王永詩(shī)¹，郝雪峰²，安天下²，張鵬飛²，熊偉²，秦峰²

(1. 中國(guó)石油化工股份有限公司勝利油田分公司 山東東營(yíng) 257001;2. 中國(guó)石油化工股份有限公司勝利油田分公司勘探開發(fā)研究院 山東東營(yíng) 257015)

基金項(xiàng)目:國(guó)家科技重大專項(xiàng)(2016ZX05006、2016ZX05006-003)和中國(guó)石油化工股份有限公司科技攻關(guān)項(xiàng)目“濟(jì)陽(yáng)東部深層砂礫巖油氣富集機(jī)制與勘探方向”(P21034-1)資助。

摘要:油氣成藏是地層壓力、流體、儲(chǔ)集性及其協(xié)同演化作用的結(jié)果。東營(yíng)凹陷成藏動(dòng)力學(xué)過程及油氣藏原始狀態(tài)相對(duì)完整,基于古近系地層壓力場(chǎng)、流體場(chǎng)、儲(chǔ)集物性現(xiàn)今特征及其演化過程研究,建立了東營(yíng)凹陷地層壓力-流體-儲(chǔ)集性協(xié)同演化模式,明確了其控藏作用。在構(gòu)造活動(dòng)、沉積作用的控制下,東營(yíng)凹陷地層壓力經(jīng)歷了“升高—降低—升高”的演化過程,成巖流體性質(zhì)表現(xiàn)為“酸、堿交替”,沉積組構(gòu)和成巖流體作用控制形成了不同成因類型的有效儲(chǔ)層。在斷陷盆地結(jié)構(gòu)控制下,東營(yíng)凹陷陡坡帶發(fā)育“常壓/弱超壓—堿/酸—中/低孔(少量高孔)”協(xié)同演化模式,洼陷帶發(fā)育“超壓—酸性—中/低孔”協(xié)同演化模式,緩坡帶發(fā)育“常壓—弱堿/弱酸—中/高孔”協(xié)同演化模式。地層壓力、流體和儲(chǔ)集性的協(xié)同演化模式與斷陷盆地結(jié)構(gòu)、油氣藏類型及屬性的有序分布具有良好的成因?qū)?yīng)性,控制了不同類型油氣藏的差異富集。陡坡帶深層高充滿度的巖性氣藏、凝析油氣藏和洼陷帶向陡坡帶過渡部位的中—高充滿度油藏是有利的預(yù)探方向,緩坡帶油氣運(yùn)移路徑上的巖性-構(gòu)造油藏及地層油藏是有利的評(píng)價(jià)增儲(chǔ)方向。地層壓力、流體和儲(chǔ)集性協(xié)同演化及其匹配成藏模式可作為斷陷盆地油氣成藏基本原理的有效補(bǔ)充,是研究油氣藏分布有序性差異富集的基礎(chǔ)和關(guān)鍵,對(duì)于深化陸相斷陷盆地油氣成藏機(jī)理、開展油藏分布規(guī)律研究和指導(dǎo)勘探實(shí)踐具有重要意義。

關(guān)鍵詞: 古近系;地層壓力;流體;儲(chǔ)集性;協(xié)同演化;差異成藏;東營(yíng)凹陷

探索油氣成藏機(jī)理、發(fā)現(xiàn)更多油氣一直是石油地質(zhì)學(xué)家的追求^[1-4]。自1907年中國(guó)陸上第1口油井(延1井)成功鉆探以來^[5],在110余年的勘探實(shí)踐中,中國(guó)地質(zhì)學(xué)家和勘探家不斷發(fā)展和完善陸相油氣成藏理論,提出了以“陸相生油理論”^[6]、“源控論”^[7]、“油氣復(fù)式聚集理論”^[8-10]、“隱蔽油藏勘探理論”^[11-13]和“油氣分布有序性”^[14-16]等為代表的陸相斷陷盆地油氣成藏理論,指導(dǎo)中國(guó)油氣勘探不斷取得新發(fā)現(xiàn)^[17-19]。

20世紀(jì)60年代末,中國(guó)學(xué)者提出了油氣藏形成的6大要素——生、儲(chǔ)、蓋、圈、運(yùn)、保,建立了成藏體系的認(rèn)識(shí)^[20];20世紀(jì)90年代以來,陸相斷陷盆地的含油氣系統(tǒng)^[21-22]、成藏動(dòng)力學(xué)^[23-27]、油氣充注機(jī)理^[28-32]等成為地質(zhì)研究的熱點(diǎn);目前油氣藏研究的重點(diǎn)逐漸由靜態(tài)要素的刻畫發(fā)展為動(dòng)態(tài)成藏過程的恢復(fù),由要素本身轉(zhuǎn)到要素之間的協(xié)同演化。近年來,研究人員不斷嘗試從成藏要素動(dòng)態(tài)匹配的角度去揭示油氣成藏機(jī)理,但研究多集中在單類油藏或區(qū)帶尺度。在盆地結(jié)構(gòu)及其演化的控制下,選用哪些地質(zhì)要素來表征“生、儲(chǔ)、蓋、圈、運(yùn)、保”的內(nèi)在聯(lián)系,如何在“時(shí)間—空間”的角度實(shí)現(xiàn)這些要素的量化統(tǒng)一,如何揭示盆地尺度下油氣有序分布、差異富集的內(nèi)在機(jī)制等問題成為盆地油氣成藏機(jī)理研究新的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

