天津?yàn)I海新區(qū)深部地?zé)豳Y源評(píng)價(jià)及有利勘探區(qū)圈定

唐永香， 程萬慶， 趙蘇民， 田光輝， 李嫄嫄， 曾梅香， 李昊

(天津地?zé)峥辈殚_發(fā)設(shè)計(jì)院，天津 300250)

0 引言

我國(guó)系統(tǒng)的油田地?zé)嵫芯渴加?0世紀(jì)80年代初，自90年代以來國(guó)內(nèi)油氣工業(yè)部門逐漸認(rèn)識(shí)到沉積盆地?zé)狍w制研究對(duì)油氣勘探具有重要指示意義。天津?yàn)I海新區(qū)屬于華北沉積盆地，地?zé)崤c石油是共存于該盆地的2種資源[1]。憑借“依托油田，發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，降低能耗，并改善油區(qū)工作環(huán)境”理念[2]，近年來，華北油田、勝利油田、大慶油田、遼河油田等油田區(qū)成功地將廢棄石油井改造為地?zé)峋⑼度胧褂?，取得了較好的效果，其中“雄縣模式”已成為目前油田區(qū)地?zé)峁┡玫牡浞禰3-4]。已有的大港油田勘探成果表明濱海新區(qū)是生油富集區(qū)，古近系東營(yíng)組為研究區(qū)近幾年新發(fā)現(xiàn)的深部地?zé)醿?chǔ)層[5-6]。目前正處于開發(fā)利用初級(jí)階段，前人尚未對(duì)研究區(qū)油田范圍內(nèi)東營(yíng)組的地?zé)豳Y源進(jìn)行評(píng)價(jià)，由于地?zé)豳Y源的儲(chǔ)集、運(yùn)移、開發(fā)利用主要受區(qū)域地質(zhì)、構(gòu)造、熱儲(chǔ)等條件的制約，且不同區(qū)域的資源規(guī)模和利用方式存在較大差異。因此，通過系統(tǒng)分析研究區(qū)東營(yíng)組地層特征、沉積特征、溫度場(chǎng)特征及賦存規(guī)律等，并進(jìn)行資源計(jì)算及潛力分區(qū)研究，可集成相關(guān)研究成果以圈定有利勘探區(qū)。該研究為濱海新區(qū)深部地?zé)豳Y源開發(fā)利用提供地質(zhì)依據(jù)，同時(shí)也可為其他油田區(qū)開展地?zé)峥辈?、尋找新的深部熱?chǔ)層提供借鑒。

1 研究區(qū)地質(zhì)特征

1.1 構(gòu)造特征

研究區(qū)經(jīng)歷了前印支期地臺(tái)穩(wěn)定發(fā)育、印支期南北向擠壓褶皺作用、燕山早期NW-SE向擠壓逆沖作用、燕山中晚期斷塊活動(dòng)、古近紀(jì)強(qiáng)烈斷陷及新近紀(jì)坳陷等多期構(gòu)造演化，形成了一系列凸凹構(gòu)造格局，從北往南依次分布了寧河凸起、北塘凹陷、板橋凹陷和歧口凹陷，在一些凸起區(qū)東營(yíng)組受到不同程度的剝蝕。區(qū)內(nèi)發(fā)育的斷裂主要包括滄東斷裂、漢沽斷裂、海河斷裂和增福臺(tái)斷裂等(圖1)，并將研究區(qū)切割成“西斷東翹”的半地塹和箕狀盆地[7-8]。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造單元分區(qū)

1.2 地層特征

研究區(qū)位于黃驊坳陷的中北部，經(jīng)過一系列構(gòu)造演化，形成了具有底部結(jié)晶基底和上覆沉積蓋層的雙層結(jié)構(gòu)。區(qū)內(nèi)的沉積地層除志留系—泥盆系、三疊系以外，發(fā)育較為齊全，具有分割性強(qiáng)、受斷層控制、巖性變化大等特點(diǎn)[9-10]。研究區(qū)地層由老到新主要為薊縣系、青白口系、寒武系、奧陶系、石炭系—二疊系、侏羅系、白堊系、古近系(孔店組、沙河街組和東營(yíng)組)、新近系(館陶組和明化鎮(zhèn)組)和第四系。其中，新近系為淺部地?zé)醿?chǔ)層，古近系東營(yíng)組為近幾年新發(fā)現(xiàn)的深部熱儲(chǔ)層。

