開魯盆地陸東凹陷碎屑巖成藏規律

2022-11-22 10:07:14張瑞雪

特種油氣藏 2022年5期

張瑞雪

(中國石油遼河油田分公司，遼寧盤錦 124010)

0 引言

碎屑巖儲層是全球油氣田的主要儲層類型之一，中國大慶、勝利、大港、克拉瑪依等油田主要儲層均屬于此類，碎屑巖油藏已成為油氣增儲上產的重要支撐[1]。開魯盆地陸東凹陷自1983年勘探至今，在交力格、后河、庫倫塔拉等區帶均有突破，在已發現的探明石油地質儲量中，碎屑巖油藏占97.6%，但均體現為“零敲碎打”，規模較小。

前人對該地區的認識也比較單一，僅劉明潔等[2]、薦鵬等[3]對該地區的層序地層格架提出了不同的劃分方案，二者分別根據經典體系域劃分模式及傳統沉積旋回來劃分地層，為后期細分層系研究提供了依據；王延山等[4]從烴源巖發育情況對陸東凹陷致密油形成條件及資源潛力區進行了探討，預測了致密碎屑巖儲層分布范圍；郭鵬超[5]從微觀角度對九佛堂組火山巖屑砂巖儲層影響因素進行了分析，認為沉積相控制了儲油巖層的形成和分布。前人研究均沒有系統總結陸東凹陷碎屑巖的成藏規律及控制因素，因此，有必要對其進行整體研究，整體評價，研究其與構造、沉積等配置關系，總結客觀地質規律，以發現落實“規模儲量”為目標，打開陸東凹陷的勘探局面，并推動外圍其他凹陷的勘探進程，擴大勘探領域和規模。該文在精細構造解釋的基礎上，對陸東凹陷成藏規律進行系統研究，尋找油氣成藏主控因素，總結碎屑巖成藏規律，建立油氣成藏模式，為后期勘探部署及外圍其他同類型油藏勘探評價提供有效借鑒。

1 區域研究背景

陸東凹陷位于內蒙古自治區通遼市和赤峰市境內，面積為1 740 km2，是開魯盆地的一個次級負向構造單元[6]。侏羅系上統沉積時為雙斷式地塹凹陷，凹陷中部西側為清河斷裂，東側為希伯花斷裂，南側為塔拉干斷裂，受東西向穿過盆地腹地的西拉木倫河斷裂及北東向斷裂的紅山八里罕斷裂作用與影響，形成“兩洼夾一隆”的構造格局。區內發育交力格、三十方地兩大生油洼陷，主要烴源巖層以沙海組和九佛堂組為主，最大厚度可達700 m，分布廣，成熟度高，為油氣成藏提供了充足的資源保障。研究區發育4套儲集層，即下白堊統義縣組、九佛堂組、沙海組和阜新組[7](圖1)。

2 構造-沉積演化特征

2.1 構造演化特征

陸東凹陷義縣組沉積時期為盆地的初始張裂階段，以堆積大量火山巖為特征，九佛堂組沉積時期為強烈深陷階段，構造運動轉換沿斷裂面滑動的垂直運動為主[8-9]，盆地急劇下沉，在有斷裂的一側，呈現為水深坡陡的古地貌條件，使碎屑物質直接進入湖盆中，沉積速率較快，湖盆的另一側，由于沒有邊界斷層的控制，古地貌為低緩的斜坡，碎屑物質主要由河流或多條山區辮狀河流攜帶入湖，沉積速率較慢，逐漸形成單斷箕狀凹陷。

圖1 陸東凹陷構造位置及地層綜合柱狀圖Fig.1 The comprehensive histogram of structural location and stratigraphy of Ludong Sag

受區域應力和多期火山活動的影響，陸東凹陷經歷了2次相對較大的構造運動，第1次發生于九佛堂組末期，受EW向擠壓作用影響，形成一系列的褶皺，如陸東凹陷東側交南、前河、后河和新發一帶；第2次發生于阜新組末期，構造運動較為劇烈，整體抬升并遭受剝蝕，尤其在緩坡帶，剝蝕更為嚴重，剝蝕量最大達到1 000 m。2次構造運動使得洼陷內局部分地區地層發生反轉，同時產生大量的斷層，很好地起到油氣運移通道的作用。隨著邊界斷裂的持續活動，陡坡帶一側可容空間快速增大，致使凹陷沉積、沉降中心均偏向陡坡帶一側發育。

