高邮凹陷有效砂岩输导层分布及控藏作用

李 浩，高先志

(中国石油大学地球科学学院，北京 102249)

高邮凹陷有效砂岩输导层分布及控藏作用

李 浩，高先志

(中国石油大学地球科学学院，北京 102249)

有效砂岩输导层是指经历过油气运移的砂层，据油气显示和油气包裹体识别有效砂岩输导层，同时结合烃源岩的分布、砂层的空间位置以及构造背景来分析有效砂岩输导层的分布。结果表明：高邮凹陷有效砂岩输导层具有分带性和分层性的分布特征：在北部斜坡带，阜一段主要分布在其顶部砂层段，具“广而薄”的特点，阜三段主要分布层段从内坡带向外坡带逐渐抬升，内坡带全段分布，而在中、外坡带集中在中上部的砂层段;在断裂带，戴一段主要分布于阜四段有效烃源岩分布区内，而戴二段分布较局限，主要沿油源断层分布，具有“窄而厚”的特点。高邮凹陷有效砂岩输导层的分布受沉积相带、构造背景、有效烃源岩的分布以及源岩与输导层接触关系、油源断层、区域盖层和辉绿岩的侵入等多种因素控制。有效砂岩输导层控制着高邮凹陷斜坡带油藏的分布位置和层位，有效砂层的顶面形态控制了油气优势运移路径，有效砂岩输导层、有效烃源岩和输导动力场的优势配置控制油气富集。

输导体系;油气运移;砂体分布;有效砂岩输导层;高邮凹陷

有效输导体系是指发生过油气运移的输导层，国内外输导体系研究主要集中在输导体系类型的划分、输导层的分布以及输导性能的定性描述等方面［1－14］，较少涉及到输导体系有效性问题。油气从烃源岩到圈闭的运移受多种因素的影响，油气的运移路径具有选择性［15－17］，并不是所有的输导体都能起到输导油气的作用，输导体系存在有效与无效之分。有效输导体系是由各类有效输导层组成的，包括有效的渗透地层、有效的断层和有效的不整合面输导层等。笔者在建立高邮凹陷输导体系格架的基础上，根据油气显示和油气包裹体判断砂体输导层的有效性，并结合烃源岩位置、沉积相和构造背景推测有效砂岩输导层的分布。

1 输导体系构成及砂体分布特征

苏北盆地高邮凹陷属于典型的中新生代复杂断裂凹陷。凹陷呈北东向展布，内部构造单元由南而北划分为南部断裂带、深凹带、汉留断裂带和北部斜坡带［18］。高邮凹陷新生代地层发育较全，晚始新世至渐新世(42～24.6 Ma)的三垛运动导致区域性构造抬升剥蚀，使本区缺少渐新世地层。研究区发育泰二段(K2t2)、阜二段(E1f2)和阜四段(E1f4)3套烃源岩，阜一段(E1f1)、阜三段(E1f3)以及戴南组(E2d)为主要储集层。

高邮凹陷输导体系由砂层、断层和辉绿岩层构成，但不同构造带输导要素发育程度存在差异。斜坡带输导层主要为砂层，断层次之;断裂带输导层主要为断层，砂层次之;辉绿岩层仅在斜坡带东部地区较发育，作为局部输导层存在。

沉积相控制砂体的分布。阜一段主要发育大型三角洲，相带连续。阜一段砂岩较发育，砂体横向连通性好，砂层累积厚度为200～300 m，单层厚度一般为2～7 m，砂岩含量为30% ～50%，由南往北增大;阜三段只在东部地区发育三角洲前缘，斜坡带和断裂带东部地区砂岩较发育，其累积厚度60～100 m，单层厚度一般为3～7 m，砂岩含量一般为15%～40%，由南往北增大;戴南组砂岩较发育相带为水下扇和扇三角洲，由真2断层和汉留断层控制呈南北向展布，沉积体系规模小、相变快，砂体横向连通性差，纵向相互叠置，呈北厚南薄，东多西少的特点，戴一段(E2d1)砂体累积厚度80～250 m，单层厚度一般为2～10 m，东部地区砂岩含量一般为30% ～50%，西部地区砂岩含量普遍低于10%，戴二段(E2d2)砂体分布类似戴一段，但砂岩更发育;三垛组(E2s)为河流沉积，砂体较发育且分布广。总体上，斜坡带砂层主要分布在阜一段、阜三段、戴南组和三垛组，深凹带和断裂带砂层主要分布在戴南组和三垛组(图1)。

