孫同文，王 芳，王有功，李軍輝，姚詩(shī)華，李冰妮，成鐿娜，劉敏華

(1.廣東石油化工學(xué)院，廣東 茂名 525000；2.東北石油大學(xué)三亞海洋油氣研究院，海南 三亞 572025；3.中國(guó)石油大慶油田有限責(zé)任公司，黑龍江 大慶 163712)

0 引 言

貝爾凹陷是海拉爾盆地中面積最大的富油氣凹陷，也是當(dāng)前發(fā)現(xiàn)油田最多的凹陷。目前已發(fā)現(xiàn)了3個(gè)工業(yè)油流帶，分別為呼和諾仁構(gòu)造帶、蘇德?tīng)柼貥?gòu)造帶和霍多莫爾構(gòu)造帶。其中，呼和諾仁構(gòu)造帶位于貝西南地區(qū)，呼和諾仁油田南屯組探明石油儲(chǔ)量達(dá)1 358.5×104t，展示出較大的勘探潛力[1-2]。貝西南地區(qū)南屯組是目前貝爾凹陷的一個(gè)重要的增儲(chǔ)上產(chǎn)領(lǐng)域，構(gòu)造帶緊鄰生油凹陷，油氣運(yùn)移被認(rèn)為是成藏的關(guān)鍵因素[3-4]。前人針對(duì)貝爾凹陷乃至貝西地區(qū)的油氣運(yùn)聚已進(jìn)行過(guò)大量的研究，包括貝爾凹陷的油源及運(yùn)移方向[4-5]、貝西地區(qū)古流體勢(shì)與油氣運(yùn)移的關(guān)系[6-7]、貝爾凹陷西部斜坡帶油氣成藏模式[8-10]等，這些研究對(duì)于貝爾凹陷早期的勘探起到重要的指導(dǎo)作用。然而，貝西南地區(qū)現(xiàn)今已進(jìn)入精細(xì)化勘探開發(fā)階段，擁有高精度三維地震、更多的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)和豐富的分析測(cè)試資料，亟需在前人研究的基礎(chǔ)上進(jìn)一步總結(jié)出更具體的油氣運(yùn)移路徑和運(yùn)移模式?；诖?，采用以油氣來(lái)源分析為基礎(chǔ)、以油氣分布特征為指示、以運(yùn)移數(shù)值模擬為約束、以地球化學(xué)示蹤為佐證的“四位一體”的油氣運(yùn)移路徑綜合確定方法，明確了貝西南地區(qū)南屯組主要的油氣運(yùn)移路徑，并在此基礎(chǔ)上總結(jié)出油氣側(cè)向運(yùn)移模式，以期對(duì)下一步的勘探部署提供理論指導(dǎo)，降低鉆探風(fēng)險(xiǎn)。

1 地質(zhì)背景

貝西南地區(qū)位于海拉爾盆地貝爾凹陷西南部，主要包括貝爾凹陷的貝西斜坡帶、呼和諾仁構(gòu)造帶和貝西次凹的大部分區(qū)域，面積約為560 km2，是貝爾凹陷白堊系含油氣性較好的一個(gè)重點(diǎn)勘探區(qū)塊(圖1)?？煞譃?個(gè)構(gòu)造單元，即貝西斜坡帶、呼和諾仁構(gòu)造帶以及貝西南、貝西北2個(gè)次凹(依據(jù)貝41井處的隆起帶將貝爾凹陷貝西次凹進(jìn)一步細(xì)分為2個(gè)單元)。貝爾凹陷沉積地層主要為白堊系，自下而上共發(fā)育6套地層，分別為下白堊統(tǒng)塔木蘭溝組(K1tm)、銅缽廟組(K1t)、南屯組(K1n)、大磨拐河組(K1d)、伊敏組(K1y)以及上白堊統(tǒng)青元崗組(K2q)。

下白堊統(tǒng)包括多套生儲(chǔ)蓋配置，可分為上、中、下3套成藏組合[11]，其中，中部成藏組合為研究區(qū)主要的油氣勘探目的層，南屯組作為生油層和儲(chǔ)集層，大磨拐河組泥巖作為蓋層，形成正常疊置的生儲(chǔ)蓋組合類型。其中，南屯組自下而上分為2段，簡(jiǎn)稱南一段(K1n1)和南二段(K1n2)(圖1)。進(jìn)入精細(xì)化勘探階段后進(jìn)一步劃分小層，南一段又分為8個(gè)小層，自上而下依次為K1n11—K1n18；南二段分為2個(gè)小層，K1n21和K1n22。

