東濮凹陷北部地區(qū)溫壓系統(tǒng)與油氣分布的關(guān)系

信鳳龍，蔣有錄，劉景東，孫 波，景 琛

（中國石油大學(xué)（華東）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,山東青島266580）

地層溫度和地層壓力作為油氣成藏環(huán)境的兩個(gè)重要物理參數(shù)，直接或者間接地影響油氣生成、運(yùn)移、聚集和保存等一系列地質(zhì)歷史事件，并最終與油氣分布關(guān)系密切。地層溫度對(duì)有效烴源區(qū)的分布和油氣生成具有明顯的控制作用[1]，同時(shí)影響著孔隙流體壓力的變化，進(jìn)而會(huì)控制油氣的運(yùn)移和分布[2?3]。馮昌格等[4]在研究塔里木盆地中央隆起區(qū)現(xiàn)今地溫場分布特征與油氣的關(guān)系中認(rèn)為，現(xiàn)今地溫場特征與油氣田分布具有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，已探明的油氣田往往位于相對(duì)高溫區(qū)。張功成等[5?6]提出源熱共控油田、氣田和油氣田在空間上的有序分布。Z.Chen 等[7]發(fā)現(xiàn)加拿大 Beaufort?Mackenzie盆地中已探明的油氣田與盆內(nèi)高溫區(qū)域有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

地層壓力是地下流體動(dòng)力場最直接的表達(dá)，控制著成藏過程和油氣的分布。蔣有錄等[8]通過研究渤海灣盆地壓力場與油氣分布的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，平面上，油氣往往與超壓中心相伴生，圍繞著超壓中心四周富集，縱向上，主力含油層系往往分布于緊鄰超壓層段的常壓層系或過渡層系。周東紅等[9]研究遼西和遼中地區(qū)，發(fā)現(xiàn)天然氣藏主要分布于異常高壓帶的內(nèi)部，油藏主要分布于異常高壓帶內(nèi)部或異常高壓帶邊緣。譚紹泉等[10]研究表明，準(zhǔn)噶爾盆地超壓頂界面附近是研究區(qū)油氣主要富集層段。劉金水等[11]通過研究西湖凹陷平湖構(gòu)造帶壓力場特征與油氣分布的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)油氣日產(chǎn)量的70%～80%集中在壓力過渡帶和正常壓力帶內(nèi)。此外，國內(nèi)外學(xué)者從壓力結(jié)構(gòu)方面對(duì)油氣分布進(jìn)行研究，根據(jù)壓力結(jié)構(gòu)特征將沉積盆地的壓力結(jié)構(gòu)劃分為3種：突變型、漸變型和疊置型，不同類型壓力結(jié)構(gòu)中油氣的分布特征不同[12?15]。對(duì)于具有突變型壓力結(jié)構(gòu)的盆地，油氣一般富集于封閉層底部，也可在淺部常壓系統(tǒng)聚集；對(duì)于具有漸變型壓力結(jié)構(gòu)的盆地，壓力過渡帶內(nèi)部和上部是最有利的油氣富集區(qū)帶；對(duì)于疊合型壓力結(jié)構(gòu)，一般上部超壓系統(tǒng)油氣最為富集。

地溫?地壓系統(tǒng)以整體的、耦合的觀點(diǎn)將地層溫度和地層壓力放入一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行綜合分析。劉震等[16?17]通過對(duì)中國含油氣盆地地溫?地壓系統(tǒng)研究認(rèn)為，高壓型復(fù)式溫壓系統(tǒng)和低壓型復(fù)式溫壓系統(tǒng)內(nèi)油氣聚集效率高，油藏規(guī)模和油氣儲(chǔ)量也較大，單一型溫壓系統(tǒng)內(nèi)一般不易聚集大規(guī)模油氣。付鑫等[18]利用地溫?地壓系統(tǒng)原理剖析了潛江凹陷潛江組溫壓場與油氣分布的關(guān)系，認(rèn)為已發(fā)現(xiàn)的油氣主要富集在常溫常壓區(qū)。

