渤海湾盆地大型潜山油气藏形成的有利因素

2015-02-17吴伟涛高先志张东伟

特种油气藏 2015年2期

关键词：变质岩洼陷渤海湾

吴伟涛，高先志，李理，张东伟，刘宝

(1.西安石油大学，陕西西安 710065；2.中国石油大学，北京 102249；3.中油辽河油田分公司，辽宁盘锦 124010)

渤海湾盆地大型潜山油气藏形成的有利因素

吴伟涛1，2，高先志2，李理3，张东伟3，刘宝3

(1.西安石油大学，陕西西安 710065；2.中国石油大学，北京 102249；3.中油辽河油田分公司，辽宁盘锦 124010)

以冀中坳陷任丘碳酸盐岩潜山和辽河坳陷兴隆台变质岩潜山为例，探讨了渤海湾盆地大型潜山油气藏形成的有利因素。研究表明：渤海湾盆地已发现潜山油气藏111个，层位从太古宇变质岩至古生界碳酸盐岩；任丘碳酸盐岩潜山和兴隆台变质岩潜山风化剥蚀时间长、断裂活动强度大；“洼中隆”的构造格局、“多对一”的源储关系、厚度大的储层条件、多类型的圈闭条件和源储直接接触关系以及大面积的供烃窗口是大型潜山油气藏形成的有利因素。

潜山油气藏；内幕圈闭；任丘潜山；兴隆台潜山；渤海湾盆地

引言

国内外勘探实践证明，潜山是一个重要的油气勘探领域，并取得了巨大的勘探成效[1-2]。中国渤海湾盆地是潜山油气藏发现的集中地，经过多年的潜山油气勘探，取得一系列的突破性进展：冀中坳陷任丘潜山、黄骅坳陷千米桥潜山、济阳坳陷桩西潜山、渤中坳陷曹妃甸潜山、辽河坳陷兴隆台潜山和曙光潜山等，显示出渤海湾盆地潜山领域具有良好的油气勘探前景。1975年，冀中坳陷元古宇碳酸盐岩地层中发现了任丘潜山油气藏，单井产量超过千吨，开创潜山找油的新领域，创建“新生古储”型潜山油气理论，推动了渤海湾盆地潜山油气勘探进程，探明石油地质储量达到5.5×108t[3]。2005年，辽河坳陷兴隆台变质岩潜山揭露太古宇地层超过1 600 m，多层见到工业油气流，纵向上由幅度200 m的风化壳拓展到2 000 m的潜山内幕，将“潜山顶部”勘探领域拓展到“潜山主体”勘探领域，探明储量超过亿吨，成为变质岩潜山油气藏的典型范例。

以冀中坳陷任丘碳酸盐岩潜山和辽河坳陷兴隆台变质岩潜山为例，从构造格局、油气源条件、储层条件、圈闭类型、源储关系、供烃窗口等方面探讨大型潜山油气藏形成的有利因素，为下一个大型潜山油气藏的发现提供指导意义。

1 渤海湾盆地地质特征与潜山油气藏的分布

1.1 渤海湾盆地地质特征

渤海湾盆地是叠置在华北太古宇—古生界基底上发育的中、新生代裂谷断陷盆地。以古近系沉积发育为基础，根据新近系分布特点，将盆地划分为辽河坳陷、冀中坳陷、黄骅坳陷、济阳坳陷、渤中坳陷、临清坳陷、昌潍坳陷和埕宁隆起、沧县—内黄隆起等多个次级构造单元。潜山地层主要为太古宇变质岩、元古宇变质岩和碳酸盐岩及下古生界碳酸盐岩。

