黃驊坳陷王官屯地區(qū)中—古生界油氣成藏條件與成藏模式

勾琪瑋，蔣有錄，劉景東，呂雪瑩，姜文亞

（1.中國(guó)石油大學(xué)（華東）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島 266580；2.中國(guó)石油大港油田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，天津 300280）

渤海灣盆地自古生代以來(lái)經(jīng)歷了多期構(gòu)造演化，古生界在多期抬升剝蝕過(guò)程中發(fā)育大量古潛山，且多與新生界優(yōu)質(zhì)烴源巖對(duì)接形成新生古儲(chǔ)型油氣藏［1-2］。自冀中坳陷任丘中元古界古潛山獲高產(chǎn)油流以來(lái)，包括潛山在內(nèi)的深層油氣勘探日漸成為渤海灣盆地油氣勘探的重要領(lǐng)域，在黃驊坳陷千米橋、北大港等地區(qū)發(fā)現(xiàn)大量中—古生界油氣藏。

近年來(lái)，黃驊坳陷王官屯地區(qū)中—古生界展現(xiàn)了較大的油氣勘探潛力［3］，王古1、官古1601、官142等多口探井于中—古生界獲工業(yè)油流或油氣顯示。前人對(duì)王官屯地區(qū)中生界地層發(fā)育特征等進(jìn)行了細(xì)致研究［4］，明確了中—古生界油氣來(lái)源［5-7］，但對(duì)其成藏條件、成藏模式的認(rèn)識(shí)還不夠深入。為此，筆者基于地質(zhì)、地化、地震及測(cè)井、錄井資料等，對(duì)王官屯地區(qū)中—古生界油氣成藏條件與成藏模式進(jìn)行研究，以期為該區(qū)下一步油氣勘探提供借鑒。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

王官屯地區(qū)位于黃驊坳陷南部，烏馬營(yíng)—王官屯潛山帶北端，東起徐西斷層，南至烏馬營(yíng)構(gòu)造帶，西北以棗園油田沈家鋪開(kāi)發(fā)區(qū)為界（圖1a），勘探面積達(dá)60 km2［3，5-8］，為一低位凸起，地質(zhì)構(gòu)造特征繼承了黃驊坳陷的復(fù)雜性［1，5］。

王官屯地區(qū)在古生代為穩(wěn)定的克拉通盆地，早石炭世受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)抬升影響造成沉積間斷，早二疊世晚期由于板塊擠壓再次抬升剝蝕，至晚二疊世持續(xù)隆升，發(fā)育陸相沉積。中生代發(fā)育山間盆地，差異抬升使得研究區(qū)發(fā)育多期不整合，受頻繁的擠壓活動(dòng)及火山活動(dòng)影響［4，9］，早—中侏羅世發(fā)生裂谷盆地?cái)嘞葸\(yùn)動(dòng)。至新生代形成斷陷盆地，古近紀(jì)孔店組沉積時(shí)期發(fā)育孔東、孔西2 條斷穿中—古生界的斷層，同時(shí)伴生大量次級(jí)斷層。

王官屯地區(qū)下古生界發(fā)育寒武系和中—下奧陶統(tǒng)濱淺海-臺(tái)地相沉積，厚度穩(wěn)定，上奧陶統(tǒng)和泥盆系缺失，開(kāi)闊陸棚下的石炭系發(fā)育暗色砂泥巖、灰?guī)r和煤層［10］，二疊系廣泛發(fā)育暗色泥巖以及早二疊世晚期海退形成的粉砂巖、碳質(zhì)泥巖等，與三疊系呈平行不整合接觸（圖1b）。中生界殘余地層包含中—下三疊統(tǒng)、侏羅系和下白堊統(tǒng)，以砂礫巖、泥巖互層為主［4，11］，水動(dòng)力較弱，侏羅系頂部砂礫巖發(fā)生溶蝕改造作用（圖1b）。

圖1 王官屯地區(qū)區(qū)域構(gòu)造位置及地層柱狀圖（圖1a據(jù)文獻(xiàn)［12］修改）Fig.1 Structural location and stratigraphic column in Wangguantun area（Fig.1a was modified by Reference［12］）

