黃驊坳陷中旺-齊家務(wù)地區(qū)沙一下亞段油氣成藏模式研究

趙 軍 馬建英 周可佳 王昌麗 董越崎 李曉靜

（中國(guó)石油大港油田分公司勘探開發(fā)研究院）

0 引言

渤海灣盆地為中-新生代內(nèi)陸裂陷型盆地，古近系和新近系是主要的含油層系[1-5]。沙一段在盆地內(nèi)普遍發(fā)育，細(xì)分為沙一下亞段、沙一中亞段和沙一上亞段。沙一段沉積時(shí)期，盆地處于擴(kuò)張期，氣候潮濕，水體加深、變廣，在凸起周邊發(fā)育沖積扇、灘壩、重力流等沉積，巖性主要為暗色泥巖、砂巖、碳酸鹽巖和膏巖[6]。長(zhǎng)期以來，國(guó)內(nèi)各大油氣田的勘探主要集中在規(guī)模大、潛力大的大型富油氣凹陷[7-12]，隨著油氣勘探程度越來越高，發(fā)現(xiàn)油氣藏的難度越來越大。以往的勘探實(shí)踐表明，分布于大型富油氣凹陷周邊的小型凹陷或洼陷存在油氣顯示但試采效果不理想，故認(rèn)為該類型油氣藏供烴能力不足、油氣充注程度不高。

近些年，油氣勘探工作逐步向大型富油氣凹陷周邊擴(kuò)大規(guī)模，陸續(xù)取得重大突破。華北油田保定凹陷曾長(zhǎng)期被認(rèn)為油氣源條件差，但近年該區(qū)低成熟度油氣勘探的成功[13-14]，證實(shí)了小凹陷（或小洼陷）存在取得大突破的可能性。中旺次洼油氣藏地質(zhì)條件與保定凹陷相似，這為大港油田油氣勘探提供了新的方向和目標(biāo)。中旺-齊家務(wù)地區(qū)為隆洼相間、古潛山圍限的封閉-半封閉沉積洼地，沙一下亞段（簡(jiǎn)稱沙一下）發(fā)育膏巖、生物灰?guī)r、油頁巖、頁巖、灰質(zhì)白云巖等巖性，鉆井揭示該區(qū)以生物灰?guī)r和頁巖油油藏為主。高先志等[15]認(rèn)為，中旺地區(qū)沙一下生物灰?guī)r和云質(zhì)灰?guī)r段油氣藏屬于自生自儲(chǔ)型；關(guān)利軍等[16]依據(jù)碳酸鹽巖與泥巖的疊加樣式以及碳酸鹽巖的不同類型，將中旺地區(qū)沙一下劃分為生物碎屑-泥巖、泥巖-生物碎屑、白云巖-泥巖、泥巖-白云巖4 種地層疊加類型。此后，關(guān)于中旺-齊家務(wù)地區(qū)巖石特征和油氣成藏的研究資料鮮有報(bào)道。隨著該區(qū)鉆探井?dāng)?shù)的增加和地震資料品質(zhì)的提升，中旺-齊家務(wù)地區(qū)沙一下油氣成藏模式得到進(jìn)一步的發(fā)展和認(rèn)識(shí)。基于近些年的鉆井和地震資料，本文從構(gòu)造、地層沉積、油源對(duì)比、斷裂疏導(dǎo)體系等方面梳理中旺-齊家務(wù)地區(qū)沙一下油氣成藏模式。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

中旺-齊家務(wù)地區(qū)位于黃驊坳陷歧口凹陷西南緣，西側(cè)為滄東斷層，北側(cè)為中旺斷層（滄東斷層和中旺斷層為控洼斷層），東北方向與沈青莊地區(qū)接合，東部為港西凸起，東南方向由齊家務(wù)背斜過渡至歧北斜坡，南部由齊家務(wù)背斜過渡至孔店凸起，西南方向與滄東凹陷相鄰[1]（圖1a）。

