冀中坳陷潛山油氣藏輸導體系及成藏模式

高長海，查明，趙賢正，彭浦

（1.中國石油大學（華東）地球科學與技術(shù)學院，山東青島266580；2.中國石油華北油田分公司，河北任丘062552；3.中國石化勝利油田分公司河口采油廠，山東東營257200）

冀中坳陷潛山油氣藏輸導體系及成藏模式

高長海1，查明1，趙賢正2，彭浦3

（1.中國石油大學（華東）地球科學與技術(shù)學院，山東青島266580；2.中國石油華北油田分公司，河北任丘062552；3.中國石化勝利油田分公司河口采油廠，山東東營257200）

冀中坳陷潛山具有多期構(gòu)造運動和儲層非均質(zhì)性強等特征，油氣輸導體系一直是該類油氣藏研究的難點，成為制約潛山勘探的主要因素之一。通過分析中元古代以來的構(gòu)造格架、沉積充填和油藏特征等，認為冀中坳陷潛山主要發(fā)育斷層、不整合以及碳酸鹽巖儲集層等3種油氣輸導類型，其中斷層和不整合共同構(gòu)成了潛山油氣藏的主要輸導體系，并與碳酸鹽巖儲集層一起控制了潛山的油氣運移與成藏。依據(jù)斷層和不整合對油氣輸導作用的大小，將冀中坳陷潛山油氣藏輸導體系組合劃分為斷層主導型、不整合主導型及斷層-不整合復合型這3種類型，結(jié)合潛山區(qū)帶分布及構(gòu)造特征的差異性，建立了斷階帶、斜坡帶和中央隆起帶3種潛山油氣成藏模式，其中斷階帶和斜坡帶將是今后潛山勘探的重點區(qū)帶。

潛山；油氣藏；輸導體系；成藏模式；冀中坳陷

0　引言

冀中坳陷屬于渤海灣盆地西北部的一個一級構(gòu)造單元，北起燕山隆起，南至邢衡隆起，西臨太行山隆起，東至滄縣隆起，勘探面積約3.2萬km2。冀中坳陷潛山的形成經(jīng)歷了中新元古代至古生代的物質(zhì)基礎(chǔ)發(fā)育期、中生代的初始形成期、古近紀的形成和定型期及新近紀的深埋期，從而形成了現(xiàn)今東西分帶、南北分區(qū)、隆凹相間的構(gòu)造格局（圖1）。冀中坳陷自古生代以來，經(jīng)歷了多期構(gòu)造運動，尤其是燕山末期的構(gòu)造運動使華北地臺整體抬升并遭受長期的風化剝蝕，形成了區(qū)域性的潛山頂部不整合。由于受古地形和剝蝕等因素的影響，潛山地層從太古界到中上元古界再到中生界均有所出露。目前，冀中坳陷已發(fā)現(xiàn)10個潛山油氣聚集帶、近50個潛山油氣藏，前人對潛山結(jié)構(gòu)構(gòu)造、沉積體系、儲集體特征、油氣成藏條件及區(qū)帶評價等均進行了深入研究，并取得了一定的認識和成果［1-5］。盡管油氣輸導體系一直是油氣成藏研究的重點，但前期研究涉及油氣輸導體系的內(nèi)容相對較少，同時由于潛山儲集體的非均質(zhì)性，以及潛山構(gòu)造演化的多期性等，導致潛山油氣運移聚集特征、成藏模式及分布規(guī)律等尚不十分清楚，成為制約潛山油氣勘探的主要因素之一。因此，對連接烴源巖和圈閉的油氣輸導體系的研究就顯得十分重要［6-8］。筆者針對冀中坳陷潛山油氣藏，利用地震、鉆井及分析測試等資料，結(jié)合油氣勘探實踐，分析潛山油氣藏的輸導體系特征，探討潛山油氣藏的成藏模式，闡明潛山油氣成藏規(guī)律，以期為有利勘探方向的預測，以及尋找規(guī)模儲量區(qū)帶提供依據(jù)。

圖1　冀中坳陷構(gòu)造單元劃分及位置Fig.1 Tectonic unitsand location of Jizhong Depression

1　潛山油氣藏特征

潛山油氣藏是冀中坳陷主要的油氣藏類型，按其形成機制可劃分為殘丘型、褶皺型（背斜型、斷背斜型）和斷塊型（單斷型、斷階型、斷壘型）等3個大類和5個亞類。冀中坳陷潛山油氣主要來源于上覆古近系烴源巖，其次為石炭系—二疊系的煤系烴源巖［9-10］，并在中上元古界和下古生界碳酸鹽巖儲集層中聚集成藏，屬于典型的“新生古儲”型油氣成藏組合。這些潛山油氣多近油源分布，具東富西貧、南油北氣的特征，在斷裂帶附近的潛山圈閉中富集（參見圖1）。多期的構(gòu)造運動使得區(qū)內(nèi)斷層、不整合十分發(fā)育，構(gòu)成了多種類型的潛山油氣藏輸導體系。

