肃宁油田沙一段—东三段沉积特征与成藏模式

2022-04-27柳灵艳翟羽佳

能源与环保 2022年4期

柳灵艳，翟羽佳

(华北石油管理局有限公司储气库管理处，河北廊坊 065000)

肃宁油田位于河北省河间市境内，西接蠡县斜坡，东接河间大断层，构造位置处于饶阳凹陷中南部肃宁—大王庄构造带东部[1]，面积约37 km2，区域上所处的主要构造单元为肃宁洼槽。烃源岩为沙一下亚段和沙三段的泥页岩[2]，上覆下第三系东三段与沙一段上亚段油层从下至上为一套正常三角洲前缘到浅水三角洲前缘沉积形成的细砂岩—粉砂岩储集层。目前已发现了多个出油点，纵向上油层井段长、油气分布分散，探明石油地质储量约248×104t，有些井单井日产可高达5.5 t，具有一定的滚动勘探开发潜力。经过30余年的滚动勘探开发，全区共有23口开发井，大多数井都早已关井，目前只有一口井还在开采，整体开发程度较低。油藏面临以下难题：断层复杂，构造特征认识不清；缺乏高精度层序地层格架的认识；沉积相演化规律不清等，这些因素导致对该油田的成藏主控因素及成藏模式认识不够，严重制约了肃宁地区的开发。郑荣华[3]认为，研究区沙一段发育湖泊—浅水曲流河三角洲体系，东三段为曲流河沉积。曾洪流等[4]应用地震沉积学方法开展了隐性前积浅水曲流河三角洲高分辨率沉积相研究和储集层预测，认为其反射结构从显性前积(如叠瓦状前积)反射变为隐性前积和亚平行反射。朱茂等[5]认为，研究区主要发育浅水曲流河三角洲，湖盆面积小，水体浅、能量弱，湖岸线迁移频繁。前人多侧重于研究沉积模式和分布范围，笔者认为有必要在沉积模式细化的基础上，将其和成藏模式匹配起来，指导研究区的油气开发。

1 层序演化特征

受到华北地区区域拉张应力的影响，肃宁油田是一正断层十分发育的断块油藏[6]。虽然油田面积只有37 km2，但是发育了多条断距大于200 m以上的断层。这些大断层是同沉积断层，其活动速率控制了研究区储集地层的古地形[7]。井震结合综合研究显示，研究区地层纵向发育若干个三级层序，自下而上的演化规律为：沙三段沉积早期，进入了扩张深陷的稳定沉积阶段，并在温暖湿润的气候条件下，广泛接受了较深湖亚相、滨浅湖亚相碎屑岩和泥岩、油页岩沉积[8]。进入沙三晚期，凹陷开始逐渐抬升(厚度350～600 m)；到沙二段沉积时期，区域抬升更加剧烈，断陷扩张构造作用明显减弱，加之此时期半干旱炎热的气候条件，断陷扩张期湖水快速收缩，构造带内接受了辫状河三角洲平原—滨浅湖相沉积[9](厚度100～250 m)。沙二段沉积末期至沙一段沉积早中期，构造带主要受断坳作用为主、开始又一次下沉，接受了滨浅湖相碎屑岩、碳酸盐岩以及泥页岩沉积(厚度150～200 m)。沙一段沉积晚期，构造带再次抬升，接受三角洲平原—前缘亚相沉积[10]；到东三段沉积时期，构造带地形平缓，湖水进一步变浅，除东北部极小的低洼地区接受范围局限的滨湖相沉积外，主要接受广阔的浅水三角洲相沉积(厚度600～800 m)。因此肃宁油田纵向层序演化过程：从沙三段到东一段，整体为一个水进(沙三—沙一下)—水退(沙一上—东三)—水进(东二)—水退(东一)的过程[11]。在层序特征演化规律的影响下，肃宁油田的成藏组合特征如下，生油岩是沙三段泥页岩和沙一下亚段油页岩，储集层是东三段和沙一上亚段的砂岩及粉砂岩，薄储层，物性为中—低孔低渗储层。

