沙南凹陷西洼成藏主控因素及有利勘探区带

2015-06-15石文龙李慧勇茆利胡贺伟步少峰

断块油气田 2015年2期

石文龙，李慧勇，茆利，胡贺伟，步少峰

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津300452）

沙南凹陷位于渤海西部海域，东西两侧与渤中、歧口2 富生烃凹陷相连，属于新生代发育起来的北断南超的箕状凹陷。该凹陷已累计钻井20 余口，一直没有发现商业规模油气田，勘探潜力备受质疑，尤其是对烃源岩的供烃能力和沙河街组的储层发育程度。为此，本文结合新采集的三维地震资料，对西洼的凹陷结构、成藏条件以及已钻构造的成藏特征进行了深入研究，明确了沙南凹陷西洼的成藏主控因素，优选出有利勘探区带。

1 地质概况

沙南凹陷西侧以歧口18-1，18-2 构造上升盘基底隆起为界，东侧以曹妃甸18-1，18-2 及渤中19-4 构造脊底构造基为界，整体上为一个新生代发育起来的狭长型东西走向的开放性凹陷。该凹陷以中生界为基底，自下而上发育的地层有孔店组、沙河街组、东营组、馆陶组、明化镇组以及第四系，其中东三段、沙一段和沙三段为本区3 套主要烃源岩。

凹陷中间发育了一条近南北走向的构造脊，该构造脊南起埕北油田东侧，向北一直延伸到沙垒田凸起，把沙南凹陷分为东、西2 个次洼［1］，西洼具有北断南超的构造特征（见图1）。

西洼整体上受控于凹陷中间一条东西走向且长期活动的拉张性断层，该断层在沙河街组晚期开始活动，到了东三段，活动进一步加强，形成一个东西走向的中央构造脊。依附于该构造脊，在其上、下盘形成了一系列构造圈闭，习惯上称为沙中构造带。以该构造带为界，西洼又可以分为3 个更次级的小洼陷（A，B，C）。A洼是主要生烃凹陷，沉积面积较大，具有典型的箕状特征，沉积了厚层沙河街组地层。B 洼与C 洼面积较小，为2 个沙河街组末期形成的相对独立的小洼陷。

2 油气成藏特征

2.1 油藏分布特征

在沙南凹陷西洼所钻20 余口井中，共钻遇9 个构造，其中沙中构造带钻井15 口，钻遇7 个构造。发现的6 个含油气构造全部在沙中构造带，其中3 个位于构造带上升盘，3 个位于下降盘。这些含油气构造充满度较低，最高为40%，最低为11%，平均圈闭充满度仅为30%，单个储量规模较小，均未达到商业开发规模。

2.2 油气藏储盖组合特征

沙南凹陷西洼主要发育5 套储盖组合，自上而下分别为：明下段河流相泥岩盖层与河道砂体储层；馆陶组中部泥岩盖层与下部厚层辫状河砂砾岩；东二上段自身泥岩盖层与辫状河三角洲砂体；东下段厚层泥岩盖层与沙一、沙二段储层；沙三段自身泥岩盖层与扇三角洲砂体。其中，沙一、沙二段储层与东下段盖层的储盖组合为一套重要的储盖组合，沙中构造带下降盘的探井在东下段泥岩盖层以下储层中均见到良好的油气显示。但是，由于受沉积相带的控制，沙中构造的大部分钻探井在沙一、沙二段没有钻遇较好储层，单层储层厚度较小，以细砂岩—泥质粉砂岩岩性为主，储层横向变化较大，连通性较差，影响了油气成藏的规模。在明下段、东营组见到了油气显示，但没有发现油气藏。已发现的油气主要成藏于沙二段，沙三段和馆陶组只有少量的油气发现。

2.3 油气运聚特征

在东三段、沙一段、沙三段3 套烃源岩中，沙三段烃源岩分布范围最广，沉积厚度最大，对沙南凹陷西洼油气成藏起着主要供烃作用。由3 个小次洼生成的油气，可以通过不整合面、连通性地层以及开启性断层运移到圈闭中聚集成藏。

沙中构造带上升盘西侧的曹妃甸13-1 含油构造，在沙一、沙二、沙三段均有油气成藏，主要含油层位为沙一、沙二段。油气主要来自C 次洼的沙三段油源，成藏类型为自生自储。油气一部分是由烃源岩生成，直接通过一次运移进入到储层中，另一部分是通过层间断层或长期活动的断层与砂体耦合运移到圈闭中成藏。

上升盘东侧的曹妃甸14-2 含油构造，含油层位为沙二段与馆陶组。其中沙二段是主要的含油层系，油气主要来自B 次洼的沙三段油源供应，通过断层与砂体耦合运移到圈闭中。馆陶组油气主要通过晚期活动的断层与馆陶组厚层砂岩耦合运移到圈闭中聚集成藏。

