认识创新推动渤海海域油气勘探取得新突破*——渤海海域近年主要勘探进展回顾

薛永安

(中海石油(中国)有限公司天津分公司 天津 300459)

渤海湾盆地是中生代以来叠覆在古生界克拉通基底之上的多旋回裂谷断陷盆地[1]。渤海海域是渤海湾盆地现今的海域部分，面积约7.3×104km2。自2010年以来，渤海油田实现油气年稳产3 000×104t油当量，成为中国海上最大的油田和我国北方重要的能源基地[2]。随着勘探程度的不断深入，渤海油田主力凹陷勘探程度越来越高，仅依赖成熟区的滚动和评价已不能弥补较大的储量缺口，迫切需要在新区新领域实现实质性的勘探突破。近年来，我国对天然气需求强烈，但传统认为渤海湾盆地为油型盆地，能否找到规模性天然气田意义重大。回顾渤海海域勘探研究取得的成果，“被子”模式和“浅盆成烃”新认识的提出推动了渤海潜山天然气大发现和边缘凹陷油气勘探新热潮，保障了渤海海域储量发现稳步增长。

1 “被子”模式指导渤中凹陷天然气勘探取得新突破

1.1 “被子”模式核心思想

天然气具有分子小、重量轻、极易运移和逸散的特点，因此保存条件对天然气成藏至关重要[3-6]。研究表明盖层质量(岩性、厚度、平面分布、排替压力等)控制了天然气的富集程度[7-8]。通常盖层岩性组成为盐膏岩、泥岩等非渗透性岩层。世界上已发现大气田泥岩和膏岩盖层分别占53.5%和46.5%[8]。如塔里木盆地和田地区天然气盖层为数十万平方公里的膏岩[9]，松辽盆地天然气藏主要分布于青山口组和嫩江组厚层泥岩盖层之下[10]。粉砂质泥岩、泥质粉砂岩及生物灰岩等仅可作为低压天然气藏的盖层[11]。渤海湾盆地新生界存在沙三段、沙一段、东营组及明化镇组四套区域封盖层[12]，其中沙一段为区域分布最广泛的封盖层，已探明天然气储量中沙一段及以下地层占80.4%[13-14]，发现了兴隆台、曙光-欢喜岭、高升、锦州20-A及千米桥等大气田。

渤海湾盆地主要为陆相沉积，岩性横向变化快，且断裂复杂，地层破坏程度高，因此对盖层的要求更为严苛。笔者曾致力于渤海海域天然气成藏特征与富集模式研究，并针对其特殊性于2007年创新提出渤海海域天然气成藏“被子”模式(图1)[3]，认为广泛分布的大套厚层超压泥岩像“被子”一样盖在富生烃凹陷之上，控制天然气在其下运移汇聚成藏。而“被子”并非普通的泥岩盖层，应是具有一定厚度的高压异常泥岩[12]，才能保证天然气从生烃中心到构造区优质的封盖条件，对天然气起到保护作用。

图1 “被子”模式[3]

1.2 环渤中凹陷大气田形成条件

勘探实践表明，渤海油田较大型气田的形成均与分布广泛的厚层高压异常泥岩有关。渤中凹陷是渤海湾盆地的沉积沉降中心，东营组和沙河街组近千米厚半深湖—深湖相泥岩易形成较好的“被子”盖层，天然气保存条件优越。同时良好的储层条件也是天然气富集成藏的必要条件[7]。

1.2.1巨厚“被子”为大气田形成提供了良好的保存条件

盖层是油气成藏不可或缺的条件，对天然气成藏至关重要[7-13,15-16]。研究表明，我国大中型气田储量丰度与盖层厚度具有较好的正相关性[17]，盖层厚度越大，平面分布越广，连续性越好，则封闭天然气能力越强，对断层破坏的抵抗能力也越强。反之，则不利于天然气的聚集和保存。我国西部塔里木盆地大气田克拉2气田盖层为膏岩层，厚度可达400～500 m， 封盖了全盆60%的天然气地质储量[17]。在渤海湾盆地，东营组和沙河街组厚层泥岩既可以作为烃源岩，也可以成为下部古近系储集层和深埋潜山的重要盖层[18]。渤中凹陷东营组和沙河街组发育三角洲和湖相交互沉积，除了在湖盆边缘发育规模性的三角洲沉积体系外，靠近凹陷的内部均为质地较纯的半深湖—深湖相泥岩。东二下至沙河街组泥岩厚度最大可达3 000 m,平均厚度1 000 m(图2)，且分布面积广、横向稳定性较好，为下伏天然气的保存提供了有利条件。

