北黄海盆地中生界沉积充填及有利生储盖组合

2016-12-23王改云刘金萍简晓玲

地质与勘探 2016年1期

关键词：侏罗白垩三角洲

王改云刘金萍简晓玲杜民

(国土资源部海底矿产资源重点实验室，广州海洋地质调查局，广东 510075)

北黄海盆地中生界沉积充填及有利生储盖组合

王改云刘金萍简晓玲杜民

(国土资源部海底矿产资源重点实验室，广州海洋地质调查局，广东 510075)

沉积充填生储盖组合中生界北黄海盆地北黄海盆地是我国海域油气勘探的新区，成藏条件及其时空匹配研究薄弱，是制约该区油气勘探取得突破的重要基础地质问题之一。通过岩心、钻井、测井及地震资料等的综合分析，对中生界构造格架下的沉积充填及有利生储盖组合特征进行了系统研究。结果表明，北黄海盆地中生界为断陷湖盆，中侏罗统以湖泊沉积为主，上侏罗统主要发育三角洲-湖泊沉积体系，下白垩统发育扇三角洲-湖泊沉积体系。北黄海盆地中生界发育2套有利的生储盖组合，上侏罗统上部的半深湖相暗色泥岩有机质丰富，构成研究区主力烃源岩，与下白垩统扇三角洲储集砂体及其上部滨浅湖泥岩组成的复合型组合，为空间匹配最好的生储盖组合；上侏罗统烃源岩与其中下部三角洲河道砂体组成的倒灌式间断型组合，为另一套较有潜力的组合，储层物性及断裂-不整合面输导是决定生储盖组合优劣的关键。

沉积充填生储盖组合中生界北黄海盆地

Wang Gai-yun,Liu Jin-ping,Jian Xiao-ling,Du Min.Sedimentary filling and favorable source-reservoir-seal rock assemblage of Mesozoic in the North Yellow Sea Basin[J]. Geology and Exploration,2016,52(1):0191-0198

0 引言

北黄海盆地位于辽东半岛、山东半岛和朝鲜半岛之间，面积约2.4×104km2，属中新生代小型叠合断陷盆地，其发育经历了中侏罗世-早白垩世断陷、晚白垩世-古新世构造反转、始新世-渐新世断陷、晚渐新世末-早中新世构造反转及中中新世-第四纪区域沉降等5个演化阶段(王后金等，2014)，自下而上形成多旋回的构造-沉积组合(中生界的中侏罗统-下白垩统、新生界的渐新统-第四系)(图1)，最大沉积厚度超过8000m。

北黄海盆地是我国近海勘探及研究程度均较低的一个含油气盆地(肖国林等，2005)，近年先后开展了系列地球物理调查、钻探及综合研究等工作，为该盆地的诸多地质认识提供了依托。多口探井在中生界见油气显示或油流，且朝鲜已在邻区获质量可观的含油气区(龚承林等，2009；刘金萍等，2013)，展示了北黄海盆地具有一定的资源潜力及良好的油气勘探前景，但是目前其油气勘探尚未取得突破性进展。受多期构造运动的影响，该盆地断裂发育，地层岩性横向变化快，油气地质条件复杂。尽管前期已在构造(陈亮等，2008；李文勇等，2009)、地层(肖国林等，2005；杜民等，2014)、烃源岩(刘金萍等，2013)、储层(梁杰等，2013；王后金等，2014)等方面有了一定程度的认识，但对该区中生界成藏条件及其时空匹配研究还较为薄弱，这是急需解决的重要基础地质问题之一。本文综合已有的各项基础资料，从构造-沉积充填特征出发，结合实际钻探情况，系统分析有利生储盖组合特征，对研究油气富集规律及指导下一步油气勘探具重要意义。

1 中生界沉积充填

据岩心特征、岩性共生组合、测井响应、连井剖面及过井地震反射剖面等综合研究，中生界为陆相沉积，其中中侏罗统处于断陷初始期，以湖泊沉积为主；上侏罗统位于断陷扩展期，发育三角洲-湖泊沉积体系；下白垩统则处于断陷萎缩期，以发育扇三角洲、滨浅湖沉积为特征(王改云等，2015)。

图1 北黄海盆地沉积地层及生储盖组合

1.1 中侏罗统湖泊沉积体系

中侏罗世，处于古亚洲洋构造域向滨太平洋构造域演化的过渡阶段，依泽奈崎板块往欧亚板块NNW向的俯冲作用开始逐渐增强，导致研究区初始断陷。受控于NE向控盆断裂的发育，呈南北双断的非对称地堑式断陷的构造格局。该时期主体沉降速率超过200m/Ma。