2.2 沉積演化特征

盆地的沉積體系空間展布特征主要受物源供給和構造格局的影響，陸東凹陷具有多個物源輸入方向，早白堊世，陸東地區東南斷西北超、東南陡西北緩的構造格局影響凹陷的整個沉積體系的分布。陡坡帶受邊界斷層長期活動控制，沉降幅度大，沉積巖巨厚，多發育近岸水下扇、扇三角洲及湖泊沉積體系；西北為緩坡，地層向南或東南傾沒，沉積巖以砂泥巖薄互層為主，多發育大型河控三角洲。九佛堂組時期主要發育兩大沉積體系：K1jf23為近岸堆積-半深湖體系，K1jf22—K1jf14時期發育扇三角洲-濱淺湖沉積體系，K1jf11—K1jf13發育近岸堆積-深湖沉積體系(圖2)。由于東南部的邊界斷裂在不同構造演化階段的活動特征對沉積體系繼承性和差異性特征起到了控制作用，沉積發育總體上具近物源、多相帶、窄相帶和儲集砂體類型多樣的特點，表現為以近距離搬運、快速沉積的特征[10]。

3 儲層演化特征

3.1 儲層特征

陸東凹陷碎屑巖母源為前中生界中酸性火山噴出巖，巖屑、長石等不穩定組分含量高，儲層巖性以砂礫巖、細砂巖為主；碎屑組分多為火山巖塑性顆粒，以線-點接觸為主，壓實作用較強[11]；分選為差—中等；磨圓為次棱—次圓[12]；巖石成分成熟度和結構成熟度較低[8]。特殊的物質組成導致儲層遭受后期壓實、溶蝕、碳酸鹽膠結等作用改造更為明顯，尤其蝕變作用使儲層大量黏土化，全巖黏土平均含量為12%以上，導致儲層強水敏，影響后期儲層滲流能力。

圖2 陸東凹陷九佛堂組沉積演化剖面Fig.2 The sedimentary evolution profile of Jiufotang Formation in Ludong Sag

陸東凹陷71塊樣品微觀鏡下觀察結果表明，研究區常見孔隙類型為顆粒間、顆粒內溶孔、殘余粒間孔，其中以顆粒溶蝕孔及膠結作用影響下的殘余粒間孔為主，整體表現出溶蝕嚴重及膠結程度深的特征。通過儲層CT掃描技術分析發現(表1)，凹陷內碎屑巖儲層以低連通-特小孔-細喉、較細喉為主，部分為中連通-特小孔-較細喉型。孔隙度為8.60%～18.82%，平均孔隙半徑為4.57～9.56 μm，平均喉道半徑為3.02～8.33 μm，且普遍發育粒內微孔隙，儲層整體滲流性能不佳。

表1 陸東凹陷火山巖屑砂巖CT孔隙定量表征(分辨率大于2.5 μm )Table 1 The quantitative characterization of volcanic detrital sandstone CT pores in Ludong Sag (resolution of greater than 2.5 μm)

通過孔-滲條件統計分析可知，儲層孔隙度為5.20%～27.80%，平均為13.77%，滲透率為0.011～135.000 mD，平均為0.300 mD，屬于中低孔、低—特低滲儲層[13]。

3.2 孔隙演化特征

研究區中性巖屑平均含量在45%以上，塑(變)性強，成巖作用以成巖壓實及次生蝕變為主。早成巖階段，壓實作用起主導作用，孔隙度大大下降；在早成巖末期—晚成巖階段，有機酸進入儲層，將不穩定組分溶蝕，溶解出來的鈣以及中性巖屑(鐵鎂含量高)蝕變形成的鐵、鎂與碳酸根結合，形成白云石、菱鐵礦等碳酸鹽礦物，以膠結物的形式充填于孔隙中，堵塞孔隙和喉道，使儲層滲透性急劇降低；成巖后期，易于溶蝕組分在有機酸作用下形成大量次生溶孔，孔隙度得到一定程度的改善，然而，由于溶蝕作用多發生于顆粒自身，導致孔隙連通性較差，因此具有孔隙度相對較高，滲透率極低的現象。

