冀中坳陷潜山油气藏特征

2011-12-06高长海张新征王晓燕

岩性油气藏 2011年6期

高长海，张新征，查明，王晓燕

（1.中国石油大学（华东）地球科学与技术学院；2.中国石化胜利油田分公司地质录井公司；3.中国石化中原油田分公司采油二厂）

0 引言

潜山油气藏是我国东部断陷盆地中重要的油气藏类型［1-5］。冀中坳陷位于渤海湾盆地西北部，北依燕山隆起，南抵邢衡隆起，西临太行山隆起，东至沧县隆起，勘探面积约 3.2×104km2。冀中坳陷潜山油气藏的勘探始于1975年，迄今已在多个凹陷发现了潜山油气藏，潜山研究也取得了很多重要成果和认识［5-6］。然而，经过30多年的勘探，发现的多是规模大、埋藏浅、易识别的潜山油气藏，同时由于碳酸盐岩储集体的严重非均质性、潜山构造演化的多期性、流体分布的特殊性等，造成潜山油气勘探面临很多难题。近年钻探的长3、长6、文古3等井连续获得高产工业油气流，如长6井在古生界寒武系4 738～4 742m试油获日产油108.6m3、日产气2 396m3，表明冀中坳陷潜山油气藏仍具有很大的勘探潜力。笔者利用石油地质、地球物理、有机地球化学等理论和方法，结合油气勘探实践，分析了研究区潜山油气藏特征并探讨了其形成条件和油气分布规律，以期对冀中坳陷潜山油气藏及潜山内幕油气藏的勘探提供指导。

1 潜山地质特征

1.1 构造特征

吕梁运动后，地槽褶皱回返形成了华北地台区。中新元古代，在地台北缘形成了燕山裂陷槽，沉积了巨厚的中上元古界海相碳酸盐岩，向南波及冀中坳陷；至古生代，区内沉积了厚达5 400m的碳酸盐岩，为形成十分发育的孔、洞、缝潜山储集层奠定了物质基础。中生代开始，构造运动强烈，同时受NW—SE向压应力场作用，形成NE，NNE，NWW向断层系，将基岩切割成若干个块体，使地台活化、解体［7］，形成古山梁，同时遭受风化剥蚀，该时期是潜山的初始形成阶段；新生代古近纪开始，构造活动逐渐减弱，以断块差异升降活动为主，在NW—SE向拉张应力场作用下［7-8］，基岩块体发生翘倾，在上断棱部位形成潜山，在下断棱部位形成断槽，从而表现出“隆凹相间”的构造格局（图1），该时期是潜山的主要形成和定型阶段；自新近纪开始，潜山进入深埋期，整体以沉降为主。

1.2 地层特征

冀中坳陷潜山地层自下而上主要发育太古界、中上元古界、古生界及中生界。太古界主要为阜平群经混合岩化和花岗岩化作用形成的一套深变质岩系，岩性主要为花岗片麻岩等。中上元古界发育长城系、蓟县系和青白口系，是一套以海相碳酸盐岩为主的沉积。下古生界发育寒武系和奥陶系，是典型的以浅海地台相碳酸盐岩为主的沉积；上古生界石炭系—二叠系是以海陆交互相和陆相碎屑岩为主的沉积，煤系地层较发育。中生界主要发育侏罗系和白垩系，为含火山岩的陆相碎屑岩。古生代以来，冀中坳陷经历了加里东、海西、印支、燕山和喜马拉雅等多期构造运动，许多层系存在不同程度的剥蚀，地层之间表现为不整合接触关系。特别是燕山末期的构造运动使华北地台整体抬升并遭受长期的风化剥蚀，形成了区域性的第三系之前的地层顶部不整合，且其下伏地层由于受古地形、剥蚀程度等因素的影响，从太古界到中上元古界再到中生界均有出露，整体具有自冀中坳陷中部（饶阳凹陷中北部）向南部和北部地层时代逐渐变新的趋势（图 2）。

图1 冀中坳陷构造单元划分及潜山勘探成果图Fig.1 Structuralunitsdivision and exploration resultsof buried hill in Jizhong Depression

