松辽盆地北部朝长地区扶余油层油气来源及成藏特征
黄薇,吴海波,施立志,王始波,王卓卓
(大庆油田有限责任公司 勘探开发研究院,黑龙江 大庆,163712)
摘要:分析朝长地区扶余油层的油气来源,并对成藏特征进行系统总结,预测油气有利勘探区,为该区勘探部署提供了理论支持。应用烃源岩评价、油源对比技术分析了油气来源;应用流体势恢复、疏导体分析、油水关系、油藏类型分析及成藏主控因素分析等多种方法对扶余油层的成藏特征进行研究。研究结果表明:朝长地区扶余油层中的原油主要来自三肇凹陷与宾县—王府凹陷2个高势区的成熟源岩,在流体势的作用下,油气通过南西—北东向展布的砂体与近南北向分布的断裂带侧向运移到低势的朝长地区,该区整体呈现上油下水特征,源储压差决定油柱高度,正向构造背景控制油气富集。扶余油层河道砂体是有效储层,控制了油气藏的分布。该区主要发育构造、岩性-构造、岩性、断层-岩性、构造-岩性共5种油气藏类型,存在自源超压上生下储短距离垂向运聚、近源常压-负压中距离侧向运聚2种成藏模式。
关键词:油气分布;扶余油层;朝长地区;松辽盆地
中图分类号:TE132.1 文献标志码:A 文章编号:1672-7207(2012)01-0238-11
Oil and gas source and reservoir characteristic of Fuyu Reservoir of Chaochang area in north Songliao Basin
HUANG Wei, WU Hai-bo, SHI Li-zhi, WANG Shi-bo, WANG Zhuo-zhuo
(Exploration and Development Research Institute, Daqing Oilfield Company Ltd., Daqing 163712, China)
Abstract: Oil and gas origin of Fuyu oil layer of Chaochang area was analyzed, characteristics of hydrocarbon were summed up, and favorable exploration areas of Reservoir of Chaochang area were forecasted during synthetical studying, which provided theory support for exploration. Oil and gas origin was analyzed by the research of hydrocarbon source rocks evaluation and the oil-source rock correlation. The Fuyu layer Reservoir-forming characteristics was studied by resuming the fluid potential and analysis, hydrocarbon transporting system, oil-water relationship, reservoir types and main controlling factors of hydrocarbon accumulation. The research displays that the crude oil of Fuyu layer in Chaochang area is mainly coming from Sanzhao and Binxian—Wangfu Depression’s mature source rock which are high fluid potential Field. Fluid potential indicates that Chaochang area is lower Fluid Potential Field. It is benefit to the oil and gas migration to this area by sand (north-east direction) and default zone (south-north direction). The oil and water analyses display that the oil is in the upper of Reservoir and the water is in the lower of Reservoir, pressure difference between Source Rocks with Reservoirs decides oil column height, positive tectonic controls oil and gas accumulation. The fluvial channel sand is efficacy reservoir, and controls the distribution of oil and gas. The Fuyang reservoir type has tectonic, lithologic-tectonic, lithologic, default-lithologic and tectonic-lithologic oil pool. There are two types of Patterns of Hydrocarbon, one is the near source over pressure, the source over the reservoir, short distance, vertical-migration; the other is near source constant pressure-negative pressure middle distance across the range migration.
