沙南凹陷西洼成藏主控因素及有利勘探區(qū)帶

石文龍，李慧勇，茆利，胡賀偉，步少峰

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津300452）

沙南凹陷位于渤海西部海域，東西兩側(cè)與渤中、歧口2 富生烴凹陷相連，屬于新生代發(fā)育起來的北斷南超的箕狀凹陷。該凹陷已累計鉆井20 余口，一直沒有發(fā)現(xiàn)商業(yè)規(guī)模油氣田，勘探潛力備受質(zhì)疑，尤其是對烴源巖的供烴能力和沙河街組的儲層發(fā)育程度。為此，本文結(jié)合新采集的三維地震資料，對西洼的凹陷結(jié)構(gòu)、成藏條件以及已鉆構(gòu)造的成藏特征進行了深入研究，明確了沙南凹陷西洼的成藏主控因素，優(yōu)選出有利勘探區(qū)帶。

1 地質(zhì)概況

沙南凹陷西側(cè)以歧口18-1，18-2 構(gòu)造上升盤基底隆起為界，東側(cè)以曹妃甸18-1，18-2 及渤中19-4 構(gòu)造脊底構(gòu)造基為界，整體上為一個新生代發(fā)育起來的狹長型東西走向的開放性凹陷。該凹陷以中生界為基底，自下而上發(fā)育的地層有孔店組、沙河街組、東營組、館陶組、明化鎮(zhèn)組以及第四系，其中東三段、沙一段和沙三段為本區(qū)3 套主要烴源巖。

凹陷中間發(fā)育了一條近南北走向的構(gòu)造脊，該構(gòu)造脊南起埕北油田東側(cè)，向北一直延伸到沙壘田凸起，把沙南凹陷分為東、西2 個次洼［1］，西洼具有北斷南超的構(gòu)造特征（見圖1）。

西洼整體上受控于凹陷中間一條東西走向且長期活動的拉張性斷層，該斷層在沙河街組晚期開始活動，到了東三段，活動進一步加強，形成一個東西走向的中央構(gòu)造脊。依附于該構(gòu)造脊，在其上、下盤形成了一系列構(gòu)造圈閉，習慣上稱為沙中構(gòu)造帶。以該構(gòu)造帶為界，西洼又可以分為3 個更次級的小洼陷（A，B，C）。A洼是主要生烴凹陷，沉積面積較大，具有典型的箕狀特征，沉積了厚層沙河街組地層。B 洼與C 洼面積較小，為2 個沙河街組末期形成的相對獨立的小洼陷。

2 油氣成藏特征

2.1 油藏分布特征

在沙南凹陷西洼所鉆20 余口井中，共鉆遇9 個構(gòu)造，其中沙中構(gòu)造帶鉆井15 口，鉆遇7 個構(gòu)造。發(fā)現(xiàn)的6 個含油氣構(gòu)造全部在沙中構(gòu)造帶，其中3 個位于構(gòu)造帶上升盤，3 個位于下降盤。這些含油氣構(gòu)造充滿度較低，最高為40%，最低為11%，平均圈閉充滿度僅為30%，單個儲量規(guī)模較小，均未達到商業(yè)開發(fā)規(guī)模。

2.2 油氣藏儲蓋組合特征

沙南凹陷西洼主要發(fā)育5 套儲蓋組合，自上而下分別為：明下段河流相泥巖蓋層與河道砂體儲層；館陶組中部泥巖蓋層與下部厚層辮狀河砂礫巖；東二上段自身泥巖蓋層與辮狀河三角洲砂體；東下段厚層泥巖蓋層與沙一、沙二段儲層；沙三段自身泥巖蓋層與扇三角洲砂體。其中，沙一、沙二段儲層與東下段蓋層的儲蓋組合為一套重要的儲蓋組合，沙中構(gòu)造帶下降盤的探井在東下段泥巖蓋層以下儲層中均見到良好的油氣顯示。但是，由于受沉積相帶的控制，沙中構(gòu)造的大部分鉆探井在沙一、沙二段沒有鉆遇較好儲層，單層儲層厚度較小，以細砂巖—泥質(zhì)粉砂巖巖性為主，儲層橫向變化較大，連通性較差，影響了油氣成藏的規(guī)模。在明下段、東營組見到了油氣顯示，但沒有發(fā)現(xiàn)油氣藏。已發(fā)現(xiàn)的油氣主要成藏于沙二段，沙三段和館陶組只有少量的油氣發(fā)現(xiàn)。

2.3 油氣運聚特征

在東三段、沙一段、沙三段3 套烴源巖中，沙三段烴源巖分布范圍最廣，沉積厚度最大，對沙南凹陷西洼油氣成藏起著主要供烴作用。由3 個小次洼生成的油氣，可以通過不整合面、連通性地層以及開啟性斷層運移到圈閉中聚集成藏。