2　潛山油氣藏輸導類型及其組合

潛山油氣藏的形成不僅需要良好的油源及儲蓋組合等條件，還需要良好的油氣運移通道［10］。通過地震、鉆井及分析測試等資料的綜合分析，認為冀中坳陷潛山油氣藏主要發(fā)育斷層、不整合和碳酸鹽巖儲集層等3種油氣輸導類型。

2.1輸導類型

2.1.1斷層

斷層既可作為油氣運移的通道，又可作為油氣運移的遮擋層，這取決于其自身的封閉性能［14-17］。受多期構(gòu)造運動的影響，冀中坳陷基底斷層十分發(fā)育，并以NE—NNE向展布為主，這些斷層及其派生斷層構(gòu)成了潛山斷裂系統(tǒng)（圖2），對潛山的油氣成藏具有控制作用。冀中坳陷斷層在潛山油氣運移中的作用主要體現(xiàn)在2個方面：①潛山斷層的發(fā)育，改變了烴源巖和儲集層的空間配置關(guān)系，使得古近系烴源巖與潛山儲集體側(cè)向上直接對接在一起，利于油氣直接進入潛山；②若烴源巖和儲集層沒有直接接觸，潛山斷層就成為油氣垂向運移進入潛山的重要通道。如任丘潛山的任西斷層，沙三段主力烴源巖生成的油氣沿該斷層垂向運移至潛山圈閉中；同時，斷層活動使得沙一段與潛山側(cè)向直接對接，對接面積約90 km2，沙一段烴源巖生成的油氣可直接通過斷層進入潛山圈閉中（圖3）。

圖2　冀中坳陷中北部基底斷裂平面分布Fig.2 Distribution ofbasement faults in the central and northern Jizhong Depression

圖3　冀中坳陷潛山不整合地震響應特征Fig.3 The seism ic reflection characteristicsofunconform ity of buried hill in Jizhong Depression

2.1.2不整合

冀中坳陷自中新元古代以來，經(jīng)歷了多期次構(gòu)造運動，在潛山頂部及內(nèi)部形成了多個不整合（參見圖3）。由于遭受長期的風化、剝蝕和淋濾等作用，潛山碳酸鹽巖儲集體的物性得以改善［11-13］，并且物性基本不受埋深的影響。如牛東1井潛山儲層孔隙度最大可達19.5%，滲透率最大可達2 489mD（圖4），可作為油氣良好的滲流通道。同時，受基底結(jié)構(gòu)和塊斷差異升降作用的影響，導致古近系烴源巖逐層不整合超覆于潛山碳酸鹽巖儲集體之上，使烴源巖與儲集體直接對接，形成了良好的“供烴窗口”（參見圖3）。如馬西洼槽沙三段烴源巖超覆于任丘潛山之上，不整合（潛山的北、南、東三面）與生、儲對接的面積約450 km2，烴源巖生成的油氣可直接進入不整合，并沿不整合向潛山高部位運移，從而在圈閉發(fā)育處聚集成藏。

圖4　冀中坳陷潛山儲層物性隨深度變化Fig.4 Changesof reservoir propertiesw ith depths ofburied hill in Jizhong Depression

表1　冀中坳陷碳酸鹽巖儲集空間類型Table1 The carbonate reservoir space types in Jizhong Depression

2.1.3碳酸鹽巖儲集層

冀中坳陷潛山儲集層主要為中元古界長城系高于莊組和薊縣系霧迷山組與下古生界寒武系府君山組和奧陶系的海相碳酸鹽巖。巖心及鏡下觀察表明，這些碳酸鹽巖儲集層經(jīng)長期的成巖后生作用，特別是表生期的淋濾溶蝕作用和構(gòu)造應力作用的改造，產(chǎn)生了大量的溶蝕孔洞和構(gòu)造縫，發(fā)育了孔隙型（藻間孔、晶間孔、粒間孔、礫間孔、晶內(nèi)溶孔）、裂縫型（構(gòu)造縫、層間縫、風化縫、壓溶縫、溶蝕縫）和溶洞型（溶蝕孔-洞、溶蝕孔-縫、洞穴）3個大類及13個亞類的儲集空間（表1），構(gòu)成了“孔-洞-縫”網(wǎng)絡系統(tǒng)，使得儲層物性得到改善（參見圖4），成為有效的油氣運移通道和儲集空間。如任丘潛山任9井和任25井碳酸鹽巖儲集層為連通層，盡管兩者之間發(fā)育小型斷裂，但當任25井放大油嘴提高產(chǎn)量時，任9井的產(chǎn)量由920 t/d降至860 t/d；另外，任9井和任25井霧迷山組地層壓力系數(shù)均為1.02，地層水均為NaHCO3型。這些都表明碳酸鹽巖儲集層不僅儲集性能良好，而且其“孔-洞-縫”網(wǎng)絡系統(tǒng)可作為油氣運移的有效通道。

