江 夏，周荔青

(1.中國石油大學(xué)，北京 102249； 2.中國石油化工集團(tuán)公司 外事局，北京 100728；3.中國石油化工股份有限公司 石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083； 4.中國石油化工股份有限公司 華北分公司，鄭州 450006)

蘇北盆地是指蘇北—南黃海盆地的陸上部分，位于江蘇省長江以北地區(qū)，面積32 800 km2。盆地西界為郯廬斷裂，北接揚(yáng)子板塊與華北板塊縫合帶，南界為揚(yáng)子褶皺系的低山丘陵區(qū)。它是中國東南部陸地上最大的中新生代近海張性含油氣斷陷盆地[1]。盆地由南往北劃分為東臺(tái)坳陷、建湖隆起、鹽阜坳陷三大單元，又可細(xì)劃為10個(gè)箕狀斷陷和16個(gè)凸起、低凸起 (圖1)。

中新生代盆地經(jīng)歷了由晚白堊世、古近紀(jì)斷陷到新近紀(jì)—第四紀(jì)坳陷的構(gòu)造演化，發(fā)育上、下2套成油氣組合(圖2)。晚白堊世晚期—古新世，盆地強(qiáng)烈沉降，加上氣候溫濕、潮平面上升及海浸，盆地發(fā)育河流—三角洲—湖泊沉積體系，沉積了厚2 500 m、生儲(chǔ)蓋層齊全的泰州組和阜寧組，形成下部原生成油氣組合。古新世末期，發(fā)生了以區(qū)域隆升作用為主的吳堡運(yùn)動(dòng)，且氣候干旱、湖平面較低，結(jié)束了持續(xù)性的河—湖沉積環(huán)境。自此，盆地進(jìn)入沖積—河流—泛濫平原沉積環(huán)境，發(fā)育厚達(dá)3 500 m的多套儲(chǔ)蓋層系，形成上部次生成油氣組合。

目前，該盆地年產(chǎn)原油已達(dá)190×104t，已探明儲(chǔ)量約為2.4×108t，探明與控制儲(chǔ)量累計(jì)約3.1×108t。盆地中已發(fā)現(xiàn)70多個(gè)中小型油氣田，單個(gè)油氣田探明儲(chǔ)量小于2 000×104t；其中，大于1 000×104t的油田5個(gè)，大于500×104t的油田15個(gè)，絕大多數(shù)為(50～200)×104t的超小型油氣田。規(guī)模較大的前20位油氣田的探明儲(chǔ)量占總探明儲(chǔ)量的90%。

蘇北盆地油氣聚集具明顯富集性，已發(fā)現(xiàn)的油氣田均分布在南部的東臺(tái)坳陷，約95%以上的油氣儲(chǔ)量分布在高郵、金湖、溱潼等3個(gè)富油氣凹陷，不同含油氣斷陷的主力產(chǎn)層、油氣成藏特征也有明顯差異。研究表明，盆地沉積中心遷移、沉積體系演變、吳堡運(yùn)動(dòng)、巖漿作用、構(gòu)造演化等因素綜合控制了盆地內(nèi)富油氣凹陷的形成與分布[2-5]。

1 沉降中心遷移對富油氣凹陷的控制

1.1 發(fā)育4類凹陷

晚白堊世晚期—古近紀(jì)以來，蘇北盆地的演化受中國東部大陸區(qū)域拉張應(yīng)力和郯廬斷裂右旋運(yùn)動(dòng)控制，盆地沉積中心有規(guī)律地由西向東遷移，造成各凹陷不同時(shí)期的沉積厚度有很大差異[2-3]。