王官屯地區(qū)中—古生界油氣藏類型主要包括古潛山氣藏、巖性氣藏和斷塊油氣藏3類［4，13］?？v向上，中—古生界油氣藏由老到新依次分布于奧陶系上馬家溝組—峰峰組碳酸鹽巖、石炭系太原組砂巖和二疊系上、下石盒子組砂巖以及中—下侏羅統(tǒng)砂礫巖中。研究區(qū)奧陶系碳酸鹽巖和上古生界砂巖中聚集大量油氣資源，上馬家溝組—峰峰組形成較大規(guī)模天然氣藏［10，14］，為古生古儲(chǔ)型氣藏；上古生界發(fā)育巖性氣藏和斷塊油氣藏，原油油質(zhì)較重。中生界以斷塊油藏為主，為中—高凝固點(diǎn)的中質(zhì)稠油，含硫量高。平面上，氣藏分布范圍更廣，油藏分布主要聚集于斷層附近（官古1、官古1601井等），部分井段氣藏發(fā)育。

2 油氣成藏條件

王官屯地區(qū)毗鄰生烴洼陷區(qū)，中—古生界頂面呈寬緩背斜狀，是理想的油氣運(yùn)移指向區(qū)，具備有利的烴源、儲(chǔ)層、蓋層、儲(chǔ)蓋組合及保存等成藏條件。

2.1 烴源條件

王官屯地區(qū)臨近的生油洼陷內(nèi)發(fā)育石炭系—二疊系和孔二段2 套主力烴源巖，烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度高、埋深較大，具備良好的油氣供給條件。

石炭系—二疊系烴源巖在王官屯地區(qū)廣泛分布，主要包括厚層暗色泥巖和薄煤層，有機(jī)質(zhì)類型偏向于腐泥-腐殖型及腐殖型［15］。泥巖總有機(jī)碳含量（TOC）為0.45%～4.34%，普遍低于1%；碳質(zhì)泥巖TOC值普遍高于2%，鏡質(zhì)組反射率（Ro）超過(guò)0.89%。由煤的生烴潛力評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，研究區(qū)煤層處于成熟階段，在二次生烴中達(dá)到裂解生干氣階段，TOC值普遍高于15%，生油氣潛力大。

孔二段烴源巖主要分布在黃驊坳陷南區(qū)的滄東-南皮凹陷［7］，包括厚層湖相深灰色泥巖及黑色油頁(yè)巖［6］，沉積厚度可達(dá)400～500 m，有機(jī)質(zhì)類型偏腐泥型，姥植比平均值為0.84，屬于還原環(huán)境下的淡水-微咸水深湖相沉積，有利于有機(jī)質(zhì)的保存與后期生烴。TOC值平均達(dá)3.58%，Ro值達(dá)到0.78%，以生油為主，屬于優(yōu)質(zhì)烴源巖［4-6，10］。

王官屯地區(qū)二疊系儲(chǔ)層中原油的主峰碳數(shù)為nC23，硫含量高，母源為陸源富含Ⅱ1和Ⅱ2型干酪根的腐殖質(zhì)煤，與孔二段烴源巖生成的原油特征相似（圖2）。中生界儲(chǔ)層中的原油飽和烴含量較高，芳烴與非烴、瀝青質(zhì)含量相近，與石炭系—二疊系、滄東-南皮凹陷孔二段烴源巖部分抽提物樣本都具有親緣性［4-7，10］，反映為混源油。

圖2 王官屯地區(qū)原油與烴源巖飽和烴含量分布關(guān)系Fig.2 Distribution of saturated hydrocarbon contents of crude oil and source rocks in Wangguantun area

2.2 儲(chǔ)層條件

王官屯地區(qū)中—古生界主力儲(chǔ)層分別為奧陶系淺海相碳酸鹽巖、石炭系—二疊系三角洲相碎屑巖和侏羅系—白堊系辮狀河道碎屑巖等，其中碎屑巖儲(chǔ)層以二疊系上、下石盒子組砂礫巖體最為發(fā)育。

奧陶系頂部碳酸鹽巖儲(chǔ)層埋深為3 000～4 000 m，圈閉面積約為11 km2，閉合高度約為500 m，發(fā)育高角度裂縫，被方解石半充填或充填。上馬家溝組—峰峰組以白云質(zhì)灰?guī)r為主，受風(fēng)化巖溶作用改造，次生溶孔、溶洞及高角度裂縫十分發(fā)育，溶蝕孔、洞多沿裂縫分布，顆粒內(nèi)裂縫等發(fā)育，形成孔-縫-洞復(fù)合型儲(chǔ)層［14］；上馬家溝組平均孔隙度達(dá)1.8%，由于受到泥巖夾層的阻隔作用，上馬家溝組上部地層水得以充分發(fā)生強(qiáng)白云巖化作用，形成大量次生溶孔，改善儲(chǔ)層連通性。

