②. 中国石油华北油田公司勘探开发研究院, 河北任丘 062550
②. Exploration and Development Research Institute, Huabei Oilfield Company, PetroChina, Renqiu, Hebei 062552, China
渤海湾盆地是在华北地台解体之后形成的中、新生代断陷盆地。据第三次资源评价,渤海湾盆地是中国第二大含油气盆地[1]。冀中坳陷位于其西北部,呈NE-SW走向,面积约为3.2×104km2。冀中坳陷具有南北分区、东西分带的特征,在东西方向上可以划分为12个凹陷、7个凸起(图 1)。冀中坳陷发育复杂断块、岩性、潜山等多种类型油气藏[2]。
斜坡是指陆相断陷盆地的深洼槽带向凸起区过渡的地带,是与相邻凸起或凹陷内洼槽区相连的单斜带[3-8]。斜坡带是冀中坳陷重要的油气勘探区带,约占凹陷面积的1/3~1/2,具有较大的油气勘探潜力。
目前,富油凹陷的斜坡勘探程度均较高,构造圈闭基本勘探殆尽。为了进一步推动储量增长,本文从凹陷结构出发,根据成因和地貌特征对斜坡进行分类,总结了陡窄型、宽缓型和平台型沉积斜坡在油源、构造等方面的特征和差异;然后以蠡县斜坡和束鹿西斜坡油气勘探实践为例,分别论述了平台型沉积斜坡和陡窄型沉积斜坡油气成藏新认识,以期为地质条件类似的斜坡带油气勘探提供参考。
2 冀中坳陷斜坡类型 2.1 成因分类根据成因冀中坳陷斜坡可分为沉积斜坡、构造斜坡和构造—沉积复合斜坡三种类型(图 2)。
沉积斜坡形成的主控因素为沉积作用。由于沉积速率的不均一性,造成地层厚度不同,盆地边缘地层厚度大,向盆地内部地层厚度逐渐减小,从而形成了斜坡的形态。冀中坳陷主要的斜坡如蠡县斜坡、文安斜坡、束鹿西斜坡、晋县西斜坡等均属此类。
构造斜坡形成的主控因素是构造运动,沉积速率处于次要地位。构造斜坡在沉积时并不是斜坡,而是由于后期构造运动导致地层抬升或者沉降,其间不同地区构造强度不同,抬升或沉降程度也不同,从而形成斜坡,如大厂凹陷的东部斜坡。
构造—沉积复合斜坡是指由沉积速率和构造运动共同控制而形成的斜坡,不同时期的主控因素不同。在沉积初期,地形上就存在斜坡,但原始坡度有差异,以超覆沉积为主。沉积过程中,块体翘倾,坡度逐渐增大,沉积后期构造活动更为强烈。如廊固凹陷的牛北斜坡。
斜坡类型与油气成藏密切相关。沉积斜坡分布在箕状断陷的缓坡带,斜坡继承性发育,构造活动稳定,地层齐全,是断陷盆地的主要斜坡类型,油气成藏条件最好。构造斜坡一般位于构造转换部位,构造运动强烈,成藏条件差。构造—沉积复合斜坡的成藏条件介于前两者之间。
2.2 地貌分类根据地貌特征,斜坡可分为陡窄型、平台型和宽缓型三种类型[9]。
其中,冀中坳陷陡窄型斜坡带延伸距离一般小于10km,坡度通常超过10°。冀中坳陷南部规模较小的束鹿西斜坡、晋县西斜坡等沉积斜坡和大厂凹陷东部构造斜坡带、牛北构造—沉积复合斜坡带均属于此类型。
平台型斜坡是指延伸范围一般超过10km,地层倾角一般小于5°的斜坡。冀中坳陷中部发育高阳低凸起,横向宽度约为100km。随着地层向高阳低凸起两翼逐渐超覆沉积,其坡度越来越小,沙河街组一段(简称沙一段)之上的地层坡度最低只有1.5°,蠡县斜坡是高阳低凸起的东翼部分。
宽缓型斜坡延伸范围一般超过10km,地层倾角一般大于5°且小于10°,主要分布在冀中坳陷北部较为宽阔的单断箕状凹陷中。自南马庄斜坡至文安斜坡到北部的杨村斜坡属于此类型。
斜坡的地貌特征决定了斜坡与生油洼槽之间的关系。陡窄型斜坡和宽缓型斜坡下倾部位直接与洼槽区的生油岩相接,特别是陡窄型斜坡地层向斜坡方向超覆沉积,部分生油岩会沉积在斜坡的中低部位,油源条件更为优越。此类斜坡坡度大,油气更易于向高部位和外带或凸起带运移。平台型斜坡带坡度最小,在河湖沉积体系下易形成广湖盆沉积,生油岩分布范围大。
3 蠡县斜坡蠡县斜坡位于冀中坳陷中部,面积约为2000km2。地形宽缓,是典型的平台型斜坡。中北段断裂发育,勘探程度高,已探明雁翎、刘李庄、高阳、西柳等4个油田。斜坡中南段构造不发育,且大部分位于源外成藏区,整体勘探程度低。
3.1 油气具远距离运移特征沙河街组一段下亚段(简称沙一下亚段)沉积时期是蠡县斜坡东侧的饶阳凹陷湖泊发育的鼎盛时期,沉积了一套富含有机质的页岩、鮞灰岩、泥质白云岩、暗色泥岩和砂岩组成的“特殊岩性段”[10],是蠡县斜坡的主力烃源岩层[11]。但该套烃源岩的分布范围不是很清楚,制约了油气勘探进展。
为此,首先根据钻、测井资料,分析优质生油岩的地震响应特征,即油页岩和暗色泥岩对应强振幅、高连续地震反射特征。随着砂岩含量增加,振幅逐渐变弱,连续性变差。然后根据该特征分别提取均方根振幅和最小自相关属性,进行自组织神经网络分析(SOMA),结合钻井标定,确定了优质生油岩边界(图 3)。
