渤海湾盆地大港探区加里东期不整合面特征再认识

韩品龙,肖敦清,王居峰

(1.中国石油 勘探开发研究院 石油天然气地质所，北京100083； 2.中国石油 大港油田公司， 天津 大港 300280)

大港探区的古生界潜山(尤其是奥陶系)油气勘探历经50余年的历程，1984年冀中坳陷任丘古潜山发现以后，大港探区也进行了持续不断的探索，先后发现了孔西和千米桥潜山等奥陶系潜山油藏以及多个出油气井点。特别是2000年以后大港探区加强了古生界原生油气藏的勘探，钻探的乌马营潜山西部逆冲带相继在上古生界石炭系-二叠系，下古生界奥陶系乌马营背斜、王官屯潜山、岐北潜山、海古潜山等取得了以上古生界煤系为源岩的潜山勘探突破，证实大港探区的中南部地区是寻找古生界原生油气藏的有利地区，表明渤海湾盆地成熟探区的下古生界奥陶系仍然具有一定的油气勘探潜力，值得进一步研究和探索。奥陶系潜山长期以来一直作为潜山勘探的重要目的层系，主要的认识是奥陶纪末期开始的加里东运动使奥陶系历经长达1.3～1.5亿年的风化剥蚀改造，奥陶系碳酸岩地层经长期的风化淋滤作用，溶蚀孔洞发育，再加上中新生代以来断裂活动的改造叠加，通常应具有较好的储集能力，只要具备了油气源的供给和圈闭的有效发育，就有可能找到油气藏，但大港探区多年的奥陶系潜山油气勘探事实是大部分地区并未取得实质性进展。为了探究奥陶系潜山油藏形成的主要控制因素，本文应用大量的奥陶系钻孔资料的分析、对比，来研究明确奥陶系峰峰组顶面及内幕储层发育规律，以期能够有效指导潜山区带、目标评价及勘探部署，有着重要的实际生产意义。

1 区域地质概况

大港探区位于天津市东南50 km，地处沿海经济发达地区，是重要的石油工业基地，行政区划主体隶属天津市及河北省管辖。探区区域地质构造单元位于渤海湾盆地腹部，面积约2×104km2，内部含黄骅坳陷、沧县隆起及埕宁隆起等3个一级构造单元。主体探区集中在黄骅坳陷(图1)，其内部包含沧东-南皮凹陷、歧口凹陷、板桥凹陷以及北塘凹陷等4个次一级古近系生烃凹陷。黄骅坳陷是一个在华北克拉通裂解基础上发育起来的中新生代断陷盆地，主要含油气层系集中分布在古近系、新近系。奥陶系与石炭系-二叠系构成盆地前白垩纪的“基底”，古生代地层经历中新生代构造运动及块断活动的分割改造，多以“潜山”面貌出现在坳陷中不同部位[1-4]。下古生界奥陶系沉积时期大港探区统一于华北克拉通盆地，为广阔的陆表海沉积环境，沉积层分布稳定，岩、电对比标志清晰，横向易于追踪，在大港探区甚至华北克拉通内部地层厚度大多在600～800 m，前期多位学者研究认为整体沉积演化过程也与华北克拉通古生代基本一致。

2 奥陶系地层特征

大港探区奥陶系划分沿习了华北地区的分层方案[5]，与鄂尔多斯盆地的划分方案存在一定差异，但各层组之间的对应关系还是比较明确的[6](表1)。地层层序自下而上依次沉积了奥陶系下统冶里组、亮甲山组，中统下马家沟组、上马家沟组及峰峰组海相碳酸盐岩地层，地层总厚度600～800 m，峰峰组在华北克拉通大部，尤其是渤海湾盆地各坳陷均有分布，年代地层格架跨越部分中、上奥陶统，与鄂尔多斯盆地马家沟组六段大体相当。黄骅坳陷孔店地区的K71井揭露奥陶系视厚度为860 m，北大港地区G59井揭露奥陶系视厚度780 m，在渤海湾盆地乃至整个华北克拉通，无论岩性还是电性特征均具有很好的可对比性[7]。

1) 冶里组(O1y)

褐灰、深灰色块状灰岩、泥质灰岩夹薄层竹叶状灰岩，GR曲线低幅齿化，间夹薄层中幅齿化段。地层视厚度为119 m(TG1井2 316.5～2 435.5 m)。

2) 亮甲山组(O1l)

