張新濤,周心懷,牛成民 (中海石油 (中國)有限公司天津分公司 )
甄彥琴,陳容濤 ( 渤海油田勘探開發(fā)研究院,天津300452)
油氣成藏模式是由一組類似的控制油氣藏形成的基礎(chǔ)條件、動(dòng)力介質(zhì)、形成機(jī)制、演化歷程等要素組成的單一模型或者多要素復(fù)合模型,用于揭示油氣成藏規(guī)律并指導(dǎo)有利區(qū)帶預(yù)測,近年來逐漸成為國內(nèi)外石油地質(zhì)學(xué)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一[1~5]。不同類型成藏模式的建立方法和適用范圍則不盡相同。因此,建立規(guī)范而合理的成藏要素體系對成藏模式的構(gòu)建具有重要意義。黃河口凹陷是渤海油田重要的油氣勘探開發(fā)和生產(chǎn)基地。歷經(jīng)近30年油氣勘探,許多學(xué)者對黃河口凹陷油氣成藏機(jī)理和控制作用進(jìn)行了綜合研究,先后提出了許多創(chuàng)新性認(rèn)識(shí),諸如 “近源晚期優(yōu)勢成藏”[3~11]、“走滑轉(zhuǎn)換帶對油氣控制作用”[12]、“古近系近源壓控模式”、“新近系斷控淺水三角洲富集模式”[8~13]。這些重要認(rèn)識(shí)對油氣成藏期次、成藏條件等方面的研究具有重要的指導(dǎo)意義[14~18]。但不同構(gòu)造帶油氣分布與富集程度差異性較大,以油氣成藏模式差異性為核心的研究還未深入展開、制約了下一步油氣勘探進(jìn)程。筆者通過對黃河口凹陷不同構(gòu)造帶多個(gè)油田深入研究,從成藏組合分布入手,剖析不同構(gòu)造帶已發(fā)現(xiàn)油田含油層系的油氣運(yùn)聚及成藏主控因素等條件,建立以形成條件為核心、形成機(jī)制為指導(dǎo)的多要素復(fù)合類型油氣成藏模式,預(yù)測有利油氣勘探區(qū)域,為黃河口凹陷下一步油氣勘探指明方向。
黃河口凹陷位于渤海灣盆地濟(jì)陽坳陷的東北部,北側(cè)為渤南低凸起,南側(cè)為墾東-青坨子凸起和萊北低凸起,東側(cè)為廟西凹陷,西鄰沾化凹陷,是近東西向控凹斷裂和北北東向走滑斷裂控制下形成的新生界北斷南超箕狀凹陷,總面積約3309km2。由于走滑斷裂的存在將凹陷分成了西北次洼、西南次洼、中央隆起帶和東次洼,同時(shí)控凹斷層、次級(jí)斷層的存在,又將次洼分成了更多的二級(jí)構(gòu)造單元 (見圖1)。黃河口凹陷新生代構(gòu)造演化總體經(jīng)歷了古新世-漸新世早期 (孔店組 (E1k)-沙河街組 (Es)沉積期)和漸新世中、晚期至上新世早期 (東營組 (Ed)-明化鎮(zhèn)組下段 (NmL)沉積期)2個(gè)裂陷-拗陷旋回及上新世晚期 (明化鎮(zhèn)組上段 (Nmu)-平原組 (Qhp)沉積期)以來的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)再活動(dòng)期。多期構(gòu)造-沉積旋回使黃河口凹陷形成了多套烴源巖、多個(gè)儲(chǔ)蓋組合及多個(gè)含油氣層位。
圖1 黃河口凹陷區(qū)域位置圖
根據(jù)黃河口凹陷構(gòu)造演化特征、生儲(chǔ)蓋分布、圈閉特征與油氣富集特點(diǎn),將黃河口凹陷劃分3個(gè)油氣成藏組合:下部成藏組合、中部成藏組合和上部成藏組合。不同油氣成藏組合在不同區(qū)帶具有不同的油氣勘探意義和價(jià)值。