前人對(duì)于東濮凹陷的相關(guān)研究多為單一的溫度或壓力[19?22]，并沒有將溫度和壓力作為一個(gè)系統(tǒng)與其油氣分布規(guī)律進(jìn)行研究。為此，本文在地溫場、地壓場研究的基礎(chǔ)上，明確了東濮凹陷溫?壓系統(tǒng)特征及其與油氣分布規(guī)律的關(guān)系。同時(shí)，東濮凹陷作為渤海灣盆地中膏鹽巖特別發(fā)育的富油氣凹陷[23]，其油氣分布是否符合傳統(tǒng)的溫?壓場與油氣分布，也值得進(jìn)一步探討。

1 地質(zhì)背景

東濮凹陷位于中國東部渤海灣盆地臨清坳陷東南部，呈北北東走向，面積為5 300 km2。白廟?橋口?高平集為界以北為東濮凹陷北部地區(qū)，其構(gòu)造演化經(jīng)歷了上?。ㄇ肮沤o(jì)）、初期裂陷（古近系沙河街組沙四段沉積期）、強(qiáng)烈裂陷（沙三段沉積期）、萎縮（沙二段沉積期）、穩(wěn)定下沉（沙一段沉積期）、收縮（古近系東營組沉積期）和消亡?坳陷（新近系館陶組沉積期至今）等多個(gè)發(fā)展階段[24]。古近系作為研究的主要層系，厚約6 km，為一套湖泊相的含鹽碎屑巖沉積體系[25]，其中沙三段是東濮凹陷北部主力供烴和儲(chǔ)油氣層系，以發(fā)育暗色泥巖、油頁巖和粉砂巖薄夾層為主，可細(xì)分為沙三上、沙三中和沙三下3個(gè)亞段。沙三下亞段沉積時(shí)期鹽湖中心處于文留地區(qū)，鹽巖最為發(fā)育；沙三中亞段鹽巖厚度中心向北遷移，呈現(xiàn)出向文留北部、衛(wèi)城和馬寨地區(qū)擴(kuò)張的趨勢；沙三上亞段沉積期鹽湖面積縮小，以灰色、灰綠色砂泥巖沉積為主。受蘭聊、黃河及長垣3條基地大斷裂差異活動(dòng)的影響，由東向西分別為蘭聊斷裂帶（東部陡坡帶）、前梨園洼陷帶、中央隆起帶、海通集洼陷帶和西部斜坡帶，具有“東西分帶、南北分塊”的構(gòu)造特征[26]，已發(fā)現(xiàn)的油氣主要分布在凹陷北部的中央隆起帶和西部斜坡帶（見圖1）。

圖1 東濮凹陷構(gòu)造單元?jiǎng)澐旨坝蜌夥植糉ig.1 Division of tectonic units and hydr ocar bon distribution in Dongpu depression

2 地溫?地壓系統(tǒng)特征

2.1 地溫場特征

東濮凹陷北部地溫梯度值為26.1～36.2℃/km，地溫梯度等值線與盆地構(gòu)造走向一致，為北東?北北東方位分布。受斷層活動(dòng)、膏鹽發(fā)育特征的影響，熱流體在不同構(gòu)造帶的熱傳導(dǎo)作用不同，中央隆起帶地溫梯度高，最高可達(dá)35.0℃/km，其次為西部斜坡帶，地溫梯度為32.0～34.0℃/km，而前梨園洼陷及海通集洼陷地區(qū)地溫梯度較低，基本在30.0℃/km左右，前梨園?文東地區(qū)的平均地溫梯度為29.5℃/km[27]。

由于沉降及構(gòu)造演化特征各異，同一構(gòu)造界面在不同構(gòu)造單元具有不同的埋藏深度，加之地溫梯度演化特征也不盡相同，共同導(dǎo)致東濮北部不同構(gòu)造單元同一構(gòu)造界面的現(xiàn)今地溫特征差異較大。東濮凹陷北部地區(qū)古近系底界等溫線呈北東向展布，呈現(xiàn)出前梨園及海通集洼陷中心附近溫度高，中央隆起帶及西部斜坡帶溫度低的特點(diǎn)[19]。

