南堡凹陷天然气成藏模式及其主控因素

戚金花



南堡凹陷天然气成藏模式及其主控因素

戚金花

(大庆油田有限责任公司 第三采油厂，黑龙江 大庆 163113 )

为研究南堡凹陷天然气成藏分布规律，在天然气藏类型及分布特征研究的基础上，分析天然气分布与成藏条件之间空间匹配关系，研究南堡凹陷天然气成藏模式及其主控因素.结果表明：南堡凹陷天然气存在4种成藏模式：源内断裂输导中—浅层断层圈闭天然气成藏模式，天然气聚集层位受输导断裂与馆陶组三段火山岩盖层配置和储层发育共同控制；源内断裂输导中—深层断层圈闭天然气成藏模式，天然气聚集层位受输导断裂与东营组二段泥岩盖层配置控制；源内断裂输导深—浅层断层圈闭天然气成藏模式，天然气聚集层位受储层发育和源岩供给程度共同控制；源外边部断裂输导深层断层圈闭天然气成藏模式，天然气聚集层位受储层发育和源岩供给程度共同控制.该结论对指导南堡凹陷天然气勘探具有指导意义.

成藏模式； 主控因素； 天然气； 聚集； 南堡凹陷

0 引言

南堡凹陷是渤海湾盆地北部的一个新生代断陷，总体上具有北断南超的箕状断陷特征，凹陷面积为1 920 km2.该凹陷由下至上发育古近系沙河街组(Es)、东营组(Ed)、新近系馆陶组(Ng)、明化镇组(Nm)及第四系.目前，南堡凹陷已有数口井见到天然气显示，天然气从下伏基岩至上覆明化镇组有分布；但天然气富集程度相对较低，并且不同构造天然气分布层位和富集数量明显存在差异，除与它所处构造天然气本身成藏条件不同有关外，还与不同构造天然气成藏模式及主控因素也不同有关.

人们对南堡凹陷油气成藏条件及主控因素进行研究和探讨，主要是从源岩、断裂、运移路径、断盖配置和成藏主控因素及模式等方面.根据烃源岩地球化学特征，在南堡凹陷由下至上发现沙河街组三段和一段两套烃源岩[1-4]，生烃能力较强.研究区共发育6套断裂系统[5-7]，在成藏关键期，活动的长期断裂(Ⅴ型和Ⅵ型断裂)对油气起到垂向输导通道作用，其他类型断裂起侧向遮挡作用；在断裂静止期，所有断裂起侧向遮挡作用.在油气运移过程中，油源、正向构造、高砂地比地层是油气运移的有利区[8-10]；同时，还要受到断裂断距和被断裂破坏盖层的共同控制[11-14].付广等[13]提出断接厚度的概念，当某一套盖层的断接厚度大于其封气下限时，油气在盖层下部分布；当断接厚度小于其封气下限时，油气在盖层上下分布.罗群等[15]提出南堡凹陷隐蔽圈闭为隐蔽油气藏形成提供空间，输导体系沟通油源和隐蔽圈闭并为隐蔽圈闭输送油气，烃源岩供给成熟油气，3个基本要素在时空上形成有利的三维一体关系，导致隐蔽油气藏的形成.朱光有等[16]提出烃源岩、优质储层、输导断裂、圈闭类型和盖层等成藏要素匹配较好，成藏期较晚是南堡凹陷油气富集的关键因素.付广等[17]提出南堡凹陷东一段油气成藏主要受油源断裂、盖层匹配关系、砂地比和有效圈闭等4个因素的控制；源岩生成的油气沿输导断裂向上运移，穿过东营组二段泥岩盖层且被馆陶组三段火山岩盖层封闭，向砂地比大于20%的地层中运移，并且在油源断裂附近的正向圈闭中聚集成藏.

针对天然气成藏规律的研究相对较少，对天然气成藏模式及主控因素研究相对薄弱，不利于南堡凹陷天然气勘探.在天然气藏类型及分布特征研究的基础上，笔者分析天然气分布与成藏条件之间空间匹配关系，开展南堡凹陷天然气成藏模式及主控因素的研究，为认识天然气分布规律和油气勘探提供指导.

