高長海，張新征，查 明，王曉燕

（1.中國石油大學（華東）地球科學與技術學院；2.中國石化勝利油田分公司地質錄井公司；3.中國石化中原油田分公司采油二廠）

0 引言

潛山油氣藏是我國東部斷陷盆地中重要的油氣藏類型［1-5］。冀中坳陷位于渤海灣盆地西北部，北依燕山隆起，南抵邢衡隆起，西臨太行山隆起，東至滄縣隆起，勘探面積約 3.2×104km2。 冀中坳陷潛山油氣藏的勘探始于1975年，迄今已在多個凹陷發(fā)現了潛山油氣藏，潛山研究也取得了很多重要成果和認識［5-6］。然而，經過30多年的勘探，發(fā)現的多是規(guī)模大、埋藏淺、易識別的潛山油氣藏，同時由于碳酸鹽巖儲集體的嚴重非均質性、潛山構造演化的多期性、流體分布的特殊性等，造成潛山油氣勘探面臨很多難題。近年鉆探的長3、長6、文古3等井連續(xù)獲得高產工業(yè)油氣流，如長6井在古生界寒武系4 738～4 742m試油獲日產油108.6m3、日產氣2 396m3，表明冀中坳陷潛山油氣藏仍具有很大的勘探潛力。筆者利用石油地質、地球物理、有機地球化學等理論和方法，結合油氣勘探實踐，分析了研究區(qū)潛山油氣藏特征并探討了其形成條件和油氣分布規(guī)律，以期對冀中坳陷潛山油氣藏及潛山內幕油氣藏的勘探提供指導。

1 潛山地質特征

1.1 構造特征

呂梁運動后，地槽褶皺回返形成了華北地臺區(qū)。中新元古代，在地臺北緣形成了燕山裂陷槽，沉積了巨厚的中上元古界海相碳酸鹽巖，向南波及冀中坳陷；至古生代，區(qū)內沉積了厚達5 400m的碳酸鹽巖，為形成十分發(fā)育的孔、洞、縫潛山儲集層奠定了物質基礎。中生代開始，構造運動強烈，同時受NW—SE向壓應力場作用，形成NE，NNE，NWW向斷層系，將基巖切割成若干個塊體，使地臺活化、解體［7］，形成古山梁，同時遭受風化剝蝕，該時期是潛山的初始形成階段；新生代古近紀開始，構造活動逐漸減弱，以斷塊差異升降活動為主，在NW—SE向拉張應力場作用下［7-8］，基巖塊體發(fā)生翹傾，在上斷棱部位形成潛山，在下斷棱部位形成斷槽，從而表現出“隆凹相間”的構造格局（圖1），該時期是潛山的主要形成和定型階段；自新近紀開始，潛山進入深埋期，整體以沉降為主。

1.2 地層特征

冀中坳陷潛山地層自下而上主要發(fā)育太古界、中上元古界、古生界及中生界。太古界主要為阜平群經混合巖化和花崗巖化作用形成的一套深變質巖系，巖性主要為花崗片麻巖等。中上元古界發(fā)育長城系、薊縣系和青白口系，是一套以海相碳酸鹽巖為主的沉積。下古生界發(fā)育寒武系和奧陶系，是典型的以淺海地臺相碳酸鹽巖為主的沉積；上古生界石炭系—二疊系是以海陸交互相和陸相碎屑巖為主的沉積，煤系地層較發(fā)育。中生界主要發(fā)育侏羅系和白堊系，為含火山巖的陸相碎屑巖。古生代以來，冀中坳陷經歷了加里東、海西、印支、燕山和喜馬拉雅等多期構造運動，許多層系存在不同程度的剝蝕，地層之間表現為不整合接觸關系。特別是燕山末期的構造運動使華北地臺整體抬升并遭受長期的風化剝蝕，形成了區(qū)域性的第三系之前的地層頂部不整合，且其下伏地層由于受古地形、剝蝕程度等因素的影響，從太古界到中上元古界再到中生界均有出露，整體具有自冀中坳陷中部（饒陽凹陷中北部）向南部和北部地層時代逐漸變新的趨勢（圖 2）。

