黄骅坳陷中旺-齐家务地区沙一下亚段油气成藏模式研究

赵 军 马建英 周可佳 王昌丽 董越崎 李晓静

（中国石油大港油田分公司勘探开发研究院）

0 引言

渤海湾盆地为中-新生代内陆裂陷型盆地，古近系和新近系是主要的含油层系[1-5]。沙一段在盆地内普遍发育，细分为沙一下亚段、沙一中亚段和沙一上亚段。沙一段沉积时期，盆地处于扩张期，气候潮湿，水体加深、变广，在凸起周边发育冲积扇、滩坝、重力流等沉积，岩性主要为暗色泥岩、砂岩、碳酸盐岩和膏岩[6]。长期以来，国内各大油气田的勘探主要集中在规模大、潜力大的大型富油气凹陷[7-12]，随着油气勘探程度越来越高，发现油气藏的难度越来越大。以往的勘探实践表明，分布于大型富油气凹陷周边的小型凹陷或洼陷存在油气显示但试采效果不理想，故认为该类型油气藏供烃能力不足、油气充注程度不高。

近些年，油气勘探工作逐步向大型富油气凹陷周边扩大规模，陆续取得重大突破。华北油田保定凹陷曾长期被认为油气源条件差，但近年该区低成熟度油气勘探的成功[13-14]，证实了小凹陷（或小洼陷）存在取得大突破的可能性。中旺次洼油气藏地质条件与保定凹陷相似，这为大港油田油气勘探提供了新的方向和目标。中旺-齐家务地区为隆洼相间、古潜山围限的封闭-半封闭沉积洼地，沙一下亚段（简称沙一下）发育膏岩、生物灰岩、油页岩、页岩、灰质白云岩等岩性，钻井揭示该区以生物灰岩和页岩油油藏为主。高先志等[15]认为，中旺地区沙一下生物灰岩和云质灰岩段油气藏属于自生自储型；关利军等[16]依据碳酸盐岩与泥岩的叠加样式以及碳酸盐岩的不同类型，将中旺地区沙一下划分为生物碎屑-泥岩、泥岩-生物碎屑、白云岩-泥岩、泥岩-白云岩4 种地层叠加类型。此后，关于中旺-齐家务地区岩石特征和油气成藏的研究资料鲜有报道。随着该区钻探井数的增加和地震资料品质的提升，中旺-齐家务地区沙一下油气成藏模式得到进一步的发展和认识。基于近些年的钻井和地震资料，本文从构造、地层沉积、油源对比、断裂疏导体系等方面梳理中旺-齐家务地区沙一下油气成藏模式。

1 区域地质概况

中旺-齐家务地区位于黄骅坳陷歧口凹陷西南缘，西侧为沧东断层，北侧为中旺断层（沧东断层和中旺断层为控洼断层），东北方向与沈青庄地区接合，东部为港西凸起，东南方向由齐家务背斜过渡至歧北斜坡，南部由齐家务背斜过渡至孔店凸起，西南方向与沧东凹陷相邻[1]（图1a）。

图1 中旺-齐家务地区沙一下构造纲要和生物灰岩分布

该区自下而上发育沙三段（Es3，自下而上细分为Es33、Es32、Es31）、沙一下（Es1x）、沙一中（Es1z）、沙一上（Es1s）、东营组（Ed）、馆陶组（Ng）、明化镇组（Nm）和平原组（Qp），地层缺失沙二段（Es2）。其中，沙一下自下而上细分为滨Ⅰ、板4、板3 和板2 油组。中旺次洼为该区沙一下的沉降和沉积中心，沙一下沉积地层最大厚度达300 m，沉积地层沿东北、东南方向迅速减薄，向西南方向缓慢减薄，表明该时期沈青庄地区、齐家务背斜发生剧烈的水下隆升。中旺-齐家务地区的主干断层以长期、中长期活动断层为主（图1a），根据长期、中长期活动断层分布特征，确定中旺-齐家务地区发育中旺、齐家务、港西、孔店4 组复杂断裂带，可作为油气良好的纵向疏导体系。