2 沉积特征

肃宁油田东三段—沙一上亚段的沉积相认识一直存在较多的争议[3-4，12-13]，通过本文的研究确定东三段沉积相是浅水三角洲前缘沉积，沙一上亚段是湖泊—正常三角洲前缘沉积。储层段(东三段—沙一上亚段及其邻近地层)沉积环境变化规律为，沙一下亚段沉积时水体又逐渐加深，形成滨浅湖—半深湖沉积；沙一上亚段时水体变浅，变为滨浅湖—三角洲沉积；沙一上亚段上半部分到东三段水体持续下降，沉积相从三角洲前缘过渡到浅水三角洲前缘；东二段时期，大规模湖侵作用再次发生，沉积了一套整个区域都可以找到的含螺泥岩段。

2.1 录井依据

该区岩心数据和录井数据可以很好地佐证沉积相类型的判断。泥岩颜色的氧化色与还原色比例常常可以指示沉积环境的类型，东三段录井岩性以紫红色泥岩为主[14]，而沙一段则是以灰色—灰绿色泥岩为主(图1)。

2.2 岩心依据

宁60井东三段在Ⅳ油组3 344.0～3 345.6 m的测井曲线显示为一套反韵律沉积。其成分以石英为主、长石次之、富含暗色矿物、粉—细粒结构[15]，泥钙质胶结，较致密，分选均匀，磨圆次棱角状的浅灰色含钙细砂岩。粒度概率曲线显示为以跳跃总体为主包含滚动—跳跃—悬浮总体的三段式特征。可以判定是远离物源，高沉积能量环境下的产物，也即浅水三角洲前缘河口坝沉积。该段东三段Ⅳ油组获取的岩心长度7.71 m，具有浅灰色含钙细砂岩，浅灰色含钙粉砂岩、绿灰色泥岩、紫红色粉砂质泥岩、绿灰色泥质粉砂岩和紫红色泥岩等。其中粉砂岩与细砂岩的磨圆大都为次棱角状，含钙较强，暗色矿物较少。岩石沉积构造多为波状层理和块状层理，局部还可以观察到由于沉积间断造成的沿层理的裂缝，这些依据足以判定东三段的整体沉积环境处于间歇暴露出沉积水体的交替环境，是浅水三角洲前缘的沉积[16]。宁60井东三段粒度概率曲线与岩心照片如图2所示。

图1 肃宁油田东三段与沙一上亚段录井岩性对比Fig.1 Logging lithology comparison histogram of Es1s and Ed3 formation of Suning oilfield

图2 宁60井东三段粒度概率曲线与岩心照片Fig.2 Core photos and particle size probability curves of Ed3 formation of Ning 60 well

宁303井在沙一上亚段顶部的取心段从测井曲线上看是一段反韵律沉积，岩石成分以石英为主、次为长石，少见暗色矿物，细粒结构，分选好，磨圆程度为圆状，泥质胶结，疏松的油浸细砂岩。粒度概率曲线为四段式，其中跳跃总体是由两段式构成(图3)，说明该沉积环境存在双向水流的作用，根据这些相标志可以判定是沉积水体较深的正常三角洲的河口坝沉积。

图3 宁303井沙一上亚段粒度概率曲线Fig.3 Probability curve of Es1 formation of Well Ning 303

C-M图也可以证明东三段与沙一上亚段的沉积环境的差异。宁40井东三段和宁303井沙一上亚段的C-M图如图4所示。

图4 东三段与沙一上亚段C-M图Fig.4 C-M diagrams of Ed3 and Es1

宁40井东三段取心段QR和RS较发育，参考大陆牵引流沉积C-M图各特征段发育的情况参考表对应是辫状河、三角洲或者是网状河沉积，结合录井资料和岩心观察资料显示，该区域是远离物源、泥包砂的沉积环境，因此该断为浅水三角洲沉积环境的C-M图。

宁303的QR段和重力流段较发育。重力流是沉积作用进行很快、粗颗粒沉积后随即被埋藏的高密度流，组分中缺乏滚动颗粒。该段C-M图特点是与牵引流的QR段相似，形成C=M基线平行的图像。因此，判断该断是三角洲—滨浅湖沉积。在沙一段沉积时期，同沉积断层活动增强，早期沉积尚未固结成岩的三角洲沉积很可能由于地形的变化，在重力影响下局部形成规模较小的重力流沉积。

