渤海灣盆地渤中坳陷天然氣成藏主控因素與有利勘探方向

牛成民 于海波 胡安文 葉 濤 秦德海 華曉莉 梁舒藝

（ 中海石油（中國）有限公司天津分公司 ）

0 引言

渤海灣盆地是一個中—新生代的大型含油氣盆地[1]。近年來，渤海海域發(fā)現(xiàn)了一系列大中型油田，如深層的渤中13-2油田、淺層的渤中13-1南油田和墾利6-1油田等[2-4]，也取得了一些認識。例如，施和生等[5]認為多期立體網(wǎng)狀裂縫的發(fā)育程度及其與供烴窗的連通性是雙層結(jié)構(gòu)太古宇潛山成藏的關(guān)鍵；王德英等[6]在環(huán)渤中地區(qū)新近系油氣運移分析的基礎(chǔ)上，創(chuàng)立了“匯聚脊—斷層—圈閉”的淺層油氣控藏模式；徐長貴等[7]認為雙向烴源供給、高效的油氣輸導體系和連片砂體是墾利6-1億噸級油田油氣成藏的主控因素。隨著天然氣勘探力度的加大，近年渤海灣盆地渤中坳陷的天然氣勘探也獲得了重大突破，相繼發(fā)現(xiàn)了渤中19-6凝析氣藏、渤中21-2氣藏和渤中22-1氣藏等[8-15]。其中，渤中19-6凝析氣田儲量規(guī)模超千億立方米，是中國東部目前發(fā)現(xiàn)的最大的天然氣田[9]。從目前實際勘探情況來看，渤海灣盆地渤中坳陷天然氣整體勘探程度不高，仍具有較大勘探潛力。因此研究渤海灣盆地渤中坳陷天然氣成藏主控因素，理清勘探潛力，指出下一步有利勘探區(qū)，具有重要的現(xiàn)實意義。

1 天然氣藏特點

1.1 天然氣藏分布特征

從平面上看，渤海灣盆地渤中坳陷天然氣藏分布相對集中，主要發(fā)育于渤中凹陷西南部，包括曹妃甸18-2、渤中19-6北、渤中19-6和渤中26-2等凝析氣藏，以及渤中21-2氣藏與渤中22-1氣藏（圖1），約占渤海海域天然氣藏總數(shù)的70%。渤中凹陷北部和東部發(fā)現(xiàn)天然氣藏較少。

圖1 渤中凹陷西南部氣藏分布圖Fig.1 Gas reservoir distribution in southwestern Bozhong Sag

從層位上看，在太古宇變質(zhì)巖潛山、下古生界奧陶系碳酸鹽巖潛山、新生界古近系孔店組和東營組砂礫巖體中均發(fā)現(xiàn)了一定規(guī)模的氣藏。曹妃甸18-2凝析氣藏主力含油氣層段為太古宇變質(zhì)巖潛山及其上覆東營組三段底部砂礫巖，渤中19-6凝析氣藏主要含氣層段為太古宇變質(zhì)巖潛山和上覆孔店組砂礫巖，渤中26-2凝析氣藏主要含氣層段為太古宇變質(zhì)巖潛山，渤中21-2氣藏、渤中22-1氣藏和渤中19-6北凝析氣藏的主力含氣層段為下古生界奧陶系碳酸鹽巖潛山。其中，探明儲量規(guī)模超千億立方米的為渤中19-6太古宇變質(zhì)巖潛山；其次，探明儲量較大的為渤中21-2和渤中22-1的下古生界奧陶系碳酸鹽巖潛山。綜合來看，太古宇變質(zhì)巖潛山和下古生界碳酸鹽巖潛山是渤中凹陷天然氣主要富集層系。

1.2 天然氣藏組分特征

渤中凹陷天然氣藏組分最顯著的特點是CO2含量差異大（表1）。CO2含量最高的是渤中21-2下古生界奧陶系碳酸鹽巖潛山氣藏，高達50.12%；其次，渤中22-1下古生界奧陶系碳酸鹽巖潛山氣藏CO2含量也相對較高，一般在34.00%上下。其他天然氣藏中CO2含量較低，絕大多數(shù)小于10.00%。CO2含量與油氣流體相態(tài)密切相關(guān)，具體表現(xiàn)為高含CO2的天然氣藏為純干氣，如渤中21-2和渤中22-1氣藏，低含CO2的天然氣藏為凝析氣。造成上述差異的原因可能為大規(guī)模CO2充注期（新近系館陶組沉積期），早于油氣成藏期（新近系明化鎮(zhèn)組沉積期以來），早期充注的CO2占據(jù)有效儲集空間后處于一套相對獨立的壓力系統(tǒng)下，后期原油很難再進入物性相對更差的儲層中，僅部分烴類氣可繼續(xù)充注并與CO2混合，形成現(xiàn)今的高含CO2氣藏。

