冀中坳陷潛山油氣藏特征

高長(zhǎng)海，張新征，查 明，王曉燕

（1.中國(guó)石油大學(xué)（華東）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院；2.中國(guó)石化勝利油田分公司地質(zhì)錄井公司；3.中國(guó)石化中原油田分公司采油二廠）

0 引言

潛山油氣藏是我國(guó)東部斷陷盆地中重要的油氣藏類型［1-5］。冀中坳陷位于渤海灣盆地西北部，北依燕山隆起，南抵邢衡隆起，西臨太行山隆起，東至滄縣隆起，勘探面積約 3.2×104km2。 冀中坳陷潛山油氣藏的勘探始于1975年，迄今已在多個(gè)凹陷發(fā)現(xiàn)了潛山油氣藏，潛山研究也取得了很多重要成果和認(rèn)識(shí)［5-6］。然而，經(jīng)過(guò)30多年的勘探，發(fā)現(xiàn)的多是規(guī)模大、埋藏淺、易識(shí)別的潛山油氣藏，同時(shí)由于碳酸鹽巖儲(chǔ)集體的嚴(yán)重非均質(zhì)性、潛山構(gòu)造演化的多期性、流體分布的特殊性等，造成潛山油氣勘探面臨很多難題。近年鉆探的長(zhǎng)3、長(zhǎng)6、文古3等井連續(xù)獲得高產(chǎn)工業(yè)油氣流，如長(zhǎng)6井在古生界寒武系4 738～4 742m試油獲日產(chǎn)油108.6m3、日產(chǎn)氣2 396m3，表明冀中坳陷潛山油氣藏仍具有很大的勘探潛力。筆者利用石油地質(zhì)、地球物理、有機(jī)地球化學(xué)等理論和方法，結(jié)合油氣勘探實(shí)踐，分析了研究區(qū)潛山油氣藏特征并探討了其形成條件和油氣分布規(guī)律，以期對(duì)冀中坳陷潛山油氣藏及潛山內(nèi)幕油氣藏的勘探提供指導(dǎo)。

1 潛山地質(zhì)特征

1.1 構(gòu)造特征

呂梁運(yùn)動(dòng)后，地槽褶皺回返形成了華北地臺(tái)區(qū)。中新元古代，在地臺(tái)北緣形成了燕山裂陷槽，沉積了巨厚的中上元古界海相碳酸鹽巖，向南波及冀中坳陷；至古生代，區(qū)內(nèi)沉積了厚達(dá)5 400m的碳酸鹽巖，為形成十分發(fā)育的孔、洞、縫潛山儲(chǔ)集層奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。中生代開(kāi)始，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，同時(shí)受NW—SE向壓應(yīng)力場(chǎng)作用，形成NE，NNE，NWW向斷層系，將基巖切割成若干個(gè)塊體，使地臺(tái)活化、解體［7］，形成古山梁，同時(shí)遭受風(fēng)化剝蝕，該時(shí)期是潛山的初始形成階段；新生代古近紀(jì)開(kāi)始，構(gòu)造活動(dòng)逐漸減弱，以斷塊差異升降活動(dòng)為主，在NW—SE向拉張應(yīng)力場(chǎng)作用下［7-8］，基巖塊體發(fā)生翹傾，在上斷棱部位形成潛山，在下斷棱部位形成斷槽，從而表現(xiàn)出“隆凹相間”的構(gòu)造格局（圖1），該時(shí)期是潛山的主要形成和定型階段；自新近紀(jì)開(kāi)始，潛山進(jìn)入深埋期，整體以沉降為主。

