渤海南部古潛山油氣田成藏機(jī)理及展布規(guī)律研究
——以渤海L油田為例

李 卓，張建民，郭 誠(chéng)，余元洲，席夢(mèng)雪

(1．中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津塘沽 300452；2.中國(guó)石油天然氣管道局天津設(shè)計(jì)院)

渤海南部古潛山油氣田成藏機(jī)理及展布規(guī)律研究
——以渤海L油田為例

李 卓1，張建民1，郭 誠(chéng)1，余元洲1，席夢(mèng)雪2

(1．中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津塘沽 300452；2.中國(guó)石油天然氣管道局天津設(shè)計(jì)院)

渤海L油田位于渤南潛山帶中部，屬于受構(gòu)造控制的下古生界古巖溶型碳酸鹽巖潛山油田，具有含油氣層位多、厚度大、儲(chǔ)層分布廣的特點(diǎn)。在系統(tǒng)分析供烴條件、構(gòu)造成因、優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層主控因素、成藏模式等關(guān)鍵成藏因素基礎(chǔ)上，闡述了渤海南部古潛山L油田成藏條件，探討了潛山油氣富集規(guī)律，研究認(rèn)為，渤海L油田烴源來自渤中凹陷和黃河口凹陷，供烴條件優(yōu)越，油氣沿?cái)鄬蛹安徽厦孢\(yùn)移至圈閉；上寒武-下奧陶統(tǒng)儲(chǔ)層受控于古地貌及沉積相帶，物性較好的云坪沉積發(fā)育于古地貌巖溶緩坡單元，呈環(huán)帶狀分布，是油氣聚集的天然場(chǎng)所。

渤海L油田；白云巖儲(chǔ)層；古地貌；成藏機(jī)理；儲(chǔ)層展布

渤海L油田發(fā)現(xiàn)于1980年，西側(cè)和南側(cè)兩條大斷層控制了整個(gè)構(gòu)造的發(fā)育和形態(tài)，使之成為地層向北東向傾沒的單斜古潛山。油田目前存在多期不同應(yīng)力疊加，地震資料品質(zhì)較差，地層發(fā)育及分布情況不清，潛山帶有利勘探方向不明等難題。前人認(rèn)為L(zhǎng)油田原油主要來源于黃河口凹陷沙河街組三段烴源巖，油氣勘探方向應(yīng)主要放在N8井?dāng)鄬幽蟼?cè)及2井區(qū)斷層北塊等[1]，但對(duì)白云巖儲(chǔ)層的主控因素以及展布規(guī)律研究較少，本文通過油氣源分析，精細(xì)古地貌恢復(fù)和沉積規(guī)律研究，對(duì)渤海L油田古潛山碳酸鹽巖儲(chǔ)層的成藏機(jī)理及主控因素進(jìn)行探討。

1 古潛山油氣藏形成機(jī)理

1.1 渤海L油田古潛山成藏主控因素分析

潛山油氣藏作為一種新生古儲(chǔ)的褶隆型油氣藏，其形成需具備一些獨(dú)特的條件，相比自生自儲(chǔ)的原生油氣藏，新生古儲(chǔ)的淺層氣藏更難以富集。渤南低凸起地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，發(fā)育多期斷層系統(tǒng)，活動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，晚期活動(dòng)強(qiáng)烈，新近系沙一段泥巖沉降快，可形成潛山頂部蓋層，底部的基巖以難于溶蝕的混合花崗巖為主。潛山圈閉的位置決定了其是否能得到充足的油氣源供給，在富生烴凹陷內(nèi)或緊鄰富生烴凹陷是潛山成藏的必要條件，大量實(shí)踐證明了“源控”的重要性。位于兩個(gè)富生烴凹陷之間的源間潛山，以及凸起傾沒端的潛山最利于形成潛山油氣藏。渤海L油田就位于渤中凹陷和黃河口凹陷兩個(gè)富生烴凹陷之間，其在成藏過程中得到了充足的油氣供給[2-4]。

從構(gòu)造成因分類來看，渤南低凸起渤海L油田受擠壓構(gòu)造影響，屬褶隆型源間古潛山，成藏主控因素為“源-導(dǎo)-儲(chǔ)”耦合[5]。從供油和富集條件來看，褶隆型源間古潛山具有距生油凹陷近、油氣運(yùn)移距離短的特點(diǎn)。四面下傾的基巖殘山匯油面積大，能得到充足的油氣供給；斷層及潛山不整合面則作為運(yùn)移通道溝通儲(chǔ)層和烴源巖，四面下傾的基巖殘山上部被新生代泥巖覆蓋，形成有效蓋層，有利于富集高豐度油氣藏。

