梨树断陷油气封存机理与成藏关系研究

逄海明，万丛礼，李九思

(中国石化东北油气分公司，吉林 长春 130062)

0 引 言

随着含油气系统理论研究的不断深入，地质学家发现油气运移与地层压力关系非常密切，国内外许多学者对地层压力的类别、成因、展布规律等进行了深入研究[1-8]：20世纪70年代，Bradley引入了封闭系统理论；20世纪90年代初，Poweley、Hunt等提出流体封存箱概念；张义纲较早将这些理论引入国内；周兴熙、郝芳、解习农、陈中红等研究了中国各地区地层压力，分析了地层压力对油气成藏的影响。根据压力系数，将地层压力分为低压(压力系数小于0.90)、常压(压力系数为0.90～1.30)、高压(压力系数为1.30～1.80)和超高压(压力系数大于1.80)4个等级[9]。通过对梨树断陷地层异常压力研究，弄清了油气封存机理，对探索该区油气成藏规律具有重要意义。

1 异常压力分布特征

梨树断陷位于松辽盆地东南隆起区，主要经历了营城组末—登娄库组末的走滑、嫩江组末—明水组末的反转等构造活动，构造反转使地层受到不同程度的抬升剥蚀[10-11]。

研究区自下而上发育白垩系火石岭组、沙河子组、营城组、登娄库组等断陷层，泉头组、青山口组、姚家组、嫩江组等坳陷层和第四系。共发育4套烃源岩：沙河子组烃源岩厚度大、分布广，为主力烃源岩；营城组烃源岩次之，火石岭组和登娄库组烃源岩仅在局部发育[12]。受构造活动、烃源岩热演化影响，研究区主要存在登娄库组、泉头组、泉头组末—嫩江组末3期油气充注过程[13]，并形成了多生烃中心、相对独立的含油气系统，表现出明显的压力异常。文中分析的地层压力均是以实测数据为主，部分采用Dc指数法得出随钻压力检测数据(表1)。

表1 部分实测与Dc指数法计算压力误差对比

1.1 纵向分布特征

梨树断陷发育多个油气层系，分为2套含油气组合。上部组合包括泉头组、登娄库组，以次生油气藏为主；下部组合包括营城组、沙河子组和火石岭组，以原生油气藏为主。

研究区油气藏以低压—常压为主，少数为高压—超高压[14]。总体上，这些油气藏压力系数随深度增加而变大。压力系数小于0.80的油气藏集中在1 000～2 500 m，压力系数为0.80～1.30的油气藏深度一般不超过4 000 m，高压—超高压油气藏主要分布在埋深超过4 000 m的沙河子组。

1.2 平面分布特征

由于研究区油气封存方式存在差异，导致地层压力系数变化较大。该特征在沙河子组原生油气藏中最具代表性(图1)，如后五家户地区梨深2井地层压力系数达1.86，具备流体封存箱特征；金山地区梨6、金1井的地层压力系数为1.20～1.30；苏家屯、皮家-八屋、双龙、秦家屯等地区压力系数为0.90～1.20，为常压；四五家子-十屋、老公林子-七棵树一带压力系数普遍小于0.90，局部在0.80以下，表现为低压特征。分析认为，研究区地层异常压力形成与构造活动关系密切。

小宽、皮家、秦东走滑带是梨树断陷最主要的构造改造区，经历过早期的拉张、走滑，后期发生反转，在嫩江组末—明水组末的反转期，小宽、秦东构造带活动依然强烈，而皮家构造带基本停止活动。因此，小宽、秦东构造带的原生油气藏受到调整进而形成次生油气藏，如孤家子、后五家户、四五家子、秦家屯等油气田；相比之下，构造活动弱的地区(如皮家、苏家屯、双龙、金山、七棵树、八屋等油气田)主要发育原生油气藏。

2 油气封存条件与含油气组合

前人研究发现，松辽盆地断陷层油气富集主要受控于生烃能力、成藏期古构造背景、有效储层、保存条件4个因素[15-17]。异常压力在一定程度上反映了保存条件的好坏，梨树断陷异常低压形成与构造抬升剥蚀、流体体积减小、流体扩散及运移有关；异常高压则与不均衡压实及侧向构造挤压等关系密切[18-19]。

研究区泉头组下部发育一套稳定的区域性泥岩，厚度为20～50 m，泉头组、登娄库组内幕局部泥岩也较发育，与有利储层构成的储盖配置，为上部次生油气藏组合。下部油气组合受不均衡压实沉积以及营城组末、登娄库组末等构造运动影响，内部形成多个欠压实段。营城组下部营一段发育的稳定泥岩与沙河子组上部储层构成了原生油气藏主力储盖组合，加上营城组、沙河子组及火石岭组内幕局部泥岩与储层的有效配置为下部原生油气藏组合。

图1梨树断陷沙河子组压力系数分布

营城组沉积末，生排烃作用使下部油气组合形成相对封闭的系统。嫩江组沉积时，该系统处于较稳定的沉降环境，为不均衡压实提供了条件。嫩江组沉积后，构造运动使部分地区形成了异常高压或低压，如后五家户地区的高压流体封存箱，该封存箱自营城组末开始一直充注油气，嫩江组末—明水组末的构造挤压使之进一步加强。

原生油气藏储层以细砂—含砾砂岩为主，除了原生孔隙外，其中，还发育溶蚀孔隙、微裂缝、粒间溶孔等次生孔隙[20]；此外，后期的构造活动使储层破裂，不仅提高其渗流能力，也成为油气运移通道。营城组厚层泥岩有机质丰度较低，压实作用强烈，较致密，封闭性较好，为有效盖层。

