華北束鹿凹陷斜坡帶沙河街組油氣藏分布規(guī)律與區(qū)帶成藏模式

梁星如,張　峰,李勝利,黃　杰,梁官忠,孫婷婷,于仁江,曹　斌

華北束鹿凹陷斜坡帶沙河街組油氣藏分布規(guī)律與區(qū)帶成藏模式

梁星如1,張峰1,李勝利2,黃杰1,梁官忠1,孫婷婷2,于仁江1,曹斌1

(1.中國石油華北油田分公司,河北任丘062552；2.中國地質大學能源學院,北京100083)

在系統(tǒng)闡述冀中坳陷南部束鹿凹陷斜坡帶成藏條件的基礎上,探討了油氣藏的分布規(guī)律、不同區(qū)帶成藏模式及主控因素。研究表明,斜坡帶主要發(fā)育4種類型油氣藏,斜坡北、中、南段成藏條件與模式不同;斜坡內外兩帶成藏規(guī)律與油氣藏類型不同,其中斜坡中部西曹固構造帶具有連片成藏的優(yōu)良條件,而溝通油源的深大斷裂形成的斷塊是優(yōu)先成藏的有利區(qū)帶。

束鹿凹陷;沙河街組;油藏分布;成藏模式

1　地質背景概述

束鹿凹陷位于渤海灣盆地冀中坳陷的南部邊緣,是長期穩(wěn)定發(fā)育的,在下古生界碳酸鹽巖以及石炭-二疊的海陸交互相和煤系地層基底上發(fā)育起來的一個北北東向、簡單箕狀凹陷,具有典型的東斷西超的特征。束鹿凹陷北起衡水斷裂,西至寧晉凸起,南到小劉村凸起,東部以新河斷裂為界,面積約為700 km2(見圖1)。束鹿斜坡帶位于束鹿凹陷的西部,其東部為束鹿洼槽區(qū),向西逐漸超覆于寧晉凸起,東西寬6～11 km,南北長約41 km,總面積約346 km2,呈北東向展布[1]。截至2014年,束鹿西斜坡估算油氣聚集量為0.5×108t,但目前找到的油氣僅為油氣聚集量的30%左右,應還有很大的勘探潛力。

雖然束鹿斜坡有油氣發(fā)現(xiàn),但目前規(guī)模性油氣藏主要集中在中部西曹固構造帶,形成了從洼槽帶至斜坡帶再到寧晉凸起的連片含油區(qū)帶。然而,在斜坡帶的其他部位,除早期已探明的一些油氣發(fā)現(xiàn)外,還鮮有明顯的突破。因此適時總結該斜坡帶油氣分布與成藏模式對后續(xù)勘探有重要指導意義。

1.1構造格局

束鹿斜坡早期沙河街組沙三段時期屬于窄陡型,晚期沙河街組沙二段時期及以后過渡為寬緩型的沉積斜坡,由于構造運動、沉積體系的總體差異,造成束鹿西斜坡的石油地質特征在不同區(qū)域略有不同,具有東西分帶、南北分塊的特點。束鹿西斜坡發(fā)育演化過程主要受地幔熱異常和新河斷層的控制,由于地幔熱異常造成新河凸起、寧晉凸起隆升,地層向寧晉凸起方向翹傾[2],新河斷層控制了盆地的邊界及延伸方向[3],兩者共同的作用形成了東斷西超的格局,因此束錄斜坡屬于典型的窄陡型斜坡。新河斷裂在斜坡北部活動劇烈,在南部活動相對較弱,因此對束鹿斜坡的掀斜作用北部強,南部弱,致使北部地層較陡[1]。斜坡上發(fā)育的斷層走向以NNE向為主,與新河大斷裂走向一致,發(fā)育有西曹固和臺家莊兩個橫向調節(jié)帶,兩個方向的斷層相互配置,形成南北分塊的格局 (見圖1)。以斜坡基底的構造坡折帶為邊界可以將斜坡劃分為斜坡內帶和斜坡外帶；由南向北依次發(fā)育4個主要構造,分別為雷家莊構造、西曹固構造、臺家莊構造和南小陳構造 (見圖1)。