gb1井揭示,埋深大于2150m的褐灰色油页岩和深灰色泥岩为早熟烃源岩,因此蠡县斜坡中南段烃源岩(埋深大于2150m)均可生油。位于砂泥岩发育区的g13井距油页岩发育区的最短距离为20.8km,钻探获得油气流,这证实蠡县斜坡生成的油气具备向源外长距离运移的条件,由此可推断蠡县斜坡中南段也为有利成藏区。
3.2 “构造脊+薄砂体”成藏模式蠡县斜坡中南段构造圈闭不太发育,但基底发育一组NW向的先存断裂,控制着沙一下亚段之前发育的地层。它与局部压扭应力叠加,形成微幅度构造脊。构造脊本身不是传统意义上的构造圈闭,但它可与断裂系统共同构成油气运移的优势通道,形成构造—岩性复合圈闭,为油气聚集提供可容空间[12]。
蠡县斜坡中南段沙一下亚段尾砂岩单砂层厚度仅为2~5m[13],横向连通性差,但与构造脊配置,容易形成“构造脊+薄砂体”岩性油藏模式(图 4)。
当尾砂岩分布在基底先存断层两侧时,在断层上升盘靠近断层的部位,薄储层被断开易侧向封堵;而在远离断层的下倾方向、沿构造脊走向,依靠薄砂体自身的岩性尖灭可形成构造—岩性复合圈闭。在断裂沟通油源后,油气将沿断面进入构造脊,再沿构造脊上的薄储层向高部位运移并聚集成藏。
针对该类型目标,2016—2020年共钻探6口井,均获工业油流。其中,2020年钻探的n521x获得日产油超过80m3,创蠡县斜坡砂岩油藏单井日产油最高记录。n521x井位于片状砂体发育区,单层厚度为2~6m,该井西侧发育一条北北西走向的断层,构造脊的脊线与断层走向平行,延伸长度为2.3km,宽度为20~80m,幅度为14m(图 5),是典型的“构造脊+薄砂体”有利成藏模式。
束鹿西斜坡是沉积斜坡,属于典型的陡窄型斜坡。其东部下倾方向伸入生油洼槽。横向上古近系泥灰岩、油页岩直接超覆于潜山不整合面之上,油气直接沿不整合面从洼槽区向上运移,斜坡中、外带的潜山圈闭为油气的有利指向区。
以往受地震资料品质所限,认为束鹿西斜坡为西抬东倾的简单斜坡,构造圈闭不太发育,油气勘探进展不大。近年来,以新采集、新处理地震资料为基础,进行了岩性和潜山油藏勘探,获得了规模油气发现。
4.1 新近系可形成岩性油藏新近系埋藏深度小于1700m,是束鹿西斜坡具有经济效益的油气勘探层系。其中,馆陶组三段上部发育20~30m的泥岩段,具备良好的封盖条件;下部为砾岩段,以往认为储层太发育,难以形成岩性圈闭。
新近系沉积时期,宁晋凸起出露地表,是束鹿凹陷主要物源地。由图 6可见,馆陶组三段下部为辫状河沉积体系,辫状河从宁晋凸起南北两侧入湖,并沿凸起向北、向南延伸。凸起东侧为泛滥平原区,可对下倾方向的砂岩形成遮挡。下伏东营组上段为洪泛平原相辫状河沉积,以大套紫红色、浅棕色、灰绿色河流相泥岩夹浅灰色河道砂岩互层为主,泥地比达50%~70%,泥岩厚度约为18~30m,分布范围广,可作为馆陶组底部砂砾岩储层的底板层。因此,馆陶组三段下部具备岩性成藏条件。
馆陶组下段河流多为阶段性和突发性河道,河道砂在河漫相和河流相交互作用下沉积下来。储集层上倾方向或周边被泥岩包围,侧向封堵条件好,深入到潜山顶界不整合面的断层沟通来自洼槽区的油源,形成岩性尖灭油藏或砂岩透镜体油藏(图 7)。2016年钻探的S21井在馆陶组获高产工业油流。随后钻探的开发井S21-6x位于断层上升盘,获工业油流,证实馆陶组三段砂岩透镜体具备成藏条件。
潜山油气藏也是束鹿西斜坡一种重要的油气勘探领域。束鹿西斜坡潜山成藏有两个有利因素:一是油源条件好,油气沿潜山与古近系之间的不整合面和潜山内幕裂缝向斜坡运移成藏;二是奥陶系潜山孔、缝、洞特别发育,储集物性好。
束鹿西斜坡钻遇潜山的探井共22口,多口井只见油气显示,近20年来勘探一直处于停滞状态。制约油气勘探的主要原因为:一是缺少圈闭;二是潜山被砾岩覆盖,难以形成有效封盖。
为此,本文首先改变对于封盖条件的认识。斜坡高部位沙一段为“泥包砂”的岩性组合,东营组发育大套泥岩,均可以作为良好的盖层。根据潜山地层“逢沟必断”的认识(即一般在潜山面有沟槽处,潜山内幕必存在断层),构建了以沟槽充填、砾岩封堵的潜山圈闭。以此反推,潜山“逢断有沟”。沟槽内角砾岩应为沙三段沉积前形成,物性差;奥陶系地层裂缝发育,与角砾岩相比,处于低势区;斜坡外带砾岩渗入的稠油不易渗出,利于封堵油气。
根据新采集地震资料构造成图,潜山顶面更清晰,呈高低起伏,有断有沟,而不是以往的单斜坡形态,发育断鼻、断块构造(图 8)。因此,重新解释、落实了一批圈闭,新发现圈闭15个,面积共27.6km2。
