渤海灣盆地武清凹陷含油氣系統(tǒng)的復(fù)合性特征與有利勘探區(qū)帶

王少春 門相勇 錢錚 袁選俊

1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)煤炭資源與安全開采國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 2.中國(guó)石油華北油田公司 3.中石油煤層氣有限責(zé)任公司4.中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院

渤海灣盆地武清凹陷含油氣系統(tǒng)的復(fù)合性特征與有利勘探區(qū)帶

王少春1，2門相勇3錢錚2袁選俊4

1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)煤炭資源與安全開采國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 2.中國(guó)石油華北油田公司 3.中石油煤層氣有限責(zé)任公司4.中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院

為進(jìn)一步明確渤海灣盆地武清凹陷的油氣勘探潛力，開展了該區(qū)重點(diǎn)生烴層系（古近系沙三—沙四段、石炭—二疊系）的含油氣系統(tǒng)研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：生烴灶不完全吻合，呈現(xiàn)平面部分交叉，由于斷層或不整合面等貫通，局部存在油氣混源的復(fù)合性特征。結(jié)合區(qū)域構(gòu)造背景和二維盆地模擬研究成果，分層系劃分出了6個(gè)有利的油氣運(yùn)聚區(qū)帶，指出武清凹陷含油氣系統(tǒng)運(yùn)聚疊合區(qū)帶（即黃花店—泗村店古潛山一帶）是中淺層勘探最有利的區(qū)帶；其次，凹陷深部洼槽區(qū)也是有利的深層勘探區(qū)帶。

武清凹陷 古近紀(jì) 石炭—二疊紀(jì) 含油氣系統(tǒng) 生烴灶 復(fù)合性 油氣運(yùn)聚單元 勘探區(qū)帶

武清凹陷是渤海灣盆地冀中坳陷東北部的一個(gè)次級(jí)邊緣凹陷，為一個(gè)不對(duì)稱（北斷南超、西斷東超）的箕狀凹陷，面積約為2 600 km2。鉆探和地震研究揭示，武清凹陷為疊合于中、古生代地層之上的古近—新近紀(jì)斷陷，西部和北部為洼槽帶，東部和南部為斜坡帶。主要的次級(jí)構(gòu)造單元有：大孟莊洼槽、大口屯洼槽、孫效莊洼槽和楊村斜坡帶（圖1）。

圖1 渤海灣盆地武清凹陷構(gòu)造單元?jiǎng)澐謭D

武清凹陷古近系、新近系十分發(fā)育。古近系由西北洼向東南斜坡超覆于古生界及殘存中生界而減薄或尖滅，其中大孟莊洼槽沉積最厚達(dá)9 000 m；新近系由北向南逐漸減薄，為冀中坳陷沉積沉降中心，厚度可達(dá)3 000 m，第四系厚度超過400 m，因此形成了武清凹陷有別于冀中坳陷其他凹陷的“厚皮”特征。

在確定武清凹陷重點(diǎn)含油氣區(qū)帶的問題上，一直是一個(gè)久攻不克的難點(diǎn)，主要制約于其“厚皮”沉積，近油氣源的洼槽區(qū)圈閉埋深大于5 000 m，遠(yuǎn)油氣源的斜坡構(gòu)造帶持續(xù)探索失利多，圈閉風(fēng)險(xiǎn)大，領(lǐng)域和主攻勘探方向成為最大瓶頸問題。為此，筆者利用武清凹陷現(xiàn)有資料及研究成果，嘗試應(yīng)用含油氣系統(tǒng)研究思路和方法［1－2］，進(jìn)一步探討武清凹陷油氣勘探方向和領(lǐng)域；結(jié)合二維盆地模擬成果，指出有利的勘探區(qū)帶。

1 油氣成藏條件

1.1 烴源巖特征

1.1.1 古近系沙三—沙四段深湖—半深湖相暗色泥巖

武清凹陷和西部緊鄰的廊固凹陷在始新世—漸新世的早—中期屬于統(tǒng)一的斷陷盆地，到漸新世晚期開始分離，在新近紀(jì)才徹底分離，成為2個(gè)相互獨(dú)立的凹陷［3］。因而古近系烴源巖與廊固凹陷聯(lián)系緊密。