東營(yíng)凹陷是中國(guó)東部典型的斷陷型含油氣盆地^[33],自1961年華8井勘探發(fā)現(xiàn)以來,至今已經(jīng)歷了60余年的勘探開發(fā)歷程^[17],截至2021年底,累計(jì)探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量26×10⁸ t,探明程度為55.8%。“十三五”(2015—2020年)國(guó)家科技重大專項(xiàng)資源評(píng)價(jià)結(jié)果顯示^[34],東營(yíng)凹陷常規(guī)油氣剩余資源量為21×10⁸ t,在勘探程度高的成熟層系和勘探程度較低的“三新”(新類型、新層系、盆緣小洼陷)領(lǐng)域仍有較大的勘探潛力^[17,35-36]。東營(yíng)凹陷古近紀(jì)構(gòu)造活動(dòng)以初始裂陷和斷陷為主,新近紀(jì)構(gòu)造活動(dòng)以坳陷作用為主,在成藏期烴源巖與圈閉的空間相對(duì)位置穩(wěn)定;油氣成藏具有多期、單向、連續(xù)充注的特點(diǎn),油氣運(yùn)移路徑和成藏動(dòng)力具有繼承性^[16],油藏的原始狀態(tài)保存相對(duì)完整。基于東營(yíng)凹陷長(zhǎng)期的勘探實(shí)踐和油氣成藏規(guī)律研究,筆者認(rèn)為含油氣盆地的生、儲(chǔ)、蓋、圈、運(yùn)、保等油氣成藏要素的聯(lián)系就是地層壓力、流體、空間(儲(chǔ)集性)及其相互作用和聯(lián)系。以東營(yíng)凹陷古近系為例,基于地層壓力場(chǎng)、流體場(chǎng)、儲(chǔ)集物性及其演化過程的系統(tǒng)研究,探索了斷陷盆地壓力-流體-儲(chǔ)集性協(xié)同演化關(guān)系及其控藏作用,總結(jié)油氣成藏與富集規(guī)律,建立斷陷盆地油氣分布及預(yù)測(cè)模式,以期為東營(yíng)凹陷和地質(zhì)背景類似的斷陷盆地的油氣勘探提供指導(dǎo)和參考。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

東營(yíng)凹陷地處渤海灣盆地東南端的濟(jì)陽(yáng)坳陷內(nèi)部^[37],是在太古界—古生界基底上發(fā)育的中生代—新生代箕狀斷陷-坳陷復(fù)合盆地,南接魯西隆起和廣饒凸起,北部為陳家莊凸起,西側(cè)以青城低凸起為界與惠民凹陷相隔,東臨墾東—青坨子凸起,面積約為5 600 km²,是濟(jì)陽(yáng)坳陷面積最大的次級(jí)凹陷,內(nèi)部的牛莊、博興、利津和民豐4個(gè)次級(jí)洼陷是主要生烴中心^[38]。東營(yíng)凹陷整體表現(xiàn)為北斷南超、北陡南緩的半地塹結(jié)構(gòu)^[39],古近系自北向南劃分為陡坡帶、洼陷帶、緩坡帶、凸起帶等構(gòu)造單元(圖1、圖2)。

圖1 東營(yíng)凹陷構(gòu)造位置、構(gòu)造綱要與新生代地層特征

Fig.1 Tectonic location,structure outline and Cenozoic stratigraphic characteristics of Dongying sag

注:Nm—明化鎮(zhèn)組;Ng—館陶組;Ed—東營(yíng)組;Es₁—沙一段;Es₂—沙二段;Es₃—沙三段;Es₄^S—沙四段上亞段;Es₄^X—沙四段下亞段;Es₄—沙四段;Ek—孔店組。

圖2 東營(yíng)凹陷古近系現(xiàn)今地層壓力場(chǎng)結(jié)構(gòu)特征 (剖面位置見圖1)

Fig.2 Structural characteristics of present formation pressure field of Paleogene in Dongying sag

東營(yíng)凹陷新生代經(jīng)歷了初始裂陷期、斷陷期、構(gòu)造抬升期及坳陷期4期構(gòu)造演化。在古構(gòu)造、古物源、古氣候的共同控制下,東營(yíng)凹陷新生代地層發(fā)育較為齊全。古近系主要發(fā)育鹽湖—咸水—半咸水—微咸水—淡水湖盆的陸源碎屑巖充填沉積[圖1(b)],自下而上依次為孔店組、沙河街組、東營(yíng)組。其中,孔店組自下而上劃分為孔店組三段(孔三段)、孔店組二段(孔二段)和孔店組一段(孔一段),沙河街組劃分為沙河街組四段(沙四段)、沙河街組三段(沙三段)、沙河街組二段(沙二段)和沙河街組一段(沙一段)。新近系主要發(fā)育館陶組、明化鎮(zhèn)組砂泥巖沉積。

2 地層壓力、流體、儲(chǔ)集性特征及演化

2.1 現(xiàn)今地層壓力場(chǎng)特征及演化

地層超壓是油氣成藏的主要?jiǎng)恿?受渤海灣盆地結(jié)構(gòu)控制,盆地內(nèi)各坳陷普遍發(fā)育生烴增壓成因的超壓場(chǎng)^[40-41]。東營(yíng)凹陷古近系烴源巖發(fā)育,自下而上依次為孔二段鹽湖—沼澤相泥巖、沙四段下亞段鹽湖相泥巖、沙四段上亞段咸水湖相泥巖和沙三段下亞段半咸—微咸水湖相泥巖^[33][圖1(b)]。其中,沙四段下亞段烴源巖干酪根類型以Ⅱ₁型、Ⅱ₂型為主,有效厚度為200~250 m;沙四段上亞段烴源巖干酪根類型以Ⅰ型為主,有效厚度為150~250 m;沙三段下亞段烴源巖干酪根類型以Ⅰ型和Ⅱ₁型為主,有效厚度為200~300 m。東營(yíng)凹陷古近系4套烴源巖在熱演化過程中不斷發(fā)生流體膨脹作用,控制了地層流體壓力的演化和現(xiàn)今分布。

