遼河盆地海月油田潛山油氣藏及其成藏動(dòng)力學(xué)特征

王喬，韓亞杰，劉穎

1. 吉林大學(xué) 地質(zhì)博物館,長春 130026；2. 遼寧經(jīng)濟(jì)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,沈陽 110122

0 引言

潛山是指現(xiàn)今被不整合面埋藏在年輕蓋層之下的基巖突起，其形成往往是各種地質(zhì)因素共同作用的結(jié)果，如褶皺、斷裂和風(fēng)化溶蝕等[1-3]。近年來，潛山已成為斷陷盆地重要的勘探方向[4]。渤海灣盆地的濟(jì)陽坳陷埕島潛山、冀中坳陷蘇橋潛山、黃驊坳陷千米橋潛山和遼河坳陷的興隆臺(tái)潛山、靜安堡潛山、曙光潛山等油氣勘探均取得突破性進(jìn)展，展現(xiàn)潛山油氣藏廣闊的勘探前景[5-9]。

海月油田位于渤海灣盆地遼東灣北部的濱海區(qū)，水深0～5 m，由陸灘、海灘、潮間帶和極淺海組成。區(qū)內(nèi)油氣資源豐富，成藏條件優(yōu)越，發(fā)育新近系館陶組(Ng)、古近系東營組一段(E3d1)、二段(E3d2)、三段(E3d3)和沙河街組一段(E3s1)、二段(E3s2)、三段(E2s3)、四段(E2s4)8套主力含油層系，成為遼河油田油氣生產(chǎn)的重要后備接替區(qū)[10-11]。隨著勘探開發(fā)工作的不斷深入，對(duì)區(qū)內(nèi)潛山地層也開展研究。鉆遇的潛山地層常見油跡、油斑等油氣顯示，海南20井碳酸鹽巖潛山首獲工業(yè)油流，上報(bào)預(yù)測石油地質(zhì)儲(chǔ)量815×104t，成為油氣勘探的新領(lǐng)域。

油氣藏的形成是在各種動(dòng)力學(xué)條件下所形成的溫度場、壓力場和化學(xué)動(dòng)力過程的結(jié)果。成藏動(dòng)力學(xué)是通過分析識(shí)別盆地中允許流體通過的層系和限制流體通過、推動(dòng)流體運(yùn)動(dòng)的層系來識(shí)別和劃分成藏動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，研究油氣運(yùn)移、聚集、成藏的規(guī)律[12-15]。目前，海月潛山勘探程度較低，潛山油氣藏研究還較薄弱，尤其是成藏動(dòng)力學(xué)研究還屬空白。為此，本文以海月油田潛山油氣藏為研究對(duì)象，全面分析、總結(jié)潛山油氣藏的形成條件，探討油氣富集規(guī)律，并將成藏動(dòng)力學(xué)引入潛山油氣藏研究中，確定其成藏動(dòng)力學(xué)特征，從而達(dá)到指導(dǎo)潛山油氣藏勘探實(shí)踐的目的。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

海月油田是形成于古近紀(jì)—新近紀(jì)的斷陷-拗陷復(fù)合型盆地，總面積約450 km2。海月潛山是遼河陸上中央凸起向海域的自然延伸，其北部的海外河油田和南部的錦州9-3油田均已發(fā)現(xiàn)潛山油氣藏(圖1)，預(yù)示與之相似油氣成藏條件的海月潛山也應(yīng)具有較大勘探潛力。

圖1 海月油田潛山分布及主體構(gòu)造圖Fig.1 Distribution of buried hill and main structures in Haiyue oilfield

