王文慶 李洪革 盧剛臣 閆家偉 楊愛敏
(中國石油東方地球物理公司研究院大港分院)
潛山油氣藏勘探一直是大港油田油氣資源接替的重要“戰(zhàn)場”[1-4]。黃驊坳陷潛山油氣勘探歷經(jīng)五十余年,1964年,港北高位潛山G 1井奧陶系試油獲得工業(yè)油氣流,揭開了大港探區(qū)碳酸鹽巖潛山勘探的序幕。但這一階段由于勘探技術(shù)相對(duì)比較落后,地震資料品質(zhì)差,導(dǎo)致對(duì)潛山成藏認(rèn)識(shí)不清,制約了潛山油氣藏勘探。20世紀(jì)80年代,火成巖作為特殊的油氣儲(chǔ)層引起重視,在棗園、王官屯等地區(qū)中生界相繼獲得工業(yè)油藏突破,但天然氣藏發(fā)現(xiàn)少。20世紀(jì)90年代,針對(duì)中低位奧陶系碳酸鹽巖潛山油氣藏實(shí)施鉆探,發(fā)現(xiàn)了一批古潛山油氣藏,如烏馬營潛山、埕海潛山、王官屯潛山均在奧陶系發(fā)現(xiàn)了高產(chǎn)油氣藏,但受奧陶系氣藏高含硫化氫和二氧化碳,且埋藏深等因素制約,拓展勘探與效益增儲(chǔ)難度大[5-9]。近年來,通過轉(zhuǎn)變勘探思路與創(chuàng)新地質(zhì)認(rèn)識(shí),在黃驊坳陷南部烏馬營潛山內(nèi)幕多層系獲得來自煤系源巖的天然氣勘探重要突破,證實(shí)了深層儲(chǔ)層仍然具有良好儲(chǔ)集物性,并發(fā)現(xiàn)了蓮花凝析氣藏。本文以新高精度三維地震、鉆井和前人研究成果為基礎(chǔ),對(duì)烏馬營潛山深層圈閉條件、生烴潛力、儲(chǔ)層空間和油藏模式等展開研究,并對(duì)黃驊坳陷潛山內(nèi)幕原生氣藏勘探前景進(jìn)行初步探討。
蓮花氣田位于渤海灣盆地黃驊坳陷南部烏馬營潛山帶,北部為王官屯潛山,南側(cè)與東光潛山以淺鞍相隔,東西方向夾持于第三紀(jì)發(fā)育的徐西斷層與滄東斷層之間(圖1)。該區(qū)勘探近五十年,以孔店組孔二段、孔一段及沙河街組為主要目的層,以古近系孔二段頁巖為主要烴源巖,發(fā)現(xiàn)落實(shí)多個(gè)小型含油構(gòu)造,勘探開發(fā)逐漸進(jìn)入萎縮階段。目前潛山勘探開發(fā)程度極低,僅于1998年針對(duì)奧陶系目的層鉆探了WS 1井,奧陶系頂部試油后,由于高含硫化氫后封井,潛山勘探長期處于停滯階段。近期鉆探的YG 1、YG 2和WT 1井相繼在古生界、中生界及古近系獲高產(chǎn)油氣流,不但推動(dòng)了蓮花凝析氣田的發(fā)現(xiàn),同時(shí)也堅(jiān)定了在大港探區(qū)尋找煤系源巖大中型凝析氣藏的信心,對(duì)于推動(dòng)渤海灣盆地東部探區(qū)來自煤系源巖深層天然氣勘探具有重要意義。
圖1 蓮花氣田構(gòu)造位置
與鄰區(qū)相比,烏馬營潛山帶處于印支-燕山期弱構(gòu)造改造區(qū),上古生界地層保存完整,厚度達(dá)900~1 200 m[10]。其中,上古生界石炭-二疊系含煤巖系主要發(fā)育在太原組及山西組,包括煤、碳質(zhì)泥巖和暗色泥巖三類煤系源巖,厚度在250~400 m之間,分布面積達(dá)9 589 km2,呈現(xiàn)厚度大、分布廣的特點(diǎn)[11]。
根據(jù)油氣成熟度和生物標(biāo)志物等研究,烏馬營地區(qū)煤系源巖現(xiàn)今已進(jìn)入高成熟、大規(guī)模生氣階段,為黃驊坳陷最為有利的煤系源巖生油氣區(qū)[12-13]。結(jié)合古埋藏史和生烴模擬表明,古生界經(jīng)歷了兩次抬升三次深埋,具有多期生烴的特點(diǎn)。一次生烴期主要為早白堊世末期(136 Ma左右),以生油為主,生油量約179×108t,生烴中心位于烏馬營地區(qū);二次生烴期為孔店組沉積時(shí)期(24~5 Ma)至今,以生氣為主,生氣量達(dá)42×1012m3,存在烏馬營-王官屯地區(qū)和歧北-埕海地區(qū)兩個(gè)生氣中心(圖2)。其中,烏馬營-王官屯地區(qū)總生氣量約為12.6×1012m3,具有生烴時(shí)間晚、生氣規(guī)模大的特點(diǎn),為潛山油氣成藏提供了氣源保障。
