秦南凹陷烴源巖特征與油氣勘探新領(lǐng)域

莊新兵 鄒華耀 李 楠 楊元元 孫和風(fēng)

（1.中國石油大學(xué)（北京）油氣資源與探測(cè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249；2.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300452）

秦南凹陷烴源巖特征與油氣勘探新領(lǐng)域

莊新兵1鄒華耀1李 楠1楊元元1孫和風(fēng)1，2

（1.中國石油大學(xué)（北京）油氣資源與探測(cè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249；2.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300452）

2009年鉆探凹陷南側(cè)的QHD29-2構(gòu)造，揭示了千萬噸儲(chǔ)量的構(gòu)造巖性復(fù)合凝析油氣藏。秦南凹陷總體上研究程度比較低，文中從烴源巖有機(jī)質(zhì)地球化學(xué)特征、生烴史模擬和油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移路徑模擬方面探討了秦南凹陷勘探潛力和有利區(qū)帶。秦南凹陷發(fā)育3套烴源巖，沙河街烴源巖為好烴源巖，其中沙一段烴源巖具有較強(qiáng)非均質(zhì)性；東下段烴源巖為中—好烴源巖。油氣運(yùn)移模擬表明：QHD22-2和QHD22-1不在油氣運(yùn)移路徑上導(dǎo)致油氣貧化；石臼坨凸起油氣田應(yīng)有秦南凹陷的貢獻(xiàn)；遼西低凸起南末端和秦南1號(hào)斷裂的下盤等圈閉為有利勘探區(qū)。

烴源巖；有機(jī)質(zhì)類型；生烴史模擬；優(yōu)勢(shì)運(yùn)移路徑；秦南凹陷

1 地質(zhì)概況

秦南凹陷1995年以來無重大發(fā)現(xiàn)。前人對(duì)該區(qū)構(gòu)造、沉積等方面做過一定的工作［1］，但研究程度比較低。2009年鉆探南側(cè)QHD29-2構(gòu)造，揭示了千萬噸儲(chǔ)量構(gòu)造巖性復(fù)合凝析油氣藏。文中從烴源巖地球化學(xué)特征和油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移路徑模擬，探討秦南凹陷勘探潛力和有利區(qū)帶預(yù)測(cè)。

秦南凹陷位于渤海海域西北部，是一個(gè)新生代斷-坳陷型凹陷，北與遼西凹陷相接，南靠近石臼坨凸起，與渤中坳陷相連；包括秦南凹陷與秦南凸起2部分，面積約2 300 km2，秦南1號(hào)斷層和2號(hào)斷層控制了整個(gè)凹陷。凹陷發(fā)育完整的古近系、新近系和第四系地層，前第三系烴源巖由于資料原因無法深入探討，部分學(xué)者僅從天然氣來源推測(cè)其貢獻(xiàn)［2］。

2 烴源巖的形成與地球化學(xué)特征

2.1 烴源巖的形成過程

秦南凹陷烴源巖發(fā)育于盆地快速裂陷階段。沙三段沉積時(shí)期處于裂陷Ⅱ幕［3］，凹陷快速沉降，凸起為主要物源區(qū)，主要發(fā)育近岸水下扇、扇三角洲和深湖—半深湖相；中洼和西洼發(fā)育厚層泥巖，為主要烴源巖；沙一、二段沉積期，凹陷淺而廣，物源較豐富，氣候由潮濕略變干燥，水體較淺，沉積厚度較薄，陡坡帶廣泛發(fā)育近岸水下扇和扇三角洲，緩坡發(fā)育大型辮狀河三角洲等粗碎屑沉積，局部地區(qū)發(fā)育鈣質(zhì)灘壩，該時(shí)期是儲(chǔ)集巖發(fā)育的重要時(shí)期之一；隨著凹陷沉降，沙一段沉積期局部發(fā)育深湖—半深湖相，因此形成了較好烴源巖，且烴源巖具有較強(qiáng)的非均質(zhì)性。東下段沉積時(shí)期，構(gòu)造沉降再次加劇，水體加深，半深湖—深湖相范圍增大，發(fā)育了渤海海域所獨(dú)有的一套烴源巖。

