沧东凹陷位于黄骅坳陷南部，勘探面积1760km²，古近系孔店组孔二段是主力烃源岩和主要勘探层系，在新生代持续伸展过程中经历差异化改造，发育凸起、斜坡和深凹构造。沧东凹陷孔二段早期勘探以正向构造单元内构造油气藏为主，先后发现了舍女寺、枣园、王官屯等油田。近年来随着勘探步入中后期，勘探方向逐渐向斜坡区、深凹区转变，以负向构造单元成藏地质理论为指导，在南皮地区油气勘探不断取得新发现^[1-3]：斜坡区三角洲前缘砂体与烃源岩匹配关系好，有效烃源岩范围内发育大面积含油的岩性油藏，部署实施预探井位10口，获得工业油流井8口，新增石油地质储量5000余万吨，展示较大规模勘探潜力；南皮深凹区内陆相页岩油勘探开发取得重要突破，建成我国首个10万吨级湖相页岩油开发平台^[4-5]。深层孔二段岩性油藏、页岩油藏不断取得新发现，展现出沧东地区负向构造区孔二段源储一体、近源成藏潜力，下凹勘探已逐渐成为沧东地区孔二段增储上产的重要领域。

沧东深凹区位于沧东凹陷西侧，为沧东断层控制形成的箕状凹陷，勘探面积为260km²，埋深大于4400m，是沧东地区孔二段埋深最大的地区。由于上升盘孔二段缺失且无井钻遇，湖盆性质存在多解性，关键成藏要素认识不清，沧东深凹区孔二段勘探主要面临三大难题困扰：一是基于原有坳陷湖盆模型，推测湖盆边缘在现今沧东断层以西，断裂活动导致早期三角洲被部分剥蚀^[6]，深凹区内残余三角洲砂体发育位置与规模认识不清；二是深凹区孔二段构造埋深大，4400~6000m，压实作用强，深层是否存在有效储层有待落实；三是受后期旋转掀斜改造，孔二段半深湖—深湖相的优质烃源岩分布于高部位的斜坡地区，储集体分布于烃源岩相区下部，源储配置关系是否可以规模成藏仍不明确。

为落实沧东深凹区孔二段砂体分布情况及其含油气潜力，实现沧东深层油气勘探突破，部署实施风险探井——沧探1井。该井在孔二段钻遇砂岩储层，试油获日产油118m³，是继沧东凹陷页岩油取得突破后，孔二段油气勘探取得的又一重大突破。作为沧东深凹区首口探井，深入解剖其基础地质信息对研究深凹区油气成藏特征具有重要意义。本文基于沧探1井钻探情况深入分析原型湖盆结构、储层发育特征、烃源岩评价等基础地质特征，在此基础上系统分析深凹区烃源岩发育情况、储层特征和成藏要素时空配置关系，旨在进一步揭示深凹区孔二段油气成藏条件与富集特征，为该区进一步勘探及其他地区拓展勘探提供参考和借鉴。

沧东凹陷位于渤海湾盆地腹部的黄骅坳陷南部，为沧东断层、徐西断层夹持的不对称断陷结构，该区经历40多年勘探，已发现多套含油层系，是渤海湾盆地富油凹陷之一。

前期研究表明，沧东凹陷为中生代晚期区域性隆升夷平基础上，自古新世中晚期开始伸展形成的裂陷盆地，古近系孔店组为初始裂陷期沉积，划分为3段，早期孔三段、孔二段沉积期表现为坳陷（或坳断）盆地特征^[7]，孔一段上至沙河街组沙三段沉积期断裂活动强烈，其中沧东断层和徐西断层强烈伸展变形，凹陷内经历差异化改造，在断层下降盘形成深凹槽，铲式正断层轴向旋转，中部形成孔店构造带，孔店构造带与深凹槽之间为孔东斜坡和孔西斜坡（图 1左）。

图 1

图 1 沧东深凹区周缘勘探成果图（左）与地层综合特征图（右） Fig. 1 Exploration achievements (left) and comprehensive stratigraphic column (right) in the peripheral Cangdong deep subsag area

