坡洼過渡帶的地質條件與勘探實踐

1階所處的坡洼過渡帶地區長期以來，對汾河山區西部凹陷古生代勘探主要是在鼻狀結構、樓梯和標高部分尋找構造油氣藏，并在邊灘區尋找巖性油氣藏。然而，構造邊界狹窄，從中南縣到齊岐的過渡區，以及胡同的建立，以及構造圈的形成（見圖1），這不僅是一個調查水平較低、研究難度較大的地區，也是一個具有巨大潛力的地區。隨著勘探程度的加深,以及負向構造區找油理論及勘探技術的不斷完善,在坡洼過渡帶勘探巖性油氣藏越來越受到重視。及時分析、總結坡洼過渡帶巖性油氣藏的形成條件,有利于加快負向構造區大中型油氣田的發現進程,對掌握勘探的主動權有重要意義。巖性油氣藏形成受被古地貌背景控制的沉積體系、油源層系、輸導體系以及蓋層層系控制。分析西部凹陷坡洼過渡帶巖性油氣藏的形成潛力,需要對該區這4項條件進行分析。1.1扇三角洲—具有良好的儲集層及巖性圈閉條件始新世早期—漸新世末期,西部凹陷經歷了從水進開始到水退結束的3個構造-沉積旋回。坡洼過渡帶沙河街組發育兩大沉積旋回:沙四段至沙三段旋回,沙二段至沙一段旋回。每個旋回均為水進開始,水退結束,各旋回內部存在程度不一的沉積間斷。由于來自西部凸起的物源繼承性發育且垂直于凹陷軸向,沙河街組沉積具有多物源、多旋回的特點,形成了中深層大型斷陷湖盆緩坡帶扇三角洲、湖底扇、湖泊沉積體系。坡洼過渡帶內砂巖儲集體主要形成于沙三段、沙四段沉積期。沙四段沉積期,隨著西部凹陷的不斷裂陷,湖盆穩定下沉并逐步擴大,受基底古地貌影響,整個西部凹陷以中部曙光潛山和興隆臺古隆起一線為界,形成南北兩種沉積環境。坡洼過渡帶所處的南部地區為砂泥巖沉積區,來自西部凸起的陸源碎屑進入凹陷形成了扇三角洲沉積體系,主要發育了齊家、歡喜嶺和西八千3個扇三角洲,此時的沉積具有填平補齊的性質。沙四段杜家臺油層沉積時期,持續水進致使先期沉積物向古單面山超覆,并逐漸覆蓋在單面山上,單面山面積不斷縮小至消亡,最終在其上形成上傾尖滅型巖性圈閉,同時受坡洼過渡帶古地形的影響,多發育濁流沉積形成的濁積型砂體巖性圈閉(見圖2)。沙三段沉積期,強烈的塊斷運動使得湖盆急劇下沉,形成面積開闊的以深水環境為主的斷陷湖盆,在齊家、歡喜嶺和西八千地區形成蓮花、大凌河油層的扇三角洲—湖底扇沉積體系。該期發育的多套扇三角洲前緣相砂體以透鏡狀和席狀為主,一般寬只有幾百米,長1~2km,短者只有幾十米,砂體間連通性較差,砂體與優質湖相烴源巖構成薄互層,組成高效排烴組合,有利于提高砂體供油范圍而形成巖性油氣藏。由于近源搬運,坡洼過渡帶的砂巖分選及磨圓均較差,碎屑顆粒成分與母巖成分相似,砂巖以長石砂巖和長石巖屑砂巖為主,硬砂巖次之,至今尚未發現石英砂巖。根據大量分析資料統計,石英含量為30%~45%,長石為20%~30%(高者可達50%),巖屑含量普遍較高,一般達20%~30%(高者可達50%),填隙物含量變化較大(2%~45%)。盡管這些砂巖埋藏較深(平均深于3000m),但存在多個異常孔隙發育帶,有利于砂體巖性圈閉成藏。此外,坡洼過渡帶內常見濁流沉積作用和構造作用復合,也有利于形成巖性圈閉,例如掀斜構造常使砂體前緣由下傾尖滅轉為上傾尖滅(見圖3),使砂體被側向封堵。