南堡凹陷油气成藏组合及有利区带

南堡凹陷油气成藏组合及有利区带

渤海盆地南堡凹陷是在中国北方地台的基础上发展起来的中新世代断层坳陷。该凹陷经历了50多年的勘探实践,目前在被国内外学者多次否定的滩海地区发现了亿吨级整装优质大油田,实现了陆上和滩海勘探的重大突破。该区勘探成功的关键是勘探理念和勘探模式的转变,其核心是以“满凹含油论”和含油气系统理论为依据,抓地震资料品质,立足成熟探区,围绕富油气凹陷开展构造油气藏勘探和岩性油气藏勘探并举的满凹精细勘探。1油气区域划分与评价方法的理论基础1.1油气藏成藏模式“满凹含油论”由赵文智和邹才能等提出,它是指在富油气凹陷内,优质烃源灶提供丰富的油气资源,同时多水系陆相沉积与湖盆频繁振荡使得湖水大面积收缩或扩张,导致沉积砂体与烃源岩间互发育并且大面积接触,各类储集体都有最大成藏机会,且油气成藏范围可能会超出二级构造带,斜坡区和凹陷深部位都有可能形成油气藏,呈现整个凹陷都有油气成藏的局面。“满凹含油论”并不意味着在凹陷的每一个部位都可以发现油气藏,而在于强调勘探理念的变化,强调油气勘探应跳出“二级构造带”范围,勘探范围不仅包括已有正向二级构造带,也包括广大的斜坡区和凹陷的低部位,最终实现满凹陷勘探。南堡凹陷属于断陷型富油气凹陷,新近纪区域性构造—热沉降作用导致湖盆频繁收缩与扩张,沉降中心由北向南迁移,期间形成凸凹相间的构造格局,发育拾场、林雀、柳南和曹妃甸四大生油次凹(见图1)、3套优质湖相烃源岩(Es34+5、Es1、Ed3)、多套储盖组合、多种圈闭类型和多期断裂体系。目前,该凹陷油气勘探证实的三级石油地质储量大于10×108t,其中有近3×108t储量分布在斜坡区和凹陷低部位的岩性-地层油气藏中,利用“满凹含油论”进行该区油气区带划分与评价,能够科学地指导油气勘探实践。1.2要素组合关系和区带划分“含油气系统”是介于盆地与区带之间的评价单元,是指一个与有效生烃灶相联系的、由其中的油气生成、运移和聚集过程形成的天然流体系统,包括由该生烃灶形成的所有油气藏以及形成这些油气藏所必不可少的一切地质要素和作用过程。赵文智等人将“含油气系统”的内涵概括为活跃的烃源岩、储集岩、输导层和盖层四大地质要素与油气生成、运移、聚集保存和圈闭形成四大地质作用以及导致油气藏形成的上述各要素与作用的组合关系及分布;指出“复合含油气系统”是由多期继承或跨越重大构造期的多套生烃层系的生烃、成藏与调整变化过程所形成的含油气系统;强调复合含油气系统中不同系统之间共享部分成藏要素和油气聚集空间,强调油气相互窜通、油气分布不完全遵从“源控论”等。将“含油气系统”概念用于区带划分,其核心在于突出成藏过程研究,注重成藏要素与地质作用过程的组合关系、油气运聚单元和资源的空间分布研究等。周海民等认为,南堡凹陷含油气系统属复合含油气系统。纵向上3套含油气系统(前第三系含油气系统、沙河街组含油气系统和东营组含油气系统)相互叠置;平面上三大含油气系统(北部周边凸起前第三系、北部含油气系统和南部混源含油气系统)交叉展布,即北部周边凸起区发育沙河街组含油气系统,凹陷北部(高柳断层以北)前第三系和沙河街组含油气系统叠加,凹陷南部(高柳断层以南)前第三系、沙河街组和东营组3套含油气系统叠加(见图1)。1.3自然地质构造单元成藏组合属于油气地质单元评价序列四个级次(盆地—含油气系统—成藏组合(Play)—远景目标)中的一个组成部分。