黄骅坳陷寒武系—中新元古界潜山内幕成藏条件及勘探前景

方 杰 王兴元 韩品龙 吴丰成 周学先 王铜山

（ 1中国石油勘探开发研究院地质所；2中国矿业大学（北京）地球科学与测绘工程学院 ）

渤海湾盆地为中国东部一个复式油气聚集区[1-7]，从元古宇至新生界均已发现了大规模油气储量，是中国石油最主要油气勘探与开发区域，勘探程度较高。但从目前潜山油气分布及勘探规模来看，中国石油勘探区的冀中坳陷（冀中油田）、辽河坳陷（辽河油田）、黄骅坳陷（大港油田和冀东油田）并不均衡；据渤海湾盆地中国石油探区潜山油气储量统计结果，潜山油气总储量约11.37×108；其中，冀中坳陷石油储量为5.4×108t，天然气储量为529×108m3；辽河坳陷石油储量为4.1×108t，天然气储量为23×108m3；黄骅坳陷石油储量为0.87×108t，天然气储量为771×108m3，仅占总储量的7.9%，勘探程度较低。

渤海湾盆地潜山储量分层系统计结果[8]表明：按中生界(Mz)、上古生界(Pz2)、下古生界—元古宇(Pz1—Pt) 、太古宇(Ar) 顺序，各层系石油储量占总储量(石油)的比例分别为8.5%、0.5%、71%、20%，显然潜山储量集中分布于下古生界—元古宇和太古宇，其中，下古生界—元古宇储量华北油田占73.1%，辽河油田占25%，大港油田和冀东油田占1.9%;太古宇储量只发现于辽河油田，可见黄骅坳陷下古生界碳酸盐岩潜山储量比例很低。从石油地质条件的对比看，黄骅坳陷与冀中坳陷和辽河坳陷有一定差异，但基本成藏特征相似，尤其是潜山类型多，分布面积大，深大断裂发育，与找到的储量明显不相匹配，因此，黄骅坳陷下古生界潜山领域仍有较大的勘探潜力。

根据黄骅坳陷下古生界—元古宇地质条件、油气分布及勘探程度等分析，其勘探领域可分为石炭系—二叠系、奥陶系和寒武系—中新元古界3个，这3个领域的地质条件均不相同，导致油气分布与勘探程度等具有一定的差别；其中，石炭系—二叠系主要发育陆相河湖相沉积，碎屑岩储层横向展布相对比较稳定，砂岩物性好，断裂较发育，圈闭类型多，煤系烃源岩二次生烃潜力较大，因此，目前取得许多突破；奥陶系风化壳储层发育，但碳酸盐岩泥质含量多，对孔缝发育程度有较大影响，小断裂十分发育，圈闭以断块为主，勘探已取得重大发现；寒武系—中新元古界尽管勘探程度很低，但碳酸盐岩泥质含量低，多发育白云岩或含硅质碳酸盐岩，孔缝发育程度远好于奥陶系，多发育背斜圈闭和断鼻圈闭，规模大，圈闭有效性也好于奥陶系，但埋深较大，沙三段主力烃源岩能否与有效储层侧向对接是形成大规模“新生古储”式潜山内幕油气藏的关键。本文基于前人研究成果，以黄骅坳陷寒武系—中新元古界潜山内幕成藏为切入点，对潜山内幕成藏条件及潜力进行了梳理与分析，初步认为该领域有一定的勘探潜力，作为一个未突破领域，值得探索。

1 多套储盖组合与潜山内幕成藏特征

渤海湾盆地内发育的大量潜山油气藏以风化壳型“新生古储”式油气藏为主[9-11]，储层为古生界—元古宇碳酸盐岩孔、缝型储层，与风化壳密切相关。而风化壳以下巨厚碳酸盐岩的地层中也能形成“新生古储”式内幕油气藏，但必须具备两个基本条件：“一是隔层，二是油气运移通道”。黄骅坳陷寒武系—中新元古界主要发育一套巨厚海相碳酸盐岩地层，其中，发育的多套海相页岩层既是烃源岩层，也是良好的隔层，对该区形成“新生古储”式潜山内幕油气藏十分有利：该区寒武系—中新元古界从老至新大致可以划分为6套储盖组合（图1）。

