底部礫巖層運(yùn)移至構(gòu)造高部位物性較好的地層超覆圈閉中，受上覆泥巖層、下伏風(fēng)化黏土層以及斷層的聯(lián)合遮擋而聚集成藏(見圖2)。

2.2 削截型地層油氣藏

渤海灣盆地濟(jì)陽坳陷金家地區(qū)古近系油藏為典型的削截型地層油藏(見圖3)。該區(qū)塊位于東營凹陷南斜坡中部，為向西北傾斜并被斷層復(fù)雜化的單斜鼻狀構(gòu)造；古近系各地層自博興洼陷至斜坡逐漸減薄直至剝蝕尖滅，以泥巖為主的館陶組地層超覆其上呈角度不整合接觸，從而形成了眾多地層削截型圈閉(見圖3)；古近系儲層主要為(扇)三角洲相沉積[22]，巖性以含礫粗砂巖、細(xì)砂巖和粉砂巖為主，總體屬于高孔、中滲型儲層。如沙二段平均孔隙度27.08%，平均滲透率160.79mD；原油密度0.97g/cm3，黏度2860mPa·s，含硫量0.51%，凝固點5.0℃；地層水型為NaHCO3型，礦化度2600mg/L左右；地層溫度47.2℃，壓力系數(shù)0.96，為常溫常壓油藏。原油來源于博興洼陷沙四上亞段和沙三下亞段烴源巖[23]，館陶組～明化鎮(zhèn)組沉積末期，原油通過切入烴源巖的博興斷層垂向運(yùn)移再側(cè)向輸導(dǎo)進(jìn)入古近系地層，之后主要沿著連通砂體/不整合發(fā)生側(cè)向運(yùn)移至地層削截圈閉中，受不整合風(fēng)化黏土層或上覆館陶組泥巖層的遮擋而聚集成藏(見圖3)。

2.3 潛山型地層油氣藏

渤海灣盆地黃驊坳陷北大港潛山中生界及上古生界油氣藏為典型的碎屑巖潛山型地層油氣藏(見圖4)。該潛山呈被斷層復(fù)雜化的斷塊結(jié)構(gòu)，主體自下而上發(fā)育了下古生界奧陶系、上古生界石炭-二疊系和中生界地層，兩翼被古近系地層超覆，頂部被新近系地層披覆。中生界及上古生界儲層巖性主要為細(xì)砂巖、粉砂巖及中粗砂巖，孔隙度介于5%～20%，滲透率介于0.01～700mD，整體屬于中低孔、低滲型儲層；原油密度0.85g/cm3，黏度7.36mPa·s，凝固點10℃，屬于中密度、中黏度、中凝固點的輕質(zhì)油；天然氣甲烷含量較低，介于70%～90%，以濕氣為主；地層水型為CaCl2型，礦化度12000mg/L；油氣藏溫度81.6℃，壓力系數(shù)0.95，為常溫常壓油氣藏。由于獨(dú)特的潛山結(jié)構(gòu)和源儲配置，該潛山發(fā)育了潛山風(fēng)化殼型地層油氣藏和潛山內(nèi)幕型地層油氣藏。

2.3.1 風(fēng)化殼型地層油氣藏

圖4 渤海灣盆地北大港潛山油氣藏剖面圖Fig.4 Profile of buried hill reservoirs in Beidagang area, Bohai Bay Basin

北大港潛山油氣主要來源于古近系沙三段烴源巖，混有石炭-二疊系煤系烴源巖的油氣，潛山主要經(jīng)歷了新近紀(jì)-第四紀(jì)油氣充注[24]，烴源巖生成的油氣首先沿著港西斷裂發(fā)生垂向運(yùn)移，之后部分油氣通過連通砂體/不整合發(fā)生側(cè)向運(yùn)移，進(jìn)入上古生界頂部風(fēng)化殼和中生界頂部風(fēng)化殼圈閉中，受上覆蓋層及斷層的遮擋而聚集成藏，形成潛山風(fēng)化殼型地層油氣藏，如港古1507井中生界頂部風(fēng)化殼油藏(見圖4)。

2.3.2 內(nèi)幕型地層油氣藏

由于區(qū)域性石炭-二疊系煤系烴源巖的發(fā)育，使得北大港潛山內(nèi)部源儲垂向疊置，油氣在超壓作用下直接進(jìn)入上古生界內(nèi)幕圈閉中，或沿裂縫垂向近距離運(yùn)移進(jìn)入中生界及上古生界內(nèi)幕圈閉中，受中、古生界內(nèi)部隔層及斷層的遮擋而聚集成藏，形成潛山內(nèi)幕型地層油氣藏，如港古16102井、港古1507井上古生界和中生界油氣藏以及港古1505井上古生界油氣藏等(見圖4)。

