南堡油田古生界潛山油氣藏成藏條件分析

張敬藝，郭 穎，卿 穎，齊立新，于 瑩

(中國石油冀東油田分公司，河北 唐山 063004)

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南堡油田古生界潛山油氣藏成藏條件分析

張敬藝，郭 穎，卿 穎，齊立新，于 瑩

(中國石油冀東油田分公司，河北 唐山 063004)

通過對寒武—奧陶系野外巖石露頭的實地觀測與調(diào)研，結(jié)合巖心偏光薄片鑒定、鑄體薄片鑒定、化學全分析、物性分析、掃描電鏡、X衍射等資料分析，對南堡油田古生界潛山的油氣成藏特點與油氣富集規(guī)律進行分析，并探討影響油氣成藏的主控因素。研究結(jié)果表明：南堡油田潛山儲層主要巖石類型為石灰?guī)r和白云巖，主要儲集類型為孔隙、裂縫及溶蝕孔，碳酸鹽巖基質(zhì)孔隙度低，晚期未充填的構(gòu)造縫對油氣聚集有利，油氣沿斷層和不整合面聯(lián)合運移；有效烴源巖是成藏的基礎(chǔ)，良好的成藏要素配置是關(guān)鍵，供烴窗口控制油氣成藏，優(yōu)質(zhì)儲層決定富集高產(chǎn)，構(gòu)造高部位為油氣聚集區(qū)。針對南堡油田古生界潛山的源、儲關(guān)系，結(jié)合控藏因素，構(gòu)建了油氣成藏模式，指導有利圈閉落實和井位部署，對下步深化勘探具有指導意義。

古生界；潛山油氣藏；碳酸鹽巖；成藏條件；南堡油田

0 引 言

古潛山是被新生代沉積地層所覆蓋的特殊地質(zhì)體，其形成可反映出基底的抬升與沉降、不整合面的風化剝蝕、殘留盆地的形成等[1-3]。渤海灣盆地的冀中、遼河、濟陽、黃驊等坳陷已發(fā)現(xiàn)了數(shù)十個潛山油氣田[4-7]，展示了潛山油氣藏勘探的廣闊前景。南堡凹陷位于渤海灣盆地黃驊坳陷北部，總面積為1 932 km2，是在華北地臺基底上，經(jīng)中、新生代構(gòu)造運動發(fā)育起來的一個北斷南超的箕狀富油氣凹陷。近年來，隨著南堡油田油氣勘探開發(fā)工作不斷深入，碳酸鹽巖潛山油氣藏逐步成為重要勘探領(lǐng)域。南堡凹陷1、2、3、5號構(gòu)造帶上發(fā)育有奧陶系和寒武系的碳酸鹽巖潛山，南堡油田鉆遇潛山地層的探井共17口，其中10口井獲日產(chǎn)百噸高產(chǎn)工業(yè)油流，南堡2號構(gòu)造潛山已進入開發(fā)階段，預示南堡油田碳酸鹽巖潛山具有良好的勘探前景。該文對南堡油田古生界潛山油氣成藏條件進行綜合分析，以求尋找新的勘探領(lǐng)域。

1 油源條件

烴源巖研究結(jié)果表明，南堡油田發(fā)育多套烴源巖[8]：下古生界海相碳酸鹽巖、上古生界海陸交互煤系地層、中生界陸源碎屑煤系地層和暗色泥巖以及新生界古近系(沙三段、沙一段、東三段)湖相泥巖。不論是古近系油氣藏還是古潛山油氣藏，其豐富的油氣資源主要來自古近系優(yōu)質(zhì)、成熟的烴源巖，中生界和古生界烴源巖生成的油氣資源有限，難以形成較大規(guī)模的油氣富集。油源對比結(jié)果顯示[9-10]：南堡油田潛山的油源來自于凹陷內(nèi)古近系沙三段生油巖層，該套烴源巖分布廣、厚度大，有機質(zhì)類型為腐泥腐殖型(Ⅱ2)—腐泥型(Ⅱ1)，有機質(zhì)豐度高，平均為4%左右，部分高達8%，生烴潛量大于20 mg/g，Tmax一般在440 ℃以上，是一套成熟、優(yōu)質(zhì)的烴源巖[11]，為南堡凹陷潛山油氣聚集提供了資源基礎(chǔ)。