第一套：中元古界蓟县系雾迷山组碳酸盐岩（主要是含硅质白云岩）为储层；盖层（隔层）为下马岭组页岩和龙山组泥岩或泥灰岩；在冀中探区已发现任丘等“新生古储”式潜山内幕油藏。

第二套：新元古界青白口系龙山组上部砂岩与景儿峪组下部白云岩为储层；盖层为青白口系景儿峪组上泥岩或泥灰岩；于北大港构造上见到良好显示。

第三套：寒武系府君山组白云岩为储层，寒武系馒头组泥页岩是盖层，在冀中探区已发现许多府君山组潜山内幕油藏。

第四套：寒武系毛庄组石灰岩或灰质白云岩为储层，上覆徐庄组下部泥页岩为盖层，在冀东探区已发现了堡古2等毛庄组潜山内幕油气藏。

第五套：寒武系徐庄组中部石灰岩或白云质灰岩为储层，徐庄组上部和张夏组底部的泥页岩为盖层，在冀东探区见到良好的显示。

第六套：寒武系张夏组中上部的鲕状灰岩或白云质灰岩为储层，上覆固庄组—凤山组下部的泥岩或泥质灰岩为盖层，在冀东探区见到良好显示。

从渤海湾盆地已发现的潜山内幕成藏特征来看，大致可以划分为3种类型（图1）：①断块型潜山内幕层状油气藏：构造呈断块潜山形态，圈闭有顶底隔层，油藏沿储层呈层状分布；②断块型潜山内幕块状油气藏：断块潜山形态，圈闭仅有顶隔层，油藏沿储层成块状分布；③山头型潜山内幕层状油气藏：构造为古地貌山头，圈闭有顶底隔层，油藏沿储层成层状分布。

要形成“新生古储”式潜山内幕油气藏关键问题是优质储层与油气源沟通，从发现油气藏特征看出主要有两种方式：一种是断层和不整合面为油气通道，典型实例为饶阳凹陷南马庄潜山带西20和霸县二台阶霸24府君山组潜山内幕油气藏（图2）；另一种是“侧向对接”，潜山储层与古近系烃源岩直接对接，典型油藏为南堡凹陷堡古2毛庄组潜山内幕油气藏（图3）。

图1 黄骅坳陷寒武系—中新元古界储盖组合特征图

图2 饶阳凹陷南马庄潜山带潜山内幕油藏剖面示意图

图3 南堡凹陷堡古2寒武系毛庄组潜山内幕油气藏剖面示意图

南马庄西20府君山组潜山内幕油气藏位于饶阳凹陷南马庄凸起南段（图2），受南马庄断层和不整合面控制形成了典型地貌山特征，南马庄断层下盘沙三段成熟烃源岩埋深在2800m以下，油气通过南马庄断层及不整合面运移至奥陶系潜山圈闭和寒武系府君山组以及元古宇蓟县系雾迷山组潜山内幕圈闭中，形成了西20府君山组和西22雾迷山组白云岩层状潜山内幕油藏。

堡古2潜山内幕油气藏位于南堡3号潜山构造高部位，受潜山西侧南堡3号大断裂控制形成了典型断块潜山，储层为寒武系毛庄组白云岩，顶底板层分别为徐庄组下部泥岩和馒头组泥岩，潜山西侧直接与沙三段主力烃源岩对接，油气通过断裂进入毛庄组碳酸盐岩孔缝中，形成了层状潜山内幕油藏。

2 主力烃源岩与优质储层

黄骅坳陷潜山油气藏的主要烃源岩为沙三段湖相泥岩和石炭系—二叠系煤系泥页岩，其中沙三段是主力烃源岩[12-13]。根据黄骅坳陷沙三段烃源岩分析及评价结果，认为烃源岩的有机碳含量高，埋藏深，热演化程度高，能够为大型潜山圈闭提供丰富的油气源。例如，歧口凹陷烃源岩沙三段最大厚度为1800m，以Ⅱ1母质为主，TOC一般大于1%，Ro为0.8%～2.0%，大部分烃源岩处于高成熟阶段（图4），平面上歧北洼槽区Ro＞1.5%的分布面积占40%～50%。据2007年油气资源预测，歧口凹陷沙三段石油资源量为36.5×108t，天然气资源量为（8100～9200）×108m3，是一套优质烃源岩，故深层油气资源丰富。