鉆探和研究成果表明（表1）：武清凹陷古近系烴源巖主要發(fā)育在沙河街組三段和四段（E s3及E s4）。

表1 武清凹陷暗色泥巖生油綜合數(shù)據(jù)表

沙三段沉積時(shí)期，暗色泥巖分布面積和沉積厚度最大，西部與廊固凹陷同期烴源巖相連，在武清凹陷主要分布在大孟莊洼槽中北部（圖1），推斷有效生油氣巖面積為1 079 km2，鉆井揭示暗色泥巖厚度可達(dá)1 326 m。

根據(jù)古近系生油巖指標(biāo)分析（表1，樣品是根據(jù)鉆遇井資料統(tǒng)計(jì)，基本上真實(shí)反映了武清凹陷東西洼槽烴源巖的類型和生烴潛力）：沙三段暗色泥巖平均有機(jī)碳含量為1.22%，氯仿瀝青“A”含量為0.138 4%，總烴含量為490μg／g，生烴潛量為4.90 mg／g；有機(jī)質(zhì)類型屬混合型，達(dá)到成熟烴源巖標(biāo)準(zhǔn)。而東部的大屯口、孫校莊洼槽，因埋藏淺，成熟度低。

據(jù)中國(guó)石油杭州地質(zhì)研究院（沈金龍，2000）熱史模擬成果，冀中坳陷現(xiàn)今古近系—新近系平均地溫梯度介于（2.9～3.4℃）／100 m，而武清凹陷大孟莊洼槽古近系—新近系平均地溫梯度僅為2.4℃／100 m，相對(duì)其他凹陷，武清凹陷古近系—新近系平均地溫梯度最低。但是寶坻斷裂和河西務(wù)東斷層的持續(xù)劇烈地下降活動(dòng)，在古近系烴源巖之上，沉積地層厚度可達(dá)3 500 m，其快速深埋增熱作用有利于有機(jī)質(zhì)向烴類轉(zhuǎn)化，對(duì)古近系油氣系統(tǒng)起到了增強(qiáng)和改造作用。據(jù)蘇50、武深1井等熱演化資料分析，有機(jī)質(zhì)成熟門限在3 200～3 600 m。生烴中心目前已處于成熟—高成熟階段。

據(jù)沙三段烴源巖生烴強(qiáng)度模擬成果，生烴中心主要分布在大孟莊洼槽中北部，生氣強(qiáng)度介于（10～40）×108m3／km2，最大達(dá)50×108m3／km2；生油強(qiáng)度介于（40～160）×104t／km2；其次為東部的孫效莊洼槽，生氣強(qiáng)度介于（10～30）×108m3／km2，生油強(qiáng)度介于（40～120）×104t／km2。武清凹陷古近系烴源巖有機(jī)質(zhì)熱演化程度表現(xiàn)為西高東低。

1.1.2 石炭—二疊系煤系烴源巖

冀中地區(qū)的石炭—二疊系呈典型的殘留分布。根據(jù)對(duì)武清凹陷及緊鄰地區(qū)大量鉆井資料的統(tǒng)計(jì)分析，認(rèn)為武清凹陷煤系地層基本在全區(qū)分布，烴源巖主要發(fā)育在太原組、山西組地層，武清凹陷為冀中地區(qū)喜山期二次生烴最有利地區(qū)［4－5］。

太原組暗色泥巖厚度大于100 m；山西組暗色泥巖厚度大于200 m。豐度普遍較高，其中，暗色泥巖的有機(jī)碳含量（TOC）平均為3.02%；氯仿瀝青“A”含量平均為0.18%；生烴潛量（S1＋S2）平均為4.3 mg／g。煤的氯仿瀝青“A”含量平均可達(dá)1.64%；生烴潛量平均為120 mg／g。

據(jù)喜山期石炭—二疊系烴源巖生烴強(qiáng)度模擬成果［6］，二次生烴主要也以生氣為主，生氣中心主要分布在大孟莊洼槽、楊村斜坡的低部位，生氣強(qiáng)度（20～50）×108m3／km2，最大達(dá)77.64×108m3／km2，而生油強(qiáng)度均小于50×104t／km2。