2 油氣運(yùn)移路徑綜合確定

在油氣運(yùn)移的研究中，根據(jù)油氣來(lái)源和油氣分布特征可以定性地確定出各構(gòu)造單元的油氣運(yùn)移方式和宏觀運(yùn)移方向。在此基礎(chǔ)上開展油氣運(yùn)移數(shù)值模擬，并用地球化學(xué)參數(shù)進(jìn)行示蹤，可具體刻畫出運(yùn)移路徑。

2.1 油氣來(lái)源分析

海拉爾盆地貝西南地區(qū)自下而上主要發(fā)育銅缽廟組、南一段、南二段和大磨拐河組一段4套烴源巖(圖1)。其中，南一段和南二段暗色泥巖有機(jī)質(zhì)豐度最高，有機(jī)質(zhì)類型較好，是主要的生油巖[3]。南一段烴源巖處于成熟階段，南二段烴源巖處于低熟—成熟階段[1]，貝爾凹陷多為成熟或中等成熟原油，主要來(lái)源于南一段烴源巖[5]。南一段烴源巖生油門限大約為1 400 m，對(duì)應(yīng)的鏡質(zhì)體反射率Ro大約在0.5%左右[12]。根據(jù)生烴門限可圈定出貝西南地區(qū)南一段有效烴源巖的分布范圍(圖2)。由圖2可知，貝西北次凹主體位于有效烴源巖內(nèi)，貝西南次凹中心位于有效烴源巖內(nèi)，而邊緣區(qū)域?yàn)樵赐猓愇餍逼聨Ш秃艉椭Z仁構(gòu)造帶均位于有效烴源巖外。

圖1 海拉爾盆地貝西南地區(qū)構(gòu)造單元及地層系統(tǒng)

圖2 貝西南地區(qū)南一段泥巖厚度及有效烴源巖范圍

研究區(qū)存在貝西北次凹和貝西南次凹2個(gè)重要的生烴洼槽，油源對(duì)比結(jié)果(表1)表明[1，12]：貝西南次凹和貝西北次凹油源主要來(lái)自自身烴灶供給，貝西斜坡帶油源主要來(lái)自貝西北次凹，呼和諾仁構(gòu)造帶油源以貝西北次凹為主，另有部分來(lái)自貝西南次凹。因此，貝西北次凹和貝西南次凹中心屬于源內(nèi)成藏，以油源斷層的垂向供油為主，而生油凹陷以外大面積區(qū)域以側(cè)向運(yùn)移為主。南屯組油氣成藏時(shí)間約為110～99 Ma，即伊敏組末期至青元崗組沉積期[1]。

表1 貝西南地區(qū)南屯組原油來(lái)源及成藏時(shí)間

2.2 油氣分布特征

將大量油藏按各小層的試油、測(cè)井解釋和錄井情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并根據(jù)不同構(gòu)造單元的構(gòu)造和油源特征，按下述3個(gè)原則進(jìn)行排列：一是貝西北次凹和貝西南次凹，將凹陷中心深度最大的井放于中部，例如，貝西北次凹貝63、貝35等井(圖3)，向兩側(cè)按深度由深到淺排布；二是貝西斜坡帶，從靠近生油凹陷一側(cè)起按深度由深到淺排布(貝X69—貝78井)；三是呼和諾仁構(gòu)造帶，因受貝西北次凹和貝西南次凹共同供油，所以?shī)A于兩凹中間，在兩側(cè)靠近生油凹陷處深度最深，中部最淺。由圖3可以看出，海拉爾盆地貝西南地區(qū)南屯組油水縱向分布具有如下特征：①貝西北次凹，自凹陷中心向周邊含油層位逐漸變淺，表現(xiàn)出“離心式”向周邊側(cè)向運(yùn)移特征。②貝西斜坡和呼和諾仁構(gòu)造帶均表現(xiàn)出距離貝西北次凹越遠(yuǎn)，隨著構(gòu)造深度變淺含油層位也逐漸變淺，呈現(xiàn)出由凹陷向構(gòu)造高部位“階梯狀”側(cè)向運(yùn)移特征，油氣由K1n16逐級(jí)調(diào)整至K1n21。③貝西南次凹，自凹陷中心向呼和諾仁構(gòu)造帶過(guò)渡時(shí)含油層位由深變淺，也表現(xiàn)出側(cè)向運(yùn)移特征，但與貝西北次凹向貝西斜坡帶的側(cè)向運(yùn)移相比，向淺層調(diào)整不明顯，僅從K1n16逐級(jí)調(diào)整至K1n13。