3 地層油氣藏形成主控因素

無論是哪種類型的油氣藏，其成藏都需要各成藏地質(zhì)要素的有效配置[25-27]。通過對典型碎屑巖地層油氣藏成藏要素的解剖認(rèn)為，控制碎屑巖地層油氣藏形成的關(guān)鍵在于源儲配置。按照烴源巖與儲集層的相對位置，將源儲配置類型劃分為源儲分離型、源儲側(cè)接型和源儲疊置型，不同類型的源儲配置控制了相應(yīng)油氣藏的形成。需要說明的是，源儲配置實際上是諸多成藏要素的集合，不僅包括烴源巖與儲集層之間的配置，也包括將兩者連接起來的輸導(dǎo)體系，從而共同控制了地層油氣藏的形成。

流體作用、地層超壓等儲層形成機(jī)制研究突破了以往碎屑巖儲層的勘探極限。近年來的勘探表明，與碳酸鹽巖風(fēng)化殼和火山巖風(fēng)化殼相比，碎屑巖風(fēng)化殼在深層(埋深大于3500m)同樣可發(fā)育優(yōu)質(zhì)儲層[28-30]，從而為油氣的聚集提供了優(yōu)質(zhì)儲集空間，也為形成良好的源儲配置奠定了基礎(chǔ)。

圖5 準(zhǔn)噶爾盆地五區(qū)南二疊系油氣輸導(dǎo)體系配置平面圖Fig.5 Configuration diagram of Permian oil and gas transport system in Wuqunan area, Junggar Basin

源儲分離型配置是指烴源巖與儲集層處于不接觸狀態(tài)。自生烴洼陷至斜坡中外帶及凸起帶，由于烴源巖與儲集層距離較遠(yuǎn)，油氣需要斷裂、砂體及不整合的聯(lián)合輸導(dǎo)才能發(fā)生較長距離的運(yùn)移進(jìn)入地層圈閉中，形成超覆型地層油氣藏(見圖2、圖5)。

源儲側(cè)接型配置是指烴源巖與儲集層處于側(cè)向?qū)訝顟B(tài)，由于構(gòu)造部位不同，形成的油氣藏類型有所不同。對于斜坡內(nèi)帶，由于烴源巖與儲集層通過斷裂側(cè)向?qū)?，油氣主要發(fā)生斷裂垂向調(diào)整和連通砂體/不整合側(cè)向運(yùn)移進(jìn)入地層圈閉中(見圖5)，當(dāng)不整合發(fā)育風(fēng)化黏土層或上覆地層發(fā)育泥質(zhì)巖層時，形成削截型地層油氣藏(見圖3)，否則發(fā)生油氣的串層運(yùn)移；對于洼陷中的潛山帶，由于烴源巖與儲集層通過斷裂或不整合側(cè)向?qū)?，油氣可通過斷裂或不整合的側(cè)向輸導(dǎo)進(jìn)入潛山圈閉中，形成潛山風(fēng)化殼型或內(nèi)幕型油氣藏(見圖4)。

源儲疊置型配置是指烴源巖與儲集層處于垂向疊置狀態(tài)。對于洼陷中的潛山帶，由于潛山內(nèi)部烴源巖的發(fā)育，導(dǎo)致烴源巖與潛山內(nèi)幕儲層垂向疊置，油氣可通過儲集孔隙或微裂縫直接進(jìn)入相鄰的潛山內(nèi)幕圈閉中，形成潛山內(nèi)幕型油氣藏(見圖4)。

4 結(jié)論

1)碎屑巖地層油氣藏類型劃分為超覆型、削截型和潛山型3種，其中潛山型地層油氣藏可進(jìn)一步劃分為風(fēng)化殼型和內(nèi)幕型2種亞類。

2)超覆型地層油氣藏屬于源儲分離型，油氣以不整合/砂體側(cè)向輸導(dǎo)和斷裂垂向調(diào)整為主，表現(xiàn)為長距離側(cè)向輸導(dǎo)特征；削截型地層油氣藏和潛山風(fēng)化殼型地層油氣藏屬于源儲對接型，油氣以不整合/砂體側(cè)向輸導(dǎo)為主，表現(xiàn)為短距離側(cè)向輸導(dǎo)特征；潛山內(nèi)幕型地層油氣藏屬于源儲疊置型，油氣主要通過儲層孔隙及裂縫發(fā)生近距離運(yùn)移，表現(xiàn)為垂向近距離輸導(dǎo)特征。

3)碎屑巖地層油氣藏的形成主要受控于源儲配置，不同類型源儲配置具有不同的輸導(dǎo)體系及輸導(dǎo)特征，從而形成相應(yīng)類型的油氣藏。