1.2 地層特征

冀中坳陷潛山地層自下而上主要發(fā)育太古界、中上元古界、古生界及中生界。太古界主要為阜平群經(jīng)混合巖化和花崗巖化作用形成的一套深變質(zhì)巖系，巖性主要為花崗片麻巖等。中上元古界發(fā)育長(zhǎng)城系、薊縣系和青白口系，是一套以海相碳酸鹽巖為主的沉積。下古生界發(fā)育寒武系和奧陶系，是典型的以淺海地臺(tái)相碳酸鹽巖為主的沉積；上古生界石炭系—二疊系是以海陸交互相和陸相碎屑巖為主的沉積，煤系地層較發(fā)育。中生界主要發(fā)育侏羅系和白堊系，為含火山巖的陸相碎屑巖。古生代以來(lái)，冀中坳陷經(jīng)歷了加里東、海西、印支、燕山和喜馬拉雅等多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，許多層系存在不同程度的剝蝕，地層之間表現(xiàn)為不整合接觸關(guān)系。特別是燕山末期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使華北地臺(tái)整體抬升并遭受長(zhǎng)期的風(fēng)化剝蝕，形成了區(qū)域性的第三系之前的地層頂部不整合，且其下伏地層由于受古地形、剝蝕程度等因素的影響，從太古界到中上元古界再到中生界均有出露，整體具有自冀中坳陷中部（饒陽(yáng)凹陷中北部）向南部和北部地層時(shí)代逐漸變新的趨勢(shì)（圖 2）。

圖1 冀中坳陷構(gòu)造單元?jiǎng)澐旨皾撋娇碧匠晒麍DFig.1 Structuralunitsdivision and exploration resultsof buried hill in Jizhong Depression

圖2 冀中坳陷第三系之前的地層地質(zhì)圖Fig.2 Geologicalmap of Pre-Tertiary in Jizhong Depression

2 潛山油氣成藏條件

2.1 油源條件

冀中坳陷主要發(fā)育了古近系沙河街組沙一下亞段（E s1下）、沙三段（E s3）、沙四段—孔店組（E s4—E k）以及石炭系—二疊系（C—P）等 4 套烴源巖［9-10］，具備良好的成油物質(zhì)基礎(chǔ)（表1）。沙一下亞段為一套主要由暗色泥巖組成的淺湖—較深湖相沉積的富氫烴源層，分布范圍較廣，厚度為100～506m，是形成冀中坳陷未熟—低熟油的主要層段。沙三段烴源巖多為正常淡水湖相沉積的暗色泥巖，分布范圍最廣，厚度一般在500～600m，為一套優(yōu)質(zhì)的烴源巖，是形成冀中坳陷成熟油的主要層段。沙四段—孔店組烴源巖主要為深湖相沉積的暗色泥巖，在冀中坳陷的大部分地區(qū)為一套差或非烴源層。石炭系—二疊系為一套由煤層、暗色泥巖組成的海陸交互相或陸相沼澤煤系地層，煤層厚度一般在10m左右，暗色泥巖厚度一般在100m左右，屬于中等烴源巖，可為冀中坳陷東北部氣藏的形成提供大量氣源［9，11］。 這些烴源巖往往與潛山直接接觸，油氣通過(guò)斷層和不整合運(yùn)移到潛山圈閉中并聚集成藏，可形成“新生古儲(chǔ)”型和“古生古儲(chǔ)”型潛山油氣藏［12-13］。

表1 冀中坳陷烴源巖基本特征表Table1 The featuresof source rocks in Jizhong Depression

2.2 儲(chǔ)蓋組合特征

冀中坳陷潛山油氣儲(chǔ)集層主要分布于中元古界長(zhǎng)城系的高于莊組（Ch g）、薊縣系的霧迷山組（Jx w）和下古生界寒武系的府君山組（C1f）以及奧陶系（O）。這些碳酸鹽巖儲(chǔ)層受沉積、成巖、構(gòu)造應(yīng)力、巖溶等作用的影響和控制，形成以三維空間網(wǎng)絡(luò)為一體的孔、洞、縫系統(tǒng)，是油氣存儲(chǔ)的主要儲(chǔ)集空間（圖3）。該儲(chǔ)層一般為特低孔、高滲儲(chǔ)層，其平均孔隙度為5%～12%，平均滲透率為37～2 000mD，為油氣富集乃至高產(chǎn)創(chuàng)造了條件（表2）。

