盆緣非生烴洼陷它源油氣運聚方式及勘探意義
——以渤海灣盆地沾化凹陷三合村洼陷為例

彭存?zhèn)}

(中國石化 勝利油田分公司 石油工程監(jiān)督中心,山東 東營 257000)

中國陸相斷陷盆地中存在著眾多的富油洼陷，富油洼陷得益于自身優(yōu)越的生烴條件，油氣發(fā)現(xiàn)較為豐富[1-4]。但富油洼陷周緣往往存在著眾多非生烴洼陷[5-7]，此類洼陷多位于大型凹陷的盆緣，埋深淺、熱演化程度低，一般自身不具備生烴能力，同時往往與毗鄰的富油洼陷之間還存在著正向構(gòu)造，將其與富油洼陷分隔。在傳統(tǒng)的“浮力驅(qū)動運移，正向構(gòu)造運聚”這一思想影響下[8-9]，認為油氣運移的方向為正向構(gòu)造帶，盆緣油氣勘探工作主要在“網(wǎng)毯油氣成藏”體系指導(dǎo)下[10-13]針對淺層新近系，而對于傳統(tǒng)認識下油氣難以到達盆緣非生烴洼陷鮮有勘探，故而盆緣非生烴洼陷的油氣勘探工作一直未得到重視。隨著近期在渤海灣盆地沾化凹陷三合村洼陷部署的羅322井于中生界和沙河街組三段(以下簡稱“沙三段”)鉆探成功[14-15]，打破了這一盆緣非生烴洼陷成藏不利的認識，也引發(fā)了對盆緣非生烴洼陷油氣運聚方式的探索。由此，本文以沾化凹陷三合村洼陷為例，開展這一盆緣非生烴洼陷的油氣運聚方式探討，揭示它源油氣在盆緣負向構(gòu)造區(qū)的運聚規(guī)律，以期對類似盆緣非生烴洼陷的油氣勘探提供借鑒。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

沾化凹陷為濟陽坳陷北部的二級構(gòu)造單元，北斷南超，盆地分割性較強，一系列東西與南北向斷層將沾化凹陷分隔為6個洼陷，三合村洼陷便是其中之一(圖1)。研究區(qū)中、古生界之上發(fā)育較為完整的新生界，新生界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。三合村洼陷北部緊鄰富油的生烴洼陷——渤南洼陷，南部與陳家莊凸起接壤，最大埋深小于2 800 m，自身不具備生烴條件[16-17]，其北部的渤南洼陷與三合村洼陷接壤區(qū)域為一寬緩斜坡(圖2)，并以孤南斷層為界與三合村洼陷分隔，渤南洼陷生烴層系的沙四段[18-20]與三合村洼陷沙一段對接，而三合村洼陷沙三段與渤南洼陷中生界對接，中生界儲層呈上傾狀(圖2)。

2 油氣成藏期次

現(xiàn)今地質(zhì)條件下，來自渤南洼陷的油氣難以穿過盆緣負向構(gòu)造區(qū)在三合村洼陷沙三段及其以下的中深部地層中聚集成藏，但據(jù)構(gòu)造演化研究結(jié)果顯示：分隔渤南洼陷與三合村洼陷的孤南斷層形成時期較晚，在東營組沉積期斷距還較小[21]，如若存在較早期的油氣運移，即是在東營組及其以前發(fā)生成藏作用，此時渤南洼陷與三合村洼陷仍連為一體，則油氣較為容易到達三合村洼陷沙三段及以下地層中聚集成藏。

大量研究已經(jīng)表明三合村洼陷沙三段及其以下地層中的原油來自于渤南洼陷烴源巖，而對于渤南洼陷的油氣成藏期次也已有較為統(tǒng)一的認識，即存在兩次充注、三次成藏過程[22-24]，其中第一次油氣充注發(fā)生在東營組沉積早期、第二次充注的早期和晚期分別為館陶組沉積末期以及明化鎮(zhèn)組沉積期，在前期三合村洼陷新近系油氣勘探過程中，新近系油氣為渤南洼陷烴源巖中、晚期生排烴成藏所致，這一認識已得到廣大學(xué)者認同。而對于三合村洼陷近期在沙三段及其以下地層中發(fā)現(xiàn)的原油成藏期次尚未有定論，目前的地質(zhì)結(jié)構(gòu)不支持中、晚期成藏運聚規(guī)律，是否為早期充注形成？由此本文分別選取了三合村洼陷沙三段和新近系館陶組含油的巖心樣品，對其進行了流體包裹體的分析測試。結(jié)果表明：三合村洼陷羅322井沙三段樣品流體包裹體均一溫度介于80～90 ℃，投點到沉積埋藏史圖上發(fā)現(xiàn)成藏期次具有多解性，分別對應(yīng)于東營組沉積中早期和館陶組沉積晚期—明化鎮(zhèn)組沉積初期(圖3)，分析認為此兩個時期渤南洼陷沙四段烴源巖埋深差異較大，熱演化程度不同，原油成熟度應(yīng)存在差異，由此對原油成熟度開展了相關(guān)分析，最終發(fā)現(xiàn)原油樣品Ts/Tm、姥鮫烷/植烷、石蠟指數(shù)、庚烷值等可反應(yīng)原油成熟度的指標都較低[25]，總體反映出原油成熟度偏低的特點，因此認為三合村洼陷沙三段油藏應(yīng)屬于早期成藏。結(jié)合新近系原油成藏期次的已有認識，三合村洼陷的油氣成藏可總結(jié)為早成藏期的沙三段及以下地層油氣聚集，中、晚成藏期為新近系油氣聚集兩種油氣聚集方式。

