沙壘田凸起東段曹妃甸11構(gòu)造大型油田成藏主控因素分析

吳小紅，王清斌，張　友，夏成崗，王富民

(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津塘沽 300452)

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沙壘田凸起東段曹妃甸11構(gòu)造大型油田成藏主控因素分析

吳小紅，王清斌，張友，夏成崗，王富民

(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津塘沽 300452)

為了加強(qiáng)對(duì)渤海西部海域油氣田成藏特征及規(guī)律研究，對(duì)沙壘田凸起東段曹妃甸11構(gòu)造大型油田的形成進(jìn)行了研究。研究表明：①渤中凹陷東南緣(主要烴源巖供給區(qū))沙河街組和東營(yíng)組烴源巖為曹妃甸11構(gòu)造大型油田的形成奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；②NE(北東)向斷層兩期活動(dòng)控制油氣富集，晚侏羅世-白堊世時(shí)期，NE向斷層左旋活動(dòng)分割基底，控制沙壘田凸起東西段構(gòu)造形態(tài)；新近紀(jì)時(shí)，NE向斷層右旋走滑活動(dòng)，披覆之上的新近系地層形成負(fù)花狀構(gòu)造，這不僅控制了東段大型披覆背斜圈閉的形成與展布，而且控制了蓋層高點(diǎn)；③新近系優(yōu)勢(shì)運(yùn)移路徑最終控制大油田的形成位置。曹妃甸11-1和曹妃甸11-6大型油田都是大面積源巖生成的油氣沿多條優(yōu)勢(shì)運(yùn)移路徑最后向一個(gè)方向聚集而形成的。

沙壘田凸起；曹妃甸11油田；成藏主控因素；優(yōu)勢(shì)運(yùn)移路徑

沙壘田凸起位于渤海西部海域的中部，面積約1 680 km2，是在長(zhǎng)期發(fā)育的古隆起上形成的新近系披覆背斜構(gòu)造，其基底構(gòu)造層由太古界和古生界花崗巖和變質(zhì)巖組成，局部殘留古生界碳酸鹽巖。太古界和古生界地層受早期活動(dòng)比較劇烈的新近系大斷層控制。古近系除東營(yíng)組在凸起較低部位出露外，其它部位均沒有沉積。位于沙壘田凸起東段的曹妃甸11-1大型油田(探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量17 696.39×104m3)以及曹妃甸11-6大型油田(探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量7 555.68×104m3)(圖1)，主要含油層系為新近系館陶組和明下段。無論是勘探發(fā)現(xiàn)還是科研研究，前人對(duì)渤海海域油氣成藏特征的研究偏重于遼東灣、渤中和渤南[1-5]，對(duì)西部海域油氣成藏研究相對(duì)薄弱。近幾年對(duì)沙壘田凸起油氣成藏的研究偏重于構(gòu)造，強(qiáng)調(diào)構(gòu)造特征與油氣成藏的關(guān)系，而對(duì)西部海域油氣成藏缺乏系統(tǒng)性的研究[6-7]。因此，本文以沙壘田凸起東段曹妃甸11-1和曹妃甸11-6大型油田為例，總結(jié)大型油氣田的成藏特征與成藏主控因素，希望對(duì)渤海西部海域油氣勘探有一定的借鑒作用，對(duì)渤海下一步發(fā)現(xiàn)新增替代儲(chǔ)量有一定的意義。