图1 高邮凹陷沉积相剖面(过真武－永安－沙埝)Fig.1 Cross section of sedimentary facies(from Zhenwu to Yongan and Shanian areas in Gaoyou sag)

2 有效砂岩输导层的识别及分布

有效砂岩输导层是指真正发生了油气运移的砂层。砂层成为有效输导层的前提条件是必须具备一定的孔渗性，确保油气能在其中发生运移。高邮凹陷砂岩主要发育于三角洲前缘和水下扇扇中，物性较好，砂层都具备了输导油气的潜力，因此物性不是作为输导层有效性的充分条件。然而，并不是所有的渗透性砂层都是有效的输导层，判断砂层是否有效的最直接证据是地层是否存在油气显示或油气包裹体。

2.1 有效砂岩输导层的识别

2.1.1 根据油气显示识别

油气显示是输导层发生过油气运移的最直接证据。高邮凹陷钻井多且分布广，这为通过油气显示层统计来研究有效输导层提供了有利条件。

统计发现，北斜坡韦庄地区和沙埝地区阜一段顶部(E1f11)砂层油气显示普遍较好，显示级别较高、显示长度一般为10～50 m;沙埝地区阜三段砂层油气显示分布表现分带性：在内坡分布于阜三全段，如沙 9井，在中坡则集中在阜三中间部位(E1f32)，如苏53井，在外坡则主要分布在阜三段顶部(E1f31)，如沙X40井(图2)。另外，在沙埝和花庄地区阜三段中有辉绿岩侵入，在辉绿岩变质带及其附近的砂层中见油气显示，表明辉绿岩层附近的砂层为有效砂岩输导层。

图2 高邮凹陷沙埝地区阜三段砂层油气显示剖面Fig.2 Section of hydrocarbon shows in E1f3sand carrier beds of Shanian area，Gaoyou sag

深凹带和断裂带戴一段3个亚段骨架砂体油气显示集中在阜四段排烃区内。在排烃区内，汉留断层和真2断层等大断层附近以及砂体较发育区油气显示级别较高，显示长度较长;戴二段5个亚段骨架砂体中油气显示都较差，由下往上，油气显示分布越局限，仅在真2断层和汉留断层附近有零星的油气显示分布。

2.1.2 根据油气包裹体识别

输导层中赋存的油气包裹体是油气运移留下的“痕迹”，通过统计输导层中的油气包裹体丰度也能够很好地识别砂体输导层的有效性。统计发现，戴南组砂体输导层有效性差异较大，油源断层附近有的砂体尽管无油气显示，但其中油气包裹体丰度较高，IGO(含油包裹体的颗粒数占所统计的包裹体颗粒数的比值)一般大于3%，有的甚至达到60%，而不在油源断层附近的砂体不仅无油气显示，且其中赋存的油气包裹体丰度很低，IGO一般小于1%。这表明油源断层附近的砂体都可作为有效砂岩输导层。

2.2 有效砂岩输导层的分布特征

油气显示和油气包裹体是判断砂层输导有效性的充分条件而非必要条件，对于既无油气显示又无油气包裹体分布的砂层，判别其是否有效，需要综合烃源岩位置、构造背景、沉积相展布、有无其他类型的有效输导通道沟通等因素分析。

综合分析表明高邮凹陷有效输导层具有如下分布特征：在北部斜坡带，阜一段主要分布在其顶部砂层段，分布具“广而薄”的特点，阜三段主要分布层段从内坡带向外坡带逐渐抬升，内坡带全段分布，而在中、外坡带，集中在中上部的砂层段(图3剖面A和剖面B);在断裂带，戴一段主要分布于阜四段有效烃源岩分布区内，而戴二段分布较局限，主要沿油源断层分布，分布都具有“窄而厚”的特点(图3剖面A和剖面C)。

图3 高邮凹陷有效砂岩输导层分布剖面Fig.3 Sections of effective sand carrier beds distribution in Gaoyou sag