位于沙中构造带下降盘的3 个含油构造（曹妃甸14-1S，14-5，15-3），其油气主要成藏于沙二段，沙三段顶部也有少量油气层发现，油气运聚条件基本相同，均来自近源的沙三段与沙一段，为自生自储型油气藏。

2.4 油气成藏模式

位于沙中构造上升盘的油气藏，主要成藏层位为古近系沙河街组，油藏类型主要以构造层状为主，馆陶组为受构造控制的块状油藏；位于下降盘的3 个含油构造，由于目的层段储层较薄，横向变化较快，因此均为受构造控制的构造-岩性油藏。

3 成藏主控因素分析

接，有的与馆陶组厚层砂砾岩对接，整体侧封情况都不理想。虽然这些圈闭处于生烃凹陷中间，供烃条件比较有利，但由于受圈闭条件限制，这种圈闭形成的油藏充满度较低，影响了油气的进一步富集。

沙中构造带构造的独特性决定了该区圈闭的主要发育类型，而在沙中构造带以外的区域，圈闭类型将会与之有很大的差异，圈闭的有效性会有很大提高。

沙中构造带是一个后期构造反转的凹中隆起，其上发育较大规模的构造圈闭，一直被认为具有较好的勘探前景，因此，西洼的钻井基本都集中在这一带。但是，经过几年的钻探，虽然几乎每口井都有油气发现，可结果并不理想，没有取得规模性的商业发现，使整个西洼的勘探潜力受到质疑［2-6］。

3.1 烃源岩质量

由于沙南西洼钻探情况整体不理想，普遍的观点认为沙南凹陷西洼是一个非富烃凹陷，生烃能力受到质疑。然而，西洼的3 套烃源岩中，尤其是沙河街组烃源岩，总有机碳质量分数达3.0%～4.0%，并以Ⅱ1型干酪根为主，为好—很好的烃源岩类型。东三段总有机碳质量分数为2.5%，有机质丰度好，烃源岩类型为Ⅰ—Ⅱ1，主要以Ⅱ1型为主，属于好的烃源岩（见图2）。

沙南凹陷西洼生烃门限深度在2 500～2 800 m，平均排烃门限深度约为3 000 m。目前3 套烃源岩的深度基本都处于生烃门限以下，其中沙三段主力烃源岩埋藏最深，成熟度最高，分布范围也较广，沉积中心泥岩厚度达500 m 以上。总体来看，西洼的烃源岩具有较好的生烃潜力，不能因为钻探情况的不理想而怀疑其生烃能力，进而怀疑整个凹陷的勘探潜力。

图2 沙南凹陷西洼烃源岩特征

3.2 圈闭的有效性

影响该圈闭油气充满度的原因有2 个：一是凹陷的供烃能力差，没有足够的油气供应圈闭成藏；二是圈闭的有效性差，运移来的油气不能得到很好的保存，产生二次运移，散失到别处。对该区烃源岩分析可知，沙南西洼具有良好的烃源条件，因此，导致沙中构造带所钻圈闭油气充满度较低的主要原因，应是这些油藏的圈闭有效性较差。

目前沙中构造带上所钻的圈闭，主要集中在东西走向主断裂的上升盘，受南侧长期继承性活动的基底隆起边界断层控制，主要为断背斜或断块圈闭。这种类型的圈闭有效性，主要取决于上升盘的储层与下降盘不同岩性地层的对接情况。对已钻圈闭主要目的层的断层侧封性分析结果表明，油藏主要目的层——沙二段的储层，有的与下降盘东二段上部厚层砂岩储层对

3.3 沙河街组储层的发育程度

沙中构造没有形成较大规模的油气藏，除了圈闭的有效性因素以外，还受沙河街组储层的发育程度影响［7-9］。例如，沙中构造带南侧下降盘的曹妃甸15-3，14-1S，14-5 构造，虽然钻井揭示古近系油气显示非常活跃，只要是储层基本就有油气显示，测井解释了多个油层，取样也取到了油和天然气，测试也获得较高产能，但由于沙河街组储层均以薄互层砂岩为主，储层横向分布不稳定，导致这些构造整体成藏规模较小。

目前沙中构造带钻井主要分布在上升盘，钻井揭示的沙二段储层不理想，主要是沙中构造带距离南北两侧物源区都比较远，加上早期的构造反转使北侧上升盘在沙二段时期构造位置相对较高，南北两侧的物源都很难大量运载到该构造带之上，使其处于不利储层发育相带上。

在沙三早期，沙南凹陷西洼的雏形已基本形成，沙中构造带还是一个较小的水下基底隆起。此时，沙垒田凸起为北侧物源供给区，南侧的埕子口凸起和埕北低凸起连在一起，形成南部物源区，该时期在凹陷南侧主要以辫状河三角洲沉积为主，北侧斜坡区主要为扇三角洲沉积（见图3a）。到了中晚期，湖盆面积增大，湖水明显加深，该时期沙南凹陷西洼沉积了厚层的暗色泥岩，富含大量的有机质，成为该区主要的烃源岩。

