冀中坳陷潛山油氣輸導(dǎo)體系及與油氣藏類型的匹配關(guān)系

吳偉濤,高先志,盧學(xué)軍,崔周旗,孔令武,賈連奇,王海潮

(1.中國石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,北京102249;2.中國石油天然氣集團(tuán)公司華北油田分公司勘探開發(fā)研究院,河北任丘062550)

0 引言

1975年,任丘潛山大油田的發(fā)現(xiàn)開拓了渤海灣盆地潛山油氣勘探的新領(lǐng)域,并創(chuàng)建了潛山油氣成藏理論[1]。經(jīng)過30多年的勘探開發(fā),冀中坳陷已發(fā)現(xiàn)近50個(gè)潛山油氣田。潛山油氣藏具有“新生古儲(chǔ)”型成藏組合方式,其烴源巖主要來自于上覆的古近系地層,且儲(chǔ)層存在于潛山的不同部位,使得烴源巖與潛山儲(chǔ)層之間的配置關(guān)系具有復(fù)雜性,以及與油氣藏類型的匹配關(guān)系不清晰,需進(jìn)一步研究[1-5]。油氣運(yùn)移輸導(dǎo)體系作為油氣藏形成的重要條件,起到連接烴源巖和圈閉的橋梁作用[6-13]。為此,筆者試圖研究潛山油氣運(yùn)移輸導(dǎo)體系特征,并探討輸導(dǎo)體系與潛山油氣藏類型的匹配關(guān)系,旨在豐富潛山油氣成藏理論的同時(shí)為勘探實(shí)踐提供理論指導(dǎo)。

1 冀中坳陷地質(zhì)特征與潛山油氣藏類型

1.1 冀中坳陷地質(zhì)特征

冀中坳陷是疊置在華北古生代地臺之上的中、新生代斷陷-坳陷型次級盆地,隸屬于渤海灣盆地[2-3]。從中元古代的長城紀(jì)至中生代的三疊紀(jì),處于相對穩(wěn)定的地臺發(fā)育階段,主要發(fā)育了一套巨厚的海相碳酸鹽巖夾碎屑巖沉積建造,發(fā)生多期次的垂直升降構(gòu)造運(yùn)動(dòng),造成多次沉積間斷,使不同時(shí)期的地層出露,形成了多套溶蝕型儲(chǔ)集層;隨后,進(jìn)入活動(dòng)強(qiáng)烈的裂谷盆地發(fā)育階段,以斷塊差異升降為特點(diǎn),形成多期次、多方向的斷裂系統(tǒng),發(fā)育基底斷層拉張和地層翹傾,最終形成斷棱潛山、斷階潛山、凸起潛山和內(nèi)幕潛山等多種類型的潛山(圖1)[1-2]。

1.2 潛山油氣藏類型

受潛山構(gòu)造演化歷史及成藏條件差異的影響,可在潛山頂、潛山坡和潛山內(nèi)幕等部位形成3種類型油氣藏(圖1)[1-2,14-15]。潛山頂油氣藏是指分布在潛山頂部,受到不整合面及(或)斷層遮擋作用而形成的油氣藏,如饒陽凹陷任丘潛山霧迷山組油藏;潛山坡油氣藏指分布在潛山斜坡上,受到潛山斜坡不整合面和地層隔板層遮擋而形成的油氣藏,如饒陽凹陷南馬莊潛山寒武系油藏;潛山內(nèi)幕油氣藏指受斷層和內(nèi)幕隔層遮擋作用,在潛山內(nèi)部以隔層將其下部和頂部儲(chǔ)集層分隔而形成的油氣藏,如廊固凹陷劉其營潛山奧陶系油氣藏。

