鄂尔多斯盆地盐池地区中生界油藏分布规律及成藏主控因素

周新平,惠 潇,邓秀芹,左 静,张文选,曾凤凰

(1.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室,陕西 西安 710018;2.中国石油长庆油田分公司 勘探开发研究院,陕西 西安 710018;3.中国石油长庆油田分公司 第十二采油厂,陕西 西安 710200)

鄂尔多斯盆地盐池地区位于姬嫄油田西北部,构造上横跨西缘冲断带与天环拗陷两个二级构造单元(见图1),构造条件复杂,勘探与研究程度整体相对较低。受基底断裂及构造变形的影响,发育不同级次和规模的断裂系统和褶皱构造,断裂系统为原油运移提供了良好的通道,并控制了圈闭类型[1],褶皱构造则是原油运聚的有利指向,断裂系统及褶皱构造使得该区石油勘探具有一定的潜力。该区石油勘探经历了多个阶段,早期以寻找与断层沟通的侏罗系浅层油藏为主,并在20世纪70年代发现了马家滩、摆宴井、李庄子等侏罗系构造油藏,油藏规模较小,且分布分散,主要位于西缘冲断带的大断层附近。随着延长组低渗透油藏大面积成藏理论认识的不断提升,2005年，为寻找勘探新区带、新层系,在大断层相对不太发育的古峰庄一带，针对延长组部署了风险探井,其中,F2井在延长组下组合试油获得高产油流,油藏类型以构造-岩性油藏为主,从而拉开了该区中生界油藏整体勘探的序幕。近年来，研究区相继发现了Y156，F21等一批油藏,显示出其良好的勘探前景。随着勘探程度的不断提高,发现钻井揭示、测录井解释较好的含油显示层段试油出水,断层两盘同一层位相邻井的油水性质截然不同,而此类钻井或油藏附近基本都存在低级序断层，这表明断层不仅对油藏成藏起到了积极作用,也可能造成原有油藏的破坏。同时，断层的开启与封闭也决定了油藏的油水性质及分布。由此可见，研究区的构造与油藏关系密切,油藏类型及分布受断层级次、断层性质等构造特征影响。前人针对该区的构造特征[2]、断裂体系、控藏模式[1]、沉积储层特征[3]、烃源岩条件[4]以及地层水与油藏成藏关系[5]开展了相关研究,重点对构造特征及控藏作用进行了分析,主要是对三级以上断层的刻画,以及作为原油运移通道、圈闭控制因素的研究，但对伸展应力、走滑应力等作用形成的四、五级等低级序断层还缺少研究，而断层的封闭性与否也关乎油藏的形成及流体的分布。本研究基于井、震结合,重点刻画了低级序的断层特征,根据构造特征及低级序断层分布,分区带分析了中生界的油藏特征,从断层与油藏的匹配关系、断层封闭性、相对高渗储集区等方面分析了油藏的成藏主控因素,建立了该区中生界油藏的成藏模式,以期为盆地西缘新区复杂构造条件下的石油勘探提供依据。

图1 鄂尔多斯盆地构造单元及研究区断裂分布图Fig.1 Faults distribution in the study area and structural units of the Ordos basin

1 构造特征

研究区主体位于马家滩构造带,具有典型的逆冲推覆构造特征,其构造格架基本受控于基底断裂,呈东西分带、南北分块的特征,发育各类断裂系统及断裂组合样式[1]。研究区中生界标志层明显,延安组延9煤层、延长组长7底部泥页岩为区域性标志层,可对比性强,分别对应TJ9，TT7地震反射层。从切过西缘冲断带与天环拗陷的地震剖面来看(见图2a),该区西部地层构造变形强烈,以Y字型断层组合为主,断层规模大,切穿地层深,地层起伏较大,断层两盘相邻井同一地层构造相差数百米。自西向东,随着构造应力的减弱,构造变形减小,地层起伏变缓,主要发育低幅度构造及低级序断层。低级序断层主要是在伸展应力、走滑应力以及主断层牵引等综合作用下形成,地震反射同相轴错断、挠曲、褶皱现象明显(见图2b～d)。断层性质以逆断层为主,主要切过延长组地层,少数切穿延长组甚至侏罗系地层,断层延伸长度较短,小于3 km;断层断距较小,一般10～20 m;倾向SW或NE,倾角较陡,分布范围40°～80°;低级序断层在研究区马家滩—古峰庄—马坊一带广泛发育,平面分布具有分带性,呈NWW雁行式展布(见图1)。低级序断层主要分布在延长组地层,切过长9，长7油层组的断层数量、分布基本相同,少数断层切过延9油层组,断层性质及分布继承了长9，长7断层的特征。