2.2 壓力場特征

對(duì)于地壓場，為消除深度對(duì)壓力影響，采用壓力系數(shù)來描述地壓場平面變化。目前，學(xué)界對(duì)于壓力劃分方案有不同的標(biāo)準(zhǔn)[28?29]，本文將 0.9、1.2和 1.7作為壓力系數(shù)分界值。

通過統(tǒng)計(jì)試油測試資料和利用聲波時(shí)差法計(jì)算古近系現(xiàn)今地層壓力發(fā)現(xiàn)，東濮凹陷北部地區(qū)實(shí)測地層壓力分布與構(gòu)造格局、沉降中心相對(duì)應(yīng)，具有東南部高西北部低、東西分異的特點(diǎn)。平面上，壓力場的變化較大，高壓、超高壓主要分布在深洼部位和構(gòu)造高部位的翼部，如文東、前梨園、海通集等地區(qū)；常壓?弱超壓主要分布于控洼斷層附近及構(gòu)造抬升區(qū)，如濮城、衛(wèi)城地區(qū)；西斜坡地區(qū)基本為常壓區(qū)[25]?？v向上，地層壓力隨深度增加而逐漸增大，并存在明顯的分帶性，沙一段及以上地層基本上為常壓，超壓主要分布于沙一段及沙三段鹽巖以下地層，部分無鹽區(qū)也在沙一段以下存在不同程度的超壓現(xiàn)象，超壓出現(xiàn)的深度在3 000 m左右，部分地區(qū)在深層存在超壓減弱現(xiàn)象。

2.3 溫壓系統(tǒng)特征

2.3.1 溫壓系統(tǒng)縱向分布特征 基于東濮凹陷北部地區(qū)溫度和壓力的實(shí)測數(shù)據(jù)，對(duì)其溫?壓系統(tǒng)進(jìn)行劃分和厘定。

圖2為東濮凹陷北部地區(qū)不同構(gòu)造單元溫壓系統(tǒng)類型。由圖2可知，東濮凹陷北部地區(qū)主要存在兩種類型的溫?壓系統(tǒng)，一種是常壓型溫?壓系統(tǒng)，另一種是高壓型復(fù)式溫壓系統(tǒng)。常壓型溫?壓系統(tǒng)主要分布于胡慶?馬寨地區(qū)，在整個(gè)埋深范圍內(nèi)，地層溫度和地層壓力呈單一的線性關(guān)系，不存在轉(zhuǎn)折和錯(cuò)開現(xiàn)象，地層壓力為靜水壓力。高壓型復(fù)式溫壓系統(tǒng)主要分布于濮衛(wèi)地區(qū)、文留地區(qū)和橋白地區(qū)，其淺部均為靜壓型溫?壓系統(tǒng)，深部為超壓型溫?壓系統(tǒng)，兩個(gè)系統(tǒng)的界限十分清楚，溫?壓直線的斜率差別較大，濮衛(wèi)地區(qū)分界大約在3 000 m深度，文留地區(qū)和橋白地區(qū)分界大約在3 200 m深度，由圖2還可以看出，深部溫?壓關(guān)系斜率更大，說明超壓現(xiàn)象更強(qiáng)烈。

圖2 東濮凹陷北部地區(qū)不同構(gòu)造單元溫壓系統(tǒng)類型Fig.2 Types of geothermal?geopressure systems of dif?fer ent tectonic units in north par t of Dongpu sag