Key words: oil and gas distribution rules; Fuyu oil layer; Chaochang area; Songliao Basin
朝长地区,即朝阳沟—长春岭地区,位于朝阳沟阶地和长春岭背斜带,勘探面积约6 660 km2,勘探主要目的层为扶余油层。朝长地区扶余油层油气资源十分丰富,既有天然气,又有石油,且油层埋深相对较浅,勘探成本相对较低,因此该区一直是松辽盆地中浅层油气勘探的重点地区之一[1-5]。前人针对朝长地区的沉积、构造、储层等方面进行了不少工作[1-8],并提交探明储量近亿吨,但所发现的油气主要集中在朝阳沟阶地及长春岭背斜带,多为构造油气藏。近年来,随着甩开预探,采油厂滚动开发,在朝长构造带周边发现了岩性油气藏,这就要求加强朝长构造带及其周边地区的地质研究,查明油气来源及分析油藏类型、成藏主控因素及成藏模式,及时指导勘探部署,从而减少勘探风险。本文作者通过烃源岩评价与油源对比对该区的油气来源进行分析;通过油水关系及油藏类型分析、成藏期次与关键时刻分析、流体势恢复、疏导体分析、成藏主控因素及成藏模式分析对成藏特征进行深入研究。最后在综合研究的基础上,对油气有利聚集区进行预测。近年来,在这些研究成果的指导下,在已探明的朝阳沟构造油藏的周边又发现了亿吨级岩性油藏。
1 地质概况
朝长地区构造上属于中央坳陷区朝阳沟阶地和东南隆起区长春岭背斜带2个二级构造单元(图1),该区自上而下发育有第四系地层、白垩系嫩江组、姚家组、青山口组、泉头组、登娄库组地层、侏罗系地层和基底地层。该区缺失第三系地层及白垩系明水组、四方台组地层,部分缺失嫩江组嫩四、五段地层。泉三段、泉四段可以分为扶余与杨大城子2个油层,可以划分为7个四级层序、对应9个油层组(图2)。其中扶余油层对应于泉头组三段上部及泉四段地层,可细分为FⅠ1,FⅠ2, FⅠ3,FⅡ1,FⅡ2和FⅢ 6个油层组。
朝长地区总的构造面貌是“两凹夹一隆”,工区的西北部发育三肇凹陷,东南部发育王府凹陷,2个凹陷之间主要发育长春岭背斜带(图1)。该区构造隆起带是受基底断裂控制长期发育的构造带,由2条北东向基岩断裂所控制,其基岩以海西期花岗岩为主[6-8]。朝长地区的构造变形总体呈现东强西弱、南强北弱的特点,嫩江沉积末期在朝长地区东南部形成构造雏形,明水组沉积末期形成构造幅度较高的长春岭背斜带和低幅度的朝阳沟阶地,古近纪末长春岭背斜带定型,发育长春岭、三站和五站背斜,而定型的朝阳沟阶地由朝阳沟背斜、翻身屯背斜等组成(图1)。
图1 朝长地区构造单元划分与扶余油层顶面构造叠合图
Fig.1 Overlap map of structural element and top structural map of Fuyu reservoir in Chaochang area
松辽盆地泉三、四段沉积时期,气候干旱、炎热,构造沉降平稳,地形相对平坦,发源于盆地周边讷河、拜泉、怀德、保康、白城及齐齐哈尔等方向的6条水系向盆地中心汇集,并在坳陷中心部位交汇[1-3, 7]。朝长地区扶余油层沉积时,该区位于三肇凹陷汇水中心的东南部,处于西南保康和东南九台2个沉积体系前部的交汇地带,沉积相类型主要有河流相、三角洲相、湖泊相,沉积微相类型主要有曲流河点砂坝、决口扇、席状砂、分流河道、分流间湾等(见图2,其中:HST表示高水位位系域;TST表示水体进系域;SB表示层序界面;CS表示密集段;GR表示伽玛;ρLLD表示电阻率)。
2 油气来源分析
2.1 朝长地区本地源岩为未熟-低熟源岩
朝长地区的烃源岩为青山口组,主要为青一段,其次是青二、三段[9-11]。青山口组源岩厚度较大,青一段源岩厚度为50~115 m,一般大于70 m,青二、三段源岩厚度大于100 m。源岩有机质丰度都很高(表1),有机碳含量在2%~7%(质量分数)之间,说明朝长地区生烃的物质基础好,烃源岩生油的关键是镜质体反射率Ro,朝长大部分地区源岩Ro小于0.7%,处于未熟-低熟阶段。从朝长地区与其周边的三肇凹陷和王府凹陷地化参数对比,也可以看出不同地区源岩生排烃上有明显差异(见表1,其中:S1表示残留烃含量,mg/g;S2表示裂解烃含量;w(TOC)表示有机碳含量;IH代表氢指数),在三肇凹陷和王府凹陷S1/w(TOC)高,三肇凹陷S1/w(TOC)平均为76.23 mg/g,王府凹陷S1/w(TOC)平均为63.7 mg/g,而氢指数相对较低,三肇凹陷和王府凹陷氢指数平均值都在520 mg/g左右,证明源岩已成熟、排烃;而朝阳沟阶地和长春岭背斜带S1/w(TOC)低,特别是长春岭背斜带S1/w(TOC)一般小于20 mg/g,氢指数相对较高,平均值在650 mg/g以上,说明源岩成熟度低,生烃量有限。
