黃驊坳陷烏馬營潛山二疊系砂巖凝析氣藏的發(fā)現(xiàn)及其地質意義

周立宏 王 鑫，2 付立新 吳雪松 李宏軍 樓 達 段潤梅 崔 宇 王 輝

（ 1 中國石油大港油田公司；2 中國石油大學（華東））

0 引言

潛山油氣藏一直是中國東部陸相斷陷盆地油氣資源接力的重要戰(zhàn)場。黃驊坳陷潛山油氣勘探活動由來已久，1964 年利用重力與模擬地震解釋成果，發(fā)現(xiàn)了港西、孔店等基巖隆起構造，揭開了潛山鉆探的序幕。20 世紀70 年代到90 年代，黃驊坳陷潛山勘探進入高峰期，相繼部署鉆井對多個潛山構造進行了普探。1999 年，針對烏馬營潛山實施風險鉆探WS1 井，該井于奧陶系獲得工業(yè)油氣流，證實了奧陶系石灰?guī)r潛山具備形成規(guī)模氣藏的條件，但由于奧陶系氣藏高含硫化氫和二氧化碳，受投資成本與環(huán)保風險的制約，天然氣藏難以開發(fā)動用，導致該區(qū)勘探停滯達18 年之久。近年來，大港油田深化多層系潛山內幕成藏研究，重新認識該潛山上古生界二疊系，老井復查WS1 井，原解釋水層重新評價為氣層，增強了部署二疊系油氣勘探的決心。2017年于烏馬營潛山背斜西側的北緣鉆探YG1 井，該井完鉆井深為5045.0m，針對二疊系下石盒子組儲層4959.4～4987.7m 壓裂，6mm 油嘴日產(chǎn)凝析油24.46t，日產(chǎn)氣80122m3。油氣分析顯示，20℃原油密度為0.8090g/cm3，50℃原油黏度為1.36mPa·s，凝固點為1℃，含蠟量為8.04%，含硫量為0.01%，含膠量為3.32%，氣油比為5255m3/t，天然氣甲烷含量為80.24%，天然氣相對密度為0.69，地面凝析油含量為156.508g/m3，地層最大反凝析液量為0.87%，在初始儲層條件下流體呈氣態(tài)，在凝析氣藏衰竭開采時隨壓力下降儲層中有反凝析現(xiàn)象，為中含凝析油凝析氣藏，預測資源量可達100×108m3。YG1 井氣體檢測不含H2S，實現(xiàn)了黃驊坳陷古生界潛山非含H2S原生油氣藏的重大突破，有力推動了大港探區(qū)古生界潛山內幕原生油氣勘探，為黃驊坳陷潛山油氣增儲上產(chǎn)提供了重要支撐。本文針對烏馬營潛山二疊系砂巖凝析氣藏的優(yōu)勢成藏條件進行深入分析，探討其成藏特征對油氣勘探的指導作用，深化黃驊坳陷上古生界油氣成藏認識，為中國東部華北地區(qū)上古生界油氣勘探提供借鑒。

1 區(qū)域地質背景

圖1 黃驊坳陷烏馬營潛山古生界頂面構造圖Fig.1 Structural map of the Paleozoic top in Wumaying buried hill, Huanghua depression

黃驊坳陷位于渤海灣盆地中北部，是疊置在華北地臺基底上中—新生代發(fā)育的裂谷盆地，也是渤海灣盆地典型富油氣坳陷之一[1-3]。烏馬營潛山位于坳陷南部，勘探面積約為350km2，北為王官屯構造帶，西臨南皮洼陷，南靠東光斜坡帶，東接徐黑構造帶（圖1）。該潛山形成于中生代，整體形態(tài)為一北東走向寬緩的背斜構造，是黃驊坳陷已發(fā)現(xiàn)的原始結構保存相對完整的“低位”潛山構造[4-6]，二疊系頂面構造被逆沖、走滑和伸展3 類斷裂分割為西側的高陡逆沖推覆構造和東側的寬緩背斜構造（圖1）。烏馬營潛山石炭系—二疊系保存完整，構造主體晚期斷層下切改造程度較弱，有利于原生油氣聚集與保存，是黃驊坳陷古生界潛山油氣勘探的重要領域。

2 優(yōu)勢成藏條件

2.1 石炭系—二疊系煤系地層提供了充足的油氣來源

烏馬營潛山二疊系天然氣甲烷碳同位素分析表明，WS1 井[7]與YG1 井甲烷碳同位素值為-37‰～-34.2‰，乙烷碳同位素值為-26.4‰～-20.3‰，丙烷碳同位素值為-25.8‰～-20.7‰，天然氣成因判識為煤型氣，為石炭系—二疊系煤系烴源巖供烴的產(chǎn)物（圖2）。