孔二段沉积期，沧东凹陷为陆内闭塞湖盆，四周发育沧县隆起、徐黑凸起、孔店凸起、东光凸起4个物源体系（图 1左），充填地层具有向湖盆内部逐渐变细的特征，平面上呈现出环带状展布^[8]，外环带为三角洲前缘粗粒相带，中环带为三角洲前缘远端—前三角洲形成的粗粒与细粒间互带，内环带前三角洲远端—半湖区的细粒相带，发育厚层泥页岩。纵向上孔二段可划分为4个油组，岩性具有纵向变化快、薄互层发育的特点^[9]，总体上孔二₄油组、孔二₂油组为主要砂岩发育段，孔二₃油组与孔二₁油组发育两组烃源岩，形成较好的源储组合（图 1右）。

沧东深凹区位于沧东凹陷北段、西侧，受沧东断层控制，地层东倾呈半地堑构造形态，构造演化与沉积充填主要受沧东断层及西侧沧县隆起物源控制。深凹区内部构造变形较弱，东侧、南侧以简单斜坡构造区与舍女寺鼻状凸起、孔店构造带两大正向构造单元相接（图 1左），凸起区内孔二段已探明开发。孔二段环湖发育三角洲沉积体系，三角洲前缘砂体与湖相生油岩互层沉积，匹配关系较好，具备近源充注形成岩性油藏的有利条件，是下凹寻找规模油气储量的重要领域^[2]。

沧探1井完钻井深5398m，完钻层位孔二₄油组上部，孔二段钻探厚度为615m，钻探过程中油气显示活跃，共见265m/64层气测显示。钻井揭示两类油藏，孔二段上部的孔二₁油组和孔二₂油组发现多套砂体，孔二段累计砂岩厚度为188m，测井解释油层、差油层共110m/55层；下部孔二₃油组主要为半深湖泥页岩等细粒沉积，钻遇泥页岩厚度为226m，按照页岩油评价标准，钻遇Ⅰ类、Ⅱ类甜点段125.5m/9层。在沧探1井孔二₁、孔二₂油组砂岩油层进行分段压裂测试，4mm油嘴日产油118m³（图 2），沧东深凹区孔二段勘探取得重大突破。基于沧探1井揭示地质信息，重新认识孔二段湖盆结构及储层、烃源岩发育特征，深化深凹区孔二段基础地质认识。

图 2

图 2 沧探1井孔二段四性关系图 Fig. 2 Four-property relationship of the second member of Kongdian Formation in Well Cangtan 1

由于上升盘孔二段缺失，盆内无井钻遇，深凹区湖盆性质存在多解性，沧探1井钻遇地层岩相组合可为分析深凹区湖盆结构及沉积充填过程提供依据。前期研究认为孔二段沉积期沧东深凹区为坳陷湖盆结构，即现今边界断层在孔二段沉积期不活动，整体呈中心沉降的碟状湖盆结构^{[6, 10]}，之后经历构造反转、剥蚀，现今为孔二段残余湖盆（图 3）。沧探1井揭示孔二段厚度最大，基于坳陷湖盆中心沉降认识，按厚度趋势推测孔二段沉积期湖盆边缘在现今沧东断层以西，深凹区位于三角洲较前端部位，发育长距离搬运的辫状河三角洲前缘与滨浅湖交互的沉积相组合，岩性以细粒沉积为主，半深湖—深湖沉积分布在湖盆内部，后期发生构造反转，优势烃源岩位于构造高部位，上生下储配置关系不利于油气成藏（图 3b）。沧探1井揭示孔二段内砂体较为发育，孔二₁油组、孔二₂油组砂地比为61.3%，反映相对近源的沉积环境，同时下部孔二₃油组泥页岩为深灰色（图 2），反映水体较深的沉积环境，整体岩相组合与坳陷湖盆沉积充填背景存在差异。

图 3

图 3 沧东深凹区坳陷湖盆—旋转掀斜演化模式图 Fig. 3 Structural evolution from depression lake basin to rotating-tilting pattern in Cangdong deep subsag area

