陆相断陷油气勘探有利目标区三元定量评价方法及应用——以沧东凹陷古近系孔二段为例

周立宏, 蒲秀刚, 张 伟, 王湘君, 陈长伟,林常梅, 韩文中, 柳 飒

(1.中国石油大港油田公司 勘探开发研究院，天津 300280；2.中国石油大港油田公司 勘探事业部，天津 300280)

陆相断陷油气勘探有利目标区三元定量评价方法及应用
——以沧东凹陷古近系孔二段为例

周立宏1, 蒲秀刚1, 张 伟1, 王湘君1, 陈长伟1,林常梅1, 韩文中1, 柳 飒2

(1.中国石油大港油田公司 勘探开发研究院，天津 300280；2.中国石油大港油田公司 勘探事业部，天津 300280)

陆相断陷盆地岩性油气藏形成和分布受多种因素制约，砂体、储集物性以及烃源岩是三大关键因素，因此有效地开展基于砂体、储集物性以及烃源岩的综合评价对寻找有利目标区具有重要的指导意义。作者在充分分析沧东凹陷石油地质特征基础上,针对各沉积朵体分别建立了沉积评价指数、储集物性评价指数、烃源岩评价指数，以及三元综合评价指数，对孔古近系孔店组第二段发育的11个朵体开展了定量评价。结果表明，沧县三角洲—远岸水下扇体系、舍女寺三角洲、孔店三角洲—远岸水下扇体系以及叶三拨三角洲为最有利的大型勘探区域。

沧东凹陷；孔二段；三元定量评价；油气勘探有利区；黄骅拗陷

陆相断陷盆地具有多物源、多沉积类型，且相变快的特点。勘探实践表明，岩性油气藏的形成和分布受盆地宏观石油地质条件的影响，如盆地类型、构造带类型、沉积体系、储集相、烃源岩以及温-压系统等的控制[1-6]。中国陆相断陷盆地的构造、沉积复杂, 发育多种类型的油气藏。随着石油地质勘探的不断发展, 从最初简单的背斜构造油气藏到现今地层岩性油气藏的勘探，对于油气成藏控制因素和分布规律的认识也在不断地深化。研究表明，砂体是否发育、储集物性优劣以及砂体是否处于有效烃源岩范围之内是黄骅拗陷古近系油气能否成藏的三大关键因素[7-9]。针对该三大因素对碎屑岩沉积朵体开展定量综合评价对寻找地层岩性油气藏具有十分重要的指导意义。近年来，随着油气勘探程度的提高，人们从常规定性开展单因素评价逐步转为用数学方法和计算机进行多因素半定量、定量研究[10-13]，提高了目标评价的可靠性，有效指导勘探工作的合理部署。本文以黄骅拗陷的沧东凹陷古近系孔店组第二段(简称“孔二段”，Ek2)沉积朵体为单元，分别开展沉积评价、储集物性评价和烃源岩评价，在此基础上开展三元综合评价，从而形成了一套完整的油气勘探有利目标区评价技术方法，用于指导陆相断陷湖盆油气勘探工作。

1 三元定量评价方法

1.1 沉积砂体评价指数(Isb)

沉积朵体的砂体是否发育、发育程度如何是油气勘探工作者关心的重要内容之一[14]。对砂体的描述通常用砂岩厚度、砂岩占地层厚度百分比(简称“砂地比”)、砂岩单层厚度以及砂岩的粒级等数据表达，砂岩厚度大、占地层百分比高、单层厚度大、粒度较粗表明砂体发育情况好，反之砂体发育较差。基于此，沉积砂体评价指数(Isb)可以用砂岩厚度系数(平均每井钻遇砂岩厚度，即朵体中所有井钻遇孔二段砂岩总厚度除以总井数)、砂岩百分比系数(平均每井钻遇砂地比，即朵体中所有井钻遇孔二段砂岩总厚度与钻遇孔二段地层总厚度之比)、平均单层厚度系数(朵体中钻遇砂岩总厚度除以钻遇砂岩总层数)，以及粒级系数(砂岩又按照粒级，即砾岩、中粗砂岩、细砂岩和粉砂岩等不同粒度进行统计并赋值)几何平均表示(表1)。