图2 冀中坳陷第三系之前的地层地质图Fig.2 Geologicalmap of Pre-Tertiary in Jizhong Depression

2 潜山油气成藏条件

2.1 油源条件

冀中坳陷主要发育了古近系沙河街组沙一下亚段（E s1下）、沙三段（E s3）、沙四段—孔店组（E s4—E k）以及石炭系—二叠系（C—P）等 4 套烃源岩［9-10］，具备良好的成油物质基础（表1）。沙一下亚段为一套主要由暗色泥岩组成的浅湖—较深湖相沉积的富氢烃源层，分布范围较广，厚度为100～506m，是形成冀中坳陷未熟—低熟油的主要层段。沙三段烃源岩多为正常淡水湖相沉积的暗色泥岩，分布范围最广，厚度一般在500～600m，为一套优质的烃源岩，是形成冀中坳陷成熟油的主要层段。沙四段—孔店组烃源岩主要为深湖相沉积的暗色泥岩，在冀中坳陷的大部分地区为一套差或非烃源层。石炭系—二叠系为一套由煤层、暗色泥岩组成的海陆交互相或陆相沼泽煤系地层，煤层厚度一般在10m左右，暗色泥岩厚度一般在100m左右，属于中等烃源岩，可为冀中坳陷东北部气藏的形成提供大量气源［9，11］。这些烃源岩往往与潜山直接接触，油气通过断层和不整合运移到潜山圈闭中并聚集成藏，可形成“新生古储”型和“古生古储”型潜山油气藏［12-13］。

表1 冀中坳陷烃源岩基本特征表Table1 The featuresof source rocks in Jizhong Depression

2.2 储盖组合特征

冀中坳陷潜山油气储集层主要分布于中元古界长城系的高于庄组（Ch g）、蓟县系的雾迷山组（Jx w）和下古生界寒武系的府君山组（C1f）以及奥陶系（O）。这些碳酸盐岩储层受沉积、成岩、构造应力、岩溶等作用的影响和控制，形成以三维空间网络为一体的孔、洞、缝系统，是油气存储的主要储集空间（图3）。该储层一般为特低孔、高渗储层，其平均孔隙度为5%～12%，平均渗透率为37～2 000mD，为油气富集乃至高产创造了条件（表2）。

冀中坳陷发育有石炭系—二叠系煤系地层、古近系沙三段、沙一下亚段和东二段等4套区域盖层。这些盖层分布普遍，单层厚度大，区域上分布稳定并具有较强的封盖性能，多属优质盖层。另外，在潜山内幕中还发育有很多隔层，如中元古界蓟县系杨庄组（Jx y）和洪水庄组（Jx h）、青白口系下马岭组（Qn x）、古生界寒武系馒头组（C1m）和徐庄组（C2x）等［14］，这些地层泥质含量较高（可达 98%）且非储层段集中、厚度大，排替压力在7.7～22.0MPa，为好—较好隔层，可以充当有效的底板层和封堵层（图3）。

图3 冀中坳陷潜山储盖组合示意图Fig.3 Sketchmap show ing reservoir-cap rocksassemblage ofburied hill in Jizhong Depression

根据储层与盖（隔）层之间的关系，结合地震、测井、钻井、岩心及野外露头等资料，发现冀中坳陷发育2类（潜山型储盖组合和潜山内幕型储盖组合）、8套储盖组合（图3）：①常州沟组孔隙-裂缝型砂岩、太古界裂缝型变质岩为储层，大红峪组—串岭沟组泥页岩为盖层，构成储盖组合Ⅰ，主要分布于饶阳凹陷河间潜山及牛驼镇凸起；②高于庄组裂缝型碳酸盐岩为储层，杨庄组泥云岩、页岩为盖层，构成储盖组合Ⅱ，主要分布于饶阳凹陷河间潜山、束鹿凹陷东部、牛驼镇凸起；③雾迷山组裂缝-孔-洞型碳酸盐岩为储层，洪水庄组页岩、泥云岩为盖层，构成储盖组合Ⅲ，主要分布于廊固凹陷、霸县凹陷中东部、饶阳凹陷西南部、束鹿凹陷；④铁岭组孔-洞-裂缝型碳酸盐岩为储层，下马岭组页岩为盖层，构成储盖组合Ⅳ，仅分布于饶阳凹陷肃宁洼槽；⑤长龙山组孔隙-裂缝型砂岩为储层，景儿峪组泥灰岩为盖层，构成储盖组合Ⅴ，主要分布于饶阳凹陷肃宁洼槽、廊固凹陷北部；⑥府君山组裂缝-孔隙型碳酸盐岩为储层，上覆馒头组—徐庄组泥页岩为盖层，构成储盖组合Ⅵ，主要分布于霸县凹陷、廊固凹陷及饶阳凹陷东北部；⑦峰峰组—张夏组孔-洞-裂缝型及裂缝-孔隙型碳酸盐岩为储层，上覆石炭系—二叠系泥质岩为盖层，构成储盖组合Ⅶ，主要分布于文安斜坡、廊固凹陷东部、深县凹陷西南部、束鹿凹陷东部、大厂凹陷等；⑧潜山各层系碳酸盐岩为储层，古近系泥质岩为直接盖层，构成储盖组合Ⅷ，是冀中坳陷最主要的储盖组合类型，全区广泛分布。其中，第Ⅰ—Ⅶ套组合属于潜山内幕型储盖组合，第Ⅷ套组合属于潜山型储盖组合。根据储集层发育特征、盖（隔）层分布特征及其封盖性能①查明，吴孔友，高长海.冀中探区前第三系基底结构以及潜山、潜山内幕成藏条件与勘探方向研究.中国石油大学（华东），2010.，结合勘探实践，对8套储盖组合的有效性进行了排序，即Ⅷ型＞Ⅶ型＞Ⅱ型＞Ⅵ型＞Ⅰ型＞Ⅳ型＞Ⅲ型＞Ⅴ型。在第Ⅷ 套储盖组合中，以雾迷山组为储层的储盖组合最为有效，其次是峰峰组—张夏组、高于庄组等，长龙山组相对最差。