沙中構(gòu)造帶上升盤西側(cè)的曹妃甸13-1 含油構(gòu)造，在沙一、沙二、沙三段均有油氣成藏，主要含油層位為沙一、沙二段。油氣主要來自C 次洼的沙三段油源，成藏類型為自生自儲。油氣一部分是由烴源巖生成，直接通過一次運移進入到儲層中，另一部分是通過層間斷層或長期活動的斷層與砂體耦合運移到圈閉中成藏。

上升盤東側(cè)的曹妃甸14-2 含油構(gòu)造，含油層位為沙二段與館陶組。其中沙二段是主要的含油層系，油氣主要來自B 次洼的沙三段油源供應(yīng)，通過斷層與砂體耦合運移到圈閉中。館陶組油氣主要通過晚期活動的斷層與館陶組厚層砂巖耦合運移到圈閉中聚集成藏。

位于沙中構(gòu)造帶下降盤的3 個含油構(gòu)造 （曹妃甸14-1S，14-5，15-3），其油氣主要成藏于沙二段，沙三段頂部也有少量油氣層發(fā)現(xiàn)，油氣運聚條件基本相同，均來自近源的沙三段與沙一段，為自生自儲型油氣藏。

2.4 油氣成藏模式

位于沙中構(gòu)造上升盤的油氣藏，主要成藏層位為古近系沙河街組，油藏類型主要以構(gòu)造層狀為主，館陶組為受構(gòu)造控制的塊狀油藏；位于下降盤的3 個含油構(gòu)造，由于目的層段儲層較薄，橫向變化較快，因此均為受構(gòu)造控制的構(gòu)造-巖性油藏。

3 成藏主控因素分析

接，有的與館陶組厚層砂礫巖對接，整體側(cè)封情況都不理想。雖然這些圈閉處于生烴凹陷中間，供烴條件比較有利，但由于受圈閉條件限制，這種圈閉形成的油藏充滿度較低，影響了油氣的進一步富集。

沙中構(gòu)造帶構(gòu)造的獨特性決定了該區(qū)圈閉的主要發(fā)育類型，而在沙中構(gòu)造帶以外的區(qū)域，圈閉類型將會與之有很大的差異，圈閉的有效性會有很大提高。

沙中構(gòu)造帶是一個后期構(gòu)造反轉(zhuǎn)的凹中隆起，其上發(fā)育較大規(guī)模的構(gòu)造圈閉，一直被認為具有較好的勘探前景，因此，西洼的鉆井基本都集中在這一帶。但是，經(jīng)過幾年的鉆探，雖然幾乎每口井都有油氣發(fā)現(xiàn)，可結(jié)果并不理想，沒有取得規(guī)模性的商業(yè)發(fā)現(xiàn)，使整個西洼的勘探潛力受到質(zhì)疑［2-6］。

3.1 烴源巖質(zhì)量

由于沙南西洼鉆探情況整體不理想，普遍的觀點認為沙南凹陷西洼是一個非富烴凹陷，生烴能力受到質(zhì)疑。然而，西洼的3 套烴源巖中，尤其是沙河街組烴源巖，總有機碳質(zhì)量分數(shù)達3.0%～4.0%，并以Ⅱ1型干酪根為主，為好—很好的烴源巖類型。東三段總有機碳質(zhì)量分數(shù)為2.5%，有機質(zhì)豐度好，烴源巖類型為Ⅰ—Ⅱ1，主要以Ⅱ1型為主，屬于好的烴源巖（見圖2）。

沙南凹陷西洼生烴門限深度在2 500～2 800 m，平均排烴門限深度約為3 000 m。目前3 套烴源巖的深度基本都處于生烴門限以下，其中沙三段主力烴源巖埋藏最深，成熟度最高，分布范圍也較廣，沉積中心泥巖厚度達500 m 以上?？傮w來看，西洼的烴源巖具有較好的生烴潛力，不能因為鉆探情況的不理想而懷疑其生烴能力，進而懷疑整個凹陷的勘探潛力。

圖2 沙南凹陷西洼烴源巖特征

3.2 圈閉的有效性

影響該圈閉油氣充滿度的原因有2 個： 一是凹陷的供烴能力差，沒有足夠的油氣供應(yīng)圈閉成藏；二是圈閉的有效性差，運移來的油氣不能得到很好的保存，產(chǎn)生二次運移，散失到別處。對該區(qū)烴源巖分析可知，沙南西洼具有良好的烴源條件，因此，導(dǎo)致沙中構(gòu)造帶所鉆圈閉油氣充滿度較低的主要原因，應(yīng)是這些油藏的圈閉有效性較差。