2.2 烴源巖地球化學(xué)特征

沙河街組和東營組下部烴源巖皆是最重要的生油層系，秦南地區(qū)油氣的貢獻(xiàn)主要為沙三段和沙一段烴源巖，因此探討研究區(qū)3套烴源巖地球化學(xué)特征，是確定該區(qū)油源和預(yù)測(cè)有利聚集區(qū)的基礎(chǔ)。

2.2.1 有機(jī)質(zhì)豐度

沙三段烴源巖有機(jī)碳最高為2.94%，平均值為1.98%；氯仿瀝青“A”最大值為0.384 9%，平均值為0.243 7%；總烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大值為2 015×10-6，平均值為1 322×10-6；生烴潛力（S1+S2）最大值為18.93%，平均值為為8.53%。沙一段烴源巖有機(jī)碳最高為3.06%，平均值為1.62%；氯仿瀝青“A”最大值為1.665 2%，平均值為0.602 5%；總烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大值為9 888.58×10-6，平均值為3 299.063 3×10-6；生烴潛力（S1+S2）最大值為29.71%，平均值為為8.5%。東下段烴源巖有機(jī)碳最高為2.51%，平均值為12.4%；氯仿瀝青“A”最大值為0.297 3%，平均值為0.098 5%；總烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大值為1 225.56×10-6，平均值為414×10-6；生烴潛力（S1+S2）最大值為12.29%，平均為3.52%。

可以看出反映有機(jī)質(zhì)豐度的有機(jī)碳等指標(biāo)表明沙河街三段和沙一段烴源巖為好烴源巖，東下段烴源巖豐度為中—好。由于鉆井打在構(gòu)造高部位，相對(duì)沉降坳陷區(qū)，即烴源巖發(fā)育最好的區(qū)域往往取不到烴源巖的樣品［4］，因此秦南凹陷烴源巖整體豐度比此評(píng)價(jià)好。

2.2.2 有機(jī)質(zhì)類型

雖然樣品數(shù)據(jù)不能全部代表整個(gè)凹陷烴源巖特征，但圖1表明秦南凹陷三套烴源巖有機(jī)質(zhì)主要來自湖相水生生物與陸源有機(jī)質(zhì)輸入的混合。

沙三段以深湖—半深湖相為主，有機(jī)質(zhì)類型主要為ⅡA型，見Ⅲ型。沙一段以濱淺湖相沉積為主，有機(jī)質(zhì)類型主體為Ⅱ型。東下段以深湖—半深湖相為主，有機(jī)質(zhì)類型為ⅡA和ⅡB，見Ⅲ型，該沉積體系表明物源供應(yīng)強(qiáng)，陸源輸入量較大，有機(jī)質(zhì)類型偏腐殖型。

圖1 秦南凹陷烴源巖有機(jī)質(zhì)類型

2.2.3 有機(jī)質(zhì)成熟度

應(yīng)用IES盆地模擬軟件，采用EasyRo模型模擬秦南地區(qū)一、二維剖面的生烴演化史［5］（見圖2）。表明沙三段烴源巖在30 Ma已進(jìn)入成熟階段，現(xiàn)今進(jìn)入凝析氣和干氣階段；沙一烴源巖在24 Ma已進(jìn)入成熟階段，現(xiàn)今進(jìn)入凝析氣階段；東三段烴源巖現(xiàn)今Ro為1.0%，東二下段已進(jìn)入成熟階段。沙河街三段烴源巖東洼和中洼都已成熟，西洼內(nèi)烴源巖沒有成熟，東洼中心烴源巖成熟度大于1.3%（見圖3）。沙一段烴源巖東洼主體進(jìn)入成熟階段，凹陷中心成熟度大于1.0%（見圖4），中洼烴源巖僅僅部分進(jìn)入成熟階段，而西洼烴源巖沒有成熟，東下段烴源巖東洼進(jìn)入成熟階段。因此，沙河街組烴源巖正處于生烴高峰，凹陷中心烴源巖進(jìn)入生氣階段，東下段僅東洼進(jìn)入生烴門限，正處于低成熟階段，凹陷中心處于生烴高峰。

