低渗致密砂岩油气输导系统类型及其运聚特征——以鄂尔多斯盆地姬塬地区中生界长6油层组－侏罗系为例

高剑波，吴景富，张功成，张厚和 （中海石油研究总院，北京100027）

庞雄奇，陈冬霞中国石油大学（北京）盆地与油藏研究中心

王志欣，姜振学 （中国石油大学（北京）油气资源与探测国家重点实验室，北京102249）

廖金华 （重庆矿产资源开发有限公司，重庆400042）

低渗致密砂岩油气输导系统类型及其运聚特征
——以鄂尔多斯盆地姬塬地区中生界长6油层组－侏罗系为例

高剑波，吴景富，张功成，张厚和 （中海石油研究总院，北京100027）

庞雄奇，陈冬霞中国石油大学（北京）盆地与油藏研究中心

王志欣，姜振学 （中国石油大学（北京）油气资源与探测国家重点实验室，北京102249）

廖金华 （重庆矿产资源开发有限公司，重庆400042）

研究表明，鄂尔多斯盆地姬塬地区延长组低渗致密砂岩发育多种类型的油气输导系统，主要有裂缝简单型、裂缝－砂体复合型、裂缝－不整合面复合型和砂体简单型等4种，其中裂缝型输导系统是整个延长组中上部油气垂向运移的优势通道；裂缝－砂体复合型输导系统是长6～长2油层组中砂岩透镜体岩性圈闭和储层物性封闭岩性圈闭的主要运移通道；裂缝－不整合面复合型输导系统是不整合地层圈闭的主要运移通道；砂体型输导系统是延安组和直罗组常规储层中发育的低幅背斜和上倾尖灭岩性圈闭的主要油气运移通道，提出了延长组低渗透致密砂岩油气运聚具有多点充注、“补丁式”拼接、无重力分异的特征。该次研究为鄂尔多斯盆地中生界石油勘探提供了有益参考。

鄂尔多斯盆地；低渗致密砂岩；输导系统；油气运聚

油气运移并非在三维空间等效进行，而是被限制在某些路径上，这些路径组合在一起就构成了油气运移聚集的输导系统。油气输导系统一般被认为是油气从烃源岩运移到圈闭过程中所经历的所有路径及其相互关系的总和［1］。空间上不同输导系统的渗透特征以及空间延展能力，与成藏其他要素空间配置关系，决定了油气藏不同层位的纵向分异和不同构造单元的横向分异；时间上不同地质作用形成的油气输导系统的多样性，与成藏其他要素时序性的共同作用，决定了油气成藏不同阶段的时间分异。所以分析不同类型输导系统的特征，对于研究低渗致密砂岩油气成藏机理以及油气分布规律有积极意义。

笔者在测井、岩心、储层等资料综合研究的基础上，把鄂尔多斯盆地姬塬地区中生界低孔低渗的延长组长6油层组－侏罗系中油气运聚通道作为一个整体系统进行分类解剖，详细探讨了延长组致密低渗砂岩内油气以及上覆侏罗系常规储层内油气在不同输导系统组合类型和特殊油气运移动力的共同作用下油气运移聚集特征及其分布规律。

1 低渗致密砂岩输导系统分类

目前，输导系统尚未具有统一的分类方案。谢泰俊等［2］在研究南海北部大陆边缘盆地时，根据不同类型通道在运移中的作用和具体地质情况，划分了4类运移通道系统，即以断裂为主的运移通道系统，与古构造脊有关的运移通道系统，与活动热流体底辟作用有关的运移通道系统以及与不整合有关的运移通道系统。Galeazzl［3］在研究Malvinas盆地时，根据其含油气系统基本元素的特征及其构造－地层格架样式，将该盆地Lower Inoceramus－Springhill含油气系统输导系统划分为由输导层构成的主输导系统和由断层－输导层构成的次输导系统。赵忠新［4］将输导系统分为直接型和间接型：直接型是指油气从烃源岩直接排到圈闭中，没有进行过二次运移，主要类型有砂岩透镜型和岩性型的油气藏；间接型是指油气从烃源岩中排出后，在输导系统中经过二次运移进入圈闭，其中输导体可以分为输导层（高孔渗砂体）、不整合面、断层和裂缝等4种类型。鄂尔多斯盆地姬塬地区中生界延长组上部各油层组内断层不发育，但发育区域性裂缝，根据不同输导系统的构成和在油层组中的发育情况，结合低渗透致密砂岩油气成藏动力学和运动学特征，将延长组长6油层组－侏罗系输导系统划分为4种类型：裂缝简单型、裂缝－砂体复合型、裂缝－不整合面复合型和砂体简单型（表1）。

