關(guān)于濟(jì)陽(yáng)坳陷淺層氣藏與稠油油藏聯(lián)合勘探的思考

王興謀，張?jiān)沏y，張明振，李紅梅，馮德永

（中國(guó)石化勝利油田分公司物探研究院，山東東營(yíng)257022）

濟(jì)陽(yáng)坳陷位于渤海灣盆地東南部，是在前中生界褶皺基底上發(fā)育的典型中、新生代斷陷盆地。其歷經(jīng)50多年的勘探開(kāi)發(fā)，已發(fā)現(xiàn)72個(gè)油氣田；在其凹陷周緣及凸起帶發(fā)現(xiàn)了豐富的淺層氣藏和稠油油藏，且淺層氣藏常分布于稠油油藏的上方或上傾方向。前人針對(duì)淺層氣藏的地質(zhì)成因、地震預(yù)測(cè)以及稠油油藏的形成機(jī)制等開(kāi)展了大量的研究，并取得了豐富的成果［1-13］；認(rèn)為淺層氣藏與稠油油藏具有親緣關(guān)系，淺層氣藏主要為油溶釋放氣，原油降解氣也是淺層氣藏的氣源［1］；但將淺層氣藏與稠油油藏作為相互關(guān)聯(lián)的整體，對(duì)其空間分布及成因關(guān)系等方面的研究卻較少。為此，筆者通過(guò)分析淺層氣藏與稠油油藏的空間分布規(guī)律，綜合地球化學(xué)等特征，明確二者的空間分布特征以及成因關(guān)系，并據(jù)此提出淺層氣藏與稠油油藏聯(lián)合勘探的設(shè)想，以期對(duì)濟(jì)陽(yáng)坳陷下步的油氣勘探提供依據(jù)和指導(dǎo)。

1 淺層氣藏與稠油油藏的空間分布特征

稠油是指地層原油粘度大于50 mPa·s（地層溫度下脫氣原油粘度大于100 mPa·s），相對(duì)密度大于0.92 g/cm3的原油［14］。其主要由生物降解所形成［15］，生物在降解原油的過(guò)程中，消耗了原油中的低碳數(shù)烴類(lèi)，使原油密度、硫含量、酸度、粘度和金屬含量增加［16］，從而形成稠油。截至2013年底，濟(jì)陽(yáng)坳陷已探明稠油儲(chǔ)量占石油總探明儲(chǔ)量的56.2%，以次生氣藏為主、埋深為500～1 500 m的淺層氣［1-3］探明儲(chǔ)量占天然氣總探明儲(chǔ)量的69.3%。這些稠油油藏和淺層氣藏主要分布于凹陷周緣、凸起帶以及中央隆起帶，二者在平面上相鄰分布，其中淺層氣藏與稠油油藏相比，距離洼陷更遠(yuǎn)（如林樊家、單家寺和陳家莊等油氣田）；縱向呈上下分布，淺層氣藏分布于稠油油藏的上方（如孤島、孤東和勝坨油田等）或者側(cè)上方（如飛雁灘油田、曲堤油田和三合村地區(qū)油氣藏等）。

1.1 低凸起垂向分布特征

在濟(jì)陽(yáng)坳陷的孤島、孤東和埕東等低凸起發(fā)現(xiàn)了大型油氣田。這些大型油氣田的中淺層主要發(fā)育稠油油藏，在其上方發(fā)育淺層氣藏。以孤島油田為例，其含油氣層系為新近系館陶組。其中，館上段3—6砂層組是主要的開(kāi)發(fā)層系，主要發(fā)育稠油油藏；淺層氣藏主要分布于館上段1—2砂層組和明化鎮(zhèn)組，且含氣砂體呈零星狀分布（圖1）。通過(guò)對(duì)孤島油田淺層氣藏的輕烴和碳同位素分析發(fā)現(xiàn)，其淺層天然氣與稠油來(lái)源于同一烴源巖層，油氣沿?cái)鄬酉蛏线\(yùn)移，并在合適的圈閉中聚集成藏；后期由于原油脫氣和生物降解等作用，使原油物性變差，形成稠油油藏，而脫出的油溶釋放氣和原油降解氣［17］經(jīng)過(guò)運(yùn)移則形成淺層氣藏，整體表現(xiàn)為下油上氣的垂向分布特征［4］。

