松遼盆地十屋斷陷深層油氣藏成藏模式

1屋斷陷區油氣地質特征十居坍塌位于松遼盆地東南的海拔地區。受nn弧西緣斷裂（桑葉大唐斷裂）控制，西斷裂以東的超紀斷裂（圖1）面積近2300km2，最大埋深每年品味納米。斷陷構造層由火石嶺組(J3h)、沙河子組(K1sh)、營城組(K1yc)、登婁庫組(K1d)組成;上部坳陷構造層較薄,一般為2km左右,由泉頭組(K1q)、青山口組(K2qn)和嫩江組(K2n)組成,缺失四方臺組—明水組。十屋斷陷可劃分為中央構造帶、東部緩坡帶、西部斷坡帶、北部斜坡帶和雙龍次凹等5個一級構造帶(圖1)。十屋斷陷勘探程度差別較大,中央構造帶、東部緩坡區和西部陡坡區勘探程度較高,目前中央構造帶已發現四五家子、后五家戶、八屋、孤家子和太平莊等5個油氣田;東部斜坡區發現秦家屯油氣田和秦東含油氣構造帶;北部斜坡區發現皮家氣田和皮家—毛城子含氣構造帶。自下而上發現了下白堊統沙河子組(四五家子油氣層)、營城組(五家子油氣層)、登婁庫組(小城子油氣層)、泉頭組(農安油氣層、楊大城子油氣層)等5個含油氣層系。十屋斷陷近年來在北部地區以及深層火山巖等領域取得重要勘探進展,而這種斷坳疊合型盆地具有多期構造演化、多期生排烴、多期成藏、多期演化的特點,使得油、氣、水關系復雜,油氣分布規律不清,油氣成藏過程與成藏模式有待進一步揭示。2地區、家屯—十屋斷陷油氣分布特點十屋斷陷深層原生油氣藏以富含天然氣為主,斷陷層探明天然氣儲量占總儲量的41%,石油探明儲量僅占3.2%(不含登婁庫組)。在西部陡坡的皮家構造、東部斜坡的秦家屯構造艾家窩堡及中央構造帶孤家子、八屋、四五家子構造都取得工業天然氣流,在后五家戶深層也獲得好的天然氣顯示。深層石油主要集中分布在八屋、四五家子、太平莊構造和秦家屯構造,目前勘探成果證實,中央構造帶四五家子—八屋是油氣富集區,孤家子、后五家戶是天然氣富集區,太平莊是石油富集區,東部構造帶秦家屯是油氣富集帶,西部陡坡帶皮家構造是天然氣富集區。2.1油氣聚集區平面上,油氣藏集中分布在烴源巖附近,具有環帶分布特征:已發現的油氣平面上集中在源巖附近的圈閉之中,尤其是孤家子—后五家戶—八屋構造帶,是油氣聚集的有利區。十屋斷陷內的氣資源區、油資源區及油氣混合資源區以十屋深陷部位為中心呈半環帶狀分布,由深陷部位至東部緩坡帶依次可分出氣、油氣混合和油3個資源區帶。2.2有利部位—油氣縱向分布特點縱向上,油氣分布層位多、跨越井段長,存在2個油氣富集帶:一個油氣富集帶位于中淺部組合中的泉頭組下部的農安(油)氣層和登婁庫組的小城子(油)氣層,另一個是下部組合中的營城組五家子(油)氣層,前者是次生油氣藏,后者屬原生殘余油氣藏。區域性不整合面是天然氣聚集的主要場所,斷陷與坳陷兩構造層的接觸帶是一個不整合面風化帶,也是一個重要的油氣聚集部位。登婁庫末期的構造運動導致十屋斷陷產生隆升和剝蝕現象明顯,是重要的圈閉形成期。登婁庫組是斷陷層系和坳陷層系承前啟后的過渡樞紐帶(登婁庫組頂面即T3界面),深部的油氣垂向運移至T3面之后,又沿T3不整合面橫向運移。加之登婁庫組上部和泉一段儲層同沉積圈閉和斷層發育,油氣經過此帶首先在有利的部位富集成藏。十屋斷陷中央構造帶目前勘探和開發的油氣藏主要位于此帶。斷坳轉化的不整合面附近是油氣聚集的主要場所,目前發現的農安油氣層和小城子油氣層依次位于斷、坳不整合面上、下,其儲量占后五家戶氣田、四五家子油氣田儲量的77.7%;秦家屯油氣田的90%。T3不整合面之上發育泉一段頂與泉二段底的厚層(160～280m),橫向穩定的泥巖構成了油氣的理想蓋層,泉一段和登四段的大套厚層砂巖構成了有利儲集巖,這也是松南地區中部組合下白堊統油氣富集的主要原因。另外,T3不整合面上、下附近砂巖中次生孔隙發育。近年來的油氣勘探發現,T4不整合面(營城組頂面)也具有極為重要的控油作用,對油氣成藏的控制作用更為直接。十屋斷陷的油氣勘探正逐步顯示T4面的重要性,T4面以下層位是松南天然氣勘探開發的新領域之一。