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)

0 引 言

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(chǎng)”[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。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

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

2 蓮花氣田形成條件

2.1 煤系源巖規(guī)模生烴提供充足油氣來源

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

2.2 多個(gè)大型構(gòu)造圈閉為潛山油氣藏形成的基礎(chǔ)

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(cè)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)。孔一段沉積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

2.3 多套儲(chǔ)層疊置發(fā)育為油氣富集提供有利空間

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)撞俊⑸像R家溝組上部均有分布，可從WS 1井巖心和成像測(cè)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(shì)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(cè)井資料表明，侏羅系砂體厚度大于60 m，最大厚度約220 m；測(cè)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。

2.4 天然氣成藏為多層系疊置復(fù)式聚集的模式

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)橹旅軐硬缓瑲猓湫螒B(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>

3 蓮花氣田發(fā)現(xiàn)的意義

3.1 提示區(qū)域成藏潛力與勘探方向

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(shì)“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。

3.2 為推動(dòng)渤海灣盆地潛山油氣勘探提供借鑒

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)。

4 認(rèn)識(shí)與結(jié)論

(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(shì)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。