圖1 中旺-齊家務(wù)地區(qū)沙一下構(gòu)造綱要和生物灰?guī)r分布

該區(qū)自下而上發(fā)育沙三段（Es3，自下而上細(xì)分為Es33、Es32、Es31）、沙一下（Es1x）、沙一中（Es1z）、沙一上（Es1s）、東營(yíng)組（Ed）、館陶組（Ng）、明化鎮(zhèn)組（Nm）和平原組（Qp），地層缺失沙二段（Es2）。其中，沙一下自下而上細(xì)分為濱Ⅰ、板4、板3 和板2 油組。中旺次洼為該區(qū)沙一下的沉降和沉積中心，沙一下沉積地層最大厚度達(dá)300 m，沉積地層沿東北、東南方向迅速減薄，向西南方向緩慢減薄，表明該時(shí)期沈青莊地區(qū)、齊家務(wù)背斜發(fā)生劇烈的水下隆升。中旺-齊家務(wù)地區(qū)的主干斷層以長(zhǎng)期、中長(zhǎng)期活動(dòng)斷層為主（圖1a），根據(jù)長(zhǎng)期、中長(zhǎng)期活動(dòng)斷層分布特征，確定中旺-齊家務(wù)地區(qū)發(fā)育中旺、齊家務(wù)、港西、孔店4 組復(fù)雜斷裂帶，可作為油氣良好的縱向疏導(dǎo)體系。

2 沙一下亞段地層沉積特征

沙一下濱Ⅰ油組沉積時(shí)期，中旺-齊家務(wù)地區(qū)處于水下環(huán)境，在沈青莊地區(qū)、齊家務(wù)背斜的隆升作用下，以及港西凸起、孔店凸起的阻隔下，中旺次洼形成了封閉-半封閉的泄湖區(qū)。由于蒸發(fā)量大，且與周邊歧北斜坡、板橋次洼水體交換較弱，在中旺次洼深水區(qū)形成了一套膏巖沉積（圖1b、圖2），對(duì)下伏沙三段地層起到封蓋作用。在港西凸起、孔店凸起等周緣淺水水下隆起，該處水體清澈、動(dòng)蕩，生物灰?guī)r普遍發(fā)育（圖1b、圖2），見腔孔、鑄膜孔等孔隙結(jié)構(gòu)，是該區(qū)重要的油氣儲(chǔ)層之一。

圖2 沙一下沉積地層對(duì)比圖（剖面線位置見圖1a中A-B）

板4油組沉積時(shí)期，該區(qū)水體加深，與周邊歧北斜坡、板橋次洼水體交換能力增強(qiáng)，在中旺次洼沉積厚層深灰色泥巖，厚度達(dá)100 m；在中旺次洼邊緣W 17102、W 9-8 井區(qū)至孔店凸起、歧北斜坡等廣闊淺水區(qū)，沉積厚層的頁巖油層，其巖性主要為深灰色泥巖、油頁巖、頁巖和灰質(zhì)白云巖。

板3、板2油組沉積時(shí)期，齊家務(wù)背斜地區(qū)不發(fā)育頁巖油層，僅在中旺次洼鉆遇板2、板3油組，此時(shí)期受到北部滄縣隆起物源影響，在W 9-8井揭露厚層砂巖，表明該時(shí)期水體變淺，發(fā)生進(jìn)積事件。至沙一中沉積時(shí)期，該區(qū)水體繼續(xù)加深，沉積1套厚層泥巖和頁巖。

3 烴源巖與油源特征分析

3.1 有機(jī)質(zhì)成熟度特征

中旺次洼沙一下烴源巖由油頁巖和暗色泥巖組成，總厚度40～117 m，其中油頁巖厚度5～30 m，主要分布在齊家務(wù)背斜及其附近區(qū)域。該區(qū)沙一下烴源巖有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅰ型和Ⅱ1型。通常鏡質(zhì)體反射率（Ro）是研究干酪根熱演化和成熟度的最佳參數(shù)之一，采用烴源巖中總有機(jī)碳的重量百分比（TOC）來表示有機(jī)質(zhì)豐度，根據(jù)室內(nèi)熱解實(shí)驗(yàn)結(jié)果，該區(qū)沙一下TOC 含量一般為0.5%～5.6%，平均為2.9%，Ro一般為0.3%～0.7%。利用烴源巖熱解數(shù)據(jù)與測(cè)井曲線資料擬合計(jì)算公式，推廣到無巖心資料井，據(jù)此繪制沙一下Ro分布圖（圖3a），中旺次洼沙一下Ro值介于0.5%～0.95%之間，處于低成熟熱解階段，生成低熟油為主。

