松遼盆地雙城斷陷深層原油成藏模式

摘要：

針對松遼盆地雙城斷陷深層原油認識程度低、成藏主控因素和深層原油成藏模式不明確的問題，本文利用巖石熱解、氯仿瀝青“A”和包裹體均一溫度等測試資料，結合埋藏史熱史模擬、平衡剖面恢復等手段，通過對烴源巖厚度、排烴強度、圈閉形成、斷砂配置、超壓與充注阻力耦合關系等成藏主控因素進行了系統分析。結果表明：1）雙城斷陷深層可分為登三段背斜、斷背斜、斷層巖性油藏和營四段致密油等4種類型。2）登三段構造油藏受烴源巖、斷裂和有效圈閉聯合控制，高豐度的湖相泥巖是其物質基礎；主成藏期前各類圈閉即已形成，斷層是油氣運移的重要目標；斷砂配置關系決定圈閉有效性。3）營四段致密油受巖性圈閉、排烴強度和超壓影響，其中，排烴強度影響致密油宏觀分布，生烴增壓形成的超壓是致密油充注主要動力。綜合致密油成藏條件和成藏主控因素，建立西部構造帶“源儲分離、斷層長距離輸導、高點富集”、東部斷階 “源儲緊鄰、斷砂匹配短距離運移、有效圈閉聚集”和中央洼槽“源儲共生、超壓驅動裂縫運移、甜點富集”3種成藏模式。

關鍵詞：

深層原油；致密油；成藏條件；主控因素；雙城斷陷；松遼盆地

doi：10.13278/j.cnki.jjuese.20230021

中圖分類號：TE12

文獻標志碼：A

收稿日期：20230209

作者簡介：吳遠坤（1984—），男，博士研究生，主要從事非常規油氣地質方面的研究，E-mail： w.yuankun@163.com

通信作者：劉成林（1970—），男，教授，博士生導師，主要從事油氣地球化學與資源評價、非常規油氣地質方面的研究，E-mail： lclzgx@126. com

基金項目：國家自然科學基金項目（41572099，41872127）

Supported by the National Natural Science Foundation of China （41572099， 41872127）

Main Controlling Factors and Accumulation Mode of Deep Oil in Shuangcheng Fault Depression of Songliao Basin

Wu Yuankun1，2， Liu Chenglin1， Yu Chunyong3

1. College of Geosciences， China University of Petroleum （Beijing）， Beijing 102249， China

2. Kunlun Digital Technology Co.， Ltd.， Beijing 100043， China

3. No.1 Mud Logging Company， CNPC Bohai Drilling Engineering Co.， Ltd.， Tianjin 300280， China

Abstract：

For the problem of low awareness of deep oil， the main control factor of different kinds of reservoirs and deep crude oil accumulation model in Shuangcheng fault depression of Songliao basin， we make sure the main controlling factors such as the thickness of source rock， the hydrocarbon expulsion intensity， the formation of entrapment and its relationship with the main accumulation period， the sand-source configuration， the overpressure and filling resistance， on the base of rock-eval， chloroform asphalt “A” and homogenization temperature of inclusion. The result is that： 1） There are four kinds of reservoirs， such as fault-anticline， anticline and fault-lithologic reservoir in the 3rd Member of Denglouku Formation in the west structure and the east fault bench， tight reservoir in the 4th Member of Yingcheng Formation within the central sub-sag. 2） The structure reservoir in the 3rd Member of Denglouku Formation is controlled by the union of mudstone， oil-source fault and effective trap. The abundant source rock is the material base for oil reservoir， and the structure trap in the 3rd Member of Denglouku Formation is almost complete before the hydrocarbon expulsion， fault is the main target for oil migration， the configuration relationship of sandstone and source determine the effective of structure trap. 3） The tight oil in the 4th Member of Yingcheng Formation is under the control of lithologic trap， source and overpressure. The tight oil is controlled by the hydrocarbon expulsion intensity， while overpressure is the main power for tight oil charging. We set up three kinds of accumulation models in different regions based on forming condition and main controlling factors of tight oil， such as “reservoir and source separate， migration along the fault in long distance and enrichment in the high point” in west structure， “reservoir and source nearby， long distance transmission of faults and connected sandstone in short distance， accumulate in effective trap” in east fault bench， and “reservoir superpose on source， overpressure drive and migrate along the fissure， enrichment in sweet points” in the central sub-sag.