2 油氣運(yùn)移輸導(dǎo)體系特征

油氣運(yùn)移輸導(dǎo)體系指油氣從源巖到圈閉所有運(yùn)移通道的空間組合,輸導(dǎo)體系是油氣藏形成和分布的關(guān)鍵控制因素。根據(jù)潛山油氣藏形成的輸導(dǎo)條件,將潛山油氣運(yùn)移輸導(dǎo)體系分為4種類型,分別為斷裂型、不整合型、內(nèi)幕溶蝕層型和復(fù)合型輸導(dǎo)體系。

2.1 斷裂型輸導(dǎo)體系

冀中坳陷潛山地層經(jīng)歷了多次強(qiáng)烈的構(gòu)造活動(dòng),發(fā)育多期次、多方向斷裂系統(tǒng),斷裂上盤下降形成油氣源區(qū),下盤上升形成潛山,斷裂成為油氣從烴源巖到潛山的重要運(yùn)移通道。

圖1 冀中坳陷潛山和油氣藏類型分布模式Fig.1 Distribution Section of the Types of Buried Hill and Its Reservior in Jizhong Depression

斷裂型輸導(dǎo)體系的形成需要具備兩個(gè)方面的條件:一是良好的自身特征,如潛山絕大多數(shù)為碳酸鹽巖地層,屬于脆性地層,斷層附近裂縫較發(fā)育[16],且碳酸鹽巖地層中泥質(zhì)巖層較少,很難對斷層面進(jìn)行泥巖涂抹,再加上斷層多數(shù)為多期活動(dòng)性斷層,這些條件有利于形成高效的斷裂型輸導(dǎo)體系;二是與烴源巖、圈閉等要素的匹配性,如烴源巖的成熟時(shí)間與斷層活動(dòng)相匹配,年輕地層為潛山油氣藏的形成起到了封蓋作用,這些為斷裂型輸導(dǎo)體系的時(shí)效性提供了條件。

任丘潛山霧迷山組油藏的形成受任西斷層和馬西斷層控制。其中,任西斷層延伸長度為30 km,為前第三紀(jì)的老斷層,古近紀(jì)孔店組沉積期重新活動(dòng),在沙河街組三段沉積期活動(dòng)強(qiáng)烈,一直持續(xù)到東營組沉積末期,控制著任西洼槽和任丘潛山構(gòu)造帶的形成。任西洼槽沙河街組三段烴源巖成熟的時(shí)間為東營組沉積末期,潛山上覆的沙河街組一段湖相泥巖起到了封蓋作用。任西潛山頂部任11井埋藏深度大約為2 700 m,而任西斷層下降盤沙河街組三段烴源巖的埋藏深度超過4 500 m,其供油窗口超過1 800 m,任西斷層成為任西洼槽油氣進(jìn)入潛山的運(yùn)移通道,形成潛山頂油藏(圖2)。

圖2 任丘潛山斷層輸導(dǎo)剖面Fig.2 Section of the Buried Hill of Renqiu for the Fault Pathw ay System

再如,南孟潛山位于霸縣二臺階上,主要受牛東斷層控制。牛東斷層為控制霸縣凹陷的西邊界斷層,為生長斷層,形成時(shí)間為沙河街組四段沉積期。通過油源對比[17],南孟潛山油氣來自霸縣洼槽古近系沙河街組四段烴源巖,成熟時(shí)間從沙河街組二段沉積期持續(xù)到館陶組末期?，F(xiàn)今沙河街組四段埋藏深度超過6 000 m,潛山寒武系府君山組埋藏深度約2 000 m,牛東斷層成為油氣進(jìn)入潛山的輸導(dǎo)體系,形成寒武系饅頭組潛山頂油藏和府君山組潛山內(nèi)幕油藏(圖3)。

圖3 南孟潛山斷層輸導(dǎo)剖面Fig.3 Section of the Buried Hill of Nanmeng for the Fault Pathw ay System

2.2 不整合型輸導(dǎo)體系

冀中坳陷受到構(gòu)造活動(dòng)和斷裂作用,遭受不均等的抬升剝蝕,潛山頂面地層變化大,自太古宇到中生界地層均出露[18],與上覆新生界地層呈區(qū)域性不整合接觸,為不整合型輸導(dǎo)體系的形成提供了條件。