冀中坳陷發(fā)育有石炭系—二疊系煤系地層、古近系沙三段、沙一下亞段和東二段等4套區(qū)域蓋層。這些蓋層分布普遍，單層厚度大，區(qū)域上分布穩(wěn)定并具有較強(qiáng)的封蓋性能，多屬優(yōu)質(zhì)蓋層。另外，在潛山內(nèi)幕中還發(fā)育有很多隔層，如中元古界薊縣系楊莊組（Jx y）和洪水莊組（Jx h）、青白口系下馬嶺組（Qn x）、古生界寒武系饅頭組（C1m）和徐莊組（C2x）等［14］，這些地層泥質(zhì)含量較高（可達(dá) 98%）且非儲(chǔ)層段集中、厚度大，排替壓力在7.7～22.0MPa，為好—較好隔層，可以充當(dāng)有效的底板層和封堵層（圖3）。

圖3 冀中坳陷潛山儲(chǔ)蓋組合示意圖Fig.3 Sketchmap show ing reservoir-cap rocksassemblage ofburied hill in Jizhong Depression

根據(jù)儲(chǔ)層與蓋（隔）層之間的關(guān)系，結(jié)合地震、測(cè)井、鉆井、巖心及野外露頭等資料，發(fā)現(xiàn)冀中坳陷發(fā)育2類（潛山型儲(chǔ)蓋組合和潛山內(nèi)幕型儲(chǔ)蓋組合）、8套儲(chǔ)蓋組合（圖3）：①常州溝組孔隙-裂縫型砂巖、太古界裂縫型變質(zhì)巖為儲(chǔ)層，大紅峪組—串嶺溝組泥頁(yè)巖為蓋層，構(gòu)成儲(chǔ)蓋組合Ⅰ，主要分布于饒陽(yáng)凹陷河間潛山及牛駝鎮(zhèn)凸起；②高于莊組裂縫型碳酸鹽巖為儲(chǔ)層，楊莊組泥云巖、頁(yè)巖為蓋層，構(gòu)成儲(chǔ)蓋組合Ⅱ，主要分布于饒陽(yáng)凹陷河間潛山、束鹿凹陷東部、牛駝鎮(zhèn)凸起；③霧迷山組裂縫-孔-洞型碳酸鹽巖為儲(chǔ)層，洪水莊組頁(yè)巖、泥云巖為蓋層，構(gòu)成儲(chǔ)蓋組合Ⅲ，主要分布于廊固凹陷、霸縣凹陷中東部、饒陽(yáng)凹陷西南部、束鹿凹陷；④鐵嶺組孔-洞-裂縫型碳酸鹽巖為儲(chǔ)層，下馬嶺組頁(yè)巖為蓋層，構(gòu)成儲(chǔ)蓋組合Ⅳ，僅分布于饒陽(yáng)凹陷肅寧洼槽；⑤長(zhǎng)龍山組孔隙-裂縫型砂巖為儲(chǔ)層，景兒峪組泥灰?guī)r為蓋層，構(gòu)成儲(chǔ)蓋組合Ⅴ，主要分布于饒陽(yáng)凹陷肅寧洼槽、廊固凹陷北部；⑥府君山組裂縫-孔隙型碳酸鹽巖為儲(chǔ)層，上覆饅頭組—徐莊組泥頁(yè)巖為蓋層，構(gòu)成儲(chǔ)蓋組合Ⅵ，主要分布于霸縣凹陷、廊固凹陷及饒陽(yáng)凹陷東北部；⑦峰峰組—張夏組孔-洞-裂縫型及裂縫-孔隙型碳酸鹽巖為儲(chǔ)層，上覆石炭系—二疊系泥質(zhì)巖為蓋層，構(gòu)成儲(chǔ)蓋組合Ⅶ，主要分布于文安斜坡、廊固凹陷東部、深縣凹陷西南部、束鹿凹陷東部、大廠凹陷等；⑧潛山各層系碳酸鹽巖為儲(chǔ)層，古近系泥質(zhì)巖為直接蓋層，構(gòu)成儲(chǔ)蓋組合Ⅷ，是冀中坳陷最主要的儲(chǔ)蓋組合類型，全區(qū)廣泛分布。其中，第Ⅰ—Ⅶ套組合屬于潛山內(nèi)幕型儲(chǔ)蓋組合，第Ⅷ套組合屬于潛山型儲(chǔ)蓋組合。根據(jù)儲(chǔ)集層發(fā)育特征、蓋（隔）層分布特征及其封蓋性能①查明，吳孔友，高長(zhǎng)海.冀中探區(qū)前第三系基底結(jié)構(gòu)以及潛山、潛山內(nèi)幕成藏條件與勘探方向研究.中國(guó)石油大學(xué)（華東），2010.，結(jié)合勘探實(shí)踐，對(duì)8套儲(chǔ)蓋組合的有效性進(jìn)行了排序，即Ⅷ型＞Ⅶ型＞Ⅱ型＞Ⅵ型＞Ⅰ型＞Ⅳ型＞Ⅲ型＞Ⅴ型。在第Ⅷ 套儲(chǔ)蓋組合中，以霧迷山組為儲(chǔ)層的儲(chǔ)蓋組合最為有效，其次是峰峰組—張夏組、高于莊組等，長(zhǎng)龍山組相對(duì)最差。