Key words：

deep oil; tight oil; forming condition; controlling factor; Shuangcheng fault depression; Songliao basin

0" 引言

近年來，中淺層常規油氣資源潛力日漸衰竭，以非常規油氣、深層油氣和海洋油氣為代表的“三新”開發正成為中國油氣勘探的新領域［1］。隨著鉆井工藝的發展，地球深部古老地層中的油氣資源逐漸成為我國油氣勘探的新熱點［23］，在塔里木盆地、四川盆地和松遼盆地等地先后發現了塔河油田、順北油田、安岳氣田和徐深氣田等39個深層油氣田［45］。截止2020年，我國深層油氣剩余資源量高達671×108 t，占全國油氣資源量的34%，深層油氣資源已成為我國未來油氣勘探的重要領域［6］。松遼盆地是我國東北最重要的含油氣盆地，但長期以來，油氣勘探一直聚焦于中淺層地層，例如大慶長垣、古龍凹陷和三肇凹陷等油氣田的勘探［7］。近年來，隨著盆地深層油氣勘探的持續進行，徐深氣田、長嶺氣田等多個高產氣田相繼被開發，證實松遼盆地深層亦具有豐富的油氣資源潛力［89］。松遼盆地深層是由39個復雜小斷陷組成的斷陷群，具有埋藏深度大、油氣藏類型多、成藏條件復雜的特點［10］，其深層油氣勘探難度大。已知的徐家圍子斷陷、長嶺斷陷、德惠斷陷等含油氣斷陷均以產氣為主，斷陷早期沉積的沙河子組煤巖是深層天然氣主要的烴源巖，使盆地深層整體呈現出“缺油富氣”的特征［11］。因此，松遼盆地深層是否存在泥質烴源巖及規模油藏、深層原油的成藏條件和有利勘探方向已成為松遼盆地深層油氣地質研究的焦點。

雙城斷陷是盆地北部較早開展油氣勘探的深層斷陷，前人［12］早在1980年即發現三站、五站、澇州等5個由深層氣藏調整改造形成的淺層次生氣藏， 2013年又在Ys1、Ys2和Ys5井發現多個深層火山巖氣藏。2018年印長海等［13］首次在盆地S59井深層營城組四段中發現飽含原油的巖心，并獲0.24 t/d的低產油流，隨后S70、S72、S68和S73等多口探井相繼在盆地深層鉆遇高產工業油流，這不僅證實松遼盆地深層可發育規模油藏，也實現了盆地深層原油勘探的突破。前人對雙城斷陷開展了大量研究，如：易士威等［14］通過雙城斷陷結構研究，構建了7種成藏模式，提出中央斷裂潛山構造帶、斜坡斷裂潛山構造帶、陡坡斷裂潛山構造帶和走滑背斜帶是研究區的有利勘探靶區；孫立東等［15］通過巖心熱解和分子地球化學研究，認為營四段發育高豐度的Ⅱ型成熟烴源巖，可直接為深層油藏供烴；印長海等［16］通過對登婁庫組儲層特征分析，認為登婁庫組三角洲河道砂體儲集條件好，是盆地深層的有利勘探目標。雙城斷陷深層油藏類型多樣，總體呈規律性分布［1718］，各類油藏的成藏條件和成藏模式各具特色。明確不同類型油藏成藏主控因素的差異并建立相應的成藏模式，已成為差異化勘探方案設計和提高深層原油勘探效率的關鍵。本次研究通過對63個烴源巖采取熱解、氯仿瀝青“A”、泥巖抽提物飽和烴色譜、包裹體均一溫度測試和高壓壓汞等實驗，結合埋藏史熱史模擬、平衡剖面恢復等手段，在油藏分類和分布特征研究的基礎上，系統分析了各類油藏的成藏主控因素，分別建立了西部構造帶、東部斷階、中央洼槽等3種成藏模式，以期為松遼盆地深層原油精細勘探提供地質依據。

