松辽盆地北部中浅层全油气系统特征与油气成藏聚集模式.pdf
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1、基于松辽盆地油气勘探实践,结合地震、测井、地球化学等勘探开发新资料,对松辽盆地北部中浅层全油气系统基本地质条件、油气类型、油气分布特征、成藏聚集动力、源储关系及成藏聚集模式开展系统研究。研究表明:松辽盆地北部中浅层具备全油气系统形成条件,油气资源充足、储集层类型多样、输导体系发育,形成以白垩系青山口组烃源岩为中心的全油气系统。全油气系统内不同类型油气资源在沉积体系、岩性组合及物性变化等方面存在关联作用,并在一定程度上造就了松辽盆地北部中浅层常规油藏-致密油-页岩油有序共生的空间分布特征。纵向上,源上常规油、源内页岩油/致密油、源下致密油有序共生;平面上,自盆地边缘向凹陷中心有序发育常规油-致密
2、油-夹层型页岩油-页岩型页岩油。构建松辽盆地北部中浅层全油气系统源上常规油浮力充注成藏、源内页岩油滞留聚集、源下致密油源储压差充注聚集 3 类成藏聚集模式。提出的松辽盆地北部全油气系统新认识,为松辽盆地油气资源的整体勘探部署提供新思路,将有助于松辽盆地剩余油气资源高效勘探和新层系新领域快速获得油气发现。关键词:松辽盆地;超级盆地;全油气系统;常规油藏;致密油;页岩油;成藏聚集模式;有序分布;差异聚集 中图分类号:TE122 文献标识码:A Total petroleum system and hydrocarbon accumulation model in shallow and mediu
3、m strata in northern Songliao Basin,NW China ZHANG He1,WANG Xiaojun1,JIA Chengzao2,LI Junhui3,MENG Qian1,JIANG Lin4,WANG Yongzhuo3,BAI Xuefeng5,ZHENG Qiang3(1.PetroChina Daqing Oilfield Company Limited,Daqing 163458,China;2.China National Petroleum Corporation,Beijing 100724,China;3.Exploration and
4、Development Research Institute of PetroChina Daqing Oilfield Company Limited,Daqing 163712,China;4.PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration&Development,Beijing 100083,China;5.Exploration Department of PetroChina Daqing Oilfield Company Limited,Daqing 163453,China)Abstract:Based on
5、the oil and gas exploration practice in the Songliao Basin,combined with the latest exploration and development data such as seismic,well logging and geochemistry,the basic geological conditions,oil and gas types and distribution characteristics,reservoir-forming dynamics,source-reservoir relationsh
6、ip and hydrocarbon accumulation model of the total petroleum system in shallow and medium strata in the northern part of Songliao Basin are systematically studied.The shallowmedium strata in northern Songliao Basin have the conditions for the formation of total petroleum system,with sufficient oil a
7、nd gas sources,diverse reservoir types and well-developed transport system,forming a total petroleum system centered on the source rocks of the Cretaceous Qingshankou Formation.Different types of oil and gas resources in the total petroleum system are correlated with each other in terms of depositio
8、nal system,lithologic association and physical property changes,and they,to a certain extent,have created the spatial framework with orderly symbiosis of shallowmedium conventional oil reservoirs,tight oil reservoirs and shale oil reservoirs in northern Songliao Basin.Vertically,the resources are en