沙一上段三油组以湖相沉积为主[17]。宁66井沙一上段Ⅲ油组取心段3 500.92～3 508.35，取心段长7.42 m，岩性以灰色—浅灰色细砂岩和深灰色泥岩为主，无氧化色泥岩(图5)。在取心段中部的浅灰色细砂岩中发育的搅混构造，是典型的湖泊相的相标志[18-19]。

图5 沙一上段Ⅲ油组滩坝相岩心Fig.5 Beach-bar facies cores of formation

2.3 相模式

综合以上信息，建立了研究区的沉积相模式，早期研究区位于滨浅湖亚相内，砂滩微呈连续板状分布，砂坝呈土豆状镶嵌在砂滩内，储层连续性很好，偶尔也见泥滩，构成滨浅湖滩坝储层内部的隔夹层，为湖泊相沉积模式(图6(a))。中期为沉积水体较东三段有所加深，三角洲朵叶体外观明显，水下分流河道延伸远，交错不频繁，发育河口坝，为正常三角洲模式(图6(b))。后期物源从高阳地凸起而来，流经蠡县斜坡，进入东部的河间洼槽形成浅水三角洲。沉积特征为浅水分流河道宽度较窄，河口坝不发育，浅水分流河道交织分布(图6(c))。

3 成藏条件

肃宁油田的成藏模式是下生上储的构造—岩性油藏，不具备统一油水界面。油田油气成藏的优越条件为3个，分别为充足的油源条件、良好的疏导体系、优越的保存条件。

(1)充足的油源条件。肃宁洼槽地层发育齐全，是一个有利于形成烃源岩的地区。肃宁油田主力烃源岩为沙三段上亚段和沙一段下亚段泥页岩。沙三段上亚段烃源岩发育于湖侵体系域，平均厚度约为 35 m，总有机碳含量的平均值为 1.18%，生烃潜量的平均值为 2.19 mg/g，干酪根类型以Ⅲ型为主。沙一段下亚段烃源岩亦发育于湖侵体系域，平均厚度约为 120 m，总有机碳含量的平均值为 2.61%，生烃潜量的平均值为 7.00 mg/g，干酪根类型以Ⅱ1型为主[20]。

(2)良好的疏导体系。研究区的输导体系包括了断层输导和砂体输导两个系统。研究区发育多条沟通了沙一下段、沙三段的下部烃源岩的断层[21]，并且贯穿了整个东三段，都是良好的油气垂向运移通道[22]。以上烃源岩排出的烃类经初次运移后，沿砂体向构造的高部位运移，砂体为油气的侧向运移提供了输导通道。

(3)优越的保存条件。研究区的油藏保存条件主要分为岩性封闭和断层封堵。岩性封闭方面，东营组为浅水三角洲前缘沉积，水下分流河道砂体横向变化较大，与分流间湾泥岩侧向接触，储集砂体呈薄层条带状；沙一上亚段的三角洲前缘横向连续性也较差，但是沿分流河道主流线连续性稍微强于浅水三角洲前缘水下分流河道储层，储集砂体呈薄层条带状。滨浅湖沉积的砂体横向岩性连续性好，但是纵向常发育泥质夹层也影响了储层的品质。因此，肃宁油田的岩性封闭能力排序分别是，浅水三角洲前缘强于正常三角洲，滨浅湖岩性封闭能力最差。

肃宁油田地层的泥岩含量高，因此断层内部的泥质含量也会很高，可为储层形成良好的侧向封堵。根据邻区的断层封闭性研究成果[23]，肃宁地区成藏期时断层表现为开启性，后期多数断层表现为封闭性。以宁303井东三段大断层为例，垂直断距180 m，东三段平均泥质含量79%，沙一上段平均泥质含量80%，计算可得泥质涂抹因子SSF=0.3，SGR=100%，因此判定该断层是泥质胶结，封闭性很好的断层。