下部成藏組合主要指始新世沙河街組三段 (Es3)扇三角洲、湖底扇儲(chǔ)集層與半深湖相泥巖形成的含油氣成藏組合,屬于 “自生、自儲(chǔ)、自蓋”源內(nèi)成藏的主要層系 (見圖2)。Es3是黃河口凹陷烴源巖最主要發(fā)育層系,總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值達(dá)到2.99%,為好的烴源巖。模型模擬表明,黃河口凹陷Es3主力烴源巖在距今5.1Ma(NmL沉積末期)整體進(jìn)入生、排烴高峰期[6]。由于下部組合分布局限在凹陷深部,埋深大且較少鉆井鉆遇,是目前發(fā)現(xiàn)油氣最少的成藏組合,僅在黃河口凹陷北部陡坡帶渤中25-1油田中發(fā)現(xiàn)。該油田BZ25-1-1井在Es3鉆遇扇三角洲前緣水下分流河道細(xì)-粗粒砂巖和礫巖,試油獲得日產(chǎn)油297m3。分析認(rèn)為,黃河口凹陷深洼區(qū)、北部陡坡帶、南部緩坡帶是發(fā)現(xiàn)該組合油氣藏的潛在勘探領(lǐng)域。
中部成藏組合主要為始新世末、漸新世時(shí)期沙河街組一段 (Es1)、二段 (Es2)、東營組 (Ed)發(fā)育的辮狀河三角洲砂體、灘壩砂體和濱淺湖泥巖形成的含油氣成藏組合 (見圖2)。中部成藏組合已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的油氣占黃河口凹陷總發(fā)現(xiàn)油氣的25%,主要集中在渤中25-1、渤中34-2/4及渤中35-2油田。油氣成藏具有以下主要特點(diǎn):①近油源凹陷的隆起帶和斜坡帶最有利,生烴凹陷控制油氣藏分布,油氣主要為短距離側(cè)向運(yùn)移和沿?cái)嗔严蛏线\(yùn)移;②圈閉以背斜、斷背斜型為主,多為中新世早期拉張運(yùn)動(dòng)形成的早期圈閉;③以辮狀河三角洲、灘壩砂巖儲(chǔ)集層為主,物性橫向變化大,縱向?qū)颖。瑑?yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的分布是制約中部組合油氣勘探的關(guān)鍵[14]。河口凹陷南部緩坡帶、中央隆起帶及東部斷階帶是該組合油氣藏的有利勘探領(lǐng)域。
圖2 黃河口凹陷地層層序與成藏組合劃分
上部成藏組合是新近系館陶組 (Ng)辮狀河、NmL淺水三角洲砂體與濱淺湖泥巖形成油氣成藏組合 (見圖2)。上部成藏組合已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的油氣占黃河口凹陷發(fā)現(xiàn)油氣的67%,是發(fā)現(xiàn)油氣儲(chǔ)量最多的成藏組合類型。油氣藏具有中-淺埋深 (1200~1800m)、原油密度中等、產(chǎn)能高 (新近系最高日產(chǎn)油455.3m3)的特點(diǎn)[6]。不同構(gòu)造帶發(fā)育個(gè)數(shù)不等的油氣藏和儲(chǔ)量規(guī)模,例如陡坡帶渤中25-1S油田,中央隆起帶渤中28-34油田群,緩坡帶墾利3-2油田、凸起帶渤中26-3油田等。油氣成藏具有以下主要特點(diǎn):①近源、晚期快速成藏是形成新近系優(yōu)質(zhì)油氣藏的前提條件;②淺水三角洲沉積體系為新近系優(yōu)質(zhì)油氣藏形成提供了儲(chǔ)集空間;③新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的晚期斷層是淺層油氣富集的關(guān)鍵因素[9]。
根據(jù)黃河口凹陷油氣成藏組合、油氣藏分布特征、油氣運(yùn)聚方向和輸導(dǎo)體系特征的差異性,在綜合分析黃河口凹陷上、中、下成藏組合及其成藏主控因素的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了4種油氣成藏模式。
