辽西凸起南段斜坡带油气地质新认识与勘探突破

2019-08-17薛永安张新涛牛成民

中国石油勘探 2019年4期

薛永安张新涛牛成民

（中海石油（中国）有限公司天津分公司）

0 引言

辽西凸起是渤海湾盆地重要的油气富集带，其中部和北部发现了绥中36-1、锦州25-1 南、旅大5-2北、锦州20-2 等一批油气田，探明石油地质储量约4.30×108t[1]；但凸起南段斜坡带钻探成效不理想，历经40 余年，仅在秦皇岛30-1 构造沙一+二段和中生界获一定油气层[2]。沙一+二段储层厚度薄，多数在2～5m；而中生界虽计算了一定地质储量[3]，却因有效储层发育机理认识不清，致使中生界后续评价均以失利告终。而斜坡带为陆上油田油气勘探的重要领域和增储上产区[4-8]，但整体油田较为分散，单体规模较小，难以满足海上油气勘探的高成本需求，进一步制约了海域斜坡带油气勘探。

近年来，针对制约研究区油气勘探的3 个关键问题：①辽西凸起南段斜坡带多轮次构造解释，均未发现规模性构造圈闭；②沙河街组、中生界储层分布规律及主控因素认识不清；③斜坡带油气优势汇聚方向与成藏模式研究薄弱；通过开展持续攻关，在成储、成藏方面取得一系列创新地质认识，成功发现了LD25-A 高产、轻质、大中型油田，并获得了一批有潜力的勘探目标，实现了辽西凸起斜坡带油气勘探的重大突破，对辽西凸起储量规模增长和油田产能建设具有里程碑意义。

1 区域背景与勘探历程

1.1 区域背景

辽西凸起南段斜坡带被渤中凹陷、秦南凹陷环绕（图1），其中渤中凹陷和秦南凹陷东南次洼均已被证实为富生烃凹陷[3，9]。辽西凸起南段斜坡带新生代构造演化始于古新世[10]，受NW—SE 向伸展作用和NE 向走滑作用的影响[11]，发育一组向西倾的NE 向及NNE 向深大断裂，在断裂西侧发育陡坡带，东侧以斜坡向渤中凹陷延伸。辽西凸起南段断裂活动弱，深部倾角较缓、以拉张为主，浅部倾角较陡、以走滑为主，断裂活动差异性控制了凹陷二级构造单元的分布。古近系沉积时期，NW—SE 向调节断层控制了断层两盘沙河街组厚度，两者厚度差异大，平面延伸长度约3.0～4.5km，向上在东营组消亡。该组断裂在东西方向上控制LD25-A 构造垒块的形成。新近系沉积时期，构造相对稳定，总体表现为坳陷阶段。揭示地层自下而上为古生界（Pt）、中生界（Mz）、古近系孔店组（Ek）、沙河街组（Es）和东营组（Ed）、新近系馆陶组（Ng）和明化镇组（Nm）及第四系平原组（Qp）共8 套[2，11]。

图1 辽西凸起南部区域位置分布图Fig.1 Regional location map of southern Liaoxi uplift

1.2 油气勘探历程

辽西凸起南段在40 余年勘探历程中，主要经历了凸起潜山勘探、凹中隆立体勘探和斜坡带精细勘探3 个阶段。

（1）凸起潜山勘探阶段：1979 年，在二维资料基础上开展构造解释，在辽西凸起南段最高部位发现古生界背斜圈闭，其上为东营组区域稳定泥岩盖层，综合分析认为其成藏可能性大，部署钻探L5 井。L5井全井段无气测异常，仅在东营组下部和古生界潜山见到油斑显示，测试均为水层，首钻失利。

（2）凹中隆立体勘探阶段：1980—2016 年，最初在二维地震资料基础上发现了几个小断块，在秦皇岛30-1 构造钻探4 口井。其中BZ6 井和QHD30-1N-1 井在中生界和新生界馆陶组、沙河街组获高产油气流[2]。虽然有一定的储量发现，但是在评价过程中，由于沙河街组储层落空、中生界储层非均质性较强，致使后续评价井全部失利，秦皇岛30-1 构造评价一直搁浅至今。2012 年实施三维地震后，按照传统解释方案进行构造解释，与二维地震解释结果相似，构造整体表现为一个单斜斜坡，没有发现较大的圈闭。