3十室坍塌油氣藏期3.1不同沉積階段烴源巖排烴期十屋斷陷形成演化過程中經歷了多期構造運動。影響該區的主要構造運動從早到晚可分為初始裂陷構造運動、火石嶺末期構造運動、營城組末期構造運動、登婁庫末期構造運動、嫩江末期構造運動和明水末期構造運動。根據盆地模擬的結果,該區斷陷構造層的生油門限為1.5～1.6km,隨著構造位置的不同而有所不同,2.3km進入高成熟階段,超過3km為過成熟階段。沙河子組、營城組烴源巖在深斷陷沉積中心埋藏較深,演化程度較高,以生成成熟度較高的天然氣為主;十屋北部斜坡區源巖埋藏較淺,演化程度適中,類型較好,可以生成大量液態烴。十屋斷陷深層烴源巖以營城組和沙河子組泥質烴源巖為主,火石嶺組泥巖是次要的烴源巖。深凹陷主體部位烴源巖埋深大,熱演化程度高,以生成天然氣為主。凹陷區火石嶺組和沙河子組烴源巖在營城期開始生油,到登婁庫組沉積之后開始生氣,登婁庫期和泉頭期為主要排烴期;營城組烴源巖在登婁庫期開始進入主生油期,到泉頭期達到生油高峰,青山口—嫩江期營城組烴源巖進入生氣高峰期,泉頭期、青山口—嫩江期是主要排烴期(圖2)。在十屋斷陷雙龍次凹陷及斷陷中東部地區,由于受登婁庫期末期及嫩江期末期構造反轉而出現2期抬升剝蝕,與深凹陷區相比,烴源巖生排烴時間晚,沙河子組和營城組源巖生排烴高峰時期為晚白堊世時期。3.2成藏期次特征十屋斷陷沙河子組、營城組、登婁庫組和泉頭組儲層有機包裹體主要發育于石英加大邊和石英顆粒微裂隙中,以裂隙賦存形式為主,為次生有機包裹體,數量較多,大多為細小不規則狀,呈串珠狀、條帶狀分布(圖3)。油氣包裹體發育,呈藍綠色、黃綠色熒光。有機包裹體多賦存于2組或2組以上的微裂隙。有機包裹體以氣、水二相包裹體、氣相包裹體為主,含少量油相和油、水二相包裹體。有機包裹體的賦存狀態說明,十屋斷陷深層油氣演化程度高,以天然氣為主,主要發生在地層較大埋深的時期,儲層微裂隙以及在微裂隙基礎上發育的溶蝕性縫、孔、洞是油氣運聚的重要通道。結合其他學者的研究成果,根據SN7井泉頭組、SN57井營城組、LS1井營城組和SN22井沙河子組等儲層中與有機包裹體共生的鹽水包裹體均一溫度分布(圖4),結合單井埋藏史—熱史曲線,本文進行了成藏期次的確定。SN7井泉頭組包裹體均一溫度集中分布在70～80℃和100～110℃2個溫度段,對應的包裹體形成時期為85Ma左右(嫩江期末)和75Ma(四方臺期末);SN57井營城組包裹體均一溫度主要分布在80～90℃和90～100℃2個溫度段,對應的包裹體形成時期為118Ma左右(登婁庫期末)和100Ma左右(泉頭期末);LS1井在沙河子組和營城組砂巖樣品中未見到液態烴有機包裹體,根據營城組樣品中與氣態烴包裹體共生的鹽水包裹體均一溫度測試結果,均一溫度較為集中段為140～150℃,對應的形成時期為100Ma左右(泉頭期末);SN22井沙河子組包裹體均一溫度集中分布在70～80℃、80～90℃和100～110℃3個溫度段,對應的形成時期為120Ma左右(登婁庫期末)、100Ma左右(泉頭期末)和85Ma左右(嫩江期末)(圖5)。綜合上述多口井包裹體測溫數據分析結果,十屋斷陷深層儲集層(主要指沙河子組、營城組及登婁庫組,不包括SN7井泉頭組)有機包裹體主要形成于120Ma、100Ma和85Ma左右等3個地質歷史時期,指示十屋斷陷深層油氣藏至少經歷了3期油氣成藏過程,即登婁庫期末、泉頭期末和嫩江期末。而75Ma這一關鍵時刻則可能代表了深層油氣藏在晚白堊世(四方臺期末)經過改造在淺層形成次生油氣藏的時間。顯然,這一依據包裹體測溫數據分析得出的油氣成藏期與前述烴源巖生排烴時期是完全匹配的。4不同構造的油氣運移聚集規律綜合盆地模擬生排烴史和流體包裹體分析結果,十屋斷陷深層油氣藏至少經歷了3期油氣成藏過程。登婁庫期末是早期原生油氣藏的主要形成期,以形成油藏為主。生排烴史模擬結果表明,在登婁庫期,凹陷區的營城組主力烴源巖進入主生油期,沙河子組烴源巖則已開始生氣,這2套主力烴源巖為深層原生油氣藏的形成提供了充足的油氣源。