圖1　沙壘田凸起構(gòu)造位置

1　成藏條件

沙壘田凸起東鄰渤中凹陷，西鄰歧口凹陷，北部為南堡凹陷，南部為沙南凹陷(圖1)。這幾大凹陷古近系發(fā)育多套烴源巖，且烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度高，成熟度高，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅰ-Ⅱ1生油母質(zhì)為主。最大的渤中凹陷發(fā)育沙三段、沙一二段、東三段烴源巖，以泥巖為主，伴有少量油頁巖，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ1型為主。沙三段有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為2.65%，生烴潛力S1+S2為17.91mg/g，氯仿瀝青“A”為0.3544%，總烴HC質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2 067×10-6；沙一段有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為2.83%，生烴潛力S1+S2為16.02 mg/g，氯仿瀝青“A”為0.4932%，總烴HC質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3 148×10-6；東三段有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為1.75%，生烴潛力S1+S2為7.08 mg/g，氯仿瀝青“A”為0.3067%，總烴HC質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 255×10-6。其埋藏深，供烴能力強(qiáng)，對(duì)圍區(qū)沙壘田凸起東段和石臼坨凸起上的大中型油氣田的形成有重要貢獻(xiàn)[8-9]。

甾萜烷生物標(biāo)志化合物特征對(duì)比表明(圖2)，曹妃甸11-1油田CFD11-1-3井淺層原油與CFD18-2-1井東三段源巖特征相似，呈現(xiàn)出低伽馬蠟烷，低四甲基甾烷(伽馬蠟烷/αβC30霍烷為0.05，4-甲基C30甾烷/C29甾烷20R為0.36)，富含C24四環(huán)萜烷，中等含量的重排甾烷(C27重排甾烷/C29規(guī)則甾烷值為0.50)，C29甾烷20S/(20S+20R)為0.55，C29甾烷ββ/(αα+ββ)為0.47，說明沙壘田東三段和東下段的成熟烴源巖對(duì)3井淺層有貢獻(xiàn)。CFD11-1-1井和CFD11-1-7井淺層原油伽馬蠟烷中等(伽馬蠟烷/αβC30霍烷為0.17)，四甲基甾烷相對(duì)3井偏高(4-甲基C30甾烷/C29甾烷20R為0.55)，C24四環(huán)萜烷和重排甾烷含量低，說明沙三段和沙一段烴源巖有供油作用。因此，沙壘田凸起東三段沙河街組和東下段烴源巖對(duì)曹妃甸11-1油田的形成有重要貢獻(xiàn)。

圖2　曹妃甸11-1和曹妃甸12-1大油田油源分析

CFD12-1油田的原油特征表現(xiàn)為相對(duì)較低的伽馬蠟烷指數(shù)，為0.07～0.18，C19/C23三環(huán)萜烷值為0.25～1.01、C24四環(huán)萜烷/C26三環(huán)萜烷值為0.53～1.44，4-甲基甾烷指數(shù)(0.1～0.49)范圍大。C19/C23三環(huán)萜烷值隨C24四環(huán)萜烷/ C26三環(huán)萜烷值增加而有規(guī)律的增加，這兩個(gè)參數(shù)從構(gòu)造高部位向渤中凹陷增加，而伽馬蠟烷指數(shù)隨4-甲基甾烷指數(shù)由西向東減小，表明原油主要是東營(yíng)組生成的原油與沙河街組(主要為沙三段)生成的原油混合而成。CFD12-1-2井明下段原油以C27甾烷優(yōu)勢(shì)為特征，和CFD18-2-1井東三段巖屑特征相類似；而館陶組原油以C29甾烷優(yōu)勢(shì)為特征，和CFD18-2E-1井東三段巖屑特征相似，說明在東三段沉積時(shí)期，各沉積次洼的陸源有機(jī)質(zhì)注入總量不同，造成其略有差異(圖2)。

2　成藏控制因素

沙壘田凸起曹妃甸11-1油田、曹妃甸11-6油田以及曹妃甸11-2和曹妃甸12-1S油田的分布受北東向基底斷裂的控制(圖1)。沙壘田凸起構(gòu)造演化特征表明，早侏羅世及以前，沙壘田凸起為一整一的隆起，當(dāng)時(shí)不存在NE向斷層；晚侏羅世至白堊世時(shí)期，北東向斷層形成，并且發(fā)生左旋走滑活動(dòng)，分割東西兩段塊體，切割凸起；新近紀(jì)時(shí)期，北東向斷層右旋走滑，改造披覆背斜構(gòu)造和蓋層高點(diǎn)(圖3)。