9、dowed as conventional oil above source,shale oil/tight oil within source,and tight oil below source.Horizontally,conventional oil,tight oil,interlayer-type shale oil,and pure shale-type shale oil are developed in an orderly way,from the margin of the basin to the center of the depression.Three hydro
10、carbon accumulation models are recognized for the total petroleum system in northern Songliao Basin,namely,buoyancy-driven charging of conventional oil above source,retention of shale oil within source,and pressure differential-driven charging of tight oil below source.684 石油勘探与开发油气勘探 Vol.50 No.4 Ke
11、y words:Songliao Basin;super basin;total petroleum system;conventional oil reservoir;tight oil;shale oil;hydrocarbon accumulation model;orderly distribution;differential accumulation 引用:张赫,王小军,贾承造,等.松辽盆地北部中浅层全油气系统特征与油气成藏聚集模式J.石油勘探与开发,2023,50(4):683-694.ZHANG He,WANG Xiaojun,JIA Chengzao,et al.Total
12、petroleum system and hydrocarbon accumulation model in shallow and medium strata in northern Songliao Basin,NW ChinaJ.Petroleum Exploration and Development,2023,50(4):683-694.0 引言 自 1859 年美国成功钻探世界第 1 口工业油井作为常规油气工业的开端1,油气成藏理论发展经历了海相生油、背斜成藏理论(19 世纪中叶20 世纪初);负向找油、动态成藏理论(20 世纪初20 世纪中叶);陆相生油、圈闭成藏理论(20 世纪
13、中叶21 世纪初);进源找油、原位成藏理论(21 世纪初现今)4 大阶段,学术界不断完善石油地质理论用以指导油气勘探工作。近两年有学者开始关注超级盆地全类型油气藏的整体评价研究,聚焦于常规油气与非常规油气的同步勘探、协同发展2。越来越多的研究表明,国内外很多大型含油气盆地存在常规-非常规油气有序共生特征,有学者提出了全油气系统(Whole Petroleum System)的概念,其内涵是含油气盆地内有效烃源岩以及与其关联的常规-非常规油气资源和其形成所必要的地质要素、演化过程等构成的自然系统3-5。当前全油气系统已经成为油气勘探开发的热点,其强调盆地内全类型油气的成藏要素、成因机制、成藏模式
14、等全方位评价6。但是对于全油气系统油气成藏特征和分布模式的研究目前尚处于探索阶段,因此开展超级盆地全油气系统研究,不仅关系到油气勘探开发重大科学理论的发展,更关系到针对不同类型油气相应勘探开发措施的制定,对指导超级盆地全类型油气的联合勘探开发意义重大。超级盆地指具有两个或者两个以上烃源岩层系、发育有多套储集层、目前已产出油气超过 6.85108 t 并存在待产出油气 6.85108 t 油当量以上的含油气盆地7。松辽盆地含油层系多、油气藏类型多、资源量丰富,是全球 25 个超级盆地之一。松辽盆地北部石油资源总量达 253.69108 t(其中常规油 76.22108 t,致密油21.85108
15、 t,纯页岩型页岩油 151.36108 t,夹层型页岩油 4.26108 t),已探明储量 71.20108 t,待探明储量 182.49108 t。松辽盆地北部具有二元结构特征,中浅层(下白垩统泉头组上白垩统明水组)以石油资源为主,深层(下白垩统火石岭组下白垩统登娄库组)以天然气资源为主,中国石油第 4 次资源评价结 果显示松辽盆地北部石油资源量大,具有巨大的勘探潜力,以石油资源为主的中浅层仍是大庆油田增储上产的重要攻关领域。但是随着松辽盆地北部中浅层油气勘探程度的不断加深,剩余资源量越来越少,勘探难度逐步提高,迫切需要转变勘探思路,创新地质勘探理论,最大限度挖掘中浅层石油资源潜力,为油田
16、可持续发展提供资源保障。因此在总结梳理前人研究成果的基础上,从超级盆地全油气系统的角度出发,深入分析松辽盆地北部中浅层油气的形成条件、分布特征以及成藏聚集模式,以期形成松辽盆地北部中浅层全油气系统内常规油藏、致密油、页岩油的整体认识,指导松辽盆地多层位立体勘探、常规-非常规油气资源协同开发,并为其他超级盆地的油气勘探开发提供参考借鉴。1 区域地质概况 松辽盆地是中国东北地区最大的具有下断上坳双重结构的中新生代陆相含油气盆地,面积为 26104 km2。盆地内包括中央坳陷区、西部斜坡区、东北隆起区、东南隆起区、北部倾没区以及西南隆起区 6 个一级构造单元(见图 1a)。松辽盆地在形成演化过程中主