2 油氣儲集條件

2.1 儲層巖石類型

通過大量野外露頭觀測、巖心觀察及10余口井的薄片鑒定分析，明確研究區(qū)奧陶系碳酸鹽巖主要巖石類型為石灰?guī)r類、白云巖類以及過渡巖類，包括礫屑灰?guī)r、砂屑灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r、鮞狀灰?guī)r、泥晶灰?guī)r、云質(zhì)泥晶灰?guī)r、粉晶灰?guī)r、泥灰?guī)r、泥質(zhì)條帶灰?guī)r、凝塊石灰?guī)r、泥晶白云巖、灰質(zhì)粉晶白云巖、含灰粉晶白云巖、粉晶白云巖以及角礫巖等多種巖石類型。

2.2 儲集空間類型

國內(nèi)外潛山油藏的勘探經(jīng)驗表明，儲層研究是潛山油藏研究的重點[12-13]。南堡油田寒武—奧陶系碳酸鹽巖儲層經(jīng)歷了多期成巖演化階段，根據(jù)野外露頭、巖心以及薄片鑒定結(jié)果，結(jié)合測井資料，按照儲集空間的形態(tài)特征及成因類型劃分，研究區(qū)主要發(fā)育基質(zhì)孔隙、溶蝕孔洞和裂縫3種儲集空間類型，儲集空間以溶蝕孔洞和裂縫為主(圖1)。

南堡灘海地區(qū)主要發(fā)育奧陶系潛山和寒武系潛山。其中，奧陶系潛山儲集空間主要包括基質(zhì)孔隙、溶蝕孔洞和裂縫3種儲集空間類型，以溶蝕孔洞和裂縫為主?；|(zhì)孔隙一般小于2 mm，包括原生粒間孔、粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔、晶間孔、晶間溶孔、晶內(nèi)孔等；溶蝕孔洞一般大于2 mm；裂縫包括構(gòu)造縫、壓溶縫(縫合線)等。寒武系儲集巖類主要由石灰?guī)r和白云巖及其過渡類型組成，儲集層為多孔介質(zhì)，其儲集空間具有如下3種特征：①儲集空間往往是復合型，孔隙、裂縫、溶孔(洞)同時存在；②裂縫起到儲集和貫穿孔隙、溶孔(洞)的作用；③儲集空間的結(jié)構(gòu)形態(tài)較為復雜，具有空間展布不連續(xù)的特征。受各種地質(zhì)作用的控制，這3種儲集空間在碳酸鹽巖中發(fā)育的程度會有差異。

圖1 南堡凹陷古生界碳酸鹽巖潛山儲層類型

2.3 儲層物性特征分析

巖石物性分析結(jié)果表明，南堡油田奧陶系風化殼儲層孔隙度主要為1.4%～4.0%，滲透率為0.1×10-3～66.4×10-3μm2；寒武系內(nèi)幕儲層孔隙度為5.5%～8.3%，滲透率為2.7×10-3～29.7×10-3μm2，屬于低孔、中低滲或低孔、低滲型儲層。南堡油田潛山儲層發(fā)育，儲層非均質(zhì)性強，儲集空間以裂縫和溶蝕孔洞為主，巖心、巖石薄片、成像測井資料以及鉆井過程泥漿漏失和鉆具放空現(xiàn)象均表明南堡油田潛山儲層類型主要為裂縫孔洞型。

3 油氣運移條件

3.1 油氣運移通道

油源對比分析結(jié)果表明，南堡油田灘海地區(qū)的油氣主要來自于林雀次洼古近系的油源，油氣通過斷層和不整合面及孔縫洞儲集體進行疏導。

3.1.1 不整合面

南堡油田古生界地層由于長期遭受抬升、風化、淋濾、剝蝕，形成厚度較大、分布較廣，與上覆古近系地層呈角度不整合接觸的不整合面，在風化、剝蝕及地表水淋濾作用影響下，不整合面以下易于形成大量溶蝕裂縫及溶孔，從而形成油氣在平面上的輸導通道，能夠使油氣在橫向上運移至較遠的儲集層中成藏，是溝通潛山與烴源巖之間的主要油氣運移通道。

3.1.2 斷裂

斷裂在南堡油田奧陶系古潛山油氣成藏過程中起到至關(guān)重要的作用，其不僅控制圈閉的形成、裂縫帶的發(fā)育，更是油氣垂向輸導的主要通道。不同級別的斷裂在油氣輸導過程中的作用不同，控制古潛山的大型正斷層直接溝通下降盤油源，當斷裂斷距大于潛山頂面至烴源巖層的距離時，大段的生油巖將與古潛山儲集體呈側(cè)向?qū)訝顟B(tài)，斷層成為古潛山及其內(nèi)幕油藏最主要的供油通道。另外與油氣成藏期同時形成并活動的次一級斷裂也是重要的油氣輸導通道，南堡1、2、5號潛山位于斜坡帶，反向斷層與同向斷層都十分發(fā)育，構(gòu)成了多種類型的潛山斷塊圈閉，這些斷層在油氣運移過程中起著重要的輸導作用。