2.2 油气主要来自三肇凹陷与王府凹陷的成熟烃源岩
为了详细研究朝长地区的原油来源,在该区系统取样68块,样品覆盖朝长的大部分地区,其中原油样品55块,岩石样品13块。每块样品计算单个化合物的绝对浓度,其中饱和烃色质58个化合物,芳烃色质132个化合物。
由于朝长地区青一段沉积环境与两侧相邻的三肇凹陷和王府凹陷相似,母质来源都以湖相的藻类为主,源岩的差别主要在成熟度上。因此,对研究区原油的成熟度参数进行详细研究,主要是利用甾萜类和芳烃参数对比。
图2 朝长地区泉三四段综合柱状图
Fig.2 Composite columnar section of K1q3-K1q4 in Chaochang area
表1 朝长地区及邻区青一段优质烃源岩对比表
Table 1 K1qn1 correlation table between Chaochang area with close area
生标化合物参数对比表明朝长地区原油成熟度较高(图3),只有2块样品成熟度较低,其他样品都属于成熟原油,而朝长地区源岩处于未熟-低熟阶段,仅能生成少量的低熟油。另外,研究区域原油族群划分,除了长20井成熟度低,w(Pr)/w(nC17)和w(Ph)/w(nC18)较高,其余都为同一族群原油(图4)。这些都说明朝长地区的原油主要来自两侧的三肇凹陷和宾县—王府 凹陷。
油源对比的结果也显示出朝长地区扶余油层原油主要来自三肇凹陷和宾县—王府凹陷。甾萜类对比说明朝长地区的原油成熟度高于本地源岩,与三肇凹陷与王府凹陷原油与岩相似。芳烃化合物对比表明:朝长地区源岩成熟度低,本应该三芳甾类和甲基三芳甾类化合物丰富,而实际色质对比研究表明朝长地区除长20井外多数原油的三芳甾类和甲基三芳甾类化合物含量低,与三肇凹陷和王府凹陷原油和烃源岩相似(见图5)。
图3 朝长地区原油成熟度划分图
Fig.3 Division map of crude petroleum maturity in Chaochang area
图4 朝长地区原油w(Pr)/w(nC17)和w(Ph)/w(nC18)关系图
Fig.4 Correlation map of w(Pr)/w(nC17) and w(Ph)/w(nC18) of crude petroleum in Chaochang area
3 成藏特征分析
3.1 油水关系及油藏类型
朝长地区扶余油层整体呈现上油下水的分布特征,偶见薄层水夹层。北部构造低部位油气主要分布于扶一和扶二油层组,油柱高度较大,随着构造向南抬起,油气分布以扶一油层组为主,油柱高度逐渐变小。
图5 朝长地区原油和三肇、王府凹陷原油芳烃色质图
Fig.5 Collation map of crude oil aromatic hydrocarbon between Chaochang area with Sanzhao and Wangfu
由于断层、砂体、构造匹配的关系不同导致朝长地区形成构造、岩性-构造、岩性、断层-岩性、构造-岩性共5种油气藏类型(见图10),朝长地区构造主体部位以构造、岩性-构造、构造-岩性油气藏为主,凹陷及朝长构造带周边斜坡地区以岩性、断层-岩性油气藏为主。
3.2 含油气系统与成藏关键时刻
研究表明(图6),朝长地区的主要生油层是青山口组一段,其次是青二、三段,嫩江组一段、二段生烃有限,青山口组与嫩江组一段、二段同时又是较好的区域盖层[1-6]。该区的烃源岩大量生油期在明水组一段沉积的中期-明水组沉积的末期,大量排油期主要在明水组沉积的末期-大安组沉积末期。该区与松辽盆地的区域构造运动同步,主要受嫩江组沉积末期、明水组沉积末期、伊安组沉积末期三期构造运动影响较大[1-7],朝长地区现今的构造形态主要是在这三次构造运动中形成的。成藏持续时间为嫩江组沉积末期-大安组沉积末期,成藏的关键时刻是明水组沉积末期。
3.3 成藏主控因素分析
3.3.1 流体势与疏导体控制着油气运移的优势方向
石油与天然气是流体矿产,其最大特征就是具有运移性[12],在同一输导系统内,对油气运聚起控制作用的主导因素是流体势,油气的二次运移就是在流体势的作用下由高势区向势梯度降低最快的低势区运移,遇到合适的圈闭就能聚集成藏[12-13]。流体势的数学表达式为:
(1)
式中:z为测点高程(m);g为重力加速度(9.81 m/s2);p为测点压力(Pa);为流体密度(g/cm3);q为流体的流动速度(m/s)。