渤海湾盆地结晶基底是经历了迁西运动、阜平运动、吕梁运动等构造—热事件后拼接成的统一克拉通基底，主要由前长城系的变质岩组成。中—新元古代时期，华北地台内部发育北东—北北东向的燕山—太行裂陷槽，逐渐由断陷转化为坳陷，持续到奥陶纪，发育了一套巨厚的海相碳酸盐岩夹碎屑岩地层。下古生代晚期的抬升作用，地层遭受长时间的风化剥蚀作用，直到晚石炭世才开始接受海陆交互相地层的沉积。早中生代时期，华北板块分别与南侧扬子板块和北侧西伯利亚板块发生相对聚敛作用，以及郯庐断裂及北东—北北东向大断裂带的左行走滑作用，形成了一系列北东向—东西向的褶皱和冲断带。晚中生代时期和古近纪早期，由于库拉板块的俯冲作用，郯庐断裂继续左行剪切。从古近纪中期始新世开始，太平洋板块俯冲方向的变化，导致产生地幔对流或上涌，地壳拉张减薄，引起拉张应力场以及所伴随的岩浆活动，郯庐断裂带也由左行转为右行，结合印度板块的推挤影响，火山活动与重力作用起到均衡调整作用，断陷盆地向坳陷转化，逐步演化为现今的大型平原地貌形态[4]。

渤海湾盆地的构造演化为潜山的形成创造了良好地质条件。太古宇变质岩、元古宇变质岩和碳酸盐岩、下古生界碳酸盐岩等多套地层构成了渤海湾盆地潜山形成的基础。中生代以来的多期构造运动，引起不同类型、不同方向的断裂活动，造成前古近纪地层遭受不同程度的剥蚀，出露地层由太古宇至古生代，形成多种多样的“山”型特征，与坳陷期的上覆新生代地层均有接触，进而形成多时代、多岩性、多类型的潜山。

1.2 潜山油气藏的分布

对渤海湾盆地主要坳陷已发现油气的潜山进行统计，盆地主要坳陷的潜山油气藏达到111个，其中，冀中坳陷最多，为41个潜山油气藏[5]，辽河坳陷和济阳坳陷潜山油气藏次之，分别为24个和22个[6-7]；渤中凹陷和黄骅坳陷为10余个。

潜山层位从太古宇到古生界，岩性由变质岩到碳酸盐岩，但不同坳陷的潜山层位、岩性存在差异性[5-7](表1)。冀中坳陷主要为中元古界—古生界碳酸盐岩潜山，济阳坳陷为古生界奥陶系碳酸盐岩潜山和太古宇变质岩潜山，渤中坳陷为奥陶系碳酸盐岩和太古宇变质岩潜山，黄骅坳陷为古生界碳酸盐岩潜山，辽河坳陷为太古宇变质岩潜山和元古宇碳酸盐岩潜山[1]。就整个盆地而言，盆地边缘的坳陷潜山地层相对较老，中心的坳陷潜山地层较新，原因在于盆地周边隆起对盆地边缘坳陷的控制作用明显，地层风化剥蚀时间较长，断裂活动强度更大。就某一坳陷而言，潜山层位也存在差异性，受到太行山隆起的影响，冀中坳陷中部古隆起区遭受长时间的剥蚀，出露地层主要为中元古界，局部为奥陶系；而坳陷北部剥蚀时间较短，主要为奥陶系碳酸盐岩，上覆披盖石炭—二叠系。

表1 渤海湾盆地主要坳陷已发现潜山油气藏统计

2 渤海湾盆地大型潜山的形成

渤海湾盆地形成的大型潜山表现出风化剥蚀时间长、断裂活动强烈的特点，并与良好的成藏条件建立匹配关系。

冀中坳陷任丘碳酸盐岩潜山和辽河坳陷兴隆台变质岩潜山可作为大型潜山的典型实例，以此来分析大型潜山的形成。

2.1 冀中坳陷任丘潜山的形成

任丘潜山构造带位于冀中坳陷饶阳凹陷北部，主要为由任西断层和马西断层控制北东走向的半背斜潜山，地层为南老北新，依次为蓟县系、青白口系、寒武系以及任北斜坡的奥陶系。燕山运动期间，任丘潜山位于冀中坳陷古隆起区，遭受强烈剥蚀，导致上古生界剥蚀殆尽，甚至出露中元古界，形成了缝洞异常发育的碳酸盐岩储集体。古近纪孔店组时期，马西断层和任西断层活动，开始发生强烈的块断翘倾活动，一直持续到东营组，潜山大幅度抬升，潜山由底部向顶部依次为孔店组、沙四段、沙三段和沙二段，直到沙一段，才全部覆盖整个潜山，形成了一个大型潜山圈闭。同时，任丘潜山分布着马西、任西、河间等沉积洼槽，继承性沉积了沙三段和沙一段的湖相生油岩建造，直接逐层不整合超覆于潜山碳酸盐岩储集体之上，形成烃源岩和储集岩的直接对接。自新近纪至今，构造活动微弱，形成了稳定的应力场、古地温度场和古水动力场[8](图1)。