3.1.3 孔縫洞

不整合面和斷層屬于面狀輸導通道，孔滲性儲集體則屬于三維體的油氣輸導通道，在油氣運移過程中起著十分重要的作用。古潛山儲集體經(jīng)歷長期的風化、淋濾作用后，孔、縫、洞發(fā)育，構(gòu)成孔—縫—洞相互連通的油氣運聚場所。油氣運移主要以裂縫和溶蝕孔洞作為通道，其中，構(gòu)造縫、溶蝕縫以及壓溶縫等裂縫系統(tǒng)起到非常重要的作用，巖心觀察、熒光薄片、包裹體薄片等資料均證實了其作為油氣輸導通道的有效性。

不整合面、斷裂、儲集體3種油氣輸導通道在空間配置上構(gòu)成了南堡古潛山油氣成藏復雜的三維輸導體系網(wǎng)絡(luò)，這一輸導網(wǎng)絡(luò)在潛山油氣聚集成藏過程中起到了重要作用，是油氣運聚的重要通道。

3.2 油氣運移模式

對南堡油田潛山油氣成藏條件、構(gòu)造特征以及生、儲、蓋時空組合關(guān)系的研究表明，南堡油田潛山主要發(fā)育奧陶系風化殼油藏及寒武系內(nèi)幕油藏，其油氣運移的主要模式為斷層和不整合面的聯(lián)合運移成藏模式，形成新生古儲型油氣藏(圖2)。

圖2 南堡油田古生界潛山油氣成藏模式

由于南堡油田潛山頂面與古近系生油巖直接接觸面積大，控山斷層下降盤古近系生油巖與上升盤古生界地層大面積對接，油氣通過斷層面垂向運移和沿不整合面?zhèn)认蜻\移進入潛山儲集層，油氣在儲層內(nèi)部通過孔縫洞聯(lián)合儲集體向潛山的高部位運移，在合適的圈閉條件下聚集成藏。

4 油氣成藏主控因素分析

4.1 有效烴源巖是基礎(chǔ)

渤海灣盆地古潛山勘探實踐表明，古近系陸相斷陷發(fā)育沙三段、沙一段等多套優(yōu)質(zhì)有效烴源巖，為古潛山油氣藏提供了豐富油氣資源。近年來的勘探證實，古潛山油氣藏均圍繞陸相生烴中心近源分布，而遠離生烴中心的古潛山圈閉含油性較差。

4.2 供烴窗口控制油氣成藏

通過大量的油源對比分析證實，南堡油田古生界潛山原油來源于古近系沙河街組沙三段烴源巖，通過多口井流體包裹體均一溫度分析，證實了南堡油田潛山存在明化鎮(zhèn)早期和晚期2期充注，沙三段有效烴源巖與潛山圈閉只有通過斷層或者不整合面實現(xiàn)對接，烴源巖生成的油氣才能運移至潛山圈閉中聚集成藏，否則早期形成的潛山圈閉無法捕獲晚期生成的油氣，因此，供烴窗口是油氣成藏的基礎(chǔ)。

4.3 優(yōu)質(zhì)儲層決定油氣富集高產(chǎn)

由于南堡凹陷碳酸鹽巖儲集層具有較強的非均質(zhì)性，其孔隙度、滲透率較低，很難形成有效的儲集空間，只有裂縫和溶蝕孔洞發(fā)育的部位才能形成有效儲集空間，因此，巖溶縫洞型儲層發(fā)育程度及分布范圍控制著該區(qū)的油氣分布和富集。南堡凹陷碳酸鹽巖潛山成藏條件優(yōu)越，油源條件好，供烴窗口大，儲集空間以裂縫和溶蝕孔洞為主，縫洞發(fā)育的地方，才能形成油氣的運聚，優(yōu)質(zhì)儲層的發(fā)育程度是制約油氣成藏的關(guān)鍵，優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育區(qū)往往就是油氣富集高產(chǎn)區(qū)。

4.4 良好的成藏要素配置是關(guān)鍵

對于南堡油田古潛山而言，除了優(yōu)質(zhì)烴源巖、有效儲層及供烴窗口等必備要素外，油氣成藏還需要具有良好的儲蓋配置，儲層之上的優(yōu)質(zhì)蓋層保證了油氣被封閉在潛山圈閉中，潛山圈閉在側(cè)向上需要有斷層或不整合面形成有效的封擋。

