三肇凹陷青山口組源巖生成的油下倒灌運移距離

三橋坍塌位于松遼盆地北部的山區(qū)。西部與大慶峽谷接壤，東部與朝陽溝峽谷接壤。北部與綏化塌陷、綏峰背斜帶和達(dá)達(dá)向斜帶接壤，是長期的繼承性崩塌。扶余和楊大城子油層是該凹陷中部組合的主要產(chǎn)油氣層,目前已發(fā)現(xiàn)了宋芳屯、榆樹林、肇州、升平、朝陽溝東、汪家屯、宋站、羊草、長春嶺等油氣田,充分展示了該凹陷扶楊油層含油氣遠(yuǎn)景。油源對比結(jié)果表明,該凹陷扶楊油層油主要來自上覆青山口組源巖,屬于上生下儲式生儲蓋組合。由于該凹陷扶楊油層與上覆青山口組源巖之間被多套泥巖層所隔,青山口組源巖生成排出的油要從上部運移至下伏的扶楊油層,首先要克服浮力和毛細(xì)管力的阻擋作用,這除了要求青山口組源巖要有足夠大的超壓外,還必須具有連通青山口組和扶楊油層的斷裂,才能使青山口組源巖生成排出的油向下“倒灌”運移穿過多套泥巖層進(jìn)入扶楊油層中。關(guān)于三肇凹陷青山口組源巖生成的油向下“倒灌”運移問題,雖然已有學(xué)者[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15]進(jìn)行過研究和探討,但主要是研究油氣向下“倒灌”運移的可能性,而對油氣向下運移距離和層位,尤其是層位研究的甚少,這無疑不利于該凹陷扶楊油層油成藏與分布規(guī)律的認(rèn)識和勘探的深入。因此,本文通過三肇凹陷青山口組超壓源巖生成的油向下“倒灌”運移距離和層位研究,闡明其對該凹陷扶楊油層油成藏層位及分布的控制作用。1源巖+下伏儲集層由文獻(xiàn)可知,油氣要發(fā)生向下“倒灌”運移必須滿足2個條件即①源巖具有足夠大的超壓;②存在連通源巖和下伏儲集層的斷層。只有同時具備這2個條件,源巖中生成排出的油氣方可在超壓的作用下,形成源儲壓差,克服浮力和毛細(xì)管力的阻擋作用,向下伏儲集層中“倒灌”運移;否則2個條件缺少哪一個,均無法發(fā)生或無油氣的向下“倒灌”運移。1.1提出三肇凹陷青山口組源巖超壓標(biāo)準(zhǔn)三肇凹陷青山口組為深湖相沉積,暗色泥巖發(fā)育,平均厚度達(dá)到300m,高值區(qū)主要分布在凹陷南部,向北青山口組暗色泥巖厚度逐漸減小,在凹陷邊部減小至180m左右。青山口組暗色泥巖有機(jī)質(zhì)豐富,有機(jī)碳含量平均為3.125%,氯仿瀝青“A”平均為0.5%,生烴潛力S1+S2平均為24mg/g。有機(jī)質(zhì)類型以Ⅰ型和ⅡA型干酪根為主,鏡質(zhì)體反射率為0.6%～1.2%,大部分在0.75%～1.0%之間,屬于成熟源巖。有機(jī)質(zhì)熱演化史表明,青山口組源巖鏡質(zhì)體反射率在四方臺組沉積末期為0.50%～0.67%,明水組沉積末期為0.71%～0.84%,新近系沉積末期達(dá)0.98%～1.12%,這表明三肇凹陷青山口組源巖在嫩江組沉積末期開始生烴,在明水組沉積末期、古近系和新近系沉積末期達(dá)到生烴高峰。由此看出,目前青山口組源巖可以為油向下運移提供大量油。由圖1中可以看出,三肇凹陷青山口組源巖由于厚度大,沉積速率快,目前普遍欠壓實,具有超壓。由等效深度法,利用聲波時差資料對其超壓值大小及分布進(jìn)行了研究,結(jié)果如圖2所示,由圖2中可以看出,三肇凹陷青山口組源巖超壓值最大值可達(dá)到20MPa,主要分布在三肇凹陷中心的徐8井和徐9井處,次極值點分布在芳21井處,超壓值可達(dá)16MPa,由3個高值區(qū)向其凹陷四周青山口組源巖超壓值逐漸減小,在凹陷邊部排烴邊界處減小至8MPa以下。由式1可以計算出三肇凹陷青山口組源巖超壓開始形成深度,再由地層厚度和沉積速率便可以確定其開始形成時期,如圖3所示。由圖3中可以看出,三肇凹陷青山口組源巖超壓最早形成于青二、三段沉積時期,大部分開始形成于嫩四段沉積時期,其次是嫩二段、嫩五段和嫩三段沉積時期,姚一段、姚二、三段和嫩一段沉積時期也有部分地區(qū)超壓開始形成。式中:Z0—超壓開始形成深度,m;c—泥巖正常壓實趨勢線斜率;Δt—深度Z處的聲波時差值,μs/m;Δt0—外推地表處泥巖聲波時差值,μs/m。1.2t1t2斷層青山口組沉積時期松遼盆地伸展,導(dǎo)致NE向和NW向兩組基底斷裂帶繼承性活動,在三肇凹陷形成了大量斷開青山口組和扶楊油層的T2斷裂,構(gòu)成了網(wǎng)格狀的斷裂發(fā)育密集帶。