劉明潔，季永承，劉 震，張 旺，渠 芳

(1.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室，四川 成都 610500；2.西南石油大學，四川 成都 610500；3.中國石油大學(北京)，北京 102249；4.油氣資源與探測國家重點實驗室，北京 102249；5.中國科學院，北京 100029)

0 引 言

砂巖透鏡體油氣藏作為最典型的巖性油氣藏之一，廣泛分布于世界眾多含油氣盆地中[1]，引起了國內(nèi)外眾多學者廣泛關注。牛莊洼陷砂巖透鏡體油氣藏是中國重要的巖性油氣藏，前人對區(qū)內(nèi)砂巖透鏡體成藏主控因素研究較多，但對油氣富集條件卻鮮有研究[2-9]，因此，在實際勘探過程中存在以下問題：①牛莊洼陷沙三中亞段砂體較發(fā)育，但鉆井顯示相同環(huán)境沉積的砂體含油性存在較大差異；②含油砂體平面分布差異明顯，油氣主要集中在洼陷邊緣環(huán)邊界斷層附近，而洼陷內(nèi)東部及西南部斷層不發(fā)育區(qū)域無油氣分布；③物性接近的含油砂體，含油程度差異較大[10-11]。因此，從實際勘探問題入手，以斷層和砂體為切入點，分析研究區(qū)斷層對油層的控制作用以及成藏期砂巖古孔隙度對油氣富集的影響，進而明確洼槽帶砂巖透鏡體成藏關鍵因素與油氣富集條件，為牛莊洼陷洼槽帶巖性油氣藏勘探提供新思路。

1 地質(zhì)概況

東營凹陷是渤海灣盆地典型的中、新生代箕狀斷陷盆地，剖面上具有北斷南超的特征，平面上大致可分為北部陡坡帶、南部斜坡帶、中央隆起帶和洼陷帶[12]。牛莊洼陷位于東營凹陷東南部的洼陷帶內(nèi)，是東營凹陷重要的生油洼陷之一[13]，近東西向延伸面積約為600 km2。牛莊洼陷總體構造簡單[14]，北陡南緩，以向斜為主。洼陷內(nèi)斷層主要發(fā)育在北部與中央斷裂帶交界處、南部與南斜坡交界處，中部斷層發(fā)育較少(圖1)。

圖1 研究區(qū)位置及構造分區(qū)

牛莊洼陷古近紀地層發(fā)育齊全，自下而上發(fā)育有孔店組、沙河街組和東營組，其中，沙河街組是牛莊洼陷主要的烴源巖層和儲層。沙河街組自下而上分為沙一段、沙二段、沙三段和沙四段，沙三段自上而下分為沙三上亞段、沙三中亞段和沙三下亞段。前人研究表明，在沙三中亞段沉積時期，由于氣候濕潤、雨量充沛、碎屑物質(zhì)供應充足，沿盆地長軸方向發(fā)育大型的陸相湖盆復合三角洲—東營三角洲[15]，在牛莊洼陷生成大量的滑塌砂巖透鏡體巖性油氣藏[16-18]。

2 洼槽帶砂巖體成藏的關鍵因素

牛莊洼陷沙三中亞段多為濁積巖巖性油氣藏，烴源巖為下伏的沙三下亞段和沙四段湖相泥巖，為典型的源外成藏特征。作為油氣主要的運移通道，斷層溝通了下部超壓烴源巖與上部砂體儲層，是沙三中亞段巖性油氣藏成藏的主要控制因素。然而在同樣具有斷層和砂體的條件下，研究區(qū)油氣成藏仍存在較大差異。

通過對工區(qū)三維地震資料精細解釋，結合實際試油和測試數(shù)據(jù)，將地震剖面與油藏剖面一一對應。沙三中亞段發(fā)育6期三角洲，自上而下分別為中1—中6，其中T4、T6分別為沙三中亞段頂、底界面，T51、T52、T53、T54、T55分別為6期三角洲砂層組分界面。通過對比地震剖面和油藏剖面發(fā)現(xiàn)，被2條及以上斷層切穿的砂體能夠成藏，而被單斷層切穿的砂體無法成藏。由于牛莊洼陷普遍發(fā)育低序級次斷層[17]，因此，在實際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)具單斷層砂體成藏的情況，可能是因為地震解釋過程中，地震分辨率不夠高，導致那些微斷距的低序級次斷層不能被識別所致。