表1 不同砂岩类型、厚度权重赋值表

依据沧东凹陷孔二段实际区间赋值。

计算沉积发育指数(Isb)的公式

Isb=

(1)

式中：Stw为不同砂岩厚度权重值；Spw为不同砂岩百分比权重值；Stl为不同平均单层厚度权重值；dc为砾岩厚度；dcs为中粗砂岩厚度；dfs为细砂岩厚度；ds为粉砂岩厚度。

1.2 储集物性评价指数(Irp)

孔隙度和渗透率是描述储集层物性的2项重要参数，对于单个砂层，其孔隙度高、渗透率高可表达其为优质的储集层。而对于一个朵体，优质储集层占样本空间的比例高则表明该朵体储集物性好。基于此，本次研究根据碎屑岩储集层分类标准将孔隙度、渗透率分为6个等级，I类储集层赋值为1，Ⅵ类储集层(处于常规有效储集层之外，即非储集层)赋值为0，并按照等级对朵体的每个样品的孔隙度和渗透率分别赋值(表2)。

表2 物性分类标准及权重赋值

(据SY/T6285-1997)

计算储集物性评价指数(Irp)的公式

(2)

式中：α1为Φ≥25%的样品数；α2为20%≤Φ<25%的样品数；α3为15%≤Φ<20%的样品数；α4为10%≤Φ<15%的样品数；α5为5%≤Φ<10%的样品数；α6为Φ<5%的样品数；β1为K≥500×10-3μm2的样品数；β2为100×10-3≤K<500×10-3μm2的样品数；β3为10×10-3≤K<100×10-3μm2的样品数；β4为1×10-3≤K<10×10-3μm2的样品数；β5为0.1×10-3≤K<1×10-3μm2的样品数；β6为K<0.1×10-3μm2的样品数。

1.3 烃源岩评价指数(Isr)

烃源岩厚度、有机质丰度以及有机质成熟度是评价烃源岩的重要参数。本文根据沧东凹陷孔二段实际地质情况以及钻探情况，利用每个朵体波及范围内暗色泥岩(厚度>100 m为有利区，单位面积(1 km2)赋值为1)、油页岩(油页岩发育区为有利区，单位面积赋值为1)、残余总有机碳丰度(wTOC≥0.5%为有利区，单位面积赋值为1)和镜质组反射率(Ro, 成熟区单位面积赋值为1，低成熟区单位面积赋值0.6)来评价烃源岩的发育状况(表3)。

计算烃源岩发育指数(Isr)的公式

表3 烃源岩发育情况权重赋值表

Isr=[(Amdm+0.1Aldm)×(Aos+0.1Anos)×

(Ams+0.6Alms+0.2Aums)×

(Aros+0.1Apos)|1/4/AT

(3)

式中：Amdm为厚度>100 m的暗色泥岩平面展布面积;Aldm为厚度<100 m的暗色泥岩平面展布面积;Aos为有油页岩发育的平面展布面积;Anos为无油页岩发育的平面展布面积;Ams为Ro≥0.7%的平面展布面积;Alms为0.5%≤Ro<0.7%的平面展布面积;Aums为Ro<0.5%的平面展布面积;Aros为wTOC≥0.5%的平面展布面积;Apos为wTOC<0.5%的平面展布面积;AT为朵体总面积。

1.4 三元评价指数(Itf)

砂体、储集物性以及烃源岩均对油气成藏有重要的控制作用，三项指标相互独立，同时可互补。据此，取Isb、Irp和Isr3个评价指数几何平均求取评价综合指数。三元评价指数(Itf)计算公式为

(4)

