致密油是地面空气渗透率小于1.00 mD的页岩、砂岩和碳酸盐岩等致密储层内，以吸附态或游离态赋存的未经大规模长距离运移的连续分布的石油聚集^[1-2]，也是目前成功实现商业开发的非常规油气类型之一。美国是致密油资源量大国，随着以Bakken，Eagle Ford，Barnett，Woodford为代表的致密油大规模商业开发，2018年其致密油产量达到3.29×10⁸ t，不仅将美国原油产量带入历史第二高峰，更将世界油气勘探带入以非常规资源为主的新阶段^[3-4]。中国自2014年探明首个亿吨级大型致密油田——新安边油田以来，相继在鄂尔多斯盆地三叠系延长组、松辽盆地下白垩统扶余油层、三塘湖盆地二叠系条湖组发现了多个致密油区^[5-6]。目前中国致密油勘探主要集中于构造稳定、河流-三角洲沉积体发育的坳陷型湖盆中，以往研究表明，这类坳陷型湖盆面积大、储层和烃源岩分布广泛，在宽缓、稳定的构造背景下源-储彼此紧密接触，形成了连续、准连续的致密油，是中国主要的致密油类型^[7-9]。在湖盆范围相对局限的断陷盆地中储层和烃源岩的沉积规模普遍较小，快速相变导致源-储叠置关系复杂，强烈的构造运动也对油气藏造成了一定的破坏。因此，小型断陷盆地是否具备发育致密油的条件、断陷盆地中各类成藏条件对致密油富集的控制作用，就成为断陷盆地致密油精细勘探的焦点^[10-11]。

松辽盆地深层发育由23个复杂小断陷组成的深部断陷群，其中，下白垩统营城组是重要的含油气层段。长期以来，对营城组的勘探主要集中在营城组一段（营一段）火山岩，先后在徐家围子、长岭、德惠等断陷中发现了营一段火山岩气藏。以往研究认为营城组四段（营四段）是火山活动末期沉积的一套三角洲相含砾砂岩，埋深大且致密，通常将其作为营一段火山岩气藏的区域盖层^[12-13]；2013年首次在双城断陷营四段发现了优质烃源岩，在S59井中发现饱含原油的岩心，该井试油获得0.24 t/d的低产油流^[14]。随后在该断陷内部署了Sx73和S74等多口探井，也在营四段致密砂砾岩中发现含油层，其中S6802井营四段在压裂后获得3.1 m³/d的工业油流，实现了松辽盆地深层致密油勘探的突破，证实了断陷盆地致密油的勘探潜力。目前已发现的断陷盆地致密油开采井具有“井井见油流、试油差异大、局部高产水”的特征，表明断陷盆地致密油类型多样，且成藏因素存在差异，油藏的分布特征也明显区别于坳陷盆地内大面积分布的连续、准连续型致密油。在明确致密油藏特征的基础上，系统总结成藏主控因素和成藏模式是提高小型断陷盆地致密油勘探效率的关键。双城断陷钻探程度和认识程度均较低，以往对该区的研究主要集中在营一段火山岩的喷发期次、储层特征以及对营城组上覆白垩系登娄库组储层的评价^[15-16]等方面，对营四段致密油的成藏条件、成藏过程和成藏模式都缺乏系统的认识^[17]，制约了对该段的勘探开发。

在双城断陷白垩系营四段致密油藏特征分析的基础上，从烃源岩评价、储层特征分析、构造活动情况和输导体系等4个方面入手，分析该油藏的成藏主控因素，明确成藏模式，以期为该区和其他相似的小型断陷盆地内致密油的勘探开发提供参考。