表2 冀中坳陷部分潛山碳酸鹽巖儲(chǔ)層物性統(tǒng)計(jì)表Table 2 Statistical table ofburied hillcarbonate reservoir properties in Jizhong Depression

2.3 油氣運(yùn)移條件

輸導(dǎo)體系是油氣進(jìn)入圈閉的過(guò)程中所經(jīng)歷的所有運(yùn)移通道的總和。輸導(dǎo)體系是客觀存在的，沒(méi)有輸導(dǎo)就沒(méi)有油氣藏［15-17］。潛山斷層和不整合是冀中坳陷潛山成藏的主要運(yùn)移通道［18］。

受構(gòu)造活動(dòng)控制形成的潛山，常發(fā)育潛山邊界斷層和潛山內(nèi)部斷層，如任西斷層、馬西斷層、牛東斷層等。它們?cè)跐撋接蜌膺\(yùn)移和聚集中起著重要的通道作用，主要表現(xiàn)在：①潛山斷層的發(fā)育，使得古近系烴源巖與潛山儲(chǔ)集體側(cè)向?qū)樱欣谟蜌庵苯舆M(jìn)入潛山或就近向潛山作二次運(yùn)移；②潛山斷層是油氣垂向運(yùn)移進(jìn)入潛山的重要通道，如任丘潛山的任西斷層，沙三段主力烴源巖生成的油氣沿該斷層垂向運(yùn)移至潛山圈閉中，同時(shí)斷層活動(dòng)使得沙一段與潛山側(cè)向?qū)?，?duì)接面積約 90 km2［6］，沙一段烴源巖生成的油氣可直接通過(guò)斷層進(jìn)入潛山圈閉中（圖 4）。

受區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，冀中坳陷基巖頂部不整合十分發(fā)育。長(zhǎng)期的沉積間斷使基巖表面遭受風(fēng)化剝蝕，形成大面積分布的不整合滲透性通道。同時(shí)由于塊斷差異升降作用，導(dǎo)致基巖塊體發(fā)生翹傾，造就了古近系烴源巖逐層不整合超覆于潛山儲(chǔ)集體之上，使烴源巖與潛山直接對(duì)接，從而成為油氣向潛山二次運(yùn)移的主要通道。例如，馬西洼槽沙三段烴源巖超覆于任丘潛山上，不整合（潛山的北、南、東三面）生、儲(chǔ)對(duì)接面積約 450 km2［6］，烴源巖生成的油氣可直接進(jìn)入不整合，并沿不整合向潛山高部位運(yùn)移，從而在圈閉發(fā)育處聚集成藏（圖4）。

由于在構(gòu)造、沉積特征等方面存在差異，不同凹陷潛山油氣的運(yùn)移通道往往有所不同，即使同一凹陷中不同潛山的輸導(dǎo)體系也存在差異。從統(tǒng)計(jì)的冀中坳陷潛山油氣運(yùn)移通道類型來(lái)看，不同潛山的油氣輸導(dǎo)體系差異明顯，主要存在5種類型：?jiǎn)我粩鄬有?、單一不整合型、單一?chǔ)層型、斷層-不整合型以及斷層-不整合-儲(chǔ)層型。其中，單一斷層型和斷層-不整合型是冀中坳陷潛山最主要的輸導(dǎo)體系類型（表 3）。