岩性对碳酸盐岩孔隙的影响占主导作用，实际资料表明，白云岩的储集性能通常比石灰岩好，储层发育段通常对应白云岩段，放空和漏失也主要发生在白云岩段［14］。这主要有两种原因：第一，白云岩的脆性通常比石灰岩大, 因此更容易形成裂缝;第二，白云岩通常具有粉晶至细晶结构，晶间孔发育，而石灰岩通常具有泥晶结构，晶间孔不发育。无论裂缝还是晶间孔，本身不仅是良好的储集空间，而且有利于地下水流动，因而有利于岩层溶蚀。对于处在岩溶带中的地层，储层发育段通常也是白云岩发育段。这在近期廊固凹陷潜山勘探中十分明显［15-17］，从苏桥—永清—杨税务奥陶系潜山储层分布特征图上（图5）看出：该区凡是白云岩发育的井段，孔隙也发育，石灰岩发育的井段，储层发育就差；从廊固凹陷河西务潜山带奥陶系油藏统计结果（表1）也可以看出：凡是出油井段白云岩均较发育；同样，歧口凹陷千米桥潜山奥陶系碳酸盐岩储层特征也十分明显［18-23］。另外，从全球统计来看，碳酸盐岩储层中的油气产量占世界油气总产量的一半以上，而其中又有近一半来自白云岩储层。

图4 歧口凹陷古近系烃源岩产烃模式示意图

图5 苏桥—永清—杨税务奥陶系潜山储层分布示意图

表1 廊固凹陷河西务潜山带储层特征表

华北地台奥陶系—中新元古界海相地层中，奥陶系主要发育石灰岩或云质灰岩，中新元古界主要发育白云岩或硅质白云岩，寒武系的下部毛庄组和府君山组发育白云岩，显然寒武系—中新元古界储层储集性能好于奥陶系。不同成因机制的白云岩，其储集性能也有所差异。一般白云石的含量、白云石的大小和黏土含量是影响孔隙发育最直接的因素［24］：其一，白云岩的孔隙度与白云石的含量有关，随着石灰岩白云化程度的增高，白云石含量增高，其孔隙度也随之增大，但当白云化接近完全，白云石含量接近100%时，孔隙度则再次降低(图6)，这是由于白云石开始交代石灰岩中的方解石时，白云石与方解石之间存在狭窄的缝隙［24］。其二，白云石晶粒的大小也影响孔隙度，一般随晶粒增大，孔隙度有降低的趋势，粉晶白云岩的孔隙度较细晶白云岩的高。其三，白云岩黏土矿物含量与孔隙密切相关，一般在碎屑岩中，黏土矿 物含量越高，储集性能越差，对白云岩来说也是如此。例如，黏土矿物对白云岩储集性能的破坏作用表现在3个方面［24］：第一，黏土矿物堵塞孔隙，使孔隙度和渗透率降低；第二，黏土矿物的存在不利于白云岩的溶蚀；第三，黏土矿物的存在使白云岩的脆性降低，因而不利于裂隙的形成［24］。据华北油田岩心观察，含黏土的粉晶白云岩中，孔隙度大于3%的约占42%；而不含黏土的粉晶白云岩中，孔隙度大于3%的则占64%（孔隙度大于3%才能成为良好的储集岩)［25］。

图6 山西临汾马家沟组四、五段白云石含量与孔隙度的关系［24］

根据黄骅坳陷部分钻遇寒武系—中新元古界探井自然伽马数据统计结果（表2）：尽管6套储层中均发育有碳酸盐岩，但好储层为寒武系毛庄组、府君山组和雾迷山组白云岩。毛庄组岩性以块状白云岩为主，自然伽马为1.58～6.12API，平均为1.85API；府君山组以块状含硅质白云岩为主，自然伽马为1.74～6.88API，平均为2.13API；雾迷山组以块状、层状含燧石白云岩为主，自然伽马为1.51～2.34API，平均为1.58API；这3个层系白云岩达到好储层标准，同时也是出油和见到高级别显示的储层。从冀东探区堡古2井钻井岩心实测资料来看（表3）：寒武系毛庄组白云岩储集性能好于奥陶系下马家沟组石灰岩，毛庄组孔隙度高达8.3%。