圖3 貝西南地區(qū)南屯組油氣垂向分布

總體來(lái)看，貝西南地區(qū)除生油凹陷中心區(qū)域外，南屯組具有顯著的側(cè)向運(yùn)移特征，而不同構(gòu)造單元存在差異，可見(jiàn)側(cè)向運(yùn)移模式及路徑對(duì)油氣成藏規(guī)律應(yīng)具有重要的影響。

2.3 油氣側(cè)向運(yùn)移路徑數(shù)值模擬

為了進(jìn)一步確定油氣側(cè)向運(yùn)移的路徑，利用PetroMod軟件的“流線法”進(jìn)行油氣側(cè)向運(yùn)移數(shù)值模擬(圖4)。由圖4可以看出，油氣從貝西南次凹和貝西北次凹中心呈“離心式”向周邊高部位側(cè)向運(yùn)移。貝西北次凹的油氣主要有2個(gè)運(yùn)移方向：一是沿凹陷短軸方向，向西北側(cè)的貝西斜坡帶運(yùn)移，該斜坡帶主要發(fā)育同向斷層，斷層與斜坡的走向、傾向均近于平行，油氣運(yùn)移流線近于垂直斜坡走向和斷層走向，跨越多級(jí)同向斷層向斜坡高部位運(yùn)移；二是沿凹陷長(zhǎng)軸方向，向呼和諾仁構(gòu)造帶運(yùn)移，在其構(gòu)造脊上形成匯聚，并沿構(gòu)造脊向西南方向運(yùn)移。貝西南次凹的油氣主要是沿短軸方向，向呼和諾仁構(gòu)造帶脊部運(yùn)移，呼和諾仁構(gòu)造(背斜)帶東翼斜坡主要發(fā)育反向斷層，斷層走向與斜坡走向平行，而二者傾向相反，油氣運(yùn)移流線同樣近于垂直斜坡走向和斷層走向，跨越多級(jí)反向斷層向高部位運(yùn)移。

圖4 貝西南地區(qū)南屯組油氣側(cè)向運(yùn)移數(shù)值模擬

貝西斜坡帶和呼和諾仁構(gòu)造帶均是油氣側(cè)向運(yùn)聚的有利指向區(qū)，其中，呼和諾仁構(gòu)造帶構(gòu)造條件優(yōu)越，且受貝西北次凹和貝西南次凹雙向供油，具有得天獨(dú)厚的油氣運(yùn)聚成藏條件，是目前貝西南地區(qū)油氣最富集的地區(qū)，形成了呼和諾仁油田。

為了避免單一方法的片面性，此次研究綜合考慮了油氣來(lái)源分析、油氣分布特征和油氣運(yùn)移數(shù)值模擬的結(jié)果，確定出貝西南地區(qū)南屯組主要有3組油氣側(cè)向運(yùn)移路徑，一是由貝西北次凹向貝西斜坡帶側(cè)向運(yùn)移，運(yùn)移路徑與斜坡走向近垂直；二是由貝西南次凹向呼和諾仁構(gòu)造帶側(cè)向運(yùn)移，運(yùn)移路徑與構(gòu)造帶東翼斜坡走向近垂直；三是貝西北次凹向呼和諾仁背斜脊部運(yùn)移的油氣與貝西南次凹沿斜坡運(yùn)移的油氣匯合后，沿構(gòu)造脊和與脊部平行的大斷層走向向西南部側(cè)向運(yùn)移，運(yùn)移路徑與構(gòu)造脊和斷層走向近平行。

2.4 油氣側(cè)向運(yùn)移路徑示蹤

為了進(jìn)一步驗(yàn)證油氣側(cè)向運(yùn)移的準(zhǔn)確性，選用地層原油高壓物性和含氮化合物2個(gè)指標(biāo)對(duì)油氣運(yùn)移方向和路徑進(jìn)行示蹤分析。地層原油高壓物性示蹤原理是用飽和壓力和油氣比為橫軸兩端、黏度和密度為縱軸兩端，連成一個(gè)扁平的菱形，沿著運(yùn)移方向，扁平菱形向方菱形或尖菱形變化[13]。含氮化合物中的吡咯類(主要為咔唑和苯并咔唑)是油氣運(yùn)移較為敏感的指示物，受地質(zhì)色層效應(yīng)的影響，隨著運(yùn)移距離的增加，咔唑類化合物總量逐漸增大[14]。

