郝雪峰，單亦先，勞海港

(1.中國(guó)石油化工股份有限公司勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院，山東東營(yíng) 257015;2.中國(guó)石油大學(xué)(華東)，山東 青島 266580)

隨著中國(guó)東部新生代斷陷盆地進(jìn)入高勘探程度階段，擴(kuò)大勘探領(lǐng)域、尋找剩余資源成為穩(wěn)定老油田穩(wěn)產(chǎn)的重點(diǎn)手段。以勝利油田為例，從復(fù)式油氣聚集帶理論到隱蔽油氣藏的提出、從構(gòu)造帶到“深洼擴(kuò)邊”思路的轉(zhuǎn)變，每次理論創(chuàng)新必將帶動(dòng)油氣勘探的重大突破?，F(xiàn)階段以“下生上儲(chǔ)”為主導(dǎo)的成藏模式成為油氣勘探突破的頸口，筆者重新思考“上生下儲(chǔ)”(即油氣倒灌)的非常規(guī)油氣成藏模式[1］。“上生下儲(chǔ)”成藏模式自提出以來(lái)，不同學(xué)者對(duì)其褒貶不一，并利用有利于自己的數(shù)據(jù)闡述其觀點(diǎn)[2－11］。由于該成藏模式在現(xiàn)有油氣勘探中比較少見(jiàn)，而且利用常規(guī)的成藏模式很難對(duì)其進(jìn)行解釋，故將其歸于非常規(guī)油氣藏。筆者以渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)坳陷車(chē)鎮(zhèn)凹陷西部洼陷為例，利用地震、地化、鉆井、測(cè)井、測(cè)試資料等，開(kāi)展油源對(duì)比、運(yùn)移動(dòng)力、輸導(dǎo)通道等研究，分析油氣倒灌的成藏理論;通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)闡述油氣倒灌的現(xiàn)實(shí)可行性，從而完善洼陷深層油氣成藏規(guī)律，對(duì)拓展深層勘探領(lǐng)域具有重要意義。

車(chē)鎮(zhèn)凹陷位于渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)坳陷的西北部，東西長(zhǎng)、南北窄(圖1)，是一個(gè)在古生界海相地層基底上發(fā)展起來(lái)的中、新生代陸相斷陷—坳陷疊合盆地。古近系由下至上依次發(fā)育沙四段河流—濱淺湖沉積、沙三中—下亞段(Es3(中－下))深湖—半深湖沉積、沙三上亞段(Es3(上))濱淺湖—半深湖沉積、沙二段濱淺湖沉積和沙一段深湖—半深湖沉積[12］(圖2)。凹陷內(nèi)大部分?jǐn)鄬右?guī)模較小，發(fā)育的套爾河鼻狀構(gòu)造、車(chē)3鼻狀構(gòu)造、大王莊鼻狀構(gòu)造和大35鼻狀構(gòu)造將凹陷分隔成車(chē)西、大王北、郭局子3個(gè)洼陷[13］。各洼陷形成與構(gòu)造演化差別不大。其中車(chē)西洼陷以構(gòu)造—巖性、潛山油藏類型為主，目前發(fā)現(xiàn)的油氣主要分布于南部緩坡帶的曹家莊斷階及洼陷帶的Es4、Es2及潛山儲(chǔ)層中，其中Es4油層為該區(qū)的主力油藏。

1 深層油氣來(lái)源

為了準(zhǔn)確分析車(chē)鎮(zhèn)凹陷西部洼陷中沙四上亞段(Es4(上))主力含油層系的油氣來(lái)源，確定含油層系與烴源巖之間的成因聯(lián)系，筆者分別采集了鉆遇Es3(中－下)亞段烴源巖的 C253 井、Es4段烴源巖的C25井以及多口鉆遇Es4(上)亞段儲(chǔ)集層的井中的油氣樣品，利用生物標(biāo)志化合物中結(jié)構(gòu)獨(dú)特、性質(zhì)穩(wěn)定的蠟烷及甾烷進(jìn)行對(duì)比。

圖1 渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)坳陷車(chē)鎮(zhèn)凹陷負(fù)向單元分布Fig.1 Depressive units of Chezhen Sag，Jiyang Depression，Bohai Bay Basin