1.2 儲(chǔ)層、蓋層特征

武清凹陷同渤海灣盆地一樣，其沉積、構(gòu)造演化具多旋回性特征。海相碳酸鹽巖、海陸交互相煤系地層、陸相河湖、河沼砂泥巖含煤地層構(gòu)成了多樣式的生儲(chǔ)蓋組合。

古近系儲(chǔ)層以沙二段三角洲砂體最為發(fā)育，儲(chǔ)層物性最好。已鉆井的試油結(jié)果表明，埋深近4 000 m的含礫砂巖層測(cè)井解釋孔隙度為15.8%，試油出水約100 m3，證實(shí)深層儲(chǔ)集性能較好。下生上儲(chǔ)及自生自儲(chǔ)的組合都是有利的生儲(chǔ)蓋組合類型。

古生界儲(chǔ)集層以奧陶系頂部的風(fēng)化淋濾帶、二疊系上、下石盒子組砂巖為主；石炭系本溪組鋁土巖為良好蓋層，二疊系石千峰組濱淺湖相泥巖為局部蓋層，中生界泥巖為局部側(cè)向封堵層。有利的生儲(chǔ)蓋組合類型是新生古儲(chǔ)及自生自儲(chǔ)。

1.3 圈閉特征

據(jù)構(gòu)造特征綜合分析，武清凹陷圈閉類型以古潛山和斷塊、斷鼻構(gòu)造型及地層超覆型圈閉為主。斷裂與圈閉分帶特點(diǎn)突出，楊村斜坡低部位及洼槽區(qū)發(fā)育埋藏較深的古潛山圈閉，向坡方向則疊合古近系巖性圈閉，多見砂巖上傾尖滅、砂礫巖透鏡體等圈閉。但此類型油氣藏勘探難度較大，既需要較高勘探程度，又需要細(xì)致的研究分析［7－9］。

2 成藏過程及含油氣系統(tǒng)復(fù)合性特征

2.1 成藏過程分析

從構(gòu)造發(fā)育史和保存時(shí)期分析，武清凹陷烴源巖形成和成熟于古近紀(jì)裂陷和新近紀(jì)—第四紀(jì)后裂陷兩大階段。根據(jù)沉積熱演化史研究（圖2），武清凹陷古近系烴源巖自沙二段沉積時(shí)期至東營(yíng)組末期開始進(jìn)入成熟階段（Ro介于0.5%～1.1%），喜山晚期局部達(dá)到高成熟—過成熟階段（Ro介于1.1%～2.5%）進(jìn)入排烴高峰，應(yīng)當(dāng)以生氣為主。

因此，武清凹陷生排烴史與圈閉形成期具有較好的匹配關(guān)系。成藏期應(yīng)主要發(fā)生在新近紀(jì)—現(xiàn)今，其次為漸新世（沙二期—東營(yíng)期），如圖2所示。在油氣的運(yùn)移方面，疊合盆地中后期盆地對(duì)前期盆地的改造作用造就的“厚皮”結(jié)果，可以反映出2個(gè)特點(diǎn)，一是深埋作用，另一個(gè)是斷裂的垂向連通。這一作用促進(jìn)了下部烴源巖生烴演化，為形成下生上儲(chǔ)類型油氣藏創(chuàng)造了一定條件。

圖2 武清凹陷古近系含油氣系統(tǒng)事件圖

在蘇50井埋藏史、地?zé)崾?、生烴史和流體包裹體研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合楊村斜坡的沉積、構(gòu)造發(fā)育史，分析可知，楊村斜坡石炭—二疊系烴源巖在中生代晚期發(fā)生過短暫的一次生烴和成藏，但后被破壞；到古近紀(jì)沙二段、沙三段晚期，開始二次生烴，并進(jìn)入大量排烴的門限（Ro＝0.8%），開始成藏；在新近紀(jì)天然氣大量生成，進(jìn)入主成藏期。圈閉形成于古近紀(jì)，新近紀(jì)保存條件良好，與烴源巖主生排烴期的時(shí)空匹配較好。