海月潛山呈北東向展布，東緩西陡，南高北低，頂部埋深1 600 m。區(qū)內(nèi)蓋洲灘斷裂、海南斷裂位于海月潛山東、西兩側(cè)，屬郯廬斷裂帶的一部分。這兩條主干斷裂控制著盆地演化及沉積，同時(shí)也對(duì)潛山的形成、油氣的運(yùn)移起著決定性作用。據(jù)鉆井、地震、測井及巖芯等資料綜合分析，本區(qū)地層序列自下而上依次為：太古宇鞍山群、古生界奧陶系—石炭系、中生界白堊系、新生界古近系沙河街組和東營組、新近系館陶組及第四系。古近紀(jì)以前的地層構(gòu)成沉積盆地的基底，新生代地層為蓋層。其中，古生界奧陶系碳酸鹽巖是本區(qū)潛山勘探的主要目的層(圖2)，巖性有泥晶灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖、泥晶白云巖和泥灰?guī)r等，夾薄層變質(zhì)石英砂巖及火山巖脈，其形成環(huán)境應(yīng)為濱、淺海相。

圖2 海南20井古生界綜合柱狀圖Fig.2 Comprehensive column map of Paleozoic at Well Hainan 20

2 潛山成藏條件

2.1 油源條件

油源是劃分成藏動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的重要依據(jù)[16-18]。海月潛山處于“兩洼夾一隆”的有利位置，東西兩側(cè)緊鄰東部凹陷、西部凹陷，凹陷的沙三段和沙一、二段暗色泥巖分布廣、厚度大，有機(jī)質(zhì)豐度高，屬成熟、優(yōu)質(zhì)的烴源巖(表1)。一般認(rèn)為，巖石中的氫指數(shù)(HI)可反映有機(jī)質(zhì)來源和類型。根據(jù)巖石樣品熱解氫指數(shù)與最大裂解溫度關(guān)系進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表明(圖3)：西部凹陷烴源巖氫指數(shù)高，普遍>450 mg/g，母質(zhì)類型以Ⅰ型和Ⅱ1型為主，有機(jī)質(zhì)類型好；東部凹陷烴源巖氫指數(shù)多數(shù)介于(200～450)mg/g之間，母質(zhì)類型以Ⅱ1型和Ⅱ2型為主，有機(jī)質(zhì)類型較好。根據(jù)油源對(duì)比、構(gòu)造位置及油氣運(yùn)移距離，認(rèn)為西部凹陷是海月潛山油氣的主要來源，東部凹陷為次要來源。

2.2 儲(chǔ)層特征

儲(chǔ)層特征是潛山油氣藏研究的重點(diǎn)[19-20]。在漫長地史時(shí)期，潛山巖層歷經(jīng)長達(dá)上億年的風(fēng)化剝蝕和多期、強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，各種孔、縫、洞等儲(chǔ)集空間比較發(fā)育。海月潛山主要有3種儲(chǔ)集空間類型：原生孔隙、裂縫、溶蝕孔縫及洞穴。原生孔隙包括晶間孔、晶內(nèi)孔和粒間孔等，鏡下測量樣品的白云石晶間孔，孔徑主要集中在30～80 μm(圖4)。裂縫主要有構(gòu)造縫、壓溶縫等，鏡下觀察的構(gòu)造縫延伸較遠(yuǎn)，縫面較平直，可見晚期縫切割早期縫，多為石英或方解石充填(圖5a)。溶蝕孔縫及洞穴是潛山的主要儲(chǔ)集空間，其成因比較復(fù)雜，可能是原有縫隙經(jīng)局部溶蝕擴(kuò)大而成，也可能是碳酸鹽巖顆?；蝾w粒間的填隙物被溶蝕而成。鏡下觀察的溶蝕孔縫多呈不規(guī)則分布，方向各異，寬窄不一，延伸較遠(yuǎn)，常為方解石充填(圖5b、c)，未充填部分多被油質(zhì)瀝青所占據(jù)(圖5d)。海月潛山的儲(chǔ)集空間主要受后期改造因素(如構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、風(fēng)化、溶蝕等)影響，決定其儲(chǔ)層基質(zhì)物性較差?？紫抖仍?.2%～15.49%，平均值4.12%，孔隙度<5%的樣品占72%；滲透率在(0.003～21.78)×10-3μm2，平均值3.65×10-3μm2，滲透率<5×10-3μm2的樣品占84%(圖6)，整體上屬于低孔特低滲儲(chǔ)層。

