王府凹陷扶余油层油气富集规律及有利勘探区
陈方文，卢双舫，薛海涛，王文文，肖红
(中国石油大学(华东) 非常规油气与新能源研究院，山东 青岛，266580)
摘要：从构造形态、有效源岩区、断裂密集带、断层—砂体—地层匹配和超压等方面，分析王府凹陷扶余油层油气富集规律。研究结果表明：王府凹陷扶余油层构造形态控制流体势，进而控制油气整体运移方向和主要分布区域；有效源岩区范围制约油气分布范围；断裂密集带对油气运移具有横向遮挡、侧向输导双重作用；断层走向与倾向、砂体展布方向和地层倾向的组合方式决定能否形成圈闭；青山口组烃源岩层超压影响油气向下运移距离；王府凹陷青山口组烃源岩大约在埋深超过1 200 m之后所残留的烃类基本达到饱和并向外排烃，埋深超过1 200 m的烃源岩范围为有效源岩；王府凹陷扶余油层双51、双35和双50等井一线以北至凹陷中心的区域有利于形成断层-岩性油气藏。
关键词：王府凹陷；扶余油层；油气富集规律；断裂密集带；断层-岩性油气藏
中图分类号：TE122.1 文献标志码：A 文章编号：1672-7207(2014)09-3137-07
Hydrocarbon enrichment laws and favorable exploration areas of Fuyu Formation in Wangfu Depression
CHEN Fangwen, LU Shuangfang, XUE Haitao, WANG Wenwen, XIAO Hong
(Institute of Unconventional Hydrocarbon and New Energy Sources, China University of Petroleum,
Qingdao 266580, China)
Abstract: Combining various aspects such as tectonic character, effective source rock zone, intensively faulted zone, fault—sand—stratum matching and overpressure, the hydrocarbon enrichment laws of Fuyu Formation in Wangfu Depression was analyzed. The results show that the tectonic character of Fuyu Formation in Wangfu Depression controls the fluid potential, and also controls the migration direction and the distribution regions of hydrocarbon. The effective source rock area controls the distribution range of hydrocarbon. Intensively faulted zone has transverse sealing and lateral fluid conduction function in hydrocarbon migration. The combination of fault, sand body and stratum, which has different trends, tendencies and distributions, controls the formation of traps. The overpressure of source rock in Qingshankou Formation affects the downward migration distance of hydrocarbon. While the buried depth of source rocks in Wangfu Depression is more than 1 200 m, the residual hydrocarbon is saturated and hydrocarbon starts expelling from source rocks. The source rocks buried more than 1 200 m are effective hydrocarbon source rocks. The region from the line of Shuang 51, Shuang 35 and Shuang 50 wells to the center of depression is favorable exploration areas of fault-lithological reservoir in Fuyu Formation of Wangfu Depression.
