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  中国石油勘探  2019, Vol. 24 Issue (3): 297-312  DOI:10.3969/j.issn.1672-7703.2019.03.003
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引用本文 

张以明, 田建章, 杨德相, 韩红涛, 陈树光, 田然, 王旭峰, 张建丽. 冀中坳陷潜山内幕寒武系府君山组成藏条件与勘探方向[J]. 中国石油勘探, 2019, 24(3): 297-312. DOI: 10.3969/j.issn.1672-7703.2019.03.003.
Zhang Yiming, Tian Jianzhang, Yang Dexiang, Han Hongtao, Chen Shuguang, Tian Ran, Wang Xufeng, Zhang Jianli. Accumulation conditions and exploration direction of Cambrian Fujunshan Formation inside buried hills in Jizhong depression[J]. China Petroleum Exploration, 2019, 24(3): 297-312. DOI: 10.3969/j.issn.1672-7703.2019.03.003.

基金项目

中国石油天然气股份有限公司重大科技专项“华北油田持续有效稳产勘探开发关键技术研究与应用”(2017E-15)

第一作者简介

张以明(1959-), 男, 四川资阳人, 博士, 2006年毕业于中国地质科学院研究生院, 教授级高级工程师, 现任中国石油华北油田公司副总经理, 主要从事油气勘探研究与生产技术管理工作。地址:河北省任丘市会战道中国石油华北油田公司, 邮政编码:062552。E-mail:ktb_zym@petrochina.com.cn

通信作者简介

田建章(1963-), 男, 河北栾城人, 1984年毕业于江汉石油学院, 高级工程师, 主要从事油气地质综合研究与勘探部署工作。地址:河北省任丘市建设路华北油田勘探开发研究院, 邮政编码:062552。E-mail:wty_tiz@petrochina.com.cn

文章历史

收稿日期:2018-08-18
修改日期:2019-04-07
冀中坳陷潜山内幕寒武系府君山组成藏条件与勘探方向
张以明1, 田建章2, 杨德相2, 韩红涛2, 陈树光2, 田然2, 王旭峰2, 张建丽2     
1. 中国石油华北油田公司;
2. 中国石油华北油田公司勘探开发研究院
摘要: 针对冀中坳陷潜山内幕成藏研究中存在的问题,综合钻井、地震、试油、分析化验等技术方法,对潜山内幕寒武系府君山组的构造、岩相古地理、储层、盖层、供烃方式及圈闭类型展开研究。研究认为,冀中坳陷潜山内幕寒武系发育府君山组优质白云岩储层,存在寒武系馒头组—徐庄组盖层和青白口系隔层两套稳定有效的盖(隔)层,组成区内最有利的储—盖—隔组合,具备深源断层纵向输导、近源断层横向输导、源内不整合面输导、断层—不整合面复合输导和断层—高效储层复合阶梯状输导5种供烃方式,形成断块型层状、不整合顺坡、不整合逆坡和断层—不整合复合4种潜山内幕圈闭类型;明确了储层—输导—盖(隔)层是潜山内幕成藏的关键因素。据此评价优选了Ⅰ类勘探区3个、Ⅱ类勘探区2个,指出河西务潜山带、文安斜坡西潜山带—南马庄潜山带和长洋淀潜山带是勘探的有利方向。
关键词: 冀中坳陷    潜山内幕    府君山组    成藏条件    储盖(隔)组合    勘探方向    
Accumulation conditions and exploration direction of Cambrian Fujunshan Formation inside buried hills in Jizhong depression
Zhang Yiming1 , Tian Jianzhang2 , Yang Dexiang2 , Han Hongtao2 , Chen Shuguang2 , Tian Ran2 , Wang Xufeng2 , Zhang Jianli2     
1. PetroChina Huabei Oilfield Company;
2. Research Institute of Exploration & Development, PetroChina Huabei Oilfield Company
Abstract: Cambrian Fujunshan Formation inside the buried hills in Jizhong depression was investigated to the structure, lithofacies palaeogeography, reservoirs, caprocks, hydrocarbon sources and traps using drilling, seismic, well test and laboratory data. The study results show that Cambrian Fujunshan Formation includes good dolomite reservoirs, and two sections of stable and effective caprocks (Cambrian Mantou Formation and Xuzhuang Formation; Qingbaikou mudstone), which constitute the most favorable reservoir-caprock-isolator assemblage; There are five types of hydrocarbon transport systems:vertical hydrocarbon migration from deep source along faults, lateral hydrocarbon migration from near source along faults, hydrocarbon migration inside source along unconformity, hydrocarbon migration along faults and unconformity, and step-like hydrocarbon migration along fault and effective reservoir; 4 types of traps developed:layered fault trap, bedding unconformity slope trap, adverse unconformity slope trap, and fault-unconformity trap. It is concluded that favorable reservoir-transport system-caprock configuration (isolator) is a key factor for hydrocarbon accumulation inside buried hills. Finally, 3 class I and 2 class Ⅱ exploration zone are proposed, and several buried hill belts are selected for future exploration, including Hexiwu buried hill belt, Wen'an slope west buried hill belt, Nanmazhuang buried hill belt and Changyangdian buried hill belt.
Key words: Jizhong depression    inside buried hill    Fujunshan Formation    accumulation conditions    reservoir-caprock assemblage    exploration direction    
0 引言