1" 區域地質概況

雙城斷陷位于松遼盆地東部斷陷帶，西以太平莊斷裂為界與鶯山斷陷分隔，東以朝陽斷裂為界與青山口凸起相接，是一個由多條基底斷裂圍限的近NS向箕狀斷陷［19］。雙城斷陷形成時經歷了拉張斷陷、斷坳轉化、穩定坳陷和擠壓反轉等多個演化階段，形成了“下斷上坳”的二元結構，深層的營城組和登婁庫組是雙城斷陷主要含油層位。雙城斷陷自西向東分為西部構造帶、中央洼槽和東部斷階，形成“西陡東緩、凹凸相間”的構造格局（圖1）。

2" 雙城斷陷深層儲層特征與油藏類型

2.1" 雙城斷陷深層儲層特征

雙城斷陷深層發育登婁庫組三段（登三段）和營城組四段（營四段）兩套儲層。登三段屬淺水三角洲沉積，儲層粒度較細，主要為粉砂巖（體積分數33.57%）、細砂巖（33.20%）、中砂巖（18.28%）和粗砂巖（6.85%）。碎屑顆粒分選和磨圓較好，為次棱角—次圓狀，以長石（44.13%）和石英（31.80%）為主，巖屑僅有16.34%，屬長石砂巖、巖屑長石砂巖（圖2a）。營四段以扇三角洲前緣沉積為主，儲層粒度較粗，以粗砂巖（體積分數39.13%）和含礫砂巖（32.66%）為主，同時含少量細砂巖（15.28%）和粉砂巖（6.14%），碎屑顆粒分選和磨圓中等—較差，以棱角狀—次棱角狀為主，以巖屑（40.08%）和長石（28.68%）為主，同時含少量石英（16.34%），為長石巖屑砂巖（圖2a）。

272個薄片統計表明：登三段面孔率為3.0%～15.0%，平均值為9.2%，以殘余粒間孔、晶間孔隙等原生孔為主，占全部孔隙的79.6%，長石、巖屑次生溶孔僅占19.6%，物性較好;孔隙度和滲透率分別集中在10.0%～20.0%和1×10-3～100×10-3 μm2之間（圖2b、c），平均值分別為13.7%和14.3×10-3 μm2，為中孔、中低滲儲層。營四段面孔率為1.0%～9.1%，平均值為7.5%，以長石、巖屑粒內溶孔和粒間溶孔最為常見，占全部孔隙的62%，殘余粒間孔、晶間孔等原生孔隙孔徑小、連通性差;相應地，營四段物性差，孔隙度和滲透率平均僅有11.4%和0.8×10-3 μm2（圖2b、c），為典型致密油儲層。

2.2" 雙城斷陷深層油藏類型

雙城斷陷深層油藏類型復雜，登三段為構造構

造巖性油藏，其中，東部斷階以斷層構造巖性油藏為主，西部構造帶以背斜、斷背斜圈閉構造油藏為主；營四段致密油則集中在中央洼槽的砂巖透鏡體圈閉，為典型的巖性油藏。西部構造帶為一個NE向延伸的背斜構造，NWW、NE向斷層切割將其復雜化，形成多個背斜、斷背斜油藏（圖3a），其中登三段油水分異明顯，油層和油水同層集中在埋深1 030 m以上（圖3b）；在東部斷階登三段受NE向斷層遮擋形成一系列斷塊，不同斷塊間具有獨立的油水界面，為構造巖性油藏（圖3c）；中央洼槽內扇三角洲砂礫巖體被半深湖深湖相泥巖包裹，形成砂巖透鏡體，具有“一體一藏、無統一油水界面”的特征（圖3d）。