圖1　束鹿凹陷構造簡圖Fig.1　The structure belt division of Shulu slope

不同類型斜坡帶的油氣富集程度、主要油氣藏類型及其分布特征相差很大,因此斜坡帶不同的區(qū)帶常形成多個不同類型的巖性、地層油氣藏聚集帶 (區(qū))[1]。依據(jù)束鹿斜坡帶中反映斜坡總體特征的地震剖面上最大坡折點的位置 (見圖2),逐剖面識別不同位置的坡折點,進而在平面上勾畫出平面坡折線,將斜坡邊緣至坡折線劃分為斜坡外帶,坡折線至斜坡底部劃分為斜坡內帶 (見圖1)。

1.2沉積特征

地層陡緩對物源供給,沉積類型及展布形態(tài)有非常重要的影響。束鹿斜坡在沙三段,基底地層坡度較大,地層傾斜度數(shù)可達15°(見圖3a),說明束鹿斜坡西部的沉積物源較近；并且物源供給十分充足,主要沉積了礫巖、泥灰?guī)r及少量膏巖。特別是在臺家莊、雷家莊及西曹固地區(qū),發(fā)育了大套以礫巖為主的沉積,其中碳酸鹽質礫巖和泥灰?guī)r沉積也十分發(fā)育。這一時期,湖泊水域的深度較大,因此可容納空間也較大,從斜坡邊緣一直到中心洼槽部位,由薄到厚沉積了典型的湖泊扇三角洲,其最大厚度可達1500 m左右[4]。而在沙二、沙一段沉積時期構造活動逐漸減弱,沉積環(huán)境主要為近源三角洲和湖泊環(huán)境,并且隨著不斷的沉積充填,湖區(qū)面積逐漸減小,可容納空間也隨之逐漸減小,此時地層傾斜角度為7°左右(見圖3b),形成了以辮狀三角洲為主的沉積體系。

圖2　斜坡內、外帶劃分剖面Fig.2　The maximum transitional point of inner and outer belts of Shulu slope

圖3　束鹿斜坡西曹固北西—南東向剖面Line340Fig.3　A seismic section showing the gradient differences between inner and outer belts of Shulu slope

束鹿斜坡在古近系經(jīng)歷了兩次大規(guī)模的湖進與湖退,來自西南方向的寧晉古水系和斜坡南部的小劉村古水系控制著斜坡的沉積展布,前者為主物源,覆蓋了束鹿斜坡大面積地區(qū)。南部為次要物源方向,控制了雷家莊地區(qū)的沉積格局。斜坡地區(qū)在平面上主要發(fā)育辮狀河三角洲、扇三角洲、及濱淺湖沉積[5～7](見圖4)。

圖4　束鹿斜坡沉積模式圖Fig.4　Sedimentary facies pattern of Shulu slope

2　油氣成藏條件

斜坡帶沙河街組大片發(fā)育辮狀河三角洲、扇三角洲體系,臨近生烴凹陷,并且在沙一下段發(fā)育的特殊巖性段能對油氣進行封堵作用。同時與本區(qū)相鄰的饒陽凹陷留西構造帶發(fā)現(xiàn)了沙三段千萬噸級的辮狀河三角洲砂巖巖性油氣藏[8],因此在束鹿斜坡也應有良好的油氣前景。

2.1烴源巖特征

Es3烴源巖為沙三底部礫巖層上發(fā)育的大段泥灰?guī)r,泥灰?guī)r發(fā)育厚度為300～1500 m,有機質豐度較高,烴源巖母質類型屬Ⅱ1型,烴源巖已成熟,沙三段的油主要來自此套烴源巖。該套烴源巖在凹陷內分布廣泛,綜合評價為一套優(yōu)質烴源巖[4]。

2.2儲集層條件

束鹿斜坡最主要的儲集體類型為辮狀河三角洲砂體、扇三角洲砂礫巖體、濱淺湖泥灰?guī)r儲集體。其中,辮狀河三角洲分選較好、粒徑較粗、基質含量低、單個砂體的側向連續(xù)性好[12],具有極好的儲層質量；而扇三角洲由于近物源、搬運距離短、分選差等特點,決定了其儲層質量相對較差[13]。

