冀中坳陷潛山內(nèi)幕油氣藏的多樣性與成藏控制因素

高先志，吳偉濤，盧學軍，崔周旗，孔令武，賈連奇，王海潮

(1.中國石油大學 油氣資源與探測國家重點實驗室，北京 102249;2.中國石油大學地球科學學院，北京 102249;3.中石油華北油田分公司勘探開發(fā)研究院，河北任丘 062550)

冀中坳陷潛山內(nèi)幕油氣藏的多樣性與成藏控制因素

高先志1，2，吳偉濤2，盧學軍3，崔周旗3，孔令武2，賈連奇2，王海潮3

(1.中國石油大學 油氣資源與探測國家重點實驗室，北京 102249;2.中國石油大學地球科學學院，北京 102249;3.中石油華北油田分公司勘探開發(fā)研究院，河北任丘 062550)

潛山內(nèi)幕油氣藏是指位于潛山頂面不整合面以下、分布于潛山腹內(nèi)的油氣藏，它與潛山頂不整合覆蓋油氣藏的區(qū)別在于其圈閉多與潛山頂面不整合面無關(guān)。對近幾年來冀中坳陷潛山油氣最新勘探成果進行梳理和分析，探討潛山內(nèi)幕油氣藏的類型及其成藏控制因素。結(jié)果表明：潛山內(nèi)幕油氣藏具有多樣性，其圈閉包括內(nèi)幕斷層圈閉、內(nèi)幕地層巖性圈閉以及內(nèi)幕單斜構(gòu)造圈閉等不同類型;潛山內(nèi)幕油氣藏多表現(xiàn)為層狀，這不同于潛山頂面油氣藏多為塊狀的特點;潛山內(nèi)幕油氣藏的形成主要受控于輸導條件和潛山內(nèi)幕隔層，其中輸導條件主要為潛山邊界斷層和不整合面，滲透率降低導致油氣運移受阻是油氣被迫進入潛山內(nèi)幕的重要原因，而內(nèi)幕隔層的形成主要受內(nèi)幕地層泥質(zhì)含量的影響。

潛山油氣藏;潛山內(nèi)幕隔層;油氣輸導;冀中坳陷

自1975年發(fā)現(xiàn)任丘潛山油田以來，潛山油氣藏一直是冀中坳陷最重要的勘探目標之一，冀中坳陷經(jīng)過30多年的潛山勘探，形成了“新生古儲”的潛山油氣成藏理論以及“站山頭、打高點”的潛山勘探思路［1-2］，20世紀90年代，較容易勘探的潛山基本鉆探殆盡。進入21世紀，由于潛山勘探技術(shù)的提高和勘探思路的轉(zhuǎn)變，冀中坳陷在潛山內(nèi)幕中不斷獲得突破，例如在饒陽凹陷長洋淀潛山長6井的寒武系崮山組，霸縣凹陷文安斜坡潛山構(gòu)造帶南部文古3井府君山組，廊固凹陷務古2井的奧陶系峰峰組和馬家溝組等潛山內(nèi)部地層中獲得了高產(chǎn)油氣流。這些潛山內(nèi)幕油氣藏的發(fā)現(xiàn)，突破了潛山頂油氣聚集成藏的傳統(tǒng)模式，體現(xiàn)了潛山成藏的復雜性和多元性。因此，筆者通過對近幾年來冀中坳陷潛山油氣勘探成果分析，對潛山內(nèi)幕油氣藏類型及其成藏控制因素進行研究，豐富和完善潛山油氣藏類型和分布模式，指導潛山油氣精細勘探。

1 潛山內(nèi)幕油氣藏形成的地質(zhì)條件

冀中坳陷潛山是華北地臺在晚古生代經(jīng)歷長期風化剝蝕之后，由于中生代地臺的活化和新生代斷裂作用，導致基巖塊斷、翹傾和抬升而最終形成的［3］。從潛山成因看，發(fā)育有侵蝕山、斷塊山以及斷塊－侵蝕山等不同類型。三者的形成時期不同，侵蝕山為古近紀沉積前的“古潛山”，斷塊山和斷塊－侵蝕山則為古近紀沉積時或古近紀末由于斷裂作用而形成的同沉積潛山或沉積后生潛山。