圖3 中旺-齊家務(wù)地區(qū)Ro分布特征

中旺次洼沙三段烴源巖主要為暗色泥頁巖，厚度80～220 m，埋深2 500～4 500 m，有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅱ1型和Ⅱ2型，TOC 一般在1.5%以上。利用烴源巖熱解數(shù)據(jù)與測(cè)井曲線擬合計(jì)算值繪制沙三段Ro分布圖（圖3b），中旺次洼沙三段Ro值在0.5%～0.95%之間，處于低成熟熱解階段，以生油為主。

此外，歧北斜坡鄰近港西凸起一側(cè)，沙三段、沙一下有機(jī)質(zhì)成熟度均較高?？傮w上，在中旺-齊家務(wù)地區(qū)齊家務(wù)背斜兩側(cè)分布著兩大生烴洼陷，均有為該區(qū)沙一下儲(chǔ)層供油的可能性。

3.2 油源對(duì)比分析

中旺-齊家務(wù)地區(qū)沙一下原油和烴源巖質(zhì)量色譜圖分析表明（圖4），該區(qū)原油呈現(xiàn)混源特征，表現(xiàn)為淡水和咸水環(huán)境下的低等水生生物來源，具體而言，沙一下原油中γ 蠟烷、甲藻甾烷含量由低到高均有分布，反映出淡水環(huán)境和咸水環(huán)境均有的特征。在m/z 217 質(zhì)量色譜圖上，ααα-20R規(guī)則甾烷C27、C28、C29呈“L”型分布，C27規(guī)則甾烷優(yōu)勢(shì)明顯，反映生烴母質(zhì)主要為低等水生生物來源；三環(huán)萜烷含量呈低-中等分布，反映生烴母質(zhì)含有不穩(wěn)定-穩(wěn)定成分。

圖4 沙一下原油和烴源巖質(zhì)量色譜圖

通過對(duì)比原油和烴源巖質(zhì)量色譜圖，認(rèn)為該區(qū)沙一下原油主要來自于中旺次洼沙一下、歧北斜坡沙一下和中旺次洼沙三段烴源巖。具體表現(xiàn)為：在m/z 217 質(zhì)量色譜圖上，Q 115 井（歧北沙一下）、W 35 井（中旺沙一下）、W 40井（中旺沙三段）烴源巖中ααα-20R規(guī)則甾烷C27、C28、C29呈“L”型分布，烴源巖普遍具有明顯的C27規(guī)則甾烷優(yōu)勢(shì)，有機(jī)質(zhì)以低等水生生物來源為主，與原油分析結(jié)果一致；W 40 井（中旺沙三段）烴源巖中甲藻甾烷相對(duì)含量較低，與W 1102、Qi 1703 井原油中甲藻甾烷相對(duì)含量特征相似，反映為淡水環(huán)境來源；Q 115 井（歧北沙一下）烴源巖甲藻甾烷相對(duì)含量特征相對(duì)較高，與W 6-2 井原油中甲藻甾烷相對(duì)含量特征相似，反映為咸水環(huán)境來源。在m/z 191 質(zhì)量色譜圖上，以C30藿烷為參照，烴源巖和原油中γ 蠟烷的相對(duì)含量較為接近；Q 115 井和W 35井沙一下烴源巖中三環(huán)萜烷相對(duì)含量較低，與W 6-2井和Qi 1703 井原油中的三環(huán)萜烷相對(duì)含量相似；W 40井沙三段烴源巖具有較為明顯的三環(huán)萜烷特征，而W 1102井原油也具有較為明顯的三環(huán)萜烷特征。

通過油源對(duì)比分析，認(rèn)為歧北沙一下、中旺沙一下和沙三段烴源巖生排烴后，向中旺-齊家務(wù)地區(qū)運(yùn)聚成藏，導(dǎo)致該區(qū)原油呈現(xiàn)混源特征。