圖2 渤南洼陷與三合村洼陷現(xiàn)今地質(zhì)結(jié)構(gòu)圖(剖面位置見圖1)Fig.2 The geological structure of the Bonan Sag and the Sanhecun subsag(see Fig.1 for the section location) Es4x.沙四下亞段；Es4s.沙四上亞段；Es3.沙三段；Es1.沙一段；Ed.東營組

圖3 三合村洼陷沙三段油藏形成期次(羅322井沉積埋藏史)Fig.3 Charging periods of oil accumulation in the 3rd member of Sanhecun subsag (a diagram showing the depositional and burial history of Well L322) Ng.館陶組；Nm.明化鎮(zhèn)組；Qp.第四系;Es1.沙一段；Es2.沙二段；Es3.沙三段；Es4x.沙四下亞段

3 不同成藏期下的油氣運聚方式

3.1 早成藏期統(tǒng)一砂體側(cè)向運聚

現(xiàn)今地質(zhì)條件下，孤南斷層完全斷開了三合村洼陷沙三段與渤南洼陷新生界(圖2)，三合村洼陷西側(cè)扇體對接北部渤南洼陷致密中生界，來自于渤南洼陷的油氣難以運移至三合村洼陷(圖4a)。但通過對孤南斷層構(gòu)造演化的恢復(fù)，發(fā)現(xiàn)孤南斷層在東營組沉積期活動較弱，尤其是其西側(cè)斷距甚小，不足以斷開緩坡扇體，東營組沉積期斷層兩側(cè)圈閉統(tǒng)一(圖4b)，這一時期來自渤南洼陷的油氣可沿緩坡帶統(tǒng)一砂體進行側(cè)向運移，穿過現(xiàn)今地質(zhì)結(jié)構(gòu)上的負向構(gòu)造區(qū)——三合村洼陷深洼帶，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。

圖4 沾化凹陷三合村洼陷早成藏期側(cè)向運聚模式Fig.4 The lateral migration and accumulation pattern of the early accumulation period in the Sanhecun subsag of the Zhanhua Saga.現(xiàn)今；b.東營組沉積期

3.2 中、晚成藏期復(fù)合運聚

三合村洼陷新近系以及部分東營組中的油氣發(fā)現(xiàn)屬于中、晚期成藏，此類油藏的形成存在著多種油氣運聚方式。

3.2.1 “網(wǎng)毯”式運聚

網(wǎng)毯式油氣成藏理論提出以來，有效指導(dǎo)了濟陽坳陷新近系館陶組河道砂體的油氣勘探，其作為油氣運聚的一種重要方式，對于三合村洼陷而言，油氣自渤南洼陷烴源巖生成后首先通過古近系中切入烴源巖的斷裂網(wǎng)向洼陷上部、邊部運移，古近系斷裂網(wǎng)構(gòu)成了網(wǎng)毯式運聚體系的下部油源通道網(wǎng)，部分渤南洼陷烴源巖生成的油氣通過斷裂輸導(dǎo)向南部三合村洼陷一側(cè)運移，進入三合村洼陷新近系底部辮狀河沉積形成的厚層砂礫巖體中，砂礫巖體連通性好、分布范圍廣，構(gòu)成了網(wǎng)毯式運聚體系中部倉儲層，在中晚期成藏的油氣幕式充注下，油氣沿斷裂首先充注倉儲層，而后通過溝通倉儲層的斷裂進入新近系中上部曲流河沉積砂體中，并在斷裂兩側(cè)的砂體中聚集成藏，新近系中上部斷裂與砂體的交織組合構(gòu)成了網(wǎng)毯式運聚體系的上部油氣聚集網(wǎng)。因此可見，網(wǎng)毯式油氣成藏理論不但為富油洼陷內(nèi)潛山披覆構(gòu)造油藏的勘探指明了方向，其更大的石油地質(zhì)意義在于突破了油氣在生烴洼陷自身正向構(gòu)造中運聚的傳統(tǒng)觀念，使得盆緣非生烴洼陷成為重要的勘探對象。在這一理論指導(dǎo)下，沾化凹陷包括三合村洼陷在內(nèi)的多個盆緣非生烴洼陷新近系中都有油氣發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)毯油氣運聚方式在盆緣非生烴洼陷新近系形成的油氣藏主要包括構(gòu)造巖性油氣藏和巖性油氣藏。同時，姜素華[26]等把這種油氣運聚方式用于東營凹陷古近系的成藏分析，對東營三角洲的油氣運聚方式給出了多樣化的解釋，有效拓展了勘探空間。

