渤海灣盆地濟(jì)陽坳陷三合村洼陷油氣成藏研究

孟 濤，邱隆偉，王永詩，劉雅利，劉 鵬，程付啟

(1.中國石油大學(xué) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580；2.中國石化 勝利油田分公司 勘探開發(fā)研究院，山東 東營 257015)

渤海灣盆地濟(jì)陽坳陷三合村洼陷油氣成藏研究

孟 濤1,2，邱隆偉1，王永詩2，劉雅利2，劉 鵬2，程付啟1

(1.中國石油大學(xué) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580；2.中國石化 勝利油田分公司 勘探開發(fā)研究院，山東 東營 257015)

為了解釋渤海灣盆地渤南洼陷外源油氣在三合村洼陷內(nèi)部聚集成藏的問題，利用流體包裹體、生物標(biāo)志化合物等資料，結(jié)合典型井埋藏史與邊界斷裂演化史分析，從油氣成藏期與運(yùn)移路徑演化2個(gè)方面進(jìn)行研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，流體包裹體均一溫度與反映成熟度的生物標(biāo)志化合物參數(shù)均證實(shí)，三合村洼陷存在東營組沉積早期、館陶組及明化鎮(zhèn)組沉積晚期油氣成藏過程，早期油氣主要源自渤南洼陷沙四上烴源巖，之后渤南洼陷沙三段及沙一段烴源巖相繼成熟供烴，構(gòu)成了三合村洼陷完整的成藏序列。東營組成藏期，邊界斷層未能錯(cuò)開三角洲砂體，渤南油氣可沿統(tǒng)一砂體直接向三合村運(yùn)聚；晚期由斷層、砂體及不整合構(gòu)成的復(fù)合體系，為油氣聚集提供了良好的輸導(dǎo)通道。油氣正是通過“早期統(tǒng)一砂體運(yùn)移”和“斷層—砂體—不整合復(fù)合運(yùn)移”等方式向三合村洼陷內(nèi)部及其南部斜坡運(yùn)聚，形成多種類型的油氣聚集。

油氣成藏；有效運(yùn)移；三合村洼陷；濟(jì)陽坳陷；渤海灣盆地

作為我國主要油氣富集區(qū)，以及勝利油田主要勘探基地，濟(jì)陽坳陷發(fā)現(xiàn)原油超過50×108t、天然氣2 600×108m3。隨著勘探的不斷深入，該坳陷的大部分地區(qū)已達(dá)到高成熟勘探階段；下一步的勘探方向在哪里，成為老區(qū)增儲(chǔ)穩(wěn)產(chǎn)急需解決的問題。“十二五”伊始，勝利油田勘探工作者提出了油氣勘探的“三新”領(lǐng)域[1-2]，成為近幾年勘探的重要方向。作為“三新”領(lǐng)域之一的三合村“盆緣洼陷”，自2012年起先后在遠(yuǎn)離渤南供烴中心的南部斜坡部位上報(bào)控制和預(yù)測儲(chǔ)量4211×104t，成為勘探的新星。然而，這些勘探成績的取得，也帶來新的成藏問題，其中最為費(fèi)解的是：油氣如何才能翻越負(fù)向構(gòu)造區(qū)，到達(dá)南部斜坡部位聚集？這一問題的解決，不僅能夠解釋三合村地區(qū)油氣成藏問題，還將為進(jìn)一步深化整個(gè)濟(jì)陽坳陷油氣成藏認(rèn)識(shí)、解放更多油氣勘探“禁區(qū)”提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

三合村洼陷位于濟(jì)陽坳陷中東部的沾化凹陷南緣，其北以孤南斷層與渤南洼陷分隔，東以孤西斷層與孤南洼陷相隔，向南逐漸超覆到陳家莊凸起之上，是一個(gè)典型的盆緣負(fù)向構(gòu)造(圖1)。洼陷內(nèi)斷裂發(fā)育比較簡單，僅在墾119井區(qū)發(fā)育一條東西向的北傾斷層，以及與之相接的南北向次級(jí)斷層。