王官屯地區(qū)石炭系—二疊系廣泛沉積且地層發(fā)育相對(duì)穩(wěn)定，山西組及上、下石盒子組發(fā)育大型三角洲、河流相砂礫巖與泥巖互層（圖3）。單砂層厚度普遍為0～4 m，發(fā)育次生溶孔，砂層的孔、滲性較好，為良好的儲(chǔ)層（圖3）［16-20］。

中生界侏羅系河道砂體展布方向與構(gòu)造傾伏方向一致且連續(xù)性較強(qiáng)，頂部沉積了一套厚度為60～100 m 的砂礫巖層，礫石粒徑為1～3 cm，經(jīng)次生巖溶改造后具有良好的儲(chǔ)集性能，官古1601等多口井在該層系獲工業(yè)油流（圖3）。此外發(fā)育少量火成巖儲(chǔ)層，以中低滲透原生、次生孔隙為主，孔隙度為0.14%～24.76%，平均達(dá)11.4%，滲透率為0.10～59.02 mD，平均為12.72 mD。

2.3 儲(chǔ)蓋組合及保存條件

王官屯地區(qū)發(fā)育中—古生界泥巖和新生界泥巖、膏巖等多套區(qū)域性蓋層［6，21-22］，自下而上發(fā)育5套有利的儲(chǔ)蓋組合：第1 套以下古生界奧陶系頂部風(fēng)化殼為儲(chǔ)層，與上覆本溪組暗色泥巖、煤層蓋層直接接觸；第2套以太原組碳酸鹽巖為儲(chǔ)層，石炭系山西組暗色泥巖、煤層為蓋層；第3 套以二疊系上、下石盒子組砂巖為儲(chǔ)層，上石盒子組、石千峰組及中生界泥巖作為蓋層；第4 套以石千峰組砂巖為儲(chǔ)層，中生界泥巖為蓋層；第5套以侏羅系頂部砂礫巖體為儲(chǔ)層，中生界泥巖段以及新生界泥巖、膏巖作為中—古生界良好的區(qū)域性蓋層（圖3）。

圖3 官古1601井中生界及上古生界生儲(chǔ)蓋組合及儲(chǔ)層物性特征Fig.3 Reservoir-cap rock assemblage and reservoir’s physical properties of the Mesozoic and the Upper Paleozoic in Well GG1601

王官屯地區(qū)構(gòu)造形態(tài)近似為一個(gè)寬緩的背斜，儲(chǔ)、蓋層發(fā)育穩(wěn)定且在空間展布上與地層傾伏方向較為統(tǒng)一，后期的斷層錯(cuò)切使得儲(chǔ)層與泥巖對(duì)置，圈閉條件好。此外，圈閉形成時(shí)期與生排烴時(shí)期良好的匹配關(guān)系為原生油氣藏的形成提供了較為有利的條件。油氣主要賦存于二疊系下石盒子組，其次在中生界等其他層系內(nèi)富集［14］，地層水類型主要為NaHCO3型和CaCl2型（表1），指示研究區(qū)中—古生界油氣藏形成于還原性陸相沉積環(huán)境，圈閉保存條件較好且后期未被破壞，有利于油氣持續(xù)充注。

3 油氣成藏期與成藏模式

3.1 油氣成藏期

通過(guò)烴源巖熱演化史和生烴史分析，石炭系—二疊系烴源巖埋深較大，在高熱流值背景下于中三疊世第1 次進(jìn)入生烴門限（Ro=0.5%），此時(shí)地層溫度超過(guò)70 ℃，于早侏羅世發(fā)生大規(guī)模生、排烴（Ro=0.7%），地層溫度為90 ℃，在早白堊世的后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)下烴源巖發(fā)生抬升并停止生烴，于新近紀(jì)再次開(kāi)始大規(guī)模生、排烴，并于館陶組沉積時(shí)期達(dá)到高成熟階段（Ro=1.3%），地層溫度達(dá)140 ℃，產(chǎn)生大量原油和熱解干氣；在新近紀(jì)，孔二段烴源進(jìn)入生烴門限大量生烴（圖4）。結(jié)合黃驊坳陷中—古生界油氣成藏期研究成果［23］，可以推斷，王官屯地區(qū)中—古生界主要存在早侏羅世—早白堊世和新近紀(jì)—第四紀(jì)2期油氣充注。