根據(jù)蘇北盆地各凹陷鹽城組—東臺(tái)組、三垛組—戴南組、阜寧組—泰州組等上、中、下3套地層的厚度，將凹陷分為早期快速沉降型(Ⅰ類)、持續(xù)快速沉降型(Ⅱ類)、晚期快速沉降型(Ⅲ類)、持續(xù)緩速沉降型(Ⅳ類)等4類凹陷。Ⅰ類凹陷3套地層最大厚度為5 000 m，上、中、下3套地層厚度分別為1 000,1 800,2 200 m，代表性凹陷為金湖、洪澤凹陷。Ⅱ類凹陷沉積建造的最大厚度為7 000 m，上、中、下3套地層厚度分別為2 500,2 700,1 800 m，代表性凹陷為高郵、溱潼凹陷。Ⅲ類凹陷3套地層的最大厚度為5 200 m，上、中、下3套地層厚度分別為2 000,1 400,1 800 m，代表性凹陷為海安、鹽城、白駒凹陷等。Ⅳ類凹陷沉積建造最大厚度為3 500 m，上、中、下3套地層厚度分別為1 100,1 200,1 200 m，代表性凹陷為阜寧、漣南、漣北凹陷等。上述4類凹陷有規(guī)律展布，盆地西部以發(fā)育Ⅰ類凹陷為主，中部發(fā)育Ⅱ類凹陷，東部發(fā)育Ⅲ類凹陷，北東部則為Ⅳ類凹陷。

圖1 蘇北盆地中新生代構(gòu)造格局

圖2 蘇北盆地中新生代沉積建造序列

1.2 4類凹陷含油氣性的顯著差異

這4類凹陷成油氣地質(zhì)條件的差異主要表現(xiàn)在以下3個(gè)方面：1)在主要烴源巖沉積期，鄰近沉降中心的凹陷烴源巖厚度大，且以深湖相烴源巖為主，有機(jī)質(zhì)豐度高、類型好；2)在烴源巖沉積后，凹陷若能保持較高的沉降速度，則有利于烴源巖較早成熟，有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化率較高，有效烴源巖的體積也增大；3)在垛一段—戴南組沉積期，烴源巖若能大面積成熟，則當(dāng)時(shí)有較強(qiáng)烈斷裂構(gòu)造活動(dòng)的凹陷內(nèi)，大量原生油氣順同生斷裂向上運(yùn)移，形成十分豐富的次生油氣藏。

受成油氣地質(zhì)條件差異影響，4類凹陷的油氣豐度有明顯差異。Ⅱ類凹陷油氣豐度為(4～6)×104t/km2，Ⅰ類凹陷為(2～4)×104t/km2，Ⅲ類凹陷僅為(0.5～1)×104t/km2，而Ⅳ類凹陷尚未發(fā)現(xiàn)油氣田。4類凹陷的原、次生油氣資源比例也不同。Ⅱ類凹陷原、次生油氣資源比例為1∶1～2∶1，次生油氣十分豐富；Ⅰ,Ⅲ類凹陷的次生油氣則很少。4類凹陷的勘探層埋深差異也很大。Ⅱ類凹陷超淺層—超深層型油氣藏均十分發(fā)育，目的層埋深1 000～5 000 m，含油氣層位垛二段—泰一段均有；Ⅰ類凹陷油氣層埋深800～3 000 m，目的層比較集中在阜三段、阜二段和阜一段；Ⅲ類凹陷油氣層埋深2 400～4 000 m，目的層為阜三段、阜一段和泰一段。

2 沉積體系變遷對富油氣凹陷的控制

受盆地構(gòu)造演化影響，晚白堊世—古近紀(jì)蘇北盆地沉積體系有過很大變遷[1,6-7]。如圖3所示，泰州組—阜四段沉積期，盆地受西高東低地貌影響，發(fā)育由西向東的大型軸向水流，河流、三角洲等最有利儲(chǔ)集相帶分布在西部凹陷區(qū)，并在阜二段、阜四段沉積期的淺水部分形成生物灰?guī)r儲(chǔ)集層。其他凹陷區(qū)則受徑向小型水流控制，由凸起與低凸起等供給物源。

吳堡運(yùn)動(dòng)后，盆地構(gòu)造格局發(fā)生重要變遷，東部的小海及曹敝凸起大幅上升，形成東西兩大物源系[1,6]。如圖4所示，戴南組—三垛組沉積時(shí)期，盆地發(fā)育雙向大型軸向水流，兩大河流分別位于盆地東西兩端，控制盆地平面上粗、細(xì)碎屑巖的比例有規(guī)律地變化。盆地西部及東部兩端地區(qū)，戴南組—三垛組中粗碎屑巖比例高，蓋層不發(fā)育，儲(chǔ)蓋組合較差。盆地中部的高郵、溱潼凹陷，由東向西依次發(fā)育蓋層不發(fā)育區(qū)(洪積扇扇根、辮狀河流相)、有利儲(chǔ)蓋組合配置區(qū)(扇三角洲—湖相泥巖交替或河流相、泛濫平原相交替區(qū))及儲(chǔ)層不發(fā)育區(qū)(淺湖相或泛濫平原相)。