在沙壘田凸起東段，沿分割東西兩段的主走滑帶東邊，還發(fā)育了4條主要的走滑斷裂。沙壘田凸起基底在晚侏羅世-白堊世時(shí)期主要受NE向主走滑作用的左旋活動(dòng)的影響，主走滑斷層早期的左旋活動(dòng)分割基底，控制了沙壘田凸起東西兩段不同構(gòu)造格局的形成，呈現(xiàn)出東高西低特征。主干走滑斷層?xùn)|段的次級(jí)走滑斷層活動(dòng)形成了東段CFD11-1、CFD11-6和CFD11-3構(gòu)造的雛形；新近紀(jì)以來，由于NE向斷層受右旋走滑的影響，披覆之上的新近系地層形成負(fù)花狀構(gòu)造，表現(xiàn)為負(fù)地形，這樣主走滑斷裂右邊的走滑斷裂間由于走滑應(yīng)力和沉積的作用就會(huì)形成構(gòu)造高點(diǎn)，因而它不僅控制大型披覆背斜型圈閉的形成與展布，而且還控制了蓋層高點(diǎn)。曹妃甸11-1構(gòu)造圈閉和曹妃甸11-6構(gòu)造圈閉的形成與③號(hào)、④號(hào)和⑤號(hào)走滑斷裂的右旋走滑活動(dòng)有關(guān)(圖1、圖3)。因此新近紀(jì)時(shí)，北東向斷層的右旋走滑活動(dòng)，不僅形成了大型的低幅度披覆背斜型圈閉和小型的斷塊型圈閉，而且還控制了新近系沉積相和砂體儲(chǔ)層的展布[7]。

圖3　沙壘田凸起構(gòu)造演化示意圖

沙壘田凸起自古生代沉積以來，處于繼承性抬升狀態(tài)，到古近紀(jì)晚期才開始下沉接受沉積，在凸起周邊形成東營(yíng)組三角洲沉積。東營(yíng)組形成末期，凸起中心又抬升，到新近紀(jì)沉積時(shí)期，凸起才整體沉降，館陶組和明化鎮(zhèn)組河流相沉積形成。館陶組發(fā)育辮狀河含礫砂巖，砂體縱向連續(xù)性好，厚度大，物性好，孔隙度平均達(dá)到27%以上，但是內(nèi)部?jī)?chǔ)蓋組合相對(duì)于明化鎮(zhèn)組要差。明下段發(fā)育曲流河泛濫平原砂巖，砂體厚度中等，孔隙度平均高達(dá)31%，且夾于厚層泥巖中，儲(chǔ)蓋組合好，有利于低幅度平緩構(gòu)造的油氣聚集。

沙壘田凸起明下段對(duì)油氣富集起著重要作用，明下段也存在區(qū)域性蓋層。明下段厚度510～720 m，東段及凸起周邊砂巖含量為30%～40%，蓋層條件好。另外，沙壘田凸起在新近紀(jì)發(fā)育重力滑塌斷層，對(duì)油氣保存可能有破壞，因此，這種蓋層和斷層需要凸起，需要發(fā)育很好的規(guī)模型背斜圈閉，才會(huì)有大規(guī)模的油氣聚集。

3　油氣的運(yùn)移與聚集

油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移路徑是油氣二次運(yùn)移的主要路徑[10-12]，構(gòu)成油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移路徑主要為斷層、不整合面和砂體[13-14]。沉積盆地中約有70%的油氣藏位于油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道的方向上[12]。油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道有宏觀盆地尺度和微觀區(qū)帶尺度[12]。大尺度范圍內(nèi)油氣運(yùn)移指向?yàn)樽畲髣?dòng)力方向，油氣生成后沿運(yùn)載層垂直于走向向上傾方向運(yùn)移，油氣則集中在有限的運(yùn)移通道上。

