Question

馆陶组油气成藏的主要控制因素

Answer 1

勘探的实践已经充分证明，济阳坳陷北部馆陶组的砂泥岩沉积，具有良好的储盖组合，能够满足对油气的储存和纵向封盖要求; 同时多个具有巨大生烃潜力，并处于合适演化阶段的有效生烃洼陷分布其周围，拥有油气成藏的物质基础，因而馆陶组成藏的关键在于: 合适的沉积构造背景下形成圈闭的能力和沟通油源与圈闭的有效输导体系。

1.馆陶组地层中具有形成各类圈闭的有利条件

凹凸相间的盆地构造背景与馆陶组地层的沉积发育特征配合，使得在地层的不同层位和构造部位形成了丰富而类型多样的圈闭。

在地层纵向层序中，受沉积环境的影响，馆下段地层砂岩含量较高，砂体规模较大，侧向连通性较好，因而靠岩性变化产生侧向遮挡而形成岩性圈闭的可能性不大，只能在洼陷周边的构造高部位依靠其他遮挡条件而形成圈闭。馆下段地层在凸起缓坡带一般层层上超形成了超覆带，由于受基底沟梁相间的古地貌影响也形成了相间排列的鼻状构造，在凸起主体部位则形成了披覆构造。由此可知，在凸起缓坡、断阶带，馆下段砂岩是通过砂层顶部超覆尖灭、交叉断层、弯曲断层等的遮挡或与鼻状构造配合形成地层超覆、断鼻圈闭; 在凸起主体的披覆构造带中，依靠差异压实作用而形成背斜圈闭。因此对于研究区馆下段的砂岩来说，构造和泥岩的配置在圈闭形成以及成藏过程中起到了至关重要的作用。

馆上段上部地层总体砂岩含量较低、砂体规模减小、横向连通性变差，因而首先具有形成岩性圈闭的有利条件。馆上段沉积晚期，全区几乎连成一体，淹没了区内所有凸起，所以地层超覆带不发育，除此之外，在洼陷周边的构造高部位所形成的圈闭类型与馆下段基本相同。对于馆上段砂层的预测及其和油源断层的关系是油气成藏的关键因素。

总体而言，各类构造相对容易识别，而岩性变化的可预测性相对较低，加上馆下段及馆上段砂泥比的巨大差异，对于馆下段来说在大套砂岩中确定泥岩夹层的存在，以及对于馆上段来说在大套泥岩中落实砂岩岩层的存在及其展布对于圈闭的落实可以起到关键性的作用。

2.复合输导体系的发育为馆陶组圈闭成藏提供了保证

油气在地下之所以成藏，是因为其运移时并非作三维空间等效发散运移，而是被限制在一定的路径上进行运移，这就是所谓油气运移聚集的输导体系。输导体系指连接源岩与圈闭的油气运移通道的空间组合体，其静态要素包括断层、不整合面、渗透性砂岩、裂缝发育带及其三维空间的组合，是油气从源岩到圈闭的 “交通网络”。

输导体系的差异对油气藏类型、分布起着不同的控制作用。以断层为主要运移通道的油气藏，由于断层良好的垂向运移能力，常可形成于离烃源层具有较大时空跨度的层位，在断层带附近可以形成多层叠置的油气藏; 以连通砂体为主要运移通道的油气藏，常形成于距离烃源层较近或相邻的层位，油气在砂体中的分布位置主要取决于砂体物性的非均质性，油气常在砂体的相对高孔渗部位聚集成藏; 不整合面作为油气的运移通道，往往可以使油气进行长距离的侧向和斜向运移，形成各种和不整合面有关的地层油气藏。但单一输导往往不可能形成大规模的油气聚集，事实上也很少有单一输导方式形成的油气藏，尤其是构造相对复杂的断陷湖盆。油气藏形成都是通过两种或多种输导路径组合下的复杂的输导体系，通过阶梯式的运移并最终进入圈闭。输导体系的末端和边缘是形成油气运移的重要指向区，也是油气聚集的有利地区。同时，在输导体系内部，如存在合适的圈闭条件，也可以形成油气聚集。所以对于馆陶组油气成藏而言，输导体系的发育就显得尤为重要。