目前沙中構(gòu)造帶上所鉆的圈閉，主要集中在東西走向主斷裂的上升盤，受南側(cè)長期繼承性活動的基底隆起邊界斷層控制，主要為斷背斜或斷塊圈閉。這種類型的圈閉有效性，主要取決于上升盤的儲層與下降盤不同巖性地層的對接情況。對已鉆圈閉主要目的層的斷層側(cè)封性分析結(jié)果表明，油藏主要目的層——沙二段的儲層，有的與下降盤東二段上部厚層砂巖儲層對

3.3 沙河街組儲層的發(fā)育程度

沙中構(gòu)造沒有形成較大規(guī)模的油氣藏，除了圈閉的有效性因素以外，還受沙河街組儲層的發(fā)育程度影響［7-9］。例如，沙中構(gòu)造帶南側(cè)下降盤的曹妃甸15-3，14-1S，14-5 構(gòu)造，雖然鉆井揭示古近系油氣顯示非?；钴S，只要是儲層基本就有油氣顯示，測井解釋了多個油層，取樣也取到了油和天然氣，測試也獲得較高產(chǎn)能，但由于沙河街組儲層均以薄互層砂巖為主，儲層橫向分布不穩(wěn)定，導(dǎo)致這些構(gòu)造整體成藏規(guī)模較小。

目前沙中構(gòu)造帶鉆井主要分布在上升盤，鉆井揭示的沙二段儲層不理想，主要是沙中構(gòu)造帶距離南北兩側(cè)物源區(qū)都比較遠，加上早期的構(gòu)造反轉(zhuǎn)使北側(cè)上升盤在沙二段時期構(gòu)造位置相對較高，南北兩側(cè)的物源都很難大量運載到該構(gòu)造帶之上，使其處于不利儲層發(fā)育相帶上。

在沙三早期，沙南凹陷西洼的雛形已基本形成，沙中構(gòu)造帶還是一個較小的水下基底隆起。此時，沙壘田凸起為北側(cè)物源供給區(qū)，南側(cè)的埕子口凸起和埕北低凸起連在一起，形成南部物源區(qū)，該時期在凹陷南側(cè)主要以辮狀河三角洲沉積為主，北側(cè)斜坡區(qū)主要為扇三角洲沉積（見圖3a）。到了中晚期，湖盆面積增大，湖水明顯加深，該時期沙南凹陷西洼沉積了厚層的暗色泥巖，富含大量的有機質(zhì)，成為該區(qū)主要的烴源巖。

在沙二時期，湖盆面積進一步增大，沙壘田凸起、埕子口凸起出露地表面積仍較大，埕北低凸起部分出露地表，為沙南西洼提供物源供給。該時期湖盆可容納空間比沙三段要小，湖水相對較淺，碎屑物可以搬運較遠的距離，在西洼發(fā)育了大范圍的辮狀河三角洲沉積（見圖3b）。尤其是來自沙壘田凸起的物源，可以沿著沙中構(gòu)造帶的斷裂調(diào)節(jié)帶繼續(xù)向南側(cè)搬運，使北側(cè)物源的影響向南延伸更遠，辮狀河三角洲分布的范圍更廣。例如曹妃甸14-5-1 井，該井雖然位于沙中構(gòu)造帶的南側(cè)下降盤，接近凹陷的沉積中心位置，但由于處在沙中構(gòu)造帶斷裂調(diào)節(jié)帶下降盤的水下河道上，沙二段鉆遇儲層比例高達62.5%。因此，在沙中構(gòu)造帶南北兩側(cè)距離物源較近的斜坡區(qū)，沙河街組的儲層應(yīng)發(fā)育較好。勢指向區(qū)，但由于北側(cè)上升盤靠近烴源巖的沙河街組地層與南側(cè)下降盤的東二段上部及館陶組砂巖對接，油氣很難得以規(guī)模性保存；因此，在該構(gòu)造帶上盡管有油氣發(fā)現(xiàn)，但圈閉充滿度較低，成藏規(guī)模較小。

圖3 沙南凹陷古近系主要目的層段沉積相

3.4 凹陷類型

從流體勢角度分析，烴源巖上傾方向為油氣運移的低勢區(qū)［10］，理想狀態(tài)下，油氣會從凹陷的沉積中心以分隔槽為界向四周斜坡區(qū)運移。凹陷周邊凸起區(qū)，是油氣運移的最終目標區(qū)，在環(huán)生烴凹陷的凸起區(qū)，一般都能發(fā)現(xiàn)大油田就是很好的證明。凹陷的類型決定了烴源巖的產(chǎn)狀，烴源巖的產(chǎn)狀又決定了油氣運移的方向。因此，不同的凹陷類型向各個斜坡區(qū)運移的油氣資源量是不一樣的。油氣順著烴源巖的產(chǎn)狀向南北兩側(cè)斜坡區(qū)運移，但洼陷的結(jié)構(gòu)決定了洼陷南側(cè)斜坡區(qū)為油氣運移的優(yōu)勢指向區(qū)。