研究区构造演化大致经历了4个阶段,其中,晚侏罗世至早白垩世末的燕山运动主幕为构造的主要形成期,基本奠定了盆地西缘冲断带的构造格局；古新世后受喜山作用影响，研究区形成少量断层,并造成部分断层反转[6]。断层错断地层层位的年代通常用于判断断层的形成时期,即断层切至地层层位的年代反映了断层可能的最晚形成时期。研究区低级序断层主要为切过延长组的逆断层,部分断至侏罗系甚至下白垩统地层,仅少数切穿中新生界地层。结合研究区的构造演化及断层发育特征认为，该区发育两期低级序断层,I期断层以早白垩世末之前燕山运动主幕形成的切穿延长组至下白垩统地层的逆断层为主,断层数量多,分带分布;II期断层为古新世以来受喜山作用影响形成的切穿中新生界地层的逆断层及后期反转形成的正断层,断层数量少,仅零星分布(见图1)。

2 油藏特征

研究区不同级次的断层分区带展布,根据构造特征及不同级次断层分布,将研究区划分为3个区带,自西向东依次为西缘冲断带、过渡带及天环拗陷带(见图1)。该区中生界油藏特征与构造区带关系密切,不同区带的油藏类型、分布层位等特征各不相同(见图3,4)。

图2 盐池地区断层地震反射特征Fig.2 The seismic reflection characteristics of faults in Yanchi aera

图3 盐池地区西缘冲断带—天环拗陷带中生界油藏特征Fig.3 The characteristics of Mesozoic reservoir from western margin thrust belt to Tian Huan depression in Yanchi aera

图4 盐池地区不同区带中生界油藏分布层位直方图Fig.4 The histogram of Mesozoic reservoir distribution in different zone in Yanchi aera

1)西缘冲断带:构造变形最为强烈,断层发育,以切穿中新生界地层的大断层为主,构造起伏大,部分与断层配置形成断块圈闭。油藏类型以断块油藏为主,油藏规模小,孤立分布,主要为侏罗系浅层油藏,分布在大断层附近,如马家滩、摆宴井、李庄子等侏罗系构造油藏。近年来，不同区带已发现的油藏分布层位统计结果表明,西缘冲断带的油层分布层位较为分散,延长组各油层组及侏罗系均有分布,主要与断层分布以及与相应的圈闭匹配有关。西缘冲断带油藏类型以F19井侏罗系油藏为代表(见图5a),该油藏夹持于两条大断层之间,呈近南北向展布,规模较小;油层位于有利的构造高部位,较相邻井同一层位高近四百米。下伏长7烃源岩生成的原油,通过西缘断裂带的大断层垂向输导,并最终在有利的构造圈闭形成断块油藏。

2)过渡带:位于西缘冲断带与天环拗陷带的结合部位,构造变形相对变缓,以发育低幅度构造及低级序断层为主,低幅度构造与低级序断层可形成良好的配置关系。该区油藏类型主要为构造-岩性油藏,油藏规模较大,局部可形成连片。此类油藏的油水关系复杂,主要受低级序断层封闭性以及后期断层调整改造的影响,断层两盘相邻井的油水分布及流体性质存在差异。此类油藏分布具有一定的方向性,主要与低幅度构造圈闭的定向排列有关,基本呈近东西向展布;油层分布层位较多,以延长组长6，长9及侏罗系为主。过渡带油藏类型以Y231井长91油藏为代表(见图5b),该油藏位于低级序断层的上升盘,原油通过开启的低级序断层运移至低幅度构造圈闭,在相对高渗储集区聚集成藏,形成构造-岩性油藏。

3)天环拗陷带:低级序断层少量发育。油藏类型以岩性油藏为主,油藏规模大,大面积分布,特别是马坊、红井子一带,油藏连片发育;油层主要位于延长组中下组合及侏罗系。该区油藏以C76井长81油藏为代表(见图5c),受围岩封堵,原油在相对高渗储集区聚集成藏。

图5 盐池地区不同区带中生界油藏剖面图Fig.5 The profiles of Mesozoic reservoir in different zone in Yanchi aera

总之,研究区自西向东,从西缘冲断带到天环拗陷带,受构造分区及断层级次影响,油藏类型从断块油藏、构造-岩性油藏到岩性油藏;油层分布层位从分散分布到相对集中分布;油藏规模从零散孤立分布到大面积连片发育。

