渤海灣盆地濟陽坳陷下古生界潛山勘探新認識與新發現

馬立馳，王永詩，景安語

（1.中國石化勝利油田分公司，山東東營 257001；2.中國石化勝利油田分公司勘探開發研究院，山東東營 257015）

濟陽坳陷作為渤海灣盆地的次級構造單元，其底部的下古生界是重要的勘探層系。濟陽坳陷下古生界潛山勘探從20 世紀70 年代初的義和莊潛山開始，目前已探明石油地質儲量近2×109t，是勝利油田重要的產能建設陣地［1-7］。2003 年對濟陽坳陷潛山勘探實踐進行了系統總結，提出了斷陷盆地多樣性潛山成因、成藏與勘探理論，其成果獲得國家科技進步二等獎。在該理論的指導下，圈閉條件好的烴源巖與儲層直接對接型潛山、