渤中凹陷天然氣藏組分另一個顯著的特點是低含CO2的天然氣藏烴類組分中乙烷及以上重烴含量較高，C2+平均含量為16.2%，一般在12%以上，干燥系數(shù)小于0.92，屬于典型的濕氣（表1）。這與渤中凹陷凝析氣藏中天然氣主要為沙河街組三段偏腐殖型干酪根的裂解氣密切相關(guān)[9]。

表1 渤中凹陷天然氣地球化學參數(shù)Table 1 Geochemical parameters of natural gas in Bozhong Sag

2 天然氣成藏主控因素及成藏模式

2.1 天然氣成藏主控因素

2.1.1 混合型烴源巖晚期快速熟化高強度生氣是大型氣藏形成的物質(zhì)基礎(chǔ)

前人對渤中凹陷已發(fā)現(xiàn)天然氣田的油氣特征、成因及來源開展了系統(tǒng)性研究，并取得了較為一致的認識：渤中凹陷天然氣藏中的凝析油主要源自沙河街組三段烴源巖，天然氣主要為沙河街組三段混合型干酪根裂解氣[8-12,16-18]。渤中凹陷沙河街組三段烴源巖TOC介于0.10%～4.33%，均值為2.62%，S1+S2在2.03～18.31mg/g之間，均值為16.19mg/g，屬于好—極好烴源巖。此外，沙河街組三段烴源巖主要形成于鹽度相對較低的開放湖盆環(huán)境[19-20]，有機質(zhì)中既有陸源高等植物又有菌藻類的貢獻，有機質(zhì)類型為Ⅱ1—Ⅱ2型（本文將其稱為混合型）（圖2）。

圖2 渤中凹陷烴源巖有機質(zhì)類型圖Fig.2 Organic matter types of source rocks in Bozhong Sag

王奇等[21]利用黃金管熱模擬實驗分析了渤中凹陷沙河街組三段混合型烴源巖生烴特征。結(jié)果表明，隨著成熟度的增加，沙河街組三段烴源巖的GOR值（生氣量與生油量比值）逐漸增大；Ro<1.0%，GOR增長緩慢，以生油為主；1.0%≤Ro≤1.3%，GOR顯著增大，主要生成原油伴生氣；當Ro>1.3%以后，GOR增加幅度更大，揭示油裂解氣貢獻增多[21]。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合盆地模擬分析結(jié)果可見，5.1Ma以前，渤中凹陷沙河街組三段烴源巖生氣量僅占總生氣量的16.6%，而5.1Ma至今，生氣量占總生氣量的83.4%，是早期生氣量的5倍（圖3）。這主要受新構(gòu)造運動的影響所致，渤海灣盆地渤中凹陷晚期（5.1Ma以來）發(fā)生了快速沉降，沉降速率高達320m/Ma，沉積厚度達3000m。該時期的快速沉降使得沙河街組三段烴源巖埋深迅速增大，進一步促進有機質(zhì)熱演化程度迅速增大，導致晚期大規(guī)模生氣。另外，該時期的大規(guī)模生氣與區(qū)域超壓泥巖蓋層的形成相匹配[22]，使天然氣能大規(guī)模富集成藏，從而為大氣田的形成奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。

圖3 渤中凹陷沙河街組三段烴源巖生氣模式（據(jù)文獻[19]修改）Fig.3 Gas generation model of the 3rd member of Shahejie Formation source rocks in Bozhong Sag (modified after reference [19])

2.1.2 多類型優(yōu)質(zhì)規(guī)模性儲層是大型氣藏形成的關(guān)鍵

渤中凹陷埋藏深度大，成巖作用強，但仍發(fā)育多種類型的有效儲集體，主要分布在古近系砂礫巖、下古生界碳酸鹽巖潛山和太古宇變質(zhì)巖潛山中[23-24]。不同類型的儲層，其特征和形成機制具有一定的差異性。