3" 登三段成藏主控因素

3.1" 高豐度湖湘泥巖為物質基礎

高豐度的營四段湖相泥巖是深層原油物質基礎，控制登三段油藏宏觀展布。營四段沉積時期雙

Ⅰ. 石英砂巖；Ⅱ. 長石石英砂巖；Ⅲ. 巖屑石英砂巖；Ⅳ. 長石砂巖；Ⅴ. 巖屑長石砂巖；Ⅵ. 長石巖屑砂巖；Ⅶ. 巖屑砂巖。

城斷陷發育扇三角洲湖泊沉積體系，其中中央洼槽內沉積了25～125 m的深灰色、灰黑色湖相泥巖和黑褐色油頁巖，是雙城斷陷深層最主要的烴源巖［20］。營四段烴源巖w（TOC）分布在0.94%～30.26%之間，平均值為2.87%，w（氯仿瀝青“A”）集中在0.05%～0.51%之間，平均值為0.18%，為好—很好烴源巖。營四段泥巖飽和烴色譜是以C15、C16為主峰的單高前峰型，∑C21-/∑C22+普遍大于1，主要分布在0.90～1.92之間， C21+22/C28+29為0.95～1.46，規則甾烷為“L”型分布，同時熒光鏡下見大量藻類、腐泥組分和少量殼質體、惰質體，反映了營四段烴源巖的母質以低等水生生物為主，并含部分高等植物，表明營四段烴源巖有機質類型為Ⅱ型，這與巖石熱解的結果一致（圖4）。

中央洼槽內烴源巖厚度大，有機質豐度高，鏡質體反射率（Ro）為0.8%～1.1%，平均值為0.9%，正處于大規模排烴的成熟階段。成熟的高豐度湖相泥巖作為雙城斷陷深層原油物質基礎［21］，控制了登三段油藏宏觀展布。試油結果（圖5）也表明：靠近生烴洼槽的圈閉含油性好，如S72、S7001、S68、S70等高產油井均位于w（TOC）大于2.0%的范圍內；遠離生烴洼槽含油性迅速變差，如S80、S11井雖然圈閉和砂體發育，但w（TOC）普遍小于1.0%，基本無含油顯示。

3.2" 大規模構造圈閉

大規模成藏前圈閉即已形成，多類型圈閉是油氣運移研究的重要目標，9條平衡剖面恢復表明，雙城斷陷經歷了

斷陷期（K1hs—K1yc1）、斷坳轉期換（K1yc4—K1d）、穩定坳陷期（K1q—K2n（嫩江組））和擠壓反轉期（E）等4個演化階段，強烈的構造活動在斷陷內形成數量眾多、類型多樣的構造圈閉，是登三段油氣運聚成藏的重要目標。具體分述如下。

1）斷陷期（K1hs—K1yc1），受區域伸展作用影響雙城斷陷持續拉張，大規模火山活動使斷陷兩側持續抬升，斷陷中部則強烈下陷形成中央洼槽（圖6a、b）。

2）

斷坳轉期換（K1yc4—K1d）

伸展作用減弱、構造相對平靜，中央洼槽發育半深湖—深湖沉積，西部構造帶和東部斷階等高部位基本無沉積（圖6c）；登婁庫組時期中央洼槽持續沉降，形成“西高東低、隆凹相間”的構造格局，強烈的斷層活動在斷陷兩側形成大量背斜、斷背斜和斷層圈閉，深層的構造格局也基本定型（圖6d）。

3）

穩定坳陷期（K1q—K2n）

隨松遼盆地整體沉降，雙城斷陷進入穩定坳陷階段，此時構

造活動較弱，發育河流—三角洲沉積（圖6e）。

4）擠壓反轉期（E），受區域擠壓應力影響，雙城斷陷擠壓反轉，導致嫩江組、四方臺組和明水組等中淺層地層抬升剝蝕，而深層地層未發生褶皺變形，對深層構造圈閉無明顯影響（圖6f）。

包裹體是一個天然的封閉容器，包裹體內捕獲的流體包含其形成時的溫度和組分信息，被廣泛應用于成藏期次劃分和運移路徑示蹤等方面［22］。鏡下觀察表明，雙城斷陷含烴包裹體在切穿石英的微裂隙和石英、方解石膠結物中呈線狀、群狀分布，與原油伴生的鹽水包裹體均一溫度在82～130 ℃均有分布，主要集中在100～110 ℃，呈單峰型分布，表明雙城斷陷深層經歷了一期充注［23］，將其投影到59井埋藏史熱史圖上，對應的主成藏期為青山口組末—姚家組初（80～78 Ma），此時雙城斷陷正處于穩定坳陷階段（圖6g、h），深層的斷背斜、背斜和斷層圈閉早已形成，是深層原油運移的重要目標。