2.2輸導組合

通常情況下，油氣多是通過由斷層與不整合組合而成的斷層-不整合輸導體系發(fā)生運移［18］。冀中坳陷獨特的構(gòu)造背景，導致古近系烴源巖通過斷層、不整合與潛山儲集體直接接觸，使得斷層和不整合可直接作為油氣運移的通道，這與其他多數(shù)坳陷中的輸導體系組合有所不同［9-10，19-20］。根據(jù)斷層和不整合在油氣運移中的相對作用大小，可將冀中坳陷潛山油氣輸導組合劃分為3種類型（圖5）：①斷層主導型，斷層在油氣輸導中起主要作用，油氣經(jīng)斷層進入斷階帶和陡坡帶的潛山儲集體中聚集成藏，如南孟潛山青白口系和寒武系油藏、長洋淀潛山寒武系油藏等；②不整合主導型，不整合在油氣輸導中起主要作用，斷層起輔助調(diào)節(jié)作用，油氣沿著不整合進入緩坡帶的潛山儲集體中聚集成藏，如韓村潛山奧陶系油藏、任北斜坡寒武系和奧陶系油藏等；③斷層-不整合復合型，即斷層與不整合在油氣的輸導過程中共同起作用，油氣沿斷層與不整合同時運移，進行雙向供烴，并在中央隆起帶的潛山儲集體中聚集成藏，如任丘潛山霧迷山組油藏、劉其營潛山奧陶系油氣藏等。

圖5　冀中坳陷潛山油氣輸導體系組合類型及分布Fig.5 Assemblage typesand distribution ofm igration systemsof buried hill in Jizhong Depression

3　潛山油氣成藏模式

依據(jù)潛山油氣輸導體系組合，冀中坳陷存在3種不同類型的潛山成藏模式，即中央隆起帶成藏模式、斜坡帶成藏模式及斷階帶成藏模式，它們分別代表了不同區(qū)帶潛山的成藏過程和特征。

3.1中央隆起帶成藏模式

中央隆起帶成藏模式是冀中坳陷潛山主要的成藏類型，其特點是中央隆起帶內(nèi)發(fā)育斷層復雜的潛山殘丘體系，潛山處于多個生烴洼槽的圍限內(nèi)，洼槽生成的油氣沿著靠陡坡一側(cè)的斷層和緩坡一側(cè)的不整合對潛山圈閉進行雙向供烴，可形成潛山頂型油氣藏和潛山坡型油氣藏（圖6）。已發(fā)現(xiàn)的任丘潛山油藏就屬于這種成藏模式，該潛山在古近系底部不整合面之下的霧迷山組、寒武系和奧陶系儲集層中均發(fā)現(xiàn)了油層，試油日產(chǎn)量有28口井均超過1 000 t，最高的任9井日產(chǎn)油量達5 435 t。

圖6　冀中坳陷中央隆起帶成藏模式Fig.6 The hydrocarbon accumulationmodelof centralup liftbelt in Jizhong Depression

圖7　冀中坳陷斜坡帶成藏模式Fig.7 The hydrocarbon accumulationmodelof ramp belt in Jizhong Depression

3.2斜坡帶成藏模式

根據(jù)烴源巖距離圈閉的遠近和油氣輸導體系的差異，將冀中坳陷斜坡帶自凹陷中心向外依次劃分為內(nèi)帶、中帶和外帶，可發(fā)育殘丘、斷塊和斷壘等潛山圈閉類型。由于斜坡帶埋藏相對較淺，且遭受了較大程度的風化與淋濾，其內(nèi)部儲集體發(fā)育，再加上長期處于油氣運移指向帶，因而具有良好的成藏條件。油氣主要沿不整合發(fā)生側(cè)向運移，期間通過斷層的垂向調(diào)節(jié)作用，使油氣呈階梯狀運移，逐級進入不同部位的潛山圈閉中并聚集成藏（圖7）。已發(fā)現(xiàn)的文安斜坡文23井與文古3井等，以及楊村斜坡蘇3井與蘇49井等潛山油藏即屬此類成藏模式。該成藏模式的特點是潛山單向供烴，油氣以沿不整合側(cè)向運移為主，配合斷層的垂向運移，因此運移距離較遠，可達斜坡外帶。