图1 任丘潜山构造演化剖面(据文献[8]，修改)

2.2 辽河坳陷兴隆台潜山的形成

兴隆台潜山构造位置处于辽河坳陷西部凹陷中段，为受到台安—大洼断层、盘山—陈家断层等的控制的断块—侵蚀山，地层主要为太古宇和中生界。在古近纪以前，兴隆台潜山属于辽河坳陷中央凸起的一部分，一直处于风化剥蚀区，遭受大气降水淋滤作用，形成良好的风化壳型储层。古近纪时房身泡组—沙河街组三段沉积时期，尤其是沙三段沉积时期的深裂陷作用阶段，由地幔上涌派生的拉张裂谷始终以台安—大洼断裂为中心发生大规模的倾向滑动，导致兴隆台潜山构造带脱离中央凸起，成为西部凹陷的一部分，并深埋于水下，形成了大型的潜山圈闭，周围发育清水洼陷、盘山洼陷和陈家洼陷。沙二段—东营组沉积时期，以东西向的挤压应力场和右旋走滑运动的基底逆断层为主，台安—大洼及周围断层活动性减弱，潜山幅度有所增加(图2)。

图2 辽河坳陷兴隆台潜山构造演化剖面

3 大型潜山油气藏形成的有利条件

相对于一般的潜山油气藏来说，大型潜山油气藏在断裂活动、烃源岩条件、储集层条件、圈闭条件、源储关系和供烃窗口等方面表现出其优越性。

3.1 “洼中隆”的构造格局奠定了大型潜山油气藏形成的基础

渤海湾盆地经历了多次强烈的构造断裂活动，形成了大型潜山油气藏独特的“凹中隆”型构造格局，周围被多个烃源岩体所包围，形成围裙状的分布特点，接受多个烃源岩洼陷生成的油气，成为油气聚集的有利目标区。

任丘潜山受到任丘断层和马西断层的块断翘倾作用，形成高幅度的潜山，周围被任西、马西洼陷和出岸洼陷所包围，构成了良好生储盖的匹配关系，成为油气运移聚集的有利区。兴隆台潜山油气藏为台安—大洼断层(郯庐断裂北段)上升盘的掉落，从中央凸起滑塌，被清水洼陷、陈家洼陷和盘山洼陷所包围，形成直接接触关系和大面积的供烃窗口。

3.2 “多对一”的源储位置关系提供了大型潜山油气藏形成的油源

裂陷盆地具有多凸多凹、凸凹相间的分布特点，决定了洼陷烃源岩与潜山形成“多对一”的源储位置关系；“凹中隆”型大型潜山更是与多个生烃洼陷相接触，且烃源岩参数具有厚度大、丰度高、类型好的特点。

任丘潜山石油来自于马西洼陷、任西洼陷和出岸洼陷的沙三段和沙一下亚段油源岩[9]。沙三段为主力油源岩，暗色泥岩厚度为500～600 m，有机碳含量平均为0.86%，氯仿沥青“A”含量为0.174 2%，总烃含量为971 mg/kg，生烃潜量为2.42 kg/t，有机质类型属于Ⅱ1型，姥植比介于0.40～0.97。兴隆台潜山油气来自清水、陈家洼陷和盘山洼陷的沙三段和沙四段烃源岩，沙三段为主力烃源岩，暗色泥岩厚度在清水洼陷超过1 600 m，陈家洼陷和盘山洼陷的厚度为600 m，有机碳含量平均为1.81%，氯仿沥青“A”含量为0.10%，总烃含量为418 mg/kg，生烃潜量为3.98 kg/t，有机质类型属于Ⅱ1+Ⅱ2型，姥植比平均为1.09。多层位、多洼陷的优质烃源岩能够为大型潜山提供丰富的油气源条件。