受沉積體系變遷影響，盆地不同部位的生油巖情況及有利儲(chǔ)蓋組合有很大區(qū)別，加之各區(qū)塊其他油氣成藏條件不同，不同地區(qū)的勘探層有明顯差異。

圖3 蘇北盆地泰二段—阜二段巖相古地理

圖4 蘇北盆地戴南組—三垛組巖相古地理

2.1 盆地西部地區(qū)(包括金湖、洪澤凹陷)

本區(qū)處于泰州組—阜寧組沉積期西部大型河流入湖區(qū)，泰州組—阜一段為一套紅色碎屑巖、泥巖建造，無生油條件。因其為早期快速沉積型凹陷，后期(Ny—Q)沉積厚度極薄(僅0～500 m)，導(dǎo)致阜四段、阜三段普遍未成熟。因此，僅發(fā)育阜二段主力烴源巖。

在金湖凹陷，因發(fā)育阜二段優(yōu)質(zhì)烴源巖，加之阜寧組儲(chǔ)集相帶有利，發(fā)育阜二段上/阜二段下+ 阜一段及阜四段/阜三段有利生儲(chǔ)蓋組合；阜寧組油藏埋藏淺、規(guī)模較大，但由于僅有一套烴源巖，該凹陷油氣資源豐度低于高郵、溱潼凹陷。在該凹陷的三河、龍崗深凹部位，阜四段烴源巖進(jìn)入成熟門限，發(fā)育戴一段上/戴一段下儲(chǔ)蓋組合的小型油藏。

在洪澤凹陷，受沉積作用影響，未形成阜寧組的良好生儲(chǔ)蓋組合，導(dǎo)致油氣勘探前景較差。在洪澤的管鎮(zhèn)次凹，阜二段、阜三段均為紅色粗碎屑巖建造，缺乏主力烴源巖。在洪澤順河集次凹，阜二段發(fā)育鹽湖型優(yōu)質(zhì)烴源巖，烴源巖成熟門限僅800～1 200 m，但因阜三段及阜一段上部儲(chǔ)層不發(fā)育，難以形成良好的原生成油氣組合。

2.2 盆地中部地區(qū)(包括高郵、溱潼凹陷)

晚白堊世晚期—古新世時(shí)期，該區(qū)深湖—半深湖與河流—扇三角洲淺湖沉積環(huán)境交替出現(xiàn)，既形成阜四段、阜二段、泰二段等多套深湖相生油巖，又發(fā)育阜三段、阜一段上部、阜一段下部、泰一段等多套河流—扇三角洲砂體，由此，下部原生成油組合發(fā)育多套有利生儲(chǔ)蓋組合。該區(qū)塊整體熱演化程度較高，烴源巖普遍進(jìn)入成熟門限，油氣垂向運(yùn)移較活躍，上部次生成油氣組合成藏條件極好。上部次生含油組合由垛二段上/垛二段下、垛一段上/垛一段下、戴二段、戴一段上/ 戴一段下等儲(chǔ)蓋組合構(gòu)成，以中高滲扇三角洲、河流相儲(chǔ)層為主。在河流相及扇三角洲相與湖相、泛濫平原相的相變地帶，發(fā)育戴南組—三垛組巖性油氣藏。在兩凹陷的東部地區(qū)，戴南組內(nèi)缺乏區(qū)域性蓋層，次生油氣聚集在垛一段上/垛一段下儲(chǔ)蓋組合中[8]。

2.3 盆地東部地區(qū)(包括海安、鹽城凹陷)