此次研究選擇最為典型的側(cè)向運(yùn)移路徑，即自貝西次凹沿呼和諾仁構(gòu)造脊和斷層走向的運(yùn)移路徑(貝13—貝3-12井)進(jìn)行示蹤(圖5)。由圖5可以看出，沿油氣運(yùn)移方向，地層原油高壓物性菱形中的飽和壓力及油氣比逐漸減小，而地層原油密度和黏度逐漸增大；咔唑類化合物總量的整體趨勢(shì)為逐漸增大。由此可見(jiàn)，在該方向上，地層原油高壓物性和含氮化合物均證實(shí)了前面3種方法綜合確定出的油氣運(yùn)移路徑。

圖5 沿貝13—貝3-12井運(yùn)移路徑的原油高壓物性和含氮化合物示蹤分析

3 油氣側(cè)向運(yùn)移模式探討

依據(jù)油氣運(yùn)移路徑的分析可知，海拉爾盆地貝西南地區(qū)主要存在3種油氣側(cè)向運(yùn)移模式，分別為沿構(gòu)造脊及斷層走向運(yùn)移模式，同向斷階“階梯狀”運(yùn)移模式和反向斷階“牙刷狀”運(yùn)移模式。每種油氣運(yùn)移模式的圖示、運(yùn)移特征和典型路徑如表2所示。

表2 貝西南地區(qū)南屯組油氣側(cè)向運(yùn)移模式及特點(diǎn)

3.1 沿構(gòu)造脊及斷層走向運(yùn)移模式

貝西地區(qū)呼和諾仁構(gòu)造帶構(gòu)造脊位置發(fā)育一條大斷層，形成構(gòu)造脊與斷層走向一致的格局。呼和諾仁構(gòu)造帶的東北端傾沒(méi)于貝西北次凹，油氣首先向其構(gòu)造脊匯聚，之后沿構(gòu)造脊和斷層走向共同約束的路徑向西南方向運(yùn)移。在該運(yùn)移模式下，一方面由于構(gòu)造脊為低勢(shì)區(qū)，另一方面運(yùn)移路徑與大斷層平行，受斷層遮擋等較弱，因此一般能夠長(zhǎng)距離運(yùn)移(表2)。典型的運(yùn)移路徑為自貝西北次凹貝57井經(jīng)呼和諾仁構(gòu)造帶貝13井后進(jìn)一步向貝301及貝3-12運(yùn)移(圖6)。貝西北次凹油氣一般在南一段或南二段富集，側(cè)向運(yùn)移至呼和諾仁構(gòu)造帶后，南一段和南二段均富油，油藏類型以斷塊和斷層-巖性為主。

圖6 貝西北次凹—呼和諾仁構(gòu)造帶沿構(gòu)造脊及斷層走向運(yùn)移模式(剖面位置見(jiàn)圖4)

3.2 同向斷階“階梯狀”運(yùn)移模式

通過(guò)油氣運(yùn)移數(shù)值模擬可以看出，貝西北次凹大量的油氣運(yùn)移路徑為沿凹陷短軸方向向西北側(cè)的貝西斜坡運(yùn)移，運(yùn)移流線近于垂直斜坡走向(圖4)。而南屯組油氣垂向分布揭示出自斜坡低部位向高部位，富油層位逐漸變淺(圖3)。貝西斜坡帶發(fā)育一系列同向斷層，與油氣運(yùn)移路徑相垂直。結(jié)合構(gòu)造分析與油藏解剖的結(jié)果可知，由貝北西次凹向貝西斜坡帶的油氣受多條同向斷層的逐級(jí)調(diào)整，不斷向斜坡高部位運(yùn)移，為同向斷階“階梯狀”運(yùn)移模式(表2，圖7)。此類油氣運(yùn)移模式下，一方面由于小規(guī)模同向斷層多形成同層砂巖對(duì)接，側(cè)向封閉能力差，上盤不容易被斷層遮擋形成油氣聚集；另一方面，由于斷裂帶伴生裂縫具有不對(duì)稱性，上盤裂縫往往更為發(fā)育[15]，油氣容易沿同向斷層上盤裂縫帶不斷向高部位運(yùn)移。因此，油氣運(yùn)移距離往往較遠(yuǎn)，以“階梯狀”向斜坡高部位淺層逐級(jí)調(diào)整油氣為主，只有在遇到大型同向斷層、反向斷層或巖性尖滅等情況下才形成有效遮擋，發(fā)生油氣聚集或終止油氣運(yùn)移[16-23]。