表3 冀中坳陷部分潛山油氣運(yùn)移通道類型及供烴方式統(tǒng)計(jì)表Table3 The typesofm igration pathway and filling-injecting processesof partburied hills in Jizhong Depression

3 潛山油氣藏類型

油氣藏類型很大程度上取決于圈閉類型，其受控于潛山古地貌、構(gòu)造形態(tài)、儲(chǔ)集層類型、生儲(chǔ)蓋組合及油氣運(yùn)移條件等［19-21］。根據(jù)目前已發(fā)現(xiàn)油氣藏的發(fā)育部位，將冀中坳陷潛山油氣藏劃分為潛山頂油氣藏、潛山坡油氣藏和潛山內(nèi)幕油氣藏3種類型，同時(shí)又根據(jù)油氣藏的形態(tài)和圈閉成因，進(jìn)一步將其劃分為9種亞類（圖5）。

潛山頂油氣藏是冀中坳陷最為發(fā)育、儲(chǔ)量最多、產(chǎn)量最高的一種潛山油氣藏，也是最典型的一種潛山油氣藏，如任丘、大王莊、河間、鄚州等潛山油氣藏就是這種類型。此類油氣藏的最大特點(diǎn)是潛山儲(chǔ)集層厚度較大，孔、洞、縫極其發(fā)育，儲(chǔ)集空間為不受地層層位限制的大連通體，且油、氣、水分異明顯，因此大部分油氣藏為底水塊狀油氣藏。潛山坡油氣藏是潛山儲(chǔ)層因剝蝕而向上尖滅所形成的，當(dāng)儲(chǔ)層厚度大于圈閉閉合度時(shí)形成潛山坡塊狀油氣藏，如任丘奧陶系油氣藏；當(dāng)儲(chǔ)層厚度小于圈閉閉合度時(shí)形成潛山坡層狀油氣藏，如南馬莊府君山組油氣藏。潛山內(nèi)幕油氣藏是指位于潛山內(nèi)部的油氣藏，主要是由于潛山頂部為蓋層而非儲(chǔ)層所形成的，如南孟寒武系層狀油氣藏、荊丘奧陶系塊狀油氣藏等。

目前，冀中坳陷已發(fā)現(xiàn)的潛山油氣藏類型以潛山頂油氣藏為主，其探明地質(zhì)儲(chǔ)量為4.965 9×108t，占總儲(chǔ)量的93.7%，而潛山坡和潛山內(nèi)幕油氣藏探明地質(zhì)儲(chǔ)量?jī)H分別為 0.229 5×108t和 0.104 6×108t，分別占總儲(chǔ)量的4.3%和2.0%。

圖5 冀中坳陷潛山油氣藏類型Fig.5 The reservoir typesofburied hill in Jizhong Depression

4 潛山油氣分布規(guī)律

4.1 油氣分布具東富西貧、南油北氣的特征

勘探實(shí)踐表明，冀中坳陷東部凹陷帶（包括大廠、廊固、武清、霸縣、饒陽(yáng)、深縣、束鹿和晉縣凹陷）集中了全坳陷石油資源量的97%以上和天然氣資源量的100%，而西部凹陷帶（包括保定、石家莊、北京和徐水凹陷）尚未發(fā)現(xiàn)油氣田。同時(shí)，在東部凹陷帶，油氣還具有南油北氣的分布特征，石油主要分布于中南區(qū)，占全坳陷探明石油儲(chǔ)量的76.2%，天然氣主要分布于北區(qū)，占全坳陷天然氣探明儲(chǔ)量的97.8%（圖1）?？梢?jiàn)，冀中坳陷油氣分布上東富西貧、南油北氣的差異性十分明顯，這主要是由其石油地質(zhì)條件的差異性所決定的。

4.2 油氣沿?cái)嗔褞Х植?/h3>

如前所述，冀中坳陷潛山油氣主要來(lái)源于鄰近的生油洼槽，控山斷裂可作為連接潛山儲(chǔ)集層與烴源層的“橋梁”或“通道”，甚至使?jié)撋郊皾撋絻?nèi)幕儲(chǔ)層與烴源巖直接接觸。因此，油氣易于富集在斷裂帶附近的潛山圈閉中［22-23］，如任丘、雁翎、劉其營(yíng)、南孟等潛山及潛山內(nèi)幕油氣藏。