圖2 黃驊坳陷上古生界煤系烴源巖展布與生烴強(qiáng)度
烏馬營潛山中、新生代主要經(jīng)歷了印支-燕山-喜山三期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)疊加及改造,導(dǎo)致多個(gè)不同類型的構(gòu)造圈閉疊合發(fā)育。根據(jù)新高精度三維地震解釋,該區(qū)二疊系頂面形態(tài)整體表現(xiàn)為一個(gè)被斷層復(fù)雜化的大型擠壓背斜構(gòu)造,主要由西部北北東向斷鼻構(gòu)造和東部近東西向?qū)捑彵承睒?gòu)造組成,為印支-燕山期擠壓和喜山期拉張雙重應(yīng)力共同作用的產(chǎn)物(圖3)。
中、古生代烏馬營地區(qū)主要受印支和燕山構(gòu)造運(yùn)動(dòng)控制,具備兩期構(gòu)造變形相互改造疊加的特點(diǎn)。近南北向剖面上,潛山帶東側(cè)大型寬緩背斜發(fā)育,為印支期南北向擠壓應(yīng)力環(huán)境下形成的背斜構(gòu)造圈閉(圖3a)。該圈閉形態(tài)完整,且晚期斷層活動(dòng)較弱,破壞程度低,易于油氣規(guī)模聚集。西側(cè)逆沖斷裂發(fā)育,構(gòu)造復(fù)雜,主逆沖斷層西傾東沖,呈北東-南西走向,推測為燕山期北西-南東向擠壓應(yīng)力作用的結(jié)果(圖3b)。該時(shí)期大型逆沖斷層切割印支期寬緩古背斜西翼,同時(shí)伴生發(fā)育北北東向斷層相關(guān)斷鼻圈閉,二者共同構(gòu)成古潛山的主體。新生代在喜山期拉張應(yīng)力環(huán)境下,沉積巨厚的第三系,深埋東部印支期背斜構(gòu)造與西部燕山期逆沖斷鼻構(gòu)造后潛山定型,形成現(xiàn)今的被斷層復(fù)雜化負(fù)反轉(zhuǎn)背斜構(gòu)造圈閉。
此外,由于斷層活動(dòng)強(qiáng)度有別,西側(cè)斷鼻圈閉南-中-北差異較大。過潛山東西向聯(lián)合地震剖面中,北段圈閉頂部地層剝蝕與斷層改造現(xiàn)象明顯,孔店組地層與二疊系以不整合接觸為主(圖4a)??滓欢纬练e期斷層切入前第三系,進(jìn)一步切割改造斷鼻圈閉,中段為不對(duì)稱三角逆沖推覆段,高角度逆沖與反沖斷層發(fā)育,鏟式主逆沖斷層上盤伴生相關(guān)褶皺圈閉(圖4b)。逆沖斷層侏羅-白堊系沉積時(shí)期活動(dòng)強(qiáng),能有效溝通油源,第三系沉積時(shí)期活動(dòng)弱,對(duì)圈閉改造弱,斷鼻構(gòu)造形態(tài)保留完整。南部為張扭性負(fù)反轉(zhuǎn),中生代早逆晚正伸展斷層和主逆沖斷層限制西側(cè)斷鼻向北變窄,分割構(gòu)造為不同斷塊圈閉(圖4c)。
圖3 烏馬營潛山南北向聯(lián)合地震剖面
圖4 烏馬營潛山東西向聯(lián)合地震剖面
由于多期造山運(yùn)動(dòng)疊加構(gòu)造演化特點(diǎn)的不同,烏馬營潛山內(nèi)幕經(jīng)歷了海相、海陸過渡相和陸相沉積的轉(zhuǎn)變,地層自下而上可劃分為奧陶系碳酸鹽巖、二疊系下石盒子組砂巖和侏羅系砂巖3套儲(chǔ)層,為油氣聚集提供了有利空間。
根據(jù)巖心觀察、薄片資料以及鉆井資料可知,下古生界奧陶系碳酸鹽巖為一套碳酸鹽臺(tái)地沉積,儲(chǔ)集空間主要為次生巖溶孔縫洞和構(gòu)造縫,表生淡水淋濾、深層熱液改造及多期擠壓變形為主要成因[14-16]。儲(chǔ)層主要分布在距奧陶系頂部250~300 m風(fēng)化殼附近,峰峰組頂?shù)撞?、上馬家溝組上部均有分布,可從WS 1井巖心和成像測井資料分析中得以充分證實(shí)。