（3）斜坡带精细勘探阶段：2017—2018 年，开展辽西凸起南段斜坡带勘探攻关，以隐性走滑模式解释发现了一批大型圈闭群。综合石油地质研究表明，辽西凸起斜坡带具备形成大中型油气田的资源基础：近油源、古隆起背景上的大型圈闭、受湖浪改造的沙河街组滩坝砂、构造—岩相双因素控制中生界优质储层，良好封盖条件及超压供烃。2019 年1 月，针对沙河街组和中生界部署钻探LD25-A-1 井，最终测

2 创新地质认识

2.1 创新提出隐性走滑断层解释模式，突破了40 年的勘探瓶颈，发现一批大型构造圈闭

图2 辽西凸起南段断裂体系图Fig.2 Fault system maps of southern Liaoxi uplift（a）1992 年二维解释断裂体系；（b）2012 年一次三维解释断裂体系；（c）2018 年二次三维解释断裂体系；（d）过构造主体地震剖面；（e）1000ms 方差切片；（f）2700ms 方差切片

辽西凸起南段经历了多轮次二维、三维构造解释，均没有发现规模性构造圈闭，20 世纪80 年代，因资料限制，研究区位于二维资料边界，没有发现构造圈闭（图2a）；2012 年，三维地震资料全覆盖，仅在井解释油层超百米，经测试沙河街组日产油获千立方米，刷新渤海碎屑岩产能最高纪录，实现了辽西凸起南段油气勘探的战略性突破。LD25-A 构造区落实断鼻型圈闭，面积仅为3.7km2，辽西凸起南段整体仍为斜坡背景（图2b）；2018 年新一轮三维构造精细解释，加强对辽西凸起构造演化、断裂分布、组合样式及形成机制研究，突破传统伸展断裂解释方案，确立伸展—走滑断裂解释思路，创新提出隐性走滑断裂解释模式，识别了两横四纵断裂体系格局，落实了LD25-A、LD19-A、LD19-B、LD19-C 等一批构造圈闭群（图2c）。

隐性断裂带是区域应力场、局部应力场、基底断裂活动及潜山块体扭动影响下在沉积盆地盖层中产生的具有不同成因及规模的断裂趋势带，它是深层走滑断裂的伴生构造，具有较强的隐蔽性[12]。辽西凸起南段F3隐性走滑断层识别标志：①F3 断层断面产状陡，断层两盘产状相反，东侧断裂断面向南倾，西侧断裂断面向北倾，断面两侧地震相差异大（图2d）；②在1000ms相干体切片中，暗色条带（代表断裂）呈雁列式、断续状展布，存在明显走滑作用，与秦南1 号断层及辽西1 号主走滑断裂走向基本一致，整体趋势向辽西凸起和渤中凹陷均有延伸（图2e）；③在2700ms 相干体切片中，显示存在一条呈NNE 向展布的S 形隐性走滑断裂，表现为相关系数较低的暗色条带（图2f），与郯庐断裂由左行变为右行相关，NNE 向基底断裂开始活跃，形成了一系列NNE 展布的潜山。通过隐性走滑断层模式的提出，LD25-A 构造区T8层顶面圈闭面积由3.7km2增至21.3km2，同时落实LD19-A、LD19-B、LD19-C 总圈闭面积85.7km2。构造解释模式的转变，不但改变了辽西凸起南段斜坡带结构、古地貌的传统认识，而且影响了沙一+二段构造—岩性复合圈闭发育，初步落实沙河街组圈闭面积76.6 km2。目前渤海油田仍处在构造圈闭勘探阶段，构造精细解释仍然是勘探成功率提升的重要保障，近年来渤海油田隐性走滑解释在多个目标已获得了良好储量发现，成为成熟区储量增长的重要手段[13]。

