渤海海域廟西中南洼圍區(qū)優(yōu)質(zhì)烴源巖分布及其控油氣作用

孫 哲, 于海波, 彭靖淞, 葉 濤, 李 飛, 蔡冬梅

(1.中海石油(中國)有限公司天津分公司 渤海石油研究院，天津 300459；2.中海油能源發(fā)展股份有限公司 工程技術(shù)分公司，天津 300459)

優(yōu)質(zhì)烴源巖是近海大、中型油氣田形成的基礎(chǔ)[1-2]?！霸纯卣摗钡乃悸吩谟蜌饪碧綄嵺`中發(fā)揮著重要的作用[3-4]。因此，圍繞優(yōu)質(zhì)烴源巖預(yù)測及其與油氣分布關(guān)系的相關(guān)研究在油氣勘探中具有十分重要的地位。廟西中南洼位于渤海海域東南部，主要包括廟西中南洼、黃河口東洼以及萊州灣東北洼3個典型的邊緣洼陷[5-6]。近年來隨著渤海邊緣洼陷勘探的不斷深入，該區(qū)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)蓬萊31和渤中36等一批規(guī)模性油田，展現(xiàn)了良好的勘探前景。然而受限于邊緣洼陷相對局限的烴源巖分布以及該區(qū)復(fù)雜破碎的構(gòu)造格局，優(yōu)質(zhì)烴源巖的評價以及油氣分布規(guī)律的預(yù)測十分困難。前人對該區(qū)的研究主要集中于洼陷成因演化[7-10]、烴源巖評價[11]、局部地區(qū)油源對比[12]、油氣富集規(guī)律[13-14]等方面，缺少優(yōu)質(zhì)烴源巖預(yù)測及其與油氣分布關(guān)系的整體研究?；诖?，筆者應(yīng)用地球化學、測井以及區(qū)域地震資料，對廟西中南洼圍區(qū)優(yōu)質(zhì)烴源巖的展布特征進行研究，并結(jié)合油-源對比分析以及油源斷層活動性分析，探討優(yōu)質(zhì)烴源巖的展布對原油類型分布的控制作用，以期對該地區(qū)的油氣勘探部署有所啟示。

1 地質(zhì)概況

研究區(qū)處于渤海東南部，東臨膠遼隆起，西靠渤南低凸起，北端為廟西南凸起，面積約 1 100 km2(圖1)。新生代以來主要構(gòu)造期次為：古新世-始新世裂陷Ⅰ幕和Ⅱ幕、漸新世裂陷Ⅲ幕，中新世裂后熱沉降階段以及上新世新構(gòu)造運動階段[15]?？v向上依次發(fā)育了古近系孔店組、沙河街組、東營組和新近系館陶組、明化鎮(zhèn)組(圖1)。烴源巖層主要發(fā)育于古近系沙河街組第三段(簡稱“沙三段”，Es3)和第四段(Es4)。從構(gòu)造位置上看，研究區(qū)主要位于盆地邊緣，屬于典型的邊緣洼陷，且在烴源巖發(fā)育期隨著沉降中心不斷遷移[16]，因此烴源巖具有非均質(zhì)性強和預(yù)測困難的特征；此外受郯廬斷裂帶的影響，該區(qū)油氣運聚期發(fā)育較多的伸展走滑斷裂，成藏規(guī)律十分復(fù)雜。

2 優(yōu)質(zhì)烴源巖展布特征

2.1 優(yōu)質(zhì)烴源巖劃分標準

優(yōu)質(zhì)烴源巖是指有機質(zhì)豐度高、類型好、具有巨大的生烴和排烴能力，對油氣藏有較大貢獻的烴源巖[17]。關(guān)于優(yōu)質(zhì)烴源巖的界定，目前國內(nèi)外尚無統(tǒng)一的標準，許多學者根據(jù)研究目的和地區(qū)的不同制定或使用過多種標準[1,18]。通過廟西中南洼圍區(qū)烴源巖實測地球化學數(shù)據(jù)進行分析，結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)研究對優(yōu)質(zhì)烴源巖定義進行綜合對比，建立了研究區(qū)優(yōu)質(zhì)烴源巖的劃分標準(表1)。

表1 廟西中南洼地區(qū)烴源巖評價標準Table 1 Evaluation criteria for source rocks in central-south sag of Miaoxi Depression

2.2 優(yōu)質(zhì)烴源巖縱向展布特征

研究區(qū)勘探程度較低，常規(guī)地球化學資料少，不足以支持在單井上對烴源巖進行精細的劃分；因此筆者選取4口代表井，從單井實測地化數(shù)據(jù)出發(fā)，結(jié)合相關(guān)測井評價方法[19-21]，對研究區(qū)優(yōu)質(zhì)烴源巖的縱向分布特征進行刻畫。