上古生界二疊系下石盒子組辮狀河沉積環(huán)境,砂巖為儲(chǔ)層。根據(jù)研究區(qū)YG 1、WS 1、YG 2井儲(chǔ)層物性數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可知,二疊系下石盒子組砂巖平均孔隙度為9%,滲透率為0.32 mD,屬于低孔、低滲致密砂巖儲(chǔ)層。其原生孔隙幾乎不發(fā)育,巖性特征、早期油氣充注及后期構(gòu)造改造三種作用控制形成微孔隙、次生溶孔和大量裂縫發(fā)育,使得下石盒子組砂巖物性得到極大改善,成為該區(qū)最有利的儲(chǔ)集層系之一[17-18]。
中生界侏羅系為砂巖儲(chǔ)層,受差異剝蝕、優(yōu)勢沉積相帶控制,優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層僅在烏馬營潛山西翼和北翼分布,面積約80 km2。沉積相為辮狀河河道沉積,具有砂、礫等粗粒沉積物含量較高,泥質(zhì)含量少的特點(diǎn)[19]。鉆測井資料表明,侏羅系砂體厚度大于60 m,最大厚度約220 m;測井解釋最高孔隙度為23%,最大滲透率154 mD,原生孔與次生孔共存,發(fā)育優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層。
烏馬營潛山以上古生界石炭-二疊系煤系地層為烴源巖,縱向主要發(fā)育上古生-下古儲(chǔ)-上古(生界)蓋組合、上古生-上古儲(chǔ)-上古(生界)蓋組合和上古生-中儲(chǔ)-新(生界)蓋組合三種生-儲(chǔ)-蓋組合類型(表1)。油氣成藏整體表現(xiàn)出“縱向多層疊置,平面廣覆式分布”的特點(diǎn)(圖5)。在這三種古潛山成藏模式中,以上古生-下古儲(chǔ)-上古(生界)蓋組合塊狀油氣藏和上古生-上古儲(chǔ)-上古(生界)蓋組合層狀油氣藏為主,上古生-中儲(chǔ)-新(生界)蓋組合不整合油氣藏規(guī)模較小。烏馬營潛山真正具有重要工業(yè)價(jià)值的古潛山油氣藏,主要還是發(fā)育在上古生界二疊系砂巖地層中,尤其是早期構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng),造成構(gòu)造裂縫發(fā)育,且晚期弱改造區(qū)。
表1 黃驊坳陷深層生儲(chǔ)蓋組合類型
圖5 烏馬營潛山油氣成藏模式
2.4.1 上古生-下古儲(chǔ)-上古(生界)蓋組合
儲(chǔ)層為下古生界奧陶系碳酸鹽巖,頂部被上古生界石炭系煤系地層以不整合覆蓋,可起到遮擋油氣逸散的作用,側(cè)向則以斷層或不整合與石炭系烴源巖接觸。煤系烴源巖達(dá)到生烴門限后,優(yōu)先進(jìn)入鄰近的奧陶系碳酸鹽溶蝕孔洞和構(gòu)造縫儲(chǔ)集體。油氣主要分布于奧陶系頂部250~300 m風(fēng)化殼內(nèi),聚集于潛山頂部,向深部變?yōu)橹旅軐硬缓瑲?,其形態(tài)往往呈“楔狀”,主要發(fā)育塊狀油氣藏。烏馬營潛山以WS 1井和YG 3井為代表,已發(fā)現(xiàn)油氣藏。
2.4.2 上古生-上古儲(chǔ)-上古(生界)蓋組合
以石炭系太原組和二疊系山西組的煤層、碳質(zhì)泥巖和暗色泥巖為主力烴源巖,儲(chǔ)集體為二疊系上石盒子組下段與下石盒子組河道亞相砂體分支河道-河口壩砂體,多數(shù)情況下還發(fā)育構(gòu)造裂縫。頂部被上石盒子組上段與石千峰組大套泥巖整合覆蓋,垂向以斷層或潛山內(nèi)部的滲透層與烴源巖溝通。據(jù)YG 1井和YG 2井鉆探突破證實(shí),上古生界二疊系石盒子組氣藏以泥巖為遮擋,呈層狀展布,易形成層狀油氣藏。
2.4.3 上古生-中儲(chǔ)-新(生界)蓋組合