目前,地層壓力系數(shù)1.1和1.2常用來分別作為劃分常壓與弱超壓、弱超壓與超壓系統(tǒng)的界限值^[27-28]。基于300余口鉆井實(shí)測(cè)地層壓力數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),東營(yíng)凹陷古近系開始發(fā)育超壓系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的深度約為2 200 m^[42],隨著埋藏深度增加,地層壓力系數(shù)逐漸增大,埋深3 500 m對(duì)應(yīng)地層壓力系數(shù)可達(dá)1.8[圖2(a)]。受凹陷內(nèi)沙四段下亞段頂部鹽膏層分隔作用的影響[圖1(b)],東營(yíng)凹陷縱向上發(fā)育鹽上沙三段中亞段—沙四段上亞段超壓系統(tǒng)和鹽下沙四段下亞段—孔店組超壓系統(tǒng)[圖2(b)]。橫向上,超壓系統(tǒng)在牛莊、利津、民豐和博興4個(gè)次級(jí)洼陷內(nèi)部均有發(fā)育^[43],以控洼斷層作為邊界。以流體包裹體測(cè)試結(jié)果和現(xiàn)今地層壓力場(chǎng)為約束,開展盆地模擬分析地層壓力場(chǎng)演化過程,結(jié)果表明,受盆地“沉降—抬升—沉降”構(gòu)造演化的影響,東營(yíng)凹陷古近系地層壓力經(jīng)歷了升高、降低、升高3期演化。沙一段沉積開始至東營(yíng)組沉積早—中期,伴隨盆地沉降,古近系出現(xiàn)欠壓實(shí)現(xiàn)象,烴源巖開始生烴,凹陷內(nèi)開始大面積發(fā)育弱超壓;東營(yíng)組沉積晚期,受東營(yíng)運(yùn)動(dòng)抬升影響,烴源巖生烴增壓作用減弱,地層壓力釋放變?yōu)槌?東營(yíng)運(yùn)動(dòng)以來,隨著凹陷進(jìn)一步沉降,烴源巖生烴作用逐漸增強(qiáng),超壓強(qiáng)度逐漸增加、超壓范圍逐漸增大,形成現(xiàn)今的壓力場(chǎng)分布特征(圖3)。

注:Qp—第四系;Nm—明化鎮(zhèn)組;Ng—館陶組;Ed—東營(yíng)組;Es₁—沙一段;Es₂—沙二段。

圖3 東營(yíng)凹陷古近系地層壓力演化過程

Fig.3 Evolution process of Paleogene formation pressure in Dongying sag

2.2 現(xiàn)今流體場(chǎng)特征及演化

現(xiàn)今流體場(chǎng)是古地層流體被外源注入流體、深部熱液、有機(jī)流體混入和復(fù)雜“水-巖”作用等因素綜合影響的結(jié)果^[44]。基于3 406個(gè)樣品點(diǎn)實(shí)測(cè)地層水的礦化度、酸堿度等水化學(xué)參數(shù)和682個(gè)地溫?cái)?shù)據(jù)、324個(gè)烴源巖鏡質(zhì)體反射率(R_o)數(shù)據(jù),將東營(yíng)凹陷現(xiàn)今古近系地層流體劃分為3類:①溶濾滲入水,埋深在0~1 500 m,礦化度為0~100 mg/L,呈弱酸性或弱堿性;②混合水,由溶濾滲入水和深部沉積埋藏水混合形成,埋深在1 500~2 500 m,礦化度為100~200 mg/L,酸堿度略大于溶濾滲入水;③湖相沉積埋藏水,埋深大于2 500 m,礦化度普遍大于200 mg/L,酸堿度較溶濾滲入水明顯增加。平面上,地層水呈單一、漸變環(huán)狀分布,由洼陷中心向盆緣,地層水由湖相沉積埋藏水過渡為混合水,再過渡為溶濾滲入水^[45](圖4)。