圖2 虛擬井生烴史模擬及主力烴源巖成熟階段劃分

圖3 秦南凹陷沙三段烴源巖（頂界面）成熟度平面

圖4 秦南凹陷沙一段烴源巖（頂界面）成熟度平面

3 油氣運(yùn)移模擬

將地球化學(xué)現(xiàn)象和運(yùn)移模擬結(jié)合起來可以減小不確定性為油氣勘探提供更為有用的信息［6］。目前已鉆探成功的QHD29-2和QHD29-2E油氣皆在沙一、二段儲(chǔ)集層中，上覆東下段200多米厚層優(yōu)質(zhì)泥巖蓋層。通過油源對(duì)比，秦南凹陷周緣原油以沙三、沙一混源油為主，烴類氣來自秦南凹陷成熟源巖。

油氣自源巖排出進(jìn)入相鄰的滲透性巖層以后的運(yùn)移稱為二次運(yùn)移，主要受浮力、水動(dòng)力及毛細(xì)管阻力的作用［7-8］。運(yùn)移的方向和聚集的部位將取決于此3種力的大小和方向，油氣在實(shí)際運(yùn)聚過程中由于儲(chǔ)層非均質(zhì)性的影響，油串在總體向上作側(cè)向運(yùn)移的過程中，總是尋求最大的連通孔隙或最小的排替壓力的路徑有效運(yùn)移，也即最小阻力模式。從而決定了運(yùn)移路線的曲折性和復(fù)雜性。對(duì)于盆地范圍而言，輸導(dǎo)層是近似均質(zhì)的，因此從盆地上看，認(rèn)為油氣生成后，沿運(yùn)載層垂直于走向向上傾方向運(yùn)移，油氣則集中在有限的運(yùn)移通道上，從而使運(yùn)移路徑的研究成為可能。Hindle認(rèn)為輸導(dǎo)層油氣的運(yùn)移路徑受控于輸導(dǎo)層頂面或封閉層底面的三維幾何形態(tài)［9］。參照Hindle的理論選取沙一、二段區(qū)域性砂體為輸導(dǎo)層頂，東三段厚層泥巖底面為蓋層底面，運(yùn)用Geofocus Pathway軟件對(duì)沙一、二組區(qū)域輸導(dǎo)層中的油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移路徑與油氣有利聚集區(qū)域進(jìn)行了模擬和預(yù)測(cè)（見圖5）。秦南凹陷地區(qū)原油主要來自沙河街組，并且包裹體均一溫度測(cè)定佐證為晚期成藏，故烴源灶采用盆地模擬中沙三頂面現(xiàn)今Ro為0.7%的等值線范圍。生成的油氣經(jīng)過側(cè)向輸導(dǎo)層在合理的圈閉內(nèi)成藏或者通過斷裂垂向疏導(dǎo)至新近系砂體輸導(dǎo)層中在合理的圈閉內(nèi)積聚成藏［10-11］。

圖5 模擬預(yù)測(cè)

從模擬的結(jié)果來看，預(yù)測(cè)的油氣聚集區(qū)基本上與現(xiàn)今已發(fā)現(xiàn)的 QHD29-2，QHD29-2E，QHD30-1，QHD28-2及在末端凸起上的潛山428油田有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，反映了很好的油氣預(yù)測(cè)功能。該模擬結(jié)果還說明：

1）QHD22-2和QHD22-1沒有油氣發(fā)現(xiàn)，它們是沒有在油氣運(yùn)移路徑上。

2）石臼坨凸起上QHD27-2和QHD33-1有秦南凹陷油氣貢獻(xiàn)。

3）遼西低凸起南端和秦南1號(hào)斷裂下盤圈閉為秦南凹陷新的勘探方向。

4 結(jié)論

通過對(duì)秦南凹陷烴源巖的形成及地球化學(xué)特征分析，進(jìn)而通過計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)對(duì)烴源巖生烴史和油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移路徑進(jìn)行模擬，可以獲得以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：