2.1.2.1 “優(yōu)勢礦物—多期應力—雙向流體”三元共控太古宇優(yōu)質(zhì)儲層

太古宇儲層巖性主要為片麻巖，內(nèi)部發(fā)育一定厚度的中基性侵入體，如閃長玢巖、輝綠巖和輝綠玢巖。中基性侵入體由于暗色礦物含量較高，同時侵入時間較晚，遭受構(gòu)造改造較弱，多為致密層。

變質(zhì)巖儲層以裂縫型儲層為主，也可見孔隙—裂縫型儲層及孔隙型儲層。垂向上變質(zhì)巖儲層物性、電性等具有規(guī)律性變化，可劃分為4個帶，分別為風化破碎帶、風化裂縫帶、相對致密帶和內(nèi)幕裂縫帶（圖4）。風化破碎帶與風化裂縫帶緊鄰風化殼發(fā)育，受風化作用控制明顯，其中風化破碎帶巖性主要為風化成因砂礫巖，常規(guī)測井具有高聲波時差、高中子孔隙度及低密度特征，成像測井主要為暗色背景下亮色角礫特征。風化破碎帶孔隙度介于6.7%～15.7%，平均孔隙度為11.0%，是儲集物性最好的層段。風化裂縫帶儲層以裂縫型儲層為主，成像測井上見大量的暗色正弦條帶，孔隙度介于1.4%～8.8%，平均孔隙度為4.5%。相對致密帶儲層發(fā)育程度較差，常規(guī)測井上具有高電阻率背景，成像測井亦為亮色背景，裂縫發(fā)育程度較差，基質(zhì)孔隙度介于0.2%～9.0%，平均孔隙度為2.6%。相對致密帶之下往往發(fā)育內(nèi)幕裂縫帶，此類儲層與風化裂縫帶儲層具有相似的特征，但成因具有差異，內(nèi)幕裂縫帶受表層風化作用較弱。

圖4 渤中凹陷變質(zhì)巖儲層垂向分帶特征Fig.4 Vertical zoning characteristics of metamorphic rock reservoirs in Bozhong Sag

優(yōu)勢礦物含量與太古宇變質(zhì)巖儲層物性密切相關(guān)[25-26]。侯明才等觀察渤中19-6構(gòu)造太古宇潛山巖心時發(fā)現(xiàn)暗色礦物含量高的層段裂縫不發(fā)育，巖心致密而暗色礦物含量低的層段裂縫發(fā)育，巖心破碎[25]?？碧綄嵺`也證實了上述觀點，如渤中19-6構(gòu)造B1井潛山上部4024～4136m，巖性以二長片麻巖為主，巖石中長英質(zhì)含量高，平均孔隙度為4.7%，綜合解釋氣層99.8m，大部分可作為天然氣儲層。潛山下部4136～4180m，巖性以黑云二長片麻巖為主，薄片下可見大量黑云母定向排列，并普遍發(fā)生綠泥石化，平均孔隙度僅為2.6%，綜合解釋氣層6.8m。儲層段數(shù)據(jù)對比表明，在相同構(gòu)造應力作用下，長英質(zhì)含量越高，地層脆性越強，更易形成裂縫，儲層越發(fā)育。

多期構(gòu)造作用是太古宇變質(zhì)巖潛山優(yōu)質(zhì)儲層形成的關(guān)鍵。構(gòu)造裂縫是主要的儲集空間類型，同時也為后期的溶蝕提供了流體通道。華北克拉通自破壞以來經(jīng)歷了多期構(gòu)造運動，主要包括印支期近南北向擠壓、燕山期走滑活動和喜馬拉雅期的多期拉張[27-28]。印支期受揚子板塊與華北板塊碰撞影響，產(chǎn)生大量近北西西向逆沖斷層，同時伴生形成了逆沖相關(guān)褶皺，逆沖相關(guān)褶皺在平面上可形成不同的構(gòu)造帶，被動盤在靠近斷裂帶附近可形成大量裂縫，主動盤可進一步劃分為前翼帶、轉(zhuǎn)折端帶和后翼帶，轉(zhuǎn)折端帶儲層中裂縫最為發(fā)育，測試產(chǎn)能亦高，前翼帶儲層次之，后翼帶整體儲層相對最差。燕山期太平洋板塊沿北北西向向東亞大陸俯沖，郯廬斷裂發(fā)生左旋走滑逆沖，部分斷層現(xiàn)今仍然保持著逆沖的特征，此時形成的走滑逆沖斷塊內(nèi)同樣發(fā)育了大量的裂縫。喜馬拉雅早期研究區(qū)受走滑作用影響，由左旋向右旋演變，同時地幔柱活動引起盆地裂陷，形成大量近南北向張性斷層，進而形成多走向的裂縫，受走滑活動影響強烈的區(qū)域發(fā)育北東向裂縫，受正斷層影響的區(qū)域則主要發(fā)育近東西向裂縫（圖5）。多期次的構(gòu)造裂縫使?jié)撋讲粌H發(fā)育上部風化殼儲層，還可發(fā)育巨厚的內(nèi)幕裂縫帶，整體構(gòu)成了變質(zhì)巖儲集體巨大的儲集空間。