圖1 孤島油田墾52井—孤東511井近東西向油氣藏剖面

1.2 斜坡帶側(cè)向分布特征

濟(jì)陽(yáng)坳陷各斜坡帶發(fā)育較多的淺層氣藏和稠油油藏，如灘海地區(qū)的飛雁灘油田、東營(yíng)西部的林樊家油氣田、沾化凹陷的陳家莊油氣田以及惠民南坡的曲堤油田等。這些油氣田距離生油凹陷較遠(yuǎn)，主要發(fā)育稠油油藏，在其上傾方向常伴生淺層氣藏。其中灘海地區(qū)的飛雁灘油田，構(gòu)造上位于埕北凹陷南斜坡，主力含油層系為館上段，埋深為1 100～1 400 m，油性偏稠，埕116井地面原油密度為0.944 4 g/cm3，粘度為334 mPa·s，凝固點(diǎn)為-6 ℃；主要含氣層系為明化鎮(zhèn)組，含氣砂體多呈透鏡狀分布，埋深為500～1 300 m，分布于稠油油藏的上傾方向，斜坡帶的淺層氣藏與稠油油藏具有側(cè)向?qū)?yīng)的分布特征（圖2）。

圖2 飛雁灘油田埕116-3井—埕126-6井南北向油氣藏剖面

1.3 洼陷帶復(fù)合型分布特征

圖3 三合村地區(qū)墾65井—墾24井近南北向油氣藏剖面

洼陷帶的淺層氣藏與稠油油藏的分布特征相對(duì)復(fù)雜。受構(gòu)造背景及斷層發(fā)育程度等因素的影響，洼陷帶低部位的油氣通過(guò)斷層、砂體及不整合等在淺層聚集形成淺層氣藏。如沾化凹陷三合村地區(qū)，自1995年以來(lái)已發(fā)現(xiàn)20多個(gè)淺層氣藏，其天然氣來(lái)源之一為北部渤南洼陷和孤南洼陷的油氣經(jīng)側(cè)向運(yùn)移聚集成藏，另一來(lái)源是下部油氣通過(guò)斷層向上運(yùn)移所形成。由于原油中輕烴成分的脫出和生物降解作用等因素，形成了三合村地區(qū)下部沙河街組發(fā)育稠油油藏（墾108井）、中部館陶組為稠油油藏（墾119井）和常規(guī)油藏（墾71井）共存、上部發(fā)育淺層氣藏（墾710井）的復(fù)合型分布特征（圖3）。

2 淺層氣藏與稠油油藏的成因關(guān)系

在中國(guó)發(fā)育稠油油藏的含油氣盆地中，廣泛發(fā)育淺層氣藏。眾多學(xué)者的研究成果表明，淺層氣藏與稠油油藏具有密切的成因關(guān)系，淺層氣藏中的天然氣一部分來(lái)源于油溶釋放氣，為原油在運(yùn)移過(guò)程和成藏后輕烴成分揮發(fā)釋放所形成，并導(dǎo)致原油密度不斷增大、油性變稠；另一重要來(lái)源為厭氧微生物降解原油（稠化）過(guò)程中形成的次生成因的生物氣，又稱(chēng)為原油降解氣、稠油降解氣或生物降解氣、菌解氣等［17-23］。通過(guò)分析勝利油區(qū)灘海、東營(yíng)、沾化及惠民地區(qū)相關(guān)的淺層氣藏和稠油油藏的地球化學(xué)研究成果［4，17-23］發(fā)現(xiàn)，濟(jì)陽(yáng)坳陷淺層氣的碳同位素序列存在倒轉(zhuǎn)，具有原油降解氣特征，且由于生物降解及天然氣脫出等原因形成稠油油藏，因此淺層氣藏與稠油油藏在成因上存在共生關(guān)系［1，24-25］。

2.1 油溶釋放氣為淺層氣藏的重要來(lái)源

濟(jì)陽(yáng)坳陷主要烴源巖為沙四段上亞段和沙三段暗色泥巖，由于烴源巖埋深較淺，以生油為主，僅在洼陷中心進(jìn)入生氣窗，因此淺層天然氣的重要來(lái)源為油溶釋放氣［1，26］。濟(jì)陽(yáng)坳陷經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致油氣多次運(yùn)移—聚集—破壞—再聚集。東營(yíng)凹陷和沾化凹陷的稠油成因研究結(jié)果表明，當(dāng)液態(tài)烴自深層向淺層運(yùn)移時(shí)，受溫度和壓力降低等原因影響，液態(tài)烴中的輕質(zhì)組分發(fā)生分離，由于水洗、氧化和生物降解等作用，使液態(tài)烴逐漸變稠，形成稠油油藏；同時(shí)天然氣脫出，經(jīng)過(guò)運(yùn)移、聚集，在有利圈閉中形成淺層氣藏［21-23，27-28］。