圖2 渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)坳陷車(chē)鎮(zhèn)凹陷沉積發(fā)育特征Fig.2 Sedimentary characteristics of Chezhen Sag，Jiyang Depression，Bohai Bay Basin

通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，Es3(中－下)亞段泥巖重排甾烷、4－甲基甾烷含量豐富;Es4(上)亞段泥巖重排甾烷不發(fā)育，4－甲基甾烷含量較低;而Es4(上)亞段油砂樣品中不僅含有重排甾烷，并且4－甲基甾烷含量豐富(圖3)。Es3(中－下)亞段伽馬蠟烷指數(shù)多小于0.10，Es4段伽馬蠟烷指數(shù)為 0.11 ～0.20，C251、C254、C253等井 Es4(上)亞段油砂中伽馬蠟烷指數(shù)多小于0.10(圖4)。由此可見(jiàn)，該區(qū)Es4(上)亞段泥巖與Es4(上)亞段油砂雖屬于同一層系，原油地化特征明顯不同;Es3(中－下)亞段烴源巖與 Es4(上)亞段油砂具有較好的親緣關(guān)系。

從Es3(中－下)烴源巖與具有親緣關(guān)系的含油層位埋深分析，Es3烴源巖底界埋深約在1 400～3 500 m之間，底界最大埋深約為4 700 m。目前，研究區(qū)鉆穿 Es3(中－下)烴源巖、進(jìn)入深部?jī)?chǔ)集層的 Cg209、Cg25、Cg206 等 3 口 勘 探 井 分 別 在4 895.6～4 897.5，5 007 ～5 008，4 729.5 ～4 795.0 m 見(jiàn)到油氣顯示，且隨著深度的增加，油氣顯示厚度依次減小。在三維地震中，上述3口勘探井均未與有效烴源巖直接對(duì)接，與有效烴源巖底界深度相差200～300 m，為典型的上生下儲(chǔ)、油氣“倒灌”的油氣藏。

2 油氣倒灌動(dòng)力

圖3 渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)坳陷車(chē)鎮(zhèn)凹陷西部甾烷油源對(duì)比Fig.3 Contrast of sterane between oil and source in western Chezhen Sag，Jiyang Depression，Bohai Bay Basin

圖4 渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)坳陷車(chē)鎮(zhèn)凹陷西部蠟烷油源對(duì)比Fig.4 Contrast of cerane between oil and source in western Chezhen Sag，Jiyang Depression，Bohai Bay Basin

圖5 渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)坳陷車(chē)鎮(zhèn)凹陷C254井地層壓力系數(shù)Fig.5 Formation pressure coefficienty of well C254 in chezhen Sag，Jiyang Depression，Bohai Bay Basin

與常規(guī)油氣成藏不同，處于烴源巖下方的油氣運(yùn)聚并非遵循達(dá)西滲流條件，故流體運(yùn)移不是以浮力為動(dòng)力、向相對(duì)低勢(shì)區(qū)運(yùn)移，而是在超壓作用下向源下儲(chǔ)層中運(yùn)聚成藏，烴源巖與儲(chǔ)集層存在壓力差是其成藏的內(nèi)在控制因素[14－18］。以車(chē)鎮(zhèn)凹陷車(chē)西洼陷為例，利用測(cè)井資料求取異常高壓的空間分布位置(圖5)，研究異常高壓在空間的分布特征?？v向上地層壓力隨深度增加而逐漸增大，從2 600 m處地層開(kāi)始出現(xiàn)超壓，3 600 m處地層壓力增加至最大，往下則出現(xiàn)降低的趨勢(shì)。Es3(下)地層壓力系數(shù)在1.0～1.4之間，在斜坡帶開(kāi)始出現(xiàn)異常壓力，圍繞生烴中心呈環(huán)帶狀分布，洼陷帶異常壓力最大，洼陷邊緣和構(gòu)造高部位地層剩余壓力逐漸減小，壓力趨于常壓(圖6)。