3.3斷階帶成藏模式

潛山受控凹（洼）斷層的限制，自生烴洼槽向潛山呈節(jié)節(jié)抬升的斷階結(jié)構(gòu)，上升盤潛山地層受擠壓作用，發(fā)生掀斜和褶皺，并遭受風化、剝蝕及淋濾等作用，因此在這類潛山的頂部可發(fā)育殘丘型和斷塊型潛山圈閉，如南馬莊潛山、河間潛山、留北潛山及深西潛山等。油氣主要通過斷層及不整合組成的輸導系統(tǒng)呈階梯狀進入高部位的潛山儲集體中聚集成藏（圖8）。該成藏模式的特點是潛山單向供烴，油氣以沿斷層的垂向運移為主，配合不整合的側(cè)向輸導，運移距離較短。

圖8　冀中坳陷斷階帶成藏模式Fig.8 The hydrocarbon accumulationmodelof fault step belt in Jizhong Depression

4　結(jié)論

（1）冀中坳陷潛山主要發(fā)育斷層、不整合及碳酸鹽巖儲集層等3種油氣輸導類型，其中斷層及不整合的發(fā)育改變了烴源巖和碳酸鹽巖儲集層的空間配置關(guān)系，成為主要的油氣運移通道，并與碳酸鹽巖儲集層一起控制了潛山的油氣成藏。根據(jù)斷層及不整合在油氣運移中的相對作用大小，將冀中坳陷潛山油氣輸導體系劃分為斷階帶的斷層主導型、緩坡帶的不整合主導型以及中央隆起帶的斷層-不整合復合型等3種組合類型。

（2）受油氣輸導體系組合及區(qū)帶差異性的影響和控制，冀中坳陷發(fā)育了斷階帶、斜坡帶和中央隆起帶3種潛山油氣成藏模式。中央隆起帶型仍是該區(qū)主要的成藏模式，斷階帶型和斜坡帶型將是該區(qū)今后勘探的重點。

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（本文編輯：楊琦）

M igration system sand hydrocarbon accumulationmodelsof buried hill reservoirs in Jizhong Depression

GAOChanghai1，ZHAM ing1，ZHAO Xianzheng2，PENG Pu3
（1.SchoolofGeosciences，China University of Petroleum，Qingdao266580，Shandong，China；2.PetroChina Huabei Oilfield Company，Renqiu 062552，Hebei，China；3.Hekou OilProduction Plant，ShengliOilfield Company，Sinopec，Dongying257200，Shandong，China）

Theburied hills in Jizhong Depression are abundant in hydrocarbonwhich is characterized bymulti-stage tectonic movements and complex reservoir heterogeneity.The exploration results in recent years indicate that the hydrocarbonmigration system in buried hillshasbecome thekey factor restricting theexploration.Based on theanalysis of structural framework，depositional filling and reservoir characteristics since Mesoproterozoic，it is determined that thehydrocarbonmigration pathwaysofburied hills include fault，unconformity and carbonate reservoir.Among them，faultsand unconformitiesserveas themainmigration pathwaysand controlsimultaneously thehydrocarbonmigration and accumulation with carbonate reservoirs.The assemblage types ofhydrocarbonmigration system are divided into fault-dominated，unconformity-dominated and fault-unconformity compositeaccording to their functions.On thisbasis，the hydrocarbon accumulation models can be concluded into three types in combination with differences of zone distribution and structural features，including centralupliftbelt，faultstep beltand ramp belt.The future exploration zonesshould be focused on the faultstep beltand the ramp belt.

buried hill；reservoir；migration system；hydrocarbon accumulationmodel；Jizhong Depression

TE122.3

A

1673-8926（2015）02-0026-05

2014-10-28；

2014-12-20

國家重大科技專項“重點盆地地層油氣藏成藏機理與分布規(guī)律”（編號：2011ZX05001-001-006）、山東省自然科學基金項目“基于大中型不整合結(jié)構(gòu)體的油氣分布規(guī)律研究”（編號：ZR2013DM016）和中央高?；究蒲袠I(yè)務費專項資金項目“基于碎屑巖不整合結(jié)構(gòu)體的次生成巖特征研究”（編號：14CX02034A）聯(lián)合資助

高長海（1977-），男，博士，講師，主要從事油氣成藏機理與分布規(guī)律方面的教學與科研工作。地址：（266580）山東省青島市黃島區(qū)長江西路66號地學院。E-mail：gch260725@163.com。