3.3" 斷層是油氣運移重要通道

斷層是登三段油藏遠距離運移的主要通道［24］，斷砂配置關系決定圈閉有效性。雙城斷陷斷層數量多、延伸距離長且普遍處于開啟狀態，部分斷層自西部構造帶、東部斷階延伸入中央洼槽，營四段烴源巖生成的油氣沿這些斷層向外排驅，進入兩側高部位的構造圈閉聚集，位于油源斷層附近的圈閉含油性較好，遠離油源斷層的圈閉則為空圈閉。

斷層兩側砂、泥配置關系決定了圈閉有效性［25］，其也是影響登三段油藏富集的重要因素。對于斷層傾向與砂體走向相反的反向斷層，斷層兩側為砂泥對接，斷層封閉性好，可形成有效圈閉（圖7a），如S68、S661、S70和S66等井處的反向斷層斷距均大于油層厚度，形成砂泥對接的有效圈閉，試油也全部為工業油井。而斷層傾向與砂體走向相同的同向斷層，只有當斷層完全斷開儲集砂體時，斷層兩側才能形成砂泥的對接關系，如S72和S7001井處同向斷層斷距大于砂體厚度，此時斷層側向遮擋條件好，形成了有效圈閉，相應地，S72和S7001井試油結果分別為油層和差油層，而Sx77、S76和S71井處同向斷層斷距小于砂體厚度，斷層兩側為砂砂對接，斷層的側向遮擋條件差，為無效圈閉，Sx77、S76和S71井試油也為干層或水層（圖7b）。

a. 初始斷陷期（K1hs）；b. 強烈斷陷期（K1yc1）；c. 斷坳轉換期（K1yc4）；d. 斷坳轉換期（K1d）；e. 穩定坳陷期（K1q—K2n）；f. 擠壓反轉期（E）；g. 雙城斷陷埋藏史圖；h. 營四段含烴流體包裹體均一溫度直方圖。

4" 營四段成藏主控因素

4.1" 裂縫與砂體聯合控制致密油側向運移

營四段沉積時雙城斷陷為扇三角洲半深湖沉積。地震屬性反演和S83、S71井巖心觀察表明，西部構造帶和東部斷階有多個扇三角洲砂礫巖體延伸入湖、被中央洼槽內半深湖相泥巖包裹形成“源內”巖性圈閉（圖8a）。由于中央洼槽內營四段斷層不太發育，致密油難以通過斷層垂向運移。S59井的營四段巖心上見多條高角度裂縫，且裂縫內充填瀝青質，熒光下裂縫內有明顯的含油顯示，S83、S59、S6802和S71井等油井的FMI（全井眼微電阻率掃描成像測井）圖像上均見到大量裂縫，表明裂縫是營四段致密油重要的運移通道，這也明顯區別于登三段構造油藏。垂向上多期扇三角洲疊加形成連續的厚層狀砂體，也是營四段致密油重要的運移通道。致密油分布與砂體關系表明，致密油受砂體發育控制明顯，砂體連續、厚度大于20 m的區域含油性較高，如S83井均鉆遇高產油流，而S71、Sx73和Sx74砂體厚度較薄、含油性變差（圖8b），營四段砂巖向斷陷兩側厚度減薄、致密油含油性也隨之迅速變差，如S6802井處砂體開始上傾、尖滅，試油結果也由油層變為油水同層和含油水層。

4.2" 泥巖排烴強度影響致密油的宏觀分布

中央洼槽內深灰色、灰黑色泥巖和黑褐色油頁巖厚度大，有機質豐度高，生、排烴強度分別在20×104～100×104 t/km2和5×104～45×104 t/km2之間，尤其是S83井處生、排烴強度最大，分別為300×104 t/km2和53×104 t/km2，營四段致密油也圍繞生、排烴中心呈環狀分布［26］。營四段致密油側向運移距離短，高產油井集中在排烴強度大于25×104 t/km2的區域（圖9），表明具有較高排烴強度的泥巖不僅是營四段致密油良好物質基礎，也是控制致密油分布的重要因素。

4.3" 超壓是致密油充注主要動力

儲層物性是控制致密油含油性的重要因素［27］，隨孔隙度、滲透率減小，致密油儲層的含油性也迅速變差，當孔隙度≥10%和滲透率≥1×10-3 μm2時為差油層或油層，孔隙度