根據(jù)已有的鉆井揭示情況，本區(qū)中、古生界之上發(fā)育較為完整的新生代地層，從下至上依次為古近系沙河街組、東營組，新近系館陶組、明化鎮(zhèn)組以及第四系。洼陷內(nèi)新生代地層均為碎屑巖，其中以砂巖為主，砂地比達(dá)35%以上，沙三、沙一段發(fā)育泥巖。受所處構(gòu)造位置的影響，該洼陷新生界埋藏較淺，洼陷中心最深處埋深僅2 800 m。由于埋藏淺、熱演化程度低，其自身不具備生烴條件，油氣只能來自相鄰的渤南洼陷和孤南洼陷[3]。

從現(xiàn)今的構(gòu)造格局來看，渤南洼陷生成的油氣很難越過盆緣，運(yùn)移到三合村洼陷，特別是其南部斜坡聚集。所以，長期以來，該區(qū)一直被認(rèn)為缺乏勘探潛力，而未引起重視。但是2012年鉆探的羅322井，在沙三段獲得日產(chǎn)5.77 t的油流，顯示了南部斜坡成藏的可能性。之后，相繼部署了墾119等探井，均獲得成功，彰顯了盆緣勘探潛力，也引起研究人員對(duì)該區(qū)油氣成藏的思考。本文根據(jù)這一情況，從油氣成藏特征出發(fā)，結(jié)合生烴與構(gòu)造演化史的認(rèn)識(shí)，提出了三合村洼陷油氣成藏的新認(rèn)識(shí)。

2 油氣特征與來源

目前，三合村洼陷發(fā)現(xiàn)的油氣主要分布在淺部的館陶組—東營組和中深部的沙三段—中生界，淺部與深部原油性質(zhì)差異較大。淺部原油除在緩坡帶因生物降解發(fā)生稠化[4]，導(dǎo)致密度、黏度升高外，總體具有低密度、低黏度、低凝固點(diǎn)、低含硫量的“四低”特征。相反，深部沙三段—中生界原油具有高密度、高黏度、高凝固點(diǎn)、高含硫量的“四高”特征。

根據(jù)前人生物標(biāo)志化合物對(duì)比[5]，三合村洼陷油氣主要來自渤南洼陷烴源巖。根據(jù)油氣來源及成熟度，可將研究區(qū)原油分為3類。第Ⅰ類為來源于渤南洼陷沙三段的成熟油，該類原油油質(zhì)較輕，主要分布在洼陷東部墾123井區(qū)與南部斜坡帶墾69井區(qū)的館陶組。第Ⅱ類為混源油，是渤南洼陷沙三段和沙四段烴源巖生成原油的混合，該類原油油質(zhì)較重，主要分布在洼陷北部墾71井區(qū)、中部墾119井區(qū)及南部墾65井區(qū)的館陶組。第Ⅲ類為源自渤南洼陷沙四段的成熟油，主要為超重質(zhì)稠油，主要分布在三合村洼陷中西部墾119、羅322等井區(qū)的沙三、沙四段(圖1)。