N23井位于工區(qū)東部，由過N23井的地震剖面可知(圖2a)，該井位于2條斷層之間，南部斷層與北部斷層均呈北東向展布并向東南傾斜。北部斷層切穿整個沙三中亞段，溝通了沙四段烴源巖層與沙三中亞段儲集層，該斷層早期為沙三中段巖性油藏的形成提供了運移通道，晚期封堵作用為油藏的保存提供了良好條件。試油資料顯示N23井中5砂層組內(nèi)3 142.1～3 149.9、3 173.0～3 174.0、3 176.6～3 178.5 m井段為油層(圖2b)。S131井位于研究區(qū)西部，由過S131井的地震剖面可知，S131井位于3條斷層之間，3條斷層都是北東向展布且向南東傾斜(圖2c)。3條斷層均切穿沙三中亞段底界，溝通了沙三下及沙四段的烴源巖與沙三中亞段儲集層，為巖性油藏的形成提供油氣運移通道。試油資料顯示，S131井在中5砂層組內(nèi)3 017.6 ～3 030.8 m為油層(圖2d)。N250井位于工區(qū)中部，是牛莊洼陷的一口失利井。盡管N250井南部有一條東西展布向南傾的大斷層(圖2e)，但N250井油氣無法成藏(圖2f)。

當牛莊洼陷洼槽帶沙三中亞段濁積砂體被至少2條斷層切穿時，油氣能夠成藏；而當砂體僅被單一斷層切穿時，油氣不能成藏。斷層在油氣成藏期呈開啟狀態(tài)，深部產(chǎn)生的油氣以涌流方式沿斷層面向上運移[18-22]，并通過斷層面充注進入圈閉成藏。但在該過程中，油氣沿斷層面的運移與油氣沿斷層面的充注是2個不同的階段，具有不同的動力條件。當油氣通過斷層面向砂體充注時，必須要先排出儲層中的孔隙水，考慮到儲層內(nèi)孔隙水的不可壓縮性，充注的油氣會受到砂體內(nèi)部孔隙水的阻力導致油氣不能進入砂巖成藏。若此時砂體還存在另一條斷裂，砂巖內(nèi)孔隙水便會在油氣充注產(chǎn)生的壓力下沿著該斷層泄出，釋放孔隙空間，使油氣順利成藏。

超壓烴源巖層被雙斷層切穿時，油氣在超壓作用下沿斷層快速涌流，并向上運移；斷層兩側(cè)尖滅砂體類似單斷層情況，很難充注油氣；對于斷層之間的砂體，油氣通過下傾方向斷層充注，砂體中的孔隙流體通過上傾方向斷層排出，在油氣供給充足情況下，斷層間砂體易充注大量油氣成藏，而更多油氣則沿斷層繼續(xù)向上運移(圖3)。同理，砂體在被多斷層切穿的條件下，斷層兩側(cè)的砂巖體不易成藏，而油氣傾向于聚集在斷層之間的砂體中成藏。

綜上所述，砂體是否被雙斷層或多斷層切穿，是牛莊凹陷沙三中亞段濁積砂體能否成藏的關鍵因素。

3 洼槽帶砂體油氣富集條件

在具有相同斷層輸導背景的條件下，盡管相同的含油沉積砂體現(xiàn)今物性接近，但含油程度卻存在明顯的不同，表現(xiàn)出油氣富集程度的差異性問題。在統(tǒng)計牛莊洼陷沙三中亞段現(xiàn)今含油氣孔隙度下限的基礎上，通過砂巖孔隙度剖面回溯，求取成藏期砂巖儲層臨界古孔隙度，進而通過比較成藏期砂巖儲層臨界孔隙度與成藏期砂巖儲層古孔隙度之間的關系，來分析影響油氣富集的條件。

圖2 過N23井、S131井與N250井剖面

圖3 牛莊洼陷洼槽帶沙三中亞段油氣藏成藏與富集機制

3.1 現(xiàn)今儲層含油孔隙度下限

綜合利用試油和巖心錄井孔滲數(shù)據(jù)確定現(xiàn)今儲層含油物性下限。沙三中亞段試油結果主要表現(xiàn)為油層、水層和干層，巖心錄井結果主要表現(xiàn)為富含油、油浸和熒光。當孔隙度小于3.50%時，試油數(shù)據(jù)表現(xiàn)為水層和干層，巖心錄井表現(xiàn)為無明顯的含油特征。因此，確定3.50%為現(xiàn)今儲層含油孔隙度下限。

