开鲁盆地陆东凹陷碎屑岩成藏规律

2022-11-22张瑞雪

特种油气藏 2022年5期

张瑞雪

(中国石油辽河油田分公司，辽宁盘锦 124010)

0 引言

碎屑岩储层是全球油气田的主要储层类型之一，中国大庆、胜利、大港、克拉玛依等油田主要储层均属于此类，碎屑岩油藏已成为油气增储上产的重要支撑[1]。开鲁盆地陆东凹陷自1983年勘探至今，在交力格、后河、库伦塔拉等区带均有突破，在已发现的探明石油地质储量中，碎屑岩油藏占97.6%，但均体现为“零敲碎打”，规模较小。

前人对该地区的认识也比较单一，仅刘明洁等[2]、荐鹏等[3]对该地区的层序地层格架提出了不同的划分方案，二者分别根据经典体系域划分模式及传统沉积旋回来划分地层，为后期细分层系研究提供了依据；王延山等[4]从烃源岩发育情况对陆东凹陷致密油形成条件及资源潜力区进行了探讨，预测了致密碎屑岩储层分布范围；郭鹏超[5]从微观角度对九佛堂组火山岩屑砂岩储层影响因素进行了分析，认为沉积相控制了储油岩层的形成和分布。前人研究均没有系统总结陆东凹陷碎屑岩的成藏规律及控制因素，因此，有必要对其进行整体研究，整体评价，研究其与构造、沉积等配置关系，总结客观地质规律，以发现落实“规模储量”为目标，打开陆东凹陷的勘探局面，并推动外围其他凹陷的勘探进程，扩大勘探领域和规模。该文在精细构造解释的基础上，对陆东凹陷成藏规律进行系统研究，寻找油气成藏主控因素，总结碎屑岩成藏规律，建立油气成藏模式，为后期勘探部署及外围其他同类型油藏勘探评价提供有效借鉴。

1 区域研究背景

陆东凹陷位于内蒙古自治区通辽市和赤峰市境内，面积为1 740 km2，是开鲁盆地的一个次级负向构造单元[6]。侏罗系上统沉积时为双断式地堑凹陷，凹陷中部西侧为清河断裂，东侧为希伯花断裂，南侧为塔拉干断裂，受东西向穿过盆地腹地的西拉木伦河断裂及北东向断裂的红山八里罕断裂作用与影响，形成“两洼夹一隆”的构造格局。区内发育交力格、三十方地两大生油洼陷，主要烃源岩层以沙海组和九佛堂组为主，最大厚度可达700 m，分布广，成熟度高，为油气成藏提供了充足的资源保障。研究区发育4套储集层，即下白垩统义县组、九佛堂组、沙海组和阜新组[7](图1)。

2 构造-沉积演化特征

2.1 构造演化特征

陆东凹陷义县组沉积时期为盆地的初始张裂阶段，以堆积大量火山岩为特征，九佛堂组沉积时期为强烈深陷阶段，构造运动转换沿断裂面滑动的垂直运动为主[8-9]，盆地急剧下沉，在有断裂的一侧，呈现为水深坡陡的古地貌条件，使碎屑物质直接进入湖盆中，沉积速率较快，湖盆的另一侧，由于没有边界断层的控制，古地貌为低缓的斜坡，碎屑物质主要由河流或多条山区辫状河流携带入湖，沉积速率较慢，逐渐形成单断箕状凹陷。

图1 陆东凹陷构造位置及地层综合柱状图Fig.1 The comprehensive histogram of structural location and stratigraphy of Ludong Sag

受区域应力和多期火山活动的影响，陆东凹陷经历了2次相对较大的构造运动，第1次发生于九佛堂组末期，受EW向挤压作用影响，形成一系列的褶皱，如陆东凹陷东侧交南、前河、后河和新发一带；第2次发生于阜新组末期，构造运动较为剧烈，整体抬升并遭受剥蚀，尤其在缓坡带，剥蚀更为严重，剥蚀量最大达到1 000 m。2次构造运动使得洼陷内局部分地区地层发生反转，同时产生大量的断层，很好地起到油气运移通道的作用。随着边界断裂的持续活动，陡坡带一侧可容空间快速增大，致使凹陷沉积、沉降中心均偏向陡坡带一侧发育。

