渤海湾盆地武清凹陷含油气系统的复合性特征与有利勘探区带

王少春 门相勇 钱铮 袁选俊

1.中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室 2.中国石油华北油田公司 3.中石油煤层气有限责任公司4.中国石油勘探开发研究院

渤海湾盆地武清凹陷含油气系统的复合性特征与有利勘探区带

王少春1，2门相勇3钱铮2袁选俊4

1.中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室 2.中国石油华北油田公司 3.中石油煤层气有限责任公司4.中国石油勘探开发研究院

为进一步明确渤海湾盆地武清凹陷的油气勘探潜力，开展了该区重点生烃层系（古近系沙三—沙四段、石炭—二叠系）的含油气系统研究。结果发现：生烃灶不完全吻合，呈现平面部分交叉，由于断层或不整合面等贯通，局部存在油气混源的复合性特征。结合区域构造背景和二维盆地模拟研究成果，分层系划分出了6个有利的油气运聚区带，指出武清凹陷含油气系统运聚叠合区带（即黄花店—泗村店古潜山一带）是中浅层勘探最有利的区带；其次，凹陷深部洼槽区也是有利的深层勘探区带。

武清凹陷 古近纪 石炭—二叠纪 含油气系统 生烃灶 复合性 油气运聚单元 勘探区带

武清凹陷是渤海湾盆地冀中坳陷东北部的一个次级边缘凹陷，为一个不对称（北断南超、西断东超）的箕状凹陷，面积约为2 600 km2。钻探和地震研究揭示，武清凹陷为叠合于中、古生代地层之上的古近—新近纪断陷，西部和北部为洼槽带，东部和南部为斜坡带。主要的次级构造单元有：大孟庄洼槽、大口屯洼槽、孙效庄洼槽和杨村斜坡带（图1）。

图1 渤海湾盆地武清凹陷构造单元划分图

武清凹陷古近系、新近系十分发育。古近系由西北洼向东南斜坡超覆于古生界及残存中生界而减薄或尖灭，其中大孟庄洼槽沉积最厚达9 000 m；新近系由北向南逐渐减薄，为冀中坳陷沉积沉降中心，厚度可达3 000 m，第四系厚度超过400 m，因此形成了武清凹陷有别于冀中坳陷其他凹陷的“厚皮”特征。

在确定武清凹陷重点含油气区带的问题上，一直是一个久攻不克的难点，主要制约于其“厚皮”沉积，近油气源的洼槽区圈闭埋深大于5 000 m，远油气源的斜坡构造带持续探索失利多，圈闭风险大，领域和主攻勘探方向成为最大瓶颈问题。为此，笔者利用武清凹陷现有资料及研究成果，尝试应用含油气系统研究思路和方法［1－2］，进一步探讨武清凹陷油气勘探方向和领域；结合二维盆地模拟成果，指出有利的勘探区带。

1 油气成藏条件

1.1 烃源岩特征

1.1.1 古近系沙三—沙四段深湖—半深湖相暗色泥岩

武清凹陷和西部紧邻的廊固凹陷在始新世—渐新世的早—中期属于统一的断陷盆地，到渐新世晚期开始分离，在新近纪才彻底分离，成为2个相互独立的凹陷［3］。因而古近系烃源岩与廊固凹陷联系紧密。

钻探和研究成果表明（表1）：武清凹陷古近系烃源岩主要发育在沙河街组三段和四段（E s3及E s4）。

表1 武清凹陷暗色泥岩生油综合数据表

沙三段沉积时期，暗色泥岩分布面积和沉积厚度最大，西部与廊固凹陷同期烃源岩相连，在武清凹陷主要分布在大孟庄洼槽中北部（图1），推断有效生油气岩面积为1 079 km2，钻井揭示暗色泥岩厚度可达1 326 m。

根据古近系生油岩指标分析（表1，样品是根据钻遇井资料统计，基本上真实反映了武清凹陷东西洼槽烃源岩的类型和生烃潜力）：沙三段暗色泥岩平均有机碳含量为1.22%，氯仿沥青“A”含量为0.138 4%，总烃含量为490μg／g，生烃潜量为4.90 mg／g；有机质类型属混合型，达到成熟烃源岩标准。而东部的大屯口、孙校庄洼槽，因埋藏浅，成熟度低。