潜山油气藏一直是冀中坳陷重要的勘探领域,自1975年发现中国东部最大的海相碳酸盐岩任丘古潜山油田以来,经过40多年的勘探,先后探明20多个含油气潜山带、60多个潜山油气藏,形成了“新生古储”的潜山油气成藏理论[1-7]。随着勘探程度的不断深入,冀中坳陷埋藏浅、规模大、容易发现的潜山顶块状油气藏已基本钻探殆尽,发现规模储量的难度越来越大。

近年来,由于潜山勘探技术的提高和勘探思路的转变,冀中坳陷潜山内幕勘探不断获得新发现,均在寒武系府君山组发现了油气藏,如饶阳凹陷西20井在南马庄潜山内幕府君山组获日产油205.4m3,霸县凹陷文古3井在文安斜坡潜山内幕寒武系府君山组获日产油302m3、日产气9.5×104m3的高产油气流,这些油气藏的发现,突破了潜山油气聚集成藏的传统模式,表明寒武系府君山组储层物性好、油气产量高,具有良好的成藏条件,是潜山内幕最有利的勘探新领域和有利方向。前人已对冀中坳陷潜山及内幕油气藏的多样性和油气藏类型等进行了较多的研究[8-13],而对于潜山古风化壳之下潜山内幕呈层状分布的寒武系府君山组存在的有利储层岩性把握不准、储盖(隔)组合难以预测、供烃方式和圈闭类型不清和油气成藏模式不明等关键问题,缺乏针对性、系统性研究,对其油气成藏特殊性、复杂性没有引起足够的重视,使其勘探潜力与有利勘探方向不明。本文通过对近几年来冀中坳陷潜山油气勘探成果的分析,开展新一轮研究,以高精度三维地震叠前深度大连片数据为平台[14],整体开展潜山及潜山内幕构造特征研究,精细岩相古地理与盖(隔)层有效性定量评价,深化潜山内幕寒武系府君山组成藏条件分析,搞清油气富集规律,评价资源潜力,指出有利勘探方向,以指导潜山内幕实现勘探新突破。

1 区域地质概况

冀中坳陷位于渤海湾盆地西部,北依燕山褶皱带,南抵邢衡隆起,西临太行山隆起,东至沧县隆起,呈北东—南西走向,是在古华北地台基底上发育起来的中—新生代断陷盆地。潜山地层自下而上为太古宇、中—新元古界、古生界,潜山构造形成经历了结晶基底(太古宙)、克拉通盆地(元古宙—古生代)、裂陷盆地(中生代)、断陷盆地(古近纪)、坳陷盆地(新近纪—第四纪)5个阶段,受中侏罗世末期(挤压)、早白垩世(拆离)、晚白垩世(剥蚀)、沙三段沉积末期(右旋走滑)、沙一段—东营组沉积期(拉张)5期改造,从而形成现今的潜山构造格局[1, 15]

冀中坳陷在寒武系府君山组沉积时期发生下古生界第一次自北向南的海侵活动,但活动强度及规模较小,海水仅到达冀中中南部地区即饶阳凹陷中部,从而导致府君山组具有南薄北厚的特点,厚度为0~90m[16-17]。中侏罗世末期华北地台受郯庐断裂左旋挤压影响,在冀中坳陷形成北东向冀中古隆起和沧津复向斜。古生代地层产状变为西抬东倾,坳陷西部遭受抬升剥蚀,残余老地层剥蚀线呈北东向条带分布,现今府君山组仅残留在冀中坳陷东北部的北京凹陷、大厂凹陷、廊固凹陷东部、武清凹陷、霸县凹陷东部、饶阳凹陷北部和牛驼镇凸起东段,面积约5700km2图 1)。

图 1 冀中坳陷府君山组分布范围 Fig. 1 Distribution of Fujunshan Formation in Jizhong depression

冀中坳陷北部潜山内幕的油气主要来源于古近系深层,发育沙三段、沙四段两套烃源岩层。其中沙三段在全区分布,暗色泥岩最大厚度达700~2400m,有效烃源岩厚度为800~1400m;沙四段暗色泥岩最大厚度达1000~2000m,有效烃源岩厚度为600~800m[18-20]。沙三段、沙四段在饶阳、霸县、廊固、武清等凹陷的河间、马西、霸县、韩村、大孟庄五大富烃洼槽区广泛分布,发育大范围的半深湖—深湖沉积,深层优质烃源岩分布范围广,厚度大,是主力烃源层。经资源评价,深层剩余石油资源量为5.33×108t,剩余天然气总资源量为3130×108m3。潜山带紧邻生烃洼槽或被主力烃源岩层覆盖,具备直接或间接向潜山及内幕供给油气的条件,为潜山内幕成藏提供了丰富的油气资源保障[21]