图2 渤中凹陷泥岩“被子”厚度分布

超压同样对天然气保存具有重要意义[12,19]。当储集层具有异常压力时，其上覆盖层多为压力封闭层。盖层内超压的存在可以增强盖层物性封闭，异常压力越大，封闭性能越好。渤海海域目前最大的天然气田——锦州20-A气田盖层内压力系数高达1.7，且异常高压泥岩带延伸较远。 BZ19-A-1井沙三段油气藏中实测地层压力系数为1.334 5，证实渤中凹陷沙河街组存在异常压力系统。而从渤中19-A构造3口井的泥岩盖层声波时差随埋深变化情况来看，在2 600～3 100 m和3 500～3 900 m两个深度段正常压实趋势线均出现明显的偏离(图3)，表明东营组和沙河街组泥岩盖层具有超压现象。而这一分布广、厚度大的超压泥岩“被子”为渤中凹陷西南环天然气成藏起到重要的保护作用。

图3 渤中19-A构造泥岩盖层声波时差特征

1.2.2优质储集体发育是大气田形成的重要条件

国内外勘探实践证实优质储集体是大气田形成的重要条件。渤海海域最大的凝析气田锦州20-A发育沙河街组砂砾岩、陆屑白云岩及元古界混合花岗岩，孔隙度最高达31.7%。近年来，渤海油田加强了深层储层攻关，采用方位角、曲率等多地震属性融合、阵列声波测井多孔介质流体识别等技术持续攻关，解决了过去由于埋深大，地震资料难以有效识别潜山储层的难题，经科学探索井钻探证实渤中凹陷西南环潜山带发育古生界碳酸盐岩和太古界变质岩两种岩石类型。受控于与不整合有关的岩溶作用，渤中21-22古生界潜山为孔洞-裂缝型和溶蚀孔隙型双介质储集空间(图4a)，孔隙度在1.9%～10.5%之间[17]。渤中19-A太古界潜山岩性以碎裂二长片麻岩为主，发育裂缝型储集体(图4b)。岩心物性实测数据显示，渤中19-A构造孔隙度在1.2%～12.8%之间，平均为4.7%。常规测井曲线具有低自然电位、低GR，高中子密度、高声波时差的特征。成像测井及壁心、岩心薄片显示裂隙发育，其主要的有效储集空间为裂缝，而沿裂缝产生的溶蚀孔隙也可作为储集空间，与郯庐断裂及其分支走滑断裂多期构造活动、强烈逆冲、挤压，及后期剥蚀的改造作用有关。

图4 渤中凹陷潜山内幕储层岩石薄片

1.3 渤中凹陷西南环天然气勘探重大突破

在“被子”成藏模式创新认识指导下，渤中凹陷西南环在古近系孔店组砂砾岩体和太古界变质岩潜山勘探取得重大突破。其中，渤中21-B、渤中22-A[17]、渤中19-A天然气储量均超百亿立方米级别，尤其是渤中19-A构造具有更大天然气规模，其勘探突破具有里程碑的意义。同时，环渤中凹陷还发现了渤中8-A、渤中3-A等一批大型有利天然气勘探目标，展现了中国东部老油区千亿立方米气区的勘探局面，将为环渤海经济区清洁能源提供有力支持，社会效益良好。