双城断陷位于松辽盆地北部深层构造东南断陷区，是一个由朝阳断裂、太平庄断裂等基底断裂所夹持的南北向箕状断陷^[18]，面积约5 500 km²，分为西部陡坡、中部洼槽和东部斜坡等3个次级构造（图 1a）。松辽盆地下白垩统自下而上发育火石岭组（K₁hs）、营城组（K₁yc）、登娄库组（K₁d）和泉头组（K₁q），营城组是主要的含油气层位，自下而上可分为营一段、营二段、营三段和营四段，盆地内营二段和营三段全部被剥蚀，无井钻遇，仅在盆缘部分露头可见。双城断陷营城组发育营一段（K₁yc¹）和营四段（K₁yc⁴），营一段主要发育强烈断陷期火山活动形成的流纹岩、英安岩、安山岩等火山熔岩和火山碎屑岩。目的层段营四段主要发育火山活动末期山间湖盆沉积的含砾砂岩、粗砂岩、细砂岩和泥页岩，为扇三角洲前缘、半深湖—深湖沉积（图 1b），包括上、下2个岩性段，其中营四下亚段分布范围较小，局限于断陷中部，主要发育半深湖—深湖相深灰色泥岩、灰黑色页岩夹薄层粉砂质泥岩，厚度为30~90 m；营四上亚段遍布于研究区内，主要发育扇三角洲平原和扇三角洲前缘沉积的含砾砂岩、粗砂岩和粉—细砂岩，自断陷两侧陡坡向中部洼槽沉积物粒度和厚度均迅速变小。营四上亚段扇三角洲砂体向前延伸入湖时，与营四下亚段半深湖—深湖相油页岩互层或侧向对接，形成的自生自储致密油藏，是双城断陷主要的致密油藏类型。勘探实践表明，研究区致密油藏厚度小、非均质性强，在平面上沉积相变快，岩性和岩相变化也较快，导致油藏类型、物性和含油性具有差异性分布特征。

图 1

Fig. 1

下载原图 图 1 松辽盆地双城断陷白垩系营城组四段沉积相分布（a）及岩性地层综合柱状图（b） Fig. 1 Distribution sedimentary facies(a)and stratigraphic column(b)of the fourth member of Cretaceous Yingcheng Formation in Shuangcheng fault depression, Songliao Basin

双城断陷油藏的精细解剖表明，营四段致密油藏类型多样，自中部洼槽向两侧斜坡依次发育源内岩性油藏、近源断层-岩性油藏、近源地层油藏和远源构造油藏等4种类型的油藏，表现出规律性分布和有序聚集的特征（图 2）。构造油藏主要发育于西部陡坡的构造高部位，是大型背斜背景下由断层分割形成的多个断背斜、断块圈闭，油藏的规模与圈闭大小基本一致，其侧向封闭性则受断层断距及两侧岩性的对接关系影响。地层油藏集中在东部斜坡登娄库组不整合面下的地层圈闭内，受不整合面附近地层的岩性和物性差异均较大的影响，具有较好的封闭性，但构造幅度较低、油水分异不明显。近平行的北东向断层将断陷两侧扇三角洲砂体切割成一系列断层-岩性圈闭，在东部斜坡和西部陡坡形成近源的断层-岩性油藏。岩性油藏集中分布在中部洼槽内，是多个被厚层湖相泥岩包裹的砂砾岩体形成的透镜体岩性圈闭，具有一扇一藏、无统一油水界面的特征。

图 2

Fig. 2

下载原图 图 2 松辽盆地双城断陷白垩系营城组四段致密油藏类型及分布 Fig. 2 Types and distribution of tight oil reservoirs of the fourth member of Cretaceous Yingcheng Formation in Shuangcheng fault depression, Songliao Basin