該區(qū)泰州組—阜寧組沉積期遠(yuǎn)離主物源區(qū)，長期處于淺湖—半深湖環(huán)境，烴源巖極發(fā)育，尤其是泰州組—阜一段亦發(fā)育大套暗色泥巖，但烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度普遍較低，母質(zhì)類型較差，成熟門限較深。由于烴源巖整體熱演化程度低，油氣垂向運(yùn)移不活躍，該地區(qū)主要發(fā)育下部含油氣組合，阜一段/泰二段/泰一段及阜四段/阜二段/阜三段2個(gè)組合較有利。

3 吳堡運(yùn)動(dòng)對富油氣凹陷的控制

發(fā)生在古新世末的吳堡運(yùn)動(dòng)，使得盆地構(gòu)造格局發(fā)生很大變化，形成東北部強(qiáng)烈隆起區(qū)與西南部殘留坳陷區(qū)，兩類地區(qū)成油氣地質(zhì)條件差異極大[2]。

3.1 殘留坳陷區(qū)成油氣地質(zhì)條件

盆地西南部為殘留坳陷區(qū)，面積約5 000 km2，主要分布在金湖、高郵、溱潼、洪澤凹陷的深凹、內(nèi)斜坡、樞紐帶，接受戴南組沉積(圖5)。戴南組下部發(fā)育一套厚0～600 m、沖積環(huán)境下的粗碎屑巖建造；上部發(fā)育一套厚0～600 m、河流—三角洲—淺湖環(huán)境下的泥質(zhì)巖、砂泥巖互層建造。在高郵、溱潼凹陷的深凹部位，戴一段上部尚發(fā)育湖相暗色泥巖烴源層。殘留坳陷區(qū)的分割性極強(qiáng)，各箕狀斷陷的外斜坡及低凸起區(qū)均缺失戴南組沉積建造，一般阜四段—阜二段被剝蝕，且越靠近低凸起，剝蝕量越大。在金湖、高郵凹陷，戴南組沉積建造最厚達(dá)800～1 200 m，而溱潼凹陷戴南組沉積建造最厚達(dá)600 m。

在殘留坳陷區(qū)，凹陷持續(xù)沉降，戴南組沉積末期，各深凹的泰二段及阜二段下部烴源巖即進(jìn)入低成熟階段。三垛組沉積期，各凹陷的泰二段、阜二段烴源巖大面積進(jìn)入成熟生油階段。此時(shí)，受三垛組沉積期各級同生斷裂的輸導(dǎo)，深凹帶生成的大量油氣運(yùn)移到淺部，形成上部次生成油氣組合油氣藏。因此，在殘留坳陷區(qū)，既發(fā)育一批埋藏較淺(1 000～3 000 m)的次生油氣藏，又發(fā)育一系列埋藏較深(2 300～5 000 m)的戴南組—泰州組原生油氣藏[2]。

3.2 強(qiáng)烈隆起區(qū)成油氣地質(zhì)條件

在吳堡運(yùn)動(dòng)作用下，盆地東北部各凹陷均成為強(qiáng)烈隆起剝蝕區(qū)，除在鹽城、海安凹陷發(fā)育極小范圍的殘留凹陷外，古新世沉積建造受到強(qiáng)烈剝蝕。部分凹陷阜二段—阜四段被剝蝕，如白駒凹陷，最大剝蝕厚度可達(dá)1 200 m。大多數(shù)凹陷的阜三段—阜四段被剝蝕，一般剝蝕厚度達(dá)400～1 000 m。各凹陷間的凸起、低凸起區(qū)，大多數(shù)阜一段—泰州組被剝蝕。在局部的極小型殘留凹陷內(nèi)，僅發(fā)育厚度100～300 m的下粗上細(xì)的沉積建造[2]。

在強(qiáng)烈隆起剝蝕區(qū)，阜寧組強(qiáng)烈剝蝕，導(dǎo)致一些區(qū)塊缺失阜二段、阜四段主力生油層，尤其是東北部的白駒、阜寧、漣南、漣北凹陷及海安凹陷的東北部。因阜寧組被強(qiáng)烈剝蝕，加之缺少戴南組沉積，大大推遲了各生油層的成熟期，一直到鹽城組沉積后期，阜二段、泰二段烴源巖才開始成熟生油，阜三段、阜四段則普遍未成熟。由于成熟烴源巖體積小，且成熟期晚，僅形成下部原生含油氣組合的小型油藏，主要目的層為阜三段、阜一段及泰一段，油藏埋深達(dá)2 300～4 500 m[2]。