据中国石油杭州地质研究院（沈金龙，2000）热史模拟成果，冀中坳陷现今古近系—新近系平均地温梯度介于（2.9～3.4℃）／100 m，而武清凹陷大孟庄洼槽古近系—新近系平均地温梯度仅为2.4℃／100 m，相对其他凹陷，武清凹陷古近系—新近系平均地温梯度最低。但是宝坻断裂和河西务东断层的持续剧烈地下降活动，在古近系烃源岩之上，沉积地层厚度可达3 500 m，其快速深埋增热作用有利于有机质向烃类转化，对古近系油气系统起到了增强和改造作用。据苏50、武深1井等热演化资料分析，有机质成熟门限在3 200～3 600 m。生烃中心目前已处于成熟—高成熟阶段。

据沙三段烃源岩生烃强度模拟成果，生烃中心主要分布在大孟庄洼槽中北部，生气强度介于（10～40）×108m3／km2，最大达50×108m3／km2；生油强度介于（40～160）×104t／km2；其次为东部的孙效庄洼槽，生气强度介于（10～30）×108m3／km2，生油强度介于（40～120）×104t／km2。武清凹陷古近系烃源岩有机质热演化程度表现为西高东低。

1.1.2 石炭—二叠系煤系烃源岩

冀中地区的石炭—二叠系呈典型的残留分布。根据对武清凹陷及紧邻地区大量钻井资料的统计分析，认为武清凹陷煤系地层基本在全区分布，烃源岩主要发育在太原组、山西组地层，武清凹陷为冀中地区喜山期二次生烃最有利地区［4－5］。

太原组暗色泥岩厚度大于100 m；山西组暗色泥岩厚度大于200 m。丰度普遍较高，其中，暗色泥岩的有机碳含量（TOC）平均为3.02%；氯仿沥青“A”含量平均为0.18%；生烃潜量（S1＋S2）平均为4.3 mg／g。煤的氯仿沥青“A”含量平均可达1.64%；生烃潜量平均为120 mg／g。

据喜山期石炭—二叠系烃源岩生烃强度模拟成果［6］，二次生烃主要也以生气为主，生气中心主要分布在大孟庄洼槽、杨村斜坡的低部位，生气强度（20～50）×108m3／km2，最大达77.64×108m3／km2，而生油强度均小于50×104t／km2。

1.2 储层、盖层特征

武清凹陷同渤海湾盆地一样，其沉积、构造演化具多旋回性特征。海相碳酸盐岩、海陆交互相煤系地层、陆相河湖、河沼砂泥岩含煤地层构成了多样式的生储盖组合。

古近系储层以沙二段三角洲砂体最为发育，储层物性最好。已钻井的试油结果表明，埋深近4 000 m的含砾砂岩层测井解释孔隙度为15.8%，试油出水约100 m3，证实深层储集性能较好。下生上储及自生自储的组合都是有利的生储盖组合类型。

古生界储集层以奥陶系顶部的风化淋滤带、二叠系上、下石盒子组砂岩为主；石炭系本溪组铝土岩为良好盖层，二叠系石千峰组滨浅湖相泥岩为局部盖层，中生界泥岩为局部侧向封堵层。有利的生储盖组合类型是新生古储及自生自储。

1.3 圈闭特征

据构造特征综合分析，武清凹陷圈闭类型以古潜山和断块、断鼻构造型及地层超覆型圈闭为主。断裂与圈闭分带特点突出，杨村斜坡低部位及洼槽区发育埋藏较深的古潜山圈闭，向坡方向则叠合古近系岩性圈闭，多见砂岩上倾尖灭、砂砾岩透镜体等圈闭。但此类型油气藏勘探难度较大，既需要较高勘探程度，又需要细致的研究分析［7－9］。

2 成藏过程及含油气系统复合性特征

2.1 成藏过程分析

从构造发育史和保存时期分析，武清凹陷烃源岩形成和成熟于古近纪裂陷和新近纪—第四纪后裂陷两大阶段。根据沉积热演化史研究（图2），武清凹陷古近系烃源岩自沙二段沉积时期至东营组末期开始进入成熟阶段（Ro介于0.5%～1.1%），喜山晚期局部达到高成熟—过成熟阶段（Ro介于1.1%～2.5%）进入排烃高峰，应当以生气为主。

