潜山油气藏形成条件与勘探技术
2009-05-25田园圆季春辉许艳
田园圆 季春辉 许 艳
文章编号：1006-6535(2009)02-0014-07
摘要：在调研大量文献的基础上，对国内外潜山油气藏的勘探历史与现状进行了综述。依据不同的分类标准，总结了潜山的各种分类与特点。阐述了潜山油气藏的形成条件：一是有利的构造发育背景，二是生储运聚各项参数的有机配置。介绍了潜山油气藏的分类和储层特征，并结合实例分析了潜山油气藏的成藏模式，重点探讨了潜山内幕油气藏。最后，对古潜山油气藏勘探的典型技术与流程进行归纳，并对目前潜山油气藏勘探应注意的主要问题进行了总结。
关键词：古潜山；潜山分类；潜山油气藏；形成条件；勘探技术
中图分类号：TE122.3
文献标识码：A
引 言
自中国油气资源的第一次创业——新生代陆相碎屑岩沉积盆地找油以来，石油和天然气工业已有了飞速的发展，但是随着国民经济的发展，现有的油气资源早已不能满足日益增长的需求量，油气资源的勘探势必要向新的领域发展，探索深层古老基岩油藏已成为一个重要方向。目前，潜山油气藏的勘探已占有举足轻重的地位，因此，深入研究和总结该类油气藏的形成条件和评价方法，对指导潜山油气藏勘探具有重要的理论和实际意义。
1 潜山油气藏的勘探历史与现状
世界上较早从基岩中获得油流的油藏，是1909年美国辛辛纳堤隆起东翼的摩罗县潜山油藏[1]，有目的、有计划地钻探潜山油气藏并获得成功的是1922年委内瑞拉在马拉开波盆地发现了拉巴斯油田。我国最早发现的潜山油田是1959年在酒泉盆地发现的玉门鸭儿峡潜山油田[2]。1975年，在我国渤海盆地的冀中拗陷发现了一个震旦亚界碳酸盐岩潜山高产油田——任丘油田[3]，这一发现开拓了我国找油的新领域。20世纪70年代以来，我国陆续发现并开发了一批碳酸盐岩潜山油藏。从20世纪80年代中后期以来，潜山勘探曾一度陷入低潮。1998年大港探区发现千米桥潜山凝析气藏[4]，并于2001年初获得国家科技进步一等奖后，再次引起人们对潜山油气勘探的关注。
在任丘潜山油田发现以后，我国潜山油气藏的系统研究工作才开始进行。潜山作为一个重要的勘探领域，具有成藏条件好、勘探潜力大、富集高产的特点，但是，由于潜山油气藏经历了多期构造运动的改造，地质结构复杂，成藏要素复杂多变，埋藏较深，并且潜山油气藏大多时代不同，岩性不一，规模不等，形态各异，给潜山油气藏的勘探开发带来了巨大的困难。李丕龙等针对此种情况，以济阳坳陷为例建立了断陷盆地潜山成因、成藏多样性体系[2，5]。进入21世纪以来，随着科学技术的进步，各种新理论、新技术、新方法的提出和应用，使潜山油气藏的研究提高到了一个新的水平。潜山油气藏的勘探已由寻找大型的、明显的、简单的潜山转到寻找更隐蔽的、复杂的潜山，潜山油气藏已成为我国重要的油气勘探领域。
2 潜山的类型
2.1 潜山概念
潜山一词较早见于Sidney.Powers发表于1922年的一篇论文[6]。定义为：凡是现今被不整合埋藏在较新的沉积层之下，由盆地基底岩层组成的山丘，都称为潜山。既包括在地质时期曾经暴露地表的基岩山丘后来潜没于水下并被沉积层覆盖的基岩凸起，即具有早期古地貌特征的“古潜山”，和那些后期又受构造作用影响、具后期生长特点的古潜山；也包括因构造作用而形成的基岩凸起，即在上覆盖层沉积前尚不存在或仅仅只有微弱的地貌显示，主要是在盖层沉积期间或沉积以后，由于发生了新的褶皱、断裂和火山喷发等构造变动而形成的“后成潜山”。所有的潜山至少经历过地壳上升隆起并遭受风化剥蚀和地壳下降接受沉积覆盖2个阶段，由剥蚀面分隔，其下是潜山构造，其上是覆盖层或披覆构造[2～4，7，8]。
2.2 潜山分类