三垛组砂层和斜坡带戴南组砂层中鲜有油气显示和油气包裹体分布，而且离烃源岩较远，又无油源断层沟通，因此可将其视为无效输导层。

3 有效砂岩输导层分布的控制因素

高邮凹陷有效砂岩输导层分布受沉积相带和构造背景、有效烃源岩的分布及源岩与输导层的接触关系、油源断层、区域盖层和辉绿岩的侵入等多种因素控制。

3.1 沉积相带和构造背景

通道条件和动力条件是油气运移必不可少的。沉积相带控制砂岩的分布和连通性;静压条件下，油气在有效砂岩输导层中运移的动力由浮力主导，油气在势差驱动下总是沿有效输导层低部位向高部位运移，因此沉积相带和构造背景控制油气运聚格局。在高邮凹陷斜坡带，砂岩主要发育于三角洲前缘，相带连续，砂岩连续分布，侧向连通性好;而在断裂带，有利的砂岩发育相带沿断裂分布，侧向相变快，砂岩垂向叠置，砂岩侧向连通性较差而垂向连通性较好。高邮凹陷呈南断北超、南陡北缓的构造特征，输导层为静水压力系统，油气输导属于浮力驱动输导机制。油气运移受沉积相带和构造背景控制，表现为从深凹带分别向北部的斜坡带和南部的断裂带运移。北部斜坡带油气侧向运移距离长，运移波及面广;南部断裂带油气以垂向运移为主，侧向运移程度低。因此，高邮凹陷有效砂岩输导层分布的基本格局为：北部斜坡带呈片状单层系分布，而在断裂带主要沿油源断层，呈条带状多层系分布(图3)。

3.2 有效烃源岩分布及其与输导层接触关系

苏北盆地阜二段和阜四段为两套深湖相泥岩。高邮凹陷主力烃源岩层位于阜二段下部和阜四段上部。平面上，阜二段有效烃源岩主要分布在深凹带和北斜坡南部地区，其排烃区较广，阜四段有效烃源岩却集中在深凹带，其排烃区较小［19］。有效烃源岩分布不同决定了排烃方式和排烃区范围的不同。

阜二段下部有效烃源岩与阜一段砂岩地层接触，排烃以下排式为主，由于下排阻力大，油气下排厚度有限，因此阜一段有效砂岩输导层厚度较薄，一般小于50 m(不含泥岩夹层厚度)。由于阜一段砂岩连片分布，侧向连通性好，阜二段源岩与下伏阜一段顶部砂层呈“面”接触，因此在高邮凹陷北抬的构造背景下，油气侧向运移距离长。这决定了阜一段顶部有效砂岩输导层分布范围广，而且超出了阜二段排烃区的范围。

阜四段上部有效烃源岩与戴南组地层不整合接触，排烃以上排式为主。戴南组砂体规模小、横向连通性较差，阜四段源岩层与戴南组底板砂层呈“点”或“带”接触。油气示踪结果表明，来自阜四段的油气是沿戴南组底板砂层短距离侧向运移或贴油源断层砂体垂向运移的，阜四段排烃区为断裂带油气运聚的主要范围。因此，戴南组有效砂岩输导层分布较局限，主要集中在阜四段排烃区内(图3剖面A和剖面C)。

3.3 油源断层

油源断层沟通烃源岩和浅层圈闭，是油气垂向运移的重要通道。在砂体横向连通性较差的条件下，与烃源岩没有接触的砂体若无油源断层的沟通作用很难成为油气有效通道。正是由于油源断层的“桥梁”作用使得远离油源的砂层输导油气成为可能。高邮凹陷戴南组砂层横向连通性较差，且和阜四段烃源岩呈“点”接触，大部分砂层和源岩无直接接触。统计表明，戴南组各砂层组油气显示情况差异较大，但在贴油源断层发育的多层系砂层中显示级别高，显示井段长，IGO也普遍较高(一般大于3%)。油源断层的存在延伸了有效砂岩输导层的纵向分布空间(图3)。

3.4 区域盖层

区域盖层的分布范围是油气运移的最大范围。戴南组之上由于缺少区域盖层，其有效砂岩输导层的平面分布比较局限;阜一段之上发育阜二段区域盖层，油气可侧向大范围运移，故阜一段有效砂岩输导层分布较广，面积占凹陷面积的80%。

3.5 辉绿岩

辉绿岩在北斜坡沙埝地区侵入较普遍，辉绿岩变质带及其附近砂层是该区阜三段油藏油气运移的主要通道。证据(1)：阜二段表现为“下烃源岩上泥岩”，以下排烃为主，阜二段之上的阜三段储层油源条件差;证据(2)：北斜坡地区T33断层大多未完全错开区域盖层(阜二段泥岩)，阜一段储层中的油气很难通过断层向上调节进入阜三段储层中(图4);证据(3)：沙埝南部阜三段油藏的原油密度普遍大于阜一段油藏的原油密度，这说明阜三段油藏不是阜一段砂体输导层中的油气通过断层向上调整形成的次生油藏;证据(4)：辉绿岩变质带沟通阜二段源岩和阜三段断块圈闭，岩石类型以板岩和角岩为主，孔缝较发育，平均孔隙度13.4%，渗透率高达1885.4×10－3μm2，油气输导能力强［20－21］，其中见油气显示分布。因此，阜三段地层中的辉绿岩变质带附近的砂层为有效砂岩输导层(图4)。