表1 鄂尔多斯盆地姬塬地区延长组中上部－侏罗系输导系统类型划分及特征

1.1 裂缝简单型油气输导系统

三叠纪以来，鄂尔多斯盆地经历了不同方式的区域构造应力作用。印支期华南板块与华北板块在三叠纪的碰撞产生了SN向挤压应力，古特提斯封闭产生了NE向局部挤压应力；燕山期太平洋板块与欧亚板块间产生的左旋剪切在大华北盆地表现为南北向剪切挤压应力，派生的挤压应力为NE－SW向；喜马拉雅运动在鄂尔多斯盆地表现为NE向挤压，上述不同时期区域应力场作用在鄂尔多斯刚性地块上，除地块周缘构造变形强烈外，地块内部构造“整体性强”（以旋转与扭动作用为主）、“构造活动分异小”（基底和盖层变形微弱）。在旋转与扭动作用过程中，刚度不同的块体之间产生扭裂和走滑，使基底断裂重新活动，但并没有造成规模较大的断层落差以及显著的盖层变形，这些活动一方面导致了盆地的抬升和沉降、大规模水系以及小断层的发育（断距通常小于50m），另一方面直接导致了沉积盖层内裂缝的大量发育。中国地质科学院地质力学研究所（2006年）利用岩石“凯瑟效应”和声发射“抹录不净”现象以及古今应力筛分原则，对沿河湾、吴旗地区古今应力进行了估测，结果显示，沿46井、新41井和沿4井测点岩石经历的主要古构造运动期（幕）次都是4次，各期（幕）古构造应力最大主应力有效值记忆出现率最高（69%、89%、76%）的值分别是73.4MPa，72.3MPa和73.2MPa❶❶周新桂.安塞沿河湾－吴旗长6储层裂缝特征及分布规律研究.中国地质科学院地质力学研究所，2006.，这反映出古构造应力最大主应力有效值为73MPa左右的这一期（幕）次的运动持续时间最长或频度最高，并且形成微裂缝最多，由此判断构造裂缝主要形成于燕山主幕，形成应力环境73MPa左右，而此时正是长7油层组烃源岩大量排烃的油气运聚成藏主要时期［5］，可以推断在燕山期形成的NE、NW向2组共轭剪切裂缝是该研究区主要的裂缝运移通道，且由于NW向裂缝偏向于压剪性，NE向裂缝偏向于张剪性，NE向剪切裂缝作为油气的运移成藏通道最为有效。

研究表明，作为中生界主要烃源岩的长7油层组暗色泥岩在早白垩世中晚期开始进入生排油高峰期［5］，而长6～长1油层组由于成岩作用较早、塑性岩屑颗粒大量变形、压实作用强烈导致早期砂岩孔隙损失严重，后期的碳酸盐岩胶结作用、次生孔隙不发育又使储层孔隙度进一步降低，到早白垩世中晚期主成藏期时已基本成为低孔低渗储层，低孔低渗储层的毛细管压力很大，油气在储层中以常规的浮力难以运移，只能依靠长7油层组暗色泥岩内的异常高压幕式驱动，石油和地层水在异常高压的驱动下通过彼此联通的高角度剪切裂缝向上运聚，并与其他成藏要素组成复合类型的输导系统，所以延长组中上部地层中区域性高角度剪切裂缝是油气垂向运移最主要的输导系统，也是其他复合输导系统的基本单元，这种输导系统通常是裂缝型岩性圈闭的主要运移通道，大量发育的微裂缝是主要的储集空间。裂缝的主要活动时间、力学性质、地应力和流体压力的幕式变化等特征决定了裂缝型输导系统的有效性。