2 “浅盆成烃”新认识助推边缘凹陷勘探取得新进展

2.1 “浅盆成烃”新认识

传统认为，边缘凹陷面积小、埋深浅，且紧邻盆地边缘，通常发育大量粗碎屑近源堆积，难以形成规模型优质烃源岩，因此对湖盆生烃机制与潜力研究较为薄弱，极大限制了新领域勘探的拓展。这类边缘浅盆分布面积在渤海海域占比达38%，油气资源量仅占2%。近些年，通过深入研究，创新提出“湖盆咸化-地壳减薄-走滑改造”三因素联控的“浅盆成烃”新认识，大大推动了渤海边缘凹陷勘探获重要突破。

2.1.1“咸化湖盆”孕育了优良的烃源物质基础

研究表明，中国中、新生代陆相盆地(如渤海湾盆地、柴达木盆地等)除煤系沉积外，优质烃源岩的发育均与咸化湖盆有关，即使是传统上大型淡水湖泊成因的烃源岩也均被证实为湖盆咸化缺氧的产物[19-20]。而有机质丰度高的烃源岩均不同程度地与碳酸盐、硫酸盐或氯化物等蒸发岩伴生，形成重要的烃源灶[21]。咸化湖盆中烃源岩往往具备更优的生烃能力，因此可以通过研究咸化盆地的沉积作用预测优质烃源岩的发育。

伽马蜡烷/C30藿烷是公认烃源岩沉积环境中盐度判别的指标，另外藿烷系列中C35藿烷含量相对增加也是判别咸化湖盆可溶有机质有效的识别标志[19]。从渤海海域东部浅盆周围钻井的油源特征来看(图5)，伽马蜡烷含量均较高，部分样品出现明显的C35升藿烷翘尾特征，反映相对咸化甚至盐湖相的烃源岩特征。庙西北洼、黄河口东洼和莱州湾南洼孕甾烷和升孕甾烷丰度高可能与生烃母质在成岩早期微生物作用和有机质热降解作用有关[22],而庙西南洼和莱州湾东北洼原油甲藻甾烷含量高表明生烃母质生源以藻类、细菌等低等水生生物为主[23]，这类富含脂类化合物的藻类被称为油藻，在较低的成熟演化阶段可以直接转化为烃类。同时咸化的水体环境中氧含量很低，有利于早期转化形成的液态烃的保存。莱州湾南洼和黄河口东洼原油含硫量高，最高可达4.69%，这种高硫原油的形成可能与烃源岩母质为盐湖沉积环境有关[23-24]。另外，硫酸盐、碳酸盐岩等蒸发岩物质对有机质生烃演化也具有催化作用，使得烃源岩“早熟”生成低熟油。从Ts/Tm比值基本小于1和C29甾烷异构化参数均证明边缘浅盆的原油成熟度普遍较低，原油具有明显咸化和低熟特征，指示湖盆咸化对烃源岩具有显著的促进作用。

图5 渤海海域边缘凹陷油源特征

2.1.2“地壳减薄”提供了强劲的内在动力

渤海湾盆地的形成与板块运动、地幔物质上涌密切相关。在早白垩世晚期和古近纪中晚期，出现两期地幔热流高峰，地幔内物质的运动导致岩石圈局部隆起，岩石圈因受力向两侧伸展，岩石圈减薄，产生裂陷与坳陷。渤海湾盆地岩石圈从北西向南东逐渐减薄，特别是渤海海域东部地区岩石圈由于强断裂作用控制显著拉张减薄，地壳厚度一般为25～27 km。

此外，渤海海域东部处于郯庐断裂板块拼接地带，走滑作用加剧地壳不稳定性。印支期华北与华南大陆块体的碰撞形成的大量断裂带自中生代以来经历了走滑、伸展、挤压等构造变形和岩浆活动，成为穿透地壳进入上地幔的深大断裂，地壳深部的岩浆在地球内部应力驱动下沿着深大断裂带上侵，导致火山、岩盐、热流等壳幔交互作用显著增强，例如莱州湾东北洼馆陶组、东营组及沙一、二段广泛沉积火山溢流相，在庙西南洼、黄河口东洼、莱州湾南洼局部可见岩盐活动。断裂构造及岩石圈厚度变化对大地热流空间展布特征的控制作用最终导致渤海海域系列浅盆具有明显的高地温梯度，平均地温梯度39.5 ℃/km，凹陷区为36.9 ℃/km，远高于渤海海域平均的地温梯度28.2 ℃/km(图6)。