表2 黄骅坳陷寒武系—中新元古界碳酸盐岩测井自然伽马数据统计表

表3 堡古2井奥陶系与寒武系钻井岩心实测物性统计表

3 油气充注

寒武系—中元古界碳酸盐岩要形成“新生古储”式潜山内幕油气藏，除了需具备油气源、储层和封隔层3个基本条件外，最关键条件是优质储层与沙三段烃源岩的沟通。潜山内幕要形成油气藏，主要有两种充注方式，一种方式是“直接对接”，另一种是油气沿断层、不整合面运移。霸县凹陷潜山成藏是典型实例［26-30］，从潜山成藏模式图（图7）上看出，低位潜山能够与古近系成熟烃源岩直接对接，油气直接进入潜山碳酸盐岩储层中，如牛东潜山油气藏（牛东1井）；而高位潜山油气则需要通过断层和不整合面等运移通道进行充注，如龙虎庄潜山油气藏（坝30井奥陶系，坝24井寒武系），形成了风化壳和内幕等多种类型潜山油气藏。

图7 霸县凹陷潜山成藏模式图

图8 黄骅坳陷寒武系—中新元古界潜山带分布示意图

从黄骅坳陷断裂构造带与潜山带分布图（图8）可以看出，深大断裂十分发育，这些断裂既控制了潜山构造带形态，也控制了古近系洼槽区分布及沙三段主力烃源岩的生烃中心，同时在潜山成藏方面起到油气输导的重要作用。从已发现的奥陶系潜山油气藏（张海潜山、千米桥潜山、南堡1号、南堡2号等）成藏特征分析，潜山侧翼（或陡侧）碳酸盐岩储层均能与沙三段对接，具有主力烃源岩直接提供油气源特征，形成奥陶系风化壳型“新生古储”式潜山油气藏。

近期通过对地震资料与成藏深入分析认为，在歧口凹陷和南堡凹陷主洼槽区，主要发育低位潜山，寒武系—中新元古界也能够与沙三段形成对接（图9），这些寒武系—中新元古界中白云岩优质储层与主力烃源岩沟通，很容易形成较大规模的“新生古储”式潜山内幕油气藏。这类潜山带主要分布在生烃洼槽区的“凹中隆”和断阶潜山带等，对成藏十分有利，主要有北大港潜山带、千米桥潜山带、南大港潜山带、羊二庄潜山带、南堡1号潜山，南堡2号潜山、南堡3号潜山等。另一类是高位潜山，这类潜山主要分布在洼槽区边缘低凸起上，洼槽区成熟烃源岩生成的油气通过断层或不整合面运移至寒武系—中新元古界储层中，形成潜山内幕油气藏，这类潜山带主要有西南庄潜山带、高柳断阶潜山、埕海潜山带、沈青庄潜山带、新港潜山带等。

图9 黄骅坳陷寒武系—中新元古界与沙三段烃源岩对接窗口示意图（剖面位置见图8）

4 勘探前景及风险勘探目标

渤海湾盆地基底受两组断裂系统控制，一组是印支晚期—燕山早期在亚洲板块与西伯利亚板块碰撞作用下产生的压扭构造环境中，而形成的近EW向断裂系统；另一组是燕山晚期—喜马拉雅期在太平洋板块与欧亚板块碰撞作用下产生的张扭构造环境中，而形成的NNE向断裂系统[31]，这两组断裂系统交叉叠合导致整个渤海湾盆地基底断裂分布的特征和“隆洼相间”的构造格局,潜山构造带十分发育。黄骅坳陷共发育潜山构造带28个(图8)，面积达到4650km2；其中，洼槽区潜山构造带约13个，面积约2600km2，具有广阔的勘探前景。

黄骅坳陷的断裂活动及演化大致可以分为3个阶段：第一个阶段，迁安运动—蓟县运动—加里东运动早期，对应的时代为中新元古代—寒武纪，除了发育控制潜山构造带形态的断裂外，控制圈闭的次一级断裂活动较弱，构造相对完整，主要表现为大型背斜或半背斜特征；第二个阶段，加里东运动晚期—海西运动-印支运动，对应时代为奥陶纪—石炭纪—二叠纪，断裂活动增强，控制圈闭的次一级断裂发育，潜山构造复杂，完整性差，圈闭以断块为主；第三个阶段：燕山运动—喜马拉雅运动，这一阶段的断裂活动由弱变强，对奥陶纪—石炭纪—二叠纪构造形态影响较大，对寒武纪—中新元古代地层影响较弱，因此，寒武纪—中新元古代构造形态完整，圈闭规模大，是油气聚集的良好场所。