3 成藏主控因素

研究区位于延长组长7优质烃源岩发育区,烃源岩厚度大,最厚可达40 m。烃源岩TOC为0.83%～12.28%,平均3.68%,有机质丰度高,且已进入成熟阶段,油源条件好。该区构造条件复杂,断层发育,断层能否有效沟通烃源岩、是否发育有利圈闭、油藏能否保存等条件决定了中生界油藏的形成与分布。因此，中生界油藏主要受断层级次、断层封闭性、低幅度构造圈闭以及相对高渗储集区等多种因素影响。前人研究成果表明,研究区中生界储层发育两期烃类包裹体,早期为低熟烃类产物,晚期包裹体在岩相学特征及包裹体均一温度等方面均代表了成熟烃类的大量充注,油藏成藏期为早白垩世末期[7]。研究区低级序断层形成期次为两期,I期断层为早白垩世末之前形成的切穿延长组至下白垩统地层的逆断层,II期断层为古新世以来形成的切穿中新生界地层的逆断层及后期反转形成的正断层。I期断层形成于原油大规模运聚之前,沟通了长7优质烃源岩与中生界储层,为油藏形成提供了良好的运移通道,而断层的封闭性与否决定了油藏的形成及流体性质差异。II期断层为成藏期之后形成,可能使古油藏遭受破坏。

3.1 具备I期低级序断层沟通油源是基础

该区中生界下三叠统延长组、侏罗系主要为湖泊—三角洲沉积,各油层组的岩性组合以砂泥岩薄互层为主,砂岩、泥岩单层厚度薄,泥质含量相对较高。低级序断层在错断砂泥岩薄互层的过程中势必会在断面处形成泥岩涂抹,经成岩作用后形成断层岩,断层岩与对置储层的排替压差决定了断层对流体起输导或封堵作用。断层封闭性的关键在于断层岩与对置储层的排替压差,当断层岩排替压力大于对置储层的排替压力时,断层封闭,对流体起封堵作用,两者的排替压差越大,断层封闭能力越强。否则,断层开启,对流体起输导作用[8-13]。根据低级序断层附近钻井揭示的岩性组合情况,从泥质含量、断层面正压力的角度,运用断-储排替压差法分析研究区断层的封闭性。

F2，F21井附近发育两条低级序断层(以下简称F2，F21断层),断层倾向南西,倾角36°～42°,呈铲式分布;断层断距小,分别为30，15 m,延伸长度2～6 km,均切至侏罗系地层(见图1,6)。F2，F21断层长91段的断-储排替压差法计算结果表明,F2断层岩的排替压力为1.2～1.8 MPa,对置储层的排替压力为1.0～1.5 MPa,断层岩排替压力均大于储层排替压力,断层封闭,且封闭能力较强,理论可封闭的油柱高度达322 m;F21断层岩的排替压力为0.5～0.6 MPa,对置储层的排替压力为1.2～1.3 MPa,断层岩排替压力均小于储层排替压力,断层开启,对流体起输导作用(见图7)。勘探实践也证实了F2断层为封闭断层,F21断层为开启断层。围绕F2井长9油藏扩边,分别在断层两翼部署了相关井位,钻探效果却大不相同。F2断层西翼G20-45，G19-44井试油效果良好,F2井油藏面积进一步落实并扩大,随后部署的F21井还获得了日产百吨的高产油流;而F2断层东翼G20-47等井试油均出水,且未见含油显示,储层电阻率均低于西翼。另外,F2断层两翼的流体性质也不相同。F2断层西翼的Y279，F2，F201井,以及相邻的F21断层西翼的F202，Y216井的地层水水型为CaCl2，MgCl2型,矿化度8.29～23.19 g/l,氯根4 250～9 401 mg/l,钠氯系数0.51～0.63,显示地层水封闭性较好;F2断层东翼的F203井矿化度高达44.09 g/l,氯根26 543 mg/l,钠氯系数为0.39,尽管都为CaCl2型地层水,但其封闭性明显优于断层西翼的相邻井。地层水性质及特征参数也佐证了F21断层为开启断层,沟通了该断层两翼地层流体的流动,流体通过叠置砂体侧向运移,受F2断层侧向封堵影响,其东西两翼地层流体流动受阻,地层水性质不同。通过对研究区低级序断层封闭性的定量评价认为，该区低级序断层以开启为主,少数为封闭断层,开启断层有效沟通了烃源岩与储层,断层附近的低幅度构造、相对高渗储集区以及封闭断层含油显示较好一侧的有利圈闭均为有利的勘探目标。

图6 古峰庄地区延长组长91砂体、构造、渗透率叠合图Fig.6 The contour congruent map of sandbody, structure and permeability of Chang 91 of Yanchang formation in the Gufengzhuang area