冀中坳陷不整合在空間上具有3層結(jié)構(gòu)(圖4):不整合上部的底礫巖層、不整合下部的風(fēng)化黏土層和半風(fēng)化巖石。上部的底礫巖層和下部的半風(fēng)化巖石是不整合型輸導(dǎo)體系的重要組成部分[19-23]。

不整合上部的底礫巖層主要位于潛山斜坡上,底礫巖層從潛山底部向頂部或凸起上部逐漸超覆。通過對任丘潛山16口井的不整合上部底礫巖層厚度統(tǒng)計(jì),斷層附近和潛山頂部的底礫巖層厚度0～6 m,而潛山斜坡和底部厚度為4～29.5 m。可以看出,靠近斷層附近和潛山頂部的底礫巖層厚度明顯小于潛山斜坡和底部。不整合上部的底礫巖層為連通孔隙,其非均質(zhì)性較強(qiáng),但由于毛細(xì)管力總是使油氣匯集在大孔隙中,從而使油氣“局限”在高孔滲的“層段”中,在達(dá)到其殘余飽和度之后,可以構(gòu)成良好的油氣運(yùn)移通道[23-24]。

任丘寒武系油藏位于任丘潛山北部,受構(gòu)造抬升、剝蝕、斷裂、翹傾、削截等作用的影響,使寒武系儲(chǔ)集層位于潛山斜坡上,受不整合面和內(nèi)幕隔板層的遮擋作用形成潛山坡圈閉;根據(jù)油源對比,其油源來自于北側(cè)鄚州洼槽的沙河街組四段,在沙河街組二段末期已達(dá)到成熟點(diǎn);由于寒武系上覆沉積了奧陶系地層,使得寒武系儲(chǔ)集層未能與烴源巖地層直接接觸,不整合上部的底礫巖層成為油氣輸導(dǎo)體系,形成潛山坡油藏(圖5)。

圖4 任丘潛山任84井奧陶系不整合結(jié)構(gòu)Fig.4 Structure of the Ordovician Unconformilty Pathway System of Well Ren-84 in the Buried Hill of Renqiu

圖5 任丘潛山奧陶系不整合上部底礫巖輸導(dǎo)剖面Fig.5 Section of the Buried Hill of Renqiu for the Basal Conglomerate Above the Ordovician Unconformilty Pathw ay System

不整合下部的半風(fēng)化巖石位于風(fēng)化黏土層之下,主要孔隙為淋濾帶的溶蝕孔-洞-縫系統(tǒng)。淋濾帶的裂縫系統(tǒng)由風(fēng)化裂縫、卸載裂縫和構(gòu)造裂縫組成,溶蝕孔洞由受大氣淡水沿裂隙的滲流、巖溶作用以及酸性含烴流體的溶蝕作用形成的次生溶孔、溶洞組成。淋濾帶厚度與其輸導(dǎo)能力成正相關(guān),在油氣運(yùn)移過程中,不整合面成為油氣有利聚集區(qū),淋濾帶厚度越大,溶蝕孔隙越發(fā)育,地層壓力相對越小,越有利于油氣進(jìn)入潛山地層。一般來說,淋濾帶厚度大約為200 m,如黃驊坳陷千米橋地區(qū)奧陶系淋濾帶為200～300 m[25];塔里木盆地碳酸鹽巖淋濾帶厚度主要分布在150 m,最大可超過200 m[26];而任丘潛山的碳酸鹽巖厚度平均300 m,最高可達(dá)600 m[1]。相對于底礫巖層的連通孔隙來說,淋濾帶溶蝕孔隙的輸導(dǎo)能力更高[27]。如任丘奧陶系油藏位于任丘潛山北部斜坡上,烴源巖地層與不整合的風(fēng)化黏土層相接觸,洼槽中成熟的油氣在運(yùn)移過程中突破風(fēng)化黏土層的薄弱地區(qū),進(jìn)入不整合下部淋濾帶溶蝕孔-洞-縫系統(tǒng),順著不整合下部的溶蝕孔隙運(yùn)移,形成潛山坡油藏(圖6)。