1）秦南凹陷發(fā)育3套烴源巖，沙河街烴源巖為好烴源巖，有機(jī)質(zhì)類型為ⅡA型，發(fā)育A-B沉積有機(jī)相，東洼烴源巖5.1 Ma主體進(jìn)入成熟階段，現(xiàn)今進(jìn)入生烴高峰，凹陷中心進(jìn)入生氣階段，西洼現(xiàn)今部分烴源巖成熟；沙一段烴源巖具有較強(qiáng)非均質(zhì)性，5.1 Ma凹陷中心進(jìn)入成熟階段，現(xiàn)今進(jìn)入成熟階段；東下段烴源巖為中—好烴源巖，有機(jī)質(zhì)類型為ⅡA—Ⅲ型，發(fā)育B-C沉積有機(jī)相，現(xiàn)今僅凹陷中心區(qū)進(jìn)入生烴階段。

2）根據(jù)油氣運(yùn)移模擬技術(shù)，油氣聚集區(qū)基本上與現(xiàn)今已發(fā)現(xiàn)的 QHD29-2，QHD29-2E，QHD30-1，QHD28-2以及在末端凸起上的潛山428油田有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系；QHD22-2和QHD22-1不在油氣運(yùn)移路徑上導(dǎo)致油氣貧化，另一方面烴源巖未成熟；石臼坨凸起油氣田應(yīng)有秦南凹陷的貢獻(xiàn)；預(yù)測(cè)油氣匯聚區(qū)為遼西低凸起南末端和秦南1號(hào)斷裂的下盤的圈閉。

［1］賴維成，徐長貴，王曉剛，等.秦南凹陷古近系層序地層和沉積體系研究及油氣勘探方向探討［J］.中國海上油氣，2007，19（5）：300-305. Lai Weicheng，Xu Changgui，Wang Xiaogang，et al.A study on Paleogene sequence stratigraphy and sedimentary systems a discussion on hydrocarbon exploration directions in Qinnan Depression［J］.China Offshore Oil and Gas，2007，19（5）：300-305.

［2］朱偉林，葛建黨.渤海海域天然氣勘探前景分析［J］.石油學(xué)報(bào)，2001，22（2）：8-13. Zhu Weilin，Ge Jiandang.Gas exploration potential in offshore Bohai Bay Basin［J］.Acta Petrolei Sinica，2001，22（2）：8-13.

［3］蔡?hào)|升，羅毓暉，武文來，等.渤海淺層構(gòu)造變形特征、成因機(jī)理與渤中坳陷及其周圍油氣富集關(guān)系［J］.中國海上油氣：地質(zhì)，2001，15（1）：35-43. Cai Dongsheng，Luo Yuhui，Wu Wenlai，etal.Shallow tectonic Deformation and its relationship to hydrocarbon enrichment in Bozhong depression and adjacent areas Bohai Bay Basin［J］.China Offshore Oil and Gas：Geology，2001，15（1）：35-43.

［4］鮑曉歡.渤中地區(qū)油氣輸導(dǎo)體系與成藏機(jī)理［D］.武漢：中國地質(zhì)大學(xué)，2002. Bao Xiaohuan.Conduit system and petroleum accumulation mechanism in Bozhong Area［D］.Wuhan：China University of Geosciences，2002.

［5］Sweeney J J，Burnham A K.Evolution of a simple model of vitrinite reflectance based on chemical kinetics［J］.AAPG Bulletin，1990，74（4）：1559-1570.

［6］Hao Fang.Mechanisms for oil depletion and enrichment on the Shijiutuo uplift Bohai Bay Basin China［J］.AAPG Bulletin，2009，93（8）：1015-1037.

［7］李明誠.油氣運(yùn)移基礎(chǔ)理論與油氣勘探［J］.地球科學(xué)：中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，29（4）：379-383. LiMingcheng.Basicprinciplesofmigrationandhydrocarbonexploration［J］.EarthScience：Journal of ChinaUniversity of Geosciences，2004，29（4）：379-383.