1.2 渤海L油田古潛山油氣藏油氣源分析

渤南凸起北鄰渤中凹陷, 南鄰黃河口凹陷, 被郯廬斷裂帶切割成自西向東逐級(jí)抬升的三大段。渤海L油田位于中段區(qū)塊西側(cè)，其油源研究對(duì)渤南凸起及渤中凹陷西南部地區(qū)的油氣潛力評(píng)價(jià)具有重要意義[6]。結(jié)合前人研究成果認(rèn)為，渤海L油田油氣源為渤中凹陷和黃河口凹陷混合來源，為典型的源間油氣藏；既有沙河街組烴源巖生成的油氣, 也有東營(yíng)組下段烴源巖生成的油氣。

L油田北部的渤中凹陷為渤海灣盆地最大生油凹陷，凹陷面積8 600 km2,總資源量45×108t，發(fā)育兩套生烴層系；其中渤中西南次凹東三到沙一地層厚1 200 m，渤中凹陷沙三段地層厚度為1 000～1 200 m，沙三段烴源巖主要發(fā)育于渤中凹陷。通過埋藏史分析，現(xiàn)今的東三段、沙河街組進(jìn)入成熟—高熟階段，深凹區(qū)進(jìn)入過熟階段，利于生成天然氣。L油田南側(cè)的黃河口凹陷，總面積3 309 km2，主要發(fā)育沙三段、沙一+沙二段和東下段三套生烴層系；其中沙河街組湖相生烴層系厚度為1 000～3 000 m ，已經(jīng)進(jìn)入成熟-高成熟生烴階段。

黃河口凹陷和渤中凹陷如今發(fā)現(xiàn)的油氣藏都具有近源運(yùn)移的特征，具有距生烴凹陷近、運(yùn)移距離短的特征。結(jié)合生烴參數(shù)對(duì)比分析表明，以2井為代表的北上塊上油組原油具有三環(huán)萜烷含量較高，4-甲基甾烷和重排甾烷含量低的特點(diǎn)，為混源有機(jī)質(zhì)的微咸水湖相原油，與渤中凹陷東三下段烴源巖類似。而以N5井為代表的北下塊下油組原油具有重排甾烷和4-甲基甾烷含量較高的特點(diǎn)，與南側(cè)的黃河口凹陷沙三段高成熟烴源巖類似。因此，渤海L油田的原油來自于黃河口凹陷和渤中凹陷。

包裹體均一溫度的分布表明，渤海L油田包裹體溫度梯度為高、中、低三期與渤中凹陷一致，而黃河口凹陷則主要為低、中溫。碳同位素分析認(rèn)為，渤海L油田天然氣主要為高成熟凝析氣和成熟氣，此外，還有過成熟裂解氣，與渤中凹陷一致，高成熟氣占有較大比例，而黃河口凹陷主要為成熟氣。為進(jìn)一步證明天然氣來源，分別計(jì)算了渤中凹陷與黃河口凹陷以及渤海L油田的iC5/nC5和iC4/nC4比值，從圖1可見，研究區(qū)和渤中凹陷一致，iC5/nC5和iC4/nC4比值較高，而黃河口凹陷比值明顯較低。所以綜合認(rèn)為，渤海油田高成熟的天然氣來自渤中凹陷。

1.3 渤海L油田古潛山油氣藏輸導(dǎo)體系

圖1 渤海L油田、渤中凹陷和黃河口凹陷天然氣組分成因判別

潛山是油氣的有利匯聚區(qū)，“凹中隆”的構(gòu)造背景，為油氣有效聚集提供了保障[7]。渤海L油田正是處于“凹中隆”的隆部，北鄰渤中凹陷，南接黃河口凹陷，是油氣聚集的天然場(chǎng)所。構(gòu)造區(qū)處于渤中凹陷及黃河口凹陷超壓帶邊緣，生油區(qū)凹陷壓力系數(shù)高達(dá)1.40～1.65，可為油氣運(yùn)移提供充足動(dòng)力。