圖1 渤海灣盆地濟(jì)陽坳陷三合村洼陷構(gòu)造格局及斷裂發(fā)育特征

3 成藏期次與運(yùn)移方式

3.1早期成藏波及范圍

前人基于生烴過程的研究，運(yùn)用多種方法綜合得出兩次充注、三次成藏過程這一結(jié)論[6-9]。近年來，隨著對(duì)沙四段咸化環(huán)境烴源巖生烴研究的深入[10-15]，以及對(duì)膏鹽層熱效應(yīng)促進(jìn)生烴作用的認(rèn)識(shí)[16]，提出了沙四段能在早期大量供烴的觀點(diǎn)[6-10]。但渤南洼陷沙四上亞段烴源巖生排油氣導(dǎo)致的早期成藏是否可影響到三合村洼陷還存在一定爭議，由此本文主要選取了與渤南洼陷沙四上亞段烴源巖層系對(duì)接的三合村洼陷沙三段，對(duì)其取心井段與烴類包裹體相伴生的鹽水包裹體進(jìn)行均一溫度測定。包裹體測試結(jié)果提供了早期油氣聚集的證據(jù)，羅家地區(qū)沙四段和研究區(qū)沙三段包裹體均存在2個(gè)溫度峰值，分別為75～90 ℃以及95～110℃(圖2a)。此外，包裹體熒光顏色也可大致分為橙黃色以及藍(lán)白色兩類，其中橙黃色熒光樣品的均一溫度多小于80 ℃(圖3a，b)，而藍(lán)白色熒光樣品的均一溫度多大于100 ℃(圖3c，d)。不同熒光顏色代表著不同原油成熟度，其中橙黃色熒光代表著低熟原油，應(yīng)為早期成藏所致；藍(lán)白色熒光代表著成熟原油，應(yīng)為中、晚期成藏。因此，包裹體分析認(rèn)為，三合村洼陷應(yīng)存在包括早期成藏在內(nèi)的多期成藏過程。

圖2 渤海灣盆地渤南洼陷羅家地區(qū)與三合村洼陷成藏期次分析

圖3 渤海灣盆地濟(jì)陽坳陷三合村洼陷包裹體均一溫度與熒光顏色

結(jié)合研究區(qū)羅322井沉積埋藏史，首先可以明確95～110 ℃的包裹體對(duì)應(yīng)了館陶組—明化鎮(zhèn)組，即為傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)中的晚期成藏；其次推算75～90 ℃包裹體對(duì)應(yīng)的成藏時(shí)間是東營組沉積早期和館陶組沉積晚期(圖2b)。成藏期次存在多解性，分析發(fā)現(xiàn)東營組沉積早期和館陶組沉積晚期，沙四段生烴灶埋深差異大，雖生成的都是成熟原油，但原油成熟度存在差異，因此對(duì)均一溫度分布在75～90 ℃的羅322井原油樣品進(jìn)行生標(biāo)特征分析，發(fā)現(xiàn)能夠反映成熟度的Ts/Tm、Pr/Ph以及石蠟指數(shù)、庚烷值等都較低，反映早期低熟油的特征。從而說明渤南洼陷沙四段烴源巖在東營組沉積早期即開始供烴，且供給范圍可波及至三合村洼陷南緣，三合村洼陷存在早期成藏。

3.2油氣運(yùn)移方式

來自渤南洼陷、孤南洼陷油氣之所以能夠在三合村洼陷，特別是其南部斜坡帶聚集，必然經(jīng)歷了較為復(fù)雜的運(yùn)移過程，歸納起來主要有早成藏期統(tǒng)一砂體、斷層—砂體—不整合復(fù)合2種運(yùn)移方式。