2 沙一下亚段地层沉积特征

沙一下滨Ⅰ油组沉积时期，中旺-齐家务地区处于水下环境，在沈青庄地区、齐家务背斜的隆升作用下，以及港西凸起、孔店凸起的阻隔下，中旺次洼形成了封闭-半封闭的泄湖区。由于蒸发量大，且与周边歧北斜坡、板桥次洼水体交换较弱，在中旺次洼深水区形成了一套膏岩沉积（图1b、图2），对下伏沙三段地层起到封盖作用。在港西凸起、孔店凸起等周缘浅水水下隆起，该处水体清澈、动荡，生物灰岩普遍发育（图1b、图2），见腔孔、铸膜孔等孔隙结构，是该区重要的油气储层之一。

图2 沙一下沉积地层对比图（剖面线位置见图1a中A-B）

板4油组沉积时期，该区水体加深，与周边歧北斜坡、板桥次洼水体交换能力增强，在中旺次洼沉积厚层深灰色泥岩，厚度达100 m；在中旺次洼边缘W 17102、W 9-8 井区至孔店凸起、歧北斜坡等广阔浅水区，沉积厚层的页岩油层，其岩性主要为深灰色泥岩、油页岩、页岩和灰质白云岩。

板3、板2油组沉积时期，齐家务背斜地区不发育页岩油层，仅在中旺次洼钻遇板2、板3油组，此时期受到北部沧县隆起物源影响，在W 9-8井揭露厚层砂岩，表明该时期水体变浅，发生进积事件。至沙一中沉积时期，该区水体继续加深，沉积1套厚层泥岩和页岩。

3 烃源岩与油源特征分析

3.1 有机质成熟度特征

中旺次洼沙一下烃源岩由油页岩和暗色泥岩组成，总厚度40～117 m，其中油页岩厚度5～30 m，主要分布在齐家务背斜及其附近区域。该区沙一下烃源岩有机质类型主要为Ⅰ型和Ⅱ1型。通常镜质体反射率（Ro）是研究干酪根热演化和成熟度的最佳参数之一，采用烃源岩中总有机碳的重量百分比（TOC）来表示有机质丰度，根据室内热解实验结果，该区沙一下TOC 含量一般为0.5%～5.6%，平均为2.9%，Ro一般为0.3%～0.7%。利用烃源岩热解数据与测井曲线资料拟合计算公式，推广到无岩心资料井，据此绘制沙一下Ro分布图（图3a），中旺次洼沙一下Ro值介于0.5%～0.95%之间，处于低成熟热解阶段，生成低熟油为主。

图3 中旺-齐家务地区Ro分布特征

中旺次洼沙三段烃源岩主要为暗色泥页岩，厚度80～220 m，埋深2 500～4 500 m，有机质类型主要为Ⅱ1型和Ⅱ2型，TOC 一般在1.5%以上。利用烃源岩热解数据与测井曲线拟合计算值绘制沙三段Ro分布图（图3b），中旺次洼沙三段Ro值在0.5%～0.95%之间，处于低成熟热解阶段，以生油为主。

此外，歧北斜坡邻近港西凸起一侧，沙三段、沙一下有机质成熟度均较高。总体上，在中旺-齐家务地区齐家务背斜两侧分布着两大生烃洼陷，均有为该区沙一下储层供油的可能性。

3.2 油源对比分析

中旺-齐家务地区沙一下原油和烃源岩质量色谱图分析表明（图4），该区原油呈现混源特征，表现为淡水和咸水环境下的低等水生生物来源，具体而言，沙一下原油中γ 蜡烷、甲藻甾烷含量由低到高均有分布，反映出淡水环境和咸水环境均有的特征。在m/z 217 质量色谱图上，ααα-20R规则甾烷C27、C28、C29呈“L”型分布，C27规则甾烷优势明显，反映生烃母质主要为低等水生生物来源；三环萜烷含量呈低-中等分布，反映生烃母质含有不稳定-稳定成分。