油氣運(yùn)移的方向表現(xiàn)為由南到北(渤中凹陷)及由北向南(黃河口凹陷)，無論來自渤中凹陷的油氣還是來自黃河口凹陷的油氣，都是經(jīng)過不整合面及早期活動(dòng)的斷層運(yùn)移至潛山聚集成藏(圖2)。包括烴類在內(nèi)的流體被活動(dòng)的斷層運(yùn)移到斷裂帶及潛山頂不整合面并向潛山內(nèi)部運(yùn)移，凹陷內(nèi)部砂體與斷層相互交織可形成大量排烴空間，加上斷層及不整合面形成的排烴空間，組成油氣運(yùn)移的導(dǎo)體，極大地提高了油氣運(yùn)移的疏導(dǎo)效率[8-9]。多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造成潛山頂不整合面長(zhǎng)期風(fēng)化剝蝕形成的大量溶蝕孔及溶蝕縫也可作為油氣運(yùn)移的重要通道，對(duì)于油氣充注成藏具有重要的意義。斷層垂向上溝通多套儲(chǔ)層，形成了“烴源巖-圈閉儲(chǔ)層”的直接運(yùn)移通道。

2 白云巖儲(chǔ)層展布規(guī)律研究

渤海L油田古潛山白云巖儲(chǔ)層為裂縫-孔隙型雙重介質(zhì)儲(chǔ)層，儲(chǔ)集空間以溶蝕孔、晶間孔及構(gòu)造縫為主，沉積作用和成巖作用是影響研究區(qū)物性的主要因素。其中原始沉積作用控制了白云巖儲(chǔ)集物性的特征；成巖作用使儲(chǔ)層物性進(jìn)一步改善，形成優(yōu)質(zhì)的白云巖巖溶儲(chǔ)層。古地貌代表著地層沉積和成巖作用的背景，控制了碳酸鹽巖次生儲(chǔ)集空間的形成與展布[10]。

2.1 印模法與殘厚法精細(xì)恢復(fù)古地貌

渤南潛山帶下古生界奧陶系頂部碳酸鹽巖風(fēng)化殼是巖溶古地貌氣藏的重要發(fā)育場(chǎng)所，巖溶古地貌不僅對(duì)巖溶儲(chǔ)層發(fā)育具有重要的影響，而且是油氣成藏的主要控制因素。古地貌恢復(fù)是研究巖溶儲(chǔ)層特征(揭示油氣成藏規(guī)律的關(guān)鍵)的一種綜合地質(zhì)模型方法[10]，目前常用的古地貌恢復(fù)方法主要有殘余厚度法、印模法、地球物理法等[11]。經(jīng)過優(yōu)選，在研究區(qū)古潛山碳酸鹽巖古地貌恢復(fù)中采用了殘余厚度法與印模法的組合。分析認(rèn)為，奧陶-寒武系被剝蝕得越多，殘余厚度越薄，上覆充填的沙河街組地層越薄。也就是說上下地層組合為上薄下薄的時(shí)候，其古地勢(shì)位置越高；反之，上厚下厚，則古地勢(shì)越低。利用油田內(nèi)近20口井鉆井剖面綜合對(duì)比成果，再結(jié)合地震資料精細(xì)構(gòu)造解釋，編制得到上覆沙河街組充填厚度與下伏風(fēng)化殼殘留厚度等值線圖，并得到兩者的疊合圖(圖3)。然后根據(jù)古地貌解釋的綜合地質(zhì)模型，將該油田潛山風(fēng)化殼古地貌劃分為巖溶高地、巖溶斜坡和巖溶盆地3個(gè)二級(jí)古地貌單元，并細(xì)分為階坪、殘丘、臺(tái)地、殘臺(tái)、溝谷、淺洼等6個(gè)三級(jí)古地貌單元(圖4)

圖2 渤海L油田油氣運(yùn)聚示意

圖3 潛山風(fēng)化殼厚度和沙河街組充填厚度疊合圖

2.2 古地貌控制結(jié)合沉積相分析指導(dǎo)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)

沉積作用是控制儲(chǔ)層分布的首要因素, 是形成后期成巖改造的物質(zhì)基礎(chǔ)[11]。本文在巖心描述、巖心室內(nèi)外分析化驗(yàn)資料、錄井資料、測(cè)井資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合研究區(qū)古地貌、古水深研究，確定了渤海L油田碳酸鹽巖儲(chǔ)層的沉積環(huán)境及沉積相。