圖6 任丘潛山奧陶系不整合下部淋濾帶輸導(dǎo)剖面Fig.6 Section of the Buried Hill of Renqiu for the Leached Zone Beneath the Ordovician Unconformilty Pathw ay System

2.3 內(nèi)幕溶蝕層型輸導(dǎo)體系

潛山內(nèi)幕溶蝕層型輸導(dǎo)體系指位于潛山碳酸鹽巖內(nèi)部,受沉積后期構(gòu)造、巖溶、滲流、成巖等作用形成的溶蝕孔-洞-縫系統(tǒng)所組成溶蝕地層。與淋濾帶的區(qū)別在于,由于內(nèi)幕隔層的存在而不與潛山頂發(fā)生不整合接觸。

自中元古代開始,冀中坳陷至少經(jīng)歷了遷安、楊莊、床子嶺、芹峪、薊縣、加里東、海西、印支、燕山、喜馬拉雅等一系列構(gòu)造運(yùn)動(dòng)(表1),使多個(gè)時(shí)期的地層受到不同程度的溶蝕作用[1,28-29]。從遷安運(yùn)動(dòng)到加里東—海西運(yùn)動(dòng),均為垂直升降運(yùn)動(dòng),使地層頂部受到了不同程度溶蝕作用。而印支—喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)為水平擠壓運(yùn)動(dòng),主要表現(xiàn)為褶皺、塊斷和風(fēng)化剝蝕作用,不但使多個(gè)時(shí)期地層出露地表,而且斷裂作用產(chǎn)生的構(gòu)造縫顯著加強(qiáng)了大氣淡水的滲流作用,加速了巖溶作用,溶蝕孔隙極其發(fā)育。這一系列的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成了多套內(nèi)幕溶蝕層,為油氣運(yùn)移提供了有利通道。

表1 冀中坳陷長城紀(jì)—古近紀(jì)主要構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與巖溶發(fā)育期次Tab.1 Times of the Main Structures and Fossil K arsts from the Changcheng Period to the Paleogene in Jizhong Depression

內(nèi)幕溶蝕層的發(fā)育和展布與碳酸鹽巖地層中泥質(zhì)含量有關(guān)。泥質(zhì)含量少的地層容易遭受巖溶作用形成溶蝕層;泥質(zhì)含量高的地層不容易溶蝕而形成隔層。內(nèi)幕溶蝕層的展布受隔層的“限定”,在隔層上、下部易形成內(nèi)幕溶蝕層,提供潛山內(nèi)幕中的油氣運(yùn)移通道。如劉其營潛山油氣藏位于廊固凹陷河西務(wù)構(gòu)造帶南端,其儲(chǔ)集層為奧陶系碳酸鹽巖地層,受到加里東—海西運(yùn)動(dòng)長時(shí)間風(fēng)化、剝蝕作用以及大氣淡水的滲流作用,溶蝕孔隙十分發(fā)育,上覆披蓋致密的石炭系—二疊系地層,形成奧陶系內(nèi)幕溶蝕層,廊固凹陷洼槽中生成的油氣沿著內(nèi)幕溶蝕層進(jìn)入潛山,形成潛山內(nèi)幕油氣藏(圖7)。

圖7 劉其營潛山內(nèi)幕溶蝕層輸導(dǎo)剖面Fig.7 Section of the Buried Hill of Liuqiying for the Inner Dissolved Layer Pathway System