根据沧探1井岩相组合特征，结合构造演化、盆内断裂活动等综合分析，认为沧东断层在孔二段沉积期就已经开始活动，并对湖盆结构产生控制作用（图 4）。首先，盆内孔二段沉积期断裂已开始活动，总体上表现为活动断层分布广、单条断层位移较小、二级断层与三级断层的活动程度差异较小的特征，证实当时并不是单纯整体沉降的坳陷湖盆^[11]；其次，大量地球物理资料表明沧东断层在中生界沉积前为逆冲断层^[12-14]，中生代晚期至新生代开始反转，伸展早期作为先存断层具有优先活动的条件^[15]。根据新一轮等时界面追踪恢复残余地层厚度，深凹区孔二段东西向具有向沧东断层增厚的趋势，南北向均发生不同程度的减薄，具有典型的箕状湖盆结构特征（图 5）。因此，孔二段沉积期深凹区为沧东断层早期活动控制形成的低幅度断陷湖盆结构，为近源三角洲砂体与半深湖—深湖相烃源岩发育提供可容纳空间(图 4a)，之后沧东断层持续活动，控制形成现今的深凹构造，地层上倾有利于形成岩性圈闭(图 4b)。

图 4

图 4 沧东深凹区断陷湖盆—继承沉降演化模式图 Fig. 4 Structural evolution pattern from fault lake basin to inherited subsidence in Cangdong deep subsag area

图 5

图 5 沧东深凹区孔二段古地貌特征图 Fig. 5 Paleogeomorphogloic characteristics of the second member of Kongdian Formation in Cangdong deep subsag area 以沧东断层为界，西侧为沧县隆起布格重力异常图，东侧为沧东凹陷孔二段残余地层厚度图

深凹区为孔二段沉降中心，有利于烃源岩发育。沧探1井孔二₃油组为泥页岩集中发育段，岩性以深灰色泥页岩为主，有机质丰度高，TOC平均为2.7%（图 2），有机质类型好，以Ⅱ型为主，占比为80%（图 6），埋藏深度大，演化程度高，R_o平均为1.3%，在沧东凹陷边缘首次发现优质烃源岩分布。孔二₃油组泥页岩S₁为1.5~6mg/g，平均为2.7mg/g，电阻率大于20Ω·m，与斜坡区页岩油指标相当^[5]，页岩油成藏条件优越，按照沧东凹陷页岩油评价标准，多为Ⅰ—Ⅱ类甜点段（图 2）。

图 6

图 6 沧探1井孔二段烃源岩有机质类型分布图 Fig. 6 Organic matter type of the second member of Kongdian Formation source rock in Cangdong deep subsag area

伽马蜡烷指数可用于判断烃源岩沉积环境，C₂₀TT—C₂₁TT—C₂₃TT丰度分布样式、C₂₄TET/C₂₆TT与C₂₇—C₂₈—C₂₉规则甾烷相对含量常用于指示烃源岩母质类型。对比深凹区沧探1井与孔西斜坡G108-8井孔二段泥页岩生物化合物特征发现（图 7），两者伽马蜡烷指数差异较小，分别为0.13与0.15（图 7a、d），表明沧东深凹区与孔西斜坡区孔二段烃源岩均为高盐度、强还原沉积环境。烃源岩母质输入方面，深凹区烃源岩C₂₀TT < C₂₁TT < C₂₃TT、C₂₄TET/C₂₆TT为0.6、C₂₇—C₂₈—C₂₉规则甾烷中C₂₇规则甾烷占绝对优势（图 7b、c）；孔西斜坡烃源岩C₂₀TT > C₂₁TT > C₂₃TT，C₂₄TET/C₂₆TT为3.3、C₂₇—C₂₈—C₂₉规则甾烷中C₂₉规则甾烷占绝对优势（图 7e、f），表明与孔西斜坡区孔二段烃源岩相比，沧东深凹区浮游生物输入量更大，母质类型更好，生烃潜力更大。

图 7

图 7 沧东深凹区与孔西斜坡区烃源岩生物标志化合物特征图 Fig. 7 Biomarker characteristics of the second member of Kongdian Formation source rock in Cangdong deep subsag area and Kongxi slope zone