黃驊坳陷上古生界發(fā)育石炭系本溪組與二疊系太原組和山西組多套煤系烴源巖，巖性多樣，主要包括煤、碳質泥巖、暗色泥巖3 類烴源巖[8-10]。其中本溪組以灰色—深灰色泥巖、碳質泥巖、鋁土質泥巖沉積為主，上部以泥巖夾薄層海相石灰?guī)r或二者互層為特征；太原組下部由海侵煤系構成，巖性以煤層、海相泥巖為主，間夾薄層碳酸鹽巖，上部為海陸過渡相沉積，巖性以暗色泥巖為主，夾雜部分砂巖，烴源巖全區(qū)穩(wěn)定分布；山西組主要由三角洲平原沼澤煤系為主，泥巖和碳質泥巖發(fā)育，煤巖單層厚度較薄，橫向相變較快。

圖2 黃驊坳陷烏馬營潛山二疊系天然氣成因判識Fig.2 Permian gas origin in Wumaying buried hill, Huanghua depression

黃驊坳陷石炭系—二疊系煤系烴源巖累計厚度大，分布范圍廣，厚度中心位于王官屯以南至烏馬營潛山構造帶。其中煤巖單層厚度為2～5m，累計厚度為20～45m，碳質泥巖厚度為40～110m，暗色泥巖厚度較大，為150～350m。該套烴源巖有機質豐度高，富氫組分含量高，具備良好的生氣潛力。其中煤巖TOC為11.5%～78.0%，S1+S2為0.50～218.56mg/g，氫指數(shù)為1.0～553.0mg/g，為好烴源巖；碳質泥巖TOC為5.15%～19.80%，S1+S2為0.18～53.64mg/g，氫指數(shù)為1.0～331.0mg/g，為好烴源巖；暗色泥巖TOC 為0.54%～5.95%，平均大于2.0%，S1+S2為0.03～175.73mg/g，氫指數(shù)為1.0～416.0mg/g，為中等—好烴源巖。

黃驊坳陷煤系烴源巖熱演化程度處于成熟—高成熟階段，鏡質組反射率為0.8%～1.3%，在火山巖侵入噴發(fā)地區(qū)Ro在1750m 左右即可達到2.0%。生烴模擬表明，一次生烴期主要為晚中生代，其生烴中心主要位于黃驊坳陷南部的烏馬營地區(qū)；二次生烴期為孔店組沉積時期至今，具有廣覆式生烴特征，南北存在兩個生氣中心，一個位于黃驊坳陷北部GG16102、QG8、HG1 等井所在的歧北—埕海地區(qū)，另一個位于南部WS1、YG1、WG1 等井所在的烏馬營—王官屯地區(qū)（圖3）。二次生烴期以生氣為主，生氣量可達25.82×1012m3，占總生氣量的62%，具有生烴時間晚、生氣規(guī)模大的特點，有利于天然氣規(guī)模聚集與成藏。

圖3 黃驊坳陷上古生界煤系烴源巖展布特征Fig.3 Planar distribution of coal-bearing source rocks in Upper Paleozoic, Huanghua depression

2.2 二疊系下石盒子組發(fā)育巨厚的砂巖儲層

黃驊坳陷二疊系下石盒子組發(fā)育巨厚的砂巖儲層，為油氣的大規(guī)模充注提供了充足的儲集空間。該套砂巖屬于海退后內陸河流相沉積，河床分布范圍廣，砂體極其發(fā)育，并且橫向展布相對穩(wěn)定，單砂層厚10～22m，累計厚度為80～130m，砂地比一般大于30%，最高可達40%以上，是黃驊坳陷上古生界最有利的儲集層系。YG1 井儲層物性數(shù)據(jù)統(tǒng)計表明，下石盒子組儲層儲集空間保存較好，砂巖孔隙度在埋深5000m 處最大可達10%，具備較好的儲集性能（圖4a）。與黃驊坳陷其他地區(qū)相比，烏馬營潛山下石盒子組儲層巖石類型以石英砂巖為主，巖屑質石英砂巖次之。YG1 井、WS1 井數(shù)據(jù)顯示石英含量普遍較高，為65%～95%，平均為87.8%；長石含量為0～7%，平均為1%，以鉀長石為主；巖屑含量為5%～28%，平均為11.2%（圖4b），主要為變質石英巖和酸性噴出巖。碎屑顆粒分選性好，顆粒磨圓度為次棱角狀，顆粒間以線接觸為主，填隙物含量中等，平均含量為10.5%。下石盒子組儲層在中生代中晚期經(jīng)歷過較強的風化淋濾作用，二疊系頂部石千峰組普遍遭受剝蝕，加之晚中生代斷層活動頻繁，一次生烴期油氣充注其中，使得石盒子組砂巖物性得到改善，儲集空間以粒間溶孔與長石溶孔為主，巖心觀察可見高角度裂縫發(fā)育，鏡下觀察也可見大量微裂縫發(fā)育，極大地改善了儲層的滲流能力（圖5）。