1.5 利用试油结论指数(Iot)验证三元评价指数

上述研究表明，三元评价指数高的朵体成藏有利系数越高。试油成果是成藏是否有利的最直接反映，基于此，本文将试油结论作为三元评价检验的重要依据。根据试油数据，进行油层数、低产油层数和非出油层数统计，并按照单层油层为1、单层低产油层为0.5和单层非出油层为0进行赋值，据此用下式计算试油结论指数

(5)

式中：Nop为油层数；Nlop为低产油层数；Nnop为非出油层数。

Iot用于表达砂体油气藏的概率，指数越高则表明试油层段出油率越高。

随后将Iot与Itf进行相关性分析，其相关系数越高，说明利用三元评价指数Itf参数选取越合理，指导进行目标区评价和下一步勘探方向可靠性就越高。

2 沧东凹陷孔二段朵体评价

沧东凹陷主体位于黄骅拗陷南部，是大港探区第二大富油凹陷，勘探面积4700 km2，是一个由西南向东北方向张开的狭长形断陷盆地。针对目的层系孔店组，前人曾开展了大量沉积体系、碎屑岩储集层特征和烃源岩评价等方面的研究，并开展了目标区评价和有利油气勘探方向预测，取得了丰厚的勘探成果[15,16]。近年，随着地层岩性油气藏勘探的不断深入，研究人员针对孔二段开展了新一轮沉积体系研究，在沧东凹陷Ek2时期，全区发育4个方向共10个子物源，发育了乌马营三角洲、沧州三角洲—远岸水下扇体系、望海寺三角洲等11个沉积朵体。其中望海寺、舍女寺和叶三拨三角洲朵体波及范围最广，波及面积在130 km2以上(图1)。

2.1 沉积砂体评价

通过钻遇沧东凹陷Ek2的151口井的测录井数据，对全区发育的11个朵体的砂体发育情况进行了统计，并根据公式(1)对各朵体沉积发育指数进行了计算(表4)。

评价结果显示，乌马营三角洲砂体发育情况最好，沉积评价指数(Isb)为0.82，表现为砂岩百分比超过50%，砂岩单井钻遇厚度超过126 m，其中细砂岩厚度超过60 m，粉砂岩厚度超过50 m；其次是集北头、叶三拨和舍女寺三角洲，Isb介于0.5～0.8之间；王官屯南和望海寺三角洲砂体最不发育，其Isb仅为0.49和0.43。

2.2 储集物性评价

通过对沧东凹陷Ek2的79口井800余条样品物性数据的分析，根据公式(2)分别计算出沧东凹陷Ek2的11个朵体的储集物性评价指数(Irp, 表5)。由于沧县、薛官屯三角洲—远岸水下扇体系暂无物性数据，因此根据相邻朵体进行了专家赋值。

从表中可以看出，孔店三角洲—远岸水下扇体系、望海寺三角洲储集物性最好，其Irp在0.5以上；沧县三角洲—远岸水下扇体系、舍女寺、乌马营三角洲朵体次之，其Irp介于0.3～0.5之间；集北头、灯明寺三角洲朵体相对较差，Irp<0.3。

2.3 烃源岩评价

根据150余口钻遇井的数据，统计了沧东凹陷Ek2各朵体暗色泥岩、油页岩、有机质丰度和有机质成熟度各自不同的发育情况，并绘制出沧东凹陷Ek2烃源岩最为有利发育区(图2)，并按照公式(3)对Ek2的11个朵体烃源岩发育情况进行定量计算，得出各朵体烃源岩评价指数(Isr, 表6)。

图1 沧东凹陷Ek2沉积体系图

表4 沧东凹陷Ek2 各朵体砂体发育情况统计及沉积发育指数评价

表5 沧东凹陷Ek2各朵体储集物性综合评价表

评价结论显示，东关滩坝和王官屯南三角洲发育区烃源岩发育最好，Isr达到0.9以上；其次是沧县三角洲—远岸水下扇体系、叶三拨、望海寺三角洲，其Isr介于0.7～0.9之间，其表现为朵体大部分处于暗色泥岩厚度>100 m范围内，且伴随油页岩发育，有机质成熟度均处于成熟-低成熟阶段；薛官屯三角洲—远岸水下扇体系、灯明寺三角洲朵体烃源岩发育较差，其Isr<0.4。