受沧东断层活动控制，沧探1井孔二₁、孔二₂油组发育扇三角洲沉积，以细砂岩、粉砂岩、不等粒砂岩与暗色泥岩不等厚互层为特征，砂岩累计厚度为188m，单层砂岩厚度主要为1~4m，最厚处可达10m。可识别出扇三角洲前缘水下分流河道、水下分流河道间、席状砂、河口坝等微相，其中水下分流河道是扇三角洲前缘的主体，岩性主要为中—厚层细砂岩，夹薄层暗色泥岩，垂向上以正韵律或块状韵律为特征，单层砂岩厚度一般为2~5m，自然伽马呈中高幅锯齿形箱状、钟状特征（图 2）。粒度分析及镜下薄片表明（图 8），孔二₁、孔二₂油组岩性主要为岩屑长石砂岩，以细砂状、粉砂状结构为主，可见粉砂、细砂、中砂、粗砂混杂分布的不等粒砂状结构（图 8a），总体分选中等偏好，磨圆中等（图 8b）。砂岩粒间溶孔、粒内溶孔等次生孔隙较为发育（图 8c、d），埋深在4400~4800m之间，孔隙度为7%~13%，沧东凹陷超深层首次发现有效储层。

图 8

图 8 沧探1井孔二段砂岩岩石薄片图 Fig. 8 Thin section of the second member of Kongdian Formation sandstone in Well Cangtan1

沧探1井孔二段取得突破，证实沧东断控深凹具备有利成藏条件，打开了沧东探区深层油气勘探的新局面。在沧探1井钻探认识基础上，分别从烃源岩条件、有利储集体分布、成藏模式等方面开展孔二段油气地质特征与潜力方向重认识，明确深凹区半深湖—深湖烃源岩广泛分布，沿边界断层发育三角洲规模储集体，源储时空配置关系优越，具备较大勘探潜力。

沧东凹陷在孔二段沉积期为淡水—半咸水湖盆，徐黑凸起和沧县隆起向湖盆输入大量有机质，气候温暖湿润，有利于优质烃源岩发育。孔二段烃源岩岩性为一套黑色、深灰色富含有机质的泥岩、灰褐色油页岩和泥灰岩，厚度为50~450m，整体为好—很好烃源岩，生烃门限在2600m左右^[16]。

断陷湖盆结构为孔二段半深湖—深湖相沉积提供有利空间。孔二段经历一个完整的长期旋回，该旋回可进一步划分为两个中期旋回（图 1右）。沧探1井钻遇的孔二₃油组烃源岩对应第一个中期旋回水进过程，水进砂退，断陷湖盆内半深湖—深湖相泥页岩可延伸至边界断层根部。第二次水进未见厚层烃源岩，可能与晚期物源供给强度有关。总体上孔二段烃源岩仍符合环带状分布的特征，即受盆缘沉积体系波及范围影响，向湖盆腹地细粒沉积物占比加大，斜坡区烃源岩更为发育，Z1605井孔二段整体发育半深湖—深湖相泥页岩，TOC平均为3.52%，S₁平均为3.29mg/g。沧探1井揭示孔二₃油组烃源岩为不连续、中高频、中弱振幅反射特征，在深凹区—斜坡区地震相特征相似（图 9），层间振幅属性落实孔二₃烃源岩分布面积为107km²。同时向斜坡区内孔二₁、孔二₂油组由弱连续、高频、中强振幅的砂岩反射特征相变为连续、低频、强振幅反射特征的烃源岩，总体上看深凹区—斜坡区烃源岩广泛发育，具备大面积成藏的资源基础。

图 9

图 9 过沧探1井—Z1605井地震剖面图（剖面位置见图 5） Fig. 9 Seismic profile cross wells Cangtan1-Z1605 (section location is in Fig. 5)