目前对潜山的划分方案也很多，不同的分类对潜山油气藏的勘探均起到了不同程度的有利作用。华北石油勘探开发设计研究院按成因将潜山分为侵蚀潜山、褶皱-侵蚀潜山、断块-侵蚀潜山、褶皱潜山、断块潜山[7]；根据造山的主要因素，将潜山分为3种基本类型(表1)；按构造形态将潜山分为单斜潜山、背斜潜山和向斜潜山[1]。柏松章以油藏为单元以形态为主结合构造及成因将潜山分为4大类8小类[3]，即斜坡型、山包型、断块型和不规则型4大类，楔状斜坡、带状斜坡、不对称山包、对称山包、断块型、断阶型、断斜型及不规则型8种基本类型。李军[9]等先根据成因将潜山分为残丘山和构造山，再根据其时代分为中生代潜山、古生代潜山、前寒武纪潜山，共6种类型。杨明慧等[10]将渤海湾盆地黄骅坳陷奥陶系潜山分为翘倾断块潜山、层滑冲断潜山、背斜潜山。李丕龙等以济阳坳陷为例，将潜山按成因划分为拉张型、挤压—拉张型、侵蚀型；按形态划分为块断山、断块山、滑脱山、残丘山；按内幕结构划分为内幕单斜、内幕褶皱，共分为4类8种类型[2，5，11，12]。吴永平等以渤海湾盆地北部奥陶系潜山为例，根据潜山构造的形成与盖层沉积的先后关系将潜山分为先成地貌潜山、同生构造潜山、后成构造潜山；根据潜山构造位序分为低位潜山、中位潜山、高位潜山、顶位潜山；根据形成潜山的主导因素(断块作用、褶皱作用和溶蚀作用)分为断块山、褶皱山和残山(剥蚀山)[13，14]，其中断块山又可分为单断山和双断山，而王燮培将断块山分为单断式、断阶式和地垒式[15]；根据潜山发育的构造部位和断块的运动分为主断棱潜山带、断阶潜山带、斜坡潜山带、凸起潜山带、中央背斜潜山带[4，16，17]。
潜山的分类多种多样，各自的依据也不同，因此针对某一具体潜山时，可参考各种分类依据，并考虑其主控因素，进行复合分类。
3 潜山油气藏
潜山油气藏[1，2]是一种特殊的“基岩”油气藏，位于不整合面之下较老地层的突起含油体。一个被封闭的潜山，就是盆地基底中的一个局部低位能区，它是油气运移的重要指向，是获得油气并聚集成潜山油气藏的有利场所。
3.1 潜山油气藏形成条件
潜山是多期构造运动的产物，在漫长的地质历史中，构造作用、风化溶蚀作用、沉积作用对潜山的产生、发展和形成十分重要。潜山油气藏形成的条件可概括为以下2点[2，4，18]：
(1) 必须具备较为有利的构造发育背景。“构造发育背景”指潜山所在的古、今构造位置，风化剥蚀和埋藏史，与油气源区的关系等。渤海湾盆地各油区潜山勘探成效的差异性说明，潜山的构造发育背景从宏观上控制着潜山油气藏的形成和富集。最有利的构造发育背景为早抬、中埋、晚稳定，如千米桥潜山。
(2) 生储运聚各项参数的有机配置。潜山油气藏形成取决于潜山圈闭与烃源岩在时间、空间上的配置关系，以及它们之间是否有连通的输导系统，那些与烃源岩直接接触的潜山圈闭或它们之间有良好连通输导系统的潜山圈闭才能聚集油气成藏，因此必须具备下列条件：充足的油源，孔、缝、洞发育的储集体，有连接油源和潜山之间的良好输导系统，有利的水动力条件，要有潜山圈闭条件和良好的保存条件。
3.2 分类
潜山油气藏的类型受圈闭形态、成因类型、潜山古地貌、构造形态、储集层类型、生储盖组合及油气运移条件控制。1966年，Martin曾提出一种古地貌圈闭分类法，其中关于不整合面之下的直接古地貌圈闭和间接古地貌圈闭共分为4种[1]。华北石油勘探开发设计研究院根据圈闭中油气聚集部分的几何形状和油田水的分布特点将油藏形态分为3类：块状底水潜山油藏、层状边水潜山油藏、楔状边底水潜山油藏[7]；根据潜山油气藏所处的具体位置，可分为沿潜山不整合面分布的和隐藏在潜山内幕的2类[1，19]，前者包括山头油藏和山坡油藏，后者称为内幕油藏(图1)；文献[1]提出将潜山油气藏分为古潜山风化体油藏、古潜山内幕块状油藏、古潜山不整合面油藏、古潜山内幕层状油藏、残丘油藏。唐智[1]等将潜山油藏分为块状潜山油气藏、层状潜山油气藏、不规则状潜山油气藏、混合状潜山油气藏。根据不同时期水进超覆层披盖基岩块体形成不同位序潜山披覆油气藏，可以将渤海湾的潜山披覆背斜油气藏分为低位序、中位序、高位序与顶位序4种类型[20](图2)。