此外，在油氣聚集過程中也會對火山巖巖屑改造，產生大量碳酸鹽巖交代，碳酸鹽巖的形成使儲層滲透率下降。

4 油氣富集規律

4.1 近源成藏

研究區縱向主要發育九佛堂組下段、九佛堂組上段及沙海組3套烴源巖組合。通過對研究區沉積物中二價硫含量變化的分析，對水體深度變化特征進行研究。九佛堂組下段沉積時期，湖盆處于初始張裂期，湖盆面積局限、水體較淺且伴隨火山活動，烴源巖以夾雜火山碎屑的泥巖為主，烴源巖品質相對較差，演化到九佛堂組上段沉積期，湖盆面積擴大，水體加深，火山活動較弱，凹陷沉積了一套厚度較大、沉積面廣的油頁巖層，具有較強的生油供烴能力，到沙海組沉積期，湖盆開始充填萎縮，水體變淺，暗色泥巖砂質碎屑含量高，晚期的構造抬升又使烴源巖熱演化中斷，大部分地區沙海組未達到生油門限。

據統計，九佛堂組烴源巖最大厚度可達450 m，有機碳含量平均為3.45%，氯仿瀝青“A”為0.360%，總烴平均含量為2 036.3×10-6，生烴潛量為14.97 kg/t，干酪根類型多處于Ⅰ—Ⅱ2，有機質演化處于成熟階段，屬于好生油巖(表2)，優質烴源巖為油氣成藏提供了資源保證。

利用激光共聚焦顯微鏡等大型儀器進行孔隙及油氣賦存狀態分析可知，后河砂巖類型為火山巖屑砂巖，部分油在巖屑微孔富集，常規砂巖油主要分布于粒間孔，但該油藏粒間孔隙不發育，喉道細小，孔隙連通性差，整體滲流性能不佳，使得油氣成藏過程難以突破較高的毛管阻力形成長距離運移而就近成藏。

4.2 構造及有利相帶控藏

陸東凹陷已探明的油藏大多位于陡坡帶，均具備良好構造背景條件，構造控藏作用明顯。其次，陡坡帶為短軸物源，近岸快速堆積，扇根、扇中、發育礫巖、中-粗粒細砂巖，分選磨圓差，儲層物性較差，扇前緣相帶以細砂、粉砂為主，橫向穩定，縱向間互，物性好。通過應用波阻抗反演、地質統計學反演與多屬性分析綜合預測技術，刻畫出優質儲層大多位于扇體的前端，且已鉆井揭示鉆遇扇三角洲前緣相帶相對有利，該相帶次生溶蝕發育，儲層物性相對較好，油氣相對富集(圖3)。

表2 陸東凹陷烴源巖綜合評價Table 2 Comprehensive evaluation of hydrocarbon source rocks in the Ludong Sag

圖3 陸東凹陷九佛堂組沉積相平面圖Fig.3 The sedimentary facies plan of Jiufotang Formation in Ludong Sag

4.3 油氣富集規律

陸東凹陷具有“相帶控儲、物性控藏”的特點，連片分布的扇三角洲前緣砂體與烴源巖共生，無論橫向或縱向、宏觀或微觀上來看，油氣均表現為圍繞主力烴源巖灶短距離運移成藏特征。油藏主要分布在九佛堂組，受陸相陡坡扇體沉積不穩定以及水道頻繁變遷的影響，油藏油層厚度薄，單砂體厚度為0.2～3.8 m，儲層非均質性強，有效儲層發育控制油氣的富集。由于陸東凹陷構造狹長，陡坡扇體可一直延伸到到湖盆中心。縱向上多套砂巖層系疊覆沉積，受物源、古地貌影響，各層系儲層展布范圍、厚度、物性均有差異，主要集中在九佛堂組上段Ⅳ、Ⅴ油層組及九佛堂組下段Ⅱ油層組(圖4)。平面上，南多北少，呈帶狀分布，在扇體主體部位有利相帶，可形成構造-巖性油藏，而在湖盆中心扇體前緣遠端，則可形成大規模源儲一體、準連續分布的致密巖性油藏。