圖3 陡坡帶 “中轉(zhuǎn)站”油氣運(yùn)移模式
陡坡帶 “中轉(zhuǎn)站”成藏模式的核心是斷層作為油氣運(yùn)移的通道,同時(shí)強(qiáng)調(diào)斷層下降盤砂體 的 作 用[18]。 從 烴 源巖中初次運(yùn)移來的油氣在砂體內(nèi)聚集,如一個(gè)油氣運(yùn)移臨時(shí)聚集 “中轉(zhuǎn)站”(圖3)。斷層根部砂體面積大、廣泛分布、與烴源巖直接接觸,有利于油氣聚集。隨著晚期斷裂的持續(xù)活動(dòng),斷層溝通了深層“中轉(zhuǎn)站”,油氣向淺層運(yùn)移,形成復(fù)式成藏模式。渤中25-1油田位于黃河口凹陷北部邊界大斷層下降盤的逆牽引背斜圈閉,油層為Es扇三角洲,儲(chǔ)層為Nm淺水三角洲。大斷層溝通了黃河口凹陷Es生油層與圈閉內(nèi)Nm儲(chǔ)層。BZ25-1-5井證實(shí),在運(yùn)移斷層附近,Es3發(fā)育巨厚層砂體 (40~260m)起到了吸收烴源巖中生成的分散油氣后運(yùn)移到Nm的 “中轉(zhuǎn)站”作用。
“網(wǎng)毯式”成藏模式強(qiáng)調(diào)輸導(dǎo)體系在油氣聚集、分配中的重要作用。該輸導(dǎo)體系包括3層結(jié)構(gòu):下部油源通道網(wǎng)層、中部倉儲(chǔ)層和上部油氣聚集網(wǎng)層[19]。所謂 “網(wǎng)”,是指輸導(dǎo)體系下部的油氣源通道網(wǎng)層 (切至油源的主要斷裂)和上部的油氣聚集網(wǎng)層 (次級(jí)斷裂及其連通的枝狀砂體);“毯”是指呈 “毯狀”穩(wěn)定分布的巨厚塊狀砂巖,這種塊狀砂礫巖又稱為 “倉儲(chǔ)層”。其中,倉儲(chǔ)層的油氣可繼續(xù)橫向運(yùn)移,也可沿次級(jí)斷裂網(wǎng)垂向進(jìn)入上部的油氣聚集網(wǎng)層,在有圈閉條件的部位形成次生油氣藏。渤中28-34油田群位于黃河口凹陷中央隆起帶,是黃河口凹陷勘探程度最高地區(qū)之一。該區(qū)油氣輸導(dǎo)網(wǎng)主要包括2類:早期張性斷層與新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的雁列式近東西方向晚期斷層[20~22]?!疤骸笔侵葛^陶組下段(NgL)廣泛分布辮狀河砂礫巖沉積,分布廣、厚度大 (平均厚度200m,最大厚度280m)。該成藏模式中,早期張性斷層溝通了深層Es3烴源巖,油氣沿著斷層向上運(yùn)移,直接將烴源巖中的油氣輸送到淺層,聚集形成構(gòu)造和巖性-構(gòu)造油氣藏;也可以在Ng“毯狀”砂礫巖中橫向運(yùn)移,遇到切穿Ng晚期斷層,導(dǎo)致其中的油氣繼續(xù)沿著斷層向上運(yùn)移,形成次生油氣藏 (圖4)。這種成藏模式對于在上部成藏組合尋找 “次生油氣藏”具有很好借鑒意義。
圖4 中央隆起帶 “網(wǎng)毯式”油氣運(yùn)移模式
緩坡帶 “復(fù)合式”成藏模式是指油氣一方面受邊界斷層活動(dòng)性、中深層 “中轉(zhuǎn)站”儲(chǔ)層砂體發(fā)育的影響;另一方面Ng砂礫巖體為油氣運(yùn)移提供橫向輸導(dǎo)作用 (圖5)。淺層的油氣運(yùn)移受 “中轉(zhuǎn)站”與“網(wǎng)毯式”輸導(dǎo)體系雙重因素的控制,尤其是Ng砂礫巖體對油氣運(yùn)移的影響較大。墾利2-1構(gòu)造位于黃河口凹陷南緣緩坡帶邊界斷層下降盤,為依附邊界斷層形成斷鼻型圈閉,是油氣長期匯聚指向區(qū)。