1 天然气藏类型及分布规律

南堡凹陷西部的天然气明显较东部的富集，西部的南堡1号、5号、老爷庙和高尚堡构造已发现的气流井数，明显较东部的南堡2号、3号、4号构造已发现的气流井数多(见图1).南堡凹陷天然气藏的类型主要是断层遮挡形成的断层气藏.天然气在纵向上从下伏基岩至上覆明化镇组分布，其中以东营组含气层位最多，其次是沙河街组和馆陶组，再次是基岩，最少为明化镇组(见图2).不同构造天然气分布层位和含气层数是不同的，基岩天然气主要分布于南堡1号、2号和3号构造，其中以南堡2号构造天然气含气层数相对较多，南堡1号和3号构造含气层数相对较少.沙河街组天然气主要分布于南堡3号、4号、5号和高尚堡构造，其中以高尚堡构造含气层数相对较多，其次是南堡3号和5号构造，最少为南堡4号构造.东营组天然气主要分布于南堡1号、2号、4号、5号、老爷庙和高尚堡构造，其中1号、5号和老爷庙构造含气层数相对较多，其次是南堡2号构造和高尚堡构造.馆陶组天然气主要分布于南堡1号、2号、老爷庙和高尚堡构造，其中以南堡1号构造含气层数相对较多，其次是老爷庙构造、南堡2号，高尚堡构造含气层数相对较少.明化镇组天然气主要分布于南堡1号、老爷庙和高尚堡构造，含气层数较少(见图2).

图1 南堡凹陷源岩、输导断裂和天然气分布关系

图2 南堡凹陷不同构造天然气分布层位Fig.2 Distribution layers of natural gas in different structures of Nanpu depression

2 天然气成藏模式及其主控因素

虽然南堡凹陷不同构造天然气分布层位和含气层数不同，但是天然气来自沙河街组三段或一段源岩.由于不同构造、不同层位天然气聚集的断层圈闭与沙河街组三段或一段气源岩之间的空间位置关系不同，天然气在不同构造聚集层位也不同，天然气成藏模式及主控因素也不同.研究已知气井解剖和不同构造、不同层位天然气藏，以及与沙河街组三段或一段源岩之间空间位置关系，南堡凹陷天然气成藏存在4种模式.

2.1 源内断裂输导中—浅层断层圈闭

该天然气成藏模式主要分布于南堡1号构造中—浅层(见图3).南堡1号构造已发现的天然气主要分布于馆陶组四段—东营组一段.由图1可以看出，南堡1号构造位于沙河街组三段或一段源岩区；目的储层与下伏沙河街组三段或一段源岩之间被多套泥岩层相隔，沙河街组三段或一段源岩生成的天然气无法通过地层孔隙，不能直接向上覆馆陶组四段—东营组一段目的层中运移，只能通过断裂，才能使沙河街组三段或一段源岩生成的天然气运移至上覆馆陶组三段—东营组一段目的储层.三维地震资料解释成果表明，南堡1号构造馆陶组四段—东营组一段断裂发育，但不是均可成为沙河街组三段或一段源岩生成天然气向上覆馆陶组四段—东营组一段运移的输导断裂；只有连接沙河街组三段或一段源岩和馆陶组四段—东营组一段目的储层，且在沙河街组三段或一段源岩大量排烃期—东营组沉积末期或明化镇组沉积中期活动的断裂[18]，才能成为沙河街组三段或一段源岩生成的天然气向上覆馆陶组四段—东营组一段运移的输导断裂.只有早期伸展—中期伸展走滑—晚期反转和中期伸展走滑—晚期反转两类断裂,才能成为沙河街组三段或一段源岩生成天然气向上覆馆陶组四段—东营组一段运移的输导断裂[7].由图3(a)可以看出，南堡1号构造发育2条输导断裂，下伏沙河街组三段或一段源岩生成的天然气沿着2条输导断裂向上覆地层运移.由于其上东营组泥岩盖层断接厚度小于其封气下限，天然气将穿过东营组泥岩盖层继续向上运移[13]，当遇到馆陶组三段火山岩盖层时，馆陶组三段火山岩盖层厚度相对较大，断接厚度为208 m，大于其封气下限——150～180 m，天然气不能穿过馆陶组三段火山岩盖层向上运移，主要在其下发生侧向分流运移，即馆陶组三段火山岩盖层断接厚度大于封气下限，其上无天然气分布；反之，上下有天然气分布.