表1 王官屯地區(qū)中—古生界部分井地層水特征及油藏封閉性評(píng)價(jià)Table1 Formation water characteristics and reservoir sealing evaluation of some Mesozoic and Paleozoic wells in Wangguantun area

瀝青顯微熒光觀察發(fā)現(xiàn)，王官屯地區(qū)以油質(zhì)瀝青、膠質(zhì)瀝青和瀝青質(zhì)瀝青為主（圖5a—5d）。對(duì)樣品中的烴類流體包裹體進(jìn)行巖相學(xué)及顯微測(cè)溫，王古1 井二疊系儲(chǔ)層中的烴類流體包裹體呈現(xiàn)黃色-黃綠色-綠色熒光的變化，多分布在顆粒內(nèi)裂縫中，黃色熒光包裹體尺寸較大，形狀為規(guī)則的橢球狀；綠色熒光包裹體尺寸較小，形狀隨內(nèi)裂縫發(fā)育呈現(xiàn)較為規(guī)則的橢球狀（圖5e—5h）。二疊系儲(chǔ)層烴類包裹體伴生的鹽水包裹體均一溫度測(cè)試結(jié)果顯示，鹽水包裹體具有2 個(gè)峰值溫度，分別為105～120 和130～145 ℃，由圖4對(duì)應(yīng)早白堊世和新近紀(jì)—第四紀(jì)2期成藏；中生界對(duì)應(yīng)新近紀(jì)—第四紀(jì)1期成藏。

圖4 王官屯地區(qū)油氣成藏綜合事件Fig.4 Comprehensive event map of hydrocarbon accumulation in Wangguantun area

圖5 王官屯地區(qū)中—古生界二疊系瀝青樣品透射光及熒光照片F(xiàn)ig.5 Transmitted light and fluorescence of the Mesozoic and Paleozoic Permian asphalt samples in Wangguantun area

結(jié)合上述分析及周邊地區(qū)的油氣成藏期調(diào)研判斷，王官屯地區(qū)古生界原油存在早白堊世和新近紀(jì)—第四紀(jì)2 期成藏，中生界則僅存在新近紀(jì)—第四紀(jì)1期成藏，以新近紀(jì)—第四紀(jì)成藏為主［23］。

3.2 油氣成藏模式

王官屯地區(qū)儲(chǔ)、蓋條件及其相互配置關(guān)系好，為混源、近源成藏，為進(jìn)一步總結(jié)油氣成藏模式，需明確油氣運(yùn)移路徑及油氣成藏過(guò)程。

孔東、孔西為2 條NE—NNE 走向的二級(jí)斷層，平面展布約為25～27 km［5］（圖6），在孔店組沉積時(shí)期活動(dòng)性最強(qiáng)，最大斷層活動(dòng)速率分別達(dá)到22.8 和34.2 m/Ma，王古1 斷層發(fā)育于中三疊世—晚白堊世，最大斷層活動(dòng)速率達(dá)到19.7 m/Ma，均可作為油氣輸導(dǎo)的通道［13］；奧陶系頂部GR值較低（圖3），風(fēng)化淋濾作用對(duì)頂部風(fēng)化殼物性有所改善［2，14］，孔、滲性較好，不整合面輸導(dǎo)性能良好；中生界及上古生界砂、泥互層段的縱向非均質(zhì)性較強(qiáng)，側(cè)向連通性強(qiáng)，在輸導(dǎo)和儲(chǔ)集性能方面對(duì)形成層狀油氣藏具有較大貢獻(xiàn)［16，18］。

圖6 王官屯地區(qū)中生界原油物性菱形分布Fig.6 Rhombohedral diagram of physical properties of Mesozoic crude oil in Wangguantun area

由于構(gòu)造活動(dòng)的持續(xù)作用，斷層將滄東-南皮凹陷烴源巖與王官屯地區(qū)古生界儲(chǔ)層完全錯(cuò)開(kāi)形成供烴窗口，垂向上溝通中生界與烴源巖［1，24］，與不整合、砂體等構(gòu)成復(fù)合輸導(dǎo)體系［25］，在油氣成藏期具有良好的輸導(dǎo)條件（圖7）；此外，二疊系上、下石盒子組砂巖儲(chǔ)層內(nèi)裂縫發(fā)育，為油氣在儲(chǔ)層內(nèi)側(cè)向運(yùn)聚提供有利條件。在原油向中生界儲(chǔ)層充注成藏的過(guò)程中，隨著原油運(yùn)移距離的增大，黏度逐漸增大，指示原油由烴源巖生成后穿過(guò)孔東斷層沿垂直于構(gòu)造等值線的方向在下盤潛山中聚集成藏（圖6）。