2.3.2 溫壓系統(tǒng)平面分區(qū)劃分方案 為了更好地反映地溫場和地壓場的相對(duì)變化，采用地溫異常值和壓力系數(shù)來對(duì)各含油層系的溫壓系統(tǒng)平面分區(qū)圖進(jìn)行表征[18,30]。其中，地溫異常是指某深度處的實(shí)際地溫與全區(qū)相同深度根據(jù)平均地溫梯度折算的地溫的差值，在研究中，將地溫異常大于4℃的地區(qū)稱為高溫區(qū)，小于-4℃的地區(qū)稱為低溫區(qū)，-4～4℃的地區(qū)稱為常溫區(qū)；將地層壓力系數(shù)大于1.1的地區(qū)稱為高壓區(qū)，小于0.9的地區(qū)稱為低壓區(qū)，壓力系數(shù)為0.9～1.1的地區(qū)稱為常壓區(qū)。據(jù)此，理論上可將地溫?地壓系統(tǒng)在平面上劃分為9種類型，即:高溫高壓區(qū)、常溫高壓區(qū)、低溫高壓區(qū)、高溫常壓區(qū)、常溫常壓區(qū)、低溫常壓區(qū)、高溫低壓區(qū)、常溫低壓區(qū)、低溫低壓區(qū)，各個(gè)分區(qū)的流體能量依次遞減。

2.3.3 溫壓系統(tǒng)平面分布特征 東濮凹陷北部地區(qū)古近系的地層壓力系數(shù)大于0.9，低壓不發(fā)育，以常壓和高壓為主，地溫發(fā)育高溫、常溫和低溫，結(jié)合主要含油層系的地溫異常和地層壓力系數(shù)特征，沙三上亞段溫壓系統(tǒng)可以分為4種類型：高溫高壓區(qū)、高溫常壓區(qū)、常溫常壓區(qū)和低溫常壓區(qū)（見圖3（a））。沙三下亞段可以分為5種類型：高溫高壓區(qū)、常溫高壓區(qū)、高溫常壓區(qū)、常溫常壓區(qū)和低溫常壓區(qū)（見圖3（b））。沙三上亞段和沙三下亞段溫壓系統(tǒng)特征相似，海通集洼陷和前梨園洼陷為高溫高壓區(qū)，西部斜坡帶和中央隆起帶以低溫常壓區(qū)和常溫常壓區(qū)為主。沙三下亞段高溫高壓區(qū)的展布范圍更大，并且在文留與前梨園洼陷過渡帶發(fā)育常溫高壓區(qū)，在橋白地區(qū)和濮城地區(qū)分別發(fā)育常溫高壓區(qū)和高溫常壓區(qū)，沙三上亞段在橋白地區(qū)和濮城地區(qū)為常溫常壓區(qū)。

圖3 東濮凹陷北部地區(qū)溫壓系統(tǒng)平面分布Fig.3 Plane distribution of geothermal?geopressure system in north part of Dongpu sag

3 溫壓系統(tǒng)與油氣分布的關(guān)系

溫壓系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和能量特征決定了系統(tǒng)內(nèi)部流體的運(yùn)動(dòng)樣式，通過溫壓系統(tǒng)的研究可以從剖面上和平面上分析地溫場、地壓場的聯(lián)合作用對(duì)油氣運(yùn)移聚集的影響。

3.1 縱向溫壓系統(tǒng)與油氣分布的關(guān)系

溫壓系統(tǒng)的縱向特征對(duì)油氣縱向上的運(yùn)聚和分布具有重要的控制作用。西部斜坡帶主要發(fā)育單一型溫壓系統(tǒng)，從現(xiàn)今油氣垂向分布狀況分析，單一型溫壓系統(tǒng)內(nèi)油氣藏主要分布于層位較老的沙三中和沙三下亞段，與該區(qū)的主要生烴層系相對(duì)應(yīng)，胡慶二臺(tái)階沙三上亞段和長垣斷裂下降盤沙三上亞段、沙二段等發(fā)現(xiàn)油氣較少，且已發(fā)現(xiàn)油氣藏類型主要為斷層油氣藏（見圖4）。

圖4 東濮凹陷北部地區(qū)單一型溫壓系統(tǒng)與油氣分布關(guān)系Fig.4 Relationship between static pressure geothermal?geopressure system and hydrocarbon distribution in nor th of Dongpu depression