＜10%和滲透率1×10-3 μm2時，由于儲層致密、原油難以充注成藏，基本為干層（圖10a）。營四段作為典型的源內巖性油藏，儲層致密、毛細管阻力大［28］，僅依靠浮力油氣難以運移成藏，生烴增壓形成的超壓就成為營四段致密油充注成藏的主要動力［29］。62塊樣品高壓壓汞測試表明，營四段致密油儲層的排驅壓力與滲透率呈明顯的線性關系，滲透率為1×10-3 μm2時對應的排驅壓力為9 MPa（圖10b），也即營四段致密油充注成藏的門限為9 MPa。4口井生烴模擬實驗表明，營四段烴源巖大規模成熟時地層壓力為16.3～35.2 MPa（圖10c），對應的壓力系數為1.42～1.76（圖10d），可形成5.3～15.6" MPa的超壓，是營四段

a. 物性與含油性關系；b. 排驅壓力與滲透率關系；c. 烴源巖生烴增壓演化特征；d. 烴源巖壓力系數演化特征。

5" 深層原油成藏模式

在雙城斷陷深層油藏類型、主控因素及其差異性研究基礎上，本次研究建立西部構造帶“源儲分離、斷層長距離輸導、高點富集”、東部斷階 “源儲緊鄰、斷砂匹配短距離運移、有效圈閉聚集”和中央洼槽 “源儲共生、超壓驅動裂縫運移、甜點富集”等3種成藏模式。

西部構造帶是一個被斷層復雜化的背斜，發育大量斷背斜、背斜和斷層圈閉。雖然西部構造帶遠離生烴中心，油源條件較差，但其有多條斷層延伸至中央洼槽，是油氣長距離運移的重要通道。其油氣分布受到烴源巖距離和油源斷裂聯合控制，靠近油源斷裂的圈閉優先捕獲油氣，并在高點聚集形成斷背斜、斷層油藏，遠離油源斷裂的圈閉則無油氣顯示。從S6802井到S68、S66井，隨運移距離增加，油氣柱高度和圈閉充滿度也逐漸降低（圖11a）。

東部斷階緊鄰中央洼槽生烴中心，油源條件好，NE向斷層不僅形成一系列小型斷層圈閉，斷裂和砂體組成的運移通道更促進了油氣向東部斷階的運移。油氣富集程度受圈閉有效性控制，只有斷層兩側為砂泥對接時，才能形成有利于油氣聚集的有效圈閉，如S67井；而斷裂兩側為砂砂對接時，其封閉性較差，無油氣聚集，如S79井（圖11b）。

中央洼槽內斷裂不發育，油氣難以通過斷層垂向運移，導致上覆的登三段未能成藏。中央洼槽內營四段扇三角洲砂礫巖被半深湖深湖相烴源巖包裹形成營四段“源儲共生”的致密油藏。營四段內廣泛發育的裂縫是致密油主要的運移通道，在超壓作用下的油氣沿砂體內裂縫進行短距離運移，在局部甜點內聚集。油氣富集受排烴強度、超壓大小和儲層物性聯合控制，排烴強度大于25×104 t/km2、超壓大于9 MPa范圍內的甜點區是致密油有利勘探目標。

6" 結論

1）雙城地區深層分為西部構造帶登三段背斜、斷背斜油藏，東部斷階登三段斷層巖性油藏和中央洼槽營四段致密油等4種類型。

2）登三段油氣成藏受烴源巖、斷裂和圈閉有效性聯合控制，高豐度的湖相泥巖是登三段油藏的物質基礎；主成藏期前各類圈閉即已形成，斷層是油氣運移重要目標；斷砂配置關系決定圈閉有效性。營四段致密油則受巖性圈閉、排烴強度和超壓影響，排烴強度影響致密油宏觀分布；生烴增壓形成的超壓是致密油充注主要動力，裂縫與砂體聯合控制致密油側向運移。

3）建立了西部構造帶 “源儲分離、斷層長距離輸導、高點富集”、東部斷階 “源儲緊鄰、斷砂匹配短距離運移、有效圈閉聚集”和中央洼槽 “源儲共生、超壓驅動裂縫運移、甜點富集”等3種成藏模式。

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