综上所述，由于下部油气组合的原生油气藏在形成过程中能量补给大于散失，故形成了高压流体封存箱，如后五家户地区沙河子组油气藏。另外，嫩江组末—明水组末的构造改造作用不可忽视：当构造活动形成的油源断层沟通封存箱与上部油气组合时，原生油气藏发生调整或被破坏，形成次生油气藏，同时也降低了原生油气藏的压力；当构造改造未形成沟通封存箱与上部含油气组合的断层，但能量补给小于流体在封存箱内向周缘流动或扩散速度时，形成原生异常低压油气藏。

3 油气封存类型与成藏机理

梨树断陷油气的成藏、富集程度与流体封存方式关系密切，该文以原生油气藏的主力储盖组合为主，兼顾上部次生油气藏，依据封存箱的形态及性能，将研究区流体封存箱划分为3类6种(图2)，其可代表油气不同的赋存方式。

图2梨树断陷孤家子—秦家屯油气成藏模式

(1) Ⅰ类：顶封侧断式，即封存箱顶板泥岩发育，封闭性好，侧翼断层沟通，下切封存箱，上通坳陷层。根据现今形态可分为Ⅰ-1型背斜式和Ⅰ-2型向斜式。其中，Ⅰ-1型样式在后五家户地区发育，下部含油气组合具异常高压，埋深大，物性条件较差，自然产能较低，目前勘探程度较低，如工程工艺技术提高，将是有利的规模潜力区。翼部发育后期活动强烈的断层，起沟通和垂向扩散油气作用，在箱内压力大于箱外压力的驱动下，封存箱上部形成次生油气藏，埋深不超过2 000 m，产量相对较高。Ⅰ-2型样式在七棵树地区发育，箱内发育异常低压，是油气赋存主体，侧翼断层后期活动弱，常压为主，在箱内压力不大于箱外压力情况下，原生油气藏有效保存，产量较高(图3a)。

图3不同封存样式油气藏产量与深度关系

(2) Ⅱ类：早断晚封式，即断层活动主要发生在油气充注之前。箱体顶板泥岩错动或断开，油气充注时断层基本停止活动，多为原生油气藏，少数为次生油气藏。该类油气藏以常压为主，产量一般较高(图3b)。根据油气充注时间分为Ⅱ-1型持续充注式和Ⅱ-2型后期充注式。Ⅱ-1型在皮家、八屋、金山、苏家屯苏2—苏4井区等发育，断层活动时油气已开始充注，断层停止活动后油气持续充注。Ⅱ-2型早期油气未发生充注，断层停止活动后进入主充注期，如双龙、太平庄、苏家屯十屋33X井区等地区(表2)。

(3) Ⅲ类：长期断通式，即早期断层受走滑、拉张等应力作用，箱内流体发生调整，后期受构造反转或拉张作用，箱内流体持续调整，通常含油气层系跨度大，多为低压—常压[21]。根据后期受力差异，进一步分为Ⅲ-1型后期反转式和Ⅲ-2型持续拉张式(图3c)。Ⅲ-1型在四五家子、秦家屯等地区发育，封存箱内早期受断层破坏，后期构造反转形成背斜构造，成为油气富集指向区，2类油气藏均成藏，但次生油气藏相对更富集，产量高。Ⅲ-2型

表2 梨树断陷不同地区储层包裹体油气充注期次

在老公林子、小城子、十屋等地区发育，受持续拉张影响，原生油气藏长期遭受破坏与调整，油气不富集，以低产为主，在封存箱上部如受构造控制发育次生油气藏，也为有利探索方向。

4 勘探方向

梨树断陷属于典型的叠合改造型盆地，发育2类油气藏及2套含油气组合，存在3类6种流体封存箱。在发育的这些流体封存箱中，Ⅰ-1、Ⅲ-1、Ⅲ-2型封存多发育原生与次生2类油气藏；Ⅰ-2、Ⅱ-1、Ⅱ-2型封存多以原生油气藏为主，次生油气藏不发育或局部存在。Ⅰ-1、Ⅲ-1型封存形成的次生油气藏多围绕构造圈闭发育，早期勘探多已发现。Ⅰ-1型原生油气藏受埋深和工艺条件限制多，勘探程度较低，是攻关和储备的方向。Ⅰ-2、Ⅱ-1、Ⅱ-2型封存的油气藏产量一般较高，是目前寻找规模效益发现的重点。Ⅲ-1、Ⅲ-2型封存的原生油气藏多发生破坏或改造，且埋藏较深，目前多不具备经济效益，但Ⅲ-1型封存多在原生油气藏之上发育构造圈闭，且产量较高，能成为有效益的“甜点”区，Ⅲ-2型封存如在被调整的原生油气藏之上也发育构造圈闭，将会成为进一步探索次生油气藏的有利方向。

因此，梨树断陷下步勘探的方向应该立足于Ⅱ-1、Ⅱ-2型封存的原生油气藏，兼顾埋藏浅、效益好的Ⅰ-1、Ⅲ-1、Ⅲ-2型次生油气藏，同时持续加强Ⅰ-2、Ⅲ-1、Ⅲ-2型原生油气藏的攻关，确保形成既有规模增储阵地，又有储备可接替区域的发展形势。

5 结 论

(1) 梨树断陷属于典型的叠合改造型盆地，其中发育2类油气藏及2套含油气组合，存在3类6种流体封存箱。原生油气藏主要发育在Ⅰ、Ⅱ类封存样式中，次生油气藏主要发育在Ⅰ、Ⅲ类封存样式中。

(2) 梨树断陷油气以近源成藏为主，主力烃源岩及其储盖组合是关键。盖层发育稳定，油气充注后无断层活动破坏，油气保存完好，形成常压—高压，局部超高压的封存系统；主成藏期后存在构造调整，油气发生垂向或侧向运移，表现出低压—常压特征。