生烃潜量（S₁+S₂）在烃源岩大规模排烃前随热演化程度的增强而迅速变大，而在排烃后随热演化程度的增强迅速减小（图 3a）。因此，利用生烃潜力指数[（S₁+S₂）/TOC]的变化趋势可确定烃源岩的排烃门限^[19]。统计研究区营四段烃源岩的生烃潜力指数与镜质体反射率（R_o）的关系可知，当R_o < 0.9% 时，生烃潜力指数随R_o的增大而迅速变大；当R_o > 0.9% 时，生烃潜力指数随R_o的增大而逐渐减小，这表明烃源岩在R_o为0.9% 时发生了大规模排烃（图 3a）。研究区热演化史分析（图 3b）表明，营四段烃源岩在早白垩世泉头组（K₁q）沉积时（100 Ma）的埋藏深度为1 000 m，R_o达到0.5%，进入低成熟阶段；在晚白垩世姚家组（K₂y）沉积末期（80 Ma）埋藏深度约为1 800 m，R_o达到0.9%，开始向外排烃。

图 3

Fig. 3

下载原图 图 3 松辽盆地双城断陷白垩系营城组四段成藏时间及期次分析 Fig. 3 Hydrocarbon accumulation time and stages of the fourth member of Cretaceous Yingcheng Formation in Shuangcheng fault depression, Songliao Basin

流体包裹体通常被作为成藏、成岩流体的记录，通过包裹体内流体性质和均一温度分析，可进行成藏流体活动期次划分，从而确定油气充注相对时间^[20]。研究区营四段含烃包裹体沿石英碎屑颗粒的微裂隙呈带状分布，含油包裹体丰度（GOI）为5%~15%，紫外光下发黄色、黄绿色荧光，表明原油的成熟度较低。与含烃包裹体伴生的盐水包裹体均一温度为80~120 ℃，主要为100~110 ℃，呈单峰型分布，为一期成藏（图 3c）。结合热演化史分析，研究区营四段烃源岩的主成藏期为晚白垩世姚家组沉积末期—嫩江组沉积初期（80~78 Ma），这与生烃潜力指数分析的结果是一致的。

双城断陷营四段为自生自储的源内、近源致密油藏，由于储层致密，难以远距离运移，具有较高有机质丰度和排烃强度的烃源岩就成为油气富集成藏的关键^[21]。营四下亚段发育的灰黑色泥岩、油页岩的TOC值为0.94%~35.92%，平均为3.08%，S₁+S₂为0.04~102.47 mg/g，平均为6.81 mg/g，为好—很好烃源岩。该段烃源岩H/C和O/C值分别为0.42~ 0.76和0.04~0.07，为Ⅱ₁和Ⅱ₂型干酪根，现今埋藏深度为1 200~1 500 m，R_o为0.8%~1.1%，平均为0.9%，处于成熟阶段，生油气潜力较大，尤其是中部洼槽内烃源岩厚度大，主要为40~80 m，最大可达112 m，为致密油藏的形成提供了良好的物质基础。

营四下亚段烃源岩样品在荧光下有明显的含油显示，核磁共振分析表明黑色泥岩含油饱和度为25.6%~59.6%。生烃模拟也表明其生烃强度较大，主要为（20~100）×10⁴ t/km²，最大可达300×10⁴ t/km²，排烃强度主要为（5~45）×10⁴ t/km²，最大可达53× 10⁴ t/km²，强排烃泥页岩控制着致密油向外排驱范围。钻井和试油结果表明，中部洼槽源内岩性油藏排烃强度大于40×10⁴ t/km²，而近源断层-岩性油藏和近源地层油藏的排烃强度均为（20~40）×10⁴ t/km²，这表明具有较高排烃强度的湖相优质烃源岩是影响致密油富集的重要因素，研究区大部分油井也是围绕中部洼槽生烃中心呈环状分布（图 4）。

图 4

Fig. 4

下载原图 图 4 松辽盆地双城断陷白垩系营城组四段下亚段烃源岩厚度（a）、排烃强度（b）与致密油分布的关系 Fig. 4 Relationships of tight oil distribution with source rocks thickness(a)and hydrocarbon expulsion intensity(b)of the lower fourth member of Cretaceous Yingcheng Formation in Shuangcheng fault depression, Songliao Basin