從單井烴源巖的評價結(jié)果(圖2)可以看出：研究區(qū)優(yōu)質(zhì)烴源巖的發(fā)育層位主要是沙三段，其次為沙一段和沙二段，沙四段優(yōu)質(zhì)烴源巖探井揭示相對較少。其中PL25-3A井區(qū)沙一段、沙二段以及沙三段優(yōu)質(zhì)烴源巖最為發(fā)育，井上統(tǒng)計厚度最大，約360 m；BZ36-2A井區(qū)優(yōu)質(zhì)烴源巖主要位于沙三中段，井上統(tǒng)計厚度約260 m；KL6-4B井區(qū)優(yōu)質(zhì)烴源巖主要位于沙三中下段，井上統(tǒng)計厚度約210 m；而 PL25-6A井區(qū)優(yōu)質(zhì)烴源巖主要發(fā)育于沙一段、沙二段，統(tǒng)計厚度為42 m，下部沙三段和沙四段、孔店組烴源巖品質(zhì)逐漸變差，優(yōu)質(zhì)烴源巖均不發(fā)育。

2.3 優(yōu)質(zhì)烴源巖平面展布特征

根據(jù)單井烴源巖評價結(jié)果，通過井震結(jié)合，在地震數(shù)據(jù)格架下對優(yōu)質(zhì)烴源巖的地震反射特征進行了識別(圖3)。PL25-6A井縱向上優(yōu)質(zhì)烴源巖主要在沙一段、沙二段發(fā)育，下部烴源巖品質(zhì)逐漸變差，地震反射特征由上到下的變化為：中低頻-連續(xù)-強振幅至中高頻-斷續(xù)-弱振幅。PL25-3A井沙三段整體上為一套品質(zhì)較好的烴源巖，地震反射特征整體為中低頻-連續(xù)-強振幅。BZ36-2A井優(yōu)質(zhì)烴源巖主要位于中下段，地震反射特征由上到下的變化為：中高頻-斷續(xù)-弱振幅至中低頻-連續(xù)-強振幅。KL6-4B井優(yōu)質(zhì)烴源巖主要在底部發(fā)育，烴源巖品質(zhì)向上逐漸變差，地震反射特征由上到下的變化為：中高頻-斷續(xù)-弱振幅至中低頻-連續(xù)-強振幅。從以上井震結(jié)合對比結(jié)果可以得出2個結(jié)論：一是地震資料反射特征能夠很好地響應(yīng)烴源巖品質(zhì)的變化；二是研究區(qū)優(yōu)質(zhì)烴源巖的典型地震反射特征為中低頻-連續(xù)-強振幅。

借助于研究區(qū)高精度的三維地震數(shù)據(jù)體，通過地震相識別，依鉆井揭示的不同類型烴源巖厚度作為標定，同時結(jié)合沉積特征，編制了廟西中南洼圍區(qū)主要生油層系(沙三段和沙四段)的優(yōu)質(zhì)烴源巖厚度圖(圖4)。圖上可以看出：沙三段優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育較廣泛，廟西中南洼南次洼、黃河口東洼東部以及萊州灣東北洼均發(fā)育；而沙四段優(yōu)質(zhì)烴源巖主要分布于廟西中南洼南次洼，分布較為局限。

3 原油分布特征及主控因素

前文綜合各種方法主要對研究區(qū)烴源巖的類型、品質(zhì)、規(guī)模以及分布進行了論述，為了探討優(yōu)質(zhì)烴源巖對油氣特征的控制作用，通過分析地球化學資料以及油源斷層特征對研究區(qū)原油類型、成因、分布以運移效應(yīng)展開研究。

3.1 油-源對比及原油類型劃分

首先從沙三段和沙四段烴源巖甾烷、萜烷典型譜圖特征(圖5)上看，沙三段烴源巖在甾烷、萜烷譜圖特征上表現(xiàn)為低γ蠟烷、低C35升藿烷、重排甾烷含量高、四甲基甾烷含量高的特征；另外規(guī)則甾烷特征方面具有C27、C28、C29呈不對稱的“V”型分布特征，且C29甾烷含量低于C27甾烷含量。沙四段烴源巖具有高γ蠟烷、高C35升藿烷、低重排甾烷含量、低四甲基甾烷含量特征；規(guī)則甾烷含量特征方面具有C27、C28、C29呈近對稱“V”型分布特征，C27甾烷含量與C29甾烷含量相當。

同時通過原油地化參數(shù)統(tǒng)計整理分析(圖6)可以看出：墾利6-4區(qū)以及蓬萊25區(qū)原油樣品呈現(xiàn)高C27重排甾烷含量、低C35升藿烷含量，為典型的“沙三特征”；渤中36區(qū)原油樣品呈現(xiàn)低C27重排甾烷含量、高C35升藿烷含量的“沙四特征”，而蓬萊31區(qū)原油樣品表現(xiàn)為沙三段和沙四段混源的特征。蓬萊25和墾利6-4區(qū)原油樣品呈高四甲基甾烷含量、低γ蠟烷含量的“沙三特征”，渤中36區(qū)原油樣品呈高γ蠟烷含量、低四甲基甾烷含量的“沙四特征”，蓬萊31區(qū)原油樣品呈混源特征。值得一提的是，在圖6-B上大部分渤中36區(qū)原油樣品與蓬萊31區(qū)樣品四甲基甾烷含量差別不大，表明渤中36區(qū)雖然整體是“沙四特征”但也不能排除有少量沙三段烴源巖的貢獻。