正是這種背景使坡洼過渡帶具有良好的儲集層及巖性圈閉條件,有利于形成多層位含油的大中型巖性油氣藏,有利沉積相帶決定了大面積巖性油氣藏的分布范圍。1.2沙九段及沙片段巖相特征多層系烴源巖發育,是巖性圈閉富集油氣的先決條件。坡洼過渡帶地區緊鄰清水、鴛鴦溝兩大生油洼陷,經油源對比發現,坡洼過渡帶內油層的原油大部分來自清水、鴛鴦溝洼陷油源巖,高成熟烴源巖控制了巖性油氣藏的平面分布(見圖4)。清水、鴛鴦溝洼陷內的沙三段和沙四段為遼河坳陷主要水進時期洼陷中心微咸水—半咸水還原環境下的沉積,沙四段烴源巖厚200~400m,沙三段烴源巖厚400~900m左右,大部分處于成熟階段,Ro值為0.4%~1.2%,具特高油氣資源豐度(1000萬t/km2)。特別是清水洼陷,其油源巖集中在沙三段,以湖相暗色泥巖為主,厚度大于900m,有機碳含量為2.0%~2.5%(平均2.2%),多數母質類型良好(Ⅰ—ⅡA)。據三次資評資料,清水洼陷最大生油強度為8400萬t/km2,最大生氣強度為520億m3/km2。清水、鴛鴦溝洼陷烴源巖開始大量排烴是在東營組沉積末期,晚于坡洼過渡帶沙三段、沙四段巖性圈閉形成時期,所以巖性圈閉形成期與油氣大規模運移期配置適時,油源供給充足,具備形成大中型巖性油氣藏的物質基礎。1.3油氣運移的主要配置在西部凹陷復雜的構造及沉積演化過程中,坡洼過渡帶地區由于其特殊的古地貌條件,發育了多種多樣油氣輸導通道類型,大體可分為受構造作用控制形成的斷裂輸導體系和受沉積作用控制形成的砂巖輸導體系兩大類(見圖5)。在坡洼過渡帶構造演化過程中,始終以臺安—大洼斷層為中心發生大規模的傾向滑動,被正斷層分割的基巖塊體發生右旋翹傾運動,形成了一系列基巖塊體單面山和相互平行、傾向基本相同的次級斷裂系,早期北東向西傾反向成山正斷層與晚期北東向東傾階梯狀正斷層組合,使基巖在東傾的斜坡背景上具壘塹相間的塊體結構及隆洼相間的復雜地貌。這些斷層一方面可與構造、砂體配合形成圈閉,另一方面也構成了油氣向上運移的通道,因此目前已知油藏具有圍繞主干斷裂展布的特點。坡洼過渡帶地區較為寬緩的斜坡帶和與之相接的洼陷帶中砂體相對穩定分布,形成一定規模的砂巖輸導體系,有效地保證了足夠數量的油氣充分地向同一個構造-地層巖性圈閉帶運移。上述輸導體系與遼河坳陷演化的多旋回性和階段性相配合,致使油氣運移具有多期性。斷陷的油氣運移主要是短距離的,在多期短距離運移的過程中,由于斷裂比較復雜,油氣運移既有早期的又有晚期的,運移的方式既有水平的也有垂直的,運移的途徑既可直接從油源層運移到儲集層中,油源層中的油氣或被破壞的古油氣藏中的油氣又可沿著斷層或砂層運移到沒有油源層的高部層位或前文所述的各種儲集體中。特別是斷層帶的通道作用,使斷層斷達哪個層位油氣就運移到哪個層位,因此油氣縱向分布范圍很廣,形成多種生儲蓋組合,主要有:①旋回式成油組合。生、儲、蓋層自下而上按序分布,屬原生組合。②側變式成油組合。油源層與儲油層的層位相同,二者橫向相變接觸,凹陷腹部油源層生成的油氣運移到側翼的儲油層中。③串通式成油組合。