研究区营四段储层主要为扇三角洲平原和前缘分流河道砂体，岩性以粗砂岩和含砾砂岩为主，二者的体积分数分别为39.13% 和32.66%，其次为细砂岩（体积分数为15.28%）和粉砂岩（体积分数为6.14%）。碎屑颗粒以火山岩岩屑和长石为主，体积分数分别为40.08% 和28.68%，石英体积分数为18.86%，以长石岩屑砂岩为主，含少量岩屑长石砂岩。砂岩填隙物体积分数为5.00%~25.00%，平均值为12.36%，以泥质杂基、方解石和高岭石为主，三者的体积分数分别为7.62%，3.06%，1.13%，含少量浊沸石（体积分数为0.31%）。营四段储层孔径细小、物性和连通性均较差，孔喉半径为0.3~5.2 μm，平均值为1.9 μm；排驱压力为0.5~4.2 MPa，平均值为1.5 MPa；孔隙度为3.2%~22.3%，平均值为11.4%，其中72% 的样品孔隙度小于10.0%；渗透率为0.06~50.21 mD，平均值为0.95 mD，其中63% 的样品渗透率小于1.00 mD。

研究区营四段致密油具有大面积分布、局部富集的特点，在纵向上主要分布在营四上亚段，该段砂体厚度大、连续性较好，其中扇三角洲前缘砂体延伸入湖，与中部洼槽烃源岩侧向对接或被泥岩包裹形成透镜状岩性圈闭，油气优先进入其中聚集成藏，现今已探明的含油区也集中在中部洼槽附近与营四下亚段侧向对接的扇三角洲前缘砂体中（图 5a）。该段储层普遍致密，但局部发育的“甜点”储层物性较好、成藏期油气充注阻力较小。统计储层的孔隙度和渗透率发现，高产油层的孔隙度一般大于10.0%，渗透率普遍大于1.00 mD；低产油层孔隙度为8.0%~10.0%，渗透率为0.85~1.00 mD；孔隙度小于8.0%，渗透率低于0.85 mD时，储层为干层（图 5b）。这也证实了物性控制着致密油的富集^[22]。

图 5

Fig. 5

下载原图 图 5 松辽盆地双城断陷白垩系营城组四段上亚段储层砂岩厚度（a）、孔隙度（b）与致密油分布的关系 Fig. 5 Relationships of tight oil distribution with sandstone thickness(a)and porosity(b)of the upper fourth member of Cretaceous Yingcheng Formation in Shuangcheng fault depression, Songliao Basin

双城断陷在中生代以来经历了断陷（早白垩世营城组—泉头组二段沉积期）、坳陷（晚白垩世青山口组—姚家组沉积末期）和挤压反转（晚白垩世嫩江组沉积末期—明水组沉积期）3个演化阶段^[23]，构造演化是影响研究区营四段致密油圈闭形成和富集成藏的重要因素。

（1）断陷阶段。营一段沉积时研究区边界断裂和火山活动形成“中部洼陷、两侧斜坡”的古地貌，营四下亚段烃源岩主要分布于中部洼槽的半深湖—深湖沉积体中，而营四上亚段沉积时断陷萎缩，研究区发育大规模扇三角洲砂体，多个扇体延伸入湖被深湖相泥岩和油页岩包裹（图 6a），形成透镜状岩性圈闭。同时，在近东西向挤压作用下营四段整体抬升、局部被剥蚀，形成不整合和低幅度背斜。泉头组沉积末期，研究区受左旋张扭应力影响，发生了大规模走滑运动，形成了一系列北北东向构造带，将断陷西部分隔成断鼻、断背斜，而在断陷东部则发育了多个小型断块圈闭、断层-岩性圈闭（图 6b），多类型圈闭作为致密油主要的聚集区，控制了各类油藏的有序分布。

图 6

Fig. 6

下载原图 图 6 松辽盆地双城断陷白垩系营城组四段沉积相及砂体（a）、构造圈闭（b）与油藏分布的关系 Fig. 6 Relationships of reservoir distribution with sedimentary facies(a)and structural traps(b)of the fourth member of Cretaceous Yingcheng Formation in Shuangcheng fault depression, Songliao Basin