岩性以深棕褐色、浅灰色中-细晶白云岩为主，北大港地区太古1井下部为中-薄层白云质灰岩，上部为中-薄层泥质白云岩，其间夹3～4层泥膏、石膏岩。GR曲线以低幅齿化曲线为特征，地层视厚度为100 m左右(TG1井2 217～2 316.5m)。

3) 下马家沟组(O2m1)

岩性以褐色泥质灰岩、白云质灰岩为主。纵向上分为两段，下段以褐色泥质灰岩为主，夹薄层褐色泥质白云岩，GR曲线以中幅齿化曲线为特征，泥质含量较高；上段以褐色灰岩为主间夹薄层灰质白云岩和薄层凝灰岩，GR曲线为低幅微齿化曲线特征，泥质含量较低。地层视厚度为200～210 m(XG2井2 272～2 484 m)。

4) 上马家沟组(O2m2)

褐色、灰色、暗灰色泥质白云岩、灰质白云岩、泥质灰岩、白云质灰岩。纵向上可以分为3个主要岩性段。下段以中-薄层褐色泥质白云岩为主，泥质含量较高，GR曲线为中幅齿化曲线为特征；中段岩性主要为灰色泥质灰岩，白云质灰岩，GR曲线为低幅微齿化曲线特征；上部为褐色夹深灰色薄-中层灰质白云岩，GR曲线为比中段稍高的微幅齿化曲线。地层视厚度为200～210 m(XG2井2 063.5～2 272 m)。

表1 华北克拉通下古生界奥陶系地层划分对比
Table 1 Stratigraphic division of the Palaeozoic Ordovician strata in North China Craton

5) 峰峰组(O2f)

岩性以褐灰、深灰、浅灰、灰色泥质灰岩、白云质灰岩为主，底部为浅灰色、灰色白云岩，个别地区底部存在石膏岩，峰峰组顶部为加里东期不整合面，地层厚度变化较大，泥质含量较高，地层视厚度为50～250 m。GR曲线表现为多段不同的特征，存在6～8个高幅齿化、尖峰状GR曲线特征，代表着多个泥质夹层，该类泥质夹层在一定范围内具有等时意义，为小层划分提供了可靠的对比标志。

3 峰峰组小层划分和对比

3.1 峰峰组小层划分

本文采用沉积标志层对比法、旋回对比法和地层厚度对比法等进行了小层划分与对比。依据奥陶系峰峰组的GR曲线特征，在对大港探区峰峰组井段地层保存较全且没有被断层错断、上覆地层为上古生界石炭系的多口探井进行分析的基础上，将奥陶系峰峰组进一步细分。细分原则是：1)以峰峰组底部区域分布的“剪刀状”泥质灰岩和峰峰组中下段稳定分布的中厚层泥质灰岩作为区域对比标志层；2)在区域对比标志层的约束下，以碳酸盐岩中的泥质夹层为等时界面，结合GR曲线特征、参考岩性组合及地层厚度进行细分和对比。

依据细分地层单元的划分原则，将大港探区钻穿奥陶系峰峰组的探井进行了地层细分和对比，采用油田开发阶段油层组命名原则，将奥陶系峰峰组自上而下划分为10个小层，依次是峰1—峰10段。其中峰5段全区稳定分布、层段较厚、泥质含量较高、GR曲线高幅齿状曲线形态的特征明显，是区域性对比的标志层(图2)。

图2 大港探区奥陶系峰峰组小层划分Fig.2 Substratum division of the Ordovician Fengfeng Formation in Dagang exploration area

3.2 峰峰组小层对比

结合大港探区的区域地质特点，建立骨架对比剖面，以了解峰峰组各段在探区内自南而北、自西向东的对比关系，并以此为基础研究峰峰组顶面地层剥蚀状况，进而揭示大港探区加里东抬升剥蚀期的岩溶和古地貌特征[8]。