据钻井资料揭示，中侏罗统为一套湖相沉积为主的地层，以暗色泥岩沉积建造为主的半深湖、滨浅湖亚相占据了研究区的大部分区域(图2A)，垂向最大沉积厚度达1000m以上。由于该时期地层分布局限，盆小、物源近，沉积物多为深灰色泥岩夹浅灰色薄层灰质粉砂岩、泥质粉砂岩、灰质泥岩，质不纯，含较多高等植物碎屑。湖盆边缘受断裂控制，发育少量近源快速堆积的小型扇三角洲、近岸水下扇沉积，物源主要来自周缘的隆起区，以垂直盆地主控断层走向的短轴方向为主，尤其是不同走向断层的交汇处，为良好的物源供给通道。

图2 北黄海盆地中生界沉积相平面图

1.2 上侏罗统三角洲-湖泊沉积体系

晚侏罗世，由于伊泽奈崎板块俯冲及造山后岩石圈拆沉作用，中国东部进入裂陷活跃期。北黄海盆地也不例外，受控于SE-NW向区域拉张构造应力，盆内断裂活动增强，沉积范围进一步扩大，呈南断北超、东断西超的构造格局。该时期基底沉降速率减缓，主体沉降速率约100m/Ma，物源区与沉积区之间高差变小，沉积物向盆内进积(王改云等，2015)。

晚侏罗世气候温暖湿润，沉积地层厚达1200m以上，垂向整体为一个完整的湖进-湖退旋回。早期北部缓坡区发育三角洲沉积体系，主要从北部分多支向南部和西南部延伸，控制了研究区的主体沉积格局。该三角洲岩性主要由粉细砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、深灰色泥岩组成，底部夹薄层煤和碳质泥岩，整体呈由粗变细的正旋回，指示为退积型三角洲沉积。在南部控坳断裂的下降盘及东部陡坡区，见多个小型扇三角洲、近岸水下扇沉积(图2B)。中期湖平面上升，湖水向隆起区扩展，水域面积扩大，陆源供应不足，多以滨浅湖沉积为主，局部见厚约60m～100m的湖相碳酸盐岩与硅质碎屑岩的混合沉积，该湖相碳酸盐岩以灰岩、泥灰岩沉积为主，质不纯，含少量碎屑成分，泥晶-粉晶结构，单层厚约2m～14m。后期湖水进一步加深，湖泊发育达到鼎盛时期，半深湖亚相为主，以发育富有机质的灰黑色泥岩为特征，为盆地内优质烃源岩的发育创造了条件(鹿坤等，2013)。晚期湖平面下降，滨浅湖相发育，局部见多个滩坝砂体，岩性以粉、细砂岩为主。

1.3 下白垩统扇三角洲-湖泊沉积体系

早白垩世，继承晚侏罗世的构造格局持续发展，随着伊泽奈崎板块俯冲方向由NW向逐渐转为NWW向，区域岩石圈伸展减薄作用逐渐减弱，盆地内断陷活动及基底沉降速率减缓，沉积物负载沉降占主导，盆地进入断陷萎缩阶段。

早白垩世气候干热，总体为一套以红色色调为主的杂色碎屑岩组合。受燕山晚期抬升剥蚀作用的影响，现今的下白垩统厚度和岩性横向上变化较大，钻井揭示地层厚度介于0m～1000m。垂向包括3个沉积旋回。其中下部旋回仅存在于盆地的深凹部位，岩性为细砂岩、砂砾岩、泥岩，夹薄煤层，自下而上泥岩颜色由灰绿色变为红褐色，GR及电阻率测井曲线由漏斗形向钟形、箱形转变，指示水体逐渐变浅、扇三角洲逐渐进积的过程。中部旋回全区普遍分布，北部缓坡区发育扇三角洲-滨浅湖沉积序列。底部岩性为砂砾岩、含砾细砂岩、粉砂岩、泥岩，上部泥岩层较厚，揭示向上水体加深、扇三角洲逐渐退积的沉积过程。南部及东部断裂的下降盘，则发育多个扇三角洲沉积(图2C)。受燕山晚期抬升剥蚀作用的影响，上部旋回仅分布在研究区的西北部，主要发育杂色砂砾岩、细砂岩为主的扇三角洲沉积。