結(jié)合油氣成藏期分析，石炭系—二疊系烴源巖于早侏羅世進(jìn)入生烴高峰［12，18］，生成的油氣沿不整合進(jìn)入下伏奧陶系頂部碳酸鹽巖儲(chǔ)層，同時(shí)沿內(nèi)部裂縫充注到石炭系—二疊系砂巖中，此時(shí)中生界儲(chǔ)層未形成油氣藏，隨著王古1斷層的活動(dòng)性減小，于早白堊世油氣大量運(yùn)聚成藏，白堊紀(jì)末期發(fā)生擠壓和逆沖作用導(dǎo)致部分油氣散失［12，25］（圖4）。石炭系—二疊系烴源巖于新近紀(jì)進(jìn)入二次生烴階段，熱演化程度較高，生成的天然氣在生烴增壓作用下向砂巖和下伏奧陶系碳酸鹽巖中運(yùn)聚成藏；滄東-南皮凹陷孔二段烴源巖進(jìn)入生烴門限，孔東斷層及一系列次級(jí)斷層的活動(dòng)性與油氣主要成藏期的匹配關(guān)系良好，斷層成為油氣成藏的優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道，此時(shí)烴源巖與下盤石炭系—二疊系砂巖儲(chǔ)層對(duì)置，形成側(cè)向供烴窗口，溝通中生界儲(chǔ)層與孔二段烴源巖，凹陷中的油氣可以穿過(guò)斷層進(jìn)入下盤古生界儲(chǔ)層中，受浮力作用沿?cái)鄬映渥⒂谥猩缟绑w中（圖7）。

根據(jù)上述分析，奧陶系頂部風(fēng)化殼發(fā)育古生古儲(chǔ)型的古潛山氣藏，石炭系—二疊系烴源巖生成的天然氣沿不整合面充注成藏；上古生界部分巖性氣藏為自生自儲(chǔ)型，油氣進(jìn)入臨近砂體中，裂縫和內(nèi)幕小斷裂可作為優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道；中—古生界的斷塊油氣藏為孔二段供烴，發(fā)育側(cè)向供烴窗口，斷層、不整合為主要的油氣運(yùn)移通道。整體上，王官屯地區(qū)中—古生界油氣藏具有“多向供烴，復(fù)合輸導(dǎo)，近源成藏”的特征（圖7）。

4 結(jié)論

王官屯地區(qū)中—古生界油氣藏發(fā)育孔二段和石炭系—二疊系2套主力烴源巖，生烴條件好；中生界及上古生界砂礫巖中次生溶孔發(fā)育，下古生界碳酸鹽巖發(fā)育孔縫洞復(fù)合型儲(chǔ)集空間，儲(chǔ)集性能好；多套泥巖、膏巖及煤層蓋層在全區(qū)穩(wěn)定分布，形成5套主要的儲(chǔ)蓋組合，為中—古生界油氣藏提供良好的保存條件。

圖7 王官屯地區(qū)中—古生界潛山油氣成藏模式Fig.7 Hydrocarbon accumulation patterns of Mesozoic and Paleozoic buried hills in Wangguantun area

王官屯地區(qū)發(fā)育孔東、孔西、王古1斷層及一系列次級(jí)斷層，溝通源-儲(chǔ)關(guān)系，與上古生界儲(chǔ)層直接接觸，斷層、不整合面、砂體構(gòu)成復(fù)合輸導(dǎo)體系。古生界油氣藏具有早白堊世和新近紀(jì)-第四紀(jì)2 個(gè)主要的成藏期，中生界僅發(fā)生第2期成藏。

王官屯地區(qū)具有“多向供烴，復(fù)合輸導(dǎo)，近源成藏”的特征。石炭系—二疊系烴源巖在早白堊世發(fā)生第1 期成藏，油氣沿不整合進(jìn)入下伏奧陶系頂部?jī)?chǔ)層，此時(shí)中生界未形成油氣藏。石炭系—二疊系烴源巖在新近紀(jì)進(jìn)入二次生烴階段，油氣沿不整合進(jìn)入奧陶系頂部及中生界；滄東-南皮凹陷孔二段烴源巖與下盤石炭系—二疊系側(cè)向?qū)?，凹陷中的油氣可以穿過(guò)斷層進(jìn)入古生界儲(chǔ)層，在浮力作用下向中生界斷塊充注成藏。