图4 沙一下原油和烃源岩质量色谱图

通过对比原油和烃源岩质量色谱图，认为该区沙一下原油主要来自于中旺次洼沙一下、歧北斜坡沙一下和中旺次洼沙三段烃源岩。具体表现为：在m/z 217 质量色谱图上，Q 115 井（歧北沙一下）、W 35 井（中旺沙一下）、W 40井（中旺沙三段）烃源岩中ααα-20R规则甾烷C27、C28、C29呈“L”型分布，烃源岩普遍具有明显的C27规则甾烷优势，有机质以低等水生生物来源为主，与原油分析结果一致；W 40 井（中旺沙三段）烃源岩中甲藻甾烷相对含量较低，与W 1102、Qi 1703 井原油中甲藻甾烷相对含量特征相似，反映为淡水环境来源；Q 115 井（歧北沙一下）烃源岩甲藻甾烷相对含量特征相对较高，与W 6-2 井原油中甲藻甾烷相对含量特征相似，反映为咸水环境来源。在m/z 191 质量色谱图上，以C30藿烷为参照，烃源岩和原油中γ 蜡烷的相对含量较为接近；Q 115 井和W 35井沙一下烃源岩中三环萜烷相对含量较低，与W 6-2井和Qi 1703 井原油中的三环萜烷相对含量相似；W 40井沙三段烃源岩具有较为明显的三环萜烷特征，而W 1102井原油也具有较为明显的三环萜烷特征。

通过油源对比分析，认为歧北沙一下、中旺沙一下和沙三段烃源岩生排烃后，向中旺-齐家务地区运聚成藏，导致该区原油呈现混源特征。

4 油气成藏过程分析

基于中旺、孔店、歧北地区沙一下原油密度分布特征（图5），结合断层活动性（图1a），识别出3 条油气运移路径：中旺次洼、港西断裂带、南大港断裂带。长期、中长期活动的断层作为油气运移的优势通道，沟通了中旺次洼和歧北斜坡的生烃洼陷。由于低成熟度原油（密度较大）首先发生运移，高成熟度原油（密度较小）运移滞后，导致随着运移距离增加，原油密度呈现升高的趋势。自歧北斜坡向齐家务背斜方向，港西断裂带、南大港断裂带运移路径上的原油密度呈现逐渐升高的趋势，表明歧北斜坡沙一下烃源岩生排烃后，油气沿着港西断裂带、南大港断裂带发生侧向运移，在齐家务背斜生物灰岩储层中富集成藏。

图5 沙一下原油密度分布特征（20℃）

中旺次洼原油以垂向和侧向运移为特征。平面上（图5），由中旺次洼向齐家务背斜方向，原油密度呈现由低到高的特征，指示中旺次洼低成熟度原油向齐家务背斜运移。剖面上（图6），中旺次洼沙一下底部的膏岩层对沙三段的油气起到遮挡作用，烃源岩生成的油气沿着深大断裂（齐家务断层及其派生断层）发生运移，至沙一下生物灰岩层聚集成藏。中旺次洼沙一下的低成熟页岩油一部分自生自储，在云灰质页岩中富集成藏，另一部分二次运移至生物灰岩层中聚集成藏。

图6 W 9-8井-Kg 1井油藏剖面特征分布（剖面线位置见图5中C-D）

总体上，由于地层隆升和差异沉降控制所形成的隆洼相间构造格局，在断层持续活动中形成的复杂断阶区，以及长期活动的深大断裂和普遍发育的生物灰岩，为中旺-齐家务地区油气聚集成藏提供了运移通道和聚集场所，使齐家务背斜生物灰岩成为该区沙一下有利的油气储层，其次为断阶区且邻近断层的云灰质页岩。

根据油气成藏研究成果，指导部署井位2 口。第1 口井部署于齐家务断层西北侧，探索沙三段扇三角洲水下分支河道的含油气性。研究认为，由中旺次洼沙三段烃源岩提供生烃母质，油气沿着深大断裂垂向运移至砂体，以及原地生成的油气就近运移至砂体，预测该井钻探沙三段砂岩储层具有较好的油气显示。第2 口井部署于港西凸起西侧，探索沙一下生物灰岩的含油气性，该井位于油源断裂附近，预测为中旺次洼沙三段、沙一下烃源岩提供生烃母质，沿着深大断裂运移至沙一下生物灰岩聚集成藏。为此部署的2口井可揭示中旺-齐家务地区沙三段砂岩和沙一下生物灰岩具有较好的含油性。

5 结论

通过分析中旺-齐家务地区断裂活动特征，识别出中旺、齐家务、港西、孔店断层4组复杂断裂带，在长期活动断层两侧形成多个断块圈闭。在港西凸起、孔店凸起周缘生物灰岩普遍发育，埋藏浅，物性好，为良好的油气储层。根据原油密度变化趋势指示油气有利的运移通道，厘清了该区沙一下油气来源和成藏过程，确定齐家务背斜生物灰岩和断层附近云灰质页岩为重要的油气勘探目标。