2 有利的生储盖组合

有利的生储盖组合，指生油层、储集层和盖层不仅本身具有良好的性能，而且时空配置恰当，有利于油气输导、富集、保存并成藏(吴兴宁等，2012)。综合考虑断层、不整合面在油气运聚中的重要性，前人将生储盖组合划分为连续型、间断型及复合型等3大类及多种亚类(高春文等，2002；宋刚练等，2012；吴兴宁等，2012)。根据北黄海盆地中生界已发现油气藏特征及勘探实践，结合前人研究成果，认为北黄海盆地主要发育上侏罗统倒灌式间断型组合及下白垩统复合型组合等2套有利的生储盖组合。

2.1 上侏罗统倒灌式间断型组合

储集层为上侏罗统下部的三角洲相砂体，其岩性主要为薄层、中薄层细砂岩、粉砂岩，普遍含灰质，物性整体较差，孔隙度主要分布区间为3%～10%；渗透率主要分布区间为0.01×10-3μm2～0.5×10-3μm2(图3A)，属特低孔低渗储层，储层致密，非均质性强。烃源岩为上侏罗统中上部的半深湖相暗色泥岩，厚度约20m～60m，母质为高等植物和低等水生生物混杂，兼有Ⅱ型和Ⅲ型干酪根，有机碳含量平均1.33%，约70%的样品>0.6%，热解生烃潜量平均3.71mg/g，约60%的样品>2mg/g，热解氢指数多数<200mg/gTOC(表1)，综合评价为中等烃源岩，但局部泥岩有机碳含量高、氢指数平均达500mg/gTOC，达到好烃源岩的标准(刘金萍等，2013)。盖层除包括上述烃源岩外，还有相邻滨浅湖相的泥岩、粉砂质泥岩、灰质泥岩，总累计泥岩厚度103m～354m不等，占地层厚度的55～88%，单层最厚达146m，封堵性强。

前期研究多认为上侏罗统可构成上生下储上盖式的连续型组合。该组合多指生、储、盖存在于连续沉积的地层中，且以孔隙或孔隙-裂缝为主要输导通道(吴兴宁等，2012)。通过多井综合分析表明，上侏罗统应为倒灌式间断型组合，该组合的最主要特点是烃源岩与储集层通过断裂或不整合面沟通(刘亚明等，2012)，主要表现为：①研究区烃源岩及储层非均质性强，有利烃源岩与优质储层空间上不

图3 北黄海盆地储层物性分布图

表1 北黄海盆地侏罗系烃源岩有机地化指标

直接接触，储集层为退积型三角洲沉积砂体，岩性下粗上细，物性相对较好的储层为位于中下部的分流河道砂体(图4)，也是目前见油斑、荧光等油气显示的主要层段。该储集体之上存在滨浅湖相及厚度不等的湖相碳酸盐岩与碎屑岩的混合沉积，生储垂向不能直接沟通。②该烃源岩主要生排烃期为渐新世(刘振湖等，2014)，成藏较晚，该时期储层已很致密，油气主要通过断裂运移至该组合中的甜点储层。

2.2 下白垩统复合型组合

储集层主要为下白垩统扇三角洲相砂体(图4)，岩石类型以长石岩屑砂岩及岩屑长石砂岩为主，储集空间主要为粒间溶孔、粒内溶孔、微裂缝等次生孔隙；储集物性总体较差，孔隙度一般在4%～10%，平均6.83%，渗透率多在0.01×10-3μm2～1×10-3μm2之间，平均0.49×10-3μm2，该储层为特低孔特低渗的孔隙-裂缝型双孔介质储层(图3B)。盖层为储集层上部的滨浅湖相泥岩，局部夹粉砂质泥岩、灰质泥岩，累计泥岩厚度112m～607m不等，占地层的70%以上，钻井的单层最厚达413m，区域分布稳定，封闭能力强，是研究区主要的区域盖层。

图4 北黄海盆地中生界连井沉积相剖面

勘探实践表明，下白垩统储层中见级别不等的油气显示，部分井段见工业油气流。通过油源对比，目前发现的原油密度为0.9g/cm3，具有非常轻的碳同位素组成，δ13C值分别为-34.2‰和-33.1‰，与上侏罗统中有机质类型较好、母质以低等水生生物为主的湖相烃源岩具有较近的亲缘关系(图5)。由于下白垩统储层致密，且非均质性强，油气通过断裂、不整合面、砂体等多种通道运移至下白垩统储层中，下白垩统扇三角洲砂体及其上部的滨浅湖泥岩、上侏罗统烃源岩构成的为复合型生储盖组合(图4)，该组合的特点是以连续型生储盖组合为基础，断层或不整合面为油气运移的主要通道(林玉祥等，2001；李萌等，2015)。该组合为北黄海盆地最有利的一套生储盖组合，目前发现的油气多赋存于该组合，油源对比已证实了该组合的存在及有效性。