3.3 大厚度储集层是形成大型潜山油气藏的关键

由于大型潜山的地层时代老，经历风化剥蚀时间长、构造活动多，顶部和内幕均发育优质的储集层，但潜山内幕的碳酸盐岩与变质岩的储集层发育存在差异性，碳酸盐岩内幕主要为溶蚀孔洞缝组成的溶蚀层，发育程度受泥质含量的控制；变质岩内幕为构造裂缝组成的网状裂缝系统，发育程度受岩性和构造应力的控制。

任丘潜山储集层为中元古界和下古生界碳酸盐岩地层，蓟县运动-海西运动的多期次垂直升降运动，使地层遭受多期溶蚀作用，发育多套岩溶地层；印支—喜马拉雅运动主要表现为水平挤压运动，发生褶皱、块断和风化剥蚀作用，地层发生翘倾，以及断裂作用产生的构造裂缝增强大气淡水的渗流作用，形成极其发育的溶蚀孔隙，溶蚀储集层厚度达到600 m[9]。碳酸盐岩储集层的发育受到碳酸盐岩泥质含量的控制，泥质含量高，抗溶蚀能力强，可形成潜山中的隔层，形成潜山内幕的储隔组合[10]。任丘潜山发育奥陶系冶里组—寒武系崮山组、寒武系徐庄—馒头组和青白口系景儿峪组共3套隔层，形成4套储隔组合。

兴隆台潜山储集层是太古宇地层，遭受剥蚀作用一直持续到新生代，是发育良好的风化壳型储层。裂缝为潜山内幕主要储集层[11-12]，发育程度取决于暗色矿物含量和岩石的结构与构造，即暗色矿物含量低、粒状与条带状、非均一性强的岩石容易产生裂缝成为储集层；反之，则形成隔层[12-14]。裂缝发育程度的差异性形成了基岩地层中不均匀分布的裂缝带，形成纵横交错、藕断丝连的空间展布特点，组成内幕网络裂缝系统，发育深度可达潜山内部1 640 m。

3.4 多类型的圈闭条件是形成大型潜山油气藏的前提

受到岩性的控制，大型潜山可以在不同位置形成多种类型的圈闭类型，不同部位、多空间分布的潜山圈闭增加了潜山油气藏的广度和深度。

任丘潜山发育潜山顶部风化壳、潜山内幕和潜山斜坡3种圈闭类型，分别为潜山顶的蓟县系雾迷山组油气藏、潜山内幕的寒武系府君山组油气藏和潜山坡的奥陶系油气藏。其中，潜山顶部的蓟县系雾迷山组油气藏的隔层为青白口系，盖层为沙河街三段；潜山内幕的府君山组油气藏的隔层为青白口系和寒武系徐庄组—馒头组，盖层为沙河街三段；潜山斜坡的奥陶系油气藏的隔层为寒武系凤山组-崮山组，盖层为沙四段和孔店组。

兴隆台变质岩潜山圈闭包括顶部风化壳型圈闭和内部网络裂缝性圈闭2种类型[12]。顶部风化壳储集层为裂缝和溶蚀孔隙，与顶部上覆中生界、古近系等盖层组成风化壳型圈闭；内幕主要由网状裂缝储集层和内幕隔层组成，发育2套储隔层，分为上部内幕和下部内幕油气藏，压力系数和产量具有差异性。

3.5 直接接触关系与大面积的供烃窗口决定了油气“进山”的高效率

潜山油气的外来性决定了基岩与烃源岩分别为独立的岩体。两者之间的接触关系和供烃窗口决定着潜山油气“进山”的成藏效率。大型潜山与烃源岩的直接接触关系和大面积供烃窗口为油气高效率的进入潜山提供了重要的条件。

源储直接接触关系是指烃源岩与潜山直接接触，不需要断层和不整合面相连接的接触方式，烃源岩生成的天然气可以直接排入到潜山储层中。任丘潜山与兴隆台潜山均与周围洼陷烃源岩直接接触，接受来自其生成的油气。