BMMiller将成藏组合称为ExplorationPlay,指在勘探方案中有实际意义的规划单元,具有地理与地层的限制,常限于一组在岩性、沉积环境及构造演化上有密切关系的地层。赵文智教授等定义成藏组合是由一系列在成因上有关联的具有相近或相似成藏条件的已发现油气藏和圈闭构成的集合体,它们具有共同的油气生成、运移史以及共同的储集层发育史和圈闭结构,因此构成了一个局限于特定地区的自然地质总体。将成藏组合概念用于岩性-地层油气藏勘探中,并且将成藏组合作为岩性-地层油气藏区带划分单元和油气评价单元,其核心在于利用含油气系统理论从油气成藏要素和成藏地质作用的时空配置角度分析盆地油气成藏特点和油气藏分布特征,恢复油气藏形成过程及空间组合形态,更准确地预测有利油气区带或圈闭分布,进而指导油气勘探。2南堡石油沉陷带的分类和分布特征2.1南堡凹陷油气单元平面划分以“满凹含油论”和含油气系统理论为依据,基于“成藏组合”基本概念实质,针对南堡凹陷油气成藏特点和油气藏分布特征,重点强调油气输导体系与各成藏要素和地质作用的时空配置。纵向上将成藏组合作为区带划分单元和评价单元,强调油气成藏特征的相似性;平面上基于不同成藏组合,考虑油气输导体系、烃源灶、储集体、构造和成藏背景等,将纵向不同成藏组合的控藏要素作为油气单元平面划分的依据,确保同一成藏组合在同一区带内的主要输导体系、优势聚集方位和油气成藏特征以及构造和沉积背景等因素大致相似。南堡凹陷油气区带单元划分时把握的主要原则有4点:①不受二级、三级构造带或构造-岩相带控制;②不受油源是否一致控制;③强调成藏作用和油气主干输导体系的相似性,考虑输导体系与烃源岩和油藏的时空配置及其组合形态;④具有同一主干输导体系、同一成藏作用和相似油气成藏特征的油气聚集层段属于同一成藏组合,从而确保划分结果与现有勘探成果相吻合,且具有预测作用。2.2源内成藏组合分析南堡凹陷各层系油气成藏特征和成藏主控要素,认为该凹陷纵向上发育三大一级油气成藏组合体,即源上成藏组合、源内成藏组合和源下成藏组合(见图2)。源上成藏组合主要是指位于烃源岩层(沙河街组—东三段)之上的东营组一段、馆陶组和明化镇组油气藏组合,这些含油储集层与烃源岩之间被区域性盖层(东二段稳定泥岩)所分隔,其油气成藏以断裂为主干输导体系,油气多聚集在与断裂相关的构造圈闭和少量岩性圈闭中。源内成藏组合主要包括东二段、东三段和沙河街组油气藏组合,这些含油储集层位于区域性盖层东二段之下,且与烃源岩(沙河街组—东三段)交互发育,其油气藏分布主要受有利储集层、断裂和层序界面等多因素组合的输导体系控制,属于自生自储型油气藏,发育构造油气藏、岩性油气藏和构造-岩性复合油气藏。源下成藏组合是指位于烃源岩层之下、以古潜山为目的层的油气藏或远景圈闭组合,包括古生界和中生界等含油气层,其特征是油气主要以断裂和不整合面为输导体系,发育构造型、古潜山型、裂缝型、不整合型油气藏,属于上生下储油气藏,油气主要分布在与油源断裂和区域不整合面相关的圈闭中。可见,同一油气成藏组合体具有相似的输导体系、同一成藏作用和相似的油气成藏特征,不同成藏组合在输导体系、油气藏类型和油气富集等方面有所差异。由于同一个一级成藏组合内储、盖组合和油气纵向分布特征也有所差异,故可将其进一步细分。如源上成藏组合可细分为东一段成藏组合、馆陶组成藏组合和明化镇组成藏组合;源内成藏组合可细分为沙河街组成藏组合和东三段成藏组合等。