图7 古峰庄地区F40-F203延长组长91油藏剖面图Fig.7 The reservoir profile of Chang 91 of Yanchang formation crossed F40well to F203well in the Gufengzhuang area

3.2 发育低幅度构造及相对高渗储集区是核心

井震结合精细构造刻画结果表明,研究区过渡带、天环拗陷带低幅度构造发育,圈闭类型以低幅度鼻隆、断背斜及背斜为主；此类低幅度构造圈闭面积5～20 km2,构造幅度基本都低于15 m,一般分布在低级序断层附近,与油源断层形成良好的配置关系。不同反射层的低幅度构造纵向上表现出叠合或部分重合的特征,显示了构造圈闭形成于统一的构造背景,圈闭的发育具有一定的继承性。低幅度构造平面上靠近油源断裂,纵向上多个层位的构造圈闭叠合,此类组合有利于圈闭成藏(F2，F21井发育多层系复合油藏就是例证)。另外,研究区储层非均质性强,尤其是延长组储层,尽管储层物性整体较差,渗透率一般低于5×10-3μm2,但局部发育相对高渗储集区,渗透率可达(10～30)×10-3μm2,甚至更高，这主要与其岩石组分、组构、成岩作用有关[14]。低渗透背景下的相对高渗储集区为甜点发育区,可形成大面积连续分布油藏,主要分布在天环拗陷带(见图5c)。研究区过渡带古峰庄地区低级序断层与低幅度构造发育,两者的有效配置形成了低幅度鼻隆、断背斜圈闭。该区局部发育相对高渗储集区,渗透率普遍高于10×10-3μm2,主要位于主河道上,其分布与河道走向基本一致。原油通过开启的断层在低幅度鼻隆、断背斜圈闭以及相对高渗储集区聚集,受围岩遮挡及封闭断层封堵,形成构造-岩性油藏(如Y231，Y34及F2等长91油藏)；油藏类型及分布主要受低幅度构造、相对高渗储集区的控制(见图6)。

3.3 油藏是否遭受II期断层作用调整改造是关键

研究区部分井钻井揭示的含油显示较好,岩心录井显示油斑及以上含油级别,地化录井、核磁共振均显示含油,储层厚度较大,物性较好,但无论是应用酸化压裂还是射孔求初产的储层改造工艺,试油均出水,少数为油花,水量较大。地层水水型为Na2SO4型,矿化度相对较低,一般低于10 mg/l,氯根含量低,硫酸根含量较高,地层水特征参数钠氯系数、脱硫系数显示地层水较活跃。此类含油显示好,但试油出水井附近都发育II期断层。因此可知，II期断层对古油藏起到了破坏作用。

储层油气包裹体丰度参数(GOI)反映了储层的含油饱和度,可用于古油层、油水界面及油气充注史等分析。通常认为，油层、运移通道及水层的GOI分别为大于5%，1%～5%及小于1%[15]。研究区中生界试油出水层GOI范围为6.7%～10.1%,表明其发生过原油充注并形成古油藏。此类储层包裹体盐度较低,主要为1%～5%,包裹体盐度并未随深度的增加而增加,低盐度包裹体特征也显示油藏遭受了破坏。前人研究成果表明,该区早期包裹体显示地层水以富含氯离子的盐水体系为主,受构造作用影响,晚期包裹体中主要盐水离子明显低于早期,晚期油藏遭受调整破坏[5-6]。储层定量颗粒荧光(QGF)、储层表面吸附烃定量荧光(QGF-E)特征参数常用于古油层、现今油层或残余油层的判识[16-17]。研究区西缘冲断带Y177井长91段不同深度储层的QGF指数范围为7.6～19.1,平均值为13.1,荧光响应整体较强;QGF光谱λmax范围400～410 nm,Δλ范围为45～130 nm,具有典型轻质油特征(见表1)。油层的QGF指数一般大于4,水层小于4,该段QGF荧光响应较强,QGF指数普遍大于4,表明长91段储层曾发生过轻质油成藏。随深度增加,其充注程度减弱,QGF指数、强度等参数均呈减小趋势(见图8，表1)。前人研究成果表明,QGF-E越大,含油饱和度越高,油层的QGF-E强度基本在20 pc以上,水层的小于20 pc[16]。对于鄂尔多斯盆地延长组低渗透油藏而言,油层的QGF-E值基本在150 pc以上[17],甚至更高[18];λmax值高低与其成分与密度有关。该段QGF-E范围为3.8～164.3 pc,平均值为42.5 pc,显示出水层特征;QGF-E光谱分布在300～600 nm,主要呈不对称单峰,峰值基本位于375～475 nm,2 265.3～2 267.5 m段的QGF-E光谱强度低且平缓,分布较宽;λmax值分布在370 nm左右,与四环芳烃和极性化合物在溶剂中的荧光光谱相似。QGF指数与QGF-E强度的高-低配置,显示了该段含油包裹体较多,早期原油充注形成了古油藏或古油层,但后期调整改造,孔隙中残留的原油较少,形成了现今的水层。结合断层附近储层的GOI，QGF，QGF-E等参数，地层水特征以及前人研究成果认为，II期断层的发育造成了研究区古油藏的调整破坏。另外,喜山期构造运动导致研究区盆地不均匀抬升并遭受剥蚀,也可能造成油藏的调整。