圖7 貝西北次凹—貝西斜坡同向斷階“階梯狀”運(yùn)移模式

3.3 反向斷階“牙刷狀”運(yùn)移模式

貝西南次凹的油氣主要運(yùn)移路徑是沿其短軸方向向呼和諾仁構(gòu)造帶的運(yùn)移，路徑流線與構(gòu)造帶東翼斜坡走向近垂直(圖4)。呼和諾仁構(gòu)造帶東翼斜坡主要發(fā)育與斜坡走向近垂直的反向斷層，形成反向斷階。同樣由于斷裂帶伴生裂縫具有不對(duì)稱性，由于斷層下盤一側(cè)裂縫不發(fā)育，導(dǎo)致反向斷層側(cè)向封閉能力明顯強(qiáng)于同向斷層[14]，側(cè)向運(yùn)移的油氣在達(dá)到反向斷層封閉能力上限后再次發(fā)生溢出，繼續(xù)向斜坡高部位運(yùn)移，在反向斷層下盤一側(cè)形成“牙刷狀”的斷層遮擋油藏(表2，圖8)。在此種運(yùn)移模式下，由于反向斷層側(cè)向遮擋能力強(qiáng)，導(dǎo)致油氣側(cè)向運(yùn)移逐級(jí)受阻、逐級(jí)聚集成藏而運(yùn)移的油氣總量不斷減少，油氣運(yùn)移距離一般較短，但沿運(yùn)移路徑在反向斷層下盤一側(cè)油藏較為發(fā)育。3

圖8 貝西南次凹—呼和諾仁構(gòu)造帶反向斷階“牙刷狀”運(yùn)移模式

4 勘探有利區(qū)優(yōu)選

貝西南地區(qū)南屯組油氣側(cè)向運(yùn)移模式研究結(jié)果，對(duì)該區(qū)下一步的有利區(qū)優(yōu)選和類似地區(qū)油氣勘探具有一定的指導(dǎo)意義:①沿構(gòu)造脊及斷層走向運(yùn)移模式下，沿?cái)鄬幼呦虻臄啾恰啾承比﹂]及交叉斷塊圈閉和斷層-巖性圈閉均是油氣聚集的有利區(qū)域；②同向斷階“階梯狀”運(yùn)移模式下，小型同向斷層一般不形成油氣聚集，在具備側(cè)向封閉能力的大規(guī)模同向斷層上盤一側(cè)的圈閉為有利勘探目標(biāo)；③反向斷階“牙刷狀”運(yùn)移模式下，油藏發(fā)育于反向斷層下盤一側(cè)，其規(guī)模主要受控于斷層側(cè)向封閉能力，一般情況下近源大型反向斷層控制的油藏規(guī)模較大。

5 結(jié) 論

(1) 貝西南地區(qū)南屯組主要有3組油氣側(cè)向運(yùn)移路徑，一是由貝西北次凹向貝西斜坡帶側(cè)向運(yùn)移，運(yùn)移路徑與斜坡走向近垂直；二是由貝西南次凹向呼和諾仁構(gòu)造帶側(cè)向運(yùn)移，運(yùn)移路徑與構(gòu)造帶東翼斜坡走向近垂直；三是貝西北次凹向呼和諾仁背斜脊部運(yùn)移的油氣與貝西南次凹沿斜坡運(yùn)移的油氣匯合后沿構(gòu)造脊和與脊部平行的大斷層走向向西南部側(cè)向運(yùn)移，運(yùn)移路徑與構(gòu)造脊和斷層走向近平行。

(2) 貝西南地區(qū)南屯組主要存在3種油氣側(cè)向運(yùn)移模式：沿構(gòu)造脊及斷層走向運(yùn)移模式、同向斷階“階梯狀”運(yùn)移模式和反向斷階“牙刷狀”運(yùn)移模式。

(3) 貝西南地區(qū)3種油氣側(cè)向運(yùn)移模式對(duì)油氣勘探具有一定的指導(dǎo)意義。沿構(gòu)造脊及斷層走向運(yùn)移模式下沿?cái)鄬幼呦蛴捎谖灰铺荻?、分支斷層及巖性尖滅等形成的斷鼻、斷背斜、斷塊和斷層-巖性等圈閉均是油氣聚集的有利部位；同向斷階“階梯狀”運(yùn)移模式下評(píng)價(jià)斷層的側(cè)向封閉能力是關(guān)鍵，當(dāng)斷層具備封閉能力時(shí)上盤一側(cè)圈閉是潛在的有利的勘探目標(biāo)；反向斷階“牙刷狀”運(yùn)移模式下沿運(yùn)移路徑在反向斷層下盤一側(cè)油藏較為發(fā)育，但油藏規(guī)模主要受控于斷層側(cè)向封閉能力。