圖4 海南20井白云石晶間孔孔徑分布圖Fig.4 Pore size distribution of dolomite intercrystal pore at Well Hainan 20

a．泥晶灰?guī)r，兩組構(gòu)造剪切裂縫，被石英充填； b.泥晶灰?guī)r，溶蝕裂縫發(fā)育；c.泥晶灰?guī)r，溶蝕裂縫發(fā)育；d.泥晶白云質(zhì)灰?guī)r，溶蝕裂縫發(fā)育，具瀝青侵染。圖5 海南20井碳酸鹽巖儲(chǔ)層裂縫鏡下特征Fig.5 Fracture characteristics of carbonate reservoir at Hainan 20 well under microscope

圖6 海南20井碳酸鹽巖儲(chǔ)層物性直方圖Fig.6 Histograms of carbonate reservoir properties at Well Hainan 20

另外，大氣降水淋濾導(dǎo)致的溶解作用和成巖作用中有機(jī)酸產(chǎn)生的溶蝕作用，可進(jìn)一步改造潛山儲(chǔ)層，形成各類溶蝕孔縫甚至大型洞穴。據(jù)“5700”成像測井顯示，在海南20井碳酸鹽巖潛山頂面溶蝕孔縫發(fā)育，存在35 m(1 894～1 929 m)的古風(fēng)化殼，為潛山油氣良好的儲(chǔ)集空間[21]。在海南23-25井、海南7井在鉆遇潛山地層過程中，發(fā)生明顯的泥漿漏失、鉆具放空，并伴有擴(kuò)徑現(xiàn)象，這些都是溶蝕孔洞及洞穴大量存在的證據(jù)。

2.3 油氣運(yùn)移及蓋層條件

油氣疏導(dǎo)體系是成藏動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的組成部分，圈閉與油源的溝通是潛山圈閉聚集油氣的重要條件[22]。海南斷裂、蓋洲灘斷裂斷距大、階段性活動(dòng)且形成時(shí)間早，分別延伸至西部凹陷和東部凹陷內(nèi)，可將油氣源源不斷地向上運(yùn)移至潛山圈閉。由于遭受長期風(fēng)化剝蝕，潛山表面形成的不整合面發(fā)育大量孔縫[23]，可作為油氣側(cè)向疏導(dǎo)通道。另外，潛山圈閉若與新生界砂體相連，這些砂體也可能側(cè)向運(yùn)移油氣。因此，海月潛山的油氣主要是沿油源斷層向上運(yùn)移為主，輔之以不整合面及新生界砂體的聯(lián)合運(yùn)移方式。

蓋層條件也是油氣成藏的關(guān)鍵因素之一。海月潛山中、南部以東三組為上覆蓋層，泥巖厚度200～300 m，北部以沙一、二段為上覆蓋層，泥巖厚度300～400 m。兩套泥巖巖性致密、穩(wěn)定性好、分布范圍廣，均可作為良好的區(qū)域性蓋層。

2.4 成藏時(shí)期及成藏配置

利用生烴史法可以確定海月油田西部凹陷的油氣成藏時(shí)期[24]。根據(jù)西部凹陷沙河街組的烴源巖厚度、TOC、Ro、埋藏深度等資料，分別模擬計(jì)算了從沙三段末至現(xiàn)今各個(gè)階段的生油量和生氣量。生烴史圖(圖7)顯示，西部凹陷從沙三段末開始生油，東二段末生油量逐漸增大，并在20 Ma達(dá)到最大值，至館陶組沉積期一直保持較大的生油量。生氣量則從東一段末逐漸增大，至館陶組沉積末期達(dá)到最大值。因此，油藏主要形成于東二段至館陶組沉積期(30.8～5.2 Ma)，氣藏主要形成于東一段沉積期至現(xiàn)今(24.6～0 Ma)。

圖7 海月油田西部凹陷生烴史Fig.7 Hydrocarbon generation history of West sag in Haiyue oilfield