图3 南堡凹陷天然气成藏模式Fig.3 Modes of natural gas accumulation in Nanpu depression

南堡1号构造东营组二段—沙河街组储层发育，砂地比大于20%(见图4(a))[10]，有利于天然气侧向分流聚集.天然气只能在馆陶组四段—东营组一段储层发生侧向分流运移，在输导断裂附近的断裂遮挡圈闭中聚集成藏(见图3(a)).分析南堡1号构造天然气成藏过程，源内中—浅层断裂输导断层圈闭天然气成藏模式的主控因素包括：输导断裂与馆陶组三段火山岩盖层配置和储层发育共同控制天然气聚集层位；输导断裂附近断层遮挡为天然气聚集提供圈闭.

2.2 源内断裂输导中—深层断层圈闭

该天然气成藏模式主要分布于南堡5号构造中—深层(见图3(b)).南堡5号构造已发现的天然气主要分布于东营组二段—沙河街组.由图1可以看出，南堡5号构造也位于沙河街组三段或一段源岩区；目的储层与下伏沙河街组三段或一段源岩之间也被多套泥岩层相隔，沙河街组三段或一段源岩生成的天然气也只能通过输导断裂，才能向目的层运移.由图3(b)可以看出，南堡5号构造发育5条输导断裂，下伏沙河街组三段或一段源岩生成的天然气沿着5条输导断裂向上覆地层运移.由于其上东营组三段泥岩盖层断接厚度小于其封气下限，东营组二段泥岩盖层厚度相对较大，断接厚度为165 m，大于其封气下限——120～140 m，天然气难以穿过东营组二段泥岩盖层向上运移，主要在其下发生侧向分流运移，即东营组二段泥岩盖层断接厚度大于封气下限，其上无天然气分布；反之,上下有天然气分布.

图4 南堡凹陷不同构造、不同层位地层砂地比分布Fig.4 Distribution of sandstone ratio in different layers of different structures in Nanpu depression

南堡5号构造东营组二段—沙河街组储层发育，砂地比大于20%(见图4(b))，有利于天然气分流聚集.天然气可以在东营组二段—沙河街组储层发生侧向分流运移，在输导断裂附近的断裂遮挡形成的圈闭中聚集成藏(见图3(b)).分析南堡5号构造天然气成藏过程，源内断裂输导中—深层断层圈闭天然气成藏模式的主控因素包括：输导断裂与东营组二段泥岩盖层配置控制天然气聚集层位；输导断裂附近的断层遮挡为天然气聚集提供圈闭.

2.3 源内断裂输导深—浅层断层圈闭

该天然气成藏模式主要分布于老爷庙构造(见图3(c))，老爷庙构造发现的天然气主要分布于中浅层，其深层不是没有气，而是目前井尚未钻到.由图1可以看出，老爷庙构造也位于沙河街组三段或一段源岩区的边部；目的层储层与沙河街组三段或一段源岩不能直接接触，只能通过输导断裂错断，才能连接沙河街组三段或一段源岩与目的储层，使沙河街组三段或一段源岩生成的天然气沿输导断裂运移至上覆目的储层.由图3(c)可以看出，老爷庙构造发育2条输导断裂，连接目的储层与下伏沙河街组三段或一段源岩，使沙河街组三段或一段生成的天然气沿输导断裂向老爷庙构造目的储层运移.由于老爷庙构造3套盖层厚度相对较小，东营组三段、二段和馆陶组三段盖层的断接厚度分别为41、79、13 m，分别小于其封气下限——90～120、120～150、150～180 m，天然气将穿过3套盖层向上运移，可以在3套盖层上下发生侧向分流运移，即东营组三段、二段泥岩盖层和馆陶组三段火山岩盖层断接厚度分别大于封气下限，其上无天然气分布；反之，上下有天然气分布.