圖5 蘇北盆地吳堡運(yùn)動(dòng)期古地貌與油氣田分布關(guān)系

蘇北盆地已發(fā)現(xiàn)的油氣藏絕大多數(shù)分布在吳堡運(yùn)動(dòng)的殘留坳陷區(qū)及其附近，且各區(qū)塊油氣資源豐度明顯與戴南組沉積厚度呈正相關(guān)。目前，僅在海安凹陷發(fā)現(xiàn)分布于吳堡運(yùn)動(dòng)隆起區(qū)的2個(gè)泰一段—阜一段小油藏。在高郵、溱潼凹陷的深凹，戴南組殘留厚度最大，殘留坳陷區(qū)及其附近發(fā)育大量上部次生組合油氣田。

4 巖漿作用與油氣資源豐度的關(guān)系

蘇北盆地以玄武質(zhì)巖漿作用為主，共計(jì)有4大期火山活動(dòng)。如圖6所示，在金湖凹陷與高郵凹陷之間的低凸起區(qū)，發(fā)生了泰一段—阜寧組第一期火山活動(dòng)。其中，泰一段末、阜一段末的2次火山活動(dòng)規(guī)模較大，巖漿巖廣布于噴發(fā)區(qū)，而阜二段、阜三段則為小規(guī)模噴發(fā)。垛一段時(shí)期為第二期火山活動(dòng)，活動(dòng)規(guī)模最大，尤以中東部的高郵、溱潼、曲塘凹陷最強(qiáng)烈，共計(jì)有5～6次噴發(fā)。鹽一段時(shí)期發(fā)生第三期火山活動(dòng)，主要分布在盆地中東部地區(qū)(高郵、溱潼凹陷)，期間共計(jì)有3～4次噴發(fā)。鹽二段—東臺(tái)組時(shí)期為第四期火山活動(dòng)，主要分布于緊鄰郯廬斷裂的金湖凹陷西部地區(qū)?；鹕交顒?dòng)是各凹陷受熱強(qiáng)度的標(biāo)志，它在時(shí)空上分布的差異與各凹陷的油氣豐度明顯相關(guān)。

4.1 烴源巖沉積期火山作用與油氣富集的關(guān)系

泰州組—阜寧組烴源巖沉積期，在盆地西部金湖凹陷西緣柳堡—閔橋構(gòu)造帶一線的繼承性玄武巖噴發(fā)帶，由泰州組至阜四段沉積期繼承性活動(dòng)，形成金湖、高郵凹陷在阜二段、阜四段沉積期相對隔絕的半咸化湖沉積環(huán)境(圖7)，促使金湖、高郵凹陷發(fā)育優(yōu)質(zhì)烴源巖。這種沉積環(huán)境既與火山作用形成的地貌分隔有關(guān)，也與地表熱力環(huán)境和充足的無機(jī)營養(yǎng)有關(guān)。在這種環(huán)境中，生物特別繁盛，且以低等藻類(含豐富脂肪類)為主，有機(jī)質(zhì)保存條件良好，加上可能存在無機(jī)加氫作用，形成優(yōu)質(zhì)烴源巖，具有有機(jī)質(zhì)豐度高，母質(zhì)類型好，成熟門限低(1 500～1 800 m)的特征。導(dǎo)致該類凹陷油氣資源豐度較高，勘探層埋深變淺，大部分油田埋深僅1 200～2 000 m。

圖6 蘇北盆地噴發(fā)巖分布

4.2 烴源巖沉積期后巖漿作用與油氣富集的關(guān)系

巖漿作用反映了各凹陷的受熱狀況，烴源巖沉積后，巖漿作用較多的凹陷，其地溫梯度較高，烴源巖成熟門限明顯下降[9-10]。有2～3期火山活動(dòng)的凹陷，如金湖、高郵、溱潼凹陷，其地溫梯度約為3.4 ℃/hm，Ⅰ—Ⅱ型干酪根成熟門限為1 500～2 200 m，Ⅲ型干酪根成熟門限為2 500 m。有l(wèi)～2期較強(qiáng)火山活動(dòng)的凹陷，如海安凹陷，其古地溫梯度約為3 ℃/hm，Ⅰ—Ⅱ型干酪根成熟門限為2 500 m，Ⅲ型干酪根成熟門限為2 800 m?；鹕交顒?dòng)極弱的凹陷，如鹽城凹陷等，其古地溫梯度約為2.6 ℃/hm，Ⅰ—Ⅱ型干酪根成熟門限為2 800 m，Ⅲ型干酪根成熟門限為3 000 m。