KL2-1-A井鉆后證實(shí),Nm、Ng、Ed及Es組均發(fā)現(xiàn)良好的油氣顯示,但僅在Es鉆遇了57.7m儲(chǔ)層 (最大單層厚度僅為5m),中深層優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層砂體缺乏,影響了深層油氣勘探成效。但該井在淺層Ng、Nm獲得大量油氣發(fā)現(xiàn),分析認(rèn)為:Ng儲(chǔ)層發(fā)育,向南緩坡部位逐步抬升,來自黃河口凹陷的油氣沿著Ng砂礫巖橫向運(yùn)移,在南緣緩坡帶聚集成藏;而Nm油藏主要受切穿Ng次級(jí)斷層形成的次生油氣藏。
圖5 緩坡帶 “復(fù)合式”油氣運(yùn)移模式
“階梯式”成藏模式是指由斷層和骨架砂巖組成的油氣輸導(dǎo)體系,由低勢區(qū)向高勢區(qū)連續(xù)運(yùn)移模式,斷層面兩側(cè)的砂泥巖厚度、分布決定了 “階梯式”油氣運(yùn)移的效率[19](圖6)。
根據(jù)林玉祥[23]對墾東凸起油氣成熟度和石油生物標(biāo)志物分析結(jié)果認(rèn)為,墾東凸起北部斜坡帶的油氣全部來自黃河口凹陷,油氣沿著北部邊界斷層向上運(yùn)移,沿著Ng砂礫巖橫向輸導(dǎo),遇到順向正斷層向上運(yùn)移并成藏。隨著Ng砂體對接層位逐層抬高,淺層油氣呈現(xiàn)由北向南 “階梯式”側(cè)向和垂向運(yùn)移,含油氣層位逐漸變淺的特征。墾東10-34井區(qū)油層主要集中在NgL頂部、館陶組上段 (Ngu)底部;向凸起方向的墾東4井區(qū)油層主要分布Ngu中上部,同時(shí)發(fā)現(xiàn)薄氣層,進(jìn)一步證實(shí)了 “階梯式”油氣成藏模式。
圖6 墾東凸起 “階梯式”油氣運(yùn)移模式
黃河口凹陷不同構(gòu)造帶成藏模式具有差異性,影響了油氣富集程度,油氣成藏模式差異性對黃河口凹陷油氣勘探具有重要的指導(dǎo)意義 (圖7)。近年來,圍繞黃河口凹陷中央隆起帶至萊西構(gòu)造帶,油氣勘探取得良好效果。在勘探成熟區(qū),應(yīng)用 “網(wǎng)毯式”油氣成藏模式,拓展構(gòu)造背景下巖性油氣藏勘探領(lǐng)域,新發(fā)現(xiàn)了渤中34-1西,渤中34-3兩個(gè)商業(yè)性油田和一批含油氣構(gòu)造。尤其渤中34-3油田的A井區(qū),缺乏深切Es的油源斷層,但切穿Ng的斷層可以作為次級(jí)油源斷層,連通Ng砂礫巖作 “網(wǎng)毯式”橫向油氣輸導(dǎo),進(jìn)而在淺層NmL聚集成藏。在勘探新區(qū),黃河口凹陷南緣緩坡帶發(fā)現(xiàn)了墾利2-1含油氣構(gòu)造,墾東凸起斜坡帶發(fā)現(xiàn)了墾利9-1含油氣構(gòu)造,展現(xiàn)了良好的勘探前景。
圖7 黃河口-萊西構(gòu)造帶油氣差異成藏模式
1)黃河口凹陷成藏組合具有差異性,下部成藏組合主要指始新世沙河街組三段扇三角洲、湖底扇與半深湖相泥巖形成的含油氣組合;中部成藏組合主要始新世末、漸新世時(shí)期沙河街組一、二段、東營組發(fā)育的辮狀河三角洲砂體、灘壩砂體和濱淺湖泥巖形成的含油氣組合;上部組合是新近系館陶組辮狀河、明化鎮(zhèn)組下段淺水三角洲砂體與濱淺湖泥巖形成油氣成藏組合。
2)黃河口凹陷不同構(gòu)造帶發(fā)育4種成藏模式:陡坡帶 “中轉(zhuǎn)站式”、中央隆起帶 “網(wǎng)毯式”、緩坡帶 “復(fù)合式”及凸起帶 “階梯式”成藏模式,不同構(gòu)造帶發(fā)育不同類型的成藏樣式影響了油氣富集程度,油氣成藏模式差異性為油氣勘探指明了方向。
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