2.3源下成藏组合区带划分油气区带平面划分应基于纵向成藏组合划分,把握纵向不同成藏组合的控藏关键要素,重点考虑油气输导体系、烃源灶(含油气系统)、储集体、构造和成藏背景等因素。南堡凹陷源上成藏组合的控藏关键因素是控带或控油源断裂、盖层和构造圈闭,因此该组合的油气区带平面划分重点考虑了这3种要素。图3为源上东一段油气成藏组合油气区带划分结果,从中可见其平面上发育八大油气富集区带,即凹陷群边坡折或陡坡带、北堡—庙北断裂坡折带、南堡—庙南张扭断裂坡折带、老堡南—老堡断裂坡折带、曹妃甸断裂坡折带、曹妃甸5号断裂背斜带、蛤坨断背斜构造带和高柳南断裂背斜带,并且各区带总体呈北东和北西向展布,明显受油源断裂或控带断裂控制。南堡凹陷源内成藏组合的控藏关键因素是沉积体展布、烃源岩分布、控带或控洼断层,其次为构造背景,故该组合的油气区带划分重点考虑了前3种关键要素。图4为源内油气成藏组合(Ed3+Es1)平面油气区带划分结果,从中可见其平面上发育六大油气区带,即凹陷群边坡折或陡坡带、北堡—老爷庙断裂坡折带、南堡—老堡潜山披覆背斜带、老堡南断裂坡折带、蛤坨鼻状构造带和高柳南断裂背斜带,并且各区带总体呈北东和北西向展布,明显受控带断裂和次凹分布控制。南堡凹陷源下成藏组合控藏关键因素是油源断裂、不整合面和裂缝性储集层,其次为源岩位置或油源条件,故该组合油气区带划分时重点考虑了前3种关键要素,同时结合了古构造背景和现有油气勘探成果。图5为源下前第三系油气成藏组合区带划分结果,从中可见其平面上划分为两大区和10个油气区带,即以中生界地层尖灭线为界的西部奥陶系碳酸盐岩暴露区和东部中生界地层覆盖区。根据构造背景和油源断裂、不整合面分布特征,西部奥陶系碳酸盐岩暴露区可划分为4个带(南堡1号潜山披覆背斜构造带、南堡2号潜山披覆背斜构造带、南堡5号背斜构造带和西南庄断层周边凸起区),属于有利勘探区;东部中生界覆盖区可划分为6个带(南堡4号中生界断背斜带、老堡中生界斜坡区、高柳中生界背斜带、老爷庙中生界洼陷区、柏各庄断层下降盘断裂带和柏各庄断层周边凸起区),因埋深较大(边界凸起区除外),个别地区具有一定勘探潜力,但勘探风险较大。3南堡坳陷油藏区评估带3.1出现了大量油气圈闭和潜在油气成藏相互投资岩性-地层油气藏已成为高勘探程度地区的主要勘探对象,其分布规律复杂多变,没有明显成带性,仅根据二级构造带来评价油气聚集规律和指导多层系油气勘探,必然会忽视纵向上不同成藏组合油气成藏差异和平面上不同构造或沉积背景以及含油气系统对油气成藏的控制作用,导致遗漏大量油气圈闭,影响勘探成效,这种方法已经不能满足岩性-地层油气藏勘探的需求。针对南堡凹陷各层系油气成藏特征,本次研究主要以油气输导体系为中心,将成藏组合和平面划分的油气区带作为综合评价依据,利用“有效烃源岩分布图”、“含油源断层构造图”、“沉积相图”、“油气勘探成果图”进行“四图叠合”,综合评价油气有利区带。3.2源内断裂体系源上东一段油气成藏组合“四图叠合”(见图6)分析认为,其油气有利区带整体呈北东和北西向展布,明显受油源断裂控制。根据各油气区带主要成藏要素特征及其对油气生、运、聚和储量规模的贡献大小,可评价出4类油气区带(见图7)。