潛山地層的多元結(jié)構(gòu)是潛山內(nèi)幕形成的基礎。受華北地臺地層發(fā)育程度和保存程度控制，冀中潛山地層主要由元古界、古生界構(gòu)成。其中，中、上元古界較渤海灣盆地其他坳陷更發(fā)育，自下而上依次為長城系、薊縣系和青白口系，但缺失震旦系;古生界發(fā)育寒武系、奧陶系、上石炭統(tǒng)和二疊系(圖1)，這些不同層系的地層構(gòu)成了潛山豐富的內(nèi)幕結(jié)構(gòu)。在巖性方面，除上石炭統(tǒng)－二疊系、青白口系長龍山組和長城系常州溝組為薄層碎屑巖外，其他均為厚層碳酸鹽巖。因此，冀中坳陷潛山是以中、上元古界和古生界碳酸鹽巖為主，間夾其他層系碎屑巖多種巖性的潛山。

圖1 冀中坳陷潛山地層分布剖面Fig.1 Stratigraphic section of buried hills in Jizhong depression

從中元古代—古生代漫長的地臺演化階段，受白云石化、構(gòu)造運動及風化淋濾、巖溶等各種成巖后生作用，碳酸鹽巖形成了多種次生孔隙和裂縫，這為潛山油氣聚集提供了有利的儲集條件，對此大量學者有過深入研究［2，4-6］。

新生代斷裂和差異沉降作用形成的洼槽有利于烴源巖發(fā)育，形成數(shù)千米厚的古近系烴源巖并與潛山相接觸，為潛山油氣藏形成提供了豐富的油源。同時斷塊山的邊界斷裂和侵蝕潛山的不整合面為油氣“進山”提供了良好的輸導條件。

2 潛山內(nèi)幕油氣藏類型特點

潛山內(nèi)幕油氣藏是分布在潛山腹內(nèi)的油氣藏，與潛山頂面油氣藏屬于分布于潛山不同位置的兩類油氣藏，兩者共同組成了潛山油氣藏的完整系列［7-8］。潛山頂面油氣藏，習慣上稱之為潛山剝蝕突起油氣藏［9］，多為塊狀油氣藏，潛山內(nèi)幕油氣藏受潛山內(nèi)幕地層結(jié)構(gòu)控制，主要為層狀油藏。

潛山內(nèi)幕發(fā)育多種類型油氣藏。關(guān)于潛山內(nèi)幕油氣藏的分類，不同學者從不同角度進行了劃分［1，10-11］。筆者認為，從圈閉成因角度劃分油氣藏類型可以反映油氣成藏機制，據(jù)此，冀中坳陷所發(fā)現(xiàn)的潛山內(nèi)幕油氣藏可以分為斷層圈閉、地層巖性圈閉以及不整合遮擋單斜圈閉油氣藏。

2.1 潛山內(nèi)幕斷層圈閉油氣藏

潛山內(nèi)幕中斷層圈閉最常見，斷層圈閉多由潛山邊界斷層及/或內(nèi)幕斷層的封閉遮擋作用而形成，如霸縣凹陷文古3潛山內(nèi)幕油氣藏的形成是由潛山邊界斷層和內(nèi)幕斷層聯(lián)合控制而成(圖2)。

文古3潛山位于霸縣凹陷文安斜坡潛山構(gòu)造帶的南部，受到東、西兩側(cè)斷層的控制。潛山西側(cè)斷層斷距比較大，下降盤的沙四段中下部烴源巖生成的油氣沿斷層運移進入潛山的寒武系府君山組白云巖儲層中，饅頭組泥巖作為蓋層而形成內(nèi)幕油氣藏。

圖2 文古3潛山內(nèi)幕油氣藏Fig.2 Hydrocarbon reservoir of buried hill of Wengu 3

2.2 潛山內(nèi)幕地層巖性油氣藏

潛山內(nèi)部地層巖性圈閉的形成有3種情況：第一種是由潛山內(nèi)部不整合面遮擋形成的圈閉，如石炭系與奧陶系之間的不整合圈閉(圖3)，下古生界和中－上元古界碳酸鹽巖地層中存在多個不整合面，具備形成潛山內(nèi)幕不整合地層圈閉的條件;第二種是由于碳酸鹽巖的成巖后次生作用而形成的成巖圈閉，如河西務潛山構(gòu)造帶的務古2井油氣藏(圖4)，其圈閉是由于淋濾及層間巖溶而形成的;第三種是砂巖上傾尖滅油氣藏，推測在文安斜坡地區(qū)的石炭－二疊系煤系地層中存在這種原生砂巖體的上傾尖滅圈閉。