圖5 不同期次構(gòu)造運動與裂縫成因關(guān)系（據(jù)文獻[19]修改）Fig.5 The relationship between tectonic movement and genesis of fractures in different periods (modified after reference [19])

風化淋濾過程中礦物差異溶蝕作用對長英質(zhì)變質(zhì)巖等結(jié)晶巖儲層品質(zhì)影響較大，長石類礦物的溶蝕是長英質(zhì)變質(zhì)巖類優(yōu)質(zhì)儲層形成的主要機理[29]。渤中凹陷太古宇變質(zhì)巖在地質(zhì)歷史時期長期暴露于地表，巖石遭受風化、剝蝕，使抗風化能力差的長石類礦物發(fā)生蝕變，大大增加了巖石的破碎程度。物理風化作用后，化學淋濾溶蝕作用對儲層進行更進一步的改善，加大了裂縫的開度，使儲層物性變好，有利于油氣的儲集和運移。尤其在潛山頂部和平緩部位，極易形成厚層風化殼，形成優(yōu)質(zhì)儲層。除了大氣淡水風化淋濾作用外，深部流體的注入對潛山儲層也具有重要改善作用。深部流體類型主要有幔源CO2、烴類等，對早期裂縫再活化，形成沿裂縫分布的溶蝕擴大孔具有重要意義。裂縫中充填石英的包裹體激光拉曼光譜中可檢測到大量CO2氣體（圖6）。CO2碳同位素分析顯示，CO2確為無機成因[29]，表明有大量幔源流體的活動，在巖心和薄片中可見大量溶蝕現(xiàn)象(圖7)。

圖6 渤中19-6構(gòu)造B6井4630m包裹體中的CO2氣體拉曼光譜信號Fig.6 Raman spectra of CO2 in inclusion at depth 4630m in Well B6 of Bozhong 19-6 structure

圖7 渤中凹陷變質(zhì)巖潛山儲層溶蝕特征Fig.7 Dissolution characteristics of metamorphic buried hill reservoir in Bozhong Sag

總之，渤海灣盆地渤中凹陷變質(zhì)巖潛山儲層垂向發(fā)育規(guī)律明顯，主要受控于“優(yōu)勢礦物—多期應力—雙向流體”，具有立體網(wǎng)狀的儲層發(fā)育模式（圖8）。潛山頂部風化作用強烈，發(fā)育一套風化成因的砂礫巖層，形成由不整合面控制的似層狀儲層。中部儲層由風化作用和構(gòu)造裂縫共同控制，裂縫發(fā)育程度較高，能夠形成多套碎裂帶。下部儲層是由斷裂控制的枝狀裂縫發(fā)育模式，局部可形成碎裂帶。

圖8 渤中凹陷變質(zhì)巖潛山儲層發(fā)育模式Fig.8 Development pattern of metamorphic buried hill reservoir in Bozhong Sag

依據(jù)上述地質(zhì)認識，采用基于方位各向異性裂縫儲層預測技術(shù)和基于繞射波的裂縫表征技術(shù)，分別對風化碎裂帶—風化裂縫帶和內(nèi)幕裂縫帶優(yōu)質(zhì)儲層進行預測。如圖9和圖10所示，優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育區(qū)與斷裂具有較好的耦合關(guān)系，預測結(jié)果與上述地質(zhì)認識較一致。渤中19-6構(gòu)造太古宇潛山即發(fā)育上述儲層模式，儲層厚度大，形成了氣柱高度達1500m的大型凝析氣藏。