在黄骅坳陷内部自南向北的对比结果表明，BG1-WS1井区奥陶系顶面峰峰组主要出露峰1段，孔店凸起K71井区峰峰组剥露至峰4段，岐北潜山QG8井-港西地区主要剥露峰3段，而北大港的千米桥地区是中生界覆盖在奥陶系之上，奥陶系峰峰组被完全剥蚀，奥陶系顶部仅出露了不全的上、下马家沟组的地层，是因为叠加了印支—燕山期构造运动的改造剥蚀掉了奥陶系顶部—三叠系的正常地层，难寻加里东期不整合面的踪迹；北大港以北的板桥—长芦—北塘—涧南地区据B30X1，XG1，JH2等井揭示主要出露峰5段。大港探区自南向北呈现出峰峰组小层剥露逐层变老的地貌形态，反映了加里东运动结束后，古地势北高南低的地势特征。(图3)

探区南部的沧县隆起南段CC1井-埕宁隆起CG1井东西向对比剖面揭示自西向东逐层出露峰1、峰2、峰3段，在沧县隆起BG1-WS1井区奥陶系顶部出露峰1段，徐黑凸起上的X14井区出露峰2段，埕宁隆起西部的CG1井区出露峰3段，反映加里东运动期的峰峰组小层自两侧的隆起向坳陷内部逐渐变新，两侧的隆起侵蚀程度较坳陷区强烈,反映加里东运动期探区南部构造两侧隆起高，中间坳陷区低的地势特征(图4)。

埕海地区的沧县隆起中段—孔店凸起—埕宁隆起北坡自西向东依次出露峰2段和峰5段，在沧县隆起大城凸起的D9井区出露峰2段，在孔店凸起的K71井—南大港地区的QG1井区大部份出露峰3段，埕宁隆起北坡的ZG2，CH24井区出露峰4段，CH1井区出露峰5段。与图4相比，埕宁隆起北坡剥蚀至峰5段，反映自埕宁隆起向黄骅坳陷内部加里东古地貌的侵蚀层位由老至新，侵蚀程度由强到弱，加里东构造抬升期的古地势为东高西低的斜坡。(图5)

通过大港探区南北向与东西向峰峰组小层对比研究，基本可以勾画出大港探区加里东运动改造后的地貌形态，随着今后勘探程度的不断加深，前石炭纪地貌形态会越来越精细，越来越接近客观实际情况。因此认为：大港探区加里东期古地貌南北方向具有明显的分区性，探区内对比剖面显示奥陶系顶面峰峰组小层的出露情况在大港探区的南、中、北3区存在着差异，具有明显的分段性，反映加里东运动后大港探区的地貌形态总体呈东高西低、北高南低的特征。

4 峰峰组顶面小层出露特征

大港探区在古生界基底基础上经历了印支期、燕山期及喜马拉雅期等后期构造运动的改造，致使加里东期构造运动的形迹被复杂化而难以准确追寻，一直以来，均认为大港探区加里东期为区域性平行不整合，岩溶地貌特征研究鲜有涉及。

通过在全区精细小层对比的基础上，针对大港探区峰峰组顶面小层出露情况进行了分析，并结合后期地层剥蚀改造后残余地层的分布，来研究加里东运动后下伏奥陶系的剥蚀程度，推断地貌起伏形态，预测有利储层发育区，力争对大港探区加里东期不整合面进行全面的再认识、还原其实际面貌，有着重要的科学及生产实际价值[9-10]。