圖1 冀中坳陷構造單元劃分及潛山勘探成果圖Fig.1 Structuralunitsdivision and exploration resultsof buried hill in Jizhong Depression

圖2 冀中坳陷第三系之前的地層地質圖Fig.2 Geologicalmap of Pre-Tertiary in Jizhong Depression

2 潛山油氣成藏條件

2.1 油源條件

冀中坳陷主要發(fā)育了古近系沙河街組沙一下亞段（E s1下）、沙三段（E s3）、沙四段—孔店組（E s4—E k）以及石炭系—二疊系（C—P）等 4 套烴源巖［9-10］，具備良好的成油物質基礎（表1）。沙一下亞段為一套主要由暗色泥巖組成的淺湖—較深湖相沉積的富氫烴源層，分布范圍較廣，厚度為100～506m，是形成冀中坳陷未熟—低熟油的主要層段。沙三段烴源巖多為正常淡水湖相沉積的暗色泥巖，分布范圍最廣，厚度一般在500～600m，為一套優(yōu)質的烴源巖，是形成冀中坳陷成熟油的主要層段。沙四段—孔店組烴源巖主要為深湖相沉積的暗色泥巖，在冀中坳陷的大部分地區(qū)為一套差或非烴源層。石炭系—二疊系為一套由煤層、暗色泥巖組成的海陸交互相或陸相沼澤煤系地層，煤層厚度一般在10m左右，暗色泥巖厚度一般在100m左右，屬于中等烴源巖，可為冀中坳陷東北部氣藏的形成提供大量氣源［9，11］。 這些烴源巖往往與潛山直接接觸，油氣通過斷層和不整合運移到潛山圈閉中并聚集成藏，可形成“新生古儲”型和“古生古儲”型潛山油氣藏［12-13］。

表1 冀中坳陷烴源巖基本特征表Table1 The featuresof source rocks in Jizhong Depression

2.2 儲蓋組合特征

冀中坳陷潛山油氣儲集層主要分布于中元古界長城系的高于莊組（Ch g）、薊縣系的霧迷山組（Jx w）和下古生界寒武系的府君山組（C1f）以及奧陶系（O）。這些碳酸鹽巖儲層受沉積、成巖、構造應力、巖溶等作用的影響和控制，形成以三維空間網絡為一體的孔、洞、縫系統(tǒng)，是油氣存儲的主要儲集空間（圖3）。該儲層一般為特低孔、高滲儲層，其平均孔隙度為5%～12%，平均滲透率為37～2 000mD，為油氣富集乃至高產創(chuàng)造了條件（表2）。

冀中坳陷發(fā)育有石炭系—二疊系煤系地層、古近系沙三段、沙一下亞段和東二段等4套區(qū)域蓋層。這些蓋層分布普遍，單層厚度大，區(qū)域上分布穩(wěn)定并具有較強的封蓋性能，多屬優(yōu)質蓋層。另外，在潛山內幕中還發(fā)育有很多隔層，如中元古界薊縣系楊莊組（Jx y）和洪水莊組（Jx h）、青白口系下馬嶺組（Qn x）、古生界寒武系饅頭組（C1m）和徐莊組（C2x）等［14］，這些地層泥質含量較高（可達 98%）且非儲層段集中、厚度大，排替壓力在7.7～22.0MPa，為好—較好隔層，可以充當有效的底板層和封堵層（圖3）。

圖3 冀中坳陷潛山儲蓋組合示意圖Fig.3 Sketchmap show ing reservoir-cap rocksassemblage ofburied hill in Jizhong Depression