1.2 裂缝－砂体复合型输导系统

这种输导系统是石油既进行垂向运移又进行局限侧向运移（高角度剪切裂缝进行垂向运移，裂缝联通的砂体进行局限的侧向运移）的立体网络通道。该种输导系统中油气运移不仅受到延长组中油源裂缝发育特征的控制，还受到有油源裂缝的砂体的空间形态的控制。姬塬地区延长组中常发现岩性和物性相近、层位相同且相距不远的砂体，其含油性却有很大的差别，甚至同一个砂层下倾方向含油而上倾方向含水，这说明这些低渗－特低渗砂体中，由于运移阻力很大，油水不能自由分异，而石油更难以自身的浮力进行侧向运移；同一个砂层中相邻的多个油藏，可能并不相互连通，很可能分别有各自的油源裂缝，是分别充注的结果，石油沿着区域性剪切裂缝垂向运移，并向高压油气可以充注的低渗砂体中运移，形成众多的“悬挂式”岩性油藏。长6、长4＋5、长3油层组甚至长2油层组内大量的低渗－特低渗致密砂岩油藏都属于这类“悬挂式”油藏。

研究表明，延长组主成藏期时，蓄积在长7油层组暗色泥岩内的高压使油气和地层水以幕式流体的形式，沿着早燕山期形成的NE、NW向裂缝向上运移，并在油源裂缝周围的低渗透砂体中形成储层物性封闭岩性圈闭和砂岩透镜体岩性圈闭，这种输导系统仅仅在构造活动期对油气运移有作用，突发的构造运动是烃源岩内封闭流体系统破裂并发生流体涌流排出和油气高压向低渗储层充注的重要触发机制，油气通过这种输导系统注入低渗透储层以后，受物性制约，石油在低渗储层中不能在浮力作用下运移，只能形成含油饱和度较低的油水共存的岩性油藏，石油基本上不再进行侧向运移，除非后期构造运动驱动后续注入的石油推挤先前注入的石油运移，因此，这种输导系统在低渗储层中形成油藏的边界并非岩性岩相的变化带，而是石油在储层中形成的充注“前沿”。

1.3 裂缝－不整合面复合型输导系统

这种输导系统是石油从长7油层组烃源岩通过裂缝向延长组上部做垂向运移并沿着延长组顶部不整合面做侧向运移的主要通道，是延长组顶部古河道砂岩岩性圈闭和不整合地层圈闭的主要运移通道。该种输导系统中油气运移不仅受到延长组中油源裂缝发育特征的控制，还受到不整合面分布形态的控制。

裂缝－不整合面复合型输导系统沟通了延长组中下部的异常高压系统和侏罗系延安组的常压系统，幕式排出的高压油气流体沿裂缝向延长组上部和延10油层组的砂体中充注，部分油气在长2～长1油层组中具有油源裂缝沟通的砂体中聚集成藏；部分油气在高压的作用下沿着裂缝一直向上运移到不整合面，并在浮力和水动力的作用下做侧向运移形成不整合地层圈闭；部分油气通过不整合面侧向运移到延10油层组物性好的河道砂体中，在构造或砂体的高部位富集成藏，例如鄂尔多斯盆地姬塬斜坡上发育的几个局部高点成为延10油层组油藏的主要发育地区，例如元城油田、王洼子油田，这些油藏一般沿着古河道侵蚀面分布，主要发育低幅背斜和地层超覆等受构造和岩性共同控制的圈闭类型。

1.4 砂体简单型输导系统

这种输导系统是石油在侏罗系地层中以连通孔隙为主的油气运移通道，油气在这种输导系统中以常规浮力作为主要油气运移动力，向构造高部位做侧向运聚成藏。该种输导系统中油气运移主要受岩性尖灭、构造或二者的复合因素的控制。

三叠纪末期由于印支运动的影响，盆地整体抬升，延长组遭受了不同程度的剥蚀和河谷下切作用，造成了沟谷纵横、丘陵起伏的地貌。此次抬升时间短，延长组未被夷平，在侏罗纪早期的区域沉降过程中被埋藏，并在其顶部形成了崎岖不平的不整合面，侏罗系就是在这种起伏的古地貌背景上填平补齐沉积下来的，其砂体主要为河流相沉积，粒度粗，储层物性好，渗透率一般10×10－3μm2以上，尤其是延10、延9油层组和富县组沉积期甘陕一级古河和宁陕、庆西、蒙陕二级古河冲刷切割形成的洼槽，河道砂岩充填厚度最大达到260m［6］。当石油进入这些骨架砂体后可以在浮力驱动下进行侧向运移，并发生油水分异，所形成的油藏油水关系简单，一般形成砂岩透镜体岩性圈闭、砂体上倾尖灭岩性圈闭、差异压实形成的鼻状隆起低幅背斜圈闭。

