莱州湾凹陷勘探突破的启示

2012-09-06王根照牛成民叶小明中海石油中国有限公司天津分公司勘探开发研究院天津300452

石油天然气学报 2012年5期

王根照，牛成民王亮，叶小明（中海石油（中国）有限公司天津分公司勘探开发研究院，天津300452）

莱州湾凹陷勘探突破的启示

王根照，牛成民王亮，叶小明（中海石油（中国）有限公司天津分公司勘探开发研究院，天津300452）

在回顾莱州湾凹陷曲折的油气勘探历程基础上，分析了多年勘探失利的主要原因，结合新的钻井资料，探讨了该区主要油气成藏条件和油气分布特征，总结了该凹陷油气成藏规律。该区油气勘探历程说明，在低勘探程度、高风险的中小型凹陷中，需要突破传统认识，加大勘探力度。中小型凹陷具有“近源成藏”的特点，弄清油气源岩及近源岩的储层特征，做好有效储层的预测，可以很好地指导勘探，也是获得油气突破的关键；同时，垦利10－1油田的发现也进一步证实，陡坡带是断陷盆地最有利的油气聚集场所，往往可获得商业油气流。

莱州湾凹陷；陡坡带；垦利10－1油田；商业发现

莱州湾凹陷属于济阳坳陷的一部分，其西与东营凹陷和沾化凹陷相邻，郯庐断裂穿过该凹陷东部和西部；凹陷东边为鲁东隆起区，西边是垦东凸起和青东凹陷，南边为潍北凸起，北边为莱北低凸起，是在中生界基底之上发育的新生代凹陷［1，2］（图1）。莱州湾凹陷勘探历程复杂，经过多年的合作勘探，始终未取得突破。2008年，在该凹陷发现了1个亿吨级油田——垦利（KL）10－1油田，展示了该区良好的勘探前景。目前，该凹陷内钻井20余口，累计发现地质储量约2×108m3。但该地区的油气分布具有不均衡性；平面上主要分布在北部和东部2个陡坡带，如KL10－1油田和KL12－2含油构造，其次是中央隆起带，如KL10－2、KL11－2含油构造。纵向上主力含油层系为古近系的沙河街组，次要含油层是新近系的明化镇组下段。从原油成熟度上看，莱州湾凹陷已发现油气既有高成熟原油，又存在低熟原油。高成熟油主要来自沙三段、沙四段烃源岩；低熟原油主要出自沙一＋二段的烃源岩，大部分原油的油源层为沙三段，呈现“晚期成藏”特征［3］，早期充注成藏的原油规模很小。

通过对该凹陷油气勘探过程的分析，认清油气成藏规律，必将为下一步渤海海域以及其他地区油气勘探提供良好的借鉴作用和现实的指导作用。

1 勘探历程

莱州湾凹陷位于渤海南部海域，KL10－1油田处在该凹陷的北部陡坡带上，即莱北低凸起南界断层下降盘，它是一个以古近系沙河街组和新近系明下段为主要含油层的油气藏。该油田的发现伴随着莱州湾凹陷曲折的勘探经历，主要可分为3个阶段。

1）勘探起步阶段（1959～1979年）渤海海域勘探始于20世纪50年代末，这期间完成了航空磁测、重力测量和模拟磁带的地震采集，并于1979年在莱北低凸起上钻探了2口井——BN6井和13B5－1井。由于当时海上勘探经验少、技术落后，未获重要油气发现。

2）对外合作阶段（1980～2005年）期间多家外国公司进入该地区，做了大量二维地震勘探和地质研究工作，并以古近系为目的层先后在凹陷中央构造带钻探2口井，由于储层原因，也未获商业油气发现。合作方认为，莱州湾凹陷规模小、构造条件复杂、勘探风险较大，最终在2005年全面退出矿区。

图1 莱州湾凹陷构造单元划分示意图

3）自营详查阶段（2005～现今） 2005年以来，随着中海油研究工作的推动，莱州湾地区勘探进入自营详查阶段。在完成地震资料采集后，于2005年6月和12月分别在莱北低凸起KL4－2和莱州湾凹陷中的KL10－3和KL11－2构造上钻了3口井，均获得一定油气发现。在此基础上针对烃源岩和储层展布规律开展了深入的地质研究，并取得了突破性认识，在“近源成藏”的认识指导下，总结出陡坡带和中央隆起带的油气成藏条件、关键因素等，随着认识的不断加深，勘探成效逐步体现，2006年发现了KL11－2含油构造，2008年发现了KL12－2含油构造和KL10－1油田，从而打开了莱州湾凹陷勘探的新局面。