注:Ed—東營(yíng)組;Es₁—沙一段;Es₂—沙二段;Es₃—沙三段;Es₄—沙四段;Ek—孔店組。

圖4 東營(yíng)凹陷古近系現(xiàn)今地層流體特征

Fig.4 Current fluid characteristics of Paleogene in Dongying sag

現(xiàn)今地層流體場(chǎng)特征可以反映盆地古成巖流體的分布及演化過程。研究認(rèn)為,東營(yíng)凹陷成巖流體經(jīng)歷了酸、堿交替變化過程,不同流體環(huán)境下巖石礦物發(fā)生的溶解及沉淀等作用決定了儲(chǔ)層成巖序列和儲(chǔ)集物性。斷陷早期鹽湖環(huán)境中形成的石膏在成巖過程中逐漸脫水轉(zhuǎn)化為硬石膏,這是堿性流體的重要來源之一^[46](圖5)。當(dāng)?shù)販卮笥?0℃時(shí),石膏即開始進(jìn)入緩慢轉(zhuǎn)化階段;80~100℃時(shí),石膏進(jìn)入快速脫水階段;100~140℃是石膏大規(guī)模脫堿性水階段;地溫超過140℃,石膏基本轉(zhuǎn)化為硬石膏,不再生成堿性水^[46]。在準(zhǔn)同生期,堿性流體可導(dǎo)致沉積物發(fā)生早期碳酸鹽膠結(jié)作用,抑制壓實(shí)作用、保護(hù)原生孔隙,并為成巖后期的酸性溶蝕提供物質(zhì)基礎(chǔ)。斷陷作用鼎盛期,沙四段下亞段、沙四段上亞段和沙三段下亞段的鹽湖相、咸水—半咸水相烴源巖在熱演化過程中生成有機(jī)酸、CO₂,這是酸性流體的重要來源^[47](圖5)。當(dāng)?shù)販卦?0~140℃時(shí),烴源巖中干酪根發(fā)生降解,生成的羧酸進(jìn)入地層后控制流體的酸度;地溫在80~120℃是有機(jī)酸最佳的保存階段;當(dāng)?shù)販卮笥?20℃時(shí),羧酸會(huì)逐漸轉(zhuǎn)化為CO₂^[48]。基于膏巖成巖演化排堿和烴源巖生烴演化排酸的規(guī)律,以豐深1井為例,通過埋藏史分析,建立了儲(chǔ)層在流體“酸、堿交替”控制下的成巖演化序列(圖5)。受盆地結(jié)構(gòu)控制,不同構(gòu)造帶控制下的沉積體系之間或同一沉積體系內(nèi)部不同相帶的流體酸堿性質(zhì)演化特征存在差異。東營(yíng)凹陷鹽家地區(qū)陡坡帶近岸水下扇扇根亞相受邊界控盆斷層溝通的影響,成巖流體以堿性流體為主;扇中亞相早期受膏巖層生成的堿性流體影響明顯,后期受烴源巖熱演化生成的酸性流體影響,呈“酸、堿交替”的流體演化過程。

注:Qp—第四系;Nm—明化鎮(zhèn)組;Ng—館陶組;Ed—東營(yíng)組;Es₁—沙一段;Es₂—沙二段;Es₃—沙三段;Es₄^S—沙四段上亞段;Es₄^X—沙四段下亞段。

圖5 東營(yíng)凹陷豐深1井古近系酸性流體和堿性流體演化

Fig.5 Evolution of Paleogene acidic fluid and alkaline fluid of Well Fengshen 1 in Dongying sag

2.3 現(xiàn)今儲(chǔ)集性特征及演化

受古構(gòu)造、古氣候和古物源的共同控制,東營(yíng)凹陷古近系主要發(fā)育4類有利油氣儲(chǔ)集體:陡坡帶砂礫巖體、洼陷帶三角州—濁積砂體、緩坡帶三角洲砂體和灘壩砂體^[49-53]。巖石薄片鑒定和高壓壓汞測(cè)試分析結(jié)果表明,古近系不同類型儲(chǔ)集體的儲(chǔ)集空間及物性差異明顯(表1),其中,儲(chǔ)集物性受控于沉積組構(gòu)和成巖流體改造。

在不同區(qū)帶成巖流體演化過程分析的基礎(chǔ)上,以不同類型儲(chǔ)集體中能夠聚集并產(chǎn)出工業(yè)油氣流或產(chǎn)水的儲(chǔ)層作為有效儲(chǔ)層,選取典型巖心樣品,基于巖石薄片觀察,重新分析了儲(chǔ)層成巖序列,利用反演回剝方法恢復(fù)了儲(chǔ)集物性演化過程(圖6)。認(rèn)為陡坡帶砂礫巖體經(jīng)歷了堿性和酸性成巖流體的交替作用,其中,扇根亞相儲(chǔ)集物性持續(xù)變差,扇中亞相早期在堿性流體作用下形成的碳酸鹽膠結(jié)可抑制壓實(shí)、保護(hù)原生孔隙結(jié)構(gòu),并在后期酸性流體溶蝕作用下形成次生孔隙^[47,54]。“酸、堿交替”控制了陡坡帶砂礫巖有效儲(chǔ)層的發(fā)育,垂向上,淺層有效儲(chǔ)集空間以原生孔隙為主,孔隙度多在10%~17%;中—深層有效儲(chǔ)集空間以次生溶蝕孔隙為主,孔隙度可達(dá)5%~10%[表1、圖6(a)]。洼陷帶濁積砂體經(jīng)歷了早期弱堿性、后期持續(xù)酸性的成巖流體環(huán)境,砂體內(nèi)部溶蝕孔隙發(fā)育,孔隙度多在8%~25%[表1、圖6(b)],但距泥巖較近的砂巖“邊部”膠結(jié)作用強(qiáng)烈^[48]。緩坡帶三角洲砂體經(jīng)歷了弱堿與弱酸成巖流體的交替作用,成巖作用強(qiáng)度相對(duì)較弱,有效儲(chǔ)集空間以原生孔隙為主,孔隙度多在15%~30%[表1、圖6(c)]。靠近盆緣部位的緩坡帶灘壩砂體受成巖流體和壓實(shí)作用改造強(qiáng)度均較弱,儲(chǔ)集空間以原生孔隙為主;近洼陷部位的緩坡帶灘壩砂體經(jīng)歷了較強(qiáng)的壓實(shí)和膠結(jié)作用,儲(chǔ)集空間以溶蝕成因的次生孔隙為主,孔隙度多在10%~25%(表1)。

圖6 東營(yíng)凹陷古近系優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的成因模式

Fig.6 Genetic model of high quality Paleogene reservoirs in Dongying sag

3 地層壓力 - 流體 - 儲(chǔ)集性協(xié)同演化

油氣成藏的本質(zhì)是盆地構(gòu)造變動(dòng)、沉積充填過程中,在地層超壓、浮力等不同驅(qū)動(dòng)力背景下,儲(chǔ)層在不同性質(zhì)流體作用下進(jìn)行成巖演化和物性演化,含烴流體在不同類型儲(chǔ)集空間運(yùn)移、聚集和賦存的過程,是地層壓力、流體、儲(chǔ)集性及其協(xié)同演化作用的結(jié)果。