(1)断层

研究区属于断陷湖盆，不同级别的断层长期发育，对沉积、构造形成和油气运聚的作用不尽相同。一级断层控制凹陷与凸起的发育演化，二级断层控制着凹陷中二级构造带的形成，三级断层控制局部构造的形成，它们对油气都起到运移通道和遮挡作用，二、三级断层对形成断裂网具有更大的作用。对新近系油气成藏来说，二、三级断层往往构成油气输导网络，而三、四级断层则主要形成油气聚集网络。

断层活动是短暂的、间歇性和周期性的。断层的每一次活动都伴随应力的释放，在断裂带附近形成低压区，油源区具有高压性质的流体势必向断裂带汇聚，顺着主断裂的薄弱带向上 “冒出”，在合适的部位聚集成藏或暂时储存，成为下一次大规模向上运移的 “地下仓库”。在断层活动的平静期，断层带应力得到恢复，断盘两侧摩擦阻力增加，油气的大规模运移受限，向上排驱的能力大大降低，因此只能沿断裂带缓慢扩散渗流。与此同时，若遇有适宜的渗透层和不整合面，油气就会横向运移，侧向运移的能力大大加强，一方面油气的侧向运移可以形成油气藏，另一方面这些侧向运移形成的油气藏就像临时转运的 “集装箱”或 “地下仓库”，将油气暂时封存，等待下一次断层活动的到来，继续运移。直到应力足以使渐趋闭合的断层重新断开，强烈活动，再一次的应力释放，开始新一轮大规模油气运移。断层的这种间歇性、脉冲式活动，就像一台间歇性工作的 “抽水泵”将古近系烃源岩中的油气源源不断的输送到新近系的储集层中。

断裂的周期性活动导致油气在与其相连的砂体中不断运移，一般断裂活动到哪个层位，油气就能运移到哪个层位，只要具备较好的盖层及封堵条件，就有可能在有利部位形成油气藏。

断层对油气垂向运移的能力是有差异的。断层活动强度、活动时间和规模决定了断层对油气的控制能力。根据断层对油气控制的能力，切割馆陶组的断层可以分为三类: 第一类是切穿或几乎切穿整个古近-新近系的断层，这类断层均为同沉积正断层，在盆地发育过程中，从古新世的持续断陷到中新世的重力拗陷作用，从而边下滑边沉积。在剖面中呈铲状和坡坪状，如埕南-埕东断层、义南、义东断层等。第二类是从古近系断至东营组或馆下段的中级断层。这类断层也是同沉积断层，在剖面上呈板状或铲状分布。第三类是贯穿馆陶组的次级小断裂。第一类和第二类断层是油气纵向运移的主要通道，是沟通深部烃源岩和浅层储集层的通道和 “桥梁”，因此常被称作油源大断裂。这两类断层活动期长，落差大，油气运聚能力强，油气分布聚集主要受这些大断层控制，已发现的馆陶组油气藏大都分布在这些断层附近。第三类断层是在新近纪构造运动期形成的，而且总体表现为越向东北方向，断层活动强度越大。这些浅层断裂主要发育在新近系内部，具有断距小、延伸距离短，对地层的沉积无明显的控制作用，但构成了新的油气输导体系，对新近系油气的运移和聚集起一定通道或遮挡作用，正是它们调整和控制了油气的最终成藏。

(2)渗透性砂岩层

油气沿断层的纵向运移只能到达烃源岩上方附近的储层中，如果断层附近不存在圈闭，则进入储层中的油气，将沿储层向上倾方向继续运移。为此对于构造高部位的馆陶组圈闭来说，只有纵向的运移通道是不够的，还必须通过渗透性岩层进行横向运移。研究区烃源岩上覆馆下段地层中发育有厚层而横向连通性好的砂岩层，为油气的横向运移提供了有利条件。