根據儲層與蓋（隔）層之間的關系，結合地震、測井、鉆井、巖心及野外露頭等資料，發(fā)現冀中坳陷發(fā)育2類（潛山型儲蓋組合和潛山內幕型儲蓋組合）、8套儲蓋組合（圖3）：①常州溝組孔隙-裂縫型砂巖、太古界裂縫型變質巖為儲層，大紅峪組—串嶺溝組泥頁巖為蓋層，構成儲蓋組合Ⅰ，主要分布于饒陽凹陷河間潛山及牛駝鎮(zhèn)凸起；②高于莊組裂縫型碳酸鹽巖為儲層，楊莊組泥云巖、頁巖為蓋層，構成儲蓋組合Ⅱ，主要分布于饒陽凹陷河間潛山、束鹿凹陷東部、牛駝鎮(zhèn)凸起；③霧迷山組裂縫-孔-洞型碳酸鹽巖為儲層，洪水莊組頁巖、泥云巖為蓋層，構成儲蓋組合Ⅲ，主要分布于廊固凹陷、霸縣凹陷中東部、饒陽凹陷西南部、束鹿凹陷；④鐵嶺組孔-洞-裂縫型碳酸鹽巖為儲層，下馬嶺組頁巖為蓋層，構成儲蓋組合Ⅳ，僅分布于饒陽凹陷肅寧洼槽；⑤長龍山組孔隙-裂縫型砂巖為儲層，景兒峪組泥灰?guī)r為蓋層，構成儲蓋組合Ⅴ，主要分布于饒陽凹陷肅寧洼槽、廊固凹陷北部；⑥府君山組裂縫-孔隙型碳酸鹽巖為儲層，上覆饅頭組—徐莊組泥頁巖為蓋層，構成儲蓋組合Ⅵ，主要分布于霸縣凹陷、廊固凹陷及饒陽凹陷東北部；⑦峰峰組—張夏組孔-洞-裂縫型及裂縫-孔隙型碳酸鹽巖為儲層，上覆石炭系—二疊系泥質巖為蓋層，構成儲蓋組合Ⅶ，主要分布于文安斜坡、廊固凹陷東部、深縣凹陷西南部、束鹿凹陷東部、大廠凹陷等；⑧潛山各層系碳酸鹽巖為儲層，古近系泥質巖為直接蓋層，構成儲蓋組合Ⅷ，是冀中坳陷最主要的儲蓋組合類型，全區(qū)廣泛分布。其中，第Ⅰ—Ⅶ套組合屬于潛山內幕型儲蓋組合，第Ⅷ套組合屬于潛山型儲蓋組合。根據儲集層發(fā)育特征、蓋（隔）層分布特征及其封蓋性能①查明，吳孔友，高長海.冀中探區(qū)前第三系基底結構以及潛山、潛山內幕成藏條件與勘探方向研究.中國石油大學（華東），2010.，結合勘探實踐，對8套儲蓋組合的有效性進行了排序，即Ⅷ型＞Ⅶ型＞Ⅱ型＞Ⅵ型＞Ⅰ型＞Ⅳ型＞Ⅲ型＞Ⅴ型。在第Ⅷ 套儲蓋組合中，以霧迷山組為儲層的儲蓋組合最為有效，其次是峰峰組—張夏組、高于莊組等，長龍山組相對最差。

表2 冀中坳陷部分潛山碳酸鹽巖儲層物性統(tǒng)計表Table 2 Statistical table ofburied hillcarbonate reservoir properties in Jizhong Depression

2.3 油氣運移條件

輸導體系是油氣進入圈閉的過程中所經歷的所有運移通道的總和。輸導體系是客觀存在的，沒有輸導就沒有油氣藏［15-17］。潛山斷層和不整合是冀中坳陷潛山成藏的主要運移通道［18］。

受構造活動控制形成的潛山，常發(fā)育潛山邊界斷層和潛山內部斷層，如任西斷層、馬西斷層、牛東斷層等。它們在潛山油氣運移和聚集中起著重要的通道作用，主要表現在：①潛山斷層的發(fā)育，使得古近系烴源巖與潛山儲集體側向對接，有利于油氣直接進入潛山或就近向潛山作二次運移；②潛山斷層是油氣垂向運移進入潛山的重要通道，如任丘潛山的任西斷層，沙三段主力烴源巖生成的油氣沿該斷層垂向運移至潛山圈閉中，同時斷層活動使得沙一段與潛山側向對接，對接面積約 90 km2［6］，沙一段烴源巖生成的油氣可直接通過斷層進入潛山圈閉中（圖 4）。