圖3 劉其營潛山內(nèi)幕不整合－斷層復合圈閉油氣藏Fig.3 Hydrocarbon reservoir of buried hill sealed by unconformity and fault in Liuqiying

2.3 不整合遮擋內(nèi)幕單斜構(gòu)造油氣藏

這種類型的油氣藏主要分布在潛山斜坡區(qū)的內(nèi)幕中。從圈閉形成的角度看，儲層為內(nèi)幕單斜，其頂部由潛山頂面不整合面遮擋，兩側(cè)為潛山內(nèi)部隔層所夾持。這種圈閉都是在潛山地層傾斜的情況下形成的，因此可稱之為潛山內(nèi)幕單斜油氣藏。如圖5所示的任北潛山斜坡上的任94井寒武系油藏，寒武系張夏組和府君山組兩個儲層中的油氣是由上覆的不整合面與側(cè)面的隔層聯(lián)合構(gòu)成封堵的。寒武系鳳山－崮山組、徐莊－饅頭組和青白口系碳酸鹽巖中泥質(zhì)含量較高，成為側(cè)向封隔層。

3 潛山內(nèi)幕油氣藏形成的主控因素

3.1 輸導條件

古近系烴源巖所生成的油氣可通過不同路徑進入潛山(圖6)：一種情況是烴源巖排烴直接“進山”，當古近系烴源巖與潛山儲層直接接觸時，烴源巖把油氣直接排到潛山儲層中(圖6(a));第二種情況是古近系烴源巖首先把油氣排進古近系的砂層中進行側(cè)向運移，由砂層與潛山儲層的對接處進入潛山中(圖6(b));第三種情況是古近系烴源巖生成的油氣在古近系砂層中運移至潛山邊緣后，先沿潛山邊界不整合面或斷層面向潛山頂部方向運移，當遇到潛山儲層后再進入潛山內(nèi)部(圖6(c))。

作為潛山邊界輸導層的斷層及/或不整合面，其輸導層的連續(xù)性或性能的變化特點制約了油氣能否“進山”以及在什么位置“進山”。如果潛山邊界斷層或不整合面是連續(xù)的高滲透輸導層，其孔滲性比內(nèi)幕地層的孔滲性好，油氣則會優(yōu)先沿高滲透性的斷層或不整合面向潛山頂方向持續(xù)運移，這種情況下，油氣難以進入內(nèi)幕儲層;當接觸到潛山內(nèi)幕非滲透地層時，潛山邊界斷層或不整合面的輸導性能變差，油氣順其運移受到的毛細管阻力遠大于進入潛山儲層的阻力，油氣被迫進入潛山內(nèi)幕。

圖6 潛山內(nèi)幕油藏油氣運移模式Fig.6 Hydrocarbon migration styles of buried hill reservoir

3.2 內(nèi)幕隔層的控制作用

冀中坳陷碳酸鹽巖潛山中儲層的廣泛發(fā)育決定了其內(nèi)幕蓋層(隔層)的發(fā)育程度，這是決定圈閉形成的關(guān)鍵因素。

冀中坳陷的潛山地層可劃分出奧陶系冶里組－寒武系崮山組、寒武系徐莊－饅頭組、青白口系景兒峪組、薊縣系洪水莊組、薊縣系霧迷山組霧六段、薊縣系楊莊組、長城系高于莊組高二段和長城系串嶺溝組8套蓋(隔)層(圖7)。

目前所發(fā)現(xiàn)的潛山內(nèi)幕油氣藏都是由于有好的蓋層(隔層)存在。例如：河間馬62、馬65井常州村組石英砂巖油藏，其上覆有串嶺溝組蓋層;文安斜坡文古3井、龍虎莊潛山壩24井、壩19井、壩10井府君山組油藏，其上覆有饅頭組蓋層;南孟壩14井、壩18井饅頭組產(chǎn)油也是由于其上覆有張夏組蓋層。

碳酸鹽巖蓋層的好壞與其泥質(zhì)含量有關(guān)，由圖7可知，除薊縣系楊莊組和霧迷山組霧六段外，其他隔層泥質(zhì)含量基本上都超過30%，部分隔層超過60%。寒武系徐莊－毛莊－饅頭組地層因其具有較高的泥質(zhì)含量，在區(qū)域上多為良好的蓋層(隔層)，而楊莊組和霧迷山組霧六段因其泥質(zhì)含量低，難以形成有效蓋層。例如，饒陽凹陷的任深2x井揭示的霧迷山組霧七段儲層非常好，但經(jīng)兩次試油結(jié)果均為水層，主要原因是其上覆的霧六段地層中泥質(zhì)含量較低，盡管地層厚79.0 m，巖性主要為泥質(zhì)白云巖和白云巖，但泥質(zhì)含量僅為5% ～11%，其封隔油氣效果不好。