3.2.1 早成藏期統(tǒng)一砂體運(yùn)移

從現(xiàn)今構(gòu)造情況來看，分割渤南洼陷與三合村洼陷的孤南斷層斷距較大(圖4a)，使三合村洼陷西側(cè)緩坡沙三段扇體與北部渤南洼陷致密的中生界對(duì)接，來自于渤南洼陷的油氣在沙四段的砂體中向盆緣進(jìn)行側(cè)向運(yùn)移，很難穿過負(fù)向構(gòu)造區(qū)運(yùn)移到三合村洼陷緩坡沙三段扇體中(圖4a)。通過構(gòu)造演化史分析發(fā)現(xiàn)，孤南斷層西支在東營組沉積期活動(dòng)較弱，尤其是其西側(cè)斷距很小，不足以斷開緩坡扇體，渤南洼陷生成的油氣可沿統(tǒng)一砂體直接向三合村洼陷運(yùn)聚(圖4b)，從而在三合村洼陷南部緩坡帶形成有效的油氣聚集，羅322等井正是鉆遇該套油層。鉆探結(jié)果表明，三合村洼陷沙三段緩坡扇體原油來自于渤南洼陷沙四段烴源巖早期生成的油氣，原因有二：其一，三合村洼陷沙三段稠油油性與北部渤南洼陷羅家地區(qū)相似[17]；其二，油源對(duì)比表明羅322井原油生物標(biāo)志化合物組成中具有明顯的植烷優(yōu)勢和高伽馬蠟烷含量，Pr/Ph值0.32，伽馬蠟烷/C30藿烷值0.7，顯示了高鹽度強(qiáng)還原性的沉積環(huán)境，C35升藿烷含量明顯大于C34升藿烷含量，C35/C34值為3.31，重排甾烷不發(fā)育，與渤南洼陷沙四上亞段烴源巖具有明顯親緣關(guān)系(圖5)[5，18]。因此，綜合早期輸導(dǎo)條件恢復(fù)、油源對(duì)比等多方面的證據(jù)，認(rèn)為三合村洼陷存在早成藏期統(tǒng)一砂體運(yùn)移方式。

圖4 渤海灣盆地濟(jì)陽坳陷三合村洼陷早期側(cè)向運(yùn)聚模式

3.2.2 中晚期斷層—砂體—不整合復(fù)合運(yùn)移

關(guān)于不整合在油氣運(yùn)移中的作用，前人已進(jìn)行了大量的研究[20-24]。三合村洼陷新、古近系之間的二級(jí)不整合界面在油氣運(yùn)聚成藏中發(fā)揮了重要作用[19-20]。此外，研究區(qū)在古近紀(jì)晚期發(fā)育了高角度的大型三角洲前積體，地層抬升剝蝕后，前積砂體與不整合面大角度斜交；后期發(fā)生的沉積拗曲變形，并未使這些朵葉體負(fù)向彎曲，仍然傾向北部陡坡斷裂。邊界斷層與朵葉體構(gòu)成了斷—砂輸導(dǎo)體系，油氣沿油源斷層縱向運(yùn)移后，可直接進(jìn)入下降盤砂體斜向上運(yùn)移。這些朵葉體或可與上升盤油藏側(cè)接形成砂—砂輸導(dǎo)體系，使北部上升盤聚集的油氣直接沿不整合向南運(yùn)移，從而實(shí)現(xiàn)了油氣穿過負(fù)向構(gòu)造運(yùn)移。此外，三角洲前緣砂體與不整合面及上覆儲(chǔ)集體還可構(gòu)成復(fù)雜輸導(dǎo)體系，使得進(jìn)入三合村洼陷的油氣能夠進(jìn)一步向南部緩坡帶運(yùn)移成藏(圖6)。

三角洲砂體的剝蝕程度不同，油氣的聚集特征及形成的油藏類型也不同。在剝蝕量小的地區(qū)，砂體連續(xù)性好，油氣主要聚集在由斷層遮擋三角洲砂體形成的構(gòu)造圈閉中；在剝蝕量較大的區(qū)帶，由于砂體的連續(xù)性受到破壞，主要形成地層剝蝕油藏。

圖5 渤海灣盆地濟(jì)陽坳陷三合村洼陷油源對(duì)比

圖6 渤海灣盆地濟(jì)陽坳陷三合村洼陷盆緣負(fù)向構(gòu)造區(qū)運(yùn)聚模式

4 油氣成藏過程新認(rèn)識(shí)

