張敬藝，郭 穎，卿 穎，齊立新，于 瑩

(中國石油冀東油田分公司，河北 唐山 063004)

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南堡油田古生界潛山油氣藏成藏條件分析

張敬藝，郭 穎，卿 穎，齊立新，于 瑩

(中國石油冀東油田分公司，河北 唐山 063004)

通過對(duì)寒武—奧陶系野外巖石露頭的實(shí)地觀測(cè)與調(diào)研，結(jié)合巖心偏光薄片鑒定、鑄體薄片鑒定、化學(xué)全分析、物性分析、掃描電鏡、X衍射等資料分析，對(duì)南堡油田古生界潛山的油氣成藏特點(diǎn)與油氣富集規(guī)律進(jìn)行分析，并探討影響油氣成藏的主控因素。研究結(jié)果表明：南堡油田潛山儲(chǔ)層主要巖石類型為石灰?guī)r和白云巖，主要儲(chǔ)集類型為孔隙、裂縫及溶蝕孔，碳酸鹽巖基質(zhì)孔隙度低，晚期未充填的構(gòu)造縫對(duì)油氣聚集有利，油氣沿?cái)鄬雍筒徽厦媛?lián)合運(yùn)移；有效烴源巖是成藏的基礎(chǔ)，良好的成藏要素配置是關(guān)鍵，供烴窗口控制油氣成藏，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層決定富集高產(chǎn)，構(gòu)造高部位為油氣聚集區(qū)。針對(duì)南堡油田古生界潛山的源、儲(chǔ)關(guān)系，結(jié)合控藏因素，構(gòu)建了油氣成藏模式，指導(dǎo)有利圈閉落實(shí)和井位部署，對(duì)下步深化勘探具有指導(dǎo)意義。

古生界；潛山油氣藏；碳酸鹽巖；成藏條件；南堡油田

0 引 言

古潛山是被新生代沉積地層所覆蓋的特殊地質(zhì)體，其形成可反映出基底的抬升與沉降、不整合面的風(fēng)化剝蝕、殘留盆地的形成等[1-3]。渤海灣盆地的冀中、遼河、濟(jì)陽、黃驊等坳陷已發(fā)現(xiàn)了數(shù)十個(gè)潛山油氣田[4-7]，展示了潛山油氣藏勘探的廣闊前景。南堡凹陷位于渤海灣盆地黃驊坳陷北部，總面積為1 932 km2，是在華北地臺(tái)基底上，經(jīng)中、新生代構(gòu)造運(yùn)動(dòng)發(fā)育起來的一個(gè)北斷南超的箕狀富油氣凹陷。近年來，隨著南堡油田油氣勘探開發(fā)工作不斷深入，碳酸鹽巖潛山油氣藏逐步成為重要勘探領(lǐng)域。南堡凹陷1、2、3、5號(hào)構(gòu)造帶上發(fā)育有奧陶系和寒武系的碳酸鹽巖潛山，南堡油田鉆遇潛山地層的探井共17口，其中10口井獲日產(chǎn)百噸高產(chǎn)工業(yè)油流，南堡2號(hào)構(gòu)造潛山已進(jìn)入開發(fā)階段，預(yù)示南堡油田碳酸鹽巖潛山具有良好的勘探前景。該文對(duì)南堡油田古生界潛山油氣成藏條件進(jìn)行綜合分析，以求尋找新的勘探領(lǐng)域。

1 油源條件

烴源巖研究結(jié)果表明，南堡油田發(fā)育多套烴源巖[8]：下古生界海相碳酸鹽巖、上古生界海陸交互煤系地層、中生界陸源碎屑煤系地層和暗色泥巖以及新生界古近系(沙三段、沙一段、東三段)湖相泥巖。不論是古近系油氣藏還是古潛山油氣藏，其豐富的油氣資源主要來自古近系優(yōu)質(zhì)、成熟的烴源巖，中生界和古生界烴源巖生成的油氣資源有限，難以形成較大規(guī)模的油氣富集。油源對(duì)比結(jié)果顯示[9-10]：南堡油田潛山的油源來自于凹陷內(nèi)古近系沙三段生油巖層，該套烴源巖分布廣、厚度大，有機(jī)質(zhì)類型為腐泥腐殖型(Ⅱ2)—腐泥型(Ⅱ1)，有機(jī)質(zhì)豐度高，平均為4%左右，部分高達(dá)8%，生烴潛量大于20 mg/g，Tmax一般在440 ℃以上，是一套成熟、優(yōu)質(zhì)的烴源巖[11]，為南堡凹陷潛山油氣聚集提供了資源基礎(chǔ)。