Key words: Wangfu Depression; Fuyu Formation; hydrocarbon enrichment law; intensively faulted zone; fault-lithological reservoir
扶余油层是松辽盆地北部中—浅层的主力产油层之一，属于下部含油组合[1]，是典型的上生下储式成藏模式。目前在松辽盆地北部已发现了齐家、朝阳沟、头台、榆树林、肇州、永乐和宋芳屯等多个以扶余油层为主的大型岩性油藏和构造-岩性复合油藏，探明石油地质储量约10×108 t[2]。但是由于扶余油层物性相对较差，上生下储的成藏组合需要源岩具有一定超压才能成为有效烃源岩使得有效烃源岩区不确定，以及扶余油层断裂非常发育等特点，致使现今松辽盆地北部扶余油层面临着空白区油气勘探进展缓慢，如何在扶余油层寻找有利探勘目标等成为亟待解决的问题。本次研究以王府凹陷为例，该凹陷紧邻三肇凹陷，构造特征典型、属于三角洲平原亚相[3-4]，油源单一，可避免其他生烃凹陷油气来源的干扰，具有很强的代表性。从王府凹陷扶余油层构造形态、有效源岩区、断裂密集带、断层—砂体—地层匹配和超压等方面分析油气运移、聚集特征，总结王府凹陷扶余油层油气富集规律，优选有利勘探目标，为松辽盆地北部扶余油层油气勘探和开发提供一定的借鉴作用。
1 研究区概况
图1所示为松辽盆地长春岭背斜带地层系统及勘探成果。王府凹陷地层由断陷构造层、坳陷构造层和反转构造层组成，由老到新依次为下白垩统火石岭组、沙河子组、营城组、登娄库组、泉头组；上白垩统青山口组、姚家组、嫩江组、四方台组、明水组；古近系依安组；新近系大安组、泰康组等(图1)。其中，上白垩统四方台组、明水组、古近系和新近系地层在研究区内严重剥蚀或缺失，剥蚀厚度200~500 m[3, 5]。
王府凹陷扶余油层天然气主要来自断陷构造层沙河子组煤系地层，原油则主要来源于坳陷构造层青山口组烃源岩(图1)[3, 6]。目前已探明油气主要位于王府凹陷北坡，含油气层位为泉头组泉三段上部、泉四段所对应的杨大城子杨一油层组和扶余油层，属于三角洲平原亚相[7-8]，分流河道砂体呈WS—NE向展布，为油气提供了良好的储集空间。其上覆青山口组地层属于深湖-半深湖相，巨厚的泥岩既是烃源岩又是区域性盖层。王府凹陷扶余油层断层非常发育，走向主要为NE向和NNE向，极少数断穿青山口组地层[3]。
图1 松辽盆地长春岭背斜带地层系统及勘探成果
Fig. 1 Stratigraphic column and oil exploration of Changchunling Anticline in Songliao Basin
2 油气富集规律
2.1 构造形态控制流体势
王府凹陷的构造形态决定着流体势的变化趋势，直接控制油气二次运移的整体方向。油气总是沿流体势高的部位向流体势低的部位运移[9-11]。王府凹陷位于松辽盆地东南隆起区的西北部，紧邻长春岭背斜，两者呈现凹隆相邻的构造格局。以测井、录井、岩心和地震解释资料为基础，结合沉积相研究结果[8]，对王府凹陷扶余油层油气二次运移主要路径进行模拟。油气二次运移的整体方向受构造形态的控制，油气由流体势相对较高的凹陷中心向流体势相对较低的凹陷边缘运移。
王府凹陷的构造形态除了控制油气二次运移的整体方向外，还决定构造型油气藏的位置。从目前王府凹陷及周边地区扶余油层的勘探成果来看，已探明天然气主要分布于长春岭背斜带顶部和太平庄背斜，原油则分布于长春岭背斜气藏周边构造相对较低部位和朝阳沟阶地(图1)。
2.2 有效源岩区与油气分布范围