目前冀中坳陷寒武系府君山组勘探程度较低,仅有45口井钻遇,发现6个油气藏,分别是霸县凹陷东部文安斜坡潜山带的文古3油藏、北部霸县二台阶潜山带的南孟霸10油藏和龙虎庄霸24油藏,以及饶阳凹陷东北部任丘潜山任72油藏和南马庄潜山带的西20、马11等油藏(图 1[10-12]。府君山组油气储量占潜山全部探明储量的1.5%,处于低勘探程度阶段,是下一步潜山内幕勘探的重要接替领域。

2 府君山组油气成藏条件

府君山组以形成“新生古储古盖”型潜山内幕油气藏为主,其油气成藏受控于潜山内幕储盖组合的有效性、潜山内幕储层物性与油气运移通道输导能力的匹配关系[11]。研究认为,府君山组发育储集物性良好的内幕优质白云岩储层,顶底板发育封堵能力良好的区域性稳定内幕盖(隔)层,具有优势油气运移通道的多种供烃方式,形成多种潜山内幕圈闭类型,成藏条件有利。

2.1 储层特征

冀中坳陷以往针对残丘型潜山储层形成与分布的研究较多。近年来通过对冀中坳陷大量岩心观察及薄片鉴定,结合钻井、试油实际情况分析,对内幕型储层开展深入研究,认识到潜山内幕府君山组发育区域性优质白云岩储层。

潜山内幕型储层与潜山山头型储层在形成机理上有明显差异,潜山山头型储层受后期出露地表的表生成岩作用影响强烈,在(准)同生作用和埋藏成岩作用阶段形成的各类原生储集空间基础上,再次改造形成释压构造裂缝、风化缝、溶蚀孔洞等新的孔缝洞体系,从而形成大缝大洞型的储集空间类型。而潜山内幕型储层由于埋藏较深受地表影响较小,储层受再次改造作用强度较弱,储层的岩相、岩性及(准)同生作用和埋藏成岩作用是控制储层发育的关键因素,后期构造运动和沿层溶蚀作用能改善储层的渗流能力[2, 22-25]

寒武系府君山组作为华北板块古生界最老的碳酸盐岩地层,与下伏青白口系景儿峪组和上覆中寒武统馒头组为平行不整合接触关系。通过单井相模版与连井相分析,府君山组岩性以3套灰色、褐灰色、棕褐色白云岩为主,中间夹有两层暗紫红色、灰褐色泥岩。自然伽马曲线在3套白云岩储层显示低值,在两层泥岩段显示高值,反映为“三低二高”;对应电阻率曲线反映为“三高两低”的特征(图 2)。

图 2 华北地区寒武系连井储层、盖层对比图 Fig. 2 Cambrian reservoir and caprock across wells in North China

北京西山下苇甸剖面与冀中坳陷探井对比,府君山组在冀中坳陷中北部分布稳定,向冀中南部超覆尖灭,厚度在60~85m之间。府君山组沉积时期华北地台自东北向西南依次发育局限台地—云灰坪—云坪—泥云坪等沉积相类型,对应水体逐渐变浅[16-17, 26]。冀中坳陷北部的廊固、武清、霸县等凹陷和饶阳凹陷北部主要发育云灰坪—云坪相,处于有利储集相带。

府君山组储层岩石类型主要为白云岩,见有少量石灰岩、泥质灰岩。文古3井薄片分析,白云岩主要有泥晶白云岩(占40%)、粉晶白云岩(占40%)、细晶—粉晶白云岩(占13.3%)和泥晶—粉晶白云岩(占6.7%)4种。白云岩中的白云石含量达77%~100%,平均为95.9%,主要为细晶和粉晶结构(图 3a[12]。从露头剖面观察府君山组下部生物扰动与虫孔普遍发育,且具强烈的生物扰动白云石化现象,向上整体过渡为深灰色厚层状—块状粉晶白云岩,局部发育微波状层理和岩溶角砾化(图 3b[27-29]

图 3 府君山组储层宏观、微观特征 Fig. 3 Macro and micro characteristics of Fujunshan Formation reservoir (a)细晶—粉晶白云岩,文探1井,4375m,单偏光;(b)角砾化白云岩,溶蚀孔洞发育,文探1井,4375m,岩心;(c)晶间孔,文古3井,4515m,铸体薄片;(d)构造缝被白云石半充填,文古3井,4474.5m;(e)中晶—粗晶鞍型白云石胶结物,溶蚀孔洞,文探1井,4376m,单偏光;(f)鞍型白云石具有波状消光特征,文探1井,4376m,正交光