在沉积物从物源区到汇水盆地的整体研究基础上，井震结合开展储层预测可以更好地落实砂体展布^[17]。深凹区孔二段具有断陷湖盆结构，位于边界断层上升盘的沧县隆起为主要物源区，隆起区内重力异常低值区反映相对低洼的地貌特征^[18-19]，总体可见两个重力相对低值区（图 5），地震剖面识别出3个侵蚀沟槽（图 10a），可作为物源供给通道；边界断层分段活动控制砂体展布，平面上沧东断层并非是一条平直断层，自南向北发生北北东走向到北东东走向的交替变化，剖面显示沧东断层被调节断层切割，断面深度向北呈阶梯状加深，具有明显的分段特征（图 10b），分段调节构造有利于形成沉积物的卸载区，控制砂体进入湖盆的位置^[20-21]。断控湖盆为三角洲砂体向盆内扩展提供了可容纳空间，与3个转换带对应，横切物源方向可识别出3个砂体带，具有较连续、中高频率、中强振幅反射特征（图 10c），顺物源方向剖面可见多期砂体加积反射特征（图 9）。总的来看，深凹区源—渠—汇体系完整，侵蚀沟槽、断裂调节带、盆内三角洲扇体空间匹配，优选敏感属性进行融合实现砂体分布范围预测^[22]，落实3支连片扇三角洲沉积体，多支砂体纵向叠置，为优质储层发育奠定了物质基础（图 11）。

图 10

图 10 深凹区盆外—盆内结构特征剖面图（剖面位置见图 5） Fig. 10 Structural characteristics seismic profiles from outer to inner basin (section location is in Fig. 5) (a) 沧县隆起横切沟槽地震剖面；(b) 沧东断层调节带地震剖面；(c) 横切物源方向地震剖面

图 11

图 11 沧东凹陷孔二段融合属性图 Fig. 11 Seismic fusion attribute of the second member of Kongdian Formation in Cangdong deep subsag area

深凹区孔二段水下分流河道砂体与湖相烃源岩交替发育，良好的源储空间配置关系是油气规模富集的基础。纵向上孔二₁、孔二₂油组储层与孔二₃烃源岩叠置，横向上三角洲砂体相变为湖泊相泥页岩，具备下生上储、旁生侧储的有利条件。同时，深凹区整体呈两凹夹一隆的构造格局，砂体带分布在构造高点，为油气聚集提供了良好的构造背景（图 10c）。

深凹区内高丰度、高成熟烃源岩和强力供烃条件是油气富集的前提。沧探1井孔二段样品中的包裹体主要赋存于石英颗粒内，其中油包裹体及与其同期形成的盐水包裹体的均一温度代表烃类进入砂岩储层时的古温度^[23-24]。沧探1井孔二段砂岩储层中70件油包裹体和共生盐水包裹体均一温度测量数据表明，均一温度分布在110~150℃，主峰位于120~130℃。根据钻遇地层厚度与古热流值对埋藏与热演化史进行恢复，受沧东断层影响，深凹区早期经历了快速沉降过程（图 12），促进了烃源岩成熟，结合流体包裹体数据，深凹区烃源岩在孔一段沉积期达到生烃门限开始排烃，之后持续沉降，总体上具有早生早排、持续充注的特点。

图 12

图 12 沧东深凹区埋藏史模拟图 Fig. 12 Burial history simulation in Cangdong deep subsag area

深凹区烃源岩生排烃过程对深凹区有效储层发育起到关键作用^[25]。一是在快速深埋过程中，砂岩储层受压实作用时间短导致减孔作用不彻底，同时与之接触的烃源岩开始排烃，早期充注有效抑制成岩作用的进程，有助于原生孔隙的保存^[26-28]；二是烃类充注过程中产生的酸性孔隙流体可以有效改造储层，有利于溶蚀孔隙的发育；三是持续生烃导致深凹区形成异常高压。通过沧探1井泥岩发育段与其声波时差对应函数关系研究，孔二段地层压力主要分布在50~70MPa，压力系数位于1.2~1.6之间，东侧斜坡区G89井实测压力系数为1.3，证实整个深凹区内存在异常高压带，有效延缓储层压实作用、促使溶蚀作用发生，也可使低渗透储层变为有效储层^[29-34]。因此，深凹区内有机酸持续溶蚀与生烃增压共同作用，粒间溶孔、粒内溶孔等次生孔隙较为发育（图 8c、d），埋深4500m以下仍可发育有效储层。