图6 渤海海域地温梯度等值线图

2.1.3“走滑改造”创造了有利的外部条件

渤海油田在郯庐断裂带油气勘探取得了丰硕成果[25-26],研究表明走滑作用在渤海湾盆地形成、演化及油气成藏等多方面具有重要意义。首先，走滑作用可以沟通深部热流体，为油气藏的形成带来物质来源和运移动力，促进烃类聚集成藏，如蓬莱19-3油田中均发现幔源成因的CO2[26]。其次，走滑带来的超临界流体活动提供了充足的养分，引起水体营养元素的富集，而水体的富营养化会形成藻类大量繁殖，为优质烃源岩的形成奠定物质基础。PL25-3S-1d井的东营组和沙河街组烃源岩正构烷烃均为前峰分布，母质来源主要为藻类等低等水生生物。而垦利6-4构造长石颗粒表面不同程度绢云母化，认为可能与深部热流体活动带来的蚀变作用有关。再者，走滑改造带来黏土矿物、含碳酸盐岩矿物、幔源氢气等可以作为催化剂促进烃源岩早生烃，并带来生烃量的提升[19]。

图7 渤海海域排烃门限

大量测试数据类比分析表明(图7)，庙西北洼、庙西南洼、黄河口东洼、莱州湾东北洼、莱州湾南洼排烃门限分别为2 700、2 300、2 200、2 700和2 200 m，平均排烃门限约为2500m，而主力凹陷渤中凹陷、黄河口凹陷等深盆排烃门限通常在3 600 m附近。边缘浅盆的排烃门限较其相邻深盆降低达1 100 m，为相邻构造油气成藏提供了良好的物质基础。

2.2 渤海海域东部边缘凹陷勘探新进展

自2009年以来，在渤海海域东部主体埋深仅3 000～3 500 m的边缘凹陷持续发现了蓬莱15-A、垦利10-A等一大批亿吨级、五千万吨级油当量以上的大中型油气田，上报国家探明石油地质储量2.37×108t油当量，极大地推动了渤海边缘凹陷勘探实践。渤海海域在“十二五”之前盆缘凹陷资源量仅2.7×108t，占比2%;重新资评后可达17.4×108t，占比增至11%，涨幅达5倍。有效提升了盆缘凹陷的勘探潜力，大大拓展了渤海油田勘探领域。

3 结论

1) 创新提出了渤海海域天然气 “被子”成藏模式，其中优越的烃源条件是形成大气田的物质基础，厚层泥岩“被子”为大气田提供了良好的保存条件，优质储集体发育是大气田形成的重要条件。该认识指导了环渤中西南环天然气勘探重大发现，为油气田稳产增产提供了重要的储量基础。

2) 创新提出了渤海海域边缘凹陷“湖盆咸化-地壳减薄-走滑改造”三因素联控的“浅盆成烃”新认识，其中“咸化湖盆”孕育了优良的烃源物质基础，“地壳减薄”提供了强劲的内在动力，“走滑改造”创造了有利的外部条件。该认识指导了蓬莱15-2、渤中36-1、垦利16-1等优质大中型油气田的发现，展示出边缘凹陷较好的油气勘探潜力。

[1] 侯贵廷，钱祥麟，宋新民．渤海湾盆地形成机制研究[J]．北京大学学报(自然科学版)，1998，34(4)：503-509.

HOU Guiting,QIAN Xianglin,SONG Xinmin.The origin of the Bohai Bay Basin[J].Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis,1998，34(4)：503-509．

[2] 夏庆龙.渤海油田近10年地质认识创新与油气勘探发现[J].中国海上油气,2016,28(3):1-9.DOI：10.11935/j.issn.1673-1506.2016.03.001.

XIA Qinglong.Innovation of geological theories and exploration discoveries in Bohai oilfield in the last decade[J].China Offshore Oil and Gas，2016，28(3):1-9.DOI：10.11935/j.issn.1673-1506.2016.03.001.