图2 沧东凹陷Ek2烃源岩最有利发育区平面分布图

表6 沧东凹陷Ek2各朵体烃源岩发育情况综合评价表

2.4 三元综合评价

根据沧东凹陷Ek2的11个朵体沉积发育指数(Isb)、储集物性评价指数(Irp)和烃源岩评价指数(Isr)，根据评价公式(4)，计算出11个朵体的三元评价指数(Itf, 表7)。

综合评价结论显示，沧县、舍女寺、孔店和王官屯南三角洲朵体三元评价指数相对较高，叶三拨、乌马营、望海寺三角洲和东关滩坝三元评价指数次之，集北头、薛官屯、灯明寺三角洲三元评价指数相对较低。

表7 沧东凹陷Ek2各朵体三元评级指数排序表

3 评价检验

根据沧东凹陷Ek2的130口井253条试油数据，分不同朵体进行油层、低产油层和非出油层数统计，并按照公式(5)计算出各朵体试油结论评价指数(Iot, 表8)。

试油结论评价结果显示，舍女寺、望海寺等三角洲试油揭示油层普遍，东关滩坝、乌马营三角洲试油以低产油层和非出油层为主。由于薛官屯三角洲—远岸水下扇体系、集北头、灯明寺三角洲暂时无试油数据，因此进行了专家赋值。

将得到的各朵体试油结论评价指数Iot与三元评价指数Itf进行相关分析(图3)。从图中可以看出，Iot与Itf相关性达到了0.9以上，说明计算的三元评级指数Itf与实际情况符合良好，可以用来进行沧东凹陷Ek2全区范围的目标区评价及预测下一步有利勘探方向。

图3 沧东凹陷Ek2各朵体Iot与Itf散点图

表8 沧东凹陷Ek2各朵体试油结论评价指数统计表

4 目标区评价及有利勘探方向预测

根据三元评价指数(Itf) 及各朵体的波及面积，计算出各朵体的评价值，从而对沧东凹陷Ek2的11个朵体进行评价，并预测了有利勘探方向。其中望海寺、叶三拨和舍女寺三角洲朵体评价值相对较高，在80 km2以上，说明这些朵体为有利勘探区；乌马营三角洲、孔店和沧县三角洲—远岸水下扇体系朵体的评价值次之，在60～80 km2之间，说明这些朵体为较有利勘探区；集北头、灯明寺三角洲，薛官屯三角洲—远岸水下扇体系和东关滩坝朵体评价值低于40 km2，说明这些地区勘探潜力一般(表9)。

表9 沧东凹陷Ek2 各朵体勘探潜力评价表

[1] 胡见义,黄第藩,徐树宝,等.中国陆相石油地质理论基础[M].北京:石油工业出版社,1991.

Hu J Y, Huang D F, Xu S B,etal. The Foundation of China Continental Petroleum Geology Theory [M]. Beijing: Petroleum Industry Press, 1991. (In Chinese)

[2] 刘震，陈艳鹏，赵阳,等．陆相断陷盆地油气藏形成控制因素及分布规律概述[J]．岩性油气藏，2007，19(2)：121-127.

Liu Z, Chen Y P, Zhao Y,etal. Distribution and controlling factors of hydrocarbon reservoirs in continental fault basins[J]. Lithologic Reservoirs, 2007, 19(2): 121-127. (In Chinese)

[3] 赵文智,池英柳.渤海湾盆地含油气层系区域分布规律与主控因素[J].石油学报, 2000,21(1):10-16.