图6 三肇凹陷及其邻区油气成藏事件及关键时刻图
Fig.6 Map of hydrocarbon accumulation events and critical time for Sanzhao depression and near area
由式(1)可见:流体势是单位质量流体的机械能,包括位能、压能和动能三者的总和。在静水或流体流动很缓慢时(小于l cm/s),q2/2项可视为0,也就是说,动能可以忽略不计。由于油和水的压缩性很小,在某一特定深度(温度、压力)时其密度可视为常量,则地层条件下流体势可表示为:
(2)
在本次工作中,用单位质量的油势即油头来分析了研究区目的层中的流体势分布特征及其与油气运移的关系,其表达式为:
(3)
式中:ho为总油头(m);Z为高程油头(m);为测压油头(m)。
本次研究采用数值模拟的方法恢复出了油气成藏的关键时刻(明水组沉积末期)朝长地区扶一油层组的流体势(见图7),由图7可见:明水组沉积末期,三肇凹陷与王府凹陷为高势区,油势(油头)主要分布在4~6 km之间,而朝长地方则为低势区,其中朝阳沟阶地的油势(油头)主要分布在2~3 km之间,长春岭背斜带的流体势最小,油势(油头)在2 km以下。在这个时期,油气从三肇凹陷与王府凹陷沿着势梯度降低最快的方向向朝长地区进行侧向运移。
油气的运移必须要有疏导通道[12],朝长地区扶余油层组的河道砂体构成了朝长地区砂体的整体展布格架,南西—北东向展布的河道砂体与近南北向展布的大断裂带构成油气运移的疏导体(见图8)。平面上河道砂体主要呈条带状分布、纵向上错迭连片,岩性主要为细砂岩和粉细砂岩。
朝长地区扶余油层顶部发育任民镇—肇州、太平山—肇东等几条近南北向展布的大断裂带(见图8),断裂带与砂体斜交,不仅为在斜坡背景下形成岩性油 藏、断层-岩性油藏创造了有利条件,同时也构成了油气侧向运移的疏导通道。流体势、断裂带、河道砂体共同控制了该区扶余油层油气优势运移的方向,在流体势的作用下,油气优先沿着大断裂带、连通性较好的厚砂体由三肇凹陷、王府凹陷向朝长地区进行侧向运移。
3.3.2 构造作用控制着油气的聚集与分异
伴随着嫩江组沉积末期、明水组沉积末期、伊安组沉积末期3次构造运动,在朝长地区形成长春岭背斜、三站背斜、五站背斜、朝阳沟背斜、翻身屯背斜及薄荷台鼻状构造等一系列正向构造[7],这些构造为油气提供了良好的聚集空间且为长期继承性低势区,是油气运移的指向区,对油气具有明显地诱导作用。目前,该区发现的油气也主要集中在这些正向构造带上,这也进一步证实了构造作用对成藏的控制作用。由于长春岭背斜及朝阳沟背斜等构造为大型正向构造,油、气、水受重力分异作用明显,在纵向上,气分布在构造的顶部,油分布在气层的下面,水在构造的底部,呈现良好的重力分异特征。
图7 朝长地区明水组沉积末期扶一油层组流体势及运移方向
Fig.7 Fluid potential and direction of hydrocarbon migration of FⅠ in last sedimentation in Chaochang area
图8 朝长地区扶一二油层组沉积微相与扶余油层顶部断裂带叠合图
Fig.8 Overlap map of microfacies of FⅠ2 and fracture belt of top of Fuyu reservoir in Chaochang area
3.3.3 河道砂体控制了油气藏的分布
本文编制了扶余油层的5个油层组的沉积微相图(图8),由沉积微相图明显看出多期发育沿北东方向展布的曲流河砂体构成该区扶余油层的储集的主体格架,其次发育决口扇(或决口河道)与泛滥平原沉积。据统计,扶一二油层组中河道砂体是扶余油层油气聚集的主要场所,其中工业油流井为33口,占总油井数的83%,工业气流井为8口,占62%;其次为决口河道或决口扇,工业油流井为6口,占15%,工业气流井为4口,占30%;泛滥平原中油气分布很少,工业油流井与工业气井不到1%(图9),由此可见该区河道砂体是油气富集的载体,控制着油气藏的分布。
3.3.4 源储压差控制了油柱的高度