圖9 基于方位各向異性的風化碎裂帶—風化裂縫帶儲層預測圖Fig.9 Reservoir prediction map of weathered cataclastic zone—weathered fracture zone by azimuthal anisotropy

圖10 基于繞射波數(shù)據(jù)體的內(nèi)幕裂縫帶儲層預測圖Fig.10 Reservoir prediction map of inner fracture zone by diffracted wave data volume

2.1.2.2 有利沉積相帶和巖溶作用共同控制古生界碳酸鹽巖優(yōu)質(zhì)儲層

渤中凹陷渤中21-2和渤中22-1氣藏儲層主要為古生界碳酸鹽巖。已鉆井發(fā)現(xiàn)的牙形石證實，區(qū)內(nèi)古生界主要為早奧陶世至中奧陶世的地層[30]。通過與華北地區(qū)奧陶系古生物化石、測井曲線特征等對比，渤中21-2和渤中22-1構(gòu)造區(qū)奧陶系自上而下可進一步劃分為中奧陶統(tǒng)馬家溝組和下奧陶統(tǒng)亮甲山組。

古生界碳酸鹽巖優(yōu)質(zhì)儲層的形成受巖性—巖相和巖溶作用共同控制。首先，巖性和巖相對儲層的控制作用主要表現(xiàn)在白云巖儲層相對發(fā)育和局限臺地的潮下帶和開闊臺地的臺內(nèi)灘微相為有利相帶[30-31]。潮下帶微相白云巖儲層發(fā)育多期溶蝕裂縫，呈半充填，儲集空間主要為裂縫—孔隙，孔隙度約為6.0%。臺內(nèi)灘微相溶蝕孔洞發(fā)育，部分被充填，儲集空間以孔洞—裂縫為主，孔隙度平均為7.0%。灘間和潮間帶水動力條件較弱，形成的沉積物巖性較致密，多含泥質(zhì)，基質(zhì)孔隙基本不發(fā)育，不利于后期溶蝕，儲集空間以裂縫為主，孔隙度平均為2.0%?？傊?，臺內(nèi)灘和潮下帶微相儲層物性較好，而灘間和潮間帶微相儲層物性較差。

巖溶作用是提高碳酸鹽巖儲層孔滲的重要建設(shè)性成巖作用[30-31]。大量巖心、薄片觀察結(jié)果顯示，研究區(qū)內(nèi)普遍發(fā)育與巖溶作用相關(guān)的溶蝕孔洞、粒內(nèi)溶孔、晶間溶孔、溶蝕縫等。加里東運動使華北地臺整體隆升為陸地，碳酸鹽巖潛山遭受長期的風化剝蝕，經(jīng)歷長時間的表生巖溶作用。燕山運動末期華北地臺再次抬升遭受剝蝕，進而對古老巖溶地貌再次進行改造（圖11）。巖溶儲層的發(fā)育分布受古巖溶地貌的嚴格控制，不同的古巖溶地貌單元有著不同的水動力條件并控制著古巖溶的發(fā)育。風化殼巖溶儲層厚度在巖溶斜坡帶普遍大于巖溶高地帶，巖溶斜坡帶上鉆探的風化殼巖溶儲層厚度主要分布在90～130m，最大可達240m；巖溶高地帶上鉆探的風化殼巖溶儲層厚度為100～110m。

圖11 渤中凹陷碳酸鹽巖潛山儲層發(fā)育模式Fig.11 Development pattern of carbonate buried hill reservoir in Bozhong Sag

綜上所述，深層碳酸鹽巖儲集體是有利沉積相帶經(jīng)過巖溶作用疊加的結(jié)果。巖性和沉積相是碳酸鹽巖潛山儲層形成的基礎(chǔ)，巖溶作用是碳酸鹽巖潛山儲層形成的關(guān)鍵。據(jù)此認識，構(gòu)建碳酸鹽巖儲層敏感因子，并采用基于巖溶相控的碳酸鹽巖儲層疊前反演技術(shù)（圖12），對碳酸鹽巖優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育帶進行預測，預測結(jié)果與鉆井吻合較好，也符合上述地質(zhì)認識。

圖12 基于疊前地震反演的碳酸鹽巖儲層預測圖Fig.12 Carbonate reservoir prediction map by pre-stack seismic inversion