2.2 淺層氣藏具有原油降解氣特征

同位素倒轉(zhuǎn)是喜氧降解氣和厭氧降解氣的共同特征。常規(guī)的有機(jī)成因烷烴氣具有δ13C1＜δ13C2＜δ13C3＜δ13C4的碳同位素序列，由于生物降解作用使反應(yīng)物（原油）碳同位素變重，生成物（甲烷）變輕；而微生物降解原油過(guò)程是在水介質(zhì)中進(jìn)行，丙烷及丁烷在水中的溶解度最高，因此微生物會(huì)優(yōu)先降解丙烷及丁烷，致使丙烷及丁烷同位素偏重，導(dǎo)致其碳同位素序列具有倒轉(zhuǎn)特征，表現(xiàn)為丙烷同位素倒轉(zhuǎn)或丙烷和丁烷同位素倒轉(zhuǎn)，即δ13C1＜δ13C2＜δ13C3且δ13C3＞δ13C4，或δ13C1＜δ13C2且δ13C2＞δ13C3＞δ13C4，該特征為識(shí)別原油降解氣的重要標(biāo)志。

濟(jì)陽(yáng)坳陷絕大部分淺層天然氣的碳同位素序列具有倒轉(zhuǎn)特征，如孤島、單家寺和高青油田的天然氣丙烷同位素值高于丁烷同位素值近5‰［29］，具有明顯的丙烷同位素倒轉(zhuǎn)特征。李贊豪在孤島油田的稠油樣品中檢測(cè)出含量較高的甲烷生成菌，亦成為確定其天然氣為生物降解成因的佐證［30］；分析陳家莊凸起陳氣8和陳氣11井的淺層天然氣組分及碳同位素發(fā)現(xiàn)，其以甲烷為主，干燥系數(shù)大于0.99，為干氣，烷烴碳同位素呈現(xiàn)δ13C1＜δ13C2且δ13C2＞δ13C3＞δ13C4的倒轉(zhuǎn)特征。張林曄等通過(guò)對(duì)勝利油區(qū)濱海地區(qū)的輕烴和碳同位素進(jìn)行分析認(rèn)為，淺層天然氣與淺層稠油具有親緣關(guān)系；油氣分異及生物降解使原油物性變差，形成稠油油藏，原油中的溶解氣脫出以及原油稠化生成的原油降解氣經(jīng)過(guò)運(yùn)移、聚集形成淺層氣藏［4］?；菝癜枷菽掀?013年完鉆的曲35井發(fā)現(xiàn)了工業(yè)氣流，其天然氣組分及碳同位素分析結(jié)果顯示為油型氣；甲烷含量為99.66%，且甲烷和已烷同位素偏重，丙烷和丁烷同位素倒轉(zhuǎn)，表明為來(lái)源于構(gòu)造低部位油藏的原油降解氣。

3 淺層氣藏與稠油油藏聯(lián)合勘探的設(shè)想

根據(jù)淺層氣藏和稠油油藏的空間伴生現(xiàn)象以及成因共生關(guān)系，提出對(duì)淺層氣藏與稠油油藏實(shí)施聯(lián)合勘探的設(shè)想。即由已知淺層氣藏尋找未知稠油油藏，由已知稠油油藏尋找未知淺層氣藏，或根據(jù)地震亮點(diǎn)尋找淺層氣藏及其伴生的稠油油藏。