3.1 地層壓力 - 流體 - 儲(chǔ)集性的歸一化表征

在地質(zhì)研究中,地質(zhì)要素或地質(zhì)作用的不同表征參數(shù)往往具有不同的量綱和單位,為消除各類要素和參數(shù)之間量綱差異的影響,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的可對(duì)比,需要進(jìn)行數(shù)據(jù)歸一化處理,使各指標(biāo)處于同一數(shù)量級(jí)^[55]。離差標(biāo)準(zhǔn)化(min-max normalization)是較常用的歸一化方法,通過對(duì)原始數(shù)據(jù)線性處理消除單位的影響,使結(jié)果值映射到0~1之間^[55-57]。

東營(yíng)凹陷古近系各類地質(zhì)參數(shù)資料豐富,能夠滿足歸一化處理對(duì)樣品數(shù)據(jù)數(shù)量的要求。選取古近系實(shí)鉆探井的地層壓力測(cè)試數(shù)據(jù)、地層水pH值測(cè)試數(shù)據(jù)和巖心孔隙度數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值歸一化處理。

3.2 地層壓力 - 流體 - 儲(chǔ)集性協(xié)同演化模式

在斷陷盆地構(gòu)造演化控制下,地層壓力、流體性質(zhì)和儲(chǔ)集物性協(xié)同演化:伴隨膏巖的脫水和不同層系烴源巖的生烴作用,斷陷初始期發(fā)育的鹽湖、咸化湖沉積和斷陷鼎盛期發(fā)育的淡水湖沉積的地層壓力、流體性質(zhì)(酸堿度、水型、離子濃度)等發(fā)生多幕有序演化,不同性質(zhì)流體作用控制了不同類型有效儲(chǔ)層的發(fā)育(圖7)。在超壓驅(qū)動(dòng)下,油氣從烴源巖排出后與地層流體混合并運(yùn)移,最終在有效儲(chǔ)層中聚集成藏。

圖7 東營(yíng)凹陷沙三段中亞段濁積巖油藏地層壓力 - 流體 - 儲(chǔ)集性協(xié)同演化過程

Fig.7 Co - evolution process of pressure,fluid and reservoir property of turbidite reservoir of middle submember of Member 3 of Shahejie Formation in Dongying sag

綜合東營(yíng)凹陷的盆地結(jié)構(gòu)和不同構(gòu)造帶的現(xiàn)今地層壓力、流體性質(zhì)、儲(chǔ)集性的歸一化結(jié)果及其協(xié)同演化與匹配關(guān)系,選取18口井,采用地質(zhì)要素歸一化方法,建立了不同構(gòu)造帶的“地層壓力-流體-儲(chǔ)集性”協(xié)同演化模式(圖8)。其中,陡坡帶發(fā)育“常壓/弱超壓—堿/酸—中/低孔(少量高孔)”協(xié)同演化模式,洼陷帶發(fā)育“超壓—酸性—中/低孔”協(xié)同演化模式,緩坡帶發(fā)育“常壓—弱堿/弱酸—中/高孔”協(xié)同演化模式。斷陷盆地不同構(gòu)造帶的協(xié)同演化模式與油氣充滿度具良好對(duì)應(yīng)關(guān)系(圖8)。對(duì)比地層壓力、流體性質(zhì)、儲(chǔ)集物性的歸一化結(jié)果和盆地結(jié)構(gòu)、油氣分布特征可以看出,盆地結(jié)構(gòu)(陡坡、洼陷、斜坡和控帶斷裂)不僅控制了斷陷盆地沉積體系類型及分布,也控制了地層壓力、流體性質(zhì)與儲(chǔ)集物性及其匹配模式在盆地中的位置變化[如圖8(b)中的A1點(diǎn)和B1點(diǎn)],證明了地層壓力-流體-儲(chǔ)集性協(xié)同演化機(jī)理的客觀性。

注:Nm—明化鎮(zhèn)組;Ng—館陶組;Ed—東營(yíng)組;Es₁—沙一段;Es₂—沙二段;Es₃—沙三段;Es₄^S—沙四段上亞段;Es₄^X—沙四段下亞段;Ek—孔店組;A₂—盆地緩坡帶向盆緣過渡的第二坡折斷層發(fā)育位置;B₂—盆地陡坡帶中向盆緣過渡的第二坡折斷層發(fā)育位置;A₃—盆地緩坡帶與盆緣凸起的分界位置;B₃—盆地陡坡帶與盆緣凸起的分界位置。

圖8 東營(yíng)凹陷古近系地層壓力 - 流體 - 儲(chǔ)集性現(xiàn)今協(xié)同演化模式與盆地結(jié)構(gòu)、油氣有序分布對(duì)應(yīng)關(guān)系

Fig.8 Corresponding relationship between current co - evolution model of Paleogene pressure - fluid - reservoir property and basin structure and orderly distribution of oil and gas in Dongying sag

4 地層壓力 - 流體 - 儲(chǔ)集性協(xié)同演化模式的控藏作用

4.1 協(xié)同演化模式控制油氣有序分布

斷陷盆地油氣分布的有序性是指在盆地構(gòu)造格局及沉積充填控制下,圈閉類型、輸導(dǎo)體系、儲(chǔ)集條件、源-儲(chǔ)配置等油氣成藏要素有序發(fā)育,決定了不同構(gòu)造帶不同類型油藏的分布[圖8(a)]。前人通過解剖已發(fā)現(xiàn)的油氣藏,從盆地尺度提出了斷陷盆地油氣藏的有序分布模式^[15-16]。