蘇50井在奧陶系獲少量天然氣和低產(chǎn)原油。通過對(duì)比原油及天然氣的地化指標(biāo)，認(rèn)為蘇50井油氣來自該區(qū)石炭—二疊系烴源巖和武清凹陷古近系烴源巖的混合，其依據(jù)為：天然氣甲烷碳同位素值偏輕，與廊固凹陷油型氣相當(dāng)，與廊固凹陷務(wù)古1井沙三段、沙四段烴源巖有一定的可比性；但輕烴指標(biāo)（正庚烷／甲基環(huán)己烷）為0.4，環(huán)己烷／甲基環(huán)戊烷為1.05，均屬煤型氣。蘇50井天然氣也主要來源于石炭—二疊系含煤巖系，同時(shí)，部分混源特征可能與下古生界關(guān)系更大。蘇50井鉆探及研究表明，石炭—二疊系烴源巖具有一定的再次生氣能力。

因此，新生界和上古生界均存在相對(duì)獨(dú)立的含（油）氣系統(tǒng)，由于斷層或不整合面貫通了古近系和上古生界2套烴源巖，局部可以形成二者混源氣藏。

2.2 含油氣系統(tǒng)復(fù)合性特征

武清凹陷兩套主力烴源巖受到不同時(shí)期的構(gòu)造、沉積控制，形成了兩個(gè)含油氣系統(tǒng)，具有不完全相同的成藏基本要素和成藏作用過程。成藏主要取決于生烴史與圈閉形成期的匹配和油氣藏形成之后的保存條件，其次才是儲(chǔ)層和蓋層［10－11］。區(qū)內(nèi)古近系烴源巖和石炭—二疊系主生排烴期較晚，在新近紀(jì)進(jìn)入主成藏期之后未發(fā)生大的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，石炭—二疊系的本溪組鋁土巖和石千峰組濱淺湖相泥巖，東營(yíng)組—沙一段湖相泥巖和沙三—沙四段泥巖等區(qū)域性蓋層發(fā)育，與圈閉形成的時(shí)空匹配良好，有利于天然氣聚集。

圖3 武清凹陷古近系、上古生界生烴中心與區(qū)帶平面展布關(guān)系圖

勘探實(shí)踐表明，武清凹陷早晚兩期盆地的類型明顯不同，疊加形成了多套烴源巖的疊置發(fā)育，具有疊合、改造的特點(diǎn)。從前述分析可見，古近系含油氣系統(tǒng)平面分布存在2個(gè)生烴中心，即大孟莊洼槽以及東部孫校莊洼槽；上古生界生氣中心位于武清凹陷中西部。兩者生烴灶不完全吻合，呈現(xiàn)平面部分交叉的復(fù)合性特征（圖3）。儲(chǔ)蓋組合雖然比較發(fā)育，但近油氣源圈閉埋藏深，構(gòu)造圈閉不發(fā)育，圈閉隱蔽則是成藏的主控因素。新生界和上古生界含油氣系統(tǒng)具有局部貫通，可形成混源油氣藏的特點(diǎn)，為進(jìn)一步勘探提供了一種思路。

3 有利勘探區(qū)帶選擇

含油氣系統(tǒng)分析既是區(qū)帶詳查的理論基礎(chǔ)，又是區(qū)帶詳查階段的綜合研究方法。油氣運(yùn)聚單元分析可以成為油氣勘探評(píng)價(jià)的一種重要方法與思路［12］，不同含油氣系統(tǒng)的油氣運(yùn)聚單元進(jìn)行疊合分析，并最后確定出盆地內(nèi)可開展評(píng)價(jià)的油氣運(yùn)聚單元。

圍繞生烴中心，油氣二次運(yùn)移的主流向是往構(gòu)造帶上或相對(duì)隆起的低勢(shì)區(qū)［13］。因此，除了深部洼槽區(qū)［14］，因處于生烴中心，也是有利的深層勘探區(qū)帶之外，中淺層有利區(qū)帶的選擇上，以武清凹陷成藏諸要素及其成藏過程分析為基礎(chǔ)，結(jié)合武清凹陷二維盆地模擬研究成果，以有效烴灶為中心，與相鄰各構(gòu)造帶結(jié)合，位于油氣運(yùn)移主要指向區(qū)為依據(jù)。遵循平面上鄰近生烴灶、處于相對(duì)隆起區(qū)、各類圈閉發(fā)育、縱向上生烴灶疊置區(qū)帶，即含油氣系統(tǒng)運(yùn)聚疊合區(qū)帶為有利區(qū)帶標(biāo)準(zhǔn)。將武清凹陷2個(gè)含油氣系統(tǒng)劃分出6個(gè)有利運(yùn)聚單元，進(jìn)一步分析其勘探潛力。