（2）坳陷阶段，在稳定的拉张应力作用下，研究区进入大面积稳定沉降的坳陷期，以大规模河流-三角洲沉积体为特征，此时地层厚度稳定、构造变形弱。

（3）挤压反转阶段，受北北西向挤压作用影响，研究区发生构造反转，断陷东部地层强烈抬升剥蚀，造成嫩江组—明水组部分地层缺失，虽然中断了营四段烃源岩的热演化，但深部地层并未发生大规模褶皱变形。

综上所述，研究区营四段发育的各类圈闭和深层构造格局在泉头组沉积末期已经形成，姚家组沉积末期大规模成藏时处于稳定坳陷期，构造活动弱，有利于油藏的形成和保存，而后期构造挤压反转对深层构造的影响较小，未对营四段油藏造成大规模破坏和调整改造。

高效的运移通道是油气运聚成藏的必要条件，尤其是营四段储层发育致密，油气难以大规模、远距离运移^[24]，由断裂、不整合和连通砂体组成的“Y”型、“T”型、阶梯型和网毯型立体输导体系就成为致密油向源外侧向运移和成藏的有力保证。①“Y”型输导体系是泉头组沉积末期研究区在左旋压扭应力作用下形成的北北东向主干断裂，与伴生的北西向调节断裂组成的“Y”型、树枝状输导体系（图 7a），主要位于西部陡坡。②“T”型输导体系是营城组沉积末期研究区受到近东西向挤压，东部斜坡抬升剥蚀形成不整合，与北北东向断裂组合形成的输导体系（图 7b）。③阶梯型输导体系是砂体被近平行的北北东向断裂切割所形成的一系列近平行状阶梯，如西部陡坡S70井，S68井和东部斜坡的S71井（图 7c）。④网毯型输导体系由扇三角洲前缘扇状、朵叶状砂体与裂缝组成（图 7d），是中部洼槽的主要输导体系。

图 7

Fig. 7

下载原图 图 7 松辽盆地双城断陷白垩系营城组四段致密油输导体系类型（剖面位置见图 1） Fig. 7 Types of tight oil transport systems of the fourth member of Cretaceous Yingcheng Formation in Shuangcheng fault depression, Songliao Basin

营城组火山活动、太平庄断裂和朝阳断裂等基底断裂活动在断陷两侧形成了大量小断裂，泉头组沉积末期发生的走滑运动促使这些小断裂持续生长，在西部陡坡形成了“Y”型和阶梯型输导断裂，在断裂附近完钻的S72井和S70井所在的断层圈闭、S71井和Sx67井所在的断层-岩性圈闭中均钻遇了工业油流，而远离断裂部署的S76井、S11井和S80井所在的构造圈闭中均无油气聚集（图 8a）。营四段顶部的不整合不仅在断陷东部形成了大量的地层圈闭，更与断裂一起组成“T”型输导体系，有利于东部斜坡油气的侧向运移，如不整合区内部署的S59井所在的地层油藏中见产，就是这一输导体系发挥作用的结果（图 8b）。中部洼槽内部署的S83井和Sx67井虽然远离断层，但广泛分布的裂缝作为致密油运移的重要通道与连通砂体配合也可形成源内岩性油藏，均取得了较好的试油效果。

图 8

Fig. 8

下载原图 图 8 松辽盆地双城断陷白垩系营城组四段构造圈闭及断裂（a）、断裂及不整合（b）与致密油的分布关系 Fig. 8 Relationships of tight oil distribution with structural traps and faults(a), faults and unconformity(b)of the fourth member of Cretaceous Yingcheng Formation in Shuangcheng fault depression, Songliao Basin