因此，武清凹陷生排烃史与圈闭形成期具有较好的匹配关系。成藏期应主要发生在新近纪—现今，其次为渐新世（沙二期—东营期），如图2所示。在油气的运移方面，叠合盆地中后期盆地对前期盆地的改造作用造就的“厚皮”结果，可以反映出2个特点，一是深埋作用，另一个是断裂的垂向连通。这一作用促进了下部烃源岩生烃演化，为形成下生上储类型油气藏创造了一定条件。

图2 武清凹陷古近系含油气系统事件图

在苏50井埋藏史、地热史、生烃史和流体包裹体研究的基础上，结合杨村斜坡的沉积、构造发育史，分析可知，杨村斜坡石炭—二叠系烃源岩在中生代晚期发生过短暂的一次生烃和成藏，但后被破坏；到古近纪沙二段、沙三段晚期，开始二次生烃，并进入大量排烃的门限（Ro＝0.8%），开始成藏；在新近纪天然气大量生成，进入主成藏期。圈闭形成于古近纪，新近纪保存条件良好，与烃源岩主生排烃期的时空匹配较好。

苏50井在奥陶系获少量天然气和低产原油。通过对比原油及天然气的地化指标，认为苏50井油气来自该区石炭—二叠系烃源岩和武清凹陷古近系烃源岩的混合，其依据为：天然气甲烷碳同位素值偏轻，与廊固凹陷油型气相当，与廊固凹陷务古1井沙三段、沙四段烃源岩有一定的可比性；但轻烃指标（正庚烷／甲基环己烷）为0.4，环己烷／甲基环戊烷为1.05，均属煤型气。苏50井天然气也主要来源于石炭—二叠系含煤岩系，同时，部分混源特征可能与下古生界关系更大。苏50井钻探及研究表明，石炭—二叠系烃源岩具有一定的再次生气能力。

因此，新生界和上古生界均存在相对独立的含（油）气系统，由于断层或不整合面贯通了古近系和上古生界2套烃源岩，局部可以形成二者混源气藏。

2.2 含油气系统复合性特征

武清凹陷两套主力烃源岩受到不同时期的构造、沉积控制，形成了两个含油气系统，具有不完全相同的成藏基本要素和成藏作用过程。成藏主要取决于生烃史与圈闭形成期的匹配和油气藏形成之后的保存条件，其次才是储层和盖层［10－11］。区内古近系烃源岩和石炭—二叠系主生排烃期较晚，在新近纪进入主成藏期之后未发生大的构造运动，石炭—二叠系的本溪组铝土岩和石千峰组滨浅湖相泥岩，东营组—沙一段湖相泥岩和沙三—沙四段泥岩等区域性盖层发育，与圈闭形成的时空匹配良好，有利于天然气聚集。

图3 武清凹陷古近系、上古生界生烃中心与区带平面展布关系图

勘探实践表明，武清凹陷早晚两期盆地的类型明显不同，叠加形成了多套烃源岩的叠置发育，具有叠合、改造的特点。从前述分析可见，古近系含油气系统平面分布存在2个生烃中心，即大孟庄洼槽以及东部孙校庄洼槽；上古生界生气中心位于武清凹陷中西部。两者生烃灶不完全吻合，呈现平面部分交叉的复合性特征（图3）。储盖组合虽然比较发育，但近油气源圈闭埋藏深，构造圈闭不发育，圈闭隐蔽则是成藏的主控因素。新生界和上古生界含油气系统具有局部贯通，可形成混源油气藏的特点，为进一步勘探提供了一种思路。

3 有利勘探区带选择

含油气系统分析既是区带详查的理论基础，又是区带详查阶段的综合研究方法。油气运聚单元分析可以成为油气勘探评价的一种重要方法与思路［12］，不同含油气系统的油气运聚单元进行叠合分析，并最后确定出盆地内可开展评价的油气运聚单元。

围绕生烃中心，油气二次运移的主流向是往构造带上或相对隆起的低势区［13］。因此，除了深部洼槽区［14］，因处于生烃中心，也是有利的深层勘探区带之外，中浅层有利区带的选择上，以武清凹陷成藏诸要素及其成藏过程分析为基础，结合武清凹陷二维盆地模拟研究成果，以有效烃灶为中心，与相邻各构造带结合，位于油气运移主要指向区为依据。遵循平面上邻近生烃灶、处于相对隆起区、各类圈闭发育、纵向上生烃灶叠置区带，即含油气系统运聚叠合区带为有利区带标准。将武清凹陷2个含油气系统划分出6个有利运聚单元，进一步分析其勘探潜力。