依据束鹿西斜坡潜山地层出露情况,结合储层特征,认为束鹿西斜形成两类潜山油藏(图 9)。高部位出露雾迷山组,形成残丘山块状油藏(图 9中①处)。中低部位出露奥陶系和寒武系凤山组,储层非均质性强、内部隔层发育。根据地层分布情况,可形成潜山坡层状(图 9中②处)或似层状油藏(图 9中③处)。据此共钻探12口井,JG21井等获高产油流。2019年束鹿西斜坡上交三级储量6000多万吨。陡窄型斜坡勘探获得规模突破。
(1) 断陷特征决定了斜坡带类型。根据成因冀中坳陷斜坡可划分为沉积斜坡、构造斜坡和构造—沉积复合斜坡。沉积斜坡成藏条件最好。斜坡的地貌特征与油气地质特征密切相关,陡窄型斜坡和宽缓型斜坡下倾部位直接深入生油洼槽,油源条件好。平台型斜坡易形成广盆河湖体系沉积,生油岩分布范围广。
(2) 蠡县斜坡沉积了大面积生油岩,自身具备生油条件,且油气源外运移距离长;基底先存断裂与局部压扭应力叠加,可形成成带展布的构造脊,与薄砂体配置,可形成“构造脊+薄砂岩”岩性油藏,是平台型斜坡带弱构造变形区的有利勘探方向。
(3) 束鹿西斜坡生油岩分布在斜坡下倾部位的洼槽区,油气通过不整合面和断层运移,横向可运移到凸起。与凸起直接相接的斜坡平原相沉积对下倾方向的砂岩储层形成侧向遮挡,可形成岩性圈闭。斜坡潜山遭受侵蚀形成沟谷相间的地貌,形成小型潜山圈闭;构造规模最小的陡窄型斜坡可获得规模油气发现,这对同类型斜坡的油气勘探具有指导意义。
[1] |
沈华, 范炳达, 王权, 等. 冀中坳陷油气勘探历程与启示[J]. 新疆石油地质, 2021, 42(3): 319-327. SHEN Hua, FAN Bingda, WANG Quan, et al. Petroleum exploration history and Enlightenment in Jizhong Depression[J]. Xinjiang Petroleum Geology, 2021, 42(3): 319-327. |
[2] |
赵邦六, 王喜双, 董世泰, 等. 渤海湾盆地物探技术需求及发展方向[J]. 石油地球物理勘探, 2014, 49(2): 394-409. ZHAO Bangliu, WANG Xishuang, DONG Shitai, et al. Geophyical prospecting requirements and development direction in Bohai Bay Basin[J]. Oil Geophysical Prospecting, 2014, 49(2): 394-409. |
[3] |
金凤鸣, 李宝刚, 崔周旗, 等. 箕状断陷缓坡带油气富集的主要地质因素[J]. 断块油气田, 2011, 18(6): 726-729. JIN Fengming, LI Baogang, CUI Zhouqi, et al. Main geological factors of controlling accumulation and distribution of oil and gas in gentle slope of half graben basin[J]. Fault-Block Oil and Gas Field, 2011, 18(6): 726-729. |
[4] |
杨伟荣, 钱铮, 张欣, 等. 冀中地区文安斜坡带成藏特征研究[J]. 岩性油气藏, 2008, 20(3): 49-52, 94. YANG Weirong, QIAN Zheng, ZHANG Xin, et al. Accumulation characteristics in Wen'an slope belt in Jizhong Depression[J]. Lithologic Reservoirs, 2008, 20(3): 49-52, 94. |
[5] |
张家震. 济阳坳陷缓坡带形成机制及油气成藏规律研究[D]. 广东广州: 中国科学院研究生院, 2006. ZHANG Jiazhen. The Forming Mechanism of Gentle Slope and Reservoir-forming Low in Jiyang Depression[D]. University of Chinese Academy of Sciences, Guangzhou, Guangdong, 2006. |
[6] |
秦永霞, 姜素华, 王永诗. 斜坡带油气成藏特征与勘探方法——以济阳坳陷为例[J]. 海洋石油, 2003, 23(2): 14-20. QIN Yongxia, JIANG Suhua, WANG Yongshi. Pool-forming features and exploration methods for oil and gas in slope zone[J]. Offshore Oil, 2003, 23(2): 14-20. |