对双城断陷营四段油藏进行精细解剖和成藏主控因素分析可知，致密油受“源（烃源岩）-扇（储集体）-体（输导体系）”等成藏要素耦合控制。各构造单元的成藏条件及输导效率不同，导致发育的油藏类型和勘探潜力也存在差异。

中部洼槽是研究区的生、排烃中心，营四下亚段烃源岩厚度大，生烃强度和排烃强度均较高，分别为（20~300）×10⁴ t/km²和（5~53）×10⁴ t/km²，油源条件好；营四上亚段扇三角洲砂体直接入湖与烃源岩直接接触，运移距离短、源-储配置关系好；原油沿裂缝和连通砂体组成的网毯型输导体系运移，在局部“甜点”储层富集成藏，形成“源-储叠置、网毯连接、扇体聚集”成藏模式（图 9a）。该区被泥岩包裹或与泥岩互层式接触的扇体是最有利的勘探目标。

东部斜坡紧邻中部洼槽，扇三角洲砂体与烃源岩侧向对接，油源条件较好；北北东向断裂将砂体切割成阶梯状的断层-岩性圈闭，原油自中部洼槽向外排出后首先沿阶梯型输导体系在断层-岩性圈闭中聚集，随后沿断裂向上运移至不整合面下的地层圈闭中成藏，形成“源-储紧邻、断-砂匹配、阶梯运移”成藏模式，油藏的分布受排烃强度、断裂与砂体及不整合面的关系影响。油源断裂附近的断层-岩性圈闭和地层圈闭是东部斜坡致密油富集的主要区域。

西部陡坡远离生烃中心，油源条件较差；延伸入湖的北西向断裂与北北东向主干断裂组成的“Y”型输导体系是该区的主要运移通道，油气沿断裂侧向运移，在早期形成的背斜、断背斜中聚集，形成“源- 储分离、“Y”型运聚、高点富集”成藏模式（图 9b）。靠近油源断裂的背斜、断背斜圈闭油气充注度较高，而远离油源断裂的圈闭基本无油气充注。

图 9

Fig. 9

下载原图 图 9 松辽盆地双城断陷白垩系营城组四段致密油成藏模式（剖面位置见图 1a） （a）中部洼槽“源-储叠置、网毯连接、扇体聚集”与东部斜坡“源-储紧邻、断-砂匹配、阶梯运移”；（b）西部陡坡“源-储分离、‘Y’型运聚、高点富集”。 Fig. 9 Hydrocarbon accumulation model of tight oil of the fourth member of Cretaceous Yingcheng Formation in Shuangcheng fault depression, Songliao Basin

（1）松辽盆地双城断陷白垩系营城组四段是以下亚段半深湖—深湖相油页岩为烃源岩、上亚段扇三角洲相含砾砂岩为储层的自生自储型致密油藏；自中部洼槽向两侧斜坡呈源内岩性油藏、近源断层- 岩性油藏、地层油藏和远源构造油藏的规律性分布；营四段为一期成藏，主成藏期为晚白垩世姚家组沉积末期—嫩江组沉积初期（80~78 Ma）。

（2）研究区营四段优质烃源岩作为致密油物质基础，油藏围绕生烃洼槽呈环带状分布；扇三角洲前缘砂体与烃源岩侧向对接形成岩性圈闭，相对优质储层是致密油富集有利目标；各类圈闭在泉头组沉积末期即已形成，姚家组沉积末期的主成藏期研究区构造活动弱，有利于油藏的形成和保存；由断裂、不整合、连通砂体和裂缝组成的“Y”型，“T”型，阶梯型和网毯型等多类型立体输导体系促进油气侧向运移，是致密油运聚的重要通道。

（3）研究区营四段致密油成藏受“源-扇-体”三元耦合控制，发育中部洼槽源内“源-储叠置、网毯连接、扇体聚集”、东部斜坡近源“源-储紧邻、断-砂匹配、阶梯运移”和西部陡坡远源“源-储分离、‘Y’型运聚、高点富集”等3种成藏模式。