对寒武系整体开展精细层序划分,府君山组上覆的馒头组三级层序缺失海侵体系域深水相沉积,整体表现为半局限—局限混积陆棚相蒸发潮坪沉积,导致府君山组沉积可接受准同生溶蚀及白云岩化作用[2, 16-17, 26]。研究表明,冀中坳陷在府君山组沉积晚期发生过明显的海退,地层顶部短暂暴露并发生层间岩溶作用,通过大气淡水淋溶作用,形成晶间溶蚀孔洞[2, 10-12]。受后期华北地台活化的强烈影响,潜山地层多为翘掀,为各层翘掀端上部提供了溶蚀条件。冀中北部府君山组白云岩储层晶间孔发育,白云岩溶解度为石灰岩的1~2倍,酸性水溶液可以在孔隙中自由流通,发生强烈的顺层岩溶作用,形成大量次生溶蚀孔、洞、缝潜山内幕储集体系。

根据测井资料、铸体薄片及岩心观察,府君山组白云岩储集空间主要为小型溶洞、晶间孔、溶蚀孔、构造缝(图 3bc),溶蚀孔洞中充填有鞍型白云石(图 3ef)。府君山组白云岩储层发育,储集物性较好,如文古3井钻遇府君山组61m,储层见网状缝,主要为溶蚀缝和构造缝,测井解释1级裂缝21.2m/2层、2级裂缝15m/2层、3级裂缝8m/2层,有效储层累计厚度占府君山组厚度的72.5%;文古3井储层岩屑核磁共振孔隙度为0.6%~14.77%,渗透率为0.1~216.5mD,电测解释有效孔隙度平均为6.0%、最大为9.2%,渗透率平均为223mD、最大为300mD。文探1井钻遇府君山组68.5m,测井解释1级裂缝26.2m/2层、2级裂缝2.6m/2层、3级裂缝39.6m/5层,有效储层厚度占府君山组厚度的100%,电测解释有效孔隙度为3.4%~7.6%,平均为4.8%[2, 12]

大量潜山钻井数据证实,钻井过程中府君山组在潜山风化壳以下124~1131m普遍发生钻井液漏失现象,漏失量一般为53.2~569m3,新霸5井、牛18井钻井液漏失量分别为622m3、2171m3表 1)。霸县凹陷在府君山组有试油井8口,5口井日产油量在200t以上,其中霸24井于2496.15~2511.87m井段试油,日产油699t;文古3井于4465~4479.4m井段试油,获日产油302t、日产气9.5×104m3的高产油气流,表明府君山组是一套顺层岩溶发育的优质储层。

表 1 冀中坳陷寒武系府君山组钻井液漏失量统计 Table 1 Statistics on drilling fluid loss in Cambrian Fujunshan Formation, Jizhong depression

综合岩相、岩性、岩溶、构造等因素,冀中坳陷府君山组发育3类储层,廊固凹陷东部、武清凹陷、霸县凹陷东部、饶阳凹陷北部等为Ⅰ、Ⅱ类优质储层发育区(图 4),府君山组储层具备大面积连片稳定分布的特征,为潜山内幕油气成藏奠定了基础。

图 4 冀中坳陷寒武系府君山组储层评价 Fig. 4 Evaluation of Cambrian Fujunshan Formation reservoir in Jizhong depression
2.2 盖(隔)层特征

潜山内幕盖层、隔层或侧向封堵层是油气成藏的关键控制因素。盖(隔)层是潜山内幕具备对油气聚集起封堵作用的地层统称,盖层和隔层分别夹持于潜山内幕储集层的上部和下部,前者对油气保存起封盖作用,后者对油气成藏起底板遮挡作用,盖层、储层、隔层三者在纵向上组成的储—盖—隔组合是潜山内幕成藏的重要条件。

盖(隔)层的有效性在宏观上受当时沉积环境制约下的岩性与纯度、厚度、分布规模及连续性等因素的影响,微观上受突破压力、物性、扩散系数及微孔分布等参数的约束[30-31]。因此依据岩性、泥质含量、孔隙度、渗透率、突破压力和遮盖系数等参数[2],将冀中坳陷碳酸盐岩潜山内幕盖(隔)层划分为4类(表 2),对研究区府君山组成藏的储盖组合和侧向封闭性进行综合评价。

表 2 潜山内幕盖(隔)层评价标准 Table 2 Evaluation criteria for the caprock/isolators inside buried hills

根据沉积旋回和岩性组合特征,结合钻井、电测、岩心样品试验及野外露头剖面等综合分析,府君山组储层上覆以寒武系馒头组—毛庄组—徐庄组组成盖层[2, 13, 16],下伏以新元古界青白口系下马岭组—长龙山组—景儿峪组为底板隔层,形成一套潜山内幕有利的储—盖—隔组合(图 5)。

图 5 冀中坳陷寒武系府君山组储—盖—隔组合剖面 Fig. 5 Reservoir-caprock-isolator assemblage column of Cambrian Fujunshan Formation in Jizhong depression
2.2.1 寒武系馒头组—毛庄组—徐庄组盖层

寒武纪馒头早期至徐庄早期为早古生代以来的大规模海侵期,海水逐渐由东向西进侵,山西古陆逐渐后退,至徐庄晚期海侵基本达到高峰,海水淹没整个华北地台,沉积了大套紫红色厚层泥页岩地层,冀中坳陷在馒头期至徐庄期均有沉积[16-17, 26],累计厚度为145~280m。