(1)在東營組沉積期，渤南洼陷沙四段烴源巖生成的油氣優(yōu)先沿沙四段內(nèi)部砂體向南部盆緣運(yùn)移，此時(shí)三合村洼陷的控洼斷層——孤南斷層斷距較小(圖7a)，渤南洼陷至三合村洼陷在地質(zhì)結(jié)構(gòu)上呈現(xiàn)出逐漸抬升的趨勢，而三合村洼陷在沙四上亞段和沙三下亞段發(fā)育大規(guī)模三角洲砂體，砂體厚度大、分布廣，孤南斷層較小的斷距不足以斷開大套砂體；渤南洼陷南部緩坡直至三合村洼陷西南斜坡為一個(gè)統(tǒng)一圈閉，從而使得來自于渤南洼陷的油氣可順暢穿過孤南斷層運(yùn)移至三合村洼陷沙三段及其以下地層，油氣在下降盤儲(chǔ)層中自西向東充注；油氣充滿度受控于圈閉閉合幅度，而圈閉幅度則受斷層斷距、扇體發(fā)育規(guī)模和位置的影響，隨著斷層斷距自西向東逐漸減小，扇體規(guī)模自西向東逐漸萎縮，含油高度自西向東逐漸降低，油氣充滿度出現(xiàn)差異性。實(shí)際鉆探結(jié)果表明，墾108東斷層以東所鉆井均未見油氣顯示?？傮w上油氣成藏受控于扇體發(fā)育規(guī)模、位置和斷層的匹配關(guān)系，形成一系列巖性、巖性—構(gòu)造、巖性—地層油藏，形成的原油類型為第Ⅲ類原油。

(2)在館陶組沉積末期，孤南斷層持續(xù)活動(dòng)，斷距不斷增大，先期形成的油藏被斷層逐漸斷開，同時(shí)在次生一系列改造作用下不斷稠化。這一時(shí)期渤南洼陷沙三段烴源巖也大量生烴，并發(fā)生大規(guī)模排烴作用，因此沙四段和沙三段2套烴源巖生成的油氣首先沿各級(jí)不整合面和砂體向構(gòu)造高部位進(jìn)行側(cè)向運(yùn)移，部分油氣在生烴洼陷內(nèi)部有利圈閉內(nèi)聚集，形成巖性、構(gòu)造巖性以及地層油藏，還有部分油氣可運(yùn)移至生烴洼陷邊緣，后沿孤南斷層以網(wǎng)毯運(yùn)移模式向沙三段以上地層中運(yùn)移，在有利圈閉處混合聚集，形成構(gòu)造、構(gòu)造巖性類混合油藏(圖7b)，形成的原油類型為第Ⅱ類原油。

(3)在明化鎮(zhèn)組沉積末期，孤南斷層活動(dòng)減弱，三合村洼陷沙三段以下油藏與渤南洼陷羅家地區(qū)油藏完全分隔。這一時(shí)期渤南洼陷沙四段烴源巖已達(dá)過成熟，以生成裂解氣為主，生油有限，而沙三段烴源巖正處于生油高峰期，沙一段烴源巖也有少量低熟油生成。由于經(jīng)歷了東營期和館陶期兩期成藏，生烴洼陷內(nèi)部圈閉已充滿油氣，與館陶組成藏期的運(yùn)移方式類似，沙三、沙一段烴源巖晚期生成的油氣首先側(cè)向運(yùn)移至盆緣，至斷層處縱向運(yùn)移，并在中淺層聚集成藏，形成構(gòu)造、構(gòu)造巖性油藏(圖7c)，形成的原油類型為第Ⅰ類原油。

綜上所述，三合村洼陷具有“多期成藏、多方式運(yùn)聚、多油藏類型”的特點(diǎn)，來自渤南洼陷沙四段、沙三段及孤南洼陷沙三段的油氣，可以通過上述“統(tǒng)一砂體運(yùn)移”和“斷層—砂體—不整合復(fù)合運(yùn)移”向三合村洼陷內(nèi)部及南部斜坡運(yùn)移，并在內(nèi)部通過“網(wǎng)毯”運(yùn)移等方式進(jìn)行分配，在盆緣負(fù)向構(gòu)造區(qū)聚集成藏，形成地層超覆、構(gòu)造等7種類型油藏。