到登婁庫期末,十屋斷陷開始發生構造隆升運動,形成眾多局部構造圈閉,圈閉的形成期與油氣生排烴期匹配良好。構造運動產生的大量斷裂、裂縫與沙河子組、營城組及登婁庫組砂巖儲層在空間上構成了良好的油氣輸導網絡,為油氣的運移聚集提供了良好的輸導通道。小五家子、艾家窩堡等構造中的深層油氣藏即是登婁庫期末形成的原生油氣藏(圖6(a))。泉頭期末是十屋斷陷深層油氣藏大規模形成期,形成的油藏和氣藏并重。在泉頭期,凹陷區火石嶺組和沙河子組烴源巖進入生氣高峰階段,產生大量高熟—過熟油型氣,營城組烴源巖則進入生油高峰階段,產生大量成熟—高成熟原油和少量天然氣。另外,在凹陷區,早期形成的油氣藏中的原油隨著埋深和溫度的增加,在此階段逐漸裂解成氣,油氣藏逐漸向氣藏轉化;同時,早期形成的油氣藏繼續接受新生成的油氣而不斷擴大規模,如后五家戶地區的油氣藏(圖6(b))。嫩江期末是十屋斷陷深層油氣藏強烈改造階段,以形成次生油氣藏和大量天然氣藏為主。在嫩江期,凹陷區火石嶺組及沙河子組烴源巖已進入過成熟階段,有少量天然氣生成,而營城組主力烴源巖則已進入生氣高峰階段,產生大量高成熟天然氣。嫩江期末的強烈擠壓運動,對油氣藏改造和建造有重要意義。一方面,地層抬升剝蝕,下白堊統蓋層的封蓋性能變差,部分早期形成的原生油氣藏中的油氣沿斷裂和裂縫散失,深部原生油氣藏遭到破壞或油氣藏規模減小;另一方面,構造運動形成了眾多新的構造圈閉,并在營城組、登婁庫組及泉頭組地層中產生斷裂和裂縫,這些斷裂和裂縫溝通了深部烴源巖和深部油氣藏、淺部儲層和圈閉,是深部油氣沿垂向和側向向淺部運移聚集的良好輸導體系,從而易于形成新的油氣藏或次生油氣藏。小五家子、孤家子、后五家戶、八屋等地區的眾多構造圈閉即是在嫩江期末的擠壓作用下形成,大量的高熟—過熟油型氣后期進入這些構造圈閉形成次生天然氣藏(圖6(c))。5不同期成藏模式十屋斷陷是典型的箕狀斷陷,沙河子組、營城組及登婁庫組是斷陷深層主要油氣儲層,油氣藏經歷多期成藏,多期演化,油氣藏呈規律性分布。其成藏模式可以總結為2類:一類是中央隆起帶“多期成藏中晚期強調整型”油氣成藏模式,此模式為十屋斷陷的主要成藏模式;另一類是位于深凹帶和斜坡帶“早期成藏晚期弱調整型”油氣成藏模式(圖7)。5.1油氣成藏類型和成藏方式在強調整油氣成藏模式中,早期深部源巖生成的烴類在各種動力的作用下,沿輸導層的上傾方向側向運移成藏,在后期斷層作用下,沿開啟的斷層垂向運移至上部登婁庫組、泉頭組圈閉中聚集形成次生油氣藏。縱向上含油氣層系跨度大、層系多。圈閉類型多為后期構造形成的大型反轉背斜或斷塊背斜,面積大、幅度高,空間位置位于油氣運移聚集的有利指向區,斷層和多個區域性的不整合面發育,是油氣運移聚集的良好通道。平面上,這些背斜構造往往成排成帶出現,往往跨越多個生排烴中心,有利于油氣的聚集。儲層巖性以濱淺湖相、三角洲相的淺水沉積的含礫中、粗砂巖、中—細砂巖為主,孔隙度大,滲透率高,埋藏淺,成巖作用不是十分強烈。油氣經過長距離運移,損耗量大,聚集效率不高,沒有區域性的優質蓋層,反轉褶皺期的構造運動對油氣保存有破壞作用,這些都是成藏的不利因素。由于儲層埋藏較淺,因此目前發現的油氣田大多數都是這種成藏模式(圖7)。5.2儲集體與烴源運移這種成藏模式主要是指西部陡坡區主要沉積、沉降中心附近的深部沙河子組、營城組原生油氣藏,深部沙河子組、營城組源巖早期(登婁庫期)排出的烴類直接進入與其緊鄰的儲集體(包括火石嶺組火山巖儲層)(圖7)。油氣主要進行垂向運移,運移效率較高。儲集體為斷陷中期盆地邊緣沖積作用直接進入深水區的扇三角洲、水下扇體。緊鄰豐富的烴源,運移距離短,受后期構造破壞影響小是其成藏的有利條件,極易形成巖性圈閉。砂體埋深大,巖性成熟度低,非均質性及成巖作用強,孔隙度小、滲透率低,這是成藏的不利因素。目前,深部油氣藏的勘探尚沒有大規模展開,勘探潛力較大。6深層油氣藏成藏模式十屋斷陷深層油氣藏主要經歷了3期油氣成藏過程,登婁庫期末是早期原生油