2 油氣儲(chǔ)集條件

2.1 儲(chǔ)層巖石類型

通過大量野外露頭觀測(cè)、巖心觀察及10余口井的薄片鑒定分析，明確研究區(qū)奧陶系碳酸鹽巖主要巖石類型為石灰?guī)r類、白云巖類以及過渡巖類，包括礫屑灰?guī)r、砂屑灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r、鮞狀灰?guī)r、泥晶灰?guī)r、云質(zhì)泥晶灰?guī)r、粉晶灰?guī)r、泥灰?guī)r、泥質(zhì)條帶灰?guī)r、凝塊石灰?guī)r、泥晶白云巖、灰質(zhì)粉晶白云巖、含灰粉晶白云巖、粉晶白云巖以及角礫巖等多種巖石類型。

2.2 儲(chǔ)集空間類型

國內(nèi)外潛山油藏的勘探經(jīng)驗(yàn)表明，儲(chǔ)層研究是潛山油藏研究的重點(diǎn)[12-13]。南堡油田寒武—奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)層經(jīng)歷了多期成巖演化階段，根據(jù)野外露頭、巖心以及薄片鑒定結(jié)果，結(jié)合測(cè)井資料，按照儲(chǔ)集空間的形態(tài)特征及成因類型劃分，研究區(qū)主要發(fā)育基質(zhì)孔隙、溶蝕孔洞和裂縫3種儲(chǔ)集空間類型，儲(chǔ)集空間以溶蝕孔洞和裂縫為主(圖1)。

南堡灘海地區(qū)主要發(fā)育奧陶系潛山和寒武系潛山。其中，奧陶系潛山儲(chǔ)集空間主要包括基質(zhì)孔隙、溶蝕孔洞和裂縫3種儲(chǔ)集空間類型，以溶蝕孔洞和裂縫為主?；|(zhì)孔隙一般小于2 mm，包括原生粒間孔、粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔、晶間孔、晶間溶孔、晶內(nèi)孔等；溶蝕孔洞一般大于2 mm；裂縫包括構(gòu)造縫、壓溶縫(縫合線)等。寒武系儲(chǔ)集巖類主要由石灰?guī)r和白云巖及其過渡類型組成，儲(chǔ)集層為多孔介質(zhì)，其儲(chǔ)集空間具有如下3種特征：①儲(chǔ)集空間往往是復(fù)合型，孔隙、裂縫、溶孔(洞)同時(shí)存在；②裂縫起到儲(chǔ)集和貫穿孔隙、溶孔(洞)的作用；③儲(chǔ)集空間的結(jié)構(gòu)形態(tài)較為復(fù)雜，具有空間展布不連續(xù)的特征。受各種地質(zhì)作用的控制，這3種儲(chǔ)集空間在碳酸鹽巖中發(fā)育的程度會(huì)有差異。

圖1 南堡凹陷古生界碳酸鹽巖潛山儲(chǔ)層類型

2.3 儲(chǔ)層物性特征分析

巖石物性分析結(jié)果表明，南堡油田奧陶系風(fēng)化殼儲(chǔ)層孔隙度主要為1.4%～4.0%，滲透率為0.1×10-3～66.4×10-3μm2；寒武系內(nèi)幕儲(chǔ)層孔隙度為5.5%～8.3%，滲透率為2.7×10-3～29.7×10-3μm2，屬于低孔、中低滲或低孔、低滲型儲(chǔ)層。南堡油田潛山儲(chǔ)層發(fā)育，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，儲(chǔ)集空間以裂縫和溶蝕孔洞為主，巖心、巖石薄片、成像測(cè)井資料以及鉆井過程泥漿漏失和鉆具放空現(xiàn)象均表明南堡油田潛山儲(chǔ)層類型主要為裂縫孔洞型。