Zhao W Z, Chi Y L. Regional distribution regularity and its controlling factors of oil and gas bearing series in Bohai Bay Basin[J]. Acta Petrolei Sinica, 2000, 21(1): 10-16. (In Chinese)

[4] 赵文智,何登发.中国复合含油气系统的基本特征与勘探对策[J].石油学报,2002,23(6):1-11.

Zhao W Z, He D F. Characteristics and exploration strategy of composite petroleum systems in China[J]. Acta Petrolei Sinica, 2002, 23(6): 1-11. (In Chinese)

[5] 罗开平，周凌方．伊宁凹陷二叠系油气系统与勘探目标[J]．成都理工大学学报:自然科学版，2005，32(1)：46-49.

Luo K P, Zhou L F. Permian petroleum system and exploration targets in Yinning depression, XinJiang, China[J]. Journal of Chengdu University of Technology (Science & Technology Edition), 2005, 32(1): 46-49. (In Chinese)

[6] 张晓鹏，许国明，黎从军，等.川西坳陷与川中隆起过渡带油气勘探评价[J]．成都理工大学学报:自然科学版，2005，32(5)：498-503.

Zhang X P, Xu G M, Li C J,etal. Evaluation of hydrocarbon exploration in the West Sichuan depression and Central Sichuan uplift transitional zone[J]. Journal of Chengdu University of Technology (Science & Technology Edition), 2005, 32(5): 498-503. (In Chinese)

[7] 蒲秀刚，吴永平，周建生，等．歧口凹陷岩性地层油气藏特征及勘探潜力[J]．石油学报，2007，28(2)：35-39.

Pu X G, Wu Y P, Zhou J S,etal. Characteristics and exploration potential of lithologic-stratigraphic hydrocarbon reservoirs in Qikou Sag of Dagang Oilfield [J]. Acta Petrolei Sinica, 2007, 28(2): 35-39. (In Chinese)

[8] 蒲秀刚，柳飒，周建生，等．“三元耦合”控藏机制与勘探有利区分析——以渤海湾盆地歧口凹陷古近系岩性地层油气藏为例[J]．石油实验地质，2008，30(6)：575-579.

Pu X G, Liu S, Zhou J S,etal. Mechanism of ternary factors coupling for controlling reservoir and analysis of beneficial exploration areas: An example of the Eogene stratigraphic reservoir of Qikou Sag in Huanghua Depression of the Bohai Bay Basin [J]. Petroleum Geology & Experiment, 2008, 30(6): 575-579. (In Chinese)

[9] 周立宏，肖敦清，蒲秀刚，等．陆相断陷湖盆复式叠合油气成藏与优势相富集新模式[J]．岩性油气藏，2010，22(1)：7-10.

Zhou L H, Xiao D Q, Pu X G,etal. New pattern of composite superimposed reservoirs and advantageous phase accumulation in continental rifted lake basin: A case study from Qikou Sag of Bohai Bay Basin[J]. Lithologic Reservoirs, 2010, 22(1): 7-10. (In Chinese)

[10] 王玉满，黄旭南，程坤芳，等.断陷盆地岩性勘探目标评价方法——以渤海湾盆地为例[J].石油勘探与开发，20011，38(1)：122-128.

Wang Y M, Huang X N, Cheng K F,etal. Evaluation methodology of lithologic exploration areas in rift basins: A case from the Bohai Bay Basin[J]. Petroleum Exploration and Development, 2011, 38(1): 122-128. (In Chinese)

[11] 王泽权，孙立志，英紫娟，等.大民屯凹陷再认识与重点勘探目标评价[J].石油地球物理勘探，2008,43(增刊1)：151-157.

Wang Z Q, Sun L Z, Ying Z J,etal. Knowing Damintun Sag again and evaluation of key exploration object[J]. Oil Geophysical Prospecting, 2008, 43(S1): 151-157. (In Chinese)

[12] 张琴，朱筱敏.山东省东营凹陷古近系沙河机组碎屑岩储层定量评价及油气意义[J].古地理学报，2008,10(5)：465-472.

