渤海海域南部浅层原地与异地降解气差异成藏模式

2019-12-03王保全彭靖淞王德英蔡冬梅

成都理工大学学报（自然科学版） 2019年6期

王保全,彭靖淞,王德英,孙哲,张捷,蔡冬梅

(1.中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300459；2.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300459)

上新世以来渤海海域剧烈的新构造运动及其断裂活动决定了渤海浅层的晚期成藏，目前渤海海域70%的油气发现集中于浅层[1-5]。受保存条件的限制，渤海海域浅层具有“富油贫气”的特点[6-7]。浅层生物降解作用使原油在稠化的同时生成了一定规模的降解气。

浅层降解气常作为陆相断陷盆地浅层油气成藏的标志[8-10]。然而渤南地区的勘探实践表明，浅层降解气对浅层油藏的指示作用并不具有绝对性，如蓬莱25-1和蓬莱31-A构造，其浅层虽有降解气藏，周缘却未发现油藏；而蓬莱19-3、秦皇岛33-1、锦州23-2和曹妃甸11油田群，均在浅层降解气藏的指导下被发现。由此可见，并非所有的浅层降解气成藏均能指示浅层油藏，其成因关系还有待进一步研究。

本文以黄河口东洼渤中36-蓬莱31构造的浅层油气藏为研究对象，通过天然气组分、同位素组成、包裹体均一温度、断距分析、油气充注运移模拟等方法，分析浅层降解气的成因及其与原油成藏的关系，建立浅层油气藏的成藏模式，区分降解气的差异成藏，即原地降解气藏和异地降解气藏，对油藏分布的预测具有理论价值及指导作用。

1 概况

研究区地处渤海湾盆地渤南探区的东南部，隶属黄河口东洼及庙西南洼。研究区被北北东-南南西向的郯庐断裂带渤海段东支所贯穿，形成串珠状的复杂断裂带及其断块圈闭群[11-12]。区内主要发育2个NNE-SSW向构造脊：渤中36构造带和蓬莱31构造带，前者位于黄河口东洼中部，后者依附于郯庐断裂带在黄河口东洼到庙西南洼的过渡区(图1)。

图1 研究区域地质概况图Fig.1 The geological sketch map of the study area

区内新生界沉积厚度可达2～4.5 km，可进一步划分为深层裂陷沉积和浅层拗陷沉积。深层裂陷沉积(下文简称深层)由浅到深依次发育东营组和沙河街组，为裂陷阶段多期扇三角洲—辫状河三角洲砂体和湖相泥岩的旋回沉积。浅层拗陷沉积(下文简称浅层)：由浅到深依次发育明化镇组和馆陶组，为拗陷阶段河流相和浅水三角洲相的砂砾岩和砂(泥)岩沉积[13-14](图1)。

2 浅层天然气与稠油的伴生

已钻井揭示，研究区浅层有很多天然气的聚集，含气地层具有明显的强振幅地震反射特征[15]，通过绝对振幅积分与馆陶组顶部断裂叠合图(图2)可见：明化镇组上段(简称“明上段”)降解气集中于蓬莱31区和渤中36-1区北部。其天然气的干燥系数非常高，甲烷体积分数(φ)达到99%～100%；甲烷碳同位素较低，PL25-A-1井δ13C为-46‰，PL31-B-1井δ13C为-48‰，揭示其可能为生物降解气[8-10,16-17]。

图2 浅层构造形态与强振幅地震分布图Fig.2 The distribution map of shallow tectonic morphology and strong amplitude seismic

同时天然气藏围区的原油为稠油[16-17]，原油密度0.95～0.99 g/cm3(图3)。油藏埋藏深度比较浅，为1～1.5 km，地层温度(t)为45～55℃，储层孔隙度(q)约为25%，地层水为NaHCO3型(指示开放环境)。

综合研究认为浅层天然气源于区内稠油的降解。受大气水淋滤的影响，在水中微生物作用下，浅层原油降解为天然气，并发生稠化导致密度上升，使总离子流图基线偏移，同时C25-降藿烷升高[8-10,16-21](图4)。

详细对比浅层天然气与油藏的分布范围可以发现：蓬莱31-B区降解气与稠油油藏垂向叠合，具有下油上气的特征，下部油藏是上部气藏的降解源(图3)；然而蓬莱31-A区浅层降解气非常富集，在其深部却未发现可降解油藏，不具有下油上气的特征(图3)，笔者将在下文中对其降解源详细解剖。

3 浅层油气运移

包裹体资料与埋藏史的匹配关系表明，本区油气大规模成藏期主要是明上段以来(5 Ma B.P.)，油气的输导依靠明上段末期的断裂构造活动，即上新世新构造运动[1-5]。进一步综合原油总离子流图基线的双峰特征和构造分析[8-10,16-21]，得到浅层的运移和稠化主要有2期。第一期稠化主要为新构造运动之前(5.41 Ma B.P.)，油气主要在沙河街组成藏，此时埋深仅为1.5 km左右，埋藏较浅，符合生物降解的基本条件，故推测其存在一期稠化；第二期为新构造运动之后(2.78 Ma B.P.以来)，已经稠化的油气主要从沙河街组中转仓调整到浅层明化镇组成藏，进一步稠化(图5)。由于天然气在保存过程中的逸散作用较强[18-21]，只有最晚形成的降解天然气才能保存下来。因此，如今浅层天然气主要为第二期稠化形成，其气源为稠油。