图4 辉绿岩输导油气示意图Fig.4 Section of hydrocarbon migration through diabase

4 有效砂岩输导层与成藏的关系

高邮凹陷斜坡带油藏主要分布在其构造高带，呈东西向展布，主力油层在阜一段和阜三段(沙埝地区和瓦庄地区)，油藏类型以断鼻和断块油藏为主，输导层主要为阜宁组砂层。砂层输导的有效性与斜坡带油气成藏息息相关。

4.1 有效砂岩输导层顶面形态控制斜坡带油气优势运移路径

有效砂岩输导层作为油气真正的运移通道，其分布就是油气运移的路径。在静水压力系统中油气运移主要靠有效浮力，有效浮力由有效输导层顶面倾角和油水密度差决定。斜坡带油气从阜二段烃源岩中下排入阜一段顶部砂层中，然后在有效浮力作用下沿有效砂岩输导层顶面上倾方向运移，在其顶部“脊”的位置汇聚，形成汇聚流，有效砂岩输导层顶部“脊”线应为油气从深凹带向斜坡带运移的优势路径。从图5可见，阜一段油气显示地层总厚度一般大于该层段断层的断距，断层未完全错开有效砂岩输导层，这保证了输导通道的连通性。图6为斜坡带成藏期(三垛期)油势等值线图。图中根据油势分隔槽将斜坡带划分为5个运聚单元。由于本区为静水压力系统，在未考虑毛细管阻力的情况下，输导层油势等值线实质反映的是输导层的顶面形态，流体流线即为有效砂岩输导层顶部“脊”线的位置。油气运移从有效砂岩输导层次级“脊”逐步向更高级“脊”汇聚，类似河水从“支流”向“主干道”汇聚(图6)。

高邮凹陷北部斜坡带的油气具有“同源同期”的特点，因此不同油藏含氮化合物组成［22－23］和原油物理性质的变化可以为油气运移路径提供依据。

(1)含氮化合物示踪。沿着油气运移方向，极性弱的氮屏蔽型异构体(如1，8－DMC)或半屏蔽型异构体(如 NPE’s－DMC)相对含量增加，而极性强的氮暴露型异构体(如2，4－DMC)或半暴露型异构体(如NEX’s－DMC)相对含量减少。图7为韦庄地区过阜一段砂层顶面东西向构造脊的剖面。沿其脊线方向从韦9→韦2→韦8，其原油中1，8－DMC/2，4－DMC 10% 依次为 13→16→17，1，8－DMC/NEX’s－DMC 100%依次为34→38→56，证实了油气沿砂层顶面脊线运移。

(2)原油物理性质示踪。当氧化作用起主导作用时，沿着油气运移方向，原油的密度和黏度将增大，油质变差。图7所示，由西向东沿地层抬升方向，阜一段之上的区域盖层剥蚀程度加剧，保存条件变差，在西部的韦8断块油藏中甚至出现了轻微的生物降解现象，油气运移受氧化作用的影响大，沿砂层顶面脊线方向从韦9→韦2→韦15→韦8，地面原油密度依次增大，地面原油黏度依次为17.3→20.2→47.1→128.7 mPa·s，油质逐渐变差，这进一步证实了油气沿砂层顶面脊线运移。

图7 高邮凹陷北部斜坡带韦庄地区油气运移综合剖Fig.7 Section of hydrocarbon migration in northern slope of Weizhuang area，Gaoyou sag

4.2 有效砂岩输导层－有效烃源岩－输导层动力场优势配置控制斜坡带油气的富集区

有效砂岩输导层是油气运移的通道，是连接油源区到聚集区的“纽带”;有效烃源岩是向输导层提供油气运移的“源泉”;输导动力场是促使油气在输导层中运移的动力源。有效砂岩输导层(通)、有效烃源岩(源)和输导动力场(场)有机组合构成的“通”－“源”－“场”优势配置控制了油气的富集区。油源对比分析表明，斜坡带油气主要来自阜二段下部优质烃源岩。阜二段源岩分布范围较广，且上覆于阜一段有效砂岩输导层之上，源岩层与输导层接触面积大，这保证了输导层中油气供给的充足。此外，从油源区到聚集区，油势等值线逐渐由“密”变“疏”，反映了输导动力强弱的梯度变化，到斜坡带中部地区(中坡)和北部地区(外坡)油势等值线变得稀疏，油气输导动力不足，成为油气聚集区(图6)。