[7] |
金之钧, 云金表, 周波. 塔里木斜坡带类型、特征及其与油气聚集的关系[J]. 石油与天然气地质, 2009, 30(2): 127-135. JIN Zhijun, YUN Jinbiao, ZHOU Bo. Types and characteristics of slope zones in Tarim Basin and their relationship with oil accumulation[J]. Oil & Gas Geology, 2009, 30(2): 127-135. |
[8] |
李丕龙. 陆相断陷盆地油气地质与勘探[M]. 北京: 石油工业出版社, 2003. LI Pilong. Petroleum Geology and Exploration of Continental Fault Basin[M]. Beijing: Petroleum industry press, 2003. |
[9] |
董大伟, 赵利, 李婷婷, 等. 渤海湾盆地冀中坳陷典型斜坡带成因机制及油气成藏特征[J]. 石油实验地质, 2019, 41(4): 498-507. DONG Dawei, ZHAO Li, LI Tingting, et al. Evolution mechanism and hydrocarbon reservoir characteristics of typical slope zones in Jizhong Depression, Bohai Bay Basin[J]. Petroleum Geology and Experiment, 2019, 41(4): 498-507. |
[10] |
张峰, 李胜利, 黄杰, 等. 华北蠡县斜坡油气藏分布、成藏模式及主控因素探讨[J]. 岩性油气藏, 2015, 27(5): 189-195. ZHANG Feng, LI Shengli, HUANG Jie, et al. Hydrocarbon reservoir distribution, accumulation models and main controlling factors in Lixian slope, North China[J]. Lithologic Reservoirs, 2015, 27(5): 189-195. |
[11] |
罗彩珍, 田世澄, 李瑞民. 冀中饶阳凹陷蠡县斜坡北段古近系沙河街组沉积相及成藏有利区带[J]. 古地理学报, 2009, 11(6): 697-701. LUO Caizhen, TIAN Shicheng, LI Ruimin. Sedimentary facies and favorable area of hydrocarbon accumulation of the Paleogene Shahejie Formation in northern Lixian Slope of Raoyang Sag in central Hebei Province[J]. Journal of Palaeogeography, 2009, 11(6): 697-701. |
[12] |
冯许魁, 何文渊, 胡少华, 等. 构造脊控藏模式及勘探实例[J]. 石油学报, 2022, 43(8): 1065-1077. FENG Xukui, HE Wenyuan, HU Shaohua, et al. Hydrocarbon accumulation model and exploration case of structural ridge[J]. Acta Petrolei Sinice, 2022, 43(8): 1065-1077. |
[13] |
张胜, 韩春元, 杜新江, 等. 测井岩性解释模型构建技术及在薄储层反演中的应用[J]. 石油地球物理勘探, 2018, 53(增刊1): 316-323. ZHANG Sheng, HAN Chunyuan, DU Xinjiang, et al. Logging lithologic interpretation model construction technology and its application in thin reservoir inversion[J]. Oil Geophysical Prospecting, 2018, 53(S1): 316-323. |