(3)不整合面在油气运移中的作用

有关不整合面可作为油气运移通道的讨论很多，但从研究区的实际来看，简单地认为其可以作为通道的结论是需要商榷的。在该区斜坡部位的不整合面上下均已经发现了大量油气藏，这表明不整合面是作为遮挡条件而存在的，并不是油气运移的优势通道。不整合面在构造上只是一个面，能否运移油气并不在于不整合本身是否存在，而是取决于不整合面两侧对接地层岩石的物理性质，理论上不整合面的存在，表明不整合面以下岩层都经过风化剥蚀的改造应该存在风化壳，对于流体应具有渗透性，可以成为油气运移的通道。但由于不整合面被深埋之后，会受到多种因素的影响，是否能成为油气运移的通道，在某种程度上和断层一样，也具有双重特性。主要取决于诸如不整合面的产状、不整面两侧地层的岩性，以及不整面所代表的沉积间断的时间长短等诸多因素，不能一概而论。对于古近系与前古近系之间的不整合面，如果不整合面之下为灰岩地层，且不整合面倾角较大，则作为油气运移通道的可能性较大。而其他情况下，比如在构造高部位坡度较小的斜坡带，则可能性不大，应主要作为遮挡条件。为此将不整合想当然的作为油气运移的通道，是不可取的。对于本区的馆陶组成藏而言，在洼陷带周边构造低部位，不整合面可以作为油气立体输导体系的组成部分，但进入构造高部位之后，要么不再作为油气运移通道，要么运移的油气在潜山中成藏，而不再汇入馆陶组成藏体系中来。

(4)输导体系类型及其对油气富集层位具有重要的控制作用

以主干断层为依托，有两种类型的输导体系对浅层油气成藏起着重要作用。一类是以主干断层为主的阶梯状输导体系，即以主干断层为 “桥梁”纵向上直接将烃源岩与圈闭沟通，构成油气垂向运聚成藏的最佳输导体。该类型输导体运聚效率高，油气富集程度高。第二类是网毯式输导体系，即烃源岩与浅层圈闭之间不是以主干断层直接沟通，而是由油源断层、次级断层、馆下段砂岩 (毯状仓储层)构成的输导体系。

输导体系的形成主要取决于断层和储层的空间组合方式，并最终影响到油气运移的方式和成藏位置。当正断层与储层的倾向相同，向盆地方向断层下降盘逐级下掉，则构成阶梯形的输导体系。断层相对活动期沿断层运移到较厚盖层下方的油气，在砂泥岩组合地层，如果砂岩层上倾方向的断层下盘为泥岩层，在合适的构造背景下 (如鼻状构造)可以形成圈闭，油气运移至此即可成藏。如果砂岩层上倾方向的断层下盘为砂岩层，则油气仍然继续运移进入断层下盘的砂层中并向上倾方向运移。由于当顺向断层断开馆陶组正旋回沉积地层时，随断层发育，对于同一旋回，断层上盘储层上倾方向通过断层总是倾向于与岩性更粗的岩层对接，因而形成有效遮挡的几率不大，尤其是对于馆下段储层发育段更是如此，因而阶梯式输导体系中，馆陶组即使是在构造相对稳定期，也能有效地起到疏导作用，使油气进入更高的构造部位。同时由于断层的调节作用，油气事实上总是倾向于进入更老的储层中。所以在顺向断层与储层构成的输导体系中，油气运移的最终目的层系倾向于进入较老的地层中 (图 7-1a)。这种情况下，早期聚集的油气在断层活动期，纵向运移到更浅的层系，在断层相对稳定期，靠横向运移在更深的层位成藏，由于断层的多期次活动，纵向和横向运移交替进行，往往能够形成多层含油层系。即使是在断裂活动持续较晚地区的较高构造部位，在老地层中也会有油气聚集。埕东凸起南部具有这样的特征，导致埕东油田具有多套含油层系。