馒头期,冀中坳陷主要位于潮上带—潮间带相区,岩性以稳定分布的紫红色厚层块状泥岩、页岩为主,夹薄层灰质云岩、鲕状灰岩沉积,地层厚度为55~110m(图 5);馒头组泥质含量普遍较高,厚度一般为40~80m,最厚为100m,泥岩在冀中坳陷东部沉积较厚,西部沉积较薄,其中廊固凹陷、霸县凹陷和饶阳凹陷东北部沉积最厚(图 6a)。徐庄期海侵范围进一步扩大,冀中坳陷以潮上带—潮间带沉积为主,岩性主要为紫红色泥岩、页岩,夹薄层灰质泥岩、泥质灰岩等,地层厚度为50~110m(图 5);徐庄组泥岩累计厚度为40~80m,在冀中坳陷东部沉积较厚,西部沉积厚度变薄(图 6b[2]

图 6 寒武系馒头组、徐庄组和青白口系泥岩厚度等值线图 Fig. 6 Isopach maps of Cambrian Mantou Formation- Xuzhuang Formation and Qingbaikou mudstone

馒头组—毛庄组—徐庄组盖层泥质含量达60%~80%,是一套分布较稳定的区域性盖层(图 5),其测井解释孔隙度为0.0001%~0.01%,渗透率为0.0001~0.001mD。文古1井岩心实测孔隙度为0.92%,渗透率为0.00181mD,突破压力为5.82MPa,遮盖系数为1128.19%,封闭气柱高度为564.09m,表明其封闭性好。综合评价馒头组—毛庄组—徐庄组为Ⅰ类好盖层。

2.2.2 青白口系下马岭组—长龙山组—景儿峪组底板隔层

青白口系自下而上包括下马岭组、长龙山组和景儿峪组,累计厚度为170~425m(图 5),其中以下马岭组、景儿峪组隔层封闭性较好,长龙山组隔层封闭性次之。

青白口纪下马岭期,华北地区开始了中新元古代的第三次海侵,海水自东北向西南方向发生海侵,但海域范围仍然较小,仅分布在冀中坳陷东北部,主要为局限台地沉积,岩性以深灰色泥页岩为主,厚度为80~200m(图 5)。长龙山期—景儿峪期,持续不断的海侵使海盆扩大到冀中中部地区,东北地区开口处变得较开阔,其沉积范围也显著扩大[17, 26]图 6c)。长龙山组主要为滨岸相石英砂岩夹薄层杂色泥岩,厚度为0~75m。景儿峪组主要为局限台地相的泥质灰岩、石灰岩夹灰质泥岩,厚度为90~150m,沉积范围与长龙山组相似。

青白口系泥岩盖(隔)层主要分布冀中坳陷北部的廊固凹陷、霸县凹陷及饶阳凹陷北部一带,泥岩厚度较大,累计厚度为40~120m(图 6c),泥质含量较高,大多为50%以上,在霸县、任丘区域泥质含量为50%~80%,隔层封闭性好(图 5)。其中下马岭组和景儿峪组泥岩单层厚度大、泥质含量高,是有效的封隔层;长龙山组以沙泥坪相砂岩沉积为主,封隔能力变差。

青白口系泥页岩测井解释孔隙度为0.0001%,渗透率为0.0001mD,景儿峪组泥质灰岩、灰质泥岩岩心实测孔隙度为0.88%,黏土矿物含量大于50%,突破压力为15.93MPa,遮盖系数为3097.61%,封闭气柱高度为1548.81m,综合评价为Ⅰ类好隔层[2]

2.2.3 储—盖—隔组合对油藏的控制作用

冀中坳陷潜山内幕以寒武系府君山组为储层、馒头组—毛庄组—徐庄组为盖层、青白口系为底板隔层,组成了该区一套良好的储—盖—隔组合(图 5)。目前所发现的潜山内幕府君山组油气藏不仅都具有稳定有效的盖(隔)层,而且还具备良好的侧向封堵能力。储—盖—隔组合对府君山组油气分布的影响主要表现为顶底夹持封盖型和侧向遮挡封堵型两种控藏作用。

顶底夹持封盖型,如任北潜山任29、南马庄潜山西20等油藏,府君山组油层顶、底板夹持于上覆馒头组—毛庄组—徐庄组盖层和下伏青白口系隔层之间,形成高产油藏。侧向遮挡封堵型,如文安斜坡文古3、龙虎庄潜山霸24、霸19、霸10府君山组油藏,不仅顶、底储—盖—隔组合良好,而且府君山组油层通过断层侧向与馒头组—毛庄组—徐庄组泥页岩段或崮山组—凤山组泥灰岩致密层对接,形成良好的侧向封堵条件而成藏[12-13, 21-23, 30-31]。根据府君山组内幕储层平面分布预测结果,结合馒头组—毛庄组—徐庄组盖层、青白口系底板隔层分布特点及其封闭性能,预测廊固凹陷东部、霸县凹陷东部、武清凹陷和饶阳凹陷北部为府君山组储—盖—隔组合Ⅰ类最有利区。