地層壓力、流體和儲(chǔ)集性的協(xié)同演化模式控制了斷陷盆地內(nèi)油氣藏的有序分布。陡坡帶“常壓/弱超壓—堿/酸—中/低孔(少量高孔)”協(xié)同演化模式控制了砂礫巖巖性油氣藏、構(gòu)造油藏和地層類油藏的發(fā)育;洼陷帶“超壓—酸性—中/低孔”協(xié)同演化模式控制了濁積巖巖性類油藏的發(fā)育;緩坡帶“常壓—弱堿/弱酸—中/高孔”協(xié)同演化模式控制了三角洲/灘壩砂巖巖性-構(gòu)造、構(gòu)造和地層類油藏的發(fā)育。盆地尺度上,在斷陷盆地結(jié)構(gòu)控制下,地層壓力-流體-儲(chǔ)集性協(xié)同演化模式與不同油氣藏類型的空間分界位置一致[圖8(a)、圖8(b)],與各類油氣藏特征也具有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。洼陷帶濁積巖油藏的含油飽和度、排驅(qū)壓力、中值壓力和充滿度相對(duì)最高,向陡坡帶、緩坡帶方向,油藏含油飽和度等參數(shù)均有序減小^[15][圖8(c)]。

4.2 協(xié)同演化模式控制油氣的差異富集

斷陷盆地不同構(gòu)造帶地層壓力-流體-儲(chǔ)集性的協(xié)同演化模式控制油氣藏類型及其屬性有序分布,也表明了其對(duì)不同構(gòu)造帶內(nèi)不同類型油藏的差異富集具有控制作用。

4.2.1 陡坡帶砂礫巖油氣藏

東營(yíng)凹陷北部陡坡帶發(fā)育一系列近岸水下扇和扇三角洲砂礫巖體^[47,49],其構(gòu)造位置鄰近洼陷帶優(yōu)質(zhì)烴源巖,油氣成藏條件優(yōu)越,是重要的勘探對(duì)象。陡坡帶砂礫巖由深部向淺部依次發(fā)育高充滿度油氣藏和凝析氣藏、中等充滿度油藏、低充滿度油藏[圖8(a)、圖9]。陡坡帶砂礫巖發(fā)育“常壓/弱超壓—堿/酸—中/低孔(少量高孔)”協(xié)同演化模式[圖8(b)],其中,深部超壓充注與酸、堿流體兩期交替匹配,控制了高充滿度氣藏及凝析油氣藏的形成;中—淺部常壓-浮力充注與高孔隙度儲(chǔ)層匹配,控制了低充滿度油藏的形成。以豐深1井為例,該井沙四段下亞段砂礫巖油藏經(jīng)歷2期油氣充注:第1期距今約36 Ma,沙四段下亞段烴源巖成熟供烴,充注壓力最大時(shí)地層壓力系數(shù)達(dá)1.25,儲(chǔ)層孔隙度約為20%;第2期充注時(shí),地層壓力系數(shù)增大至約1.30,儲(chǔ)層孔隙度約為12%(圖9)。相較而言,鹽16井鉆遇的淺層沙四段下亞段砂礫巖油藏的原油來自沙三段下亞段烴源巖,僅觀測(cè)到1期流體包裹體,測(cè)壓結(jié)果顯示其形成于常壓地層背景。因此,油氣充注動(dòng)力和酸、堿交替的流體環(huán)境與有效儲(chǔ)層的協(xié)同匹配控制了陡坡帶不同充滿度油氣藏的差異分布。

注:Nm—明化鎮(zhèn)組;Ng—館陶組;Ed—東營(yíng)組;Es₁—沙一段;Es₂—沙二段;Es₃^S—沙三段上亞段;Es₃^Z—沙三段中亞段;Es₃^X—沙三段下亞段;Es₄^S—沙四段上亞段;Es₄^X—沙四段下亞段。

圖9 東營(yíng)凹陷鹽家地區(qū)陡坡帶砂礫巖體不同充滿度油氣藏差異富集特征 (剖面位置見圖1)

Fig.9 Differential enrichment characteristics of glutenite reservoirs with different filling degrees in the steep slope zone of Yanjia area,Dongying sag

4.2.2 洼陷帶濁積巖油藏

洼陷帶濁積巖夾在烴源巖層系內(nèi)部,具有優(yōu)越的成藏條件。恢復(fù)油氣成藏期濁積巖儲(chǔ)層的古地層壓力和古孔隙度演化過程,對(duì)比不同充滿度油藏的壓力、流體和儲(chǔ)集物性協(xié)同演化過程可以發(fā)現(xiàn),“超壓—酸性—中/低孔”協(xié)同演化模式控制了洼陷帶油藏的差異富集[圖8(b)]。其中,洼陷中心發(fā)育高充滿度油藏,地層壓力高,油氣充注動(dòng)力強(qiáng)且充注時(shí)間早。以牛106井濁積巖油藏為例,該井共識(shí)別出兩期油氣充注,第1期距今24.0 Ma,充注壓力系數(shù)達(dá)1.62,儲(chǔ)層物性好,孔隙度約為21%;第2期充注距今9.5~1.5 Ma,充注壓力系數(shù)達(dá)1.71,孔隙度約為13%,兩期油氣充注控制油藏充滿度可達(dá)80%~100%(圖10)。洼陷邊部為中、低充滿度油藏,地層壓力較低。以王63井(圖10)濁積巖油藏為例,距今約24 Ma,該區(qū)古近系地層壓力系數(shù)約為1.30,該時(shí)期未發(fā)生油氣充注;距今6 Ma,該區(qū)古近系地層壓力達(dá)到1.48,孔隙度約為16%,發(fā)生單期油氣充注,油藏充滿度僅為20%~40%^[58]。因此,洼陷帶不同部位的濁積巖油藏受控于超壓期次及大小、酸性流體與有效儲(chǔ)層的協(xié)同匹配,形成了現(xiàn)今不同充滿度巖性油藏的差異富集特征。