2.2 中深层优质储层发育是高丰度油气藏形成的必要基础

2.2.1 沙一+二段厚层混积滩坝砂高孔—中高渗透储层是测试产能获千立方米的关键

LD25-A 构造优质储层的分布受沉积相类型、白云石包壳和次生溶蚀作用的控制。研究区发育陆源碎屑主导的厚层混积滩坝砂体，充足的物源供给和动荡的水体条件是其形成厚层优质储层的基础。滩坝砂通常位于辫状河三角洲向湖推进的过渡带，与辫状河三角洲前缘相伴生（图3），分布广、厚度大。LD25-A 构造揭示陆源碎屑含量为35%～69%，灰泥和胶结物少，颗粒磨圆和分选较好，整体粒度较粗，砂体骨架颗粒坚硬，不易被压实，因此原生粒间孔保存较好。大量白云石包壳的存在对压实作用具有抑制作用，进一步减少了原生孔隙由于压实作用造成的损失[14-15]。研究区白云石通常以泥晶白云石包壳形式产出，呈薄皮鲕状，含量为8%～65%，对原生粒间孔的保存具有积极作用。此外，次生溶蚀孔隙也是研究区重要的储层储集空间类型。大气淡水、黏土矿物转换后的酸性水介质、成岩过程中有机质成熟释放的有机酸都易发生次生溶蚀[16]。

图3 辽西凸起南部沉积体系平面分布图Fig.3 Planar distribution of depositional systems in southern Liaoxi uplift

铸体薄片、扫描电镜分析表明，研究区储层储集空间为原生粒间孔、次生粒间孔和粒内溶孔、溶蚀铸模孔。原生粒间孔最为发育，是研究区主要的孔隙类型，以长石与岩屑颗粒间原生孔隙为主，最大孔径为0.40mm（图4a）；其次为生物体腔孔及鲕粒内溶孔（图4b、c）；局部颗粒溶蚀形成粒内溶孔，如长石淋滤溶蚀作用形成的溶孔（图4d）；颗粒溶蚀后残余铸模孔，总面孔率高达22.1%。壁心实测孔隙度为18.3%～31.4%，平均孔隙度为25.4%；渗透率为7.3～2715.6mD，平均为749.3mD，为高孔—中高渗透储层。储层孔隙度和渗透率具备很好的线性关系，证明孔隙空间连通性较强，基质渗透性好，是测试产能获千立方米的关键。

图4 LD25-A 构造储层储集空间特征图Fig.4 Reservoir space characteristics maps of LD25-A structure（a）原生粒间孔（LD25-A-1 井，3302.0m）；（b）生物螺内体腔孔(LD25-A-1 井，3290.0m）；（c）铸模孔(LD25-A-1 井，3311.5m)；（d）长石淋滤溶孔(LD25-A-1 井，3310.5m)

2.2.2 构造—岩性控制下的“孔隙—缝网”系统是中生界优质储层形成的重要因素

火山岩储集空间类型通常包括原生孔隙、次生孔隙和裂缝三大类[17-18]。由于岩石成分、结构、构造等方面的差异，储集空间类型及其组合具有显著差异。通过壁心、薄片、成像测井和CT 扫描等分析方法，明确研究区火山岩储集空间类型为“孔隙—缝网”，其发育程度受构造和岩性双重因素控制。首先，火山岩岩性、岩相是溶蚀孔隙发育的基础，LD25-A 构造中生界岩性为流纹质火山角砾岩（图5a），属于酸性火山岩体。与中性和基性岩类相比，酸性岩类矿物组成更易被溶蚀，形成次生溶蚀孔隙；在相同应力条件下更易发生剪切破裂形成裂缝（图5b），为后期流体溶蚀改造提供重要通道。其次，构造运动控制火山岩裂缝型储层的发育，形成了纵向上孔隙—裂缝相互连通的集空间。CT 扫描结果表明，溶蚀孔隙和裂缝相互连通，形成了纵、横相通的储集空间（图5c），极大善储层的有效性。研究区位于张蓬断裂与郯庐断裂交会处，构造活动十分活跃，从断裂发育上来看，主要发育近东西向和北东向两组断裂系统（图6）。通过对成像测井数据统计，裂缝走向以高角度近东西向为主，北东向次之。结合不同时期构造运动应力场分析，表明LD25-A 构造受控于燕山晚期及古近纪早期两期构造运动，燕山晚期裂缝十分发育，但大多数裂缝均被方解石和白云石充填。而主造缝期为沙一+ 二段沉积前的古近纪强烈伸展断陷期，其裂缝主要发育走向与现今最大水平主应力的近东西向基本一致，这是裂缝得以保存的主要原因。