這些特點(diǎn)表明，單一型溫壓系統(tǒng)動(dòng)力較弱，雖然斷裂向上延伸距離長，但不一定引發(fā)重要的垂向運(yùn)移。該系統(tǒng)內(nèi)的流體只有在靜水壓力(或弱高壓條件)下克服通道內(nèi)的毛細(xì)管阻力,才能上浮到上部地層，在西部斜坡帶由海通集洼陷向西部高部位砂體厚度變大，物性變好，油氣運(yùn)移的阻力減小，所以西部斜坡帶油氣主要是在浮力或弱高壓條件下沿?cái)?砂階梯式輸導(dǎo)體系側(cè)向運(yùn)移的結(jié)果。

中央隆起帶主要發(fā)育高壓復(fù)合型溫壓系統(tǒng)，從現(xiàn)今油氣垂向分布狀況分析，油氣主要位于下部高壓溫壓系統(tǒng)和上部靜壓溫壓系統(tǒng)的分界面附近，其中位于下部高壓溫壓系統(tǒng)頂部的沙三中亞段油氣儲(chǔ)量最大，位于上部溫壓系統(tǒng)中下部的沙二下亞段油氣儲(chǔ)量次之，高壓溫壓系統(tǒng)的中下部和靜壓溫壓系統(tǒng)的上部油氣儲(chǔ)量最小。在下部高壓溫壓系統(tǒng)內(nèi)油氣藏類型以斷層油氣藏和構(gòu)造?巖性油氣藏為主，而上部靜壓溫壓系統(tǒng)油氣藏類型以斷層油氣藏為主（見圖5）。

圖5 東濮凹陷北部地區(qū)高壓復(fù)合型溫壓系統(tǒng)與油氣分布關(guān)系Fig.5 Relationship between over pr essure complex geothermal?geopr essur e system and hydrocar bon distribution in nor th of Dongpu depression

這些特點(diǎn)表明，高壓復(fù)合型溫壓系統(tǒng)內(nèi)的上下兩套溫壓系統(tǒng)流體能量差大，一方面下部高壓型溫壓系統(tǒng)內(nèi)沙三中、下亞段生成的油氣在深部強(qiáng)大能量的作用下，易于沿砂體、斷層進(jìn)行側(cè)向和垂向運(yùn)移，由于沙三中上鹽巖或含鹽地層的封閉性較好，所以很多油氣在下部系統(tǒng)頂部封閉性較好的圈閉內(nèi)聚集成藏，形成斷層油氣藏或構(gòu)造?巖性油氣藏；另一方面在地質(zhì)歷史時(shí)期由于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造成上下兩套溫壓系統(tǒng)之間具有一定輸導(dǎo)性能的斷層，使油氣由下部高壓型溫壓系統(tǒng)運(yùn)移至上部靜壓型溫壓系統(tǒng)，而上部溫壓系統(tǒng)內(nèi)部流體能量較弱，即使能形成一些成熟或低成熟的油氣，運(yùn)移的距離也不會(huì)很遠(yuǎn)，只能在附近的圈閉內(nèi)聚集成藏，上部靜壓溫壓系統(tǒng)內(nèi)的油氣主要是由下部高壓溫壓系統(tǒng)沿?cái)鄬舆\(yùn)移而來，從而在上部靜壓溫壓系統(tǒng)內(nèi)多形成斷層油氣藏。