3 油氣運(yùn)移條件

3.1 油氣運(yùn)移通道

油源對(duì)比分析結(jié)果表明，南堡油田灘海地區(qū)的油氣主要來自于林雀次洼古近系的油源，油氣通過斷層和不整合面及孔縫洞儲(chǔ)集體進(jìn)行疏導(dǎo)。

3.1.1 不整合面

南堡油田古生界地層由于長期遭受抬升、風(fēng)化、淋濾、剝蝕，形成厚度較大、分布較廣，與上覆古近系地層呈角度不整合接觸的不整合面，在風(fēng)化、剝蝕及地表水淋濾作用影響下，不整合面以下易于形成大量溶蝕裂縫及溶孔，從而形成油氣在平面上的輸導(dǎo)通道，能夠使油氣在橫向上運(yùn)移至較遠(yuǎn)的儲(chǔ)集層中成藏，是溝通潛山與烴源巖之間的主要油氣運(yùn)移通道。

3.1.2 斷裂

斷裂在南堡油田奧陶系古潛山油氣成藏過程中起到至關(guān)重要的作用，其不僅控制圈閉的形成、裂縫帶的發(fā)育，更是油氣垂向輸導(dǎo)的主要通道。不同級(jí)別的斷裂在油氣輸導(dǎo)過程中的作用不同，控制古潛山的大型正斷層直接溝通下降盤油源，當(dāng)斷裂斷距大于潛山頂面至烴源巖層的距離時(shí)，大段的生油巖將與古潛山儲(chǔ)集體呈側(cè)向?qū)訝顟B(tài)，斷層成為古潛山及其內(nèi)幕油藏最主要的供油通道。另外與油氣成藏期同時(shí)形成并活動(dòng)的次一級(jí)斷裂也是重要的油氣輸導(dǎo)通道，南堡1、2、5號(hào)潛山位于斜坡帶，反向斷層與同向斷層都十分發(fā)育，構(gòu)成了多種類型的潛山斷塊圈閉，這些斷層在油氣運(yùn)移過程中起著重要的輸導(dǎo)作用。

3.1.3 孔縫洞

不整合面和斷層屬于面狀輸導(dǎo)通道，孔滲性儲(chǔ)集體則屬于三維體的油氣輸導(dǎo)通道，在油氣運(yùn)移過程中起著十分重要的作用。古潛山儲(chǔ)集體經(jīng)歷長期的風(fēng)化、淋濾作用后，孔、縫、洞發(fā)育，構(gòu)成孔—縫—洞相互連通的油氣運(yùn)聚場(chǎng)所。油氣運(yùn)移主要以裂縫和溶蝕孔洞作為通道，其中，構(gòu)造縫、溶蝕縫以及壓溶縫等裂縫系統(tǒng)起到非常重要的作用，巖心觀察、熒光薄片、包裹體薄片等資料均證實(shí)了其作為油氣輸導(dǎo)通道的有效性。

不整合面、斷裂、儲(chǔ)集體3種油氣輸導(dǎo)通道在空間配置上構(gòu)成了南堡古潛山油氣成藏復(fù)雜的三維輸導(dǎo)體系網(wǎng)絡(luò)，這一輸導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)在潛山油氣聚集成藏過程中起到了重要作用，是油氣運(yùn)聚的重要通道。

3.2 油氣運(yùn)移模式

對(duì)南堡油田潛山油氣成藏條件、構(gòu)造特征以及生、儲(chǔ)、蓋時(shí)空組合關(guān)系的研究表明，南堡油田潛山主要發(fā)育奧陶系風(fēng)化殼油藏及寒武系內(nèi)幕油藏，其油氣運(yùn)移的主要模式為斷層和不整合面的聯(lián)合運(yùn)移成藏模式，形成新生古儲(chǔ)型油氣藏(圖2)。

圖2 南堡油田古生界潛山油氣成藏模式

由于南堡油田潛山頂面與古近系生油巖直接接觸面積大，控山斷層下降盤古近系生油巖與上升盤古生界地層大面積對(duì)接，油氣通過斷層面垂向運(yùn)移和沿不整合面?zhèn)认蜻\(yùn)移進(jìn)入潛山儲(chǔ)集層，油氣在儲(chǔ)層內(nèi)部通過孔縫洞聯(lián)合儲(chǔ)集體向潛山的高部位運(yùn)移，在合適的圈閉條件下聚集成藏。