2.3 超压封盖条件、高效输导通道联合控制斜坡带油气优势汇聚成藏

2.3.1 区域性稳定分布的东营组巨厚超压泥岩为油气的保存提供了良好的封盖条件

斜坡带由于断裂相对不发育，上倾方向泥岩盖层展布及封闭能力对油气保存及成藏规模具有重要意义[19]。自东营组沉积期以来，渤中凹陷一直是渤海湾盆地沉降沉积速率最大的地区，快速沉积沉降导致的压实不均衡及烃源岩的快速生烃作用共同促进了超压发育[20]。异常压力越大，其盖层封闭能力则越好。另有研究表明油藏储层具有异常压力时，其上覆盖层通常为压力封闭层[21]。从LD25-A 构造实测油藏压力数据来看，沙一+二段油藏压力系数为1.31，中生界油藏压力系数为1.30，均为异常压力油藏，东营组泥岩应该具备一定的超压封闭能力。从研究区已钻井的盖层声波时差曲线与埋深关系来看，在3100～3300m 深度，泥岩正常压实趋势线均出现显著偏离，表明该段地层具有超压（图7）。而该套东营组泥岩盖层在辽西凸起南段斜坡带广泛分布，厚度为500～1000m，向凹陷方向厚度增大。

图5 LD25-A 构造储层特征图Fig.5 Reservoir characteristics maps of LD25-A structure（a）流纹质火山角砾岩（LD25-A-1 井，3492.0m）；（b）碎裂流纹岩，裂缝内方解石充填（LD25-A-1 井，3467.0m）；（c）CT 扫描储层孔隙、裂缝结构（LD25-A-1 井，3397.0m）

图6 辽西凸起南段断裂纲要图Fig.6 Sketch map of faults in southern Liaoxi uplift

2.3.2 古汇聚脊是斜坡带中深层油气优势运移方向和最终归宿

斜坡带不具备规模性生烃条件，其油气主要依靠断层、不整合面和连通砂体等输导通道顺着斜坡向上运移。斜坡带中深层油气横向输导通道更为关键。由于中深层缺乏稳定、大套的砂岩输导层，其主要的横向输导通道为具有较高渗透性的区域性不整合面[5，7，22]。因此，与烃源岩密切接触的区域不整合面，其脊状或者似脊状的顶面形态，构建了斜坡带中深层油气的古汇聚脊。该汇聚脊具备两大特点：①与烃源灶连接的低势区，油气从四面向该区长期汇聚；②深层油气横向运移的归宿区。辽西凸起南段的斜坡部位受构造作用方式和强度差异影响，斜坡部位潜山多呈现“隆凹相间”的构造格局[19]，这也为斜坡带古汇聚脊的形成奠定了基础。LD25-A 构造处于斜坡带潜山隆起的高部位，为油气优势汇聚的有利区。

2.3.3 油气成藏模式

图7 LD25-A 构造声波时差曲线Fig.7 DT curve of LD25-A structure

LD25-A 构造油气成藏模式可以概括为“不整合控运—构造沉积控储—超压封存控盖”。该模式的内涵表现为3 个方面：①不整合面作为斜坡带中深层主要的横向输导通道，远距离沟通研究区与渤中凹陷主生烃灶，其顶面形态控制了油气优势汇聚方向；②构造、沉积作用分别控制了研究区沙河街组和潜山储层发育程度，坡折控制下的湖浪改造型混积滩坝沉积类型是沙河街组厚层储层形成的物质基础，强烈构造运动是潜山规模性裂缝形成的先决条件；③东营组巨厚超压泥岩为研究区油气保存提供了良好的封盖条件（图8）。

图8 LD25-A 构造油藏剖面图Fig.8 Reservoir profile of LD25-A structure

3 油气勘探意义

3.1 勘探战略转移为勘探突破带来契机

环富烃凹陷勘探永远都是勘探的主战场。辽西凸起南段夹持于秦南凹陷和渤中凹陷之间，其西侧的秦南主洼真实生烃潜力未被钻井证实[2]，而东侧的渤中凹陷属已证实的富生烃凹陷[9]。围绕渤中凹陷，已发现秦皇岛32-6、蓬莱19-3、渤中19-6 等多个亿吨级油气田，甚至距渤中凹陷主洼近60km2的多个小型次洼均被证实具备强供烃能力[9，22]。因此，在秦南主洼未被证实烃源潜力的情况下，从辽西凸起南段西侧转向东侧，瞄准更靠近渤中富生烃凹陷的斜坡带，成功将勘探战场向东转移，为勘探突破带来契机。