表2 冀中坳陷部分潜山碳酸盐岩储层物性统计表Table 2 Statistical table ofburied hillcarbonate reservoir properties in Jizhong Depression

2.3 油气运移条件

输导体系是油气进入圈闭的过程中所经历的所有运移通道的总和。输导体系是客观存在的，没有输导就没有油气藏［15-17］。潜山断层和不整合是冀中坳陷潜山成藏的主要运移通道［18］。

受构造活动控制形成的潜山，常发育潜山边界断层和潜山内部断层，如任西断层、马西断层、牛东断层等。它们在潜山油气运移和聚集中起着重要的通道作用，主要表现在：①潜山断层的发育，使得古近系烃源岩与潜山储集体侧向对接，有利于油气直接进入潜山或就近向潜山作二次运移；②潜山断层是油气垂向运移进入潜山的重要通道，如任丘潜山的任西断层，沙三段主力烃源岩生成的油气沿该断层垂向运移至潜山圈闭中，同时断层活动使得沙一段与潜山侧向对接，对接面积约 90 km2［6］，沙一段烃源岩生成的油气可直接通过断层进入潜山圈闭中（图 4）。

受区域构造运动的影响，冀中坳陷基岩顶部不整合十分发育。长期的沉积间断使基岩表面遭受风化剥蚀，形成大面积分布的不整合渗透性通道。同时由于块断差异升降作用，导致基岩块体发生翘倾，造就了古近系烃源岩逐层不整合超覆于潜山储集体之上，使烃源岩与潜山直接对接，从而成为油气向潜山二次运移的主要通道。例如，马西洼槽沙三段烃源岩超覆于任丘潜山上，不整合（潜山的北、南、东三面）生、储对接面积约 450 km2［6］，烃源岩生成的油气可直接进入不整合，并沿不整合向潜山高部位运移，从而在圈闭发育处聚集成藏（图4）。

由于在构造、沉积特征等方面存在差异，不同凹陷潜山油气的运移通道往往有所不同，即使同一凹陷中不同潜山的输导体系也存在差异。从统计的冀中坳陷潜山油气运移通道类型来看，不同潜山的油气输导体系差异明显，主要存在5种类型：单一断层型、单一不整合型、单一储层型、断层-不整合型以及断层-不整合-储层型。其中，单一断层型和断层-不整合型是冀中坳陷潜山最主要的输导体系类型（表 3）。

表3 冀中坳陷部分潜山油气运移通道类型及供烃方式统计表Table3 The typesofm igration pathway and filling-injecting processesof partburied hills in Jizhong Depression

3 潜山油气藏类型

油气藏类型很大程度上取决于圈闭类型，其受控于潜山古地貌、构造形态、储集层类型、生储盖组合及油气运移条件等［19-21］。根据目前已发现油气藏的发育部位，将冀中坳陷潜山油气藏划分为潜山顶油气藏、潜山坡油气藏和潜山内幕油气藏3种类型，同时又根据油气藏的形态和圈闭成因，进一步将其划分为9种亚类（图5）。

潜山顶油气藏是冀中坳陷最为发育、储量最多、产量最高的一种潜山油气藏，也是最典型的一种潜山油气藏，如任丘、大王庄、河间、鄚州等潜山油气藏就是这种类型。此类油气藏的最大特点是潜山储集层厚度较大，孔、洞、缝极其发育，储集空间为不受地层层位限制的大连通体，且油、气、水分异明显，因此大部分油气藏为底水块状油气藏。潜山坡油气藏是潜山储层因剥蚀而向上尖灭所形成的，当储层厚度大于圈闭闭合度时形成潜山坡块状油气藏，如任丘奥陶系油气藏；当储层厚度小于圈闭闭合度时形成潜山坡层状油气藏，如南马庄府君山组油气藏。潜山内幕油气藏是指位于潜山内部的油气藏，主要是由于潜山顶部为盖层而非储层所形成的，如南孟寒武系层状油气藏、荆丘奥陶系块状油气藏等。