海月潛山圈閉因其上覆沙一、二段或東三段泥巖蓋層封閉而最終形成，而東二段至館陶組沉積期為區(qū)內(nèi)沙河街組烴源巖大量生成和運(yùn)移油氣的主要時(shí)期。因此，圈閉形成時(shí)間早于油氣運(yùn)移期，有利于潛山成藏。新近紀(jì)，整個(gè)遼河盆地處于緩慢的裂谷活動(dòng)階段，形成區(qū)域性整體沉降，構(gòu)造活動(dòng)趨于穩(wěn)定，有助于油氣藏的保存。

3 灘海區(qū)成藏動(dòng)力學(xué)特征

油氣從烴源巖到圈閉實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)由各種孔滲帶組成的復(fù)雜的成藏動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，其中的作用機(jī)制和過程非常復(fù)雜。成藏動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)是研究盆地地層格架中流體(油、氣、水)運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。郝芳、田世澄[12-13]等按照成藏動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的封閉程度,將成藏動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)分為封閉型、開放型和半封閉型；根據(jù)系統(tǒng)的油氣來源，將成藏動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)又可分為他源型、自源型及混源型。

按照成藏動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)劃分原則，結(jié)合海月油田的油氣成藏特點(diǎn)，對(duì)區(qū)內(nèi)油氣藏自下而上劃分成三個(gè)成藏動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)：他源半封閉成藏動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)、自源封閉成藏動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)和他源開放成藏動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)(圖8)。他源開放成藏動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)包括東營組和館陶組，本身無油源條件，沙河街組暗色泥巖產(chǎn)生的油氣通過斷層向上運(yùn)移至圈閉中，具“古生新儲(chǔ)”成藏組合特征；自源封閉成藏動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)為沙河街組，具“自生自儲(chǔ)”成藏組合特征。海月油田新生界主力油氣層都分布在這兩個(gè)成藏系統(tǒng)中。

①他源開放成藏動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)；②自源封閉成藏動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)；③他源半封閉成藏動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)。圖8 海月油田成藏動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)分類圖Fig.8 Classification map of pool-forming dynamic systems in Haiyue oilfield

海月潛山油氣藏為“新生古儲(chǔ)”，屬于他源半封閉成藏動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)。圖9展示他源半封閉成藏動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)內(nèi)油源、儲(chǔ)層、蓋層、油氣運(yùn)移、圈閉及關(guān)鍵時(shí)刻的相互匹配關(guān)系。該系統(tǒng)儲(chǔ)層為古生界碳酸鹽巖，各種溶蝕孔縫及洞穴較為發(fā)育；油氣來自沙河街組暗色泥巖，屬他源；沙一、二段或東三段泥巖披覆在潛山之后，潛山圈閉形成。東二段沉積期，凹陷中的暗色泥巖開始大量生油、運(yùn)移，油氣在浮力及突發(fā)性的構(gòu)造作用力下沿?cái)鄬?、不整合面及新生界砂體運(yùn)移，在有利的潛山圈閉中聚集成藏。因此，東二段沉積期是潛山成藏的關(guān)鍵時(shí)刻?？傊Ｔ聺撋接蜌獾纳伞?chǔ)集、運(yùn)移、圈閉、保存等成藏條件較為有利，具有匹配良好的石油地質(zhì)動(dòng)力學(xué)特征。

圖9 海月潛山油氣藏成藏動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)事件圖Fig.9 Key events of hydrocarbon accumulation dynamic systems of Haiyue buried hill reservoirs

4 結(jié)論

(1)海月潛山具有良好的成藏條件：潛山臨近東部凹陷、西部凹陷兩大生油洼陷，油源供給充足；碳酸鹽巖潛山發(fā)育原生孔隙、裂縫、溶蝕孔縫及洞穴等儲(chǔ)集空間；沙一、二段和東三段泥巖是良好的區(qū)域性蓋層；油氣運(yùn)移通道為油源斷層、不整合面及新生界疏導(dǎo)砂體；以及具有良好的成藏配置關(guān)系等。

(2)根據(jù)成藏動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的劃分原則，并結(jié)合海月油田成藏特點(diǎn)，對(duì)區(qū)內(nèi)油氣藏劃分為三個(gè)成藏動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，確定海月潛山油氣藏屬于他源半封閉型成藏動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)。