2.4 復(fù)合型輸導(dǎo)體系

以上3種均為單一型輸導(dǎo)體系,然而,受構(gòu)造活動(dòng)和斷裂作用以及后期成巖作用等因素的影響,單一輸導(dǎo)體系在三維空間上相互疊置、交叉、連通可組成復(fù)合型輸導(dǎo)體系。

通過對已發(fā)現(xiàn)的冀中坳陷潛山油氣藏輸導(dǎo)體系研究,復(fù)合型輸導(dǎo)體系存在多種組合方式,具有多種樣式的特點(diǎn),如饒陽凹陷南馬莊潛山寒武系油藏的斷層-不整合型輸導(dǎo)體系、霸縣凹陷文安斜坡文古3潛山寒武系油氣藏的斷層-內(nèi)幕溶蝕層型輸導(dǎo)體系、霸縣凹陷蘇橋潛山奧陶系油氣藏的內(nèi)幕溶蝕層-斷層-內(nèi)幕溶蝕層輸導(dǎo)體系。

現(xiàn)以斷層-不整合型輸導(dǎo)體系的南馬莊潛山油藏和斷層-內(nèi)幕溶蝕層型輸導(dǎo)體系的文古3潛山油氣藏為例。南馬莊潛山位于饒陽凹陷任丘潛山東側(cè),受到斷裂、剝蝕和削截等作用,形成傾斜狀地層,烴源巖主要來自馬西斷層下降盤沙河街組三段,生成的油氣首先沿馬西斷層進(jìn)行垂向運(yùn)移,然后沿不整合上部的底礫巖層進(jìn)行側(cè)向運(yùn)移,在風(fēng)化黏土層薄弱地區(qū)進(jìn)入潛山儲(chǔ)集層,最終形成南馬莊寒武系潛山坡油藏(圖8)。文古3潛山位于霸縣凹陷文安斜坡南端,烴源巖來自文古3東斷層下降盤沙河街組四段和孔店組,內(nèi)幕溶蝕層為寒武系府君山組,其生成的油氣首先沿?cái)鄬舆M(jìn)行垂向運(yùn)移,然后進(jìn)入寒武系府君山組內(nèi)幕溶蝕層進(jìn)行側(cè)向運(yùn)移,在內(nèi)幕高部位聚集,最終形成文古3潛山內(nèi)幕油氣藏(圖9)。

圖8 南馬莊潛山斷層-不整合輸導(dǎo)剖面Fig.8 Section of the Buried Hill of N anmazhuang for the Complex Pathway System of Fault and Unconformilty

注:Jxh-薊縣系洪水莊組。

3 輸導(dǎo)體系與油氣藏類型的匹配關(guān)系

通過對輸導(dǎo)體系特征和潛山油氣藏類型的特征分析,表明不同類型的輸導(dǎo)體系與潛山油氣藏之間可形成良好的匹配關(guān)系(圖10)。

圖10 潛山油氣輸導(dǎo)體系與油氣藏類型匹配關(guān)系Fig.10 Matching Relations of Different Pathw ay Systems to the Types of Buried Hill Reservoir

斷裂作用可以使上、下盤發(fā)生相對位移,使斷裂成為連接上盤烴源巖與下盤潛山的運(yùn)移通道,油氣沿著斷裂型輸導(dǎo)體系向潛山頂部或內(nèi)幕儲(chǔ)集層運(yùn)移、聚集,形成潛山頂及(或)內(nèi)幕油氣藏。該類型的潛山油氣藏在冀中坳陷占大多數(shù),如霸縣凹陷南孟潛山寒武系饅頭組頂部油藏和府君山組內(nèi)幕油藏以及饒陽凹陷任丘潛山霧迷山組頂部油藏、霸縣凹陷龍虎莊潛山寒武系內(nèi)幕油藏和奧陶系頂部油氣藏、饒陽凹陷八里莊—八里莊西潛山頂油氣藏、深縣凹陷何莊潛山頂部油氣藏等均屬此類。