5 結(jié)論

(1)三合村洼陷原油可分為3類。第Ⅰ類為來源于渤南洼陷沙三段的成熟油；第Ⅱ類為渤南洼陷沙三段和沙四段烴源巖生成的混源油；第Ⅲ類為渤南洼陷沙四段的成熟油。

(2)流體包裹體均一溫度與生物標(biāo)志化合物特征顯示，三合村洼陷存在東營組早期、館陶組—明化鎮(zhèn)組晚期兩期充注、三次成藏過程；油氣運(yùn)移存在“早期統(tǒng)一砂體運(yùn)移”和“中晚期斷層—砂體—不整合復(fù)合運(yùn)移”等方式。

(3)東營組早成藏期，孤南斷層斷距較小，渤南洼陷沙四段烴源巖生成的油氣通過砂體輸導(dǎo)可運(yùn)移至三合村洼陷緩坡帶沙三段及其以下地層，形成第Ⅲ類原油；館陶組沉積末期，渤南洼陷沙四段和沙三段2套烴源巖生成的油氣可通過不整合—砂體—斷層運(yùn)移至三合村洼陷沙三段以上地層，形成第Ⅱ類原油；明化鎮(zhèn)組沉積末期，渤南洼陷沙三段烴源巖生成的油氣可通過不整合—砂體—斷層運(yùn)移至三合村洼陷館陶組，形成第Ⅰ類原油。

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(編輯徐文明)

HydrocarbonaccumulationinSanhecunSag,JiyangDepression,BohaiBayBasin

Meng Tao1,2, Qiu Longwei1, Wang Yongshi2, Liu Yali2, Liu Peng2, Cheng Fuqi1

(1.SchoolofGeosciences,ChinaUniversityofPetroleum,Qingdao,Shandong266580,China; 2.GeoscienceResearchInstitute,SINOPECShengliOilfieldCompany,Dongying,Shandong257015,China)

The migrated oil and gas from the Bonan Sag accumulating in the Sanhecun Sag of Bonan Depression of Bohai Bay Basin was studied using fluid inclusion and biomarker compound analyses, combined with the burial history modelling of typical wells and the evolution history of boundary faults. A new understanding was proposed from two aspects including oil and gas accumulation time and migration path evolution. Three hydrocarbon accumulation processes occurred in the Sanhecun Sag during the early Dongying, Guantao and late Minghuazhen periods according to fluid inclusion homogenization temperatures and biomarkers which reflect maturity.The early oil and gas mainly derived from the upper part of the fourth member of Shahejie Formation, and then from the third and first members of Shahejie Formation in the Bonan Sag, forming a complete hydrocarbon accumulation sequence in the Sanhecun area. During the accumulation period of Dongying Formation, boundary faults failed to stagger delta sand body. As a result, the Bonan oil and gas directly migrated along the contiguous sand and accumulated in Sanhecun area. Faults, sand bodies and unconformities provided a good migration channel for late oil and gas migration.It is confirmed that oil and gas migrated through “the early unified sand body” and “fault-sand body-unconformity composite” to Sanhecun Sag and the southern slope and then accumulated, forming a variety of oil and gas accumulation types.

hydrocarbon accumulation; effective migration;Sanhecun Sag;Jiyang Depression;Bohai Bay Basin

1001-6112(2017)05-0603-07

10.11781/sysydz201705603

TE122.3

：A

2017-04-29；

：2017-07-26。

孟濤(1979—)，男，在讀博士，副研究員，從事油氣勘探開發(fā)及相關(guān)地質(zhì)研究工作。E-mail: mengtao7988@163.com。

國家科技重大專項(xiàng)“渤海灣盆地精細(xì)勘探關(guān)鍵技術(shù)” (2016ZX05006)和中國石油化工股份有限公司研究項(xiàng)目“濟(jì)陽富油凹陷周緣小洼陷勘探潛力評(píng)價(jià)”(P15082)資助。