3.1 由已知淺層氣藏尋找未知稠油油藏

濟(jì)陽(yáng)坳陷已發(fā)現(xiàn)多個(gè)淺層氣藏及出氣點(diǎn)，具有數(shù)量多、面積小和厚度薄等特點(diǎn)。根據(jù)聯(lián)合勘探的思路，淺層氣藏下方或下傾方向是尋找稠油油藏的有利方向，可依據(jù)網(wǎng)毯油氣成藏體系［31］，追溯氣源尋找稠油油藏。例如陳家莊凸起發(fā)育淺層氣藏，可根據(jù)輸導(dǎo)砂體、不整合面和斷層研究其天然氣來(lái)源，在凸起周緣進(jìn)一步尋找伴生的稠油油藏。截至2001年，陳家莊氣田已探明天然氣儲(chǔ)量為28.78×108m3，其南部已探明稠油儲(chǔ)量不足200×104t，因此陳家莊凸起南部應(yīng)為下步稠油勘探的重要方向之一。東營(yíng)凹陷西南部花溝氣田的淺層天然氣探明儲(chǔ)量為10.82×108m3，而高青油田產(chǎn)生的次生氣不足以形成花溝氣田的儲(chǔ)量規(guī)模，且在花溝氣田南部仍未發(fā)現(xiàn)油藏，因此在花溝氣田下傾方向（高青斷層下降盤(pán)）為尋找稠油油藏的有利方向（圖4）。惠民凹陷南坡曲35井于館上段獲得工業(yè)氣流，分析其成因?yàn)樵徒到鈿?，說(shuō)明該區(qū)發(fā)育稠油油藏，應(yīng)為下步的重點(diǎn)勘探方向。

圖4 東營(yíng)凹陷稠油油藏與淺層氣藏分布

3.2 由已知稠油油藏尋找未知淺層氣藏

東營(yíng)凹陷發(fā)現(xiàn)了大量的稠油油藏，主要分布于凹陷邊緣的斜坡帶、斷階帶和凸起周緣，稠油油藏的上方和上傾方向是尋找淺層氣藏的有利方向。單家寺、林樊家和高青油田上傾方向已發(fā)現(xiàn)一定規(guī)模的淺層氣藏，而草橋、八面河、王莊等億噸級(jí)稠油油田附近僅發(fā)現(xiàn)少量天然氣藏，其上傾方向（草橋南部、八面河?xùn)|南部和王莊油田北部等）為天然氣的主要運(yùn)移指向區(qū)，是下步天然氣勘探的重要方向（圖4）。此外，東營(yíng)西南部金家油田及青坨子凸起周緣已發(fā)現(xiàn)稠油油藏及少量天然氣藏，也是今后尋找淺層氣藏和稠油油藏的有利地區(qū)。

3.3 根據(jù)地震亮點(diǎn)尋找淺層氣藏及其伴生稠油油藏

濟(jì)陽(yáng)坳陷的淺層氣藏在地震剖面上多表現(xiàn)為亮點(diǎn)特征［2］。利用地震亮點(diǎn)技術(shù)已在濟(jì)陽(yáng)坳陷發(fā)現(xiàn)了28個(gè)亮點(diǎn)群，數(shù)百個(gè)亮點(diǎn)，在天然氣產(chǎn)能建設(shè)中發(fā)揮了重要作用。在濟(jì)陽(yáng)坳陷各生油凹陷周緣及凸起附近，如沾化凹陷周緣、墾東凸起、青坨子凸起、埕子口凸起及東營(yíng)、惠民凹陷南坡等地區(qū)，可以利用地震亮點(diǎn)技術(shù)尋找淺層天然氣藏。若發(fā)現(xiàn)淺層氣藏，則可進(jìn)一步尋找伴生的稠油油藏，并結(jié)合油氣綜合評(píng)價(jià)，進(jìn)行淺層氣藏與稠油油藏的聯(lián)合勘探。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)分析濟(jì)陽(yáng)坳陷淺層氣藏與稠油油藏的分布及地球化學(xué)特征，發(fā)現(xiàn)二者在空間分布上存在伴生現(xiàn)象，淺層氣藏與較低部位的稠油油藏共同發(fā)育且伴生分布；在成因上具有共生關(guān)系，淺層氣藏主要為油溶釋放氣和原油降解氣，而油藏中的油氣由于生物降解及天然氣脫出等原因形成稠油油藏。根據(jù)淺層氣藏與稠油油藏的分布及成因關(guān)系提出聯(lián)合勘探的設(shè)想，即由已知淺層氣藏尋找未知稠油油藏，由已知稠油油藏尋找未知淺層氣藏，或根據(jù)地震亮點(diǎn)尋找淺層氣藏及其伴生的稠油油藏，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)研究區(qū)油氣勘探的新突破。

致謝：在論文撰寫(xiě)和修改過(guò)程中，付瑾平同志提出了許多寶貴的意見(jiàn)和建議，特此感謝！

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