图5 原油及烃源岩的碳同位素组成及Pr/Ph对比图

2.3 其他生储盖组合

中侏罗统烃源岩母质以陆源高等植物为主，有机质类型主要为Ⅲ型干酪根，夹少量Ⅱ2型干酪根，显微组分以镜质体为主，有机碳含量中等，氢指数多在200mg/gTOC以下(表1)，为一套以生气为主的倾气型源岩，综合评价为中等烃源岩(刘金萍等，2013)。该烃源岩可与上侏罗统下部三角洲砂体及其上部的湖相泥岩构成下生中储上盖式连续型组合，或与下白垩统扇三角洲砂体及其上部的滨浅湖相泥岩构成复合型组合。受勘探程度的限制，目前尚未发现来自中侏罗统烃源岩生成的油气。

上侏罗统烃源岩除与下部三角洲储集砂体构成倒灌式间断型组合外，也可与上部的滨浅湖滩坝砂构成自生自储自盖式连续型组合。该组合的品质主要决定于滩坝砂体的储集物性。滩坝砂体的岩性多以粉砂岩、泥质粉砂岩为主，目前部分钻井见油斑、荧光等不同程度的油气显示。由于该砂体厚度薄、岩性细、物性差，难以形成一定规模的油气藏。

3 结论

(1) 通过岩心、钻井、测井及地震资料等的综合分析，北黄海盆地中生代为一个完整的断陷湖盆演化阶段。其中中侏罗统处于断陷初始期，以湖泊沉积为主，上侏罗统形成于断陷扩张期，主要发育三角洲-湖泊沉积体系，下白垩统则处于断陷萎缩期，发育扇三角洲-湖泊沉积体系。

(2) 中生界垂向发育2套有利的生储盖组合，其中上侏罗统烃源岩、下白垩统扇三角洲储集砂体及其上部滨浅湖泥岩组成的复合型组合，为空间匹配最好的生储盖组合，目前该套组合中已有工业性油流的发现，并通过油源对比证实了该组合的存在及有效性。上侏罗统烃源岩、上侏罗统中下部三角洲河道砂体组成的倒灌式间断型组合，为另一套较有潜力的组合，可作为下一步油气勘探的接替战场。

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Sedimentary Filling and Favorable Source-Reservoir-Seal Rock Assemblage of Mesozoic in the North Yellow Sea Basin

WANG Gai-yun,LIU Jin-ping,JIAN Xiao-ling,DU Min

(MLRKeyLaboratoryofMarineMineralResources,GuangzhouMarineGeologicalSurvey,Guangzhou,Guangdong510075,China)

The North Yellow Sea bBasin is a new exploration area in Cchina offshoresea regionsarea.LThe weak ess research on petroliferous condition and its spatialo-temporal matching,is one of the important basic geological problems,which restricts the exploration activity in this areaNorth Yellow Sea basin.Based on the synthetical analysis of cores,drilling,logging,seismic data,this work has analyzed the sedimentary filling and favorable source-reservoir-seal rock assemblage of Mesozoic have been researched.The results show that the Mesozoic System of the study areaNorth Yellow Sea Basin is a fault-depression lake basin,w.There mainly developed a lake depositional systems ofin Middle Jurassic，a delta-lacustrine depositional system ofin Late Jurassic,and fan delta and shore-shallow lacustrine depositional systems ofin Lower Creataceous.There are two favorable source-reservoir-seal rock combinations ofin Mesozoic.The organic matter in dark colored mudstone of semi-abyss facies enricheds in the upper of Upper Jurassic,which isare the main hydrocarbon source rocks,and makes up complex source-reservoir-cap combinations together with fan deltaic reservoir rocks and coastal shallow lake cap of Lower Creataceous.The combinations have the best temporal-spatial configuration.Together with deltaic channel reservoir rock of Upper Jurassic,the hydrocarbon source rocks of Upper Jurassic constitutemake up flowing-backward discontinuous source-reservoir-cap combinations,which are other potential combinations.The reservoir physical property and the development of faults and unconformitiesy are the key factors to decide the feature of source-reservoir-cap combinations.

sedimentary filling;source-reservoir-seal rock assemblage;Mesozoic;North Yellow Sea basin