在沙二时期，湖盆面积进一步增大，沙垒田凸起、埕子口凸起出露地表面积仍较大，埕北低凸起部分出露地表，为沙南西洼提供物源供给。该时期湖盆可容纳空间比沙三段要小，湖水相对较浅，碎屑物可以搬运较远的距离，在西洼发育了大范围的辫状河三角洲沉积（见图3b）。尤其是来自沙垒田凸起的物源，可以沿着沙中构造带的断裂调节带继续向南侧搬运，使北侧物源的影响向南延伸更远，辫状河三角洲分布的范围更广。例如曹妃甸14-5-1 井，该井虽然位于沙中构造带的南侧下降盘，接近凹陷的沉积中心位置，但由于处在沙中构造带断裂调节带下降盘的水下河道上，沙二段钻遇储层比例高达62.5%。因此，在沙中构造带南北两侧距离物源较近的斜坡区，沙河街组的储层应发育较好。势指向区，但由于北侧上升盘靠近烃源岩的沙河街组地层与南侧下降盘的东二段上部及馆陶组砂岩对接，油气很难得以规模性保存；因此，在该构造带上尽管有油气发现，但圈闭充满度较低，成藏规模较小。

图3 沙南凹陷古近系主要目的层段沉积相

3.4 凹陷类型

从流体势角度分析，烃源岩上倾方向为油气运移的低势区［10］，理想状态下，油气会从凹陷的沉积中心以分隔槽为界向四周斜坡区运移。凹陷周边凸起区，是油气运移的最终目标区，在环生烃凹陷的凸起区，一般都能发现大油田就是很好的证明。凹陷的类型决定了烃源岩的产状，烃源岩的产状又决定了油气运移的方向。因此，不同的凹陷类型向各个斜坡区运移的油气资源量是不一样的。油气顺着烃源岩的产状向南北两侧斜坡区运移，但洼陷的结构决定了洼陷南侧斜坡区为油气运移的优势指向区。

沙中构造带被3 个小生烃次洼夹持，但A 洼的油气主要向南侧斜坡区运移，向构造带上升盘运移的量十分有限。虽然沙中构造带是B 洼、C 洼油气运移的优

3.5 断裂活动期次

断层对油气的保存与运移至关重要［11-13］，断层活动能对已形成的油气藏起到破坏作用，同时也对新油气藏的形成起到油气再分配作用。由于断层的长期活动，古近系烃源岩生成的油气可能被运移到新近系。晚期活动的断层和连通性砂体，相互耦合组成有效输导体系，使油气在新近系圈闭中聚集成藏。因此，长期活动断层的发育程度，决定了新近系油气成藏的规模及油气的富集程度［14-15］。

在沙中构造带，仅有1 口井在馆陶组有少量的油气成藏，主要是因为在钻井区域长期活动的断层十分有限，油气向上运移的路径不畅。因此，在长期活动断层发育的区域，新近系应具有良好的勘探潜力。在沙南凹陷西洼，除了凹陷南北两侧的边界断层以及沙中构造带的主断裂外，在曹妃甸14-5 构造南侧，不但早、晚期断层十分发育，而且还发育了多条近东西走向的长期活动断层。这些断层大都向下断穿沙河街组，向上断穿第四系。这些长期活动断层对新近系圈闭起到很好的油气输导作用，而晚期活动的断层又可以对运移到浅层的油气起到再分配作用，有利于油气在新近系规模性成藏。

4 有利勘探区带预测

有利勘探区带，一定是在油气运移的优势指向区，且具备有效储存条件的圈闭［16-18］。在沙南凹陷西洼，受北断南超的凹陷类型控制，油气主要向南北两侧斜坡区运移。据此分析认为，沙南凹陷西洼有2 个比较有利的区带，即南侧斜坡区和北侧斜坡区。

4.1 沙南凹陷西洼南侧斜坡区

该区主要是指沙中构造带下降盘以南的区域，不但是A 洼油气的主要运移方向，B，C 两个小次洼的油气也可以通过连通性地层运移到该区域。该区古近系主要发育受构造控制的断背斜、构造-地层圈闭、地层超覆圈闭。其中：构造-地层圈闭、地层超覆圈闭主要发育在靠近南侧凸起边界断层的下降盘或是靠近湖盆边界的缓坡区；断背斜主要受断层控制，主要发育在长期活动断层发育的区域。这些圈闭靠近南侧凸起物源区，处于有利的储层发育相带，油气可以通过不整合面和早期断层运移到圈闭中聚集成藏。新近系主要发育构造-岩性圈闭，这些圈闭主要发育在曹妃甸14-5 构造以南长期活动断层发育区域，具有较大构造背景与良好的储盖组合条件，勘探潜力较大。