油源層與儲油層縱向不直接相接,在斷層或不整合面串通作用下,下部油源層生成的油氣或被破壞的古油氣藏中的油氣垂向運移到上部儲油層中,是次生成油組合。④倒裝式成油組合。即新生古儲的(潛山油藏)生、儲、蓋組合。對坡洼過渡帶已發現油藏的統計表明,以上4種成油組合往往共存。1.4白色泥巖地層西部凹陷坡洼過渡帶地區的封蓋層大體可分為泥質巖、火山巖及砂質巖三大類。泥質巖蓋層分布于各時代的廣闊區域,是主要的封蓋層;火山巖蓋層是層狀分布的玄武巖;砂質巖蓋層主要是特殊條件下形成的蓋層,主要是致密化的低孔、低滲砂巖等。泥巖分布只有達到一定的厚度和連續性才能實現有效的封蓋。本區暗色泥巖集中分布在沙四段、沙三段、沙一段和東營組(見圖6)。沙四段泥巖主要為杜家臺泥巖,累計厚度可達350m,但由于屬扇三角洲沉積,分布范圍及厚度有限,只能作為局部蓋層。沙三上亞段多為砂泥巖薄互層,泥巖厚10~30m,連片性差,只能作為局部蓋層;沙三段其余泥質巖(油頁巖、暗色泥巖)是強烈沉降水進期形成的半深湖—深湖相沉積,泥巖質純,含砂量小于10%,累計厚度達500~1000m,突破壓力為1~11MPa,多數為4~10MPa,分布廣且穩定,是區內最優的區域蓋層。沙一段泥巖屬于水進期扇三角洲沉積,是除沙三段外另一區域性分布的蓋層,西部凹陷該套蓋層累計厚度為300~500m,分布較廣,最大優點是埋藏深度合適,有利于形成超壓封蓋層。東營組泥巖是河流相沉積的薄層泥巖,雖然分布較廣,但橫向分布的穩定性差,連片范圍小,因此一般只起直接蓋層的作用。2角洲—油氣勘探實例坡洼過渡帶的古地貌背景十分有利于巖性油氣藏的形成。根據這種地質認識,采用新理論、新技術,遵循在工區內由點到面展開勘探的思路,對坡洼過渡帶的巖性圈閉進行優選,先后在鴛鴦溝、齊家、歡喜嶺下臺階地區獲得了巖性油氣藏勘探的成功,發現了2個千萬噸級優質油氣儲量區塊。鴛鴦溝—齊家地區位于西斜坡與鴛鴦溝、清水洼陷的轉折部位,該區沙三段形成于最大湖泛期,發育了多期重力流作用形成的扇三角洲—湖底扇沉積體系。湖底扇沉積的事件性和古地貌對重力流沉積作用的控制,使重力流成因的砂礫巖體垂向分布間斷、平面分布不連續,為巖性圈閉的形成創造了條件。其中,齊家地區以扇三角洲前緣沉積為主,形成大面積的巖性圈閉。部署的齊231井已鉆遇預測的3套砂體,測井解釋油層13.9m/2層,低產油層33.8m/4層,預計可上報一定規模的石油地質儲量。該區巖性油藏勘探有很大潛力,仍需進一步深入。鴛鴦溝地區巖性油藏則受多物源作用下形成的疊合連片水下分流河道砂體控制,水道主體部位儲集層物性相對較好,是勘探的有利區帶。準確識別河道砂體圈閉是該地區巖性油藏勘探的關鍵,目前完鉆的多口井均在沙三段大凌河油層獲得了較好的勘探效果,特別是錦306井獲工業油流,展示了巖性油氣藏勘探的良好前景。歡喜嶺下臺階地區通過等時地層劃分、精細構造解釋及綜合評價,在歡103井區獲得高產油流,其中歡2-11-20井在2627~2825m井段試油獲日產近20t的高產油流,2001年上報探明儲量786萬t。齊231、錦306等巖性油氣藏勘探的成功證明,坡洼過渡帶為巖性油氣藏有利勘探區,后續發現的多個沙三段巖性圈閉是擴展巖性油氣藏勘探的有利