3.2 平面溫壓系統(tǒng)與油氣分布的關(guān)系

溫壓系統(tǒng)的平面特征對(duì)油氣在平面上的運(yùn)聚和分布具有重要的控制作用。圖6為東濮凹陷北部地區(qū)沙三上亞段、沙三下亞段溫壓系統(tǒng)與油氣分布關(guān)系。由圖6可以看出，油氣主要分布于常溫常壓、低溫常壓的低能量區(qū)和高溫高壓與常溫常壓的過渡區(qū)，在海通集洼陷和前梨園洼陷附近的高溫高壓區(qū)油氣分布較少，說明油氣由生烴洼陷的高能量區(qū)向洼陷邊緣低能量區(qū)運(yùn)移的趨勢，這與渤海灣盆地其他凹陷油氣富集區(qū)都是壓力低值、能量低值區(qū)的分布特征相同[30?31]。然而，圖 6（b）顯示，在東濮凹陷文留與前梨園洼陷過渡帶的壓力高值、能量高值區(qū)也聚集了大量油氣，分析認(rèn)為，這主要是由東濮凹陷北部地區(qū)構(gòu)造特征和地層巖性特征決定。具體來看，東濮凹陷具有古近紀(jì)東營組沉積后期至抬升初期和新近紀(jì)明化鎮(zhèn)組沉積末期兩期成藏的特征，在第一個(gè)成藏期（距今約31～23 Ma），高能量洼陷生成的大量油氣伴隨地層水沿?cái)鄬舆\(yùn)移充注至儲(chǔ)層，由于烴源巖條件優(yōu)越，大規(guī)模的油氣充注導(dǎo)致異常高壓的產(chǎn)生，同時(shí)該區(qū)域鹽巖十分發(fā)育，鹽巖良好的封蓋性能對(duì)超高壓的保存和油氣的保存均起到極其重要的作用。在第二個(gè)成藏期（約7～0 Ma），前梨園洼陷二次生烴，由于17 Ma以來所有斷層活動(dòng)性弱或均已封閉[32]，且鹽巖類蓋層封蓋作用強(qiáng)，導(dǎo)致該層系溫壓條件的升高。該時(shí)期的溫壓環(huán)境表現(xiàn)為洼陷區(qū)為高能量，構(gòu)造主體為相對(duì)低能量的特點(diǎn)，因此該期洼陷帶生成的油氣同樣具有由洼陷區(qū)向邊緣區(qū)運(yùn)移的趨勢，但由于該期斷層均已封閉，油氣在運(yùn)移過程中遇到斷層即發(fā)生聚集，運(yùn)移距離短，造成了洼陷邊緣區(qū)的部分油氣分布于常溫高壓的高能量區(qū)。

圖6 東濮凹陷北部地區(qū)溫壓系統(tǒng)與油氣分布關(guān)系Fig.6 Relationship between flat geothermal?geopressure system and hydrocarbon distribution in north part of Dongpu depression

4 結(jié) 論

（1）東濮凹陷整體上具有較高的背景地溫梯度，與斷裂和膏鹽巖相關(guān)的熱傳導(dǎo)作用導(dǎo)致地溫梯度在不同構(gòu)造帶出現(xiàn)差異：地溫場在整體上呈現(xiàn)洼陷帶高、中央隆起和西部斜坡帶低的特征，有利于洼陷帶烴源巖的成熟和油氣的生成。

（2）東濮凹陷地層壓力存在分帶型，3 000 m以上為常壓帶，以下發(fā)育超壓帶。平面上，具有東南部高西北部低、東西分異的特征，地壓場的分布控制著油氣運(yùn)移的優(yōu)勢方向。

（3）東濮凹陷發(fā)育常壓型和高壓型復(fù)式兩類地溫?地壓系統(tǒng)。西部斜坡帶發(fā)育常壓型溫壓系統(tǒng)，油氣藏主要分布在層位較老的生烴層系附近，以構(gòu)造巖性油氣藏為主。以高壓型復(fù)式溫壓系統(tǒng)為主的中央隆起帶的油氣主要分布在上下溫壓系統(tǒng)分界面附近，且上部以斷層油氣藏為主，下部以斷層、構(gòu)造?巖性油氣藏為主。

（4）東濮凹陷平面分布有高溫高壓、常溫高壓、高溫常壓、常溫常壓、低溫常壓共5個(gè)分區(qū)。油氣主要富集于常溫常壓區(qū)，由于東濮凹陷膏鹽巖蓋層發(fā)育，在能量高的常溫高壓區(qū)也聚集了大量油氣，這與渤海灣盆地其他典型富油凹陷形成顯著差異。