1.3 沉積相特征

東營(yíng)組的物源主要來自北部的燕山隆起帶和西北部的滄縣隆起帶，其次是東南部的埕寧隆起帶[11-13]。結(jié)合前人的研究成果，本次從巖石學(xué)、測(cè)井等方面對(duì)東營(yíng)組的沉積特征進(jìn)行了初步分析，認(rèn)為區(qū)內(nèi)東營(yíng)組總體為三角洲相。東營(yíng)組沉積時(shí)從北往南是一個(gè)水體逐漸加深的過程。其中，東三段辮狀河三角洲平原相占據(jù)主要地位,僅在板橋凹陷東部出現(xiàn)三角洲前緣相和歧口凹陷東南部出現(xiàn)濱淺湖相； 東二段以濱淺湖相為主導(dǎo)，其次是辮狀河三角洲前緣相，僅在北塘凹陷南部出現(xiàn)辮狀河三角洲平原相； 東一段濱淺湖相退出研究區(qū)，辮狀河三角洲平原相重新占據(jù)主要地位，在塘沽—大港以北主要為辮狀河三角洲平原相(圖2)。這與區(qū)內(nèi)的構(gòu)造演化息息相關(guān)： 東一段時(shí)期因?yàn)閰^(qū)域性構(gòu)造強(qiáng)烈的抬升造成湖盆收縮、水體變淺、湖平面下降，在板橋凹陷中部形成剝蝕區(qū)； 東二段時(shí)期處在構(gòu)造沉降期； 東三段沉積環(huán)境為辮狀河三角洲平原環(huán)境。沉積環(huán)境的變化影響著熱儲(chǔ)層巖性的有效孔隙率和滲透性，從而制約著地?zé)崃黧w的富集和徑流通道。本區(qū)的大部分區(qū)域經(jīng)歷三角洲沉積的形成過程[14-15]，因此區(qū)內(nèi)東營(yíng)組地?zé)崃黧w富集區(qū)主要分布在辮狀河三角洲前緣的東部一帶。

(a) 東一段(b) 東二段(c) 東三段

2 研究區(qū)深部地?zé)醿?chǔ)層特征

2.1 東營(yíng)組地質(zhì)特征

研究區(qū)東營(yíng)組熱儲(chǔ)層分布較為廣泛，僅在大港與沈青莊凸起西部、寧河凸起區(qū)缺失(圖3)。據(jù)以往鉆孔(地?zé)峋褪途?資料[16-17]統(tǒng)計(jì)： 東營(yíng)組是一套以泥巖、粉砂巖為主的陸源細(xì)碎屑沉積，含長(zhǎng)石、石英及少量巖屑，巖屑呈棱角—次棱角狀，磨圓差； 砂泥比35%～38%，孔隙度18%～30%，滲透率為270×10-3～900×10-3μm2，導(dǎo)水系數(shù)10.39～36.28 m2/d，彈性釋水系數(shù)1.71×10-5～6.97×10-5； 頂板埋深為1 600～2 400 m，底板埋深為1 800～3 400 m，厚度為55～648 m，由北西向東南方向的埋深逐漸增大。

圖3 濱海新區(qū)東營(yíng)組熱儲(chǔ)分布

東一段在塘沽—大港以南區(qū)域巖性主要為灰白、淺灰、灰綠色砂巖、含礫砂巖與灰綠、綠灰色泥巖互層，滲透率300×10-3～600×10-3μm2，孔隙度24%～28%，沉積厚度50～600 m； 在塘沽—大港以北區(qū)域巖性主要為灰、灰綠色泥巖夾灰白色粉砂巖、細(xì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖，滲透率100×10-3～300×10-3μm2，孔隙度22%～24%，沉積厚度100～200 m。