圖4 渤海L油田古潛山下古生界巖溶古地貌圖

2.2.1 沉積相帶分析

在晚寒武-早奧陶世時(shí)期，研究區(qū)構(gòu)造地區(qū)活動(dòng)相對(duì)平靜,地形平緩,氣候干燥。盆地中部和西部,海水淺而清澈,陸源碎屑貧乏,發(fā)育典型的碳酸鹽臺(tái)地相，其中包括蒸發(fā)臺(tái)地、局限臺(tái)地、開闊臺(tái)地和臺(tái)地邊緣。向東逐漸演變?yōu)樾逼隆V海陸棚和盆地相,水深逐漸加大,陸源碎屑物增多,形成了緩坡型臺(tái)地沉積模式。大致可歸納為蒸發(fā)臺(tái)地相-局限臺(tái)地相-開闊臺(tái)地相-臺(tái)緣斜坡相-廣海陸棚相(圖5)。

2.2.2 沉積演化特征分析

上寒武-下奧陶沉積旋回是以海平面升降為背景的沉積相組合。隨著海平面的上升，水體加深，發(fā)育深水開闊臺(tái)地沉積，構(gòu)成碳酸鹽沉積體系中的海侵體系域。隨著海平面下降，水體變淺，發(fā)育淺水局限臺(tái)地沉積，構(gòu)成碳酸鹽沉積體系中的海退體系域。局限臺(tái)地的向海方向往往有斷續(xù)相連的生物礁、淺灘所構(gòu)成的障壁，海水循環(huán)受到一定限制，鹽度較高，水體能量較低，日照充分，是原生灰?guī)r白云石化的天然場(chǎng)所[11-13]。其主要的分布區(qū)域位于下奧陶統(tǒng)、上寒武統(tǒng)，主要發(fā)育云坪、泥云坪以及灰云坪等沉積微相。其中，云坪的主要類型為粉-細(xì)晶白云巖，以中至厚層為主。對(duì)于泥云坪，其碳酸鹽的顆粒主要為細(xì)小粉屑和生屑，以中至薄層為主。儲(chǔ)集空間主要為白云石化作用、構(gòu)造作用和風(fēng)化溶蝕作用形成的次生孔隙和構(gòu)造裂縫，其中白云巖儲(chǔ)層孔隙度可以達(dá)到3%～8%，是較好的儲(chǔ)集巖。

圖5 渤海L油田海相臺(tái)地沉積模式圖

3 有利相帶展布

上寒武統(tǒng)崮山組至鳳山組發(fā)育局限臺(tái)地-開闊臺(tái)地沉積體系，局限臺(tái)地早期以灰云坪沉積為主，中晚期為泥灰坪沉積，至晚期以云坪沉積為主；整體表現(xiàn)為海侵-海退沉積過程(圖6)。有利相帶受控于古水深及古地貌，物性較好的云坪沉積平面上主要發(fā)育于古地貌相對(duì)較高的巖溶斜坡，呈環(huán)帶狀分布于局限臺(tái)地區(qū)，發(fā)育次生白云巖及灰質(zhì)白云巖儲(chǔ)層。古地貌相對(duì)較低的巖溶盆地則發(fā)育泥坪、泥灰坪沉積，儲(chǔ)層物性較差。下奧陶統(tǒng)冶里組至亮甲山組發(fā)育局限臺(tái)地-開闊臺(tái)地沉積體系，以云坪沉積為主，夾泥坪、灰泥坪，點(diǎn)狀分布；早奧陶世表現(xiàn)為小規(guī)模海侵過程(圖7)。不同的古地貌單元和不同的體系域控制著白云巖儲(chǔ)層的發(fā)育，巖溶緩坡的向陸方向是多期海平面下降導(dǎo)致周期性暴露的巖溶儲(chǔ)層發(fā)育有利地區(qū)。

油氣成藏機(jī)理研究及儲(chǔ)層展布規(guī)律研究對(duì)渤海L油田的開發(fā)評(píng)價(jià)井及調(diào)整井井位設(shè)計(jì)具有重要指導(dǎo)意義。綜合研究認(rèn)為N8井區(qū)以南構(gòu)造圈閉為優(yōu)選圈閉，該區(qū)域位于古地貌相對(duì)較高的巖溶斜坡-殘丘，發(fā)育云坪沉積，且處于中央隆起的較高部位,是油氣向隆起區(qū)運(yùn)移、聚集以及白云石化的有利場(chǎng)所。該塊為斷裂坡折帶,源巖斷層發(fā)育,黃河口凹陷沙三段的原油沿油源斷裂與不整合面構(gòu)成的油氣運(yùn)移通道在該圈閉內(nèi)聚集成藏，是油氣成藏的有利圈閉，評(píng)價(jià)前景十分樂觀。