本區(qū)物源供給充足,近源的扇三角洲與辮狀河三角洲前緣較為發(fā)育,形成大片呈朵葉狀分布的三角洲前緣砂體 (見圖4),并在前端及三角洲之間易形成灘砂壩沉積,受湖泊改造影響后,這些砂體具有良好的儲集物性,如西曹固的車城油田,已發(fā)現(xiàn)晉95、晉105、晉68等多個油氣藏。晉95井區(qū)沙二段上部地層底部含油砂組的儲層類型為辮狀河三角洲平原與前緣交會處的三角洲前緣水下分流河道砂體以及河口壩砂體,單期河道厚度達4 m,儲層物性良好,晉95-12井日產(chǎn)油6.59 t,證實是較好的儲層。

2.3蓋層與保存條件

受區(qū)域性構造作用影響,區(qū)內展布范圍較大的蓋層主要是暗色泥巖、泥灰?guī)r蓋層及段的特殊巖性蓋層?？v向上砂巖儲集層與泥巖隔夾層互層出現(xiàn),在沙一下、沙二頂部及沙三中下亞段都有分布,如Es2—Es1之間發(fā)育的暗色泥巖段厚度可達130 m[14],使得沙一段易形成自儲自蓋的油氣藏；平面上Es3泥灰?guī)r蓋層分布于斜坡的大部分區(qū)域,可作為區(qū)域性蓋層,東厚西薄,既是生油巖,又可成為儲集層,可形成礫巖儲、泥灰?guī)r蓋的優(yōu)質儲蓋組合[4]。

3　油氣藏類型與分布規(guī)律

束鹿斜坡在成因上可歸屬為構造-沉積斜坡,發(fā)育地層、構造、巖性、復合等多種類型的油氣圈閉。斜坡內油氣藏數(shù)量眾多,類型豐富。按照圈閉的成因類型,可將研究區(qū)的油氣藏劃分為4大類,即構造油氣藏、地層油氣藏、巖性油氣藏和復合油氣藏 (見表1)。其中,構造油氣藏包括斷塊油氣藏、斷鼻油氣藏；地層油氣藏在該區(qū)主要指地層不整合油氣藏；巖性油氣藏可分為上傾尖滅油氣藏和砂巖透鏡體油氣藏；復合油氣藏主要包括斷層遮擋形成的構造-巖性尖滅油氣藏以及由不整合與斷層共同作用形成的構造-地層油氣藏,如晉7油藏。束鹿西斜坡南北分區(qū)、東西分帶的特征同時也控制著不同類型油氣藏在不同區(qū)域上的發(fā)育。

表1 束鹿斜坡油氣藏類型Table 1 Petroleum reservoir types in Shulu slope

束鹿斜坡油氣藏的富集區(qū)集中在中南段,從油氣藏類型的平面分布 (見圖5)來看,構造油氣藏占據(jù)了束鹿西斜坡的主要地位,其次是巖性油氣藏、復合油氣藏,地層油氣藏僅在中部緊鄰寧晉凸起的部位出現(xiàn)。

圖5　油氣藏類型平面分布圖Fig.5　Map of petroleum trap type and distribution

中部油氣藏相對集中連片,在西曹固斷層、晉95斷層的包裹和遮擋的共同作用下,形成從晉92井到晉102井、晉97井到晉68井、晉103井到晉31井3個連片分布的油氣藏群。北部油氣藏比較孤立零散,如澤54井油藏、澤36井油藏等,劇烈的構造活動導致地下情況復雜多變,雖然這些油藏在平面上距離較近,但不屬于同一個構造單元和油水系統(tǒng),因此導致北部的油氣藏分布相對比較分散。