4 油氣成藏主控因素分析

4.1 有效烴源巖是基礎(chǔ)

渤海灣盆地古潛山勘探實(shí)踐表明，古近系陸相斷陷發(fā)育沙三段、沙一段等多套優(yōu)質(zhì)有效烴源巖，為古潛山油氣藏提供了豐富油氣資源。近年來的勘探證實(shí)，古潛山油氣藏均圍繞陸相生烴中心近源分布，而遠(yuǎn)離生烴中心的古潛山圈閉含油性較差。

4.2 供烴窗口控制油氣成藏

通過大量的油源對(duì)比分析證實(shí)，南堡油田古生界潛山原油來源于古近系沙河街組沙三段烴源巖，通過多口井流體包裹體均一溫度分析，證實(shí)了南堡油田潛山存在明化鎮(zhèn)早期和晚期2期充注，沙三段有效烴源巖與潛山圈閉只有通過斷層或者不整合面實(shí)現(xiàn)對(duì)接，烴源巖生成的油氣才能運(yùn)移至潛山圈閉中聚集成藏，否則早期形成的潛山圈閉無法捕獲晚期生成的油氣，因此，供烴窗口是油氣成藏的基礎(chǔ)。

4.3 優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層決定油氣富集高產(chǎn)

由于南堡凹陷碳酸鹽巖儲(chǔ)集層具有較強(qiáng)的非均質(zhì)性，其孔隙度、滲透率較低，很難形成有效的儲(chǔ)集空間，只有裂縫和溶蝕孔洞發(fā)育的部位才能形成有效儲(chǔ)集空間，因此，巖溶縫洞型儲(chǔ)層發(fā)育程度及分布范圍控制著該區(qū)的油氣分布和富集。南堡凹陷碳酸鹽巖潛山成藏條件優(yōu)越，油源條件好，供烴窗口大，儲(chǔ)集空間以裂縫和溶蝕孔洞為主，縫洞發(fā)育的地方，才能形成油氣的運(yùn)聚，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的發(fā)育程度是制約油氣成藏的關(guān)鍵，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)往往就是油氣富集高產(chǎn)區(qū)。

4.4 良好的成藏要素配置是關(guān)鍵

對(duì)于南堡油田古潛山而言，除了優(yōu)質(zhì)烴源巖、有效儲(chǔ)層及供烴窗口等必備要素外，油氣成藏還需要具有良好的儲(chǔ)蓋配置，儲(chǔ)層之上的優(yōu)質(zhì)蓋層保證了油氣被封閉在潛山圈閉中，潛山圈閉在側(cè)向上需要有斷層或不整合面形成有效的封擋。

5 下步勘探方向

南堡油田潛山圈閉類型多，目前潛山構(gòu)造高部位勘探程度相對(duì)較高，奧陶系地層型風(fēng)化殼(殘丘)和寒武系潛山內(nèi)幕油藏勘探程度低，是下步深化勘探的方向。

5.1 奧陶系地層型風(fēng)化殼油藏

南堡油田潛山早期勘探以古近系直接覆蓋的構(gòu)造高部位為重點(diǎn)，鉆探取得較好的效果，隨著地質(zhì)認(rèn)識(shí)的深化，進(jìn)一步明確地層分布控制有效儲(chǔ)層的發(fā)育，進(jìn)而控制油氣成藏，因此，地層型風(fēng)化殼(殘丘)成為南堡油田潛山勘探重點(diǎn)。