2.1.2.3 “廣源深洼控砂—應力改造控儲”形成新生界大型砂礫巖儲集體

新生界砂礫巖儲層主要發(fā)育于渤中凹陷西南部渤中19-6構(gòu)造南部的孔店組?？椎杲M沉積時期，渤中19-6構(gòu)造南塊發(fā)育斷陷型深洼，物源充足且長期供給，洼陷區(qū)可容納空間較大，在垂向上形成巨厚的、多期疊置的扇三角洲砂礫巖體，具有“源足、洼深、砂厚”的沉積特征（圖13）。

圖13 渤中凹陷孔店組砂礫巖儲層形成模式Fig.13 Development pattern of glutenite reservoir of Kongdian Formation in Bozhong Sag

孔店組大型砂礫巖儲層主要為裂縫—孔隙型，物性較好，孔隙度為3.2%～14.5%，平均為8.8%，滲透率為0.145～14.5mD。孔隙類型包括原生孔隙和后期溶蝕作用形成的次生孔隙，同時裂縫也是重要的儲集空間（圖14）?？椎杲M砂礫巖中裂縫成因分為3種，一種為在變質(zhì)巖母巖風化淋濾階段，礫石內(nèi)部形成大量裂縫和溶蝕孔（圖14a、b），在搬運過程中裂縫發(fā)生再擴大；第二種裂縫為形成在早成巖期的粒內(nèi)縫，在壓實作用下巖石體積快速收縮，顆粒破裂；第三種裂縫為礫石貫穿縫，為晚成巖期構(gòu)造應力作用下貫穿顆粒形成的裂縫，對砂礫巖儲層滲透率的改善起到關(guān)鍵作用。另外，渤中19-6凝析氣藏中含有8%～10%的CO2，CO2侵位對砂礫巖儲層具有明顯的改善作用。掃描電鏡及鑄體薄片分析表明，當CO2進入儲層后，由于浮力作用，CO2會聚集在砂礫巖上部，形成大量次生溶蝕孔，長石大量溶解往往伴隨長石粒內(nèi)溶蝕孔和鑄?？椎某霈F(xiàn)及自生高嶺石的生成（圖14c）。CO2的侵位也會引起碳酸鹽膠結(jié)物的溶蝕，釋放大量早期膠結(jié)的原生孔隙；與此同時形成大量鐵方解石、鐵白云石及菱鐵礦等二氧化碳伴生礦物（圖14d），由于重力分異作用而分布在砂礫巖中下部，造成上下儲層物性存在明顯差異。

圖14 渤中凹陷孔店組砂礫巖顯微照片F(xiàn)ig.14 Microphoto of glutenite of Kongdian Formation in Bozhong Sag

此外，依據(jù)上述地質(zhì)認識，采用相約束擴展彈性阻抗反演技術(shù)，對孔店組砂礫巖優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育帶進行預測（圖15），預測的優(yōu)質(zhì)砂礫巖儲層巖性邊界清晰，與鉆井吻合較好。

圖15 基于相約束擴展彈性阻抗反演的砂礫巖儲層預測圖Fig.15 Glutenite reservoir prediction map by facies controlled extended elastic impedance inversion

2.1.3 厚層超壓泥巖蓋層是大中型天然氣藏形成的保障

大中型天然氣藏的形成，烴源巖是基礎(chǔ)，封蓋保存是關(guān)鍵[32]。渤中凹陷是渤海灣盆地演化的歸宿，與周緣凹陷相比，除發(fā)育沙河街組泥巖之外，同時發(fā)育巨厚的東營組湖相泥巖，為天然氣富集提供了良好的保存條件。

渤中凹陷大中型氣藏直接蓋層為沙河街組與東營組，鉆井揭示東營組與沙河街組泥巖厚度可達800～1200m，巨厚的、區(qū)域穩(wěn)定分布的泥巖為深層天然氣保存提供了良好的蓋層條件及運移匯聚條件[33]。另外，隨著埋深增加，受欠壓實和生烴作用的共同影響，從東營組二段開始，厚層泥巖中普遍發(fā)育超壓，使得天然氣更容易保存。前人將這種分布面積較廣、厚度較大的高壓異常泥巖帶（局部地區(qū)包括特殊巖性地層，如膏巖等）簡稱“被子”[33-35]。