从侏罗系延安组和直罗组已发现油藏的富集程度看，低幅背斜圈闭等与构造有关的油藏，数量相对较少，但储量较大，构造幅度严格控制了含油面积；砂岩上倾尖灭岩性圈闭和砂岩透镜体圈闭等以岩性为主要控制因素的油藏，数量多，面积小，储量也小。

2 鄂尔多斯盆地中生界低渗致密砂岩油气运聚特征

石油勘探结果表明，鄂尔多斯盆地中生界油藏类型分布具有明显的规律性：延长组长10～长4＋5低渗－特低渗油层组只发育岩性油藏，而与构造相关的油藏不发育；延长组上部地层的渗透率、孔隙度逐渐增大，从长3油层组开始到长1油层组发育的岩性－构造油藏储量占整个油层组储量的比例逐渐增大；侏罗系延安组油藏主要以构造－岩性油气藏为主，构造－岩性油藏储量占整个组储量的比例基本都在50%以上；到最上部的直罗组，构造－岩性油藏的储量各占整个组储量的95.3%。从以上中生界延长组乃至延安组、直罗组油藏的分布规律看，结合输导系统、储层的埋藏和成岩作用、孔隙演化史、油气异常高压等油气成藏特征分析，表明鄂尔多斯盆地姬塬地区中生界的低渗透致密砂岩油气运聚具有多点充注、“补丁式”拼接、无重力分异的特征。

根据航磁、重力、大地电磁、卫星影像等多种资料综合分析，鄂尔多斯盆地及周缘地区存在着4组不同方向的断裂，分别是EW、NE、NW和SN向［7］，而发育于燕山主幕的运动持续时间最长且频度最高，其形成的NE、NW向2组共轭剪切裂缝最多，此时正是长7油层组烃源岩大量排烃，是油气运聚成藏的主要时期，区域性构造裂缝成为了油气运聚的主要输导系统。在共轭剪切裂缝交汇的区域，应力场集中，微裂缝发育，油气输导能力强，裂缝往往能垂直切穿较厚的致密层，油气在延长组中下部异常高压的驱动下沿着燕山期形成的高角度剪切裂缝由下向上充注，再进入裂缝周围储层以后短距离运移聚集。从平面上看，大量的共轭剪切裂缝交汇处成为主要的油气充注点，所以延长组中上部低渗透地层中的油气运移具有多点式充注的特点（图1）。

浅水、广盆式三角洲前缘相的分流河道、水下分流河道、点砂坝等砂体构成了延长组主要的储层格架，这些储层内含有同沉积和浊变形成的大量塑性颗粒，在成岩早期就受到明显的压实，储层孔渗性大大降低；在早白垩世中晚期大规模成藏时，储层已经成为低渗－特低渗致密储层［8］，油气运移聚集主要以裂缝的多点式充注的形式为主；从平面上看，不同的岩性油藏像补丁一样散落在整个姬塬地区，油藏之间看似彼此连通，实际上又各自独立，所以延长组中上部低渗－特低渗致密砂岩油藏聚集具有“补丁式”拼接的特点。另外，由于延长组中上部储层非均质性很强，长7油层组厚层泥岩产生的异常高压驱动石油和地层水通过区域性剪切裂缝强行注入延长组中上部致密储层中，油气在低渗－特低渗储层内缺乏足够的浮力，油水在储层中难以分异和侧向运移，油藏基本保持了注入储层时的状态，形成了亦水亦油、油水不分，“补丁式”拼接的油水分布规律，所以延长组中上部油藏聚集还具有无重力分异的特点。