3.2 烴源巖展布與原油類型的關(guān)系

結(jié)合前文優(yōu)質(zhì)烴源巖分布特征的認識，對優(yōu)質(zhì)烴源巖分布及其與不同地區(qū)原油類型分布特征之間的關(guān)系進行了探討，從優(yōu)質(zhì)烴源巖與大中型油藏分布的平面疊合關(guān)系(圖4)上看，規(guī)模性油氣基本都圍繞優(yōu)質(zhì)烴源巖分布；結(jié)合原油運移效應(yīng)圖版分析[22](圖7)，原油運移效應(yīng)不明顯，基本都以成熟作用為主，據(jù)此認為原油近源展布，整體具有“源控”特征。但是，從不同層段烴源巖與不同類型原油的分布關(guān)系來看，不同地區(qū)也有所差異：墾利6-4和蓬萊25區(qū)主要發(fā)育沙三段優(yōu)質(zhì)烴源巖，沙四段優(yōu)質(zhì)烴源巖不發(fā)育，其原油類型也主要呈“沙三型”特征，明顯受沙三段優(yōu)質(zhì)烴源巖控制。蓬萊31區(qū)同時發(fā)育沙四段烴源巖和沙三段優(yōu)質(zhì)烴源巖，其原油類型呈“混源特征”。渤中36區(qū)沙三段優(yōu)質(zhì)烴源巖較為發(fā)育，缺失沙四段地層，但該區(qū)原油卻主要呈“沙四特征”，可以看出該區(qū)原油成因類型并不僅僅受優(yōu)質(zhì)烴源巖控制。

研究區(qū)油氣運聚期發(fā)育較多的伸展走滑斷裂，成藏規(guī)律十分復(fù)雜，原油類型除了受烴源巖控制外，同時也會受油源斷層調(diào)整作用的影響。本文應(yīng)用相關(guān)構(gòu)造建模軟件，分別統(tǒng)計出溝通沙三段烴源巖和沙四段烴源巖的油源斷層斷接厚度(烴源巖上覆蓋層厚度減去油源斷層斷距即為蓋層斷接厚度)[23-24]。斷接厚度可定量評價斷裂對油氣的垂向運移疏導(dǎo)能力[25-26]，其數(shù)值越小，表示油氣突破上覆蓋層向淺部運移和調(diào)整的能力就越強[27-29]。統(tǒng)計結(jié)果表明(圖8)，蓬萊31區(qū)沙三段烴源巖上覆蓋層斷接厚度基本在200 m以內(nèi)；而沙四段烴源巖上覆蓋層斷接厚度基本大于400 m，垂向運移的能力遠遠低于沙三段烴源巖。沙四段烴源巖生成的油氣在垂向上以“源-斷”式運移方式受阻的條件下更大概率地以“源-側(cè)”式運移方式沿不整合面橫向疏導(dǎo)，向高部位的渤中36區(qū)運移。這也是渤中36區(qū)雖然缺失沙四段地層，但是原油成因類型卻整體呈“沙四型”的主要原因。

綜合以上分析認為，研究區(qū)整體上具有明顯的近源成藏特征，但是各構(gòu)造區(qū)原油類型分布規(guī)律的主控因素有所差異：蓬萊25和墾利6-4區(qū)原油類型主要受優(yōu)質(zhì)烴源巖控制，而蓬萊31區(qū)和渤中36區(qū)原油類型及分布受油源斷裂活動性和優(yōu)質(zhì)烴源巖聯(lián)合控制。

4 結(jié) 論

a.研究區(qū)沙三段烴源巖品質(zhì)整體較好，優(yōu)質(zhì)烴源巖主要分布于廟西中南洼南次洼、萊州灣東北洼以及黃河口東洼東部與廟西中南洼結(jié)合部；沙四段優(yōu)質(zhì)烴源巖主要分布于廟西中南洼南次洼。從油源角度看廟西中南洼南次洼垂向上同時發(fā)育沙三段和沙四段2套優(yōu)質(zhì)烴源巖，是下一步勘探的有利區(qū)帶。

b.研究區(qū)原油主要來自于沙三段和沙四段烴源巖。沙三型原油主要分布于研究區(qū)北部的蓬萊25區(qū)和南部的墾利6-4區(qū)；混源型原油主要分布在蓬萊31區(qū)；沙四型原油主要分布在渤中36區(qū)。

c.研究區(qū)原油分布特征主要受優(yōu)質(zhì)烴源巖控制，具有明顯的源控特征。但從不同層段烴源巖與不同類型原油的分布關(guān)系來看，各地區(qū)也有所差異：墾利6-4區(qū)和蓬萊25區(qū)主要受優(yōu)質(zhì)烴源巖控制，渤中36區(qū)原油類型及分布則受優(yōu)質(zhì)烴源巖和油源斷層共同控制。