[3] 薛永安,刘廷海，王应斌，等.渤海海域天然气成藏主控因素与成藏模式[J].石油勘探与开发,2007，34(5):521-528.

XUE Yongan，LIU Tinghai，WANG Yingbin，et al. Main controlling factors and mode of natural gas accumulation in Bohai Bay area[J].Petroleum Exploration and Development,2007，34(5):521-528.

[4] 戴金星,秦胜飞,陶士振,等.中国天然气工业发展趋势和地学理论重要进展[J].天然气地球科学,2005,16(2):127-142.

DAI Jinxing,QIN Shengfei,TAO Shizhen,et al.Developing trends of natural gas industry and the significant progress on natural gas geological theories in China[J].Natural Gas Geoscience,2005,16(2):127-142.

[5] 王庭斌.天然气与石油成藏条件差异及中国气田成藏模式[J].天然气地球科学,2003,14(2):79-86.

WANG Tingbin.Differences in reservoir conditions of oil and natural gas and reservoiring models of gas fields in China [J].Natural Gas Geoscience,2003,14(2):79-86.

[6] 翟光明,何文渊.渤海湾盆地勘探策略探讨[J].石油勘探与开发,2003,30(6):1-4.

ZHAI Guangming,HE Wenyuan.Discussions on exploration strategy in the Bohai Bay Basin[J].Petroleum Exploration and Development,2003,30(6):1-4.

[7] 卢双舫，李宏涛，付广，等.天然气富集的主控因素剖析[J].天然气工业,2003,23(6):7-11.

LU Shuangfang,LI Hongtao,FU Guang,et al.Analysis of the main control factors of natural gas enrichment[J].Natural Gas Industry,2003,23(6):7-11.

[8] 魏兆亮，刘全稳，程有义，等.渤海湾盆地天然气聚集差异性探讨[J].天然气工业,2006,26(3):38-41.

WEI Zhaoliang,LIU Quanwen,CHENG Youyi,et al.A discussion on differential gas accumulation in Bohai Bay Basin[J].Natural Gas Industry,2006,26(3):38-41.

[9] 赵孟军,周兴熙,卢双舫.塔里木盆地天然气田的分布规律及勘探方向[M].北京:石油工业出版社,2002.

[10] 吕延防，付广，高大岭，等.油气藏封盖研究[M].北京：石油工业出版社,1996:4-30.

[11] 薛永安,韦阿娟，彭靖淞，等.渤海湾盆地渤海海域大中型油田成藏模式和规律[J].中国海上油气,2016,28(3):10-19.DOI:10.11935/j.issn.1673-1506.2016.03.002.

XUE Yongan，WEI Ajuan， PENG Jingsong，et al.Accumulation model and regularities of large-middle scale oilfields in Bohai sea,Bohai Bay basin[J].China Offshore Oil and Gas，2016，28(3):10-19.DOI:10.11935/j.issn.1673-1506.2016.03.002.

[12] 薛永安.渤海海域天然气成藏特征与大中型气田勘探方向研究[M].东营：中国石油大学出版社,2014.

[13] 张阳，齐兴宇，黄桂雄，等.渤海湾盆地天然气分布规律[J].断块油气田,2005,12(5):23-25.

ZHANG Yang，QI Xingyu，HUANG Guixiong，et al.Natural gas distribution law in Bohaiwan Basin[J].Fault-Block Oil & Gas Field,2005,12(5):23-25.

[14] 郝石生,陈章明.天然气藏的形成和保存[M].北京:石油工业出版社,1995:44-186.

[15] 王庭斌.中国气田的成藏特征分析[J].石油与天然气地质,2003,24(2):103-110.

WANG Tingbin.Reservoiring characteristics analysis of gas fields in China [J].Oil and Gas Geology,2003,24(2):103-110.

[16] 戴金星，邹才能，陶士振，等.中国大气田形成条件和主控因素[J].天然气地球科学，2007，18(4):473-483.

DAI Jinxing,ZOU Caineng,TAO Shizhen,et al.Formation conditions and main controlling factors of large gas fields in China[J].Natural Gas Geoscience,2007,18(4):473-483.