油氣藏在東西分布上也有比較好的規(guī)律性,多分布在斜坡內帶,圍繞生油洼槽展布。這主要是因為斜坡外帶斷層不發(fā)育,烴源巖分布在束鹿凹陷的東部,而油源斷層是油氣運移的主要通道,因此油氣藏多分布在斜坡內帶。而在斜坡外帶,西部邊緣出現(xiàn)的扇三角洲和辮狀河三角洲砂礫巖體是該區(qū)地層圈閉形成的最有利區(qū)帶,以地層不整合油氣藏為主,又可分為地層超覆不整合油氣藏和地層剝蝕不整合油氣藏。在斜坡帶內帶,構造形態(tài)相對簡單,構造圈閉不夠發(fā)育,但這一區(qū)域的砂礫巖體厚度大、連通性好,且斷層發(fā)育,油氣藏類型以礫巖/砂巖透鏡體油氣藏和斷層上傾遮擋-砂體側向尖滅油氣藏為主。

4　區(qū)帶成藏模式

束鹿斜坡縱向上油氣藏含油層位多,尤以西曹固地區(qū)含油氣層位最多 (見圖6),從沙一段至沙三段,油層均有分布,且具有油層分布厚薄不均、多套油水系統(tǒng)并存、成藏特征各異的特點[14]。

圖6　束鹿斜坡不同區(qū)帶的油氣成藏模式 (剖面位置見圖4)Fig.6　Different petroleum accumulation patterns in different areas in Shulu slope

4.1斜坡南部成藏模式

束鹿斜坡南部的雷家莊構造帶具有平臺—斜坡的特點,地形的坡折比較明顯,地形簡單,發(fā)育的油氣藏類型也簡單。油氣藏集中在沙二、沙三段,沙一段基本不含油；油氣以不整合面為疏導體系,兩側被斷層遮擋形成斷塊油氣藏 (見圖6a)。

4.2斜坡中部成藏模式

斜坡中部為西曹固—臺家莊構造帶,屬于繼承性單斜沉積斜坡,構造簡單,但斷層比較發(fā)育,且緊鄰生烴中洼槽,因此發(fā)育的油氣藏類型也多樣 (見圖6b)。

沙三段沉積時期,由于下伏沙四段被削截而形成不整合接觸,發(fā)育不整合油氣藏,同時斜坡底部還會發(fā)育因重力滑塌而形成的巖性油氣藏。沙三段中上部斷層比較發(fā)育,為沙三段烴源巖生成的油氣向上運移提供了通道；在斷層封閉后油氣通過斷層兩側沿對接的滲透性砂體側向運移并再次分配,遇到合適的封堵條件時,就會在斷層的下傾方向聚集形成斷鼻/斷塊、構造-巖性復合油氣藏[14]。臺家莊地區(qū)沙三段烴源巖生成的油氣沿著沙三底部的不整合面向隆起聚集,在礫巖儲層發(fā)育區(qū)聚集形成礫巖油氣藏,如晉古3油藏、晉67油藏等[14]。

沙二段和沙一段沉積時期發(fā)育的油氣藏較少,主要由于沙一段頂部大套泥巖 (非烴源巖)的封隔,沙一底部大段 “特殊巖性段”的影響,沙一段烴源巖屬于未熟—低熟烴源巖,生成的油氣較少且無法向下運移至沙二段。沙二段與沙一段地層油氣藏不發(fā)育,以構造油氣藏為主,如斷鼻/斷塊油氣藏。臺家莊地區(qū)由于北部和中部烴源巖同時提供油氣,因此沙一段油氣聚集量較西曹固地區(qū)多,油氣通過臺家莊隆起的兩側斷層和砂體的合理配置以階梯狀向隆起上的塌陷背斜中間匯聚,形成構造油氣藏,如晉40油藏、晉404油藏等[14](見圖6c)。

在西曹固構造帶發(fā)育有3個順向斷鼻圈閉,均處于規(guī)模較大的順向斷層控制之下,例如晉94南斷塊、晉68斷鼻、晉105-25斷鼻構造；反向斷鼻構造油氣藏不發(fā)育,具有油層分散、厚度薄的特點；雖然構造上為斷鼻形態(tài),順向斷鼻油氣藏內的油層不具備統(tǒng)一的油水界面,油水特征與反向斷鼻油氣藏的 “牙刷狀”特征接近[15]。