輸導(dǎo)層頂面或封閉層底面的三維幾何形態(tài)控制油氣的運(yùn)移路徑[15]。研究區(qū)新近系館陶組砂體輸導(dǎo)層和明下段區(qū)域性蓋層控制著優(yōu)勢(shì)運(yùn)移路徑。洼陷深部沙河街組和東營(yíng)組成熟油氣經(jīng)斷裂進(jìn)入館陶組區(qū)域性砂體輸導(dǎo)層后，受構(gòu)造脊控制，向凸起區(qū)發(fā)生大規(guī)模、長(zhǎng)距離、匯聚型的油氣運(yùn)移。運(yùn)用Petromode盆地模擬軟件，對(duì)館陶組和明下段輸導(dǎo)層的油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移路徑和聚集區(qū)域進(jìn)行了模擬。模擬結(jié)果顯示，曹妃甸11-1和曹妃甸11-6油田都在油氣的優(yōu)勢(shì)運(yùn)移路徑和聚集區(qū)域內(nèi)(圖4)。

新近系油氣運(yùn)移聚集模擬表明(圖4)：① 沙壘田凸起東段曹妃甸11-1和曹妃甸11-6構(gòu)造油氣主要來自凸起的渤中凹陷東南緣，南堡凹陷沙河街組烴源巖可能對(duì)曹妃甸11-1油田也有一定的貢獻(xiàn)。渤中凹陷東南緣的主要供烴對(duì)大型油田的形成奠定基礎(chǔ)，生成的油氣分別經(jīng)沙南斷階帶、沙壘田凸起東側(cè)構(gòu)造脊和往北的邊界斷層運(yùn)移至沙壘田凸起大型圈閉中聚集成藏。② 油氣在區(qū)域性砂體輸導(dǎo)層中發(fā)生匯聚型側(cè)向運(yùn)移，受構(gòu)造脊控制，油氣沿多條運(yùn)移路徑逐漸匯聚成主干的少數(shù)幾條優(yōu)勢(shì)運(yùn)移路徑。曹妃甸11-1和曹妃甸11-6大型油田的形成都與這種成熟后大面積源巖生成的油氣沿多條優(yōu)勢(shì)路徑運(yùn)移最后向一個(gè)方向聚集相關(guān)。

圖4　沙壘田凸起新近系油氣運(yùn)移聚集模擬圖

4　結(jié)論

(1)渤中凹陷東南緣深洼沙河街組(主要為沙三段)和東營(yíng)組烴源巖的供烴為曹妃甸11構(gòu)造大型油田的形成奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

(2)NE向斷層的兩期活動(dòng)對(duì)研究區(qū)油氣富集起到直接的控制作用。晚侏羅世-白堊世時(shí)期，NE向斷層左旋活動(dòng)分割基底，控制了沙壘田凸起東西構(gòu)造形態(tài)；新近紀(jì)時(shí)，北東向斷層右旋走滑，不僅控制了大型披覆背斜圈閉的形成與展布，而且還控制了蓋層高點(diǎn)。

(3)新近系優(yōu)勢(shì)運(yùn)移路徑控制大油田的形成位置，曹妃甸11-1和曹妃甸11-6大型油田都是大面積源巖生成的油氣沿多條優(yōu)勢(shì)運(yùn)移路徑最后向一個(gè)方向聚集而形成的。

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編輯：黨俊芳

1673-8217(2016)03-0001-04

2016-01-05

吳小紅，工程師，碩士，1980年生，2010年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)(北京)地質(zhì)工程與地質(zhì)資源專業(yè)，現(xiàn)從事石油地質(zhì)及油氣成藏與分布規(guī)律研究。

“十二五”國(guó)家重大專項(xiàng)(2011ZX05023-006-002)。

2016-01-05

吳小紅，工程師，碩士，1980年生，2010年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)(北京)地質(zhì)工程與地質(zhì)資源專業(yè)，現(xiàn)從事石油地質(zhì)及油氣成藏與分布規(guī)律研究。

“十二五”國(guó)家重大專項(xiàng)(2011ZX05023-006-002)。

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