4.3 有效砂岩输导层控制斜坡带油气的分布层位

油气在砂层中主要表现为侧向运移，运移途中遇圈闭一般就地成藏，油气跨层运移较困难。有效砂岩输导层的分布限定了油气的分布层位。例如，斜坡带韦庄和沙埝地区已发现的阜一段油藏几乎都分布在阜一段顶部层段(E1f11)，内坡的沙9块油藏分布在阜三段下部层段(E1f33)，外坡的沙40块油藏分布在阜三段上部层段(E1f31)，这都表明油藏的分布层位与有效砂岩输导层的分布层位表现出高度的一致性。

高邮凹陷断裂带有效输导层主要为断层，有效砂岩输导层对断裂带油气成藏仅起辅助作用。

5 结论与建议

(1)斜坡带有效砂岩输导层主要为阜一段顶部砂层，它呈片状单层(广而薄)分布;在断裂带有效砂岩输导层主要为戴南组砂层，它沿油源断层呈条带状多层(窄而厚)分布。

(2)高邮凹陷有效砂岩输导层分布受沉积相带、构造背景、有效烃源岩的分布及源岩与输导层接触关系、油源断层、区域盖层、辉绿岩的侵入和构造背景等因素控制。

(3)有效砂岩输导层与油气成藏息息相关。对斜坡带，有效砂岩输导层的顶面形态控制了油气优势运移路径，有效砂岩输导层与输导动力场、有效烃源岩的优势配置控制了油气富集区，有效砂岩输导层控制了油气的分布层位。

(4)有效砂岩输导层对油气聚集区具有指向作用。根据有效砂岩输导层的分布，不同构造带的勘探重点区和层位应不同。斜坡带油气勘探的重点层位是阜宁组，加强阜宁组构造的精细解释，有利的层段是阜一段顶部砂层组和阜三段辉绿岩变质带及附近的砂层组。就阜三段而言，内坡可对阜三全段实施勘探，外坡则集中于阜三段顶部地层的勘探;断裂带勘探重点放在阜四排烃区内的戴南组地层，采取“沿断裂、追物源、探砂体”的方法进行挖潜。

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Effective sand carrier beds distribution and its reservoir forming control in Gaoyou sag

LI Hao，GAO Xian－zhi
(College of Geosciences in China University of Petroleum，Beijing 102249，China)

Effective sand carrier beds are the sand layers experienced oil and gas migration.The transported hydrocarbon can be identified by the hydrocarbon show and fluid inclusions.Meanwhile，the distribution characteristics of effective carrier beds were studied by the distribution of hydrocarbon source rocks，the spatial location of the sand and tectonic setting.The results show that the distribution of the effective sand carrier beds is characterized by zonation and lamination in Gaoyou sag.The effective sand carrier beds of slope zone are E1f1and E1f3.The E1f1carrier beds are"wide and thin"，mainly distributed in the uppermost part of sand layers，while for the E1f3，they are characteristically distributed throughout the inner slope zone，and gradually become limited on the upper part of sand layers in the middle and outer slope zones.The effective sand carrier beds of the fault zone，E2d1and E2d2layers are"narrow and thick".The E2d1effective sand carrier beds are distributed mainly in the distribution region of effective source rock of E1f4，while the E2d2effective sand carrier beds are mainly in occurrence along the source faults.The distribution of effective sand carrier beds in Gaoyou sag is multi－controlled by sedimentary facies，structure，distribution range of effective source rock，contact relationship with source rocks，faults connected to source rocks，regional seal，diabase invasion.The effective sand carrier beds affect the hydrocarbon distribution position and layer.The shape of top surface of the effective sand carrier beds controls the dominant migration pathway in slope area of Gaoyou sag.Accordingly，it is proposed that the rational combination of effective sand carrier beds together with source rocks and dynamic field controls the hydrocarbon distribution in the slope zone of Gaoyou sag.

carrier beds system;hydrocarbon migration;sand distribution;effective sand carrier beds;Gaoyou sag

TE 122.1

A

10.3969/j.issn.1673－5005.2012.02.009

1673－5005(2012)02－0053－07

2011－09－25

中石化“十一五”基础研究课题(P08045)

李浩(1984－)，男(汉族)，湖南益阳人，博士研究生，主要从事石油地质学方面的研究。

(编辑 刘为清)