4.3斜坡北部成藏模式

斜坡北部的南小陳構造帶同斜坡中部構造帶特點相似,但由于北部烴源巖有機質豐度低,生油數(shù)量少,因此聚集的油氣數(shù)量也少,主要油氣藏為沙一段的構造油氣藏和古生界地層的潛山油氣藏 (見圖6d)。

5　結論

束鹿斜坡是一個典型的東斷西超的陡坡,以坡折點為界分為內、外兩個區(qū)帶。沙三段內帶主要發(fā)育巖性油氣藏；而外帶以地層巖性油氣藏為主。溝通油源的深大斷裂,尤其是大斷距的順向與反向斷塊是油氣優(yōu)先成藏,連片成藏的關鍵因素,易于優(yōu)勢運移通道與聚集場所的形成,這是目前西曹固地區(qū)油氣發(fā)現(xiàn)最為活躍的關鍵。

束鹿斜坡油氣4個構造帶分布活躍,可發(fā)育4類油氣藏類型,其中沙二段內帶以構造油氣藏為主,外帶以構造巖性油氣藏為主。潛在的巖性油氣藏易出現(xiàn)在沙三段的礫巖層、沙二段臨近生烴源區(qū)的砂-礫巖尖滅區(qū),而斜坡外帶存在不整合面下的碳酸鹽巖油氣圈閉。

束鹿斜坡油氣成藏可總結為北、中、南三個區(qū)帶成藏模式。中部的西曹固與臺家莊構造最有利于聚集油氣；而南北兩端的南小陳和雷家莊構造帶,由于離主生烴洼槽相對較遠,因此油氣成藏的規(guī)模有限。斜坡外帶也還具有一定的油氣成藏潛力,尤其是古地貌傾角較大、斷距較大能夠有效溝通源巖與儲層的同生斷層附近的圈閉應是今后油氣勘探的重點有利區(qū)。

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DISTRIBUTION OF HYDROCARBON RESERVOIRS AND PETROLEUM ACCUMULATION PATTERNS IN THE SHAHEJIE FORMATION ON SLOPE OF SHULU DEPRESSION,NORTH CHINA

LIANG Xing-ru1,ZHANG Feng1,LI Sheng-li2,HuangJie1,LIANG Guan-zhong1, SUN Ting-ting2,YU Ren-jiang1,CAO Bin1
(1.PetroChina Huabei Oilfield Company,Renqiu 062552,Hebei,China；2.School of Energy Resources,China University of Geosciences,Beijing 100083,China)

Based on the analysis of petroleum accumulation conditions in the Shulu slope,the south part of JiZhong sub-basin,North China,the hydrocarbon reservoir distribution laws and petroleum accumulation patterns in the Shahejie Formation of the study area are discussed.The results show 4 major different types of petroleum trap in the Shulu slope.The petroleum accumulation elements and patterns are different in the north,middle,and south part of the slope.Meanwhile,distribution characteristics and types of hydrocarbon traps are also different in the inner and the outer belts of the slope.As one of important petroleum accumulation regions,the Xicaogu structure,in the middle part of the slope,has perfect petroleum accumulation conditions with large-scale petroleum reservoirs.Fault blocks formed by deep and large scale faults which linked reservoirs and hydrocarbon source rocks are considered to be the most profitable belts for preferential petroleum accumulation.

Shulu depression；Shahejie formation；distribution of hydrocarbon reservoir；petroleum accumulation pattern

TE122.3

A

1006-6616(2016)01-0066-10

2015-10-17

國家自然科學基金項目 (41572080,41272132)；中國石油華北油田重大科技專項 (HBYT-YJY-2015-JS)

梁星如 (1964-),男,高級工程師,主要從事油氣田滾動勘探與開發(fā)等研究工作。E-mail:yjy_lxr@ petrochina.com.cn

李勝利 (1971-),男,博士,副教授,主要從事儲層沉積學教學和科研工作。E-mail:slli@cugb.edu.cn