受區(qū)域構造運動的影響，冀中坳陷基巖頂部不整合十分發(fā)育。長期的沉積間斷使基巖表面遭受風化剝蝕，形成大面積分布的不整合滲透性通道。同時由于塊斷差異升降作用，導致基巖塊體發(fā)生翹傾，造就了古近系烴源巖逐層不整合超覆于潛山儲集體之上，使烴源巖與潛山直接對接，從而成為油氣向潛山二次運移的主要通道。例如，馬西洼槽沙三段烴源巖超覆于任丘潛山上，不整合（潛山的北、南、東三面）生、儲對接面積約 450 km2［6］，烴源巖生成的油氣可直接進入不整合，并沿不整合向潛山高部位運移，從而在圈閉發(fā)育處聚集成藏（圖4）。

由于在構造、沉積特征等方面存在差異，不同凹陷潛山油氣的運移通道往往有所不同，即使同一凹陷中不同潛山的輸導體系也存在差異。從統(tǒng)計的冀中坳陷潛山油氣運移通道類型來看，不同潛山的油氣輸導體系差異明顯，主要存在5種類型：單一斷層型、單一不整合型、單一儲層型、斷層-不整合型以及斷層-不整合-儲層型。其中，單一斷層型和斷層-不整合型是冀中坳陷潛山最主要的輸導體系類型（表 3）。

表3 冀中坳陷部分潛山油氣運移通道類型及供烴方式統(tǒng)計表Table3 The typesofm igration pathway and filling-injecting processesof partburied hills in Jizhong Depression

3 潛山油氣藏類型

油氣藏類型很大程度上取決于圈閉類型，其受控于潛山古地貌、構造形態(tài)、儲集層類型、生儲蓋組合及油氣運移條件等［19-21］。根據目前已發(fā)現油氣藏的發(fā)育部位，將冀中坳陷潛山油氣藏劃分為潛山頂油氣藏、潛山坡油氣藏和潛山內幕油氣藏3種類型，同時又根據油氣藏的形態(tài)和圈閉成因，進一步將其劃分為9種亞類（圖5）。

潛山頂油氣藏是冀中坳陷最為發(fā)育、儲量最多、產量最高的一種潛山油氣藏，也是最典型的一種潛山油氣藏，如任丘、大王莊、河間、鄚州等潛山油氣藏就是這種類型。此類油氣藏的最大特點是潛山儲集層厚度較大，孔、洞、縫極其發(fā)育，儲集空間為不受地層層位限制的大連通體，且油、氣、水分異明顯，因此大部分油氣藏為底水塊狀油氣藏。潛山坡油氣藏是潛山儲層因剝蝕而向上尖滅所形成的，當儲層厚度大于圈閉閉合度時形成潛山坡塊狀油氣藏，如任丘奧陶系油氣藏；當儲層厚度小于圈閉閉合度時形成潛山坡層狀油氣藏，如南馬莊府君山組油氣藏。潛山內幕油氣藏是指位于潛山內部的油氣藏，主要是由于潛山頂部為蓋層而非儲層所形成的，如南孟寒武系層狀油氣藏、荊丘奧陶系塊狀油氣藏等。

目前，冀中坳陷已發(fā)現的潛山油氣藏類型以潛山頂油氣藏為主，其探明地質儲量為4.965 9×108t，占總儲量的93.7%，而潛山坡和潛山內幕油氣藏探明地質儲量僅分別為 0.229 5×108t和 0.104 6×108t，分別占總儲量的4.3%和2.0%。

圖5 冀中坳陷潛山油氣藏類型Fig.5 The reservoir typesofburied hill in Jizhong Depression

4 潛山油氣分布規(guī)律

4.1 油氣分布具東富西貧、南油北氣的特征

勘探實踐表明，冀中坳陷東部凹陷帶（包括大廠、廊固、武清、霸縣、饒陽、深縣、束鹿和晉縣凹陷）集中了全坳陷石油資源量的97%以上和天然氣資源量的100%，而西部凹陷帶（包括保定、石家莊、北京和徐水凹陷）尚未發(fā)現油氣田。同時，在東部凹陷帶，油氣還具有南油北氣的分布特征，石油主要分布于中南區(qū)，占全坳陷探明石油儲量的76.2%，天然氣主要分布于北區(qū)，占全坳陷天然氣探明儲量的97.8%（圖1）?？梢?，冀中坳陷油氣分布上東富西貧、南油北氣的差異性十分明顯，這主要是由其石油地質條件的差異性所決定的。