4.3 油氣近油源呈環(huán)帶狀分布

油氣圍繞生油中心呈環(huán)帶狀分布是陸相盆地油氣分布的突出特點(diǎn)之一。距油氣源近的潛山易于成藏，較大規(guī)模的潛山油氣藏均呈環(huán)帶狀分布在主要生油中心的附近［24-26］。例如，圍繞馬西洼槽的任丘、薛莊、八里莊、八里莊西和南馬莊等油田，組成了冀中坳陷最富集的聚油環(huán)，探明石油儲(chǔ)量為4.465×108t，占坳陷探明石油儲(chǔ)量的52.8%；霸縣洼槽周圍的南孟、龍虎莊、顧辛莊、岔河集、高家堡等油田及文安、蘇橋等油氣田組成了冀中坳陷最大的聚油環(huán)。

4.4 復(fù)式油氣聚集帶

冀中坳陷的構(gòu)造帶是以潛山為主體的構(gòu)造帶。在冀中坳陷已發(fā)現(xiàn)的18個(gè)復(fù)式油氣聚集帶中，有14個(gè)是以潛山為主體的復(fù)式油氣聚集帶，其中9個(gè)發(fā)現(xiàn)了潛山油氣藏，如南馬莊—河間—留路斷裂潛山復(fù)式油氣聚集帶、何莊—深西斷階潛山復(fù)式油氣聚集帶等。14個(gè)以潛山為主體的復(fù)式油氣聚集帶探明石油儲(chǔ)量為7.975 7×108t，占18個(gè)復(fù)式油氣聚集帶探明石油儲(chǔ)量的89.1%。在已發(fā)現(xiàn)的9個(gè)以潛山油氣藏為主體的復(fù)式油氣聚集帶中，探明石油儲(chǔ)量為7.1377×108t，其中潛山探明石油儲(chǔ)量為5.4615×108t，占76.5%，這表明潛山油氣藏在以潛山為主體的復(fù)式油氣聚集帶中占主導(dǎo)地位。另外，由于潛山具有地形地貌、構(gòu)造樣式、儲(chǔ)集層分布、儲(chǔ)蓋組合的復(fù)雜性及供油通道的多變性，因此，在一個(gè)潛山（帶）上存在多種圈閉，如在山頂、斜坡、內(nèi)幕、山腹等處可形成多種類型油氣藏（圖5）。

5 結(jié)論

（1）中新元古代以來(lái)的多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)冀中坳陷潛山圈閉、儲(chǔ)集空間的形成及油氣運(yùn)移等起著重要的控制作用，使其具有良好的油氣成藏條件。

（2）冀中坳陷潛山油氣來(lái)源于古近系和石炭系—二疊系烴源巖；儲(chǔ)集層由太古界變質(zhì)巖、中上元古界和下古生界碳酸鹽巖組成，儲(chǔ)集空間主要為孔、洞、縫組成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；古近系泥質(zhì)巖、石炭系—二疊系煤系地層和潛山內(nèi)幕隔層構(gòu)成了潛山油氣藏良好的蓋（隔）層并發(fā)育2類、8套儲(chǔ)蓋組合，其有利組合順序?yàn)棰停劲餍停劲蛐停劲鲂停劲裥停劲粜停劲笮停劲跣?；斷層和不整合是潛山油氣成藏的主要運(yùn)移通道。

（3）冀中坳陷潛山油氣藏分為潛山頂油氣藏、潛山坡油氣藏和潛山內(nèi)幕油氣藏3種類型，前者是最主要的油氣藏類型，后二者可作為今后增儲(chǔ)挖潛的重點(diǎn)，如文安斜坡內(nèi)帶奧陶系潛山內(nèi)幕圈閉、牛駝鎮(zhèn)凸起長(zhǎng)城系常州溝組及高于莊組潛山內(nèi)幕圈閉等。

（4）潛山油氣近油源分布，具東富西貧、南油北氣的特征，并在斷裂帶附近的潛山及潛山內(nèi)幕圈閉中富集，構(gòu)成了復(fù)式油氣聚集帶。

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