潛山內(nèi)部侏羅系河道砂巖儲(chǔ)層滲透層夾于非滲透層之間,頂部孔店組泥巖以角度不整合覆蓋于古潛山之上,個(gè)別情況下配合斷層遮擋為蓋層,運(yùn)移通道為斷層和不整合面,易形成不整合油氣藏。烏馬營潛山Y(jié) 7X1井?dāng)啾鞘窃擃惓刹啬J降牡湫痛怼?/p>
通過深入剖析烏馬營潛山內(nèi)幕成藏條件,以潛山內(nèi)幕優(yōu)勢“源-儲(chǔ)-蓋”匹配關(guān)系為切入點(diǎn),研究認(rèn)為黃驊坳陷中-古生界發(fā)育多套儲(chǔ)蓋組合。上古生界二疊系下石盒子組平面展布廣泛,縱向發(fā)育厚層砂巖,晚期受溶蝕孔隙和構(gòu)造裂縫改造,發(fā)育優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層。下石盒子組頂部以橫向分布穩(wěn)定的上石盒子組-石千峰組泥巖為區(qū)域蓋層。此外,石炭系煤系源巖,二次生烴潛力高,資源豐富,潛山帶大面積分布,油氣源供給充足,三者“源-儲(chǔ)-蓋”匹配關(guān)系好,勘探前景廣闊。黃驊坳陷二疊系下石盒子組構(gòu)造圈閉形態(tài)完整且面積大,以背斜和斷鼻為主,評(píng)價(jià)25個(gè)圈閉,Ⅰ類圈閉12個(gè),面積占48%,具備形成較大規(guī)模潛山內(nèi)幕油氣的基本條件和潛力。最為關(guān)鍵的是,二疊系氣藏不含硫化氫,可有效開采動(dòng)用,為黃驊坳陷潛山下步勘探最有利勘探層系。
黃驊坳陷首次發(fā)現(xiàn)來自煤系源巖的不含硫化氫凝析氣田,實(shí)現(xiàn)了深層天然氣戰(zhàn)略性突破,開辟了勘探新領(lǐng)域,證明渤海灣盆地古生界含油氣系統(tǒng)勘探前景廣闊。石炭-二疊系煤系地層作為黃驊坳陷一套重要的源巖層,初步估算煤系源巖殘留面積可達(dá)9 589 km2,生烴范圍4 870 km2,總生氣量約4 200×108m3。初步評(píng)價(jià)渤海灣盆地石炭-二疊系殘留面積84 795 km2,殘留最大厚度達(dá)800 m,潛山天然氣資源量達(dá)1012m3,資源潛力巨大[20]。此外,黃驊坳陷潛山領(lǐng)域系列地質(zhì)認(rèn)識(shí)的創(chuàng)新,直接支撐了大港探區(qū)規(guī)模增儲(chǔ)與效益勘探,奠定了大港油田原油產(chǎn)量上產(chǎn)500×104t的資源基礎(chǔ),也為京津冀地區(qū)逐年增加的天然氣供應(yīng)需求提供清潔能源支持,助推雄安新區(qū)建設(shè)。
(1)受印支-燕山-喜山三期構(gòu)造活動(dòng)疊加及改造影響,烏馬營潛山整體表現(xiàn)為一個(gè)北東向被斷層復(fù)雜化的大型背斜構(gòu)造。受近北北東向逆沖構(gòu)造帶分割,自西向東發(fā)育北北東向斷鼻和近東西向?qū)捑彵承睒?gòu)造圈閉,為深層氣田的形成奠定了地質(zhì)基礎(chǔ)。
(2)烏馬營地區(qū)石炭-二疊系煤系源巖殘留厚度大、分布廣,且處于一次和二次生烴中心,生烴潛力大,具有良好的生烴物質(zhì)基礎(chǔ),為潛山油氣藏的形成提供了重要保障。潛山內(nèi)幕奧陶系碳酸鹽巖、二疊系下石盒子組砂巖和侏羅系砂巖多套儲(chǔ)層疊置發(fā)育為天然氣大面積連片富集提供了有利空間。
(3)古生界含油氣系統(tǒng)具有多層系優(yōu)勢儲(chǔ)蓋組合疊合富集的天然氣成藏模式,上古生-上古儲(chǔ)-上古(生界)蓋組合成藏模式,分布穩(wěn)定,匹配關(guān)系最優(yōu),為黃驊坳陷下步重點(diǎn)勘探類型。
(4)古生界含油氣系統(tǒng)成藏理論認(rèn)識(shí)指導(dǎo)了黃驊坳陷深層內(nèi)幕原生油氣藏的勘探突破,實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對(duì)于推動(dòng)渤海灣盆地來自煤系源巖的天然氣勘探具有重要指導(dǎo)意義。