沙中構(gòu)造帶被3 個小生烴次洼夾持，但A 洼的油氣主要向南側(cè)斜坡區(qū)運移，向構(gòu)造帶上升盤運移的量十分有限。雖然沙中構(gòu)造帶是B 洼、C 洼油氣運移的優(yōu)

3.5 斷裂活動期次

斷層對油氣的保存與運移至關(guān)重要［11-13］，斷層活動能對已形成的油氣藏起到破壞作用，同時也對新油氣藏的形成起到油氣再分配作用。由于斷層的長期活動，古近系烴源巖生成的油氣可能被運移到新近系。晚期活動的斷層和連通性砂體，相互耦合組成有效輸導(dǎo)體系，使油氣在新近系圈閉中聚集成藏。因此，長期活動斷層的發(fā)育程度，決定了新近系油氣成藏的規(guī)模及油氣的富集程度［14-15］。

在沙中構(gòu)造帶，僅有1 口井在館陶組有少量的油氣成藏，主要是因為在鉆井區(qū)域長期活動的斷層十分有限，油氣向上運移的路徑不暢。因此，在長期活動斷層發(fā)育的區(qū)域，新近系應(yīng)具有良好的勘探潛力。在沙南凹陷西洼，除了凹陷南北兩側(cè)的邊界斷層以及沙中構(gòu)造帶的主斷裂外，在曹妃甸14-5 構(gòu)造南側(cè)，不但早、晚期斷層十分發(fā)育，而且還發(fā)育了多條近東西走向的長期活動斷層。這些斷層大都向下斷穿沙河街組，向上斷穿第四系。這些長期活動斷層對新近系圈閉起到很好的油氣輸導(dǎo)作用，而晚期活動的斷層又可以對運移到淺層的油氣起到再分配作用，有利于油氣在新近系規(guī)模性成藏。

4 有利勘探區(qū)帶預(yù)測

有利勘探區(qū)帶，一定是在油氣運移的優(yōu)勢指向區(qū)，且具備有效儲存條件的圈閉［16-18］。在沙南凹陷西洼，受北斷南超的凹陷類型控制，油氣主要向南北兩側(cè)斜坡區(qū)運移。據(jù)此分析認為，沙南凹陷西洼有2 個比較有利的區(qū)帶，即南側(cè)斜坡區(qū)和北側(cè)斜坡區(qū)。

4.1 沙南凹陷西洼南側(cè)斜坡區(qū)

該區(qū)主要是指沙中構(gòu)造帶下降盤以南的區(qū)域，不但是A 洼油氣的主要運移方向，B，C 兩個小次洼的油氣也可以通過連通性地層運移到該區(qū)域。該區(qū)古近系主要發(fā)育受構(gòu)造控制的斷背斜、構(gòu)造-地層圈閉、地層超覆圈閉。其中：構(gòu)造-地層圈閉、地層超覆圈閉主要發(fā)育在靠近南側(cè)凸起邊界斷層的下降盤或是靠近湖盆邊界的緩坡區(qū)；斷背斜主要受斷層控制，主要發(fā)育在長期活動斷層發(fā)育的區(qū)域。這些圈閉靠近南側(cè)凸起物源區(qū)，處于有利的儲層發(fā)育相帶，油氣可以通過不整合面和早期斷層運移到圈閉中聚集成藏。新近系主要發(fā)育構(gòu)造-巖性圈閉，這些圈閉主要發(fā)育在曹妃甸14-5 構(gòu)造以南長期活動斷層發(fā)育區(qū)域，具有較大構(gòu)造背景與良好的儲蓋組合條件，勘探潛力較大。

4.2 沙南凹陷西洼北側(cè)斜坡區(qū)

該區(qū)主要指沙壘田凸起南側(cè)下降盤的斜坡區(qū)域，主要發(fā)育古近系斷背斜、構(gòu)造-地層圈閉。這些圈閉距離北側(cè)物源區(qū)較近，具有良好的儲層條件。同時，在凸起上發(fā)現(xiàn)的油田證實，有來自沙南凹陷的油源貢獻。這些處于油氣運移路徑上的圈閉，具有優(yōu)先捕獲油氣的條件，勘探潛力較大。

5 結(jié)論

1）沙中構(gòu)造帶鉆探失利的主要原因有：圈閉有效性差，沙河街組儲層不發(fā)育且橫向變化較快。一直圍繞沙中構(gòu)造帶實施鉆探，是沙南凹陷西洼沒有取得較大突破的重要原因。

2）沙南凹陷西洼的兩側(cè)斜坡區(qū)，是比較有利的勘探區(qū)帶，具有良好的成藏條件，在古近系與新近系發(fā)育多種類型圈閉，具有良好的儲蓋組合，可能是一個取得較大突破的潛力勘探區(qū)。

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