油源断裂在成藏期的活动特征相似，但强度有一定差异[22]。成藏期断层活动越强，越有利于油气向浅层运移[22-23]。通过统计表明成藏期(上新世)断距80 m是浅层充注成藏的最低门限(图6)。

本文通过构造建模计算了成藏期与深层烃源岩搭接的油源断层的断距，根据上文成藏期断距80 m的充注门限，识别了浅层油源断层上的充注段，发现充注段主要集中在渤中36-A区、渤中36-B区和蓬莱31-A区(图7)长期活动的断层上。在充注段的约束下，对油气运移进行了模拟。结果表明，受地势北东高、南西低的影响，浅层油气在充注点完成充注后，继续向北东方向发生迁移(图8)。

4 原地降解气藏与异地降解气藏

详细对比浅层天然气与油藏的分布范围可以发现：蓬莱31-B区降解气与稠油藏垂向叠合，具有下油上气的特征，下部油藏是上部气藏的降解源(图3)。然而蓬莱31-A区浅层降解气非常富集，但在深部并未发现可降解油藏，不具有下油上气的特征(图3)。

图3 油气显示连井图Fig.3 Connective wells of oil gas show

图4 原油色质谱图Fig.4 The chromatography-mass spectrometry of crude oil

图5 Z36-A-1d井埋藏史、热史与包裹体均一温度匹配关系图Fig.5 Diagram showing the matching relationship between burial history,thermal history and homogeneous temperature of inclusion

图6 研究区成藏期断距与油层厚度关系Fig.6 The relationship between fault displacement and reservoir thickness during accumulation period in the study area

图7 研究区成藏期断距及充注段的分布Fig.7 The distribution of fault displacement and filling interval during the accumulation period in the study area

图8 基于充注段的油气运移模拟Fig.8 Simulation of hydrocarbon migration based on filling section

综合研究表明，新构造运动中油气在浅层充注后发生了二次稠化，稠油进一步稠化的同时生成了更多的降解气。在浅层油气向东部调整的过程中(图8)，由于浅层稠油和天然气的密度及其浮力差异，稠油仍旧停留在充注点附近，降解气在研究区东部富集。

上文提出研究区有2期成藏与稠化，由于原油在古近系成藏中亦是浅埋藏，已经遭受生物降解，原油的密度明显增大，因此在浅层充注时已经为稠油[8-10,18-21]。在稠油充注到浅层输导层的运移过程中，稠油和降解气发生了差异迁移，密度较大的稠油浮力小、黏度大，向东迁移较为困难；同时降解气密度小、浮力大，向东迁移较为容易[24-25]。

笔者尝试应用成藏动力学油气运移烃势计算原理[26-27]计算稠油和天然气的烃势力：

Hhc=Hbuoy+Hhydro+Hcap-press

(1)

Hhydro=Hw(ρw/ρhc)

(2)

Hcap-press=pcap/(ρhcg)

(3)

Hbuoy=-[(ρw-ρhc)/ρhc]Zcarrier

(4)

式中：Hhc为烃头(烃势)；Hbuoy为净浮力压头；Hhydro为动水压头；Hcap-press为毛细管力压头；ρw为水的密度；ρhc为烃的密度；Zcarrier为储层海拔高度；Hw为水头；ppore为孔隙压力；g为重力常数，g=9.81 m/s2。

稠油比重采用平均值0.97,天然气比重采用平均值0.1。计算表明降解气烃势[26]最高为 14 700 m，最低为 10 243 m，势差达到了 4 457 m(图9)；而稠油烃势最高为51 m，最低为33 m，势差仅18 m(图10)。降解气的运移动力-烃势差远大于稠油。结合图8运气方向的研究，降解气向东迁移的能力强于稠油，由此导致渤中36构造带的西部贫气和蓬莱31构造带的富气。

图9 天然气烃势图Fig.9 The hydrocarbon potential figure of the gas

图10 稠油烃势图Fig.10 The hydrocarbon potential diagram of heavy oil

蓬莱31构造带北部蓬莱31-A区，虽然垂向的深层未发现降解源稠油(图3)，但油气运移分析表明(图8)其西侧的渤中36-1油田北部(BZ36-A区)稠油在浅层充注后，降解气会向东迁移到蓬莱31构造带北部成藏。因此，蓬莱31-A区的降解气实际上来自于渤中36-A区原油的降解。笔者将这类降解源为侧向较远油藏的浅层气藏称之为异地降解气藏。

同时，渤中36构造带南部蓬莱36-B区深层发现降解源稠油(图3)，天然气主要来自于垂向下部稠油的降解气运移到浅层。笔者将来自于较近垂向降解源的气藏称之为原地降解气藏。

梳理归纳原地降解气藏与异地降解气藏的特征(图11)：①充注段的原油充当了降解源，原地降解气藏靠近浅层的油气充注段，而异地降解气藏通常远离充注段；②原地降解气藏垂向上有降解源，而异地降解气藏垂向上没有降解源；③原地降解气藏区钻井既能发现气藏又能发现油藏，而异地降解气藏区钻井只能发现气藏而不能找到油藏。因此，在通过降解气来寻找油藏的过程中，断裂研究特别是油气充注和运移的研究是关键，需综合判断原地气藏和异地气藏，方能预测浅层油藏分布。

根据以上特征，结合降解气的地球物理亮点特征(图2)可以对稠油藏进行预测：当降解气亮点与充注段叠合时，预测可能为“原地降解气模式”，气藏深层可能还有油藏；当降解气亮点与充注段距离较远时，且地层倾角较缓，预测可能为“异地降解气模式”，气藏深层存在油藏的可能性较小。