注:Es₃^S—沙三段上亞段;Es₃^Z—沙三段中亞段;Es₃^X—沙三段下亞段;Es₄^S—沙四段上亞段。

圖10 東營(yíng)凹陷牛莊洼陷帶沙三段中亞段—下亞段濁積巖不同充滿度油藏差異富集特征 (剖面位置見圖1)

Fig.10 Differential enrichment characteristics of turbidite reservoirs with different filling degrees of the middle and lower submembers of Member 3 of Shahejie Formation in Niuzhuang subsag,Dongying sag

4.2.3 緩坡帶構(gòu)造油藏和地層類油藏

緩坡帶主要發(fā)育沙四段上亞段灘壩砂和沙三段—沙二段大型三角洲沉積^[50-51]。在地質(zhì)演化過程中,緩坡帶長(zhǎng)期以常壓系統(tǒng)為主(圖11),浮力是油氣充注的主要?jiǎng)恿ΑＪ芘杈壨獠苛黧w注入和洼陷帶內(nèi)部流體的影響,緩坡帶成巖流體呈弱酸與弱堿交替演化;儲(chǔ)層埋藏淺,受成巖流體影響小,儲(chǔ)集物性整體較好。對(duì)比不同充滿度的油藏可以發(fā)現(xiàn),緩坡帶相對(duì)高充滿度的巖性-構(gòu)造類油藏往往發(fā)育在油源斷層、正向構(gòu)造等形成的油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移路徑上(圖11、圖12),具有圈閉閉合高度大、以浮力為主的充注動(dòng)力強(qiáng)^[59]、儲(chǔ)集物性好等特征,油藏較為富集;低充滿度的構(gòu)造油藏、地層油藏發(fā)育在遠(yuǎn)源的油氣運(yùn)移路徑上,儲(chǔ)集物性變差,圈閉幅度變小,以浮力為主的油氣充注動(dòng)力弱,導(dǎo)致油藏充滿度低。因此,在緩坡帶油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移路徑上,充注動(dòng)力(浮力)的大小與儲(chǔ)集物性的協(xié)同演化控制了不同類型油藏的差異富集。

圖11 東營(yíng)凹陷沙三段三角洲沉積體系與地層壓力梯度、優(yōu)勢(shì)運(yùn)移路徑、油源斷層及油藏分布

Fig.11 Distribution of delta system,pressure gradient,dominant migration path,oil source fracture and reservoir of Member 3 of Shahejie Formation in Dongying sag

注:Nm—明化鎮(zhèn)組;Ng—館陶組;Ed—東營(yíng)組;Es₁—沙一段;Es₂—沙二段;Es₃—沙三段;Es₄—沙四段;Ek—孔店組。

圖12 東營(yíng)凹陷博興地區(qū)緩坡帶沙四段上亞段灘壩砂不同充滿度油藏差異富集特征 (剖面位置見圖1)

Fig.12 Differential enrichment characteristics of beach bar sand reservoirs with different filling degrees of upper submember of Member 4 of Shahejie Formation in the gentle slope zone of Boxing area,Dongying sag

4.3 協(xié)同演化模式指導(dǎo)下的勘探實(shí)踐

東營(yíng)凹陷地層壓力、流體與儲(chǔ)集物性的協(xié)同演化模式及其對(duì)油氣差異富集規(guī)律的控制作用,決定了不同區(qū)帶的勘探評(píng)價(jià)思路。按照地層壓力、流體與儲(chǔ)集物性的匹配原則,以斷陷盆地結(jié)構(gòu)控制下的協(xié)同演化模式確定有利區(qū)帶及主要油氣藏類型,以區(qū)帶油氣成藏模式確定油氣藏主控因素及勘探靶區(qū),進(jìn)一步基于主控因素剖析和儲(chǔ)集物性分析部署井位。隨著勘探程度的不斷提高,斷陷盆地陡坡帶的勘探重點(diǎn)轉(zhuǎn)向深層砂礫巖高充滿度氣藏及凝析油氣藏^[60],在扇中亞相砂礫巖體精細(xì)刻畫的基礎(chǔ)上,評(píng)價(jià)受超壓、油氣充注和流體演化控制的有效儲(chǔ)層,優(yōu)選超壓背景下的有利相帶。基于該思路部署鉆探的豐深斜101井、豐深斜11井等井相繼獲得成功,其中,豐深斜11井在4 309.5~4 467.0 m段進(jìn)行組合縫網(wǎng)壓裂,試油獲得高產(chǎn)油氣流,8 mm油嘴產(chǎn)油量為81.7 t/d、產(chǎn)氣量為42 854 m³/d,發(fā)現(xiàn)了深層凝析油氣藏規(guī)模儲(chǔ)量陣地。

斷陷盆地洼陷帶勘探重點(diǎn)轉(zhuǎn)向深層高充滿度巖性油藏和洼陷帶與陡坡帶過渡區(qū)中等充滿度的構(gòu)造-巖性油藏,通過分析深層超壓、流體和儲(chǔ)集物性演化過程,在滑塌濁積扇、砂質(zhì)碎屑流等不同砂體類型精細(xì)刻畫的基礎(chǔ)上^[50,52],優(yōu)選超壓背景下的有利巖性體。基于該思路相繼部署鉆探的營(yíng)104、史平147等井均取得成功,最高產(chǎn)油量達(dá)44.1 t/d,不斷擴(kuò)大了東營(yíng)凹陷洼陷帶濁積巖巖性油藏的含油面積。