圖3為構(gòu)造帶與生烴灶的匹配關(guān)系圖，武清凹陷古近系含油氣系統(tǒng)可以劃分出3個(gè)有利的油氣運(yùn)聚單元，即：楊村斜坡中段的黃花店鼻狀構(gòu)造帶、楊村斜坡北端大良鎮(zhèn)鼻狀構(gòu)造帶及楊村斜坡東側(cè)的武清北構(gòu)造帶。上古生界含油氣系統(tǒng)可以劃分出3個(gè)有利的油氣運(yùn)聚單元，即：楊村斜坡南段的碼頭構(gòu)造帶及楊村斜坡東側(cè)的武清北構(gòu)造帶和楊村斜坡北端的大良鎮(zhèn)鼻狀構(gòu)造帶。

以混源和上下疊置關(guān)系分析（圖3），武清凹陷西部楊村斜坡低部位（即黃花店—泗村店古潛山一帶）是最有利的油氣運(yùn)聚區(qū)帶，具有近主力生烴中心，古潛山圈閉與構(gòu)造—巖性圈閉疊置，而且新近系“厚皮”沉積，促進(jìn)了烴源巖演化，延遲了成藏期，成藏潛力大。該帶已鉆探的蘇50、51井證實(shí)，新生界和上古生界含油氣系統(tǒng)具有較大的勘探潛力。

其次，武清北構(gòu)造帶是上古生界油氣系統(tǒng)勘探有利目標(biāo)，位于上古生界生烴中心油氣有利指向區(qū)，古近系次級(jí)生烴中心運(yùn)移指向區(qū)，落實(shí)構(gòu)造圈閉面積為248 km2，圈閉資源潛力大。

再次，大良鎮(zhèn)鼻狀構(gòu)造帶處于多灶油氣匯集區(qū)帶，武6井獲得低產(chǎn)油流，則證實(shí)該帶勘探潛力。

4 結(jié)論

1）武清凹陷兩個(gè)含油氣系統(tǒng)具有生烴灶不完全吻合，平面部分交叉、縱向疊置，局部存在油氣混源的復(fù)合性特點(diǎn)。

2）武清凹陷含油氣系統(tǒng)運(yùn)聚疊合區(qū)帶（黃花店—泗村店古潛山一帶）應(yīng)為中淺層勘探有利區(qū)帶，其鄰近生烴灶的有利油氣運(yùn)聚單元，圈閉可接受多個(gè)含油氣系統(tǒng)的油、氣，可以提高其充滿度和圈閉有效性。另外，深部洼槽區(qū)，因處于生烴中心，也是有利的深層勘探區(qū)帶。

致謝：審稿人和編輯提出了寶貴的修改意見。在此一并感謝。

［1］趙文智.中國(guó)含油氣系統(tǒng)基本特征與評(píng)價(jià)方法［M］.北京：科學(xué)出版社，2003：16－20，125－129.

［2］趙文智，何登發(fā).中國(guó)含油氣系統(tǒng)的基本特征與勘探對(duì)策［J］.石油學(xué)報(bào)，2002，23（6）：1－11.

［3］袁選俊，靳久強(qiáng)，孟慶仁，等.冀中坳陷楊村斜坡結(jié)構(gòu)成因及油氣成藏模式［J］.石油學(xué)報(bào)，2004，25（4）：19－22.

［4］張英利，趙長(zhǎng)毅，朱炎銘.華北地區(qū)上古生界二次生烴及成藏條件特征［J］.沉積學(xué)報(bào)，2006，24（5）：747－754.

［5］蔡超，朱炎銘，秦勇，等.冀中坳陷武清凹陷蘇50井石炭—二疊紀(jì)煤系的成烴演化［J］.地質(zhì)科學(xué)，2008，43（1）：154－161.

［6］沈金龍，易萬霞，徐美茄.武清凹陷石炭系—二疊系含油氣系統(tǒng)定量模擬與勘探方向［J］.海相油氣地質(zhì)，2001，6（1）：27－32.