圖6 上寒武統(tǒng)鳳山組沉積相平面分布圖

圖7 下奧陶統(tǒng)冶里組沉積相平面分布圖

4 結(jié)論

(1)本文在調(diào)研和類比國(guó)內(nèi)碳酸鹽巖油田研究的基礎(chǔ)上，從研究區(qū)實(shí)際地質(zhì)條件出發(fā)，嘗試對(duì)渤海L油田碳酸鹽巖潛山內(nèi)幕儲(chǔ)層成因機(jī)理進(jìn)行探索性研究，認(rèn)為渤海L油田烴源來自渤中凹陷和黃河口凹陷，供烴條件優(yōu)越，油氣沿?cái)鄬蛹安徽厦孢\(yùn)移至圈閉。

(2)上寒武-下奧陶統(tǒng)儲(chǔ)層受控于古地貌及沉積相帶，物性較好的云坪沉積發(fā)育于古地貌巖溶緩坡單元，呈環(huán)帶狀分布，是油氣聚集的天然場(chǎng)所。

(3)針對(duì)古潛山海相碳酸鹽巖儲(chǔ)層埋藏較深、地震分辨率較差、儲(chǔ)層橫向變化較快的特點(diǎn)，探索出一套“成藏機(jī)理分析，古地貌控制，沉積模式指導(dǎo)”的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)方法，其認(rèn)識(shí)和實(shí)踐過程對(duì)周邊探區(qū)具有一定借鑒意義。

[1] 胡朝元，渤海灣盆地的形成機(jī)理與油氣分布特點(diǎn)新議[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，1982，4(3)：161-167.

[2] 李友川，黃正吉.渤南凸起B(yǎng)Z28-1油田油氣源分析及其地質(zhì)意義[J].中國(guó)海上油氣(地質(zhì))，2001，2(1)：43-16.

[3] 鄧運(yùn)華，渤海大中型潛山油氣田形成機(jī)理與勘探實(shí)踐[J].石油學(xué)報(bào)，2015，31(3)：75-78.

[4] 胡見義，童曉光，徐樹寶.渤海灣盆地古潛山油氣藏的區(qū)域分布規(guī)律[J].石油勘探與開發(fā)，1981，8(5)：1-9.

[5] 呂丁友，候東梅，楊慶紅,等.渤南低凸起西段構(gòu)造成因機(jī)制與油氣成藏規(guī)律研究[J].中國(guó)海上油氣，2011，12(4)：62-65.

[6] 馬寶軍，漆家福.渤南地區(qū)新生代構(gòu)造演化與油氣成藏[J].石油勘探與開發(fā)，2006，33(5)：75-77.

[7] 何治亮，魏修武.海相碳酸鹽巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層形成機(jī)理與分布預(yù)測(cè)[J].石油與天然氣地質(zhì)，2011，32 (4)：13-16.

[8] 劉樹根，時(shí)華星.樁海潛山下古生界碳酸鹽巖儲(chǔ)層形成作用研究[J].天然氣工業(yè)，2007，27(10)：46-18.

[9] 閆相賓，李鐵軍.塔中與塔河地區(qū)奧陶系巖溶儲(chǔ)層形成條件的差異[J].石油與天然氣地質(zhì)，2005, 26(2)：56-58.

[10] 楊俊杰，謝慶邦，宋國(guó)初.鄂爾多斯盆地奧陶系風(fēng)化殼古地貌成藏模式及氣藏序列[J].天然氣工業(yè)，1992，12(4)：8-13.

[11] 袁曉光，張寶露.開闊臺(tái)地與局限臺(tái)地的比較[J].科技向?qū)В?012,24(2)：12-15.

[12] 金振奎，石良，高白水,等.碳酸鹽巖沉積相及相模式[J].沉積學(xué)報(bào)，2013，34(6)：25-27.

[13] 葉德勝，周棣康，鄒志福.貴州泥盆系碳酸鹽巖沉積相[J].沉積學(xué)報(bào)，1983，4(2)：84-87.

編輯：趙川喜

1673-8217(2017)03-0058-05

2016-07-11

李卓，碩士，工程師，1987年生，2013年畢業(yè)于成都理工大學(xué)地質(zhì)專業(yè)，現(xiàn)從事油氣田開發(fā)地質(zhì)工作。

國(guó)家科技重大專項(xiàng)“渤海海域大中型油氣田地質(zhì)特征”(2011ZX05023-006-002)。

TE112

A