據(jù)不完全統(tǒng)計,三肇凹陷T2斷裂有4230條,主要為近SN向分布,均為正斷層,一般斷距20～60m,最大150m,斷層長度2～5km,在東西方向測線上T2斷層的發(fā)育密度為0.5～1.8條/km。在斷層發(fā)育密集帶上斷層密度為1.0～1.8條/km。少數(shù)斷層向上延伸至嫩江組地層,并未破壞上覆巨厚的泥巖層段。構(gòu)造發(fā)育史研究表明,在嫩江組末期、明水組末期和古近系末期構(gòu)造活動,大部分T2斷層都曾復(fù)活開啟。綜合上述分析可以看出,三肇凹陷青山口組源巖生成的油具備了向下“倒灌”運移的2個條件,且青山口組源巖大量生烴期與T2斷層活動時期及超壓形成時期有著較好的時間匹配關(guān)系,有利于上覆青山口組源巖生成排出的油在超壓的作用下在嫩江組沉積末期、明水組沉積末期和古近系沉積末期通過T2斷層向下伏扶楊油層中“倒灌”運移。2源巖“倒灌”運移的分布由上可知,油氣能否向下發(fā)生“倒灌”運移及運移距離大小和層位的多少,關(guān)鍵取決于源巖超壓值的大小,超壓值越大,形成的源儲壓差越大,油氣向下“倒灌”運移的距離越大,穿越的地層層位越多;相反,油氣向下“倒灌”運移的距離越小,形成的源儲壓差越小,穿越的地層層位越少。根據(jù)壓力封閉原理,在超壓的作用下油氣向下“倒灌”運移的最大理論距離計算公式為:式中:l—油氣向下“倒灌“運移距離,m;ΔP—源巖中超壓值,Pa;ρo—油密度,g/cm3;ρw—地層水密度,g/cm3;g—重力加速度,m/s2。如果油氣向下“倒灌”距離l與其所能穿過的地層厚度之間滿足式3,則油氣向下“倒灌”的層位為第n層。式中:n—為油氣向下“倒灌”運移層數(shù);hi—油氣向下“倒灌”運移穿過第i層地層厚度,(m);i=1,2,3…n。由式2,根據(jù)圖2中三肇凹陷青山口組源巖超壓值大小,便可以計算得到其生成的油油向下“倒灌”運移距離大小及分布如圖4所示。由圖4中可以看出,三肇凹陷青山口組源巖生成的油向下“倒灌”運移的最大距離可達(dá)到1700m,主要分布在徐8井和徐9井處,次極值點分布在芳21井處,向下“倒灌”運移距離為1200m。由3個高值區(qū)向凹陷四周邊界青山口組源巖生成的油向下“倒灌”運移距離逐漸減小,在凹陷邊部的排烴邊界降為600m以下。根據(jù)圖4中三肇凹陷青山口組源巖生成的油向下“倒灌”運移距離和扶余油層、楊大城子油層地層厚度(圖5),由式3可以得到三肇凹陷青山口組源巖生成的油向下“倒灌”運移距離均大于扶楊油層地層厚度(最大厚度500m,大部分地區(qū)小于400m),其生成排出的油在超壓的作用下均可以向下“倒灌”運移進(jìn)入扶楊油層中的任何部位。3科學(xué)控制三肇凹陷扶楊油層油成藏與分布的關(guān)系根據(jù)該區(qū)扶楊油層油分布層位和區(qū)域與青山口組源巖生成油向下“倒灌”運移層位及分布范圍之間關(guān)系研究得到,三肇凹陷扶楊油層油成藏與分布應(yīng)受以下2個因素的控制。3.1扶楊油層內(nèi)側(cè)向運移形成油藏由上可知,從理論上說,三肇凹陷青山口組源巖生成油在超壓的作用下均可以向下“倒灌”運移至扶楊油層中的任何部位,只要有砂巖儲層存在,沿斷裂向下“倒灌”運移進(jìn)入扶楊油層中的油便可進(jìn)入其內(nèi)進(jìn)行側(cè)向運移,再在斷塊、斷層遮擋和斷塊-巖性等圈閉中聚集形成油藏,如圖6所示,這可能是造成三肇凹陷目前扶楊油層從上至下均含油的一個重要原因。3.2肇凹陷扶楊油層油氣成藏模式由上三肇凹陷扶楊油層油成藏條件可知,只有位于青山口組源巖生成油向下“倒灌”運移分布范圍內(nèi)或及附近的扶楊油層才能獲得油進(jìn)行運聚成藏。否則其它條件再好,也無法形成油聚集。由圖7中可以看出,三肇凹陷扶楊油層目前已發(fā)現(xiàn)的油藏如宋芳屯、榆樹林、肇州、升平和朝陽溝東油田等均分布在青山口組源巖生成油向下“倒灌”運移分布范圍內(nèi)或其附近,這充分說明青山口組源巖生成油向下“倒灌”運移分布范圍控制著三肇凹陷扶楊油層油氣成藏與分布的范圍。因此,三肇凹陷扶楊油層油成藏與分布的有利地區(qū)應(yīng)是青山口組源巖生成的油向下“倒灌”運移分布范圍及其附近,是該區(qū)油下一步勘探的有利地區(qū)。4源巖上“倒灌”運移規(guī)律(1)三肇凹陷青山口組源巖同時滿足①具有足夠大的超壓;②存在連通扶楊油層的T2斷裂2個條件,其生成的油可以在超壓的作用下在嫩江組沉積末期、明水組沉積末期和古近系沉積末期通過T2斷裂向下伏扶楊油層中“倒灌”運移。(2