東二段在大港及其以南區(qū)域巖性由砂巖逐漸減少，并過渡為灰、深灰色泥巖； 在板橋凹陷大部分區(qū)域以灰、深灰、深灰綠色泥巖為主，夾灰綠、淺灰色薄層粉砂巖、細(xì)砂巖； 在北塘凹陷北部巖性主要為含鈣質(zhì)砂巖、白云質(zhì)砂巖、生物灰?guī)r、油頁巖或碳質(zhì)頁巖薄層?？傮w而言，該段富水性稍差。

東三段在北塘凹陷大部分區(qū)域和板橋凹陷的西部巖性主要以巖屑質(zhì)長(zhǎng)石砂巖、長(zhǎng)石砂巖為主，滲透率200×10-3～400×10-3μm2，孔隙度20%～25%，沉積厚度150～200 m； 板橋凹陷東部巖性主要為一套灰色、綠灰色泥巖與淺灰、灰白色砂巖互層段，滲透率400×10-3～700×10-3μm2，孔隙度25%～30%，沉積厚度為200 m左右； 歧口凹陷巖性基本為純泥巖，滲透率100×10-3～300×10-3μm2，孔隙度15%～20%。

2.2 地溫場(chǎng)特征

地?zé)衢_發(fā)最主要的制約因素是地溫，地溫越高，開發(fā)利用價(jià)值越大。研究區(qū)地溫場(chǎng)的分布受區(qū)域構(gòu)造格局的影響，地殼深部熱流在向上傳導(dǎo)過程中，由于不同巖層熱導(dǎo)率的差異，熱流在基巖面上出現(xiàn)再分配，并向西側(cè)滄縣隆起基巖淺埋區(qū)匯集，使得區(qū)內(nèi)整體地溫和地溫梯度偏低，除局部地?zé)岙惓Ｍ猓w地溫梯度為2.5～3.0 ℃/hm(圖4)，表現(xiàn)為由西向東逐漸增加。根據(jù)蓋層平均地溫梯度和已有地?zé)峋€(wěn)定測(cè)溫綜合分析推算： 區(qū)內(nèi)東營(yíng)組熱儲(chǔ)層地溫為65～90 ℃，溫度高值區(qū)基本與構(gòu)造凸起區(qū)對(duì)應(yīng)，溫度低值區(qū)與構(gòu)造凹陷區(qū)對(duì)應(yīng)。

圖4 研究區(qū)蓋層平均地溫梯度等值線

2.3 水化學(xué)特征

地?zé)崃黧w的化學(xué)組分是其與圍巖的長(zhǎng)期交換作用下所形成的。研究區(qū)內(nèi)東營(yíng)組地?zé)崃黧w礦化度為2 000～18 000 mg/L，自北東向南西呈逐漸增大的趨勢(shì)，與地?zé)崃黧w的徑流方向及地層埋藏趨勢(shì)一致； 在垂向上，古近系東營(yíng)組地?zé)崃黧w的礦化度隨埋藏深度增加而升高，大于3 000 m埋深處增幅減緩[18](圖5)，超壓環(huán)境中深處地?zé)崴a(bǔ)給循環(huán)作用較上部差。

圖5 研究區(qū)古近系地?zé)崃黧w礦化度與埋深關(guān)系圖[18]

3 資源計(jì)算與評(píng)價(jià)