［8］李多麗，關(guān)平.中國油氣二次運(yùn)移的研究現(xiàn)狀及展望［J］.北京大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2004，40（4）：658-668. Li Duoli，Guan Ping.Research situation and prospect of hydrocarbon migration in China［J］.Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinesis，2004，40（4）：658-668.

［9］Hindle A D.Petroleum migration pathways and charge concentration：a three-dimensionalmodel［J］.AAPGBulletin，1997，81（9）：1451-1481.

［10］廖英太，李風(fēng)勛，楊玉璽，等.南華北南緣下寒武統(tǒng)優(yōu)質(zhì)海相烴源巖初探［J］.石油地質(zhì)與工程，2010，24（4）：26-28. Liao Yyingtai，li Fengxun，Yang Yuxi，et al.Preliminary exploration of excellent marine hydrocarbon in lower Cambrian on the south margin of the north China［J］.Petroleum Geology and Engineering，2010，24（4）：26-28.

［11］郭濤，傅強(qiáng)，夏慶龍，等.渤海灣盆地黃河口凹陷沙三中烴源巖特征及地質(zhì)意義［J］.斷塊油氣田，2010，17（6）：698-701. Guo Tao，F(xiàn)u Qiang，Xia Qinglong，et al.Geologic significance and Character of the hydrocarbon source rock in Huanghekou Sag Bohai Bay Basin［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2010，17（6）：698-701.

Characteristics of source rock and new region of oil and gas exploration in Qinnan Sag

Zhuang Xinbing1Zou Huayao1Li Nan1Yang Yuanyuan1Sun Hefeng1，2
(1.State Key Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting,China University of Petroleum,Beijing 102249,China;2.Tianjin Company,CNOOC,Tianjin 300452,China)

In 2009,a complex structural-lithologic condensate oil-gas reservoir with the reserves of ten million tons was discovered when QHD29-2 structure was drilled in the south of Qinnan Sag.As a whole,the study degree was low in the Sag.In this paper, exploration potential and favorable zones prediction are investigated by the discussion of organic matter geochemical behaviors, hydrocarbon generation history simulation and hydrocarbon migration simulation of source rock.The results show that there are three sets of source rocks in the sag.The source rocks of Shahejie Formation are good source rocks and the first member of Shahejie Formation shows a strong heterogeneity.The third member and the lower part of second member of Dongying Formation are middlegood source rocks.Hydrocarbon migration simulation shows that QHD22-2 and QHD22-1 structures are not located in the hydrocarbon migration pathway,resulting in hydrocarbon dilution.The hydrocarbon of Qinnan Sag should migrate into the oil and gas fields of Shijiutuo uplift.The traps,the southern end of Liaoxi low uplift and the footwalls of Qinnan 1 fault,are favorable exploration areas.

source rock;organic matter type;hydrocarbon generation history simulation;dominant migration path;Qinnan Say

國家自然科學(xué)基金重大研究計(jì)劃項(xiàng)目“渤海灣盆地的差異演化與油氣差異富集：華北克拉通破壞的淺部響應(yīng)和油氣資源效應(yīng)”（90914006）

TE122.1+13

：A

1005-8907（2011）02-146-04

2010-06-28；改回日期：2011-01-11。

莊新兵，男，1978年生，在讀博士研究生，研究方向?yàn)榕璧胤治?、油氣藏形成機(jī)理與分布規(guī)律。E-mail：zhuangxinbing@126. com。

（編輯趙旭亞）

莊新兵，鄒華耀，李楠，等.秦南凹陷烴源巖特征與油氣勘探新領(lǐng)域［J］.斷塊油氣田，2011，18（2）：146-149. ZhuangXinbing，ZouHuayao，LiNan，etal.CharacteristicsofsourcerockandnewregionofoilandgasexplorationinQinnanSag［J］.Fault-Block Oil &Gas Field，2011，18（2）：146-149.