3.2 成藏期儲層臨界孔隙度

選取研究區(qū)5口典型井求取臨界孔隙度，并以N6井為例進行說明。N6井現(xiàn)今孔隙度為12.70%，采用前人方法進行古孔隙度恢復計算，可知成藏期孔隙度為24.70%，從成藏期到最大埋深期孔隙度變化量為12.00%。5口典型井孔隙度變化量平均值為10.40%(表1)，結合前文得到的現(xiàn)今儲層含油孔隙度下限為3.50%，可得研究區(qū)沙三中亞段儲層成藏期臨界物性為13.90%。

表1 研究區(qū)典型井成藏期到最大埋深期孔隙度變化量

3.3 成藏期古孔隙度

前人對東營凹陷及牛莊洼陷成藏期進行了較為系統(tǒng)的研究，認為東營組末期—館陶組早期(25 Ma)為沙三中亞段最早成藏期。對該時期古孔隙度進行恢復。依據(jù)前人古孔隙度恢復方法，對沙三中亞段砂巖儲層成藏期古孔隙度進行了計算。由于牛莊洼陷主力產(chǎn)油層段中5頂面為T54，挑選28口井恢復了T54頂面的古孔隙度(表2)。

由表2可知，牛莊洼陷沙三中亞段儲層在成藏期古孔隙度均大于儲層臨界物性，表明砂巖均具備油氣充注的條件。

表2 牛莊洼陷典型井成藏期T54古孔隙度

3.4 成藏期古孔隙度與油氣富集區(qū)塊關系

中5砂層組是牛莊洼陷地區(qū)主要出油層段，通過分析該油層組T54頂面成藏期古孔隙度等值線與油藏富集區(qū)塊關系(圖4)，可以看出研究區(qū)古孔隙呈現(xiàn)出東高西低的趨勢，油氣藏分布區(qū)與失利區(qū)分界明顯。出油井T54頂面古孔隙度為21.16%～23.90%，失利井古孔隙度為18.33%～21.84%，油藏區(qū)主要分布在古孔隙度大于20.60%的區(qū)域。

由此可知，研究區(qū)沙三中亞段巖性油氣藏主要分布在成藏期古孔隙度較高的區(qū)域，成藏期古孔隙度對油氣富集的控制較為明顯。

4 洼槽帶砂巖體油氣成藏與富集機制

牛莊洼陷洼槽帶沙三中亞段砂巖透鏡體成藏特征表明：在具有相同生儲蓋組合等石油地質(zhì)背景下，只有同時被至少2條斷層切穿的砂體才能成藏，而被單一斷層切穿的砂體不能成藏。這是由于當油氣沿斷層面向砂巖充注時，單一斷層不能有效排出孔隙水為油氣提供儲集空間。而同時具備2條或多條斷層的砂體在油氣充注時，兼具泄水斷層和注油斷層，能夠使砂巖中的孔隙水沿泄水斷層排出，為油氣提供儲集空間，而油氣則沿注油斷層充注進入砂巖孔隙，有利于油氣的聚集成藏。此外，洼槽帶砂巖儲層在成藏期因孔滲性結構分布差異形成級差優(yōu)勢，進而產(chǎn)生了優(yōu)勢運移通道。雖然成藏期砂巖古孔隙度均大于儲層臨界孔隙度，具備油氣充注條件，但在同時具備泄水斷層和注油斷層切穿砂巖體的前提下，因油氣傾向于沿阻力較小的優(yōu)勢運移通道方向運移，導致沙三中亞段巖性油藏主要富集在成藏期高孔滲砂體中。因此，成藏期古物性是控制油氣富集的主要條件。

圖4 中5砂層組頂面(T54)古孔隙度與油藏分布關系

5 結 論

(1)牛莊洼陷洼槽帶沙三中亞段濁積砂體具有相同的油氣地質(zhì)條件，但僅被單一斷層切穿的砂體不能成藏，只有同時被2條或多條斷層切穿的砂體才能成藏。砂體被至少2條斷層切穿是砂巖透鏡體成藏的關鍵因素。

(2)成藏期沙三中亞段砂巖體古孔隙度均大于成藏期臨界孔隙度，具備油氣充注條件，但物性級差產(chǎn)生的優(yōu)勢運移通道，使油氣優(yōu)先富集在高古孔隙度砂體中，成藏期砂巖古孔隙度是控制油氣富集程度的主要條件。