[17] 吕延防,付广,于丹.中国大中型气田盖层封盖能力综合评价及其对成藏的贡献[J].石油与天然气地质，2005，26(6):742-753.

LV Yanfang,FU Guang,YU Dan.Comprehensive evaluation of sealing ability of cap rock in China’s large and medium gas fields and their contribution to gas accumulation[J].Oil & Gas Geology，2005，26(6):742-753.

[18] 周心怀,张如才,李慧勇,等.渤海湾盆地渤中凹陷深埋古潜山天然气成藏主控因素探讨[J].中国石油大学学报(自然科学版)，2017,41(1):42-50.

ZHOU Xinhuai,ZHANG Rucai,LI Huiyong,et al.Major controls on natural gas accumulations in deep-buried hills in Bozhong Depression,Bohai Bay Basin[J].Journal of China University of Petroleum(Edition of Natural Science)，2017,41(1):42-50.

[19] 金强,朱光有.中国中新生代咸化湖盆烃源岩沉积的问题及相关进展[J].高校地质学报,2006,12(4):483-492.

JIN Qiang,ZHU Guangyou.Progress in research of deposition of oil source rocks in saline lakes and their hydrocarbon generation[J].Geological Journal of China Universities,2006,12(4):483-492.

[20] 金强,朱光有,王娟.咸化湖盆优质烃源岩的形成与分布[J].中国石油大学学报(自然科学版)，2008,32(4):19-23.

JIN Qiang,ZHU Guangyou,WANG Juan.Deposition and distribution of high-potential source rocks in saline lacustrine environments[J].Journal of China University of Petroleum (Edition of Natural Science)，2018,32(4)：19-23.

[21] 彭平安,盛国英,付家谟,等.盐湖沉积环境未成熟油的成因与碳酸盐沉积阶段沉积的有机质有关[J].科学通报,2000,45(增刊):2689-2694.

[22] 宋一涛,廖永胜,王忠.济阳坳陷盐湖沉积环境高硫稠油的特征及成因[J].石油学报,2007,28(6):52-65.

SONG Yitao，LIAO Yongsheng，WANG Zhong.Genesis and characteristics of sulfur-rich heavy oil in salt lake depositional environment of Jiyang Depression[J].Acta Petrolei Sinica,2007,28(6):52-65.

[23] 石万忠,陈红汉,张希明,等.阳霞凹陷超压成因及与油气成藏关系[J].地球科学——中国地质大学学报,2005,30(2):221-227.

SHI Wanzhong,CHEN Honghan,ZHANG Ximing,et al.Origin of overpressure and relation with oil & gas poor-forming in Yangxia Sag[J].Earth Science—Journal of China University of Geosciences,2005,30(2):221-227.

[24] 张斌，何媛媛，陈琰，等.柴达木盆地西部咸化湖相优质烃源岩地球化学特征及成藏意义[J].石油学报,2017,38(10):1158-1167.

ZHANG Bin,HE Yuanyuan,CHEN Yan,et al.Geochemical characteristics and oil accumulation significance of the high quality saline lacustrine source rocks in the western Qaidam Basin,NW China [J].Acta Petrolei Sinica,2017,38(10):1158-1167.

[25] 陈书平,吕丁友,王应斌,等.渤海盆地新近纪—第四纪走滑作用及油气勘探[J].石油学报,2010,31(6):894-899.

CHEN Shuping,LV Dingyou,WANG Yingbin，et al.Neogene-Quaternary strike-slip movement in Bohai Basin and its significance in petroleum exploration[J].Acta Petrolei Sinica,2010,31(6):894-899.

[26] 田立新，杨海风，王德英,等.渤海海域古近系油气藏高含量CO2的成因及成藏期研究：以秦南凹陷Q 油气田为例[J].中南大学学报(自然科学版),2013,44(2):673-678.

TIAN Lixin,YANG Haifeng,WANG Deying，et al.Study on genesis of high contents of CO2and hydrocarbon accumulation period in Paleogene,Bohai Sea:An example in Q oil-gas field of Qinnan Sag[J].Journal of Central South University(Science and Technology),2013,44(2):673-678.