2 油气成藏特征

莱州湾凹陷具有以下3方面的特点：①面积小，整个凹陷面积约1780km2，这在渤海海域属于面积较小的凹陷；②凹陷呈东西走向展布，两侧受郯庐走滑断裂分支所夹持，整体结构为北断南超、北陡南缓的典型单断箕状凹陷特征；③“皮薄肉厚”，该凹陷新生界的埋藏深度并不大，最大深度约7000m左右，但赋存烃源岩的古近系厚度相对较大，一般为2000～5500m之间；新近系厚度小于1500m，其中馆陶组为河流相沉积，明下段是一套浅水三角洲沉积。

2．1 烃源岩分布与演化

2005年以前，国外石油公司一致认为研究区不具备发育大规模烃源岩条件，形成商业油气聚集的可能性较小，进而在根本上缺乏进一步勘探的信心。事实上钻井资料表明，莱州湾凹陷发育多套烃源岩——沙四段、沙三段和沙一＋二段，其中沙三段和沙四段为最重要的烃源岩，为形成商业油气聚集提供了良好的物质基础。

沙四段地层厚度约1600m，北厚南薄，有机质类型以Ⅰ型、Ⅱ1型为主，有机碳含量（TOC）值在0．33%～4．93%之间，镜质体反射率Ro值在0．48%～0．91%之间，属较好烃源岩，这在渤海海域是较少见到的。沙三段沉积期受北部边界断层持续活动，主要沉积了一套湖相暗色泥岩，该烃源岩在全区分布广泛，地层最大厚度可达1400m，有机质类型以Ⅰ型、Ⅱ1型为主，TOC值在0．19%～10．8%之间，Ro值在0．38%～1．4%之间，为好的烃源岩。盆地模拟表明沙四段烃源岩在东营组沉积末期开始大量生烃，馆陶组沉积期进入生排烃高峰，现今部分烃源岩应已进入生气阶段；沙三段烃源岩在馆陶组沉积末期开始生烃，现今为生排烃高峰期。流体包裹体分析也表明，莱州湾凹陷主成藏期为上新世以来。

2．2 储层展布

莱北低凸起是一个发育于古近系地层的低凸起，不能向莱州湾凹陷提供物源，因而外方合作者认为沿莱北低凸起下降盘陡坡带不具备良好储集条件，这也是外方放弃该矿区的主要原因之一。事实证明，来自西边的垦东凸起及东部的鲁东隆起物源使得莱州湾凹陷及其陡坡带发育了良好的储层。

沉积相研究和钻井资料表明，沙三中、下亚段沉积时期，由垦东凸起提供的物源，自西向东形成了一套大型辫状河三角洲沉积，为莱州湾古近系的一套有利储集层。新近系明下段浅水三角洲沉积也为研究区一套有利的储盖组合（表1）。其中沙三段储层主体厚度一般达200m，以长石砂岩、岩屑长石砂岩为主［4］，平均孔隙度为23．0%，渗透率为158．4×10－3μm2，储集性能很好。

来自鲁东隆起的辫状河三角洲沉积中储层物性好、厚度大（图2）。而沙三上亚段沉积时期莱北低凸起抬升出露水面遭受风化剥蚀，在边界断层下降盘形成裙带状展布的扇三角洲砂体，为KL12－2等含油构造的形成奠定了储层物质基础。新近纪，全区准平原化，形成了馆陶组的河流相以及明化镇组的浅水三角洲沉积体系。

图2 莱州湾凹陷沙三中亚段主要沉积体系展布图

2．3 油气输导体系

莱州湾凹陷油气输导主要为2种：一种是断裂，以垂向输导为主；另一种是古近系沉积的砂体和新近系馆陶组砂层，以横向输导油气为主。鉴于莱州湾地区的断裂发育及油气以“近源成藏”为主的特点，断裂的垂向输导作用在油气成藏中尤为重要。

研究区共发育3种级别的断裂［5］：一级断裂主要位于凹陷东西两侧走滑断裂以及北部陡坡带边界断裂（图1中虚线处所示），这类断层为控凹断层，长期活动，是油气垂向运移的主要断层；二级断裂是受走滑作用形成的断裂，呈东西向展布，控制中央构造带及盐构造的形成与演化，是阶段性油气运移的通道；三级断裂主要位于新近系，属于晚期活动断层，主要起近距离的油气分配作用。这3类断裂的组合体系形成了烃源与上部圈闭间的良好沟通，油气垂向输导的通道顺畅［6］，利于油气初次运移和二次分配［7］。KL10－1油田和KL12－2的浅层明化镇组油藏就是在这类断层输导体系下形成的。