圖7 蘇北盆地?zé)N源巖沉積期火山活動(dòng)與優(yōu)質(zhì)烴源巖形成分布

由于凹陷受熱作用的差異，上述3類凹陷的油氣豐度有明顯不同。發(fā)育2～3期強(qiáng)烈火山活動(dòng)的溱潼、高郵、金湖凹陷是盆地的主要油氣富集區(qū)。發(fā)育1～2期較強(qiáng)火山活動(dòng)的海安凹陷，目前僅發(fā)現(xiàn)3個(gè)小型油氣田，地質(zhì)儲(chǔ)量僅占總儲(chǔ)量的3%?；鹕交顒?dòng)極弱的鹽城凹陷，盡管新生界累厚超過5 000 m，但絕大多數(shù)深探井未見油氣顯示。

5 主要結(jié)論

蘇北盆地已發(fā)現(xiàn)的油氣田主要分布在南部的東臺(tái)坳陷的高郵、金湖、溱潼等3個(gè)富油氣凹陷，且不同含油氣斷陷的主力產(chǎn)層、油氣成藏特征有明顯差異。其具有如下形成與分布特征：

1)在蘇北盆地沉降中心由西向東遷移中，形成早期快速沉降型、持續(xù)快速沉降型、晚期快速沉降型、持續(xù)緩速沉降型等4類凹陷，其中的早期快速沉降型(金湖凹陷)和持續(xù)快速沉降型(高郵、溱潼凹陷)烴源巖厚度大，有機(jī)質(zhì)品質(zhì)好，熱演化程度高。

2)沉積體系演變對形成富油氣凹陷的有利生儲(chǔ)蓋組合起重要作用。處于盆地西部大型河流入湖區(qū)的金湖、高郵凹陷西部，形成了與阜二段優(yōu)質(zhì)烴源巖相配套的阜寧組有利儲(chǔ)集相帶，發(fā)育阜二段上/下+ 阜一段上部及阜四段/阜三段有利生儲(chǔ)蓋組合。而溱潼、高郵凹陷東部地區(qū)，除發(fā)育下部原生成油氣組合外，油氣垂向運(yùn)移較活躍，上部次生成油氣組合成藏條件良好。

3)在吳堡運(yùn)動(dòng)的殘留坳陷區(qū)——高郵、金湖、溱潼凹陷，烴源巖整體埋藏深度大，熱演化程度高，油氣資源豐度高。且凹陷持續(xù)沉降，烴源巖成熟早，在各級同生斷裂的輸導(dǎo)下，大量油氣運(yùn)移到淺部，形成上部次生成油氣組合油氣藏。因此，在殘留坳陷區(qū)，既發(fā)育一批埋藏較淺(1 000～3 000 m)的次生油氣藏，又發(fā)育一系列埋藏較深(2 300～5 000 m)的戴南組—泰州組原生油氣藏。而在吳堡運(yùn)動(dòng)的剝蝕區(qū)，油氣資源豐度低，且次生油氣藏很少。

4)在金湖、高郵、溱潼等中西部凹陷，阜寧組二段主力烴源巖沉積期的火山作用較強(qiáng)烈，地表熱力環(huán)境以及豐富的無機(jī)養(yǎng)分，促使低等水生生物特別發(fā)育，形成優(yōu)質(zhì)烴源巖。同時(shí)，在巖漿作用較多的凹陷，如有2～3期火山活動(dòng)的金湖、高郵、溱潼凹陷，其地溫梯度較高，烴源巖成熟門限明顯下降，使烴源巖熱演化程度高、轉(zhuǎn)化率高。

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