2.2 沉积演化特征

盆地的沉积体系空间展布特征主要受物源供给和构造格局的影响，陆东凹陷具有多个物源输入方向，早白垩世，陆东地区东南断西北超、东南陡西北缓的构造格局影响凹陷的整个沉积体系的分布。陡坡带受边界断层长期活动控制，沉降幅度大，沉积岩巨厚，多发育近岸水下扇、扇三角洲及湖泊沉积体系；西北为缓坡，地层向南或东南倾没，沉积岩以砂泥岩薄互层为主，多发育大型河控三角洲。九佛堂组时期主要发育两大沉积体系：K1jf23为近岸堆积-半深湖体系，K1jf22—K1jf14时期发育扇三角洲-滨浅湖沉积体系，K1jf11—K1jf13发育近岸堆积-深湖沉积体系(图2)。由于东南部的边界断裂在不同构造演化阶段的活动特征对沉积体系继承性和差异性特征起到了控制作用，沉积发育总体上具近物源、多相带、窄相带和储集砂体类型多样的特点，表现为以近距离搬运、快速沉积的特征[10]。

3 储层演化特征

3.1 储层特征

陆东凹陷碎屑岩母源为前中生界中酸性火山喷出岩，岩屑、长石等不稳定组分含量高，储层岩性以砂砾岩、细砂岩为主；碎屑组分多为火山岩塑性颗粒，以线-点接触为主，压实作用较强[11]；分选为差—中等；磨圆为次棱—次圆[12]；岩石成分成熟度和结构成熟度较低[8]。特殊的物质组成导致储层遭受后期压实、溶蚀、碳酸盐胶结等作用改造更为明显，尤其蚀变作用使储层大量黏土化，全岩黏土平均含量为12%以上，导致储层强水敏，影响后期储层渗流能力。

图2 陆东凹陷九佛堂组沉积演化剖面Fig.2 The sedimentary evolution profile of Jiufotang Formation in Ludong Sag

陆东凹陷71块样品微观镜下观察结果表明，研究区常见孔隙类型为颗粒间、颗粒内溶孔、残余粒间孔，其中以颗粒溶蚀孔及胶结作用影响下的残余粒间孔为主，整体表现出溶蚀严重及胶结程度深的特征。通过储层CT扫描技术分析发现(表1)，凹陷内碎屑岩储层以低连通-特小孔-细喉、较细喉为主，部分为中连通-特小孔-较细喉型。孔隙度为8.60%～18.82%，平均孔隙半径为4.57～9.56 μm，平均喉道半径为3.02～8.33 μm，且普遍发育粒内微孔隙，储层整体渗流性能不佳。

表1 陆东凹陷火山岩屑砂岩CT孔隙定量表征(分辨率大于2.5 μm )Table 1 The quantitative characterization of volcanic detrital sandstone CT pores in Ludong Sag (resolution of greater than 2.5 μm)

通过孔-渗条件统计分析可知，储层孔隙度为5.20%～27.80%，平均为13.77%，渗透率为0.011～135.000 mD，平均为0.300 mD，属于中低孔、低—特低渗储层[13]。

3.2 孔隙演化特征

研究区中性岩屑平均含量在45%以上，塑(变)性强，成岩作用以成岩压实及次生蚀变为主。早成岩阶段，压实作用起主导作用，孔隙度大大下降；在早成岩末期—晚成岩阶段，有机酸进入储层，将不稳定组分溶蚀，溶解出来的钙以及中性岩屑(铁镁含量高)蚀变形成的铁、镁与碳酸根结合，形成白云石、菱铁矿等碳酸盐矿物，以胶结物的形式充填于孔隙中，堵塞孔隙和喉道，使储层渗透性急剧降低；成岩后期，易于溶蚀组分在有机酸作用下形成大量次生溶孔，孔隙度得到一定程度的改善，然而，由于溶蚀作用多发生于颗粒自身，导致孔隙连通性较差，因此具有孔隙度相对较高，渗透率极低的现象。