2.3 供烃方式

冀中坳陷古近系深层沙三段、沙四段烃源岩是潜山及内幕的主力供烃层,因此油气输导体系和供油窗口等有效的运移通道是潜山及内幕成藏的前提条件[18, 21, 23, 32-33]。通过府君山组油藏形成机制解剖,依据钻井、地震及测试等资料综合分析,冀中坳陷潜山内幕油气输导通道存在3种类型,即断层、不整合面及潜山内幕高效储层。

断层输导类型的优势在于控制潜山带的主要断裂断距较大,造成油气供给窗口大,古近系烃源岩与潜山侧向直接对接时,油气可横向优先向潜山及内幕充注形成潜山油气藏;当断距较大时,断层下降盘的多套深层烃源岩通过断层可纵向向上部潜山及内幕提供油气[34]。不整合面输导通道是在潜山顶面及内幕由于各时期构造运动造成潜山出露地表接受风化淋滤,从而形成的各种后期改造具有一定连通性的油气输导空间,冀中坳陷中新元古代—古生代先后经历了7次大型构造运动,自下而上形成了团山子组顶面、高于庄组顶面、雾迷山组顶面、铁岭组顶面、青白口系顶面、奥陶系顶面、现今潜山顶面7个不整合面,这些不整合面形成了油气在潜山内幕横向运移的有利通道。潜山内幕高效储层是指潜山内幕具有较高孔隙度和渗透率的局部层段,这些层段主要受准同生溶蚀、地下水溶蚀或白云岩化作用,发育晶间孔、溶蚀孔或构造裂缝;冀中坳陷有利的潜山内幕高效储层主要有中新元古界高于庄组、雾迷山组和古生界府君山组等,当油气丰度较高时可沿内幕高效储层向潜山及内幕圈闭有利部位运聚,形成潜山内幕油气藏[11]

冀中坳陷发育陡坡带、中央隆起带、洼槽带和斜坡带等多种潜山带类型,综合分析不同潜山带构造特征与烃源岩及油气输导体系的配置关系,认为潜山内幕府君山组成藏具备5种供烃方式(图 7)。

图 7 冀中坳陷潜山内幕府君山组油气藏供烃方式、圈闭类型 Fig. 7 Hydrocarbon transport systems and traps of Fujunshan Formation inside buried hills in Jizhong depression
2.3.1 深源断层纵向输导供烃

冀中坳陷陡坡带潜山发育的深大断裂,其上升盘控制形成了潜山及内幕圈闭,下降盘又控制了凹陷主力烃源灶的分布,成为沟通深层烃源岩与上部潜山带的深源断层,为油气纵向运移的主要通道[18, 30]。此种供烃方式中由于控制生烃洼槽的深源断层往往断距较大、活动时间长,潜山带又紧邻富烃洼槽,油气垂向输导效率高,油气来源充足,易于在紧邻洼槽区一侧的潜山带中形成大规模的油气聚集(图 7a)。以霸县二台阶潜山带为例,控制潜山构造的南侧牛东断层及其断裂带,断距最大达到8000m,下降盘沉积了古近系沙三段、沙四段多套生油岩,油气在沿断层向上运移中先后充注至寒武系府君山组、张夏组及奥陶系等多套层系并聚集成藏,形成潜山及内幕复式油气聚集带,其中霸19井府君山组日产油达到180t。

2.3.2 近源断层横向输导供烃

冀中坳陷洼槽带潜山的供烃方式多为临近洼槽的主控断层既控洼又控山,紧邻生烃洼槽区,潜山通过近源断层侧向与烃源岩直接接触,是最高效的供烃方式,潜山内幕油气成藏的规模受控山断层断距大小制约[12, 35]。如霸县凹陷文安斜坡内带的文古3油藏,潜山西侧发育一条北东走向的控山断层,构成圈闭的寒武系直接与洼槽中沙四段—孔店组烃源岩对接,油气直接进入府君山组并富集成藏(图 7b)。

2.3.3 源内不整合面输导供烃

冀中坳陷中央隆起带潜山位于生烃洼槽之中,烃源岩通过不整合面与潜山直接接触,油气通过不整合面由生烃灶的高势区向潜山及内幕的低势区近源运聚成藏(图 7c)。任丘潜山寒武系府君山组油藏属于该类供烃方式,马西洼槽沙三段烃源岩超覆于任丘潜山之上,源储直接对接的面积较大,烃源岩生成的油气通过不整合面向任丘潜山的奥陶系、寒武系府君山组和元古宇雾迷山组运移并聚集成藏。任72井钻探证实,寒武系府君山组顶、底板分别受馒头组和青白口系良好的盖(隔)层封堵,油气沿源内不整合面输导至潜山内幕府君山组聚集成藏,试油获日产千吨特高产油流。