［7］姜傳金，蒼思春，吳杰.徐家圍子斷陷深層氣藏類型及成藏模式［J］.天然氣工業(yè)，2009，29（8）：5－7.

［8］劉安英，包麗.徐家圍子斷陷斷裂對(duì)蓋層及天然氣分布的影響［J］.天然氣工業(yè)，2009，29（8）：8－11.

［9］印長(zhǎng)海，冉清昌，齊景順.雙城斷陷地質(zhì)結(jié)構(gòu)與主控?cái)嗔研纬蓹C(jī)制［J］.天然氣工業(yè)，2009，29（11）：13－15.

［10］李浩武.阿姆河盆地侏羅系成藏組合地質(zhì)特征及勘探潛力［J］.天然氣工業(yè)，2010，30（5）：6－12.

［11］羅懷忠，梁興，張介輝，等.蘇北盆地白駒凹陷油氣富集規(guī)律與成藏模式［J］.天然氣工業(yè)，2010，30（9）：22－24.

［12］柳廣弟，高先志.油氣運(yùn)聚單元分析：油氣勘探評(píng)價(jià)的有效途徑［J］.地質(zhì)科學(xué)，2003，38（3）：307－314.

［13］楊池銀，周宗良.歧口凹陷含油氣系統(tǒng)與油氣勘探［J］.勘探家，2000，5（3）：64－70.

［14］焦貴浩，羅霞，印長(zhǎng)海，等.松遼盆地深層天然氣成藏條件與勘探方向［J］.天然氣工業(yè)，2009，29（9）：28－31.

Compound characteristics of oil and gas systems and favorable plays in the Wuqing Depression，Bohai Bay Basin

Wang Shaochun1，2，Men Xiangyong3，Qian Zheng2，Yuan Xuanjun3
（1.State Key Laboratory of Coal Resources and Safe Mining∥China University of Mining and Technology，Beijing 100083，China；2.North China Oilfield Company，PetroChina，Renqiu，Hebei 062552，China；3.PetroChina Coalbed Methane Co.，Ltd.，Beijing 100028，China；4.Petroleum Exploration and Development Research Institute，PetroChina，Beijing 100083，China）

NATUR.GAS IND.VOLUME 31，ISSUE 11，pp.59－62，11／25／2011.（ISSN 1000－0976；In Chinese）

In order to further reveal the exploration potential of the Wuqing Depression in the Bohai Bay Basin，we studied the petroleum systems of major source rocks including the Permo－Carboniferous and the third and fourth members of the Paleogene Shahejie Fm，and found that the hydrocarbon kitchens there are so complicated with partial overlapping on the planar map that mixed－source hydrocarbons occur locally due to the existence of faults and／or unconformities.In combination with regional structural settings and 2D basin modeling results，we identified 6 favorable plays，of which the overlapping area of hydrocarbon migration and accumulation，i.e.the Huanghuadian－Sicundian buried hill，is the most favorable for exploration in medium and shallow layers，while the deep troughs are favorable for exploration in deep layers.

Wuqing Depression，Palaeogene，Permo－Carboniferous，petroleum system，hydrocarbon kitchen，compound，hydrocarbon migration and accumulation unit，play

王少春等.渤海灣盆地武清凹陷含油氣系統(tǒng)的復(fù)合性特征與有利勘探區(qū)帶.天然氣工業(yè)，2011，31（11）：59－62.

10.3787／j.issn.1000－0976.2011.11.014

王少春，1969年生，高級(jí)工程師，博士研究生；從事石油勘探及綜合研究工作。地址：（062552）河北省任丘市中國(guó)石油華北油田公司勘探部。電話：（0317）2721625。E－mail：ktb－wsc＠petrochina.com.cn

（修改回稿日期 2011－09－26 編輯 羅冬梅）

DOI：10.3787／j.issn.1000－0976.2011.11.014

Wang Shaochun，senior engineer，born in 1969，is studying for a Ph.D degree and engaged in petroleum exploration and comprehensive study.

Add：Renqiu，Hebei 062552，P.R.China

Tel：＋86－317－2721 625 E－mail：ktb－wsc＠petrochina.com.cn