老爷庙构造上下储层发育，砂地比大于20%(见图4(c))，有利于天然气侧向分流运移聚集.天然气可以在3套盖层上下储层中发生侧向分流运移，在输导断裂附近的断层遮挡圈闭中聚集成藏.分析老爷庙构造天然气成藏过程，源内断裂深—浅层断层圈闭天然气成藏模式的主控因素包括：储层发育和源岩供给程度共同控制天然气聚集层位；输导断裂附近的断层遮挡为天然气聚集提供圈闭.

2.4 源外边部断裂输导深层断层圈闭

该天然气成藏模式主要分布于南堡2号、3号和高尚堡构造深层(见图3(d))，南堡2号、3号和高尚堡构造已发现的天然气主要分布于沙河街组—基岩，并且3个构造位于沙河街组三段或一段源岩区外的边部.由图1可以看出，目的储层与沙河街组三段或一段源岩不能直接连接，只能通过输导断裂错断，才能使沙河街组三段或一段源岩与目的储层侧接，使沙河街组三段或一段源岩生成的天然气沿输导断裂运移至目的储层.由图3(d)可以看出，南堡3号构造发育1条输导断裂，连接南堡3号构造基岩、沙河街组目的储层与沙河街组三段或一段源岩，使沙河街组三段或一段源岩生成的天然气沿输导断裂向南堡3号构造目的储层中运移.由于南堡3号构造4套盖层厚度相对较小，沙河街组二三段、一段、东营组三段和二段盖层的断接厚度分别为268、125、110、136 m，分别小于其封气下限——470～480、130～150、90～120、120～140 m，天然气将穿过4套盖层向上运移，在4套盖层上下发生侧向分流运移，即沙河街组二三段、一段、东营组三段和二段泥岩盖层断接厚度分别大于封气下限，其上无天然气分布；反之，上下有天然气分布.

南堡3号构造位于源岩边部，源岩供气能力相对不足，南堡3号构造各套储层均发育，砂地比大于20%(见图4(d))，有利于天然气侧向分流运移聚集.天然气只在距源最近的深部沙河街组和基岩储层中发生侧向运移，在输导断裂附近的断层遮挡圈闭中聚集成藏(见图3(d)).南堡2号和高尚堡构造天然气成藏模式与南堡3号构造相同.分析南堡3号构造深层天然气成藏过程，源外边部断裂输导深层断层圈闭天然气成藏模式的主控因素包括：储层发育和源岩供给程度共同控制天然气聚集层位；输导断裂附近的断层遮挡为天然气聚集提供圈闭.

3 结论

(1)南堡凹陷天然气成藏存在4种模式，分别为源内断裂输导中—浅层断层圈闭、源内断裂输导中—深层断层圈闭、源内断裂输导深—浅断层圈闭和源外边部断裂输导深层断层圈闭天然气成藏模式，各种成藏模式分别分布于南堡1号、5号和老爷庙构造，以及南堡3号、2号和高尚堡构造.

(2)南堡凹陷天然气成藏模式不同，天然气成藏的主控因素不同：1)源内断裂输导中—浅层断层圈闭天然气成藏模式，天然气聚集层位受输导断裂与馆陶组三段火山岩盖层配置和储层发育共同控制；2)源内断裂输导中—深层断层圈闭天然气成藏模式，天然气聚集层位受输导断裂与东营组二段泥岩盖层配置控制；3)源内断裂输导深—浅层断层圈闭天然气成藏模式，天然气聚集层位受储层发育和源岩供给程度共同控制；4)源外边部断裂输导深层断层圈闭天然气成藏模式，天然气聚集层位受储层发育和源岩供给程度共同控制.