目前，冀中坳陷已发现的潜山油气藏类型以潜山顶油气藏为主，其探明地质储量为4.965 9×108t，占总储量的93.7%，而潜山坡和潜山内幕油气藏探明地质储量仅分别为 0.229 5×108t和 0.104 6×108t，分别占总储量的4.3%和2.0%。

图5 冀中坳陷潜山油气藏类型Fig.5 The reservoir typesofburied hill in Jizhong Depression

4 潜山油气分布规律

4.1 油气分布具东富西贫、南油北气的特征

勘探实践表明，冀中坳陷东部凹陷带（包括大厂、廊固、武清、霸县、饶阳、深县、束鹿和晋县凹陷）集中了全坳陷石油资源量的97%以上和天然气资源量的100%，而西部凹陷带（包括保定、石家庄、北京和徐水凹陷）尚未发现油气田。同时，在东部凹陷带，油气还具有南油北气的分布特征，石油主要分布于中南区，占全坳陷探明石油储量的76.2%，天然气主要分布于北区，占全坳陷天然气探明储量的97.8%（图1）。可见，冀中坳陷油气分布上东富西贫、南油北气的差异性十分明显，这主要是由其石油地质条件的差异性所决定的。

4.2 油气沿断裂带分布

如前所述，冀中坳陷潜山油气主要来源于邻近的生油洼槽，控山断裂可作为连接潜山储集层与烃源层的“桥梁”或“通道”，甚至使潜山及潜山内幕储层与烃源岩直接接触。因此，油气易于富集在断裂带附近的潜山圈闭中［22-23］，如任丘、雁翎、刘其营、南孟等潜山及潜山内幕油气藏。

4.3 油气近油源呈环带状分布

油气围绕生油中心呈环带状分布是陆相盆地油气分布的突出特点之一。距油气源近的潜山易于成藏，较大规模的潜山油气藏均呈环带状分布在主要生油中心的附近［24-26］。例如，围绕马西洼槽的任丘、薛庄、八里庄、八里庄西和南马庄等油田，组成了冀中坳陷最富集的聚油环，探明石油储量为4.465×108t，占坳陷探明石油储量的52.8%；霸县洼槽周围的南孟、龙虎庄、顾辛庄、岔河集、高家堡等油田及文安、苏桥等油气田组成了冀中坳陷最大的聚油环。

4.4 复式油气聚集带

冀中坳陷的构造带是以潜山为主体的构造带。在冀中坳陷已发现的18个复式油气聚集带中，有14个是以潜山为主体的复式油气聚集带，其中9个发现了潜山油气藏，如南马庄—河间—留路断裂潜山复式油气聚集带、何庄—深西断阶潜山复式油气聚集带等。14个以潜山为主体的复式油气聚集带探明石油储量为7.975 7×108t，占18个复式油气聚集带探明石油储量的89.1%。在已发现的9个以潜山油气藏为主体的复式油气聚集带中，探明石油储量为7.1377×108t，其中潜山探明石油储量为5.4615×108t，占76.5%，这表明潜山油气藏在以潜山为主体的复式油气聚集带中占主导地位。另外，由于潜山具有地形地貌、构造样式、储集层分布、储盖组合的复杂性及供油通道的多变性，因此，在一个潜山（带）上存在多种圈闭，如在山顶、斜坡、内幕、山腹等处可形成多种类型油气藏（图5）。

5 结论

（1）中新元古代以来的多期构造运动对冀中坳陷潜山圈闭、储集空间的形成及油气运移等起着重要的控制作用，使其具有良好的油气成藏条件。

（2）冀中坳陷潜山油气来源于古近系和石炭系—二叠系烃源岩；储集层由太古界变质岩、中上元古界和下古生界碳酸盐岩组成，储集空间主要为孔、洞、缝组成的网络系统；古近系泥质岩、石炭系—二叠系煤系地层和潜山内幕隔层构成了潜山油气藏良好的盖（隔）层并发育2类、8套储盖组合，其有利组合顺序为Ⅷ型＞Ⅶ型＞Ⅱ型＞Ⅵ型＞Ⅰ型＞Ⅳ型＞Ⅲ型＞Ⅴ型；断层和不整合是潜山油气成藏的主要运移通道。

（3）冀中坳陷潜山油气藏分为潜山顶油气藏、潜山坡油气藏和潜山内幕油气藏3种类型，前者是最主要的油气藏类型，后二者可作为今后增储挖潜的重点，如文安斜坡内带奥陶系潜山内幕圈闭、牛驼镇凸起长城系常州沟组及高于庄组潜山内幕圈闭等。

（4）潜山油气近油源分布，具东富西贫、南油北气的特征，并在断裂带附近的潜山及潜山内幕圈闭中富集，构成了复式油气聚集带。

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