综上所述，黄骅坳陷寒武系—中新元古界潜山内幕成藏十分有利，近期对歧口和南堡两个凹陷的重点地区10个潜山构造带共48个寒武系顶圈闭（面积为643km2）进行了初步分析与评价，其中，Ⅰ类圈闭有10个（表4），具备4个有利成藏条件：一是圈闭面积较大，多数大于20km2，二是圈闭形态均为背斜或断鼻，三是寒武系—中新元古界与沙三段烃源岩直接对接；四是绝大部分潜山圈闭断裂晚期活动弱。这些Ⅰ类圈闭总面积达到308km2，占统计圈闭面积的48%，由此可见，该区潜山内幕具备较大的勘探潜力。在10个Ⅰ类圈闭中，有8个分布于歧口凹陷，分别为羊二庄潜山带2个，南大港潜山带1个，北大港潜山带2个，千米桥潜山带3个（图10），面积达到275km2，占Ⅰ类圈闭的89%。因此，歧口凹陷可作为目前潜山内幕油气勘探重点地区。

表4 黄骅坳陷重点地区（歧口凹陷和南堡凹陷）寒武系顶Ⅰ类圈闭统计表

从表4中明显看出，歧口凹陷8个Ⅰ类圈闭中，埋深小于等于3800m的圈闭有4个，2个分布在羊二庄潜山带，另外2个分布于北大港潜山带。北大港潜山带目前已钻遇寒武系—中新元古界的井有8口，2口井于寒武系—中新元古界见到油气显示，但未发现有效的油气层，这些井失利原因复杂，其中，北大港断裂东段（对应14号圈闭）新近纪活动剧烈，导致已形成的潜山油气藏受到不同程度的破坏，使大部分油气运移至上覆地层（新近系）中。因此，控制潜山圈闭断裂晚期活动的强、弱对油气藏保存有重要作用。

根据歧口凹陷寒武系—中新元古界潜山内幕成藏条件综合分析结果，优选羊二庄潜山带上1号圈闭(羊二庄潜山)（图11、表4）作为首选风险目标，主要依据：①圈闭面积大（25km2）；②主要目的层埋深较浅（寒武系顶3600m，雾迷山组顶4400m）；③背斜形态完整；④圈闭幅度大(900m）；⑤寒武系—中新元古界能够与沙三段直接对接（图11），有良好的供油窗；⑥羊二庄断裂晚期活动弱，对潜山油气藏保存有利。因此，预测羊二庄潜山能够形成一定规模的“新生古储”式潜山内幕油气藏，值得探索。

图10 歧口凹陷寒武系顶圈闭分布与评价分类及风险探井位置示意图

图11 羊二庄潜山寒武系—中新元古界与沙三段对接示意图（剖面位置见图10）

5 结论

通过对比冀中坳陷和辽河坳陷潜山成藏特点，深入剖析黄骅坳陷寒武系—中新元古界潜山内幕成藏条件，以潜山圈闭“侧向供油”为切入点，研究认为黄骅坳陷寒武系—中新元古界发育多套储盖组合，碳酸盐岩储层以白云岩为主，黏土矿物含量低，储层物性好于奥陶系，优质储层发育，洼槽区沙三段主力烃源岩生烃潜力高，资源丰富，潜山带大面分布，勘探前景广阔。黄骅坳陷寒武系—中新元古界构造圈闭形态完整，以背斜和断鼻为主，面积大：评价48个圈闭，Ⅰ类圈闭10个，面积占48%，具备形成较大规模潜山内幕油气的基本条件和潜力。最为关键的是，大部分洼槽区的潜山圈闭寒武系—中新元古界白云岩储层与沙三段主力烃源层形成“侧向对接”，易形成较大规模的“新生古储”式潜山内幕油气藏。特别是Ⅰ类圈闭主要分布在歧口凹陷，具有一定的勘探潜力，作为一个未突破领域，值得探索。由此，优选出羊二庄潜山带上1号圈闭(羊二庄潜山)作为首选风险目标。