(3)所建立的4种天然气成藏模式，对天然气成藏有重要影响的源岩区位置及供气特征、储集层位和发育程度、输导断裂与盖层空间配置已考虑在内，但没有考虑对天然气成藏与分布有重要影响的圈闭位置与数量的影响.

[1] 郑红菊,董月霞,朱光有,等.南堡凹陷优质烃源岩的新发现[J].石油勘探与开发,2007,34(4):385-391,450.Zheng Hongju, Dong Yuexia, Zhu Guangyou, et al.High-quality source rocks in Nanpu sag [J].Petroleum Exploration and Development, 2007,34(4):385-391,450.

[2] 赵彦德,刘洛夫,王旭东,等.渤海湾盆地南堡凹陷古近系烃源岩有机相特征[J].中国石油大学学报:自然科学版,2009,33(5):23-29.Zhao Yande, Liu Luofu, Wang Xudong, et al.Characteristics of organic facies of Eogene hydrocarbon source rocks in Nanpu sag, Bohai Bay basin [J].Journal of China University of Petroleum: Science & Technology Edition, 2009,33(5):23-29.

[3] 李素梅,庞雄奇,万中华.南堡凹陷混源油分布与主力烃源岩识别[J].地球科学(中国地质大学学报),2011,36(6):1064-1072.Li Sumei, Pang Xiongqi, Wan Zhonghua.Mixed oil distribution and source rock discrimination of the Nanpu depression, Bohai Bay basin [J].Earth Science(Journal of China University of Geosciences), 2011,36(6):1064-1072.

[4] 刚文哲,仵岳,高岗,等.渤海湾盆地南堡凹陷烃源岩地球化学特征与地质意义[J].石油实验地质,2012,34(1):57-61,65.Gang Wenzhe, Wu Yue, Gao Gang, et al.Geochemical features and geologic significances of source rocks in Nanpu sag, Bohai Bay basin [J].Petroleum Geology & Experiment, 2012,34(1):57-61,65.

[5] 付广,周亮,安立刚.油源断裂输导油气能力定量评价与油气聚集——以南堡凹陷东一段为例[J].岩性油气藏,2012,24(4):8-12.Fu Guang, Zhou Liang, An Ligang.Quantitative evaluation for hydrocarbon transport ability of faults connected with source rocks and relation with hydrocarbon accumulation: An example from Ed1of Nanpu depression [J].Lithologic Reservoirs, 2012,24(4):8-12.

[6] 刘哲,付广,吕延防,等.南堡凹陷断裂对油气成藏控制作用的定量评价[J].中国石油大学学报:自然科学版,2013,37(1):27-34.Liu Zhe, Fu Guang, Lv Yanfang, et al.Quantitative evaluation for control of faults on hydrocarbon accumulation in Nanpu sag [J].Journal of China University of Petroleum: Science & Technology Edition, 2013,37(1):27-34.

[7] 孙永河,赵博,董月霞,等.南堡凹陷断裂对油气运聚成藏的控制作用[J].石油与天然气地质,2013,34(4):540-549.Sun Yonghe, Zhao Bo, Dong Yuexia, et al.Control of faults on hydrocarbon migration and accumulation in the Nanpu sag [J].Oil & Gas Geology, 2013,34(4):540-549.

[8] 张树林,田世澄,朱水安,等.南堡凹陷的断裂构造与油气三次运移[J].石油与天然气地质,1996,17(4):262-267.Zhang Shulin, Tian Shicheng, Zhu Shuian, et al.Fracture structure and hydrocarbon third migration in Nanpu depression [J].Oil & Gas Geology, 1996,17(4):262-267.

[9] 谭丽娟,田世澄.南堡凹陷油气运移特征及成藏动力学系统划分[J].石油勘探与开发,2000,27(5):16-18.Tan Lijuan, Tian Shicheng.Characteristics of hydrocarbon migration and kinetic system classification of pool-forming in Nanpu sag [J].Petroleum Exploration and Development, 2000,27(5):16-18.