5 下步勘探方向

南堡油田潛山圈閉類型多，目前潛山構(gòu)造高部位勘探程度相對較高，奧陶系地層型風化殼(殘丘)和寒武系潛山內(nèi)幕油藏勘探程度低，是下步深化勘探的方向。

5.1 奧陶系地層型風化殼油藏

南堡油田潛山早期勘探以古近系直接覆蓋的構(gòu)造高部位為重點，鉆探取得較好的效果，隨著地質(zhì)認識的深化，進一步明確地層分布控制有效儲層的發(fā)育，進而控制油氣成藏，因此，地層型風化殼(殘丘)成為南堡油田潛山勘探重點。

南堡1、2號潛山奧陶系地層廣泛發(fā)育，受多期構(gòu)造運動影響，奧陶系下馬家溝組地層存在明顯侵蝕和削蝕，地層圈閉發(fā)育。供烴窗口、優(yōu)質(zhì)儲層和圈閉有效性共同控制地層型風化殼圈閉油氣成藏。南堡油田奧陶系下馬家溝組地層型風化殼(殘丘)圈閉上覆古近系細粒沉積物形成了區(qū)域性蓋層，下馬家溝組底部發(fā)育的厚度約為70 m的泥灰?guī)r可作為一套較好的底板層，圈閉封擋條件相對較好，因此，主要以供烴窗口大小和優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育狀況為重點將地層型風化殼圈閉劃分為Ⅰ、Ⅱ 2類勘探目標(圖3)：Ⅰ類目標供烴條件好，巖溶儲層發(fā)育；Ⅱ類目標供烴條件較好，巖溶儲層較發(fā)育或發(fā)育；Ⅰ類目標將是下步評價的重點領(lǐng)域。

圖3 南堡油田奧陶系潛山綜合評價

5.2 寒武系潛山內(nèi)幕油藏

傳統(tǒng)的潛山油氣成藏理論認為潛山油藏主要為構(gòu)造最高部位的風化殼油藏[14-15]，隨著潛山勘探的不斷推進，南堡油田寒武系內(nèi)幕潛山勘探獲得突破。2011年南堡3號潛山堡古2井在潛山內(nèi)幕寒武系毛莊組獲日產(chǎn)油為27.8 m3/d、日產(chǎn)氣為17.9×104m3/d的高產(chǎn)油氣流，拓展了南堡油田新的找油領(lǐng)域。

南堡油田各潛山構(gòu)造帶均發(fā)育潛山內(nèi)幕圈閉，沉積相研究表明，寒武系毛莊組為碎屑陸表海沉積，周期性出現(xiàn)孤立的碳酸鹽臺地、碎屑陸表海層序，上部發(fā)育泥晶鮞粒和藻鮞粒泥?！w粒灰?guī)r，易于溶蝕，形成有利儲層，鉆探已證實毛莊組發(fā)育一套優(yōu)質(zhì)儲層，具有較高產(chǎn)能。大型潛山斷層的下降盤發(fā)育大套第三系Es34+5烴源巖，與上升盤的潛山圈閉體形成良好的空間配置關(guān)系，而且斷裂的發(fā)育為油氣由“源”到“藏”運移提供了有效通道。上覆徐莊組發(fā)育一套厚層泥巖，是一套良好的區(qū)域隔層，圈閉封擋條件較好，根據(jù)儲集物性及供烴窗口大小將潛山內(nèi)幕圈閉劃分為Ⅰ、Ⅱ 2類，其中Ⅰ類圈閉將是下步勘探的重點(圖4)。

6 結(jié) 論

(1) 南堡油田古生界潛山油源主要來自于林雀次洼古近系沙三段，油源斷層和不整合面發(fā)育，具備有利油氣運聚條件，可形成新生古儲型油氣藏。

(2) 該區(qū)碳酸鹽巖儲層原生孔隙不發(fā)育，儲集能力較差，裂縫以及溶蝕孔洞是油氣儲集有利空間。

(3) 有效烴源巖、優(yōu)質(zhì)儲層、供烴窗口及良好的成藏要素配置共同控制油氣富集程度。

(4) 南堡1、2號潛山奧陶系地層型風化殼(殘丘)及南堡2、3號寒武系潛山內(nèi)幕Ⅰ類圈閉是下步勘探的有利目標。

圖4 南堡油田寒武系潛山綜合評價

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編輯 林樹龍

20150627；改回日期：20151222

國家科技攻關(guān)項目“南堡凹陷油氣富集規(guī)律與增儲領(lǐng)域”(2011ZX-005006-006)

張敬藝(1980-)，女，工程師，2003年畢業(yè)于西北大學石油與天然氣地質(zhì)專業(yè)， 2008年畢業(yè)于該校構(gòu)造地質(zhì)學專業(yè)，獲碩士學位，現(xiàn)主要從事物探工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.02.006

TE122

A

1006-6535(2016)02-0022-05