Zhang Q, Zhu X M. Quantitative assessment of clastic reservoir of the Paleogene Shahejie Formation in Dongying Sag of Shandong Province and its hydrocarbon significance[J]. Journal of Palaegeography, 2008, 10(5): 465-472. (In Chinese)

[13] 张旭，颜其彬，李祖兵.陆相碎屑岩储层定量评价的新方法——以河南某油田为例[J].天然气地球科学，2007，18(1)：141-148.

Zhang X, Yan Q B, Li Z B. Quantitative assessment of reservoirs in super-highly watered cut oil fields[J]. Natural Gas Geoscience, 2007, 18(1): 141-148. (In Chinese)

[14] 徐凤银，朱兴珊，颜其彬，等.储层含油气性定量评价中指标权重的去确定方法[J].西南石油学院学报，1994,16(4)：11-17.

Xu F Y, Zhu X S, Yan Q B,etal. A method of determining the index weight in quantitative assessment of hydrocarbon-bearing Characteristics in gas-bearing reservoir [J]. Journal of Southwest-China Petroleum Institute, 1994, 16(4): 11-17. (In Chinese)

[15] 刘子藏,刘国全,葛维,等．孔南地区沙河街期凹陷基本成藏条件与勘探方向[J]．天然气地球科学，2010，21(4)：606-611.

Liu Z C, Liu G Q, Ge W,etal. Hydrocarbon accumulation conditions and exploration region of Es sags in Kongnan area[J]. Natural Gas Geoscience, 2010, 21(4): 606-611. (In Chinese)

[16] 杨池银.黄骅坳陷非油型天然气成因与聚集条件[J].石油勘探与开发，2005,32(4)：114-117.

Yang C Y. Genesis and accumulation of non-oil-type natural gases in Huanghua Depression, Dagang Oilfield[J]. Petroleum Exploration and Development, 2005, 32(4): 114-117. (In Chinese)

Threefactorsevaluationanditsapplicationtothefavorableoil-gasexplorationtargetsincontinentalrift:takingtheEk2ofCangdongsagforexample

ZHOU Li-hong1, PU Xiu-gang1, ZHANG Wei1, WANG Xiang-jun1,CHEN Chang-wei1, LIN Chang-mei1, HAN Wen-zhong1, LIU Sa2

1.ExplorationandDevelopmentResearchInstitute,DagangOilfieldCompanyofPetroChina,Tianjin300280,China;2.ExplorationEnterprise,DagangOilfieldCompanyofPetroChina,Tianjin300280,China

The formation and distribution of lithologic reservoirs in a continental rift are controlled by many factors. Sand bodies, reservoir physical properties and source rocks are the most important key factors for hydrocarbon accumulation, so a comprehensive evaluation of the three factors has important guiding significance for finding the favorable oil-gas exploration targets. On the basis of fully analysing the petroleum geological characteristics in the Cangdong sag, sand body evolution index (Isb), reservoir property evaluation index (Irp), source rock evaluation index (Isr) and three factors evaluation index (Itf) of every lobe are established to compose a complete evaluation system. According to the method, 11 lobes developed in Member 2 of Paleogene Kongdian Formation (Ek2) are done evaluated quantitatively. The result shows that the Cangxian system of delta-offshore subaqueous fans, Shenvsi delta, the Kongdian system of delta-offshore subaqueous fans and the Yesanbo delta are the most favorable oil-gas exploration targets.

Cangdong sag; Paleogene Kongdian Formation; three factors evaluation; favorable oil-gas exploration targets; Huanghua depression

10.3969/j.issn.1671-9727.2013.02.10

1671-9727(2013)02-0184-09

2012-11-01

周立宏(1968-),男,博士,教授级高级工程师,从事油气勘探开发科研与管理工作, E-mail:zhoulh@PetroChina.com.cn。

TE122.35

A