为此编制了反映大港探区奥陶系顶面峰峰组小层段出露情况的前石炭纪地质图，如图6揭示了峰峰组小层段自大港探区孔店南部向北至北塘地区出露具有逐层变老的特点。探区南部的BG1井-WS1井区地层出露最新的峰1段，在WG1以北至北大港以南的区域地层比较复杂，剥蚀程度差异较大，局部剥蚀到峰2段，在K72，WG1井出露峰4段，在埕宁隆起的西北坡区域向盆地内部依次变新，出露峰5、峰3段，反映出加里东期古地形自隆起向盆内由高变低，出露地层依次变新。而在北大港的千米桥地区缺失峰峰组，该区不仅缺失峰峰组，还同时缺失上古生界石炭系-二叠系，中生界直接覆盖在马家沟组之上， 是印支-燕山运动改造、抬升、剥蚀的结果，因而不能反映加里东期的不整合面貌。千米桥以北的板桥-北塘地区自南向北逐层剥蚀，地层逐层变老，依次出露峰3、峰5段。而埕宁隆起的西北方向向黄骅坳陷一侧出露峰5、峰4段，反映向埕宁隆起方向地层逐渐抬升剥蚀，而在埕宁隆起可能出露更老的峰峰组，因无井钻遇，目前还无法考证。总之，大港探区峰峰组剥蚀程度存在着较大的差异，自南而北大致分为4个区域：一是剥蚀程度较弱、峰峰组保存较全的孔店以南地区，出露峰1段揭示该区加里东运动改造后侵蚀较弱区，推测前石炭纪为古地貌洼地-斜坡过渡的岩溶地貌；二是孔店以北至北大港以南地区，古地势起伏较大，该区大范围出露峰3段，局部井区还出露了峰2、峰4段，反映了古地貌侵蚀程度存在较大差异，推断为前石炭纪岩溶台地区；三是千米桥地区，主体缺失峰峰组，奥陶系顶部出露上马家沟组，其上与中生界接触，为印支-燕山运动叠加改造的结果，未能反映加里东期岩溶地貌特征；四是北大港以北的板桥-北塘地区，自南向北依次出露峰3、峰4、峰5段，加里东运动改造后地势要高于黄骅坳陷北大港及以南的地区，是侵蚀最为强烈的区域，为前石炭纪岩溶高地地貌特征。由此可见，大港探区前石炭纪加里东期自北部的北塘及东南侧的埕宁隆起向坳陷一侧，峰峰组小层出露最老，而南侧的乌马营-泊头地区出露峰峰组小层最新，显示了古地势由高到低的地貌特征，岩溶地貌依次显示岩溶高地、岩溶台地、岩溶斜坡、岩溶洼地的地貌特点。加里东运动抬升剥蚀并非以前一直认为的是“整体抬升、近准平原化”，事实是加里东运动造成奥陶系顶部地层具有一定幅度的高低起伏，后经剥蚀改造，在小层级别上显示出“低角度”的不整合特征 (图8) 。

图6 大港探区前石炭纪地质图Fig.6 Geological map of the pre-Carboniferous period in Dagang exploration area

图8 大港探区奥陶系峰峰组与上覆煤系地层接触关系模式及圈闭类型Fig.8 Contact patterns and trap types of the Ordovician Fengfeng Formation and overlying coal measures in Dagang exploration area

因此，经综合研究认为：大港探区加里东期不整合面是一个小层(十～几十米)级别的低角度不整合[11-12]。依奥陶系峰峰组小层出露情况分析，大港探区奥陶系经加里东运动改造后自南向北大致分为孔店及以南地区、孔店-北大港、板桥-北塘3个侵蚀程度不同的地区。按照侵蚀程度的差异，推断大港探区前石炭纪古地貌具有“北高南低、东高西低、南北分区”的特征。

5 加里东运动对奥陶系储层发育的影响

据录井岩性、取心状况和测井解释结果联井对比分析发现，峰1段—峰4段以泥质含量较高的灰岩、泥质灰岩为主，峰5段以下碳酸盐地层以白云岩为主。前人模拟地表环境下碳酸盐岩溶蚀过程的实验结果表明：无论是常温常压还是相对高压的埋藏成岩条件，碳酸盐岩的溶解速率都与其矿物组成有关，但在不同的温压区间中呈现出完全不同的相关关系：1)在近地表的温压条件(40 ℃，常压)下，碳酸盐岩中方解石含量越高，其溶解速率越快，即方解石的溶解速率大于白云石，因而在近地表的表生条件下的石灰岩地层的喀斯特更为发育。2)在75 ℃，20 MPa的温压区间，碳酸盐的溶解过程中仍是岩石中方解石含量越高，其溶解速率越快，即方解石的溶解速率大于白云石，但方解石与白云石之间的溶解速率的差值已大大小于近地表温压条件的实验。3)大于75 ℃，20 MPa的成岩温压区间，碳酸盐中方解石含量越高，其溶解速率越低，方解石的溶解速率大大小于白云石，白云石的溶蚀作用比石灰岩更为发育，白云岩比石灰岩更容易在较深埋藏成岩条件下形成溶蚀孔隙[13]。