3 勘探启示

3．1 勘探力度的加大是取得突破的保障

莱州湾凹陷虽经历了前面40多年的探索，但对该凹陷成藏条件一直未能正确认识，其关键原因之一是勘探力度小、认识程度低。从1959年到2004年间，整个凹陷只有探井3口，平均单井控制面积600km2，二维地震尚未达到1km×1km，是渤海海域勘探程度最低的地区。由于资料少、认识不足，多年来多家国际知名石油公司认为其潜力低、风险高而先后退出。自营勘探后加大了勘探力度，加密采集了3000km的二维地震和1000km2的三维地震，新钻探井5口，加强了区域地质研究，对凹陷整体结构、油气成藏关键因素有了深刻了解，特别是沙三段、沙四段烃源岩生烃条件的突破性认识，坚定了勘探信心，最终促使了KL10－1油田和一批含油气构造的发现。因而在低勘探程度区，没有勘探作业量，将很难有勘探突破。

3．2 陡坡带是断陷盆地油气聚集有利场所

在断陷盆地勘探中，断层下降盘陡坡带往往不受重视，认为该构造带圈闭、储层及封闭条件差，国外大石油公司也未重视。然而钻探证实，断层下降盘陡坡带是断陷盆地油气聚集有利场所。其主要优势为：①近油源，供烃条件优越。莱州湾凹陷陡坡带紧邻主力生油洼槽，洼陷生成的油气经短距离运移即可进入有利的圈闭之中，运聚效率高（图3）。②储盖组合好，储层发育。渤海湾盆地的东营组主要为湖相沉积，是一套区域性盖层，沙河街组发育有多种类型的沉积体系，形成了良好的储盖组合关系。③断层发育，为油气垂向运移与油气再分配创造了良好的条件，形成深浅复合油气藏。KL10－1油田的这种油源断裂组成的“包心菜”式断裂就是明化镇组浅层油藏形成的最好实例。

渤海海域类似于莱州湾凹陷断裂下降盘陡坡带的地质条件还不少，如辽东、秦南、沙西、石南等地区，它们也将是下步寻找类似油气藏的有利场所。

3．3 储层预测是获得突破的关键

莱州湾凹陷陡坡带构造圈闭在20世纪90年代发现后一直未实施钻探，其主要原因是欠缺良好的储集层。附近断层上升盘有较厚的古近系沉积地层，不能提供物源，而地震资料品质差，无法判断构造圈闭部位的有利储集体。2005年重点对该构造地震资料精细处理，利用重矿物等资料分析物源，采用地质－地震一体化预测储层，研究古地貌、古地理环境等，搞清了古近系沉积体的展布方向、分布范围，明确了KL10－1构造的古近系沙河街组和新近系具备良好的储集条件。在此成果下，钻探了KL10－1－1井，从而发现了该油田。

目前渤海油田已进入以中深层为主的勘探阶段，古近系和潜山的储层预测越来越重要。如何抓住油气成藏的关键因素，采用正确的储层预测方法是研究工作的重点。充分运用已钻井获得的各种地质信息、充分发挥地震信息的使用，做到地质－地震一体化预测储层，才能促进油气发现和提高勘探成功率。

3．4 “近源成藏”指导小凹陷勘探获得商业油气发现

图3 KL10－1构造油藏模式图

莱州湾凹陷是一个面积不到2000km2的小凹陷，油气资源有限、油气勘探风险大，也正因此，国外公司不敢介入。而通过不断研究，要在这类凹陷中寻找具商业价值的油气田，应该按以下的思路去寻找（即“近源成藏”条件）：①平面上距烃源岩中心近；②层位上近源岩层或其附近；③处于油气运移的主要通道上或附近。也正是在这种思想的指导下，在莱州湾凹陷发现了亿吨级油田和一批有价值的含油气构造。“近源成藏”不仅适合莱州湾凹陷，同样也适用于海域的其他小凹陷。例如沙南凹陷的曹妃甸15－3含油构造、青东凹陷的KL20－1含油构造等。目前渤海海域及周边还存在多个类似莱州湾凹陷的凹陷，例如庙西、秦南、沙南、埕北等，它们的勘探程度低，基本地质条件类似，采用“近源成藏”思想去指导这些凹陷的商业性油气勘探，必会取得突破。