斷陷盆地緩坡帶的勘探重點(diǎn)轉(zhuǎn)向較深層的灘壩砂巖油藏和較淺層的巖性-構(gòu)造油藏、地層油藏,在圈閉精細(xì)刻畫基礎(chǔ)上,以油氣藏有序分布為指導(dǎo),分析超壓、流體及儲(chǔ)集物性的演化過程,疊合評(píng)價(jià)有利的構(gòu)造背景和物性較好的儲(chǔ)層,優(yōu)選較深層具超壓環(huán)境的灘壩砂巖和較淺層的巖性-構(gòu)造、地層圈閉。基于該思路部署鉆探的樊斜42、草斜336等井相繼鉆探成功,實(shí)現(xiàn)了含油連片。2015—2020年,以盆地地層壓力-流體-儲(chǔ)集性協(xié)同演化模式及其對(duì)油氣差異成藏的控制機(jī)理為指導(dǎo),以高精度儲(chǔ)層地球物理預(yù)測(cè)技術(shù)為支撐,在東營(yíng)凹陷古近系新增油氣地質(zhì)儲(chǔ)量2.2×10⁸ t,實(shí)現(xiàn)了勘探重點(diǎn)有序轉(zhuǎn)移和規(guī)模效益增儲(chǔ)。

5 結(jié)論

(1) 盆地結(jié)構(gòu)及其演化過程和古沉積環(huán)境共同控制了東營(yíng)凹陷古近系沉積充填序列及成藏要素的演化規(guī)律。古近系地層壓力受控于生烴增壓作用,經(jīng)歷了“升高—降低—升高”的演化過程;斷陷早期咸化湖盆堿性水體、膏巖層熱演化排堿與烴源巖熱演化排酸相互疊加,控制了不同構(gòu)造帶“酸、堿交替”的成巖流體差異演化;不同構(gòu)造帶的砂礫巖沉積在不同類型成巖流體作用下,形成不同成因類型的有效儲(chǔ)層。

(2) 東營(yíng)凹陷陡坡帶發(fā)育“常壓/弱超壓—堿/酸—中/低孔(少量高孔)”協(xié)同演化模式,洼陷帶發(fā)育“超壓—酸性—中/低孔”協(xié)同演化模式,緩坡帶發(fā)育“常壓—弱堿/弱酸—中/高孔”協(xié)同演化模式。地層壓力-流體-儲(chǔ)集性協(xié)同演化模式與東營(yíng)凹陷的斷陷結(jié)構(gòu)具有良好的成因?qū)?yīng)性,控制了不同類型圈閉中油氣的有序分布和差異富集。

(3) 東營(yíng)凹陷陡坡帶砂礫巖由深部向淺部依次發(fā)育高充滿度油氣藏和凝析氣藏、中等充滿度油藏、低充滿度油藏,油氣富集受控于油氣充注動(dòng)力和酸、堿交替的流體環(huán)境與有效儲(chǔ)層的協(xié)同匹配。洼陷帶中心發(fā)育高充滿度濁積巖油藏,邊部發(fā)育中、低充滿度濁積巖油藏,油氣富集受控于超壓期次及大小、酸性流體與有效儲(chǔ)層的協(xié)同匹配。緩坡帶發(fā)育構(gòu)造油藏和地層類油藏,油氣富集受控于優(yōu)勢(shì)運(yùn)移路徑上的充注動(dòng)力(浮力)與圈閉儲(chǔ)集物性的協(xié)同匹配。

(4) 依據(jù)地層壓力、流體與儲(chǔ)集性的協(xié)同演化模式及其對(duì)油氣差異富集規(guī)律的控制作用,認(rèn)為東營(yíng)凹陷陡坡帶深層高充滿度巖性氣藏、凝析油氣藏和洼陷帶向陡坡帶過渡部位的中—高充滿度油藏是有利的預(yù)探方向,緩坡帶油氣運(yùn)移路徑上的巖性-構(gòu)造油藏和地層油藏是有利的評(píng)價(jià)增儲(chǔ)方向。

符號(hào)注釋:

C_{p_max}—地層壓力系數(shù)樣本最大值;C_{p_min}—地層壓力系數(shù)樣本最小值,C_p—地層壓力系數(shù);C_p*—地層壓力系數(shù)歸一化結(jié)果;p_{H_max}—地層水樣品的最大pH值,p_{H_min}—地層水樣本的最小pH值;p_H—地層水pH值;p_H*—地層水pH值歸一化結(jié)果;?_max—儲(chǔ)層孔隙度樣本的最大值;?_min—儲(chǔ)層孔隙度樣本的最小值;?—儲(chǔ)層孔隙度;?_*—儲(chǔ)層孔隙度歸一化結(jié)果。

第一作者:王永詩(shī),男,1964年6月生,2004年獲中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)博士學(xué)位,現(xiàn)為中國(guó)石油化工集團(tuán)有限公司高級(jí)專家、教授級(jí)高級(jí)工程師,主要從事石油地質(zhì)研究與油氣勘探管理工作。

通信作者:安天下,男,1986年7月生,2008年獲中國(guó)石油大學(xué)(華東)學(xué)士學(xué)位,現(xiàn)為中國(guó)石油化工股份有限公司勝利油田分公司勘探開發(fā)研究院油氣勘探主任師、副研究員,主要從事石油天然氣地質(zhì)研究工作。

文章來源：石油學(xué)報(bào)編輯部