研究區(qū)東營(yíng)組地?zé)豳Y源分布面積約1 940 km2，熱儲(chǔ)參數(shù)變化不大，熱儲(chǔ)層近似為均質(zhì)各向同性，產(chǎn)狀水平，水流服從Darcy定律，通過采用數(shù)學(xué)模型(泰斯解)計(jì)算出了地?zé)崃黧w可開采量，東營(yíng)組熱儲(chǔ)層年允許開采量為216.81×104m3。目前該熱儲(chǔ)年開采量為12.79×104m3，每年可增加地?zé)崃黧w開采量為204.02×104m3，以此為基礎(chǔ)，根據(jù)《地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范》(GB/T 11615—2010)[19]和《地?zé)釂?對(duì))井資源評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)程》(DB12/T 664—2016)[20]相關(guān)要求，東營(yíng)組地?zé)豳Y源開采方式為定流量長(zhǎng)年開采，開采年限延續(xù)100 a，最大動(dòng)水位埋深不超過200 m。結(jié)合構(gòu)造邊界條件、熱儲(chǔ)厚度、開采現(xiàn)狀及熱儲(chǔ)水位降深等(表1)，對(duì)該熱儲(chǔ)資源潛力進(jìn)行了評(píng)價(jià)，將熱儲(chǔ)開發(fā)潛力分為開發(fā)弱潛力區(qū)、開發(fā)中等潛力區(qū)和開發(fā)較強(qiáng)潛力區(qū)3個(gè)區(qū)(圖6)。

表1 研究區(qū)東營(yíng)組地?zé)衢_發(fā)潛力分區(qū)依據(jù)

圖6 研究區(qū)東營(yíng)組地?zé)衢_發(fā)潛力分區(qū)

(1)開發(fā)弱潛力區(qū)。位于研究區(qū)西部和北部，該區(qū)東營(yíng)組熱儲(chǔ)層厚度較薄，而且緊臨斷裂和缺失線等隔水邊界，熱儲(chǔ)富水性及補(bǔ)給條件較差。

(2)開發(fā)中等潛力區(qū)。主要位于研究區(qū)中部地區(qū)，該區(qū)熱儲(chǔ)層厚度薄，現(xiàn)有地?zé)峋_發(fā)歷時(shí)較長(zhǎng)，形成了一定的水位漏斗區(qū)，但該區(qū)熱儲(chǔ)埋深較淺，孔隙發(fā)育較好。

(3)開發(fā)較強(qiáng)潛力區(qū)。位于研究區(qū)的東北部和東南部，該區(qū)處于北塘凹陷和板橋凹陷的凹陷中心區(qū)，東營(yíng)組熱儲(chǔ)厚度大，熱儲(chǔ)發(fā)育較好，富水性相對(duì)較好，且目前尚未有效開發(fā)利用，具有較強(qiáng)的開發(fā)潛力。

4 有利勘探區(qū)圈定

綜合上述東營(yíng)組地?zé)豳Y源特征研究，認(rèn)為研究區(qū)該地?zé)豳Y源有利勘探區(qū)應(yīng)具備以下幾個(gè)方面的條件： ①不是富油區(qū)或自然保護(hù)區(qū)； ②地?zé)豳Y源開發(fā)具有一定的潛力； ③地?zé)豳Y源量豐富； ④地?zé)崃黧w具有較高的溫度。

在東營(yíng)組地?zé)豳Y源開發(fā)潛力分區(qū)的基礎(chǔ)上，避開富油區(qū)或自然保護(hù)區(qū)并集成有利勘探區(qū)圈定應(yīng)具備的條件的權(quán)重，對(duì)區(qū)內(nèi)東營(yíng)組地?zé)豳Y源有利勘探區(qū)進(jìn)行分區(qū)，可分為Ⅰ級(jí)有利勘探區(qū)、Ⅱ級(jí)有利勘探區(qū)、Ⅲ級(jí)有利勘探區(qū)和不利勘探區(qū)(圖7)。其中Ⅰ級(jí)和Ⅱ級(jí)有利勘探區(qū)以地?zé)豳Y源開發(fā)較強(qiáng)潛力區(qū)為基礎(chǔ)條件，Ⅲ級(jí)有利勘探區(qū)以地?zé)豳Y源開發(fā)中等潛力區(qū)為基礎(chǔ)條件，不利勘探區(qū)以地?zé)豳Y源開發(fā)弱潛力區(qū)為基礎(chǔ)條件。