图 7-1 断层组合模式与油气运移关系示意图

当正断层与储层的倾向相反，向盆地方向断层上升盘相对抬高，则构成网毯式输导体系。断层相对活动期沿断层运移到较厚盖层下方的油气，在砂泥岩组合地层，如果砂岩层上倾方向的断层下降盘为泥岩层，在合适的构造背景下 (如鼻状构造)可以形成圈闭，油气运移至此即可成藏。如果砂岩层上倾方向的断层下降盘为砂岩层，则油气仍然继续运移进入断层下盘的砂层中继续向上倾方向运移。与阶梯式输导体系不同的是，当反向断层断开馆陶组正旋回沉积地层时，随着断层发育，对于同一旋回，断层上升盘储层上倾方向通过断层总是倾向于与岩性更细的岩层对接，尤其是在临近区域性盖层的储层，往往上倾方向直接与区域盖层相接，因而形成有效遮挡几率增加，因而在这种输导体系中，在合适的构造背景下 (如鼻状构造)可以形成圈闭，油气倾向于在构造低部位储层中聚集。尽管在断层活动期，聚集的油气将继续作沿断层的纵向运移，即使在断层相对稳定期，断层发育到上倾方向与渗透性岩层对接时油气也将越过断层发生横向运移，因而油气的这种聚集，对于储层发育的馆下段将是暂时的，馆下段地层起到了临时仓储的作用，这也是这种输导体系被称为网毯式的原因，断层是 “网”，馆下段储层是 “毯”。在这种体系中，纵向运移使油气优先进入较新的储层，越过断层的横向运移由于反向断层的调节，油气也只能进入更新的地层中。所以在网毯式输导体系中油气运移的最终目的层系倾向于进入较新的地层中 (图 7-1b)，往往导致含油层系相对单一，而只有在主要生排烃期后，没有大的断层活动才有可能在构造高部位的老地层中形成油气聚集。埕北斜坡带低部位反向断层的发育可能是造成该区含油层系单一，主要富集于馆上段的重要原因。

3.区域性盖层的发育是馆陶组油气富集的必要条件

馆陶组上段上部和明化镇组巨厚区域性盖层的发育，加之主要油源断层的断距远小于盖层的厚度，沿主要油源断层纵向运移的油气无法穿过泥岩对接的断层带而进入更浅的地层中，从而使得油气纵向运移的最高层位限定在了储层物性好的馆陶组地层中，为油气在馆陶组中再运移聚集提供了极为有利的条件。即使是很容易发生运移和散失的天然气也能在区域性盖层下方和内部砂岩中成藏，就充分说明了区域性盖层具有较好的封盖性能。同时也需要指出，尽管区域盖层能够满足油气成藏的需要，但由于馆陶组地层埋藏深度较小，处于水文地质的自由交替带，地层水中普遍含氧，水温较低，适于微生物活动，所以储层原油普遍会遭受不同程度的次生氧化和微生物改造，但由于油藏成藏较晚，遭受次生改造的时间短，大部分仍为可采原油。目前已经发现的油藏原油主要为可采的高密度、高黏度原油充分证明了这一点。

4.特有的下生上储沉积构造条件

渤海湾盆地各凹陷的烃源岩均位于古近系，新近系河流相沉积不具备生烃条件。若凹陷内古近系储、盖和圈闭条件有利，则生成的油气应优先在古近系圈闭内聚集。例如，东营凹陷和沾北凹陷生成的油气富集于紧邻烃源层的古近系沙河街组，而在新近系并不富集。(除断层的大规模活动结束较早之外，沙河街组中具有有利的储盖组合和圈闭条件是主要因素。如东营凹陷北部陡坡带断层下降盘形成了胜坨滚动背斜，为油气的成藏提供了很好的条件，就直接导致了陈家庄凸起南坡新近系地层中的油气就远没有北坡富集。)

沾化凹陷是渤海湾盆地新近系油气最富集的凹陷之一。凹陷内古近系沙三段、沙二段、沙一段及东营组均以巨厚泥岩为主，烃源岩生成的大量油气，尤其是一、二级大断层长期继承性活动，为油气向浅层运移提供了优越的疏导条件，进而在临近凹陷的凸起，储盖配置好，圈闭发育的部位成藏。

5.基底岩层的渗透性

对于地层超覆油藏来说，地层超覆线附近下伏岩层的渗透性很关键。如果下伏岩层为非渗透层则利于形成侧向封挡条件，否则难以形成有效的侧向封挡，油气可沿渗透性岩层向高部位运移。这就可以很好地解释为何陈家庄油田的地层超覆油藏只存在于基岩为寒武系和前震旦系地层出露区，而在奥陶系出露区一般不会形成地层超覆油藏。