王府凹陷青山口组烃源岩m(S1)/m(TOC)和m(A)/m(TOC)与深度关系如图2所示。青山口组烃源岩的生烃门限大约为1 000 m，在埋深为1 200 m时开始大量生烃[3, 8]。烃源岩中生成的油气要发生初次运移首先需要满足源岩自身各种形式的残留，如吸附、溶解、孔隙容留等[12-13]，尤其是烃源岩中的有机质对大分子烃类具有更加明显的吸附和“栓塞”作用[14]。在烃类的初次运移中，小分子烃类更加容易从烃源岩排出、进入储层。通过分析王府凹陷青一段烃源岩单位质量有机质中残留烃S1(以轻烃主)和氯仿沥青A(以重烃主)与深度的关系。王府凹陷青山口组烃源岩进入生烃门限之后生烃强度随深度增加而增大，烃源岩中单位质量有机质所残留轻烃含量也随深度增大而变大，在埋深超过1 200 m之后趋于稳定；其所残留重烃含量则一直随埋深的增加而增大(图2)。这种规律表明：青山口组烃源岩在埋深超过1 200 m之后所残留的烃类基本达到饱和并开始向外排烃，属于有效烃源岩；埋深超过1 200 m的烃源岩范围为有效源岩区。目前已经发现的油藏均位于有效源岩区附近，有效源岩区制约原油聚集区域(图1)。
2.3 断裂密集带控制油气运移
断裂密集带对油气具有横向遮挡、侧向输导的双重作用[15]，断裂密集带横向遮挡作用是指当油气的运移方向与断裂密集带走向垂直或呈大角度相交时(45°~90°)，断裂密集带对油气主要表现为遮挡作用；断裂密集带侧向输导作用是指当油气的运移方向与断裂密集带走向一致或呈小角度相交时(0°~45°)，断裂密集带对油气主要表现为输导作用。
图2 王府凹陷青山口组烃源岩m(S1)/m(TOC)和m(A)/m(TOC)与深度的关系
Fig. 2 Relationship among m(S1)/m(TOC), m(A)/m(TOC) and depth of K1qn1 source rocks in Wangfu Depression
图3所示为王府凹陷扶余油层断裂密集带控制油气运移。在王府凹陷扶余油层顶面共识别24条断裂密集带，走向主要为NNE和NNW向(图3)。其中，1~4，11和17~19号断裂密集带走向与地层倾向呈小角度相交，对油气运移主要表现为输导作用，油气沿断裂密集带两侧向构造高部位运移；9和10号断裂密集带走向与地层倾向呈大角度相交，对油气运移主要表现为遮挡作用，油气主要在断裂密集带临近生烃凹陷一侧运移和聚集。王府凹陷扶余油层油气的优势运移方向为NNE和SSW方向，在王府凹陷北坡形成典型的背斜型气顶油气藏。王府凹陷南坡双51、双35和双50等井一线以北至凹陷中心的区域位于油气优势运移方向上，而且还具有遮挡条件阻止油气继续向高部位运移，其他井区(如双37和双41井区)断裂密集带主要表现为输导作用，缺少遮挡条件，不利于油气聚集成藏(图3)。
2.4 断层、砂体和地层匹配控制圈闭形成
在王府凹陷北坡即长春岭背斜南翼，高部位聚集天然气，邻近气藏的低部位聚集原油，属于典型的构造型油气藏。在王府凹陷中心和凹陷南坡缺少构造型圈闭，主要依靠断层、河道砂岩和地层等三者匹配形成圈闭聚集油气。
图4所示为断层、河道砂体和地层组合方式控制油气聚集模式。当断层的侧向封闭性较好时可以形成遮挡条件[16]，能否形成圈闭还需看砂体展布方向、地层倾向等与断层走向的匹配关系[17]。分析断层的走向与倾向、河道砂体展布方向和地层倾向的不同6种组合方式，确定主要有3种组合方式有利于形成断层-岩性圈闭聚集油气(图4)：1) 断层走向与地层倾向呈小角度相交，而且与砂体展布方向呈大角度相交时，断层下盘一侧的砂体有利于聚集油气；2) 断层走向与地层倾向呈大角度相交，两者倾向相反，而且断层走向与砂体展布方向呈小角度相交时，断层下盘砂体的上倾方向被断层遮挡形成圈闭；3) 断层走向与地层倾向呈大角度相交，两者倾向相反，而且断层走向与砂体展布方向呈大角度相交时，断层下盘砂体的上倾方向被断层遮挡形成圈闭，易于捕捉油气。
图3 王府凹陷扶余油层断裂密集带控制油气运移
Fig. 3 Intensively faulted zone control hydrocarbon migration in Fuyu Formation of Wangfu Depression
图4 断层、河道砂体和地层组合方式控制油气聚集模式
Fig. 4 Fault, channel sand body and strata combination modes on hydrocarbon accumulation
在王府凹陷南坡双51、双35和双50等井一线以北至凹陷中心的区域，扶余油层断层走向与地层倾向呈小角度相交，与砂体展布方向呈大角度相交。这种组合方式有利于形成断层-岩性圈闭捕捉油气。在双41、双37、双50和双深10等井一线以南地区，扶余油层断层走向、砂体展布方向和地层倾向三者呈小角度相交，有利于油气向高部位运移，由于缺少遮挡条件不利于形成圈闭聚集油气。