Ⅰ类有利区油气成藏条件优越,主干油源断裂发育,处于扇三角洲前缘相带,目前油气勘探程度高,发育岩性-构造复合型圈闭,主要位于五大构造带(高尚堡—柳赞断裂背斜控油带、南堡—庙南断裂岩性控油带、老堡南—老堡披覆背斜岩性控油带和蛤坨构造岩性控油带、曹妃甸5号断裂背斜控油带);Ⅱ类油气有利区带主干油源断裂不发育,储集层物性相对较差,发育岩性和构造圈闭,主要位于北堡—庙北断裂构造控油带和曹妃甸断裂岩性控油带;Ⅲ类油气区带储集层物性差,主要位于凹陷群边坡折或陡坡带,以断裂构造圈闭为主;Ⅳ类油气勘探区油源断裂体系不发育,多位于凹陷次洼边缘的浊积砂体发育区,以岩性圈闭为主。源内东三段上亚段油气成藏组合“四图叠合”(见图8)综合分析认为,其油气有利区带明显受次洼断裂和沉降中心控制,根据各油气区带主要成藏要素特征及其对油气生、运、聚和储量规模的贡献大小,可评价出4类油气区带(见图9)。Ⅰ类有利区带成藏条件有利,近油源,油源断裂发育,处于扇三角洲前缘相带,以岩性-构造复合型圈闭为主,目前已发现油气藏多位于该带,如高柳构造控油带、北堡北—老爷庙断裂岩性控油带、南堡和老堡南—老堡断裂披覆背斜岩性控油带、蛤坨岩性构造控油带;Ⅱ类有利区带邻近Ⅰ类有利区,成藏条件也较为有利,但位于斜坡区,主要以构造-岩性复合型圈闭为主;Ⅲ类油气区带主要位于群边坡折或陡坡带,近物源,但储集层物性差,同时又远离油源区,以构造圈闭为主,如西南庄断层和柏各庄断层下降盘;Ⅳ类有利油气区带主要位于各次洼内缘,以岩性圈闭为主,如曹妃甸断裂坡折带和Lao2×1井地区。综上,源内成藏组合油气平面分布具有环带特征。第一环带位于盆缘断裂下降盘第一走滑断阶带,以构造型油气藏为主(断背斜或断块油气藏);第二环带位于第二走滑断阶带或凹陷围斜部位,多发育构造-岩性复合油气藏;第三环带主要位于次洼内缘,主要发育岩性油气藏。其中第二走滑断阶斜坡带是油气聚集成藏最有利区带,已发现油藏主要位于该带,是今后油气勘探的重点。源下前第三系油气成藏组合“四图叠合”(见图10)分析认为,其油气有利区带明显受基底走滑断裂带、不整合面和奥陶系裂缝性储集层分布以及古构造背景控制。根据各区带主要成藏要素特征及其对油气生、运、聚和储量规模的贡献大小,可评价出5类油气区带(见图5)。Ⅰ类有利区带成藏条件有利,邻近生烃灶,基底走滑油源断裂和风化壳型奥陶系裂缝性储集层发育,主要位于南堡1号潜山披覆背斜构造带和南堡2号潜山披覆背斜构造带,目前已发现油气藏多位于这两个构造带;Ⅱ类有利区带成藏条件有利,基底断裂和奥陶系储集层发育,远离生烃灶,目前未钻探,如南堡5号背斜构造带和西南庄断层周边凸起区;Ⅲ类区带成藏条件较有利,基底断裂发育,也具有一定构造背景,被中生界所覆盖,风化壳裂缝型奥陶系储集层不发育,目前勘探程度低,如南堡4号中生界断背斜带、高柳中生界背斜带和柏各庄断层周边凸起区;Ⅳ类区带成藏条件不利,埋藏深,被中生界所覆盖,处于斜坡背景,如老堡中生界斜坡带和柏各庄断层下降盘;Ⅴ类区带成藏条件不利,埋藏深,被中生界所覆盖,缺少构造背景,处于洼陷区,如老爷庙中生界洼陷区。3.3覆盖南堡4号构造-岩性复合油气藏勘探方向南堡凹陷不同油气成藏组合油气区带评价结果显示,不同油气成藏组合今后勘探重点有所不同。源上油气成藏组合应重点加强南堡1号和南堡2号构造带东一段和馆陶组油藏的整体评价,同时兼顾南堡4号构造带东一段、馆陶组和明化镇组的油气成藏条件综合评价,其次开展老爷庙和高柳地区的油藏滚动扩边勘探评价研究。源内油气成藏组合应重点