如上所述，在我国东部断陷盆地中，潜山油气藏的分类已形成了基本的原则，而在我国西部压扭性残留盆地中，潜山的形成经过了多期的构造运动和后期改造，成藏条件相当复杂，形态各异，潜山油气藏的分类还未形成较为统一的标准，如在塔里木盆地沙雅隆起区潜山披覆型油气藏较为发育，分为潜山油气藏、准层状潜山油气藏、潜山内幕背斜油气藏、内幕背斜油气藏，如此分类既没有体现出不同类型潜山油气藏的基本特征，又没有反映出它们的形成条件和分布规律，分类术语也较为混乱，不利于预测新的潜山油气藏和选择相应勘探方法。
为更好地指导勘探，高效率地寻找新油气藏，笔者认为潜山油藏分类总体上应以油藏或圈闭的成因类型和构造形态为依据，同时应充分考虑该地区特殊的影响因素，吴永平在潜山圈闭分类的基础上以本区油气藏主导控制因素为依据将渤海湾地区新生古(中)储潜山油气藏共分为4种10类[4]；任丽华等[21]首先依据潜山油藏的成因，其次考虑其所处的位置，再次考虑其储层的类型，将海拉尔盆地苏德尔特构造带布达特群潜山油藏划分为块状单斜断块型、不规则裂缝网络状剥蚀单斜断块型、不规则裂缝网络状剥蚀褶皱断块型、不规则裂缝网络状褶皱断块-剥蚀型、不规则裂缝网络状内幕单斜断块型和不规则裂缝网络状内幕褶皱断块型。
3.3 储层特征
长期暴露地表，经历淋滤风化，较晚埋藏的潜山，储层发育较好，有利于油气储集和聚集。储集层的物性通常与由断裂或褶皱形成的裂缝的发育程度呈正相关，即断裂和褶皱[22]对储集层物性有建设性作用。
潜山油田主要3大储集岩类为碎屑岩类、变质岩和火成岩类、碳酸盐岩类。碎屑岩是重要的潜山储集岩类，在我国这类储集岩主要发育在上古生代和中生代陆相和海陆交替相地层中。目前，我国发现的火成岩和变质岩潜山油气田较少。碳酸盐岩储集岩在我国潜山油气田中占有及其重要的位置，渤海盆地潜山油气田大部分地质储量都蕴藏在这类储集岩中[1，19，23～27]。碳酸盐岩潜山油藏形成过程中，风化淋滤和溶蚀作用(岩溶作用)[3，28～32]是最重要的成藏条件之一。其中溶蚀孔隙的发育对储层物性的优劣和油气的聚集起着决定性作用，而溶蚀孔隙除受岩性影响外，主要取决于淋滤时间的长短和早晚，所以先成潜山的储集性能一般优于后成潜山[33，34]。
碳酸盐岩储集空间按其形态和成因可划分为溶洞、裂缝、孔隙3类和17小类。根据3大类储集空间在储层中的分布状况及其连通关系，可把储集类型划分为以下几种[7]：缝洞-孔隙型、裂缝-溶洞型、裂缝-孔隙型、裂缝型、孔隙型，它们可以单独储集油气，也可以2种或3种类型组合在一起，形成相互交错、相连的网络状的复合储集空间，再被断裂和不整合面连通，形成类似轮南潜山的网络状油气藏[22，35，36]。
按照储集层的产状及储集空间类型，潜山储集系统划分为不整合面型(主要为风化壳岩溶带)和潜山内幕型[5，37]。岩溶作用是不整合型储集层发育的基础，岩性和断裂作用决定内幕储层的形成与发育。根据储层发育的主控因素，可分为内幕孔洞带、断裂溶蚀带、构造裂缝带、垂直渗流带、水平溶蚀带和风化壳淋滤带6个储集体发育带[38]。依据岩溶及裂缝的发育状况，济阳坳陷下古生界潜山储集体分为拱张褶皱型、断裂块断型、风化残丘型和多期构造复合型4种类型[39]。
3.4 成藏模式
潜山油气藏是一种特殊类型的基岩油气藏，根据已发现的潜山油气藏，其成因可概括为以下5个特点：①产油层位为较老的基岩；②大部分为次生孔隙具备储集能力；③与区域不整合面相伴生；④往往具有“新生古储”的成油特点；沿断裂带分布。除新生古储型外，还有新生中储型、古生古储型、古生中储型、古新混生古储型、自生自储型和下生上储型潜山油气藏[16，26，40～42，]。倪金龙等根据断块的倾斜、翘倾和陷落总结出倾斜断块区潜山聚油模型(渐次升高型和渐次降低型)、翘倾断块区潜山圈闭聚油模型和陷落断块区潜山圈闭聚油模型[15](图3)。
潜山供油的方式对潜山的成藏和油气富集具有重要的影响。按照供油的方向、通道和范围，潜山的供油方式可以分为4大类，即单向窗口供油、单向不整合面供油、单向断面供油和双向多重供油。潜山的供油方式以有效烃源岩覆盖并直接与潜山接触的双重多向供油最为有利，其次为潜山与有效烃源岩直接接触的单向不整合面或断面供油，而窗口供油的效率最差[5]。当源岩层直接与潜山储集层接触时，油气直接由渗透性地层进入潜山圈闭；当源岩层未与潜山储集层直接接触时，油气沿断裂或不整合面侧向运移至潜山风化壳聚集成藏，或沿断裂或裂缝垂向运移至潜山内部破碎带或裂缝聚集成藏[19，22，33，43，44]。