4 油氣成藏過程分析

基于中旺、孔店、歧北地區(qū)沙一下原油密度分布特征（圖5），結(jié)合斷層活動(dòng)性（圖1a），識(shí)別出3 條油氣運(yùn)移路徑：中旺次洼、港西斷裂帶、南大港斷裂帶。長(zhǎng)期、中長(zhǎng)期活動(dòng)的斷層作為油氣運(yùn)移的優(yōu)勢(shì)通道，溝通了中旺次洼和歧北斜坡的生烴洼陷。由于低成熟度原油（密度較大）首先發(fā)生運(yùn)移，高成熟度原油（密度較?。┻\(yùn)移滯后，導(dǎo)致隨著運(yùn)移距離增加，原油密度呈現(xiàn)升高的趨勢(shì)。自歧北斜坡向齊家務(wù)背斜方向，港西斷裂帶、南大港斷裂帶運(yùn)移路徑上的原油密度呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢(shì)，表明歧北斜坡沙一下烴源巖生排烴后，油氣沿著港西斷裂帶、南大港斷裂帶發(fā)生側(cè)向運(yùn)移，在齊家務(wù)背斜生物灰?guī)r儲(chǔ)層中富集成藏。

圖5 沙一下原油密度分布特征（20℃）

中旺次洼原油以垂向和側(cè)向運(yùn)移為特征。平面上（圖5），由中旺次洼向齊家務(wù)背斜方向，原油密度呈現(xiàn)由低到高的特征，指示中旺次洼低成熟度原油向齊家務(wù)背斜運(yùn)移。剖面上（圖6），中旺次洼沙一下底部的膏巖層對(duì)沙三段的油氣起到遮擋作用，烴源巖生成的油氣沿著深大斷裂（齊家務(wù)斷層及其派生斷層）發(fā)生運(yùn)移，至沙一下生物灰?guī)r層聚集成藏。中旺次洼沙一下的低成熟頁巖油一部分自生自儲(chǔ)，在云灰質(zhì)頁巖中富集成藏，另一部分二次運(yùn)移至生物灰?guī)r層中聚集成藏。

圖6 W 9-8井-Kg 1井油藏剖面特征分布（剖面線位置見圖5中C-D）

總體上，由于地層隆升和差異沉降控制所形成的隆洼相間構(gòu)造格局，在斷層持續(xù)活動(dòng)中形成的復(fù)雜斷階區(qū)，以及長(zhǎng)期活動(dòng)的深大斷裂和普遍發(fā)育的生物灰?guī)r，為中旺-齊家務(wù)地區(qū)油氣聚集成藏提供了運(yùn)移通道和聚集場(chǎng)所，使齊家務(wù)背斜生物灰?guī)r成為該區(qū)沙一下有利的油氣儲(chǔ)層，其次為斷階區(qū)且鄰近斷層的云灰質(zhì)頁巖。

根據(jù)油氣成藏研究成果，指導(dǎo)部署井位2 口。第1 口井部署于齊家務(wù)斷層西北側(cè)，探索沙三段扇三角洲水下分支河道的含油氣性。研究認(rèn)為，由中旺次洼沙三段烴源巖提供生烴母質(zhì)，油氣沿著深大斷裂垂向運(yùn)移至砂體，以及原地生成的油氣就近運(yùn)移至砂體，預(yù)測(cè)該井鉆探沙三段砂巖儲(chǔ)層具有較好的油氣顯示。第2 口井部署于港西凸起西側(cè)，探索沙一下生物灰?guī)r的含油氣性，該井位于油源斷裂附近，預(yù)測(cè)為中旺次洼沙三段、沙一下烴源巖提供生烴母質(zhì)，沿著深大斷裂運(yùn)移至沙一下生物灰?guī)r聚集成藏。為此部署的2口井可揭示中旺-齊家務(wù)地區(qū)沙三段砂巖和沙一下生物灰?guī)r具有較好的含油性。

5 結(jié)論

通過分析中旺-齊家務(wù)地區(qū)斷裂活動(dòng)特征，識(shí)別出中旺、齊家務(wù)、港西、孔店斷層4組復(fù)雜斷裂帶，在長(zhǎng)期活動(dòng)斷層兩側(cè)形成多個(gè)斷塊圈閉。在港西凸起、孔店凸起周緣生物灰?guī)r普遍發(fā)育，埋藏淺，物性好，為良好的油氣儲(chǔ)層。根據(jù)原油密度變化趨勢(shì)指示油氣有利的運(yùn)移通道，厘清了該區(qū)沙一下油氣來源和成藏過程，確定齊家務(wù)背斜生物灰?guī)r和斷層附近云灰質(zhì)頁巖為重要的油氣勘探目標(biāo)。