碳酸鹽巖地層中高泥質(zhì)含量有利于抑制地層的裂縫化和溶蝕作用。泥質(zhì)含量越高，脆性越差，抗溶蝕能力越強，越有利于成為蓋層。因此，對冀中坳陷，高泥質(zhì)含量的隔層分布及儲蓋組合研究非常重要。

圖7 冀中坳陷潛山內(nèi)幕隔層縱向分布Fig.7 Vertical distribution of interlayer inside of buried hills in Jizhong depression

4 結(jié)論

(1)冀中坳陷潛山地層結(jié)構(gòu)具有多元性，形成了多種類型的潛山內(nèi)幕油氣藏，包括內(nèi)幕斷層圈閉油氣藏、內(nèi)幕地層巖性圈閉油氣藏以及潛山內(nèi)幕單斜構(gòu)造油氣藏。潛山內(nèi)幕油氣藏多表現(xiàn)為層狀，這不同于潛山頂面油氣藏的塊狀特點。

(2)油氣進入潛山內(nèi)幕的輸導條件和潛山內(nèi)幕是否發(fā)育隔層是決定潛山內(nèi)幕油氣藏形成的關(guān)鍵。潛山邊界斷層和不整合面是油氣的兩種基本輸導類型，但在油氣運移過程中滲透率降低導致油氣運移受阻是油氣被迫進入潛山內(nèi)幕的重要原因;內(nèi)幕隔層的形成主要受內(nèi)幕地層泥質(zhì)含量的影響。

(3)冀中坳陷潛山具備優(yōu)越的成藏條件，潛山內(nèi)幕具有很大勘探潛力，但是潛山內(nèi)幕的復雜性以及油氣輸導方式的多變性和內(nèi)幕隔層的不穩(wěn)定性使得潛山內(nèi)幕油氣分布更具隱蔽性，需要重視內(nèi)幕儲蓋層組合研究。

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Multiplicity of hydrocarbon reservoir and accumulation controlling factors within buried hills in Jizhong depression

GAO Xian-zhi1，2，WU Wei-tao2，LU Xue-jun3，CUI Zhou-qi3，KONG Ling-wu2，JIA Lian-qi2，WANG Hai-chao3
(1.State Key Laboratory of Petroleum Resource and Prospecting in China University of Petroleum，Beijing 102249，China;2.College of Geoscience in China University of Petroleum ，Beijing 102249，China;3.Exploration and Development Institute of Huabei Oilfield Branch，PetroChina，Renqiu 062550，China)

Inner hydrocarbon reservoirs of buried hills are the oil pools where hydrocarbon accumulated under the unconformity，but on the essence their traps are irrelevant to the unconformity and are different from those pools trapping by the unconformity.Based on the analysis of the recent exploration achievements in Jizhong depression，the types of inner hydrocarbon reservoir and its accumulation controlling factors were discussed.The results show that the inner hydrocarbon reservoirs are characterized by multiplicity.There are various inner hydrocarbon reservoirs of buried hills including inner fault traps，inner stratigraphic traps，monocline traps and so on.The inner hydrocarbon reservoirs of buried hills are characterized as stratified while the pools trapping by the unconformity are massive.The formation of inner hydrocarbon reservoirs of buried hills is controlled by the transporting conditions and the impermeable beds(caprocks).Commonly，unconformity and boundary faults are the two basic conducting beds，and their permeability becomes lower than those of the inner beds，which is the important reason for the petroleum being forced to migrate into the inner of the buried hills.The development of the inner impermeable layers is controlled by the mud percentage of the inner beds.

hydrocarbon reservoir of buried hill;inner impermeable bed of buried hill;hydrocarbon transporting;Jizhong depression

TE 122.1

A

10.3969/j.issn.1673-5005.2011.03.006

1673-5005(2011)03-0031-05

2010－11－12

中國石油天然氣股份公司科技項目(2008B－0303)

高先志(1963－)，男(漢族)，山東榮成人，教授，博士，博士生導師，從事油氣藏形成與分布研究。

(編輯 徐會永)