3.2.2 “不整合體”復(fù)合運聚

有關(guān)不整合體構(gòu)建樣式、結(jié)構(gòu)類型劃分等在油氣成藏中的作用已有大量研究成果[27-28]。眾多學(xué)者已認識到研究不整合面控制油氣運聚，需要加強不整合面上下砂體、斷層的綜合分析，但總結(jié)與不整合面相關(guān)的油氣運聚模式，并分析其在盆緣非生烴洼陷的負向構(gòu)造區(qū)油氣運聚中的作用還鮮有文獻報道。

沾化凹陷三合村洼陷古近系東營組屬于二級層序的高位域[29]，其上與新近系館陶組呈角度不整合接觸，東營組沉積期發(fā)育遠源三角洲沉積體，此類高建設(shè)性的三角洲前緣發(fā)育大型前積朵葉體，朵葉體與三角洲平原呈高角度斜交，當后期地層抬升剝蝕后，三角洲前緣的大型前積朵葉體仍與東營組頂部區(qū)域性不整合面大角度斜交，盡管經(jīng)歷后期負向構(gòu)造區(qū)沉積拗曲變形，但此類三角洲朵葉體仍未變形為負向構(gòu)造，而是傾向北部孤南斷層(圖5)。孤南斷層為南傾斷層，與北傾的三角洲前緣朵葉體組合構(gòu)成了“Y”型輸導(dǎo)體系(圖5)，又或孤南斷層北側(cè)渤南洼陷沙河街組油藏與斷層南側(cè)三合村洼陷東營組砂體直接側(cè)向?qū)有纬伞耙弧毙洼攲?dǎo)體系(圖5)，孤南斷層兩盤砂體的對接使得油氣穿過斷層直接進入三合村洼陷東營組三角洲砂體中進行橫向運移，在橫向運移的過程中油氣在浮力作用下不斷向高部位聚集，直至東營組頂部不整合面，從而實現(xiàn)了油氣穿過負向構(gòu)造運移。油氣到達東營組與館陶組之間的區(qū)域不整合面之后，一方面可通過不整合面進行短距離的側(cè)向運移，另一方面可通過不整合面上覆的館陶組河道砂體進行較長距離側(cè)向運移，從而使的東營組三角洲前緣砂體與上部不整合面及上覆館陶組河道砂體構(gòu)成了“T”型輸導(dǎo)體系(圖5)，通過該類型輸導(dǎo)體系下油氣進一步向緩坡帶和凸起帶運移。筆者將這種以不整合面為中心的復(fù)合輸導(dǎo)體系運聚油氣的方式稱之為“不整合體”復(fù)合運聚，此類運聚方式是油氣穿過負向構(gòu)造區(qū)運聚的重要方式。當然對于某一盆緣非生烴洼陷而言，“Y”型、“一”型、“T”型輸導(dǎo)體系并不一定同時存在，“Y”型輸導(dǎo)體系發(fā)育區(qū)油氣在邊界斷層中進行縱向輸導(dǎo)，可以在靠近斷層的各種圈閉聚集成藏，一般為構(gòu)造類油藏，存在部分地層剝蝕不整合油藏(圖5)；“一”型輸導(dǎo)體系發(fā)育區(qū)往往不整合面之上儲集體中形成油氣聚集，油藏類型多樣，包含巖性油藏與構(gòu)造油藏；“T”型輸導(dǎo)體系發(fā)育區(qū)油氣往往運聚到緩坡凸起邊緣形成巖性地層成藏(圖5)。

圖5 盆緣負向構(gòu)造區(qū)運聚模式(井位位置見圖1)Fig.5 The hydrocarbon migration and accumulation pattern in the negative structural zone at the basin margin (see Fig.1 for the well location)