圖4 黃驊坳陷烏馬營潛山二疊系砂巖儲層孔隙度（a）與巖石成分（b）Fig.4 Porosity (a) and rock composition (b) of the Permian sandstone reservoir in Wumaying buried hill, Huanghua depression

圖5 黃驊坳陷烏馬營潛山二疊系儲層特征Fig.5 Features of Permian reservoir in Wumaying buried hill, Huanghua depression

2.3 逆沖推覆構造提供多個構造圈閉

烏馬營潛山古生界發(fā)育多個大型背斜、斷鼻構造，這些構造多為中生代時期形成的擠壓逆沖推覆構造[11-13]，主要由西側北北東向高陡逆沖構造和東部北東東向寬緩背斜構造組成，可以給油氣成藏提供有利的空間。其中潛山東部背斜奧陶系頂面構造形態(tài)寬緩，被古近紀晚期（沙一段沉積時期）強烈活動的烏馬營斷層下切改造，形成了烏馬營背斜；而潛山西部則為一高陡古逆沖褶皺帶，南北延伸近24km，發(fā)育下部“東傾西沖”的厚皮構造和上部“西傾東沖”的薄皮逆掩斷彎褶皺，并在上古生界二疊系形成長軸背斜圈閉帶。西緣逆沖帶由南、中、北3 段組成，其中北段上古生界頂部剝蝕強烈，后期受新生代斷裂活動影響較大，現(xiàn)今構造圈閉幅度低；中段主逆沖斷層活動強烈，上古生界形成斷彎褶皺，后期新生代斷裂活動影響小，三角逆沖構造保存完整，圈閉保存條件較好；南段逆沖推覆變形減弱，為被中生代晚期伸展斷層改造復雜化的復雜斷塊區(qū)，新生代斷裂活動比較弱，下切活動不劇烈，對圈閉的改造較弱。受構造圈閉影響，油氣可在烏馬營潛山源上二疊系下石盒子組砂巖儲層與源下奧陶系碳酸鹽巖儲層中形成背斜油氣藏、斷塊油氣藏等多種類型的復式油氣聚集（圖6）。

2.4 構造穩(wěn)定期油氣大規(guī)模成藏

黃驊坳陷古生界經(jīng)歷多期構造活動改造，圈閉的保存條件是決定原生油氣藏能否存在至今的重要因素[14]。目前該區(qū)已有鉆井揭示的以古生界為油源的含油氣系統(tǒng)一般構造形態(tài)完整，古構造在侏羅紀—白堊紀形成后較少受到古近紀伸展斷層破壞[15-16]，并在經(jīng)歷古近紀—新近紀整體沉降后，古構造圈閉依然可以保持較大的閉合幅度，為新生界強改造湖盆環(huán)境下的中古生界弱改造構造區(qū)。

本文采用流體包裹體與數(shù)值模擬相結合的方法確定構造活動期與油氣成藏期的匹配關系，用以評價圈閉的保存條件。流體包裹體的成分特征和物理化學性質是油氣運移的客觀記錄，對于查明儲層流體活動歷史和油氣運聚機理具有重要的意義[17-18]。對烏馬營潛山YG1 井二疊系下石盒子組砂巖儲層中賦存的油氣包裹體進行綜合分析，鏡下觀察表明烏馬營潛山具有兩期油氣充注現(xiàn)象，早期形成了殘留在孔隙中的碳質瀝青；晚期發(fā)育大量的含烴包裹體，其分布于石英顆粒成巖次生加大邊中，或沿切穿石英顆粒的成巖期后微裂隙呈線狀/帶狀分布，熒光色為淺藍色、藍綠色、藍白色，反映了烏馬營潛山在該時期發(fā)生過一次大規(guī)模的輕質油氣充注過程。第一期油氣充注時間為白堊紀早期，該時期烴源巖進入生烴門限，以生油為主，進入早期圈閉聚集成藏，此后中生代地層抬升遭受剝蝕，部分古油藏遭到破壞，早期充注至孔隙的油氣形成了碳質瀝青[19-20]。第二期油氣充注為主成藏期，該時期潛山持續(xù)深埋，烴源巖進入二次生烴階段，以生氣為主，充注的天然氣與部分輕質油被成巖縫或構造縫捕獲，形成鏡下可觀察到的氣液兩相含烴包裹體。結合烴類伴生鹽水包裹體均一溫度測定與YG1 井熱史模擬，確定了第二期油氣充注的起止時間，模擬過程所用的古熱流參數(shù)是在前人對渤海灣盆地古熱流研究的基礎上[21-22]，利用WS1 井實測鏡質組反射率反復校正后的結果，研究表明烏馬營潛山上古生界第二期油氣充注距今40—15Ma，為沙一段沉積時期至明化鎮(zhèn)組沉積時期（圖7）。烏馬營潛山形成于中生代，燕山期幕式構造活動（尤其是斷裂構造）對油氣規(guī)模聚集與保存的影響較大，喜馬拉雅期控山斷層活動減弱，新近紀控山斷層停止活動，與晚期油氣大規(guī)模充注期匹配性較好，為晚期潛山油氣規(guī)模成藏與保存提供了保障。