通过对研究区断层形成时期与中生界油藏成藏时期的匹配分析,结合油藏成藏主控因素研究,建立了该区中生界油藏的构造控藏模式(见图9)。晚侏罗世末期,I期低级序断层开始形成,此时盆地烃源岩开始生排烃，形成早期原油充注,早期原油的充注使输导层岩石倾向于亲油，在烃源岩临近的有利区形成早期油藏;至早白垩世末期,长7优质烃源岩进入生排烃高峰,受异常高压驱动的原油通过开启的断层、亲油的叠置砂体垂向输导,侧向运移,在西缘冲断带的断块圈闭形成断块油藏,过渡带受围岩遮挡、封闭断层封堵,在低幅度鼻隆、断背斜、背斜圈闭等构造圈闭以及相对高渗储集区形成构造-岩性油藏,在天环拗陷主要受围岩遮挡形成岩性油藏;古新世受喜山运动作用影响发育的II期断层造成了部分古油藏的调整破坏。针对研究区复杂的构造条件,应积极开展地震低幅度构造刻画及低级序断层识别,分析断层与油藏的匹配关系。其中,西缘冲断带以寻找有利的构造圈闭为主,含油显示附近的构造高部位为有利的勘探目标;过渡带以寻找开启断层附近的低幅度鼻隆、背斜等构造圈闭及相对高渗储集区为主,同时应注意封闭断层两侧流体的差异,含油显示较好的一侧圈闭为有利目标区;天环拗陷以油藏扩边为目的,主要寻找相对高渗储集区。另外,II期断层对古油藏的影响也不可忽视。

表1 Y177井延长组长91储层定量荧光结果Tab.1 Reservoir quantitative fluorescence result of Chang 91 of Yanchang formation in the Y177 well

注:QGF、QGF-E数据来自中国石油大学(北京)地球科学系地球化学实验室

4 结 论

1)研究区构造条件复杂,低级序断层发育,主要为断距小、倾角陡、延伸短的逆断层,以北西—南东向呈雁行式分带展布。断层为两期形成,以晚侏罗世—早白垩世末期逆断层为主,少数为古新世逆断层及后期反转的正断层,断层形成时期位于油藏主要成藏期前后,对油藏的形成及保存具有重要意义。

2)该区中生界油藏特征与构造关系密切。西缘冲断带以断块油藏为主,油层分布层位分散,油藏规模较小,孤立分布;过渡带主要为构造-岩性油藏,油藏规模较大,局部可形成连片,近东西向展布;天环拗陷带以岩性油藏为主,油藏规模大,大面积分布。过渡带、天环拗陷带油层主要位于延长组中下组合及侏罗系。

图8 西缘冲断带Y177井延长组长91QGF和QGF-E图Fig.8 QGF index and QGF-E intenstiy depth profiles for Y177 well, western margin thrust belt

图9 盐池地区中生界油藏成藏模式示意图Fig.9 Accumulation pattern of Mesozoic reservoirs in Yanchi aera

3)研究区构造控藏作用明显,具备I期低级序断层沟通油源是基础,发育低幅度构造及相对高渗储集区是核心,油藏是否遭受II期断层作用调整改造是关键。早白垩世末期,原油通过开启的断层、叠置砂体输导运移,在西缘冲断带的断块圈闭形成断块油藏,过渡带受围岩遮挡、封闭断层封堵在低幅度鼻隆、背斜等构造圈闭以及相对高渗储集区形成构造-岩性油藏,天环拗陷带主要受围岩遮挡形成岩性油藏;古新世受喜山运动影响发育的II期断层造成了部分古油藏调整破坏。针对研究区复杂的构造条件,应重点刻画低幅度构造、低级序断层以及相对高渗储集区,明确构造与油藏的关系,分区带寻找有利勘探目标。