如此来看，大港探区奥陶系峰峰组在峰1—峰4段以灰岩为主，峰5—峰10段地层剖面中以灰岩与白云岩互层出现。由于灰岩在表生岩溶条件下比白云岩更容易溶蚀，峰1—峰4段灰岩在加里东期表层岩溶条件下由于溶蚀作用强烈，易产生溶蚀孔洞，喀斯特比较发育，具有较好的储集空间，是岩溶缝洞型储层发育的有利层段；峰5—峰10段白云岩在测井岩性解释剖面上小层内白云岩较为发育，横向连续性、成层性较好，易构成层状规模化储层；白云岩在表生环境下比灰岩更难于溶蚀，而在埋藏环境下白云岩的溶蚀速率要大于灰岩，因此，储集性能经溶蚀改造后更佳，是寻找白云岩规模化储层的有利层段。结合四川、塔里木盆地等近期白云岩储层油气勘探效果较好的实践[14-17]，层状白云岩储层经后期断裂活动沟通上古生界煤系或古近系油源，可望在大港探区奥陶系峰峰组5—10段及以下白云岩储层中发现油气藏[18-20]。

依据峰峰组储层纵向上的发育规律结合大港探区峰峰组小层出露情况，在大港探区奥陶系不同地区存在3种可能的“源-储配置关系”：①在大港探区南部的乌马营-孔店地区，该区向南为岩溶洼地-斜坡区，奥陶系出露峰1—峰4段，与上覆上古生界煤系地层接触，预测峰1—峰4段以寻找岩溶孔洞性储层为主要储集空间的油气藏类型。②歧南-北大港地区不整合面出露峰3—峰4段，应为岩溶台地区，小层与上覆煤系地层接触后，在不整合面附近同样以溶蚀孔洞型储层形成的油气藏为主。这两个地区峰5段及以下白云岩层状储层形成的油气藏需要后期断裂改造与煤系源岩或古近系源岩形成有效沟通。③埕北-北塘地区加里东运动后期剥蚀至峰5段及以下地层，形成层状白云岩储层与上覆煤系地层的直接接触，在煤系地层二次生烃的条件下，有可能形成直接的源储对接，形成地层圈闭型油气藏[21]。

目前，大港探区奥陶系发现的油气藏主要以古地貌溶蚀孔洞、裂缝型油气藏为主，加里东期低角度不整合面的存在预示着可能发育有峰5—10段白云岩储层与上覆的石炭系-二叠系烃源岩接触，构成可能的地层圈闭型油气藏，如果后期保存条件好，能够有效保存下来，势必将成为奥陶系潜山新的勘探对象。总体来看，大港探区奥陶系作为新生代盆地的潜山勘探对象，建议大港探区埕宁隆起北坡及北塘凹陷区的奥陶系的勘探关注该种地层油气藏和有断层沟通至石炭系-二叠系烃源岩的构造气藏；同时，在大港探区中区-南区加强有断层沟通至石炭系-二叠系烃源岩及古近系烃源岩的峰峰组第5小层以下的层状白云岩为储层的构造油气藏的勘探。(图8)

6 结论

1) 研究大港探区加里东期风化剥蚀面貌，应用奥陶系顶部小层划分对比不失为一种有效实用的技术手段，可在整个渤海湾盆地的加里东期不整合研究中均可以推广应用，成为研究华北克拉通内部奥陶系峰峰组及在渤海湾盆地奥陶系加里东运动性质及加里东期古地貌形态的有效技术方法。

2) 通过小层对比及奥陶系峰峰组顶面剥蚀出露小层的层位可还原加里东期不整合面的起伏形态。本次研究提出大港探区的加里东运动改造后奥陶系为宽缓低幅褶皱区，经历1.3～1.5亿年的风化剥蚀后，使得奥陶系峰峰组与上覆石炭系间表现为十～几十米级别的低角度不整合形态，为渤海湾盆地加里东期古地貌恢复打下了基础，拓展了大港探区奥陶系潜山的勘探思路。

3) 受奥陶系峰峰组第5小层连续泥质含量较高的层段控制，发育上、下两种不同的储层类型，峰4段及以上地层岩性主要以块状灰岩、泥质灰岩为主，喀斯特发育，主要形成岩溶孔洞型储层。峰5段及以下地层中白云岩发育、成层性好、呈区域性连续分布，易形成层状白云岩晶间孔型储层，可能为奥陶系峰峰组勘探新的目的层段。

致谢：本文研究过程中得到了中国地质大学(北京)何登发教授、中国石油勘探开发研究院靳久强教授，地质所吴丰成、王夏阳，大港油田公司勘探开发研究院付立新、李红军、楼达、戴尽辉、崔宇等同志的悉心指导与帮助，在此一并表示感谢。