此外，在油气聚集过程中也会对火山岩岩屑改造，产生大量碳酸盐岩交代，碳酸盐岩的形成使储层渗透率下降。

4 油气富集规律

4.1 近源成藏

研究区纵向主要发育九佛堂组下段、九佛堂组上段及沙海组3套烃源岩组合。通过对研究区沉积物中二价硫含量变化的分析，对水体深度变化特征进行研究。九佛堂组下段沉积时期，湖盆处于初始张裂期，湖盆面积局限、水体较浅且伴随火山活动，烃源岩以夹杂火山碎屑的泥岩为主，烃源岩品质相对较差，演化到九佛堂组上段沉积期，湖盆面积扩大，水体加深，火山活动较弱，凹陷沉积了一套厚度较大、沉积面广的油页岩层，具有较强的生油供烃能力，到沙海组沉积期，湖盆开始充填萎缩，水体变浅，暗色泥岩砂质碎屑含量高，晚期的构造抬升又使烃源岩热演化中断，大部分地区沙海组未达到生油门限。

据统计，九佛堂组烃源岩最大厚度可达450 m，有机碳含量平均为3.45%，氯仿沥青“A”为0.360%，总烃平均含量为2 036.3×10-6，生烃潜量为14.97 kg/t，干酪根类型多处于Ⅰ—Ⅱ2，有机质演化处于成熟阶段，属于好生油岩(表2)，优质烃源岩为油气成藏提供了资源保证。

利用激光共聚焦显微镜等大型仪器进行孔隙及油气赋存状态分析可知，后河砂岩类型为火山岩屑砂岩，部分油在岩屑微孔富集，常规砂岩油主要分布于粒间孔，但该油藏粒间孔隙不发育，喉道细小，孔隙连通性差，整体渗流性能不佳，使得油气成藏过程难以突破较高的毛管阻力形成长距离运移而就近成藏。

4.2 构造及有利相带控藏

陆东凹陷已探明的油藏大多位于陡坡带，均具备良好构造背景条件，构造控藏作用明显。其次，陡坡带为短轴物源，近岸快速堆积，扇根、扇中、发育砾岩、中-粗粒细砂岩，分选磨圆差，储层物性较差，扇前缘相带以细砂、粉砂为主，横向稳定，纵向间互，物性好。通过应用波阻抗反演、地质统计学反演与多属性分析综合预测技术，刻画出优质储层大多位于扇体的前端，且已钻井揭示钻遇扇三角洲前缘相带相对有利，该相带次生溶蚀发育，储层物性相对较好，油气相对富集(图3)。

表2 陆东凹陷烃源岩综合评价Table 2 Comprehensive evaluation of hydrocarbon source rocks in the Ludong Sag

图3 陆东凹陷九佛堂组沉积相平面图Fig.3 The sedimentary facies plan of Jiufotang Formation in Ludong Sag

4.3 油气富集规律

陆东凹陷具有“相带控储、物性控藏”的特点，连片分布的扇三角洲前缘砂体与烃源岩共生，无论横向或纵向、宏观或微观上来看，油气均表现为围绕主力烃源岩灶短距离运移成藏特征。油藏主要分布在九佛堂组，受陆相陡坡扇体沉积不稳定以及水道频繁变迁的影响，油藏油层厚度薄，单砂体厚度为0.2～3.8 m，储层非均质性强，有效储层发育控制油气的富集。由于陆东凹陷构造狭长，陡坡扇体可一直延伸到到湖盆中心。纵向上多套砂岩层系叠覆沉积，受物源、古地貌影响，各层系储层展布范围、厚度、物性均有差异，主要集中在九佛堂组上段Ⅳ、Ⅴ油层组及九佛堂组下段Ⅱ油层组(图4)。平面上，南多北少，呈带状分布，在扇体主体部位有利相带，可形成构造-岩性油藏，而在湖盆中心扇体前缘远端，则可形成大规模源储一体、准连续分布的致密岩性油藏。