圖6 渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)坳陷車(chē)鎮(zhèn)凹陷西部Es3(1)亞段地層壓力系數(shù)分布Fig.6 Formation pressure coefficient distribution of lst subsection of 3rd member of Shahejie Formation in western Chezhen Sag，Jiyang Depression，Bohai Bay Basin

3 油氣倒灌運(yùn)移通道

油氣在二次運(yùn)移中的主要通道有連通孔隙、裂縫、斷層和不整合面[17］。從地震剖面來(lái)看，車(chē)西洼陷深部地震上同相軸連續(xù)，地層平行接觸。Es3烴源巖底界與Es4頂部第一套砂體之間被一套厚度30～60 m的泥巖所隔，因此裂縫與斷裂是油氣倒灌的運(yùn)移通道。

控制箕狀深洼陷的邊界斷裂不僅控制著烴源巖、儲(chǔ)集層的發(fā)育，也是油氣運(yùn)移的重要通道。向洼陷內(nèi)部，僅僅發(fā)育四級(jí)以下的小斷裂及微裂縫(圖7a，b)。巖心及鏡下觀察可以看到不同規(guī)模、方向各異的微裂縫，C254井3 675.4 m發(fā)育5條泥巖裂縫，最長(zhǎng)可達(dá)10 cm、寬0.3 cm(圖7c)，裂縫中局部充填脈體。在巖心上也偶見(jiàn)有斷面擦痕。裂縫與低級(jí)別斷裂在空間上形成一個(gè)三維運(yùn)移網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成洼陷帶油氣倒灌的復(fù)雜輸導(dǎo)體系。

圖7 渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)坳陷車(chē)鎮(zhèn)凹陷西部油氣倒灌運(yùn)移通道Fig.7 Main pathways of hydrocarbon downward migration(factures，micro cracks)in western Chezhen Sag，Jiyang Depression，Bohai Bay Basin

4 油氣倒灌物理模擬

4.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ团c方法

實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臉?gòu)造變形在構(gòu)造變形與油氣充注一體化裝置上完成，油氣充注的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)為56 cm×37 cm×25 cm，觀察窗口設(shè)計(jì)成40 cm×25 cm的透明玻璃。實(shí)驗(yàn)材料采用粒徑均勻的天然石英為砂巖層，泥巖選自黃河三角洲天然黏土，其孔隙度和滲透率近似為零。在構(gòu)造變形過(guò)程后，對(duì)砂巖層進(jìn)行注水，使其飽含水。烴類選與其相似的航空油，并加入分子較小的藍(lán)色染色劑，以便更好地觀察油的運(yùn)移路徑。

實(shí)驗(yàn)?zāi)M油氣在二次運(yùn)移過(guò)程中以斷裂(或微裂縫)為倒灌通道的過(guò)程。在以斷裂為運(yùn)移通道的油氣充注物理模擬中，泥巖采用了較為脆性的鈉土，每層泥巖厚度為1 cm。每層石英砂巖粒度與物性相同(粒度為0.3～0.4 mm，孔隙度為24%，滲透率為2 950×10－3μm2)。地層傾角為15°～20°。在對(duì)模型進(jìn)行壓實(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行構(gòu)造變形，然后進(jìn)行油的充注。用增壓泵對(duì)模型進(jìn)行烴類充注，模擬烴源巖生烴時(shí)的異常壓力。