图3为构造带与生烃灶的匹配关系图，武清凹陷古近系含油气系统可以划分出3个有利的油气运聚单元，即：杨村斜坡中段的黄花店鼻状构造带、杨村斜坡北端大良镇鼻状构造带及杨村斜坡东侧的武清北构造带。上古生界含油气系统可以划分出3个有利的油气运聚单元，即：杨村斜坡南段的码头构造带及杨村斜坡东侧的武清北构造带和杨村斜坡北端的大良镇鼻状构造带。

以混源和上下叠置关系分析（图3），武清凹陷西部杨村斜坡低部位（即黄花店—泗村店古潜山一带）是最有利的油气运聚区带，具有近主力生烃中心，古潜山圈闭与构造—岩性圈闭叠置，而且新近系“厚皮”沉积，促进了烃源岩演化，延迟了成藏期，成藏潜力大。该带已钻探的苏50、51井证实，新生界和上古生界含油气系统具有较大的勘探潜力。

其次，武清北构造带是上古生界油气系统勘探有利目标，位于上古生界生烃中心油气有利指向区，古近系次级生烃中心运移指向区，落实构造圈闭面积为248 km2，圈闭资源潜力大。

再次，大良镇鼻状构造带处于多灶油气汇集区带，武6井获得低产油流，则证实该带勘探潜力。

4 结论

1）武清凹陷两个含油气系统具有生烃灶不完全吻合，平面部分交叉、纵向叠置，局部存在油气混源的复合性特点。

2）武清凹陷含油气系统运聚叠合区带（黄花店—泗村店古潜山一带）应为中浅层勘探有利区带，其邻近生烃灶的有利油气运聚单元，圈闭可接受多个含油气系统的油、气，可以提高其充满度和圈闭有效性。另外，深部洼槽区，因处于生烃中心，也是有利的深层勘探区带。

致谢：审稿人和编辑提出了宝贵的修改意见。在此一并感谢。

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Compound characteristics of oil and gas systems and favorable plays in the Wuqing Depression，Bohai Bay Basin

Wang Shaochun1，2，Men Xiangyong3，Qian Zheng2，Yuan Xuanjun3
（1.State Key Laboratory of Coal Resources and Safe Mining∥China University of Mining and Technology，Beijing 100083，China；2.North China Oilfield Company，PetroChina，Renqiu，Hebei 062552，China；3.PetroChina Coalbed Methane Co.，Ltd.，Beijing 100028，China；4.Petroleum Exploration and Development Research Institute，PetroChina，Beijing 100083，China）

NATUR.GAS IND.VOLUME 31，ISSUE 11，pp.59－62，11／25／2011.（ISSN 1000－0976；In Chinese）

In order to further reveal the exploration potential of the Wuqing Depression in the Bohai Bay Basin，we studied the petroleum systems of major source rocks including the Permo－Carboniferous and the third and fourth members of the Paleogene Shahejie Fm，and found that the hydrocarbon kitchens there are so complicated with partial overlapping on the planar map that mixed－source hydrocarbons occur locally due to the existence of faults and／or unconformities.In combination with regional structural settings and 2D basin modeling results，we identified 6 favorable plays，of which the overlapping area of hydrocarbon migration and accumulation，i.e.the Huanghuadian－Sicundian buried hill，is the most favorable for exploration in medium and shallow layers，while the deep troughs are favorable for exploration in deep layers.

Wuqing Depression，Palaeogene，Permo－Carboniferous，petroleum system，hydrocarbon kitchen，compound，hydrocarbon migration and accumulation unit，play

王少春等.渤海湾盆地武清凹陷含油气系统的复合性特征与有利勘探区带.天然气工业，2011，31（11）：59－62.

10.3787／j.issn.1000－0976.2011.11.014

王少春，1969年生，高级工程师，博士研究生；从事石油勘探及综合研究工作。地址：（062552）河北省任丘市中国石油华北油田公司勘探部。电话：（0317）2721625。E－mail：ktb－wsc＠petrochina.com.cn

（修改回稿日期 2011－09－26 编辑 罗冬梅）

DOI：10.3787／j.issn.1000－0976.2011.11.014

Wang Shaochun，senior engineer，born in 1969，is studying for a Ph.D degree and engaged in petroleum exploration and comprehensive study.

Add：Renqiu，Hebei 062552，P.R.China

Tel：＋86－317－2721 625 E－mail：ktb－wsc＠petrochina.com.cn