2.3.4 断层—不整合面复合输导供烃

冀中坳陷陡坡带的潜山由于抬升相对较高,烃源岩位于凹陷深层,油气优先沿控洼断层向上纵向运移,其后沿潜山不整合面横向向潜山及内幕输导运聚成藏(图 7d)。如南马庄潜山带的西20、马11寒武系府君山组内幕油藏,潜山带与西侧的马西生烃洼槽不直接对接,沙三段烃源岩生成的油气首先沿马西断层向上运移,再通过潜山顶不整合面横向运移至潜山内幕聚集成藏。

2.3.5 断层—高效储层复合阶梯状输导供烃

冀中坳陷斜坡带的潜山及内幕潜山圈闭平面上远离主生油洼槽区,烃源岩生成的油气通过控洼断层首先进入潜山地层,沿潜山内幕雾迷山组和府君山组等高效储层横向运移,再沿潜山内幕断层纵向输导油气,形成自生烃洼槽区向斜坡区呈自内而外、自下而上阶梯状复合输导供烃方式,潜山内幕多层系聚集成藏(图 7e)。文安斜坡苏桥奥陶系潜山内幕油气藏即属于此类型[18, 35],府君山组具备相同的成藏条件,是下一步勘探的方向。

2.4 圈闭类型

通过潜山及内幕构造特征、沉积及储—盖—隔组合等综合分析,冀中坳陷潜山内幕圈闭主要发育于陡坡带、中央隆起带和斜坡带,府君山组具备形成断块型层状、不整合顺坡、不整合逆坡和断层—不整合复合4种潜山内幕圈闭类型。

(1)断块型层状潜山内幕圈闭。该类型圈闭立足于府君山组储层大面积层状分布与顶、底盖(隔)层良好的匹配关系,被潜山内幕断层切割构成有效封堵而形成断块型层状圈闭(图 7abe)。

断层侧向封堵性是圈闭有效性的关键,封堵性好坏受断距大小与对接地层岩性控制[2, 13, 35]。在潜山内幕府君山组储—盖—隔组合稳定的情况下,断层断距为90~300m时,断块上升盘的府君山组储层侧向对接下降盘的徐庄组—毛庄组—馒头组等泥质含量较高的封堵层(图 8),封堵性好,如南孟—龙虎庄油藏。断层断距在350~550m时,上升盘的府君山组储层侧向对接下降盘寒武系凤山组—长山组—崮山组泥灰岩、泥晶灰岩,岩性较致密,封堵性同样较好,如文古3油藏(图 7b)。若府君山组储层直接对接下降盘古近系,封堵性最好。

图 8 断块型层状潜山内幕圈闭侧向对接关系 Fig. 8 The lateral matching relationship of layered fault traps inside buried hills

(2)不整合顺坡潜山内幕圈闭。此类型圈闭形成于继承性发育的大型古潜山翼部,保存了府君山组和内幕盖(隔)组合地层,地层与斜坡不整合面产状基本一致。如任北潜山任29府君山组油藏[36],潜山顶界为潜山不整合面,被超覆沉积的古近系封堵,顶板层为徐庄组—毛庄组—馒头组泥岩盖层,底板隔层为青白口系,与下伏蓟县系雾迷山组分隔,证实圈闭条件较好,形成不整合顺坡潜山内幕圈闭(图 7c)。

(3)不整合逆坡潜山内幕圈闭。由于构造反转,潜山内幕地层与斜坡不整合面产状相反,潜山顶界被古近系超覆沉积封盖形成圈闭。如南马庄潜山带西20、马11府君山组油藏[36]图 7d)。

(4)断层—不整合复合潜山内幕圈闭。文安斜坡内带—南马庄潜山带西部形成府君山组近南北向区域性剥蚀面,与北东向断层相交,东南向被潜山内幕断层遮挡,西侧为潜山不整合面封堵,形成一系列断层—不整合复合潜山内幕圈闭发育带(图 9)。

图 9 府君山组断层—不整合复合潜山内幕圈闭模式 Fig. 9 Fault-unconformity traps inside buried hills in Fujunshan Formation
3 有利勘探方向

上述综合研究表明,冀中坳陷中北部府君山组发育区域性优质白云岩储层,顶、底板具备稳定有效的盖(隔)层,潜山及内幕发育的多期断层与不整合面相匹配形成多种圈闭类型,被多个富烃洼槽所包围,具有多种供烃方式,寒武系府君山组油气成藏条件优越,勘探前景广阔。

运用冀中坳陷三维地震叠前深度连片资料,开展潜山与潜山内幕构造整体解释,以及圈闭精细落实与评价,在多个区带发现一批有利圈闭目标[11-13]。综合评价潜山内幕油气藏形成的储层物性好坏、盖(隔)层有效性、烃源岩供烃方式、构造背景及圈闭条件等控制因素,提出有利勘探方向选择主要遵循以下原则:①位于主力生烃洼槽边缘,烃源岩供烃窗口大、油气源充足;②优势储层发育区带,储盖(隔)组合最佳地区;③继承性潜山古隆起带,构造背景有利区;④输导体系有利,供烃方式以断层直接供烃为主、多级输导体系间接供烃为辅。