南堡1、2號(hào)潛山奧陶系地層廣泛發(fā)育，受多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，奧陶系下馬家溝組地層存在明顯侵蝕和削蝕，地層圈閉發(fā)育。供烴窗口、優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層和圈閉有效性共同控制地層型風(fēng)化殼圈閉油氣成藏。南堡油田奧陶系下馬家溝組地層型風(fēng)化殼(殘丘)圈閉上覆古近系細(xì)粒沉積物形成了區(qū)域性蓋層，下馬家溝組底部發(fā)育的厚度約為70 m的泥灰?guī)r可作為一套較好的底板層，圈閉封擋條件相對(duì)較好，因此，主要以供烴窗口大小和優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育狀況為重點(diǎn)將地層型風(fēng)化殼圈閉劃分為Ⅰ、Ⅱ 2類勘探目標(biāo)(圖3)：Ⅰ類目標(biāo)供烴條件好，巖溶儲(chǔ)層發(fā)育；Ⅱ類目標(biāo)供烴條件較好，巖溶儲(chǔ)層較發(fā)育或發(fā)育；Ⅰ類目標(biāo)將是下步評(píng)價(jià)的重點(diǎn)領(lǐng)域。

圖3 南堡油田奧陶系潛山綜合評(píng)價(jià)

5.2 寒武系潛山內(nèi)幕油藏

傳統(tǒng)的潛山油氣成藏理論認(rèn)為潛山油藏主要為構(gòu)造最高部位的風(fēng)化殼油藏[14-15]，隨著潛山勘探的不斷推進(jìn)，南堡油田寒武系內(nèi)幕潛山勘探獲得突破。2011年南堡3號(hào)潛山堡古2井在潛山內(nèi)幕寒武系毛莊組獲日產(chǎn)油為27.8 m3/d、日產(chǎn)氣為17.9×104m3/d的高產(chǎn)油氣流，拓展了南堡油田新的找油領(lǐng)域。

南堡油田各潛山構(gòu)造帶均發(fā)育潛山內(nèi)幕圈閉，沉積相研究表明，寒武系毛莊組為碎屑陸表海沉積，周期性出現(xiàn)孤立的碳酸鹽臺(tái)地、碎屑陸表海層序，上部發(fā)育泥晶鮞粒和藻鮞粒泥粒—顆?；?guī)r，易于溶蝕，形成有利儲(chǔ)層，鉆探已證實(shí)毛莊組發(fā)育一套優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層，具有較高產(chǎn)能。大型潛山斷層的下降盤發(fā)育大套第三系Es34+5烴源巖，與上升盤的潛山圈閉體形成良好的空間配置關(guān)系，而且斷裂的發(fā)育為油氣由“源”到“藏”運(yùn)移提供了有效通道。上覆徐莊組發(fā)育一套厚層泥巖，是一套良好的區(qū)域隔層，圈閉封擋條件較好，根據(jù)儲(chǔ)集物性及供烴窗口大小將潛山內(nèi)幕圈閉劃分為Ⅰ、Ⅱ 2類，其中Ⅰ類圈閉將是下步勘探的重點(diǎn)(圖4)。

6 結(jié) 論

(1) 南堡油田古生界潛山油源主要來自于林雀次洼古近系沙三段，油源斷層和不整合面發(fā)育，具備有利油氣運(yùn)聚條件，可形成新生古儲(chǔ)型油氣藏。

(2) 該區(qū)碳酸鹽巖儲(chǔ)層原生孔隙不發(fā)育，儲(chǔ)集能力較差，裂縫以及溶蝕孔洞是油氣儲(chǔ)集有利空間。

(3) 有效烴源巖、優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層、供烴窗口及良好的成藏要素配置共同控制油氣富集程度。

(4) 南堡1、2號(hào)潛山奧陶系地層型風(fēng)化殼(殘丘)及南堡2、3號(hào)寒武系潛山內(nèi)幕Ⅰ類圈閉是下步勘探的有利目標(biāo)。

圖4 南堡油田寒武系潛山綜合評(píng)價(jià)

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編輯 林樹龍

20150627；改回日期：20151222

國家科技攻關(guān)項(xiàng)目“南堡凹陷油氣富集規(guī)律與增儲(chǔ)領(lǐng)域”(2011ZX-005006-006)

張敬藝(1980-)，女，工程師，2003年畢業(yè)于西北大學(xué)石油與天然氣地質(zhì)專業(yè)， 2008年畢業(yè)于該校構(gòu)造地質(zhì)學(xué)專業(yè)，獲碩士學(xué)位，現(xiàn)主要從事物探工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.02.006

TE122

A

1006-6535(2016)02-0022-05