供烃窗口指烃源岩生成的油气可进入潜山的垂向高度。供烃窗口的大小受烃源岩与潜山的接触关系和有效生油岩厚度等因素的影响。烃源岩与潜山直接接触的面积宽、厚度大，供烃窗口大，潜山聚集的油气就多；反之，则聚集油气少。任丘潜山任西断层上盘为雾迷山组潜山，下盘为沙河街组烃源岩，任54井雾迷山组顶深为2 780 m，任97井雾迷山组顶深为4 290 m(图1)，供油窗口幅度超过1 500 m，接触面积可达90 km2。兴隆台潜山由中生界和太古宇组成双层结构潜山，发育多条较大断距的断层，尤其是马圈子南侧大断层的活动，导致清水洼陷的埋藏深度超过6 400 m，兴隆台潜山顶面为2 400 m，供烃窗口的高度达到4 000 m(图3)，形成兴隆台潜山变质岩主体多层段含油气特点。

图3 兴隆台潜山带供烃窗口示意图

4 结论

(1) 渤海湾盆地主要坳陷已发现的潜山油气藏达到111个，潜山层位从太古宇至古生代，岩性由变质岩到碳酸盐岩，主要受到风化剥蚀时间和断裂活动强度的控制。

(2) 任丘碳酸盐岩潜山和兴隆台变质岩潜山具有风化剥蚀时间长、断裂活动强度大的特点。

(3) “洼中隆”的构造格局、“多对一”的源储位置关系、大厚度的储集层、多类型的圈闭条件和源储直接接触关系以及大面积的供烃窗口是渤海湾盆地大型潜山油气藏形成的有利条件。

[1] 杨明慧.渤海湾盆地潜山多样性及其成藏要素比较分析[J].石油与天然气地质，2008，29(5)：623-631.

[2] Cuong T X，Warren J R.Bach ho field，a fractured granitic basement reservoir， Cuu Long Basin， offshore SE Vietnam：a buried hill play[J].Petroleum Geol，2009，32(2)：129-156.

[3] 费宝生，汪建红.中国海相油气田勘探实例之三——渤海湾盆地任丘古潜山大油田的发现与勘探[J].海相油气地质，2005，10(3)：43-50.

[4] 王同和.渤海湾盆地中、新生代应力场的演化与古潜山油气藏的形成[J].石油与天然气地质，1986，7(3)：273-280.

[5] 赵贤正，金凤鸣，张一明，等.富油凹陷隐蔽型潜山油气藏精细勘探[M].北京：石油工业出版社，2010：1-10.

[6] 李丕龙，张善文，王永诗，等.多样性潜山成因、成藏与勘探——以济阳坳陷为例[M].北京：石油工业出版社，2003：130-133.

[7] 孟卫工，陈振岩，李湃，等.潜山油气藏勘探理论与实践——以辽河坳陷为例[J].石油勘探与开发，2009，36(2)：136-143.

[8] 吴孔友，李继岩，陆诗阔，等.冀中饶阳凹陷潜山演化类型及成藏差异性分析[J].海相油气地质，2010，15(1)：27-34.

[9] 杜金虎，邹伟宏，费宝生，等.冀中拗陷古潜山复式油气聚集区[M].北京：石油工业出版社，2002：299-456.

[10] 高先志，吴伟涛，卢学军，等.冀中坳陷潜山内幕油气藏的多样性与成藏控制因素[J].中国石油大学学报：自然科学版，2011，35(3)：31-35.

[11] 谢文彦，孟卫工，张占文，等.辽河坳陷潜山内幕多期裂缝油藏成藏模式[J].石油勘探与开发，2006，33(6)：649-652.

[12] 吴伟涛，高先志，刘兴周，等.基岩油气藏的形成与分布[J].地质科技情报，2014，33(1)：106-113.

[13] 李晓光，刘宝鸿，蔡国钢.辽河坳陷变质岩潜山内幕油藏成因分析[J].特种油气藏，2009，16(4)：1-5，12.[14] 单俊峰.变质岩古潜山内幕油藏成藏因素及勘探技术[J].特种油气藏，2008，15(5)：20-23.

编辑林树龙