图1 鄂尔多斯盆地姬塬地区延长组低渗透致密砂岩油气运聚模式图

3 结 论

1）鄂尔多斯盆地姬塬地区延长组中上部地层低孔－低渗储层十分发育，储层内非均质性很强，没有大面积连通分布的含油层系，油气平面上的分布规律、垂向上含油气性的差异与输导系统以及成藏其他要素的空间配置和时序性关系密切。

2）延长组中上部低孔－低渗地层以及上覆侏罗系延安组、直罗组地层主要发育裂缝简单型、裂缝－砂体复合型、裂缝－不整合面复合型和砂体简单型4种输导系统，且裂缝型输导系统是延长组中上部低孔－低渗地层主要的油气运移通道，其共轭剪切裂缝交汇点控制了延长组中上部油气分布的范围和规模。

3）鄂尔多斯盆地姬塬地区延长组中上部油气具有多点充注、“补丁式”拼接、无重力分异的运聚特征。

［1］张卫海，查明，曲江秀.油气输导体系的类型及配置关系［J］.新疆石油地质，2003，2（2）：118～120.

［2］谢泰俊，潘祖荫.南海北部大陆边缘陆坡区含油气远景［J］.中国石油勘探，1997，2（2）：32～38.

［3］Galeazzl J S.Structural and stratigraphic evolution of the western Malvinas Basin Argentinal［J］.AAPG Bulletin，1998，82（4）：596～636.

［4］赵忠新.油气输导体系的类型及其输导性能在时空上的演化分析［J］.石油实验地质，2002，24（6）：527～536.

［5］高剑波，张厚和，庞雄奇，等.定量颗粒荧光技术在低渗透致密砂岩油藏研究中的应用——以鄂尔多斯盆地长4＋5油层组为例［J］.石油天然气学报，2011，33（10）：1～5.

［6］郭正权，张立荣，楚美娟，等.鄂尔多斯盆地南部前侏罗纪古地貌对延安组下部油藏的控制作用［J］.古地理学报，2008，10（1）：63～72.

［7］何自新.鄂尔多斯盆地演化与油气［M］.北京：石油工业出版社，2003.15～85.

［8］高剑波，庞雄奇，王志欣，等.鄂尔多斯盆地姬塬地区延长组碎屑岩储层低渗特征及含油性主控因素［J］.中国石油大学学报（自然科学版），2007，31（1）：5～12.

［编辑］ 宋换新

22 Types of Transmission System and Characteristics of Oil and Gas Migration and Accumulation of Low Permeability Sandstone：A Case Study of Chang 6Oil Formation－Jurassic of Mesozoic of Jiyuan Area in Ordos Basin

GAO Jian－bo，WU Jing－fu，ZHANG Gong－cheng，ZHANG Hou－he，PANG Xiong－qi，CHEN Dong－xia，WANG Zhi－xin，JIANG

Zhen－xue，LIAO Jin－hua （First Authors Address：CNOOC Research Institute，Beijing100027，China）

The study result showed that various transmission systems were developed in low permeability sandstone reservoirs in Yanchang Formation of Jiyuang Area in Ordos Basin，which included simple fracture type，composite fracturesand body type，composite fracture－unconformable surface type and simple sand body type，in which transmission systems of fracture type were optimal paths for vertical migration of hydrocarbon of the middle and upper Yanchang Formation，the transmission systems of composite fracture－sand body type were main migration paths for the sandstone lens trap and physical deposit lithological trap of Chang 6－Chang 2Reservoirs of Yanchang Formation，the transmission systems of composite fracture－unconformable surface type were main migration paths for stratigraphic unconformity traps，the transmission systems of sand body type were main migration paths for low－range anticline traps and sandstone up－dip trap developed in conventional reservoirs of Yanan Formation and Zhiluo Formation.The hydrocarbon migration and accumulation presents the characteristics of multi－point charging，piecing together with pattern of patch and no gravitational differentiation.This research provides useful reference for Mesozoic oil exploration in Ordos Basin.

Ordos Basin；low permeability sandstone；transmission system；oil and gas migration and accumulation

book=339,ebook=339

TE122.1

A

1000－9752（2012）07－0022－05

2012－05－07

国家“973”规划项目（2011CB201102）；国家自然科学基金项目（40802029）。

高剑波（1977－），男，2001年大学毕业，博士，工程师，现主要从事油气成藏机理与沉积储层研究工作。