[10] 付广,孙同文,吕延防.南堡凹陷断—砂配置侧向输导油气能力评价方法[J].中国矿业大学学报,2014,43(1):79-87.Fu Guang, Sun Tongwen, Lv Yanfang, et al.An evaluation method of oil-gas lateral transporting ability of fault-sandstone configuration in Nanpu depression [J].Journal of China University of Mining & Technology, 2014,43(1):79-87.

[11] 董月霞,汪泽成,郑红菊,等.走滑断层作用对南堡凹陷油气成藏的控制[J].石油勘探与开发,2008,35(4):424-430.Dong Yuexia, Wang Zecheng, Zheng Hongju, et al.Control of strike-slip faulting on reservoir formation of oil and gas in Nanpu sag [J].Petroleum Exploration and Development, 2008,35(4):424-430.

[12] 刘性全,侯吉瑞,付博.断—盖时空匹配及其对油气聚集与分布的控制作用——以南堡凹陷中浅层东营组为例[J].东北石油大学学报,2013,37(1):8-15.Liu Xingquan, Hou Jirui, Fu Bo.Controlling of time and space match in fault transporting oil-gas and caprocks to oil and gas accumulation and distribution: An example from middle and shallow strata in Nanpu depression [J].Journal of Northeast Petroleum University, 2013,37(1):8-15.

[13] 付广,杨敬博.断盖配置对沿断裂运移油气的封闭作用:以南堡凹陷中浅层为例[J].地球科学(中国地质大学学报),2013,38(4):783-791.Fu Guang, Yang Jingbo.Sealing of matching between fault and caprock to oil-gas migration along fault: An example from middle and shallow strata in Nanpu depression [J].Earth Science(Journal of China University of Geosciences), 2013,38(4):783-791.

[14] 孙建军.不同类型断—砂配置输导的油气特征及成藏控制作用[J].东北石油大学学报,2013,37(1):57-63.Sun Jianjun.Transporting oil-gas characteristics with different fault-sandstone matching and its control of oil-gas accumulation [J].Journal of Northeast Petroleum University, 2013,37(1):57-63.

[15] 罗群,吏锋兵,黄捍东,等.中小型盆地隐蔽油气藏形成的地质背景与成藏模式——以渤海湾盆地南堡凹陷为例[J].石油实验地质,2006,28(6):560-565,573.Luo Qun, Li Fengbin, Huang Han dong, et al.Geologic settings and pool forming models of subtle petroleum accumulations in middle-small basin [J].Petroleum Geology & Experiment, 2006,28(6):560-565,573.

[16] 朱光有,张水昌,王拥军,等.渤海湾盆地南堡大油田的形成条件与富集机制[J].地质学报,2011,85(1):97-113.Zhu Guangyou, Zhang Shuichang, Wang Yongjun, et al.Forming condition and enrichment mechanism of the Nanpu oilfield in the Bohai Bay basin, China [J].Acta Geologica Sinica, 2011,85(1):97-113.

[17] 付广,夏云清.南堡凹陷东一段油气成藏与分布的主控因素及模式[J].岩性油气藏,2012,24(6):27-31,37.Fu Guang, Xia Yunqing.Main controlling factors and models of oil and gas accumulation and distribution of Ed1in Nanpu depression [J].Lithologic Reservoirs, 2012,24(6):27-31,37.

[18] 付广,李鑫,刘峻桥.南堡凹陷中浅层油源断裂与其他成藏要素的空间配置及控藏作用[J].山东科技大学学报:自然科学版,2014,33(1):1-8.Fu Guang, Li Xin, Liu Junqiao.The space distribution characteristics of faults connected source-rock and oil-gas accumulation factors and the function of accumulation controlling in the middle and shallow of Nanpu depression [J].Journal of Shandong University of Science and Fechnology: Science & Technology Edition, 2014,33(1):1-8.

2015-06-05；编辑：刘丽丽

国家自然科学基金项目(41372153)

戚金花(1963-)，女，工程师，主要从事油田开发地质方面的研究.

TE122.1

A

2095-4107(2015)04-0031-07

DOI 10.3969/j.issn.2095-4107.2015.04.004