传统的潜山成藏理论认为油气主要聚集在山头，形成风化壳型油藏，而近几年潜山内幕油藏勘探的突破使潜山油气藏理论得到了丰富和发展。潜山内幕油气藏只有在基岩储集层和致密基岩层间互存在、具层状结构的潜山中才能形成，其内幕结构比较复杂，需要利用各种技术进行精细的内幕结构解析[45]。潜山内幕油气藏有以下几种[1]：①断壁块状油气藏；②断壁层状油气藏；③山头内幕层状油气藏；④山腹块状油气藏；⑤山腹层状油气藏。富台油田[46～48]就是典型的潜山山腹层状内幕油气藏。
4 潜山研究技术
近年来，潜山油气藏勘探出现了新的问题[49]：一是难于找到新的潜山；二是新找到的潜山埋藏比较深(一般埋深大于3 500 m)；三是潜山内幕储层难于精细刻画。相对于其他油气藏，潜山油气藏类型多、分布广、储层非均质性强、成藏控制因素复杂，研究难度大。因此，潜山油气藏的研究需要综合运用各种技术，以提高目标选区和圈闭描述的精度为目的，形成以地震勘探为主导，其他研究技术与地震勘探相互印证、互为补充的勘探模式。潜山的研究首先要利用重、磁、电、震等技术识别出潜山，进行目标描述与评价；再利用各种处理解释技术对潜山的外部形态、内部构造、分布特点、圈闭类型进行精细描述。由于古潜山油藏储层结构复杂多变，通常是具有孔隙裂缝双重孔隙介质的非均质油藏，因此对储集空间的识别和评价一直是有待攻克的地质难题，尤其是裂缝发育的内幕储集层，不同尺度裂缝的研究方法不同，研究效果相差也很大，需综合各种研究方法对储集层进行准确评价和预测[3，50，51]。其次，对于潜山油气藏，可以利用构造物理模拟——砂箱实验、平衡剖面构造解释[2，52，53]等技术恢复潜山的构造演化过程，建立潜山的分布模式，再结合研究一般油气藏的研究方法，如反演沉积埋藏史、生烃史、油源对比等[25]，研究该潜山油藏的成藏模式。潜山油气藏主要研究技术[2，4，40，49～65]和流程见图4。
5 结 论
(1) 潜山油气藏构造背景复杂、成藏条件复杂、勘探难度大，提高各项勘探技术的精确度是潜山油气藏勘探的重中之重。埋藏深度越大，地震勘探的分辨率越低，提高地震资料品质、提高潜山有效储集体的预测和含油气检测的精度是潜山高效勘探的关键难题。
(2) 潜山及潜山油气藏的分类应以其形成的主控因素为依据，并充分考虑其形态特征、所处位置、储层特征等要素进行复合分类，尽量做到闻其名知其理，尤其是潜山油气藏的分类，更应加入对油气藏开发和开采有影响的因素。
(3) 潜山发育的规律性及成藏机理仍需进行深入分析和总结，特别是未对潜山内幕层状油气藏机理进行研究，缺乏对不同类型潜山及其油气藏的系统勘探思路和方法，潜山勘探核心技术仍需攻关。
(4) 结合大地构造背景，构建关键构造时期潜山的古构造格架，恢复潜山的形成演化过程，将其划分阶段，精细描述各阶段潜山的特征，并注意相关断裂、不整合面、储集体的发育和展布。
(5) 潜山受多期构造运动、沉积环境、断裂和断块运动的影响，在潜山基底的构造背景上，一般都发育构造、岩性及构造-岩性等多种油气藏，不仅要研究与潜山有直接关系的不整合面附近和潜山内幕的油藏，还要注意寻找与潜山的形成有间接关系的披覆层中岩性和构造油气藏。
(6) 潜山的勘探程序可概括为：区域构造带研究，确定古潜山展布区；潜山构造特征研究，落实潜山顶面及内幕储层构造形态；油气源及油气运聚分析，落实潜山油气藏形成类型；有利储集层预测，利用地震储层预测技术寻找有利储集相带；综合分析，评价潜山油气藏勘探潜力和规模。
致谢：感谢于炳松教授在写作过程中的悉心指导!
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编辑 刘兆芝