4.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

圖8 油氣倒灌模擬過(guò)程Fig.8 Experiment process of petroleum downward migration

根據(jù)泥巖涂抹的情況，將斷裂下盤(pán)②號(hào)、③號(hào)、④號(hào)、⑤號(hào)砂體上傾方向出口打開(kāi)(圖8)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采用0.16 mL/min的充注速率注入油，恒定泵壓為模型充注油。充注的油首先沿著斷裂上盤(pán)①號(hào)砂層進(jìn)口進(jìn)入模型，沿砂巖層向上運(yùn)移，并迅速進(jìn)入斷裂帶內(nèi)。當(dāng)充注95 min、注入油量為15.2 mL時(shí)(圖8a)，油沿著斷裂分別進(jìn)入斷裂下盤(pán)②號(hào)、③號(hào)、④號(hào)、⑤號(hào)砂體，并且由上到下油注入量依次遞減，在出口處排水的水量也具有相似的規(guī)律。當(dāng)充注155 min、注入油量為24.8 mL 時(shí)(圖8b)，首先在斷裂下盤(pán)②號(hào)砂層出口處見(jiàn)到部分油排出，然后見(jiàn)到3號(hào)砂層有少量油排出，④號(hào)、⑤號(hào)砂層油繼續(xù)向上運(yùn)移，并伴隨少量的水排出。同時(shí)，油沿著斷裂向下運(yùn)移，在斷裂上盤(pán)⑥號(hào)砂巖頂部見(jiàn)到少量的油。當(dāng)充注265 min、注入油量為42.2 mL時(shí)(圖8c)，斷裂下盤(pán)的②號(hào)、③號(hào)砂層含油飽和度增大;同時(shí)在④號(hào)、⑤號(hào)砂層出口處也有少量油排出。同時(shí)油沿著斷裂向上盤(pán)倒灌，在與斷裂下盤(pán)②號(hào)砂層對(duì)置的砂體中首先見(jiàn)到油倒灌，而與斷裂下盤(pán)③號(hào)砂層對(duì)置的砂體不僅倒灌時(shí)間較晚，而且倒灌的油量也比較少;油沿著斷裂下行至⑥號(hào)砂層中的油量有所增加，注入油的顏色相對(duì)加深。當(dāng)充注530 min、注入油量為84.8 mL時(shí)(圖8d)，不僅在斷層下盤(pán)的②號(hào)、③號(hào)、④號(hào)及⑤號(hào)砂層的出口有油排出，同時(shí)砂層的含油飽和度增大，并且倒灌進(jìn)入斷層上盤(pán)砂層的含油量也有增加的趨勢(shì)。隨著充注油量的不斷增加，油穿過(guò)斷裂形成的泥巖涂抹層，向斷層上部運(yùn)移。

4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論

通過(guò)以斷裂為運(yùn)移通道的物理實(shí)驗(yàn)，有2種情況值得討論:(1)以斷裂為主要構(gòu)造變形的地質(zhì)結(jié)構(gòu)中，油運(yùn)移的主要通道往往優(yōu)先選擇斷裂，油首先沿著斷裂向上運(yùn)移，而不選擇進(jìn)入斷層兩側(cè)的砂巖層內(nèi)，其認(rèn)識(shí)與前人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相似[16－17］;其中，浮力、壓力差是油運(yùn)移的直接動(dòng)力。(2)油不僅在向上運(yùn)移過(guò)程中倒灌進(jìn)入順向斷層圈閉中聚集，而且還沿著斷裂向下運(yùn)移，倒灌進(jìn)入下部砂巖層中，異常壓力與油、水分子置換可能是油“倒灌”的形成機(jī)制。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，當(dāng)斷層同時(shí)切穿上下儲(chǔ)層時(shí)，油在烴源巖上部聚集量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其在下部的聚集量。由此可以推斷，當(dāng)斷裂僅僅切穿烴源巖下部地層時(shí)，油在下部?jī)?chǔ)層中的聚集量會(huì)大大增加。

5 結(jié)論

1)Es3(中－下)亞段烴源巖與 Es4(上)亞段油砂具有較好的親緣關(guān)系，且Es4(上)亞段發(fā)現(xiàn)的油藏埋深大于Es3烴源巖底界埋藏深度;Es3(下)地層壓力系數(shù)在1.0～1.4之間，向上和向下壓力系數(shù)均逐漸減小，是油氣倒灌的動(dòng)力;裂縫與斷裂是切穿Es3烴源巖底界與Es4頂部之間泥巖隔層、連接烴源巖與儲(chǔ)集層的運(yùn)移通道。

2)在車(chē)西洼陷勘探中，緊鄰切穿上部?jī)?chǔ)層的斷裂周?chē)渴鹁粫r(shí)，應(yīng)以“下生上儲(chǔ)”的成藏模式找油。而在低級(jí)序斷裂發(fā)育的深洼陷中，則以“上生下儲(chǔ)”的成藏模式尋找勘探目標(biāo)。

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