渤中凹陷發(fā)育兩套超壓“被子”，分別為上超壓層與下超壓層（東營組二段—三段為上超壓層，沙河街組三段—四段為下超壓層），其中上超壓層厚度大，分布范圍廣，從凹陷到低凸起區(qū)均有分布，范圍包括渤中凹陷的主要構(gòu)造帶，壓力系數(shù)介于1.2～1.8之間；下超壓層比上超壓層壓力系數(shù)大，最大可達2.0，但分布范圍較小，一般分布于凹陷區(qū)，尖滅于斜坡部位。超壓“被子”一方面保證凹陷中形成的大量天然氣在“被子”之下匯聚并運移至構(gòu)造帶成藏，另一方面氣藏形成之后保證其長期不散失。

2.2 天然氣成藏模式

綜合來看，渤中凹陷內(nèi)太古宇潛山、古近系砂礫巖構(gòu)造帶和下古生界碳酸鹽巖潛山構(gòu)造帶都具有洼中隆的構(gòu)造背景，周緣次洼混合型烴源巖可為其提供充足的油氣來源。具體表現(xiàn)為，鄰近次洼沙河街組三段烴源巖通過斷裂與潛山和古近系砂礫巖對接或直接覆蓋其上，具有良好的供烴條件。多類型優(yōu)質(zhì)規(guī)模性儲層不僅是油氣的優(yōu)質(zhì)儲集空間，而且是潛山內(nèi)部油氣運移的良好通道。此外，渤中凹陷太古宇潛山及上覆砂礫巖體或下古生界碳酸鹽巖潛山之上均沉積了一套巨厚且平面廣布的超壓泥巖“被子”，且晚期斷裂破壞弱，超壓持續(xù)發(fā)育，一方面可將沙河街組三段混合型烴源巖生成的油氣強封閉在這套特殊蓋層之下并橫向運移至太古宇潛山及上覆砂礫巖體或下古生界碳酸鹽巖潛山中；另一方面，保證了其后漫長地質(zhì)歷史時期天然氣不易散失，從而形成“蓋下型”天然氣藏（圖16）。

圖16 渤中凹陷油氣成藏模式圖Fig.16 Hydrocarbon migration and accumulation pattern in Bozhong Sag

3 有利勘探方向

依據(jù)上述天然氣成藏富集規(guī)律，可將渤中坳陷天然氣下一步勘探方向分為厚層超壓泥巖蓋層覆蓋下的潛山和新生界砂礫巖體。

3.1 潛山勘探方向

渤中坳陷內(nèi)大中型天然氣藏多分布在厚層超壓泥巖蓋層覆蓋下的潛山中。厚層超壓泥巖蓋層對天然氣的匯聚和保存具有極其重要的作用?！皟?yōu)勢礦物—多期應力—雙向流體”共同控制著太古宇變質(zhì)巖潛山優(yōu)質(zhì)儲層的分布，沉積相帶與巖溶作用共同控制古生界碳酸鹽巖潛山優(yōu)質(zhì)儲層的發(fā)育程度。因此，尋找構(gòu)造改造強烈的太古宇變質(zhì)巖潛山和高能相帶與古隆起發(fā)育區(qū)的古生界碳酸鹽巖潛山是下一步渤中坳陷天然氣的有利勘探方向。如埕北低凸起北側(cè)曹妃甸23-6構(gòu)造，其具有凹中隆的有利構(gòu)造背景，圈閉規(guī)模較大，古生界主要發(fā)育寒武系—奧陶系，地震相與渤中21-2/渤中22-1構(gòu)造奧陶系優(yōu)質(zhì)儲層地震相相似，發(fā)育碳酸鹽巖高能相帶的可能性較大。構(gòu)造演化分析表明，該凹中隆繼承性發(fā)育，古生代時期構(gòu)造位置較高，利于古巖溶地貌的發(fā)育，易形成孔隙型優(yōu)質(zhì)儲層。同時，曹妃甸23-6構(gòu)造緊鄰渤中西南洼，烴源巖條件十分優(yōu)越，成藏與勘探潛力較大。