不整合面之下的三角洲砂體剝蝕程度不同，形成的油藏類型和運聚狀態(tài)也存在較大差異。在剝蝕量相對較小的區(qū)帶，三角洲前緣砂體連續(xù)性好，油氣在砂體之中的側(cè)向運移較為順暢，除靠近油源斷層的濁積砂體形成砂巖上傾尖滅油藏外(圖5)，油氣大都經(jīng)歷較長距離運移，聚集在有斷層切割東營組三角洲砂體形成的構(gòu)造圈閉中，或運移至區(qū)域性不整合之上的新近系多類型圈閉中；在剝蝕量較大的區(qū)帶，三角洲前緣朵葉體前積層的連續(xù)砂體部分往往被剝蝕殆盡，各層朵葉體之間連續(xù)性差，油氣側(cè)向運移困難，往往沿砂體往高部位運移，在不整合面之上存在泥巖遮擋條件下有利于在東營組中形成地層剝蝕油藏(圖5)。

4 勘探意義

4.1 理論意義

盆緣非生烴洼陷的油氣勘探受制于它源油氣的輸導(dǎo)，在缺乏有利輸導(dǎo)條件下，非生烴洼陷這一盆緣的負向構(gòu)造區(qū)往往成為勘探“禁區(qū)”。隨著近年來“網(wǎng)毯”式輸導(dǎo)模式的提出，濟陽坳陷盆緣的非生烴洼陷淺部地層——新近系油氣勘探取得了一定成果，但中、深部地層一直缺乏突破。但在早期成藏再認識基礎(chǔ)上，認為早成藏期油氣輸導(dǎo)的地質(zhì)條件可能異于現(xiàn)今地質(zhì)條件，通過恢復(fù)早成藏期的輸導(dǎo)條件，有望發(fā)現(xiàn)包括盆緣非生烴洼陷在內(nèi)的其它負向構(gòu)造帶中有利油氣勘探區(qū)，拓展勘探空間。

此外，“不整合體”復(fù)合運聚的提出為濟陽坳陷盆緣非生烴洼陷東營組的油氣勘探點亮明燈，此類非生烴洼陷的東營組多與生烴洼陷的沙河街組以斷層為分隔，生烴洼陷油氣可通過沙河街組中的輸導(dǎo)路徑運移至邊界斷層處，與之相接的非生烴洼陷東營組是油氣再次運移的指向區(qū)，東營組普遍發(fā)育三角洲砂體，多期次的砂體橫、縱向上的疊置關(guān)系較為復(fù)雜，這其中不乏一些頂部被剝蝕、底部傾向生油洼陷的三角洲前緣朵葉狀砂體，來自生烴洼陷的油氣可順利進入朵葉狀砂體中并向其高部位運移，直至上部不整合面處，以不整合面為關(guān)鍵界面，首先其上部存在館陶組泛濫平原泥巖時，可直接封蓋下部三角洲砂體，在東營組頂部形成一系列地層不整合遮擋油氣藏，其次不整合面之上若存在館陶組河道砂體時，不整合面可起到油氣中轉(zhuǎn)作用，以此為節(jié)點，油氣轉(zhuǎn)換在上覆河道砂體中側(cè)向運移，從而也可在新近系中形成多類型油氣藏。

4.2 現(xiàn)實意義

盆緣非生烴洼陷油氣運移方式的認識指導(dǎo)了三合村洼陷的勘探工作。首先，近年來在“網(wǎng)毯”式和“不整合體”復(fù)合運聚思想指導(dǎo)下，開展了以館陶組為主力目的層的油氣勘探工作，相繼部署了3口探井，在館陶組都鉆遇油氣顯示，但由于微幅構(gòu)造背景上的河道砂體油氣充滿度低，試采效果不理想，沒有形成規(guī)模性、可動用儲量；但在三合村洼陷沙三段及其以下中深部地層勘探過程中，通過早期成藏油氣輸導(dǎo)規(guī)律的再認識，率先在三合村洼陷南部緩坡帶開展了全面的油氣勘探部署，針對沙三段、沙四段部署的7口探井、8口滾動井均見大套油層，取得了良好的勘探效果，共計上報控制和預(yù)測石油地質(zhì)儲量4000余萬噸，有效指導(dǎo)了勝利油田第81個油田——三合村油田的發(fā)現(xiàn)。

5 結(jié)論

1) 三合村洼陷是盆緣非生烴洼陷的典型代表，其油氣成藏分為早成藏期沙三段及其以下地層油氣聚集，中晚成藏期新近系油氣聚集兩種油氣聚集方式。

2) 早成藏期，三合村洼陷與渤南洼陷連為一體，渤南洼陷生成油氣通過砂體側(cè)向運移至三合村沙河街組中聚集成藏；中、晚成藏期，在“網(wǎng)毯”和“不整合體”復(fù)合運聚方式下，渤南洼陷生成油氣通過邊界斷層、砂體和不整合面進行復(fù)式運移，在三合村洼陷東營組及以上館陶組中聚集成藏。

3) 盆緣非生烴洼陷油氣運聚方式再認識的理論意義在于拓展油氣勘探空間，現(xiàn)實意義在于發(fā)現(xiàn)了勝利油田第81個油田——三合村油田。