17、要经历了热隆张裂、裂谷、拗陷和萎缩抬升阶段。松辽盆地的基底为古生界和前古生界变质岩、火成岩等岩系,向上依次发育断陷期地层(下白垩统火石岭组、沙河子组、营城组)、断拗转换期地层(下白垩统登娄库组)、拗陷期地层(下白垩统泉头组、上白垩统青山口组、姚家组、嫩江组、四方台组和明水组)和反转期地层(古近系、新近系)(见图 1b),沉积盖层主要由中、新生界碎屑岩系组成8-10。松辽盆地北部面积 11.95104 km2,跨中央坳陷 区、西部斜坡区、北部倾没区、东北隆起区和东南隆起区 5 个一级构造单元11。松辽盆地北部中浅层指拗陷期发育的下白垩统泉头组上白垩统明水组12。其中泉头组三段、四段,青山口组二段
18、、三段(简称青二段、青三段)以及姚家组沉积时期,水体变化频繁,形成多套河流-三角洲沉积砂体,为中浅层的主要储集层13。勘探实践表明,松辽盆地北部中浅层发育青山 2023 年 8 月 张赫 等:松辽盆地北部中浅层全油气系统特征与油气成藏聚集模式 685 图 1 松辽盆地构造分区图(a)及地层综合柱状图(b)口组和嫩江组两套主要生油层系以及黑帝庙、萨尔图、葡萄花、高台子、古龙、扶余和杨大城子 7 大含油层系。2 全油气系统形成基本条件 2.1 优质烃源岩提供充足的油气来源 松辽盆地晚白垩世发育青山口组和嫩江组 2 套烃源岩,由于嫩江组烃源岩有机质成熟度低,生油能力有限,因此中浅层油气主要来自青山口
19、组成熟烃源岩。青山口组沉积期,松辽盆地发生了第 1 次大规模湖侵事件,形成了 1 套半深湖深湖沉积的优质烃源岩。青山口组主力烃源岩为青山口组一段(简称青一段)、青二段中下部暗色泥页岩,主要成烃物质为层状藻,有机质类型以1型为主。Ro值主体为 0.7%1.3%,处于成熟高成熟阶段,生烃潜力大。其中青一段泥页岩面积 4.2104 km2,厚度为 30100 m,TOC值平均为 2.36%,HI 值平均为 750 mg/g。青二段泥页岩面积为 2.8104 km2,厚度为 60230 m14,中下部TOC 值平均为 1.8%,HI 值平均为 630 mg/g。青山口组烃源岩具有沉积厚度大、范围广、有
20、机质丰度高、有机质类型好、保存良好等特征。成熟烃源岩生成的烃类在满足自身滞留后向上运移形成黑帝庙、萨尔图、葡萄花、高台子油层,向下运移形成扶余、杨大城子等含油层系,为松辽盆地北部中浅层提供了充足的油气来源。2.2 多类型储集层提供丰富多样的储集空间 良好的储集空间是油气聚集的关键要素之一。松辽盆地北部在纵向上具有多级沉积旋回、多套沉积相带、多类型砂体相互叠置的特点。储集层岩性以砂岩为主,同时发育泥质岩类、白云质岩类等。黑帝庙、萨尔图、葡萄花油层发育常规砂岩油藏,以三角洲平原、三角洲前缘、滨浅湖相沉积砂体为主,岩性主要为细砂岩和粉砂岩。储集条件好,孔隙度主体为 11%28%,平均值为 15.6%
21、。高台子油层主要发育致密油、夹层型页岩油,局部发育常规油藏,储集体以三角洲前缘亚相沉积砂体为主,岩性为细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩以及泥岩。储集层较为致密,孔隙度主体为4.8%14.0%,平均值为9.2%15。古龙油层主要发育页岩型页岩油,以湖相深湖686 石油勘探与开发油气勘探 Vol.50 No.4 相沉积体系为主,岩性主要为页岩、泥岩、粉砂岩、介屑灰岩、白云岩等,页理缝较为发育,页岩和粉砂岩夹层是页岩油重要的储集岩16。页岩储集层致密,孔隙度主体为 3%8%,平均值为 5.1%。扶余、杨大城子油层主要发育致密油,局部高部位发育常规油藏,储集体主要为大型河流-浅水三角洲沉积体系的分流河道砂体
22、、决口扇和席状砂,岩性以中砂岩、细砂岩、粉砂岩和泥岩为主。物性整体较差,孔隙度主体为 2.1%14.6%,平均值为 10.8%17。2.3 近源小断裂和通源大断裂间互发育有利于多种油气保存 纵向上断裂的发育规模和数量对油气聚集具有控制作用,松辽盆地北部中浅层间互发育的不同规模断裂有利于多种油气保存。断裂发育史表明,松辽盆地北部中浅层断裂十分发育,特别是 T2反射层,断裂数量多,发育近两万条断裂;断裂密度大,最大可达 2.7条/km2;断距小、延伸短,平均延伸长度 1.3 km。断穿 T2反射层的断裂主要形成于青一段沉积末期的构造运动,部分向上断至 T1反射层,为青山口组源岩油气向上部油层运移提
23、供了良好的供给通道(见图 2)。松辽盆地北部中浅层以青山口组烃源岩为中心通源大断裂与近源小断裂间互发育。通源大断裂与砂体组成了向上和向下的油气输导体系,对于源下扶余、杨大城子油层而言,源岩生烃增压与断裂体系相结合,油气沿断裂向下“倒灌”式输导;对于源上黑帝庙、萨尔图、葡萄花油层,油气主要在浮力作用下以断裂作为垂向输导通道向上运移,在有效圈闭处聚集成藏。源内发育未断穿青山口组的近源小断裂有利于页岩油的保存,这类断裂未延伸至源外使油气保存在源内,同时这些断裂的存在对于页岩油储集层压裂具有一定改善作用。图 2 松辽盆地北部中浅层地震剖面图(剖面位置见图 1)3 全油气系统内油气分布特征 3.1 不同
24、类型储集层间的关联性与差异性 3.1.1 沉积体系有序性与差异性 松辽盆地中浅层发育于拗陷期,具有物源距离较远、细粒沉积的特点,以河流、三角洲、湖泊沉积相为主。平面上自盆地边缘到凹陷中心有序发育河流、三角洲平原、三角洲前缘、滨浅湖、半深湖、深湖,沉积相带发育齐全,沉积砂体有序分布,常规油藏-致密油-页岩油有序共生。以青山口组为例,沉积体系自盆地边缘向凹陷中心依次发育三角洲平原、三角洲前缘、半深湖深湖。不同沉积相带发育的主要油气类型存在差异:三角洲平原相沉积砂体主要发育构造、构造-岩性油藏;向凹陷中心方向三角洲前缘相带沉积砂体逐渐致密,发育致密油;三角洲前缘沉积大面积的席状砂被夹在湖相泥页岩中,
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