4.2 油氣沿斷裂帶分布

如前所述，冀中坳陷潛山油氣主要來源于鄰近的生油洼槽，控山斷裂可作為連接潛山儲集層與烴源層的“橋梁”或“通道”，甚至使?jié)撋郊皾撋絻饶粌优c烴源巖直接接觸。因此，油氣易于富集在斷裂帶附近的潛山圈閉中［22-23］，如任丘、雁翎、劉其營、南孟等潛山及潛山內幕油氣藏。

4.3 油氣近油源呈環(huán)帶狀分布

油氣圍繞生油中心呈環(huán)帶狀分布是陸相盆地油氣分布的突出特點之一。距油氣源近的潛山易于成藏，較大規(guī)模的潛山油氣藏均呈環(huán)帶狀分布在主要生油中心的附近［24-26］。例如，圍繞馬西洼槽的任丘、薛莊、八里莊、八里莊西和南馬莊等油田，組成了冀中坳陷最富集的聚油環(huán)，探明石油儲量為4.465×108t，占坳陷探明石油儲量的52.8%；霸縣洼槽周圍的南孟、龍虎莊、顧辛莊、岔河集、高家堡等油田及文安、蘇橋等油氣田組成了冀中坳陷最大的聚油環(huán)。

4.4 復式油氣聚集帶

冀中坳陷的構造帶是以潛山為主體的構造帶。在冀中坳陷已發(fā)現的18個復式油氣聚集帶中，有14個是以潛山為主體的復式油氣聚集帶，其中9個發(fā)現了潛山油氣藏，如南馬莊—河間—留路斷裂潛山復式油氣聚集帶、何莊—深西斷階潛山復式油氣聚集帶等。14個以潛山為主體的復式油氣聚集帶探明石油儲量為7.975 7×108t，占18個復式油氣聚集帶探明石油儲量的89.1%。在已發(fā)現的9個以潛山油氣藏為主體的復式油氣聚集帶中，探明石油儲量為7.1377×108t，其中潛山探明石油儲量為5.4615×108t，占76.5%，這表明潛山油氣藏在以潛山為主體的復式油氣聚集帶中占主導地位。另外，由于潛山具有地形地貌、構造樣式、儲集層分布、儲蓋組合的復雜性及供油通道的多變性，因此，在一個潛山（帶）上存在多種圈閉，如在山頂、斜坡、內幕、山腹等處可形成多種類型油氣藏（圖5）。

5 結論

（1）中新元古代以來的多期構造運動對冀中坳陷潛山圈閉、儲集空間的形成及油氣運移等起著重要的控制作用，使其具有良好的油氣成藏條件。

（2）冀中坳陷潛山油氣來源于古近系和石炭系—二疊系烴源巖；儲集層由太古界變質巖、中上元古界和下古生界碳酸鹽巖組成，儲集空間主要為孔、洞、縫組成的網絡系統(tǒng)；古近系泥質巖、石炭系—二疊系煤系地層和潛山內幕隔層構成了潛山油氣藏良好的蓋（隔）層并發(fā)育2類、8套儲蓋組合，其有利組合順序為Ⅷ型＞Ⅶ型＞Ⅱ型＞Ⅵ型＞Ⅰ型＞Ⅳ型＞Ⅲ型＞Ⅴ型；斷層和不整合是潛山油氣成藏的主要運移通道。

（3）冀中坳陷潛山油氣藏分為潛山頂油氣藏、潛山坡油氣藏和潛山內幕油氣藏3種類型，前者是最主要的油氣藏類型，后二者可作為今后增儲挖潛的重點，如文安斜坡內帶奧陶系潛山內幕圈閉、牛駝鎮(zhèn)凸起長城系常州溝組及高于莊組潛山內幕圈閉等。

（4）潛山油氣近油源分布，具東富西貧、南油北氣的特征，并在斷裂帶附近的潛山及潛山內幕圈閉中富集，構成了復式油氣聚集帶。

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