油气层分布的纵向空间内,三肇、王府凹陷油柱高度最大,在150~500 m之间,油气能够分布于整个扶杨油层(见图10),长春岭背斜带油柱高度最小,在 150 m以下,油气主要分布在扶一油层组的范围之内。朝阳沟阶地等其他地区油柱高度介于三肇、王府凹陷与长春岭背斜带之间,分布的纵向空间相当于扶余和杨大城子上部油层组。研究表明:源储压差是控制油柱高度的主要原因,三肇凹陷与王府凹陷源储压差较大,压差分布在2~7 MPa之间(见图10),油气在压差的作用下下排到下伏扶杨油层的深度相对较大,反之,压差越小,油柱高度就越小,例如长春岭背斜带,源储压差很小,油气几乎不能下排,只能接受侧向运移来的油气的充注,油柱的高度与油气的充注量有关。
图9 朝长地区扶一二油层组油层工业、低产油气井与沉积微相对应关系图
Fig.9 Correlation map for industrial and low-duty well and microfacies of FⅠ2 in Chaochang area
图10 朝长地区扶杨油层油柱高度与源储压差叠合图
Fig.10 Overlap map of height of oil column and pressure difference map of mother rock and reservoir of
Fuyang reservoir in Chaochang area
3.4 成藏模式分析
基于油源对比、流体势恢复及疏导体分析等综合研究,油藏对应的成藏模式主要有2种类型(见图11):
(1) 自源超压上生下储短距离垂向运聚模式。这种模式主要发生在三肇凹陷与宾县—王府凹陷,烃源岩普遍有超压[14-18],烃源岩与储层存在压差,油气在超压的作用下,沿断层(裂缝)、砂体垂向下排到扶余油层形成岩性、断层-岩性油气藏,超压、断裂、渗透性砂体控制油气藏的分布。
(2) 近源常压-负压中距离侧向运聚模式。这种模式主要发生在距离生烃凹陷较近的朝阳沟阶地与长春岭背斜带,来自生烃凹陷的油气在流体势的作用下,在储层中沿着砂体、断层向构造位置较高的低势区朝阳沟阶地与长春岭背斜带运移。流体势、砂体、断层、背斜构造带控制着油气藏的分布,在朝阳沟构造主体形成构造、岩性-构造油藏,在斜坡部位形成断层-岩性、岩性油气藏。
4 有利勘探区预测
在油气分布规律及成藏特征研究基础上,综合生排烃、输导体展布乃至盖层、圈闭发育特点等各种因素,预测有利区带4个,分别是朝长构造带、肇源—裕民—薄荷台地区、榆树林地区、肇北地区,面积共3 124 km2,其中肇源—裕民—薄荷台地区埋藏浅,储层物性好,是勘探首选地区;较有利区带4个,分别是丰乐—光荣、太平川—四站、东大沟向斜、王府凹陷及其北坡,面积共2 124 km2(见表2和图12),目前发现的油气主要集中在朝长构造带与三肇地区,朝阳沟周边地区潜力巨大,近几年来,在这些认识的基础上采用不用的勘探方法,在朝长周边地区又找到了亿吨级岩性油藏。
表2 朝长地区扶余油层有利含油气区带预测结果表
Table 2 Forecasted result table of beneficial hydrocarbon area of Fuyu oil layer of Chaochang area
图11 朝长地区扶余油层油气运聚成藏模式图
Fig.11 Hydrocarbon accumulation patterns of Fuyu formation Chaochang area
图12 朝长地区扶余油层有利含油气区带预测图
Fig.12 Evaluation map of beneficial oil area of Fuyu oil layer of Chaochang area
5 结论
(1) 朝长地区烃源岩为低熟、未熟源岩,生烃能力有限,油气主要来自三肇凹陷与宾县—王府凹陷的成熟源岩。
(2) 朝长地区扶余油层油气成藏的主控因素有:构造作用控制着油气的聚集与分异;流体势与疏导体控制着油气运移的优势方向;河道砂体控制了油气藏的分布;源储压差决定油柱的高度。
(3) 朝长地区扶余油层油水关系主要表现为上油下水的特征,发育有构造、岩性-构造、岩性、断层-岩性、构造-岩性共5种油气藏类型。
(4) 主要存在自源超压上生下储短距离垂向运聚、近源常压-负压中距离侧向运聚2种成藏模式。
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(编辑 杨幼平)
收稿日期:2011-06-12;修回日期:2011-10-27
基金项目:国家重点基础研究发展计划(“973”计划)项目(2006CB701403)
通信作者:黄薇(1964-),女,浙江兰溪人,博士,教授级高级工程师,从事石油地质研究和油气勘探部署评价工作;电话:0459-5590863;E-mail: weihuang@petrochina.com.cn