2.5 超压大小控制原油下排深度
青山口组烃源岩生成的油气通过2种方式运移至下伏扶余油层[18-19]：一种是在超压作用下油气从青山口组烃源岩向下运移至扶余油层；另一种是由于断层作用上盘青山口组烃源岩与下盘扶余油层储层对接，油气侧向运移至扶余油层。在这2种方式中超压是油气从烃源岩中排出的原始动力[20-22]，当油气进入扶余油层后超压迅速减小甚至消失，在残余压力作用下油气克服自身浮力、储层毛细管力等阻力运移至扶余油层储层。
图5所示为王府凹陷扶余油层油气向下运移距离与超压的关系，图6所示为王府凹陷扶余油层双38-双33联井剖面及油水包络线。利用王府凹陷160余口井资料分析青山口组源岩中剩余压力与原油向下运移距离的关系，并按照井旁断层的断距进行分类(图5)。其中，剩余压力为超压与静水压力的差值，约为地层中静水压力的0.4倍[23-24]。随着剩余压力(或超压)增大，油底深度呈增大的趋势，对剩余压力和与其对应的最大油气向下运移距离进行公式拟合(图5)，得到油气向下运移距离与剩余压力的关系如下：
(1)
式中：H为青山口组烃源岩生成油气向下运移的距离，m；
为青山口组烃源岩发生岩石破裂时的剩余压力，MPa。
图5 王府凹陷扶余油层油气向下运移距离与超压的关系
Fig. 5 Relation of oil downward migration distance and overpressure in Fuyu Formation of Wang Depression
统计井点处原油向下运移的距离均大于井旁断层断距，表明超压控制扶余油层底部油水包络面的深度。通过分析王府凹陷扶余油层EW向的油藏剖面，确定在凹陷中心区域(双32井附近)油气向下运移距离大，而且油层数目多于凹陷边缘(图6)。
3 有利勘探区
按照含油盆地(或凹陷)隐蔽油藏与构造油藏在资源总量和油气分布上具有互补性的观点[25]，在缺少构造型圈闭的王府凹陷中心及凹陷南坡应该重点寻找断层-岩性油藏。有利的勘探区为11和14号断裂密集带两侧以及10号断裂密集带靠近生烃凹陷一侧(图3)，该区块具有以下有利条件：1) 位于有效源岩区内部或附近，具有良好的油源条件；2) 11和14号断裂密集带走向与地层倾向一致，对油气主要表现为侧向输导作用，有利勘探区位于油气优势运移方向上；3) 10号断裂密集带走向与地层倾向近于垂直，对油气主要表现为横向遮挡作用，上倾方向具有遮挡条件；4) 断层走向主要NNE和NNW向，砂体展布方向为NE向，地层倾向为NNE向，三者匹配有利于形成圈闭；5) 位于凹陷中心，超压或剩余压力相对较大，原油向下运移距离较大，油层数目较多。
图6 王府凹陷扶余油层双38-双33联井剖面及油水包络线
Fig. 6 Section and oil-water boundary from Shuang 38 to Shuang 33 wells of Fuyu Formation in Wangfu Depression
4 结论
1) 王府凹陷扶余油层油气富集规律为：构造形态控制着流体势，进而控制油气整体运移方向和主要分布区域；有效源岩区范围制约油气分布范围；断裂密集带对油气运移具有横向遮挡、侧向输导的双重作用；断层走向与倾向、砂体展布方向和地层倾向的组合方式决定能否形成圈闭；青山口组烃源岩层超压影响油气向下运移距离。
2) 王府凹陷青山口组烃源岩在埋深超过1 200 m之后所残留的烃类基本达到饱和并开始向外排烃，埋深超过1 200 m的烃源岩范围为有效源岩区。
3) 王府凹陷南坡有利的勘探区为双51、双35和双50等井一线以北至凹陷中心的区域，有利于形成断层-岩性油气藏。
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(编辑 陈爱华)
收稿日期：2013-11-27；修回日期：2014-02-17
基金项目：国家自然科学基金资助项目(41302101，41172134)；中央高校基本科研业务费专项(2472014CX02089A)
通信作者：陈方文(1984-)，男，湖北仙桃人，博士，讲师，从事油气藏形成与资源评价方面研究；电话：0532-86983191； E-mail: cfwdqpi@163.com