总体上看，现今沧东深凹区具有常规砂岩油藏与页岩油藏连续成藏的特征。结合沧东凹陷构造演化史，建立深凹区孔二段油气成藏模式。孔二段沉积期，受边界断层控制陡坡带发育三角洲砂体与半深湖—深湖相泥页岩互层沉积，形成优势成藏组合（图 13a）；孔一段沉积期发生继承性的快速沉降，强烈的构造变形主要被斜坡高部位的反向断层调节，深凹区内断层活动时间短且尺度较小，一定程度上沟通了下部油源，砂体上倾尖灭，在埋藏早期形成岩性圈闭，此时烃源岩埋深达到2700m开始排烃，油气近源运聚形成早期岩性油藏（图 13b）；沙河街组沉积期至今，沧东断层的持续活动仅造成地层发生旋转掀斜，早期油藏未受到构造活动破坏，保存条件有利，高成熟烃源岩生烃增压，稳定泥页岩封盖，形成流体封存箱，砂岩储层中形成异常高压，形成超压岩性油藏（图 13c）。同时整个斜坡区埋深大于3000m，泥页岩整体成熟，形成大面积分布的页岩油藏。

图 13

图 13 沧东深凹区油气成藏演化模式图（剖面位置见图 5） Fig. 13 Hydrocarbon accumulation evolution pattern in Cangdong deep subseg area (section location is in Fig. 5)

钻探证实沧东断层下降盘孔二段扇三角洲储集体发育且高产，页岩油富集条件有利，陡坡带裙边扇体和中低斜坡页岩是规模增储的现实领域。沿沧东断层共发育3个扇体，初步落实砂体总面积103km²（图 11），埋藏深度为4000~5500m，与下部高成熟烃源岩叠置，油气早期充注、超压保孔、溶蚀增孔共同作用形成规模储集体，成藏条件有利，预测资源量超1×10⁸t。沧探1井揭示孔二₃油组泥页岩有机质丰度高、演化程度高，厚度为226m，在深凹区内稳定分布，预估页岩油资源量超2×10⁸t，展现出广阔的勘探前景。

沧探1井孔二段勘探突破，对沧东探区油气勘探战略转移具有重要意义。一是钻探证实孔二段沉积期沧东凹陷具有断陷湖盆的特点，首次在凹陷边缘发现优质烃源岩，带动深凹区及其周边地区的油气勘探；二是沧东深凹区首次在4500m以深发现有效储层，试油获得高产，扩大了勘探深度，坚定了下凹勘探的信心；三是落实深凹区岩性油藏与页岩油藏连片分布、满凹含油的特征，为老油田二次勘探开辟了新的常规、非常规一体规模增储战场。通过整体评价与预探部署，有望实现沧东深凹区的持续突破，使其成为规模增储的重要接替区。歧口、沧东两大深凹区风险勘探相继取得突破^[35]，黄骅坳陷深层勘探呈现整体突破的态势。

沧探1井首次在沧东深凹区孔二段常规砂岩油藏获得高产工业油流，并揭示页岩油优势甜点段，证实沧东深凹区常规、非常规勘探潜力，为老油田开辟了新的规模增储战场，是风险勘探取得战略突破的成功实例。

沧探1井钻探证实孔二段沉积期深凹区为沉降中心，整体为沧东断层早期活动控制形成的箕状凹陷，为近源扇三角洲储集体和湖泛期烃源岩发育提供了可容纳空间；湖扩期深凹区烃源岩广泛发育，厚度大、品质好、成熟度高，具备规模成藏的资源基础；断控湖盆边缘发育完整的源—渠—汇沉积系统，沧东断层调节带作为物源通道，控制形成多支扇三角洲砂体，具备发育大型岩性油藏的物质基础。

深凹区孔二段烃源岩具有早生早排、持续充注的特征，油气早期充注同时，有机酸持续溶蚀与生烃增压作用共同作用，促使储层内溶蚀孔隙发育并得到有效保存，有效储集体与高成熟烃源岩一体发育，造就深凹区形成连续分布的岩性油藏与页岩油藏。深凹区孔二段展现出巨大资源潜力，初步落实总资源量超3×10⁸t。