圖6 黃驊坳陷烏馬營潛山油氣藏剖面（剖面位置見圖1）Fig.6 Hydrocarbon reservoir profile in Wumaying buried hill, Huanghua depression (the location in Fig.1)①斷塊油氣藏；②背斜油氣藏

圖7 黃驊坳陷烏馬營潛山YG1 井熱史模擬與油氣成藏關鍵時間Fig.7 Thermal history modeling and key reservoir forming period of Well YG1 in Wumaying buried hill,Huanghua depression

3 油氣地質意義

3.1 煤系烴源巖生烴潛力巨大

黃驊坳陷石炭系—二疊系烴源巖累計厚度大，分布范圍廣，有機質豐度高，富氫組分含量高，具備良好的生烴物質基礎。煤系烴源巖埋深多為3000～5000m，Ro為0.8%～1.3%，處于成熟—高成熟階段，為生烴窗峰值區(qū)，二次生烴量可達25.82×1012m3，為潛山油氣成藏提供了充足的油氣來源。煤系烴源巖厚度高值區(qū)與歧北、埕海、烏馬營、王官屯等多個潛山區(qū)重疊，這些地區(qū)既是烴源巖生氣中心，也是強改造湖盆中的弱改造古構造區(qū)，具備形成千億立方米大氣田的地質條件。

3.2 二疊系下石盒子組砂巖勘探前景廣闊

黃驊坳陷二疊系下石盒子組發(fā)育巨厚的砂巖儲層，該套砂巖分布范圍廣，橫向展布相對穩(wěn)定，石英含量高，具備較強的抗壓性，加之受中生代斷裂活動、風化淋濾與溶蝕作用的共同影響，二疊系下石盒子儲層發(fā)育大量的次生溶蝕孔隙與微裂縫，在埋深5000m處儲集物性依然較好。煤系烴源巖生成的油氣可沿斷裂與砂體垂向或側向運移至上覆下石盒子組砂巖儲層中，形成層狀展布的砂巖凝析氣藏，具有近源成藏優(yōu)勢。目前YG1 井已發(fā)現(xiàn)多套氣層，氣測顯示良好，后續(xù)鉆探的多口探井均在二疊系獲高產(chǎn)氣流，是黃驊坳陷上古生界下步勘探的重點層系。

4 啟示

黃驊坳陷烏馬營潛山二疊系凝析氣藏的發(fā)現(xiàn)，打破了潛山埋深4000m 以淺找油的傳統(tǒng)觀點。傳統(tǒng)觀點認為受上覆地層壓實與成巖作用影響，儲層孔滲性隨埋深增大逐漸變差，埋深大于4000m，潛山儲層多發(fā)育特低孔、特低滲透儲層，不利于深部油氣富集高產(chǎn)。然而烏馬營潛山二疊系下石盒子組砂巖儲層在埋深5000m 處仍然具備較好的儲集性能，破解了深埋型潛山砂巖儲層物性差的“霧區(qū)”，將潛山砂巖儲層的有效勘探深度拓深至5000m，為深部油氣充注提供了充足的儲存空間。黃驊坳陷YG1 井的鉆探成功打開了上古生界潛山勘探的新局面，深層優(yōu)質儲層的發(fā)育打破了黃驊坳陷碎屑巖儲層的勘探下限，堅定了大港探區(qū)尋找深層大氣田的信心，對渤海灣盆地其他地區(qū)的潛山勘探具有重要的啟示意義。