油氣沿不整合型輸導(dǎo)體系進(jìn)入潛山,最有利于形成潛山頂油氣藏。如饒陽凹陷雁翎潛山頂油氣藏、束鹿凹陷晉6潛山頂油氣藏。同時(shí),油氣也可以通過不整合型輸導(dǎo)體系進(jìn)入由不整合面和隔板層共同作用的潛山坡圈閉而形成潛山坡油氣藏,如饒陽凹陷任丘寒武系和奧陶系潛山坡油氣藏、南馬莊潛山構(gòu)造帶寒武系潛山坡油氣藏。

內(nèi)幕溶蝕層沿內(nèi)幕泥質(zhì)隔層呈層狀展布,為油氣進(jìn)入潛山內(nèi)幕儲(chǔ)集層提供運(yùn)移通道,尤其是烴源巖直接對接的內(nèi)幕儲(chǔ)層,更有利于形成潛山內(nèi)幕油氣藏。除廊固凹陷劉其營潛山內(nèi)幕油氣藏外,長洋淀潛山長6井寒武系崮山組內(nèi)幕油藏、廊固凹陷務(wù)古2潛山奧陶系內(nèi)幕油氣藏等也屬此類。內(nèi)幕溶蝕層也可以與斷層組合成斷層-內(nèi)幕溶蝕層型輸導(dǎo)體系,如霸縣凹陷文安斜坡文古3潛山寒武系內(nèi)幕油氣藏、霸縣凹陷蘇橋潛山奧陶系油氣藏。

復(fù)合型輸導(dǎo)體系是由兩種或兩種以上的單一型輸導(dǎo)體系組成,具有多種樣式的特點(diǎn)。單一因素的斷裂型、不整合型和內(nèi)幕溶蝕層型輸導(dǎo)體系分別與特定類型的潛山油氣藏存在匹配關(guān)系,因此復(fù)合型輸導(dǎo)體系可以為不同位置儲(chǔ)層的潛山油氣藏提供油氣運(yùn)移通道。如由斷層-內(nèi)幕溶蝕層型輸導(dǎo)體系作為油氣運(yùn)移通道形成霸縣凹陷蘇橋潛山奧陶系油氣藏、由斷層-不整合型輸導(dǎo)體系作用形成的饒陽凹陷南馬莊潛山構(gòu)造帶寒武系潛山坡油氣藏。

4 結(jié)語

(1)由于受多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和斷裂作用的影響,冀中坳陷發(fā)育多種類型的潛山,加上成藏條件的差異性,可形成潛山頂油氣藏、潛山坡油氣藏和潛山內(nèi)幕油氣藏。

(2)潛山油氣輸導(dǎo)體系包括斷裂、不整合、內(nèi)幕溶蝕層和復(fù)合型輸導(dǎo)體系4種類型;每種輸導(dǎo)體系具有自己獨(dú)特的輸導(dǎo)特征,斷裂型輸導(dǎo)體系具有高效輸導(dǎo)的特點(diǎn),不整合型輸導(dǎo)體系具有“雙層”輸導(dǎo)結(jié)構(gòu),內(nèi)幕溶蝕層型輸導(dǎo)體系是潛山內(nèi)幕所特有的輸導(dǎo)類型,復(fù)合型輸導(dǎo)體系具有“多樣式”的特點(diǎn)。

(3)結(jié)合冀中坳陷潛山油氣藏實(shí)例,建立了不同輸導(dǎo)體系與潛山油氣藏類型的匹配關(guān)系。斷裂型輸導(dǎo)體系有利于形成潛山頂和內(nèi)幕油氣藏,不整合型輸導(dǎo)體系有利于形成潛山頂和潛山坡油氣藏,內(nèi)幕溶蝕層型輸導(dǎo)體系有利于形成潛山內(nèi)幕油氣藏,復(fù)合型油氣輸導(dǎo)體系可以形成潛山頂、潛山坡和潛山內(nèi)幕潛山油氣藏。

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