此外，一些被厚層超壓泥巖蓋層覆蓋的中生界火山巖潛山也可成為下一步天然氣有利勘探方向。研究表明，渤海海域中生界火山機構(gòu)屬于基底“改造型火山機構(gòu)”，優(yōu)質(zhì)儲層主要受控于巖漿性質(zhì)、古地貌和后期改造[36]。具體而言，在風化殼內(nèi)，爆發(fā)相或中性、酸性溢流相發(fā)育的殘存火山機構(gòu)是優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育區(qū)。渤中凹陷區(qū)的龍口7-1、渤中8-3南、渤中16-1等中生界潛山具備發(fā)育優(yōu)質(zhì)火山巖儲層的條件，且圈閉規(guī)模大，被巨厚超壓泥巖覆蓋，具備形成大型天然氣藏的條件。

3.2 新生界砂礫巖體勘探方向

傳統(tǒng)認為遠離顯性物源區(qū)不具備發(fā)育大型砂礫巖體的物質(zhì)與地貌條件，但渤中19-6構(gòu)造孔店組厚層砂礫巖的發(fā)現(xiàn)表明，針對新生代成盆早期古地貌特征的精細恢復，對強斷陷期砂礫巖體分布預測具有至關(guān)重要的作用。因此，針對新生界砂礫巖體，一方面，對于與渤中19-6構(gòu)造相似的由后期反轉(zhuǎn)作用形成的現(xiàn)今構(gòu)造脊，通過構(gòu)造演化分析與古地貌恢復手段，明確成盆早期古地貌特征，識別隱性的物源區(qū)與沉積區(qū)，進而尋找大型砂礫巖體發(fā)育區(qū)，可成為下一步新生界砂礫巖體中天然氣勘探方向之一。這類有利勘探區(qū)主要包括渤中19-6構(gòu)造北側(cè)南北向構(gòu)造脊，其早期發(fā)育砂礫巖可能性較大，并且現(xiàn)今構(gòu)造位置較高，具有優(yōu)良的成藏條件。另一方面，對于繼承性發(fā)育的（低）凸起，新生代早期處于強裂陷期，邊界斷層活動性較強，盆內(nèi)局部物源區(qū)供源充足，尤其在凸起陡坡帶，由于可容納空間較大，利于發(fā)育規(guī)模型砂礫巖體。這類有利勘探目標主要集中在渤南低凸起北側(cè)陡坡帶、沙壘田凸起和石臼坨凸起的南側(cè)陡坡帶。此外，環(huán)渤中凹陷的斜坡帶東營組二段下亞段至東營組三段厚層超壓泥巖中發(fā)育遠源規(guī)模性湖底扇體，且該層系偏腐殖型烴源巖大量生氣，因此湖底扇中也可形成大型天然氣藏，如渤中凹陷東南環(huán)的渤中18-3湖底扇。

4 結(jié)論

（1）渤海灣盆地渤中坳陷天然氣藏分布集中，主要發(fā)育于渤中凹陷西南部太古宇變質(zhì)巖潛山、下古生界奧陶系碳酸鹽巖潛山和新生界砂礫巖體中，其中下古生界奧陶系碳酸鹽巖潛山氣藏CO2含量高，為干氣藏，其他天然氣藏CO2含量低，為凝析氣藏。

（2）渤中凹陷天然氣藏主要受控于烴源巖條件、儲層質(zhì)量和蓋層品質(zhì)。其中渤中凹陷沙河街組三段混合型烴源巖晚期（5.1Ma以來）快速熟化高強度生氣為大型氣藏的形成奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)；受控于“優(yōu)勢礦物—多期應力—雙向流體”的太古宇變質(zhì)巖潛山儲層、沉積相帶和巖溶作用共同控制的古生界碳酸鹽巖潛山儲層以及“廣源深洼控砂—應力改造控儲”形成的新生界砂礫巖儲層為大氣藏的形成提供了優(yōu)質(zhì)的儲集條件；東營組至沙河街組廣覆分布的厚層超壓泥巖為大中型天然氣藏形成提供了良好的保存條件。

（3）渤中凹陷天然氣下一步勘探方向主要為厚層超壓泥巖蓋層覆蓋下的潛山和新生界砂礫巖體，有利的潛山天然氣勘探方向是埕北低凸起北側(cè)曹妃甸23-6潛山、渤中凹陷內(nèi)的龍口7-1潛山、渤中8-3南潛山等，有利的新生界砂礫巖體勘探方向為渤中19-6構(gòu)造北側(cè)南北向構(gòu)造脊、渤南低凸起北側(cè)陡坡帶、沙壘田凸起和石臼坨凸起南側(cè)陡坡帶及渤中凹陷東南環(huán)的渤中18-3湖底扇。