(1)Ⅰ級(jí)有利勘探區(qū)。該區(qū)域東營(yíng)組地?zé)豳Y源開采屬于較強(qiáng)潛力區(qū)，不是富油區(qū)或自然保護(hù)區(qū)，熱儲(chǔ)儲(chǔ)蓄和導(dǎo)水能力條件好，地溫梯度3.0～3.5 ℃/hm，適合東營(yíng)組地?zé)豳Y源的勘查開發(fā)，為Ⅰ級(jí)有利勘探區(qū)，主要位于南港工業(yè)北區(qū)、大港電廠東部一帶，該區(qū)域面積約102 km2。

(2)Ⅱ級(jí)有利勘探區(qū)。該區(qū)域東營(yíng)組地?zé)豳Y源開采基本屬于較強(qiáng)潛力區(qū)，不是富油區(qū)或自然保護(hù)區(qū)，熱儲(chǔ)儲(chǔ)蓄和導(dǎo)水能力等較好，地溫梯度多數(shù)在2.5～3.0 ℃/hm之間，比較適合東營(yíng)組地?zé)豳Y源的勘查開發(fā)，為Ⅱ級(jí)有利勘探區(qū)，位于南疆港區(qū)—臨港工業(yè)區(qū)—大港電廠—電測(cè)站一帶以及中新生態(tài)城大部分區(qū)域，該區(qū)域面積約211 km2。

圖7 研究區(qū)東營(yíng)組有利勘查開發(fā)區(qū)范圍

(3)Ⅲ級(jí)有利勘探區(qū)。該區(qū)域東營(yíng)組地?zé)豳Y源開采大部分區(qū)域?qū)儆谥械葷摿^(qū)，不是富油區(qū)或自然保護(hù)區(qū)，熱儲(chǔ)儲(chǔ)蓄和導(dǎo)水能力等條件一般，地溫梯度多數(shù)在2.5～3.0 ℃/100 m之間，資源開發(fā)前景一般，為Ⅲ級(jí)有利勘探區(qū)，位于漢沽城區(qū)以南、塘沽城區(qū)、臨港工業(yè)區(qū)、東疆港等大部分區(qū)域，該區(qū)域面積約743 km2。

(4)不利勘探區(qū)。該區(qū)域東營(yíng)組地?zé)豳Y源開采基本屬于弱潛力區(qū)，同時(shí)大部分區(qū)塊為富油區(qū)和自然保護(hù)區(qū)等地?zé)嵯拗崎_發(fā)區(qū)，熱儲(chǔ)儲(chǔ)蓄和導(dǎo)水能力以及資源開采補(bǔ)給條件差而造成開發(fā)前景差，為不利勘探區(qū)，位于研究區(qū)西部、北部區(qū)界附近部分地區(qū)、西南部北大港水庫周邊以及研究區(qū)南部，該區(qū)域面積約884 km2。

5 結(jié)論

(1)研究區(qū)內(nèi)東營(yíng)組地?zé)豳Y源較豐富。地?zé)崃黧w的徑流方向自北東向南西，地層埋深總體由北西向東南逐漸增大，構(gòu)造單元上歧口凹陷埋藏相對(duì)較深，區(qū)內(nèi)地溫相對(duì)較高，儲(chǔ)層溫度達(dá)65～90 ℃。

(2)研究區(qū)東營(yíng)組主要為三角洲相，地?zé)崃黧w富集區(qū)主要分布在辮狀河三角洲前緣的東部一帶，其中東三段為最有利開采層位。

(3)濱海新區(qū)深部地?zé)豳Y源東營(yíng)組有利勘探區(qū)可分為Ⅰ級(jí)有利勘探區(qū)、Ⅱ級(jí)有利勘探區(qū)、Ⅲ級(jí)有利勘探區(qū)和不利勘探區(qū)4個(gè)區(qū)，其中Ⅰ級(jí)有利勘探區(qū)面積約102 km2，Ⅱ級(jí)有利勘探區(qū)面積約211 km2，Ⅲ級(jí)有利勘探區(qū)面積約743 km2，不利勘探區(qū)面積約884 km2。