根据以上综合分析与选区原则,评价优选了Ⅰ类勘探区3个、Ⅱ类勘探区2个,其中河西务潜山带、文安斜坡西潜山带—南马庄潜山带和长洋淀等3个为Ⅰ类勘探区带,为近期勘探的有利方向(图 10)。

图 10 冀中坳陷潜山内幕府君山组区带评价 Fig. 10 Evaluation of Fujunshan Formation inside buried hills belt in Jizhong depression
3.1 河西务潜山带

河西务潜山带位于廊固凹陷东部,是受河西务断层、杨税务断层控制的中央断垒型潜山带,整体呈东高西低、南高北低的构造背景[19, 37],勘探面积约410km2图 10)。潜山发育石炭系—二叠系、奥陶系、寒武系、青白口系、蓟县系等多套层系[2, 13]。2016年在潜山带北部杨税务潜山部署钻探风险探井安探1x井,在奥陶系获高产油气流,深潜山勘探取得重大突破[9]。研究认为杨税务潜山内幕府君山组、雾迷山组与上覆奥陶系具备相同的成藏条件,是勘探有利方向。

该潜山带府君山组顶板徐庄组—毛庄组—馒头组盖层和底板青白口系隔层发育完整,分布稳定。东西方向夹持于廊固凹陷韩村洼槽和武清凹陷大孟庄洼槽之间,具有双向供烃条件(图 10)。东侧的河西务断层断距为3500~8000m,断层下降盘大孟庄洼槽发育沙三段、沙四段和石炭系—二叠系3套烃源岩,供烃层系多,潜山带内幕蓟县系雾迷山组和寒武系府君山组等以上地层与大孟庄洼槽的烃源层都具有对接供烃窗口,具备近源断层横向、纵向输导供烃条件,油气可以通过河西务等深大断裂向潜山内幕供烃,成藏条件有利。河西务潜山带发现落实了潜山内幕断块圈闭、断鼻层状圈闭等4个有利目标。

3.2 文安斜坡西潜山带—南马庄潜山带

该潜山带位于霸县凹陷和饶阳凹陷东部,基底埋深在区域上呈东高西低、南浅北深的斜坡构造背景。潜山内幕地层产状由南部南马庄潜山带的西抬东倾,向北至文安斜坡过渡为东南抬、西北倾的构造特征。西侧紧邻霸县、饶阳两个富油凹陷,为富烃洼槽周缘第一排潜山带,具备近源断层高效供烃条件,成藏背景有利(图 10[35, 38]。该区带西侧的府君山组剥蚀线附近是受地下酸性水及地表水淋滤带溶蚀改造形成的次生孔隙发育带,储层物性好,目前在该带已发现的文古3、马11、西20这3个油藏均获得高产油气流。该区带西侧府君山组剥蚀线与北东向断层相交,形成断层—不整合复合潜山内幕圈闭带(图 9)。目前该区带已发现落实有利目标6个,是勘探发现的有利区带。

3.3 长洋淀潜山带

该潜山带位于饶阳凹陷北部、任丘潜山油田西侧,呈北西向展布。在蠡县斜坡西抬东倾的构造背景上,基底地层自东向西依次剥蚀尖灭,有利于形成府君山组不整合顺坡、断层—不整合复合潜山内幕等多种圈闭类型(图 10)。该区带被任西、鄚州两个生烃洼槽所包围,油气通过断层、不整合面复合供烃,东侧已发现任72、任94府君山组油藏,成藏条件好。目前已发现落实5个有利目标,埋深适中(3600~4200m),是预探的有利方向。

4 结论

冀中坳陷潜山内幕成藏主要受控于潜山内幕储—盖—隔组合的有效性、储层物性与油气运移通道输导能力的匹配关系。潜山内幕寒武系府君山组发育优质储层,与上覆和下伏两套稳定有效的盖(隔)层组成区内最有利的储—盖—隔组合,具备5种供烃方式,成藏条件优越,勘探程度较低,是有利的勘探领域。

潜山内幕储层受岩相、岩性、岩溶、构造等因素控制。寒武系府君山组主要为灰云坪相、云坪相的泥晶白云岩、粉晶白云岩、细晶白云岩沉积,发育溶洞、晶间孔、溶蚀孔、构造缝等多种储集空间类型,储层物性好,油气产量高。综合评价认为冀中坳陷东北部为Ⅰ、Ⅱ类优质储层发育区,具备大面积连片稳定分布的特征,为潜山内幕油气成藏奠定了基础。

通过对冀中坳陷潜山内幕府君山组储层、储—盖—隔组合、供烃方式及构造特征的分析,构建了4种潜山内幕圈闭类型,评价优选了5个Ⅰ、Ⅱ类有利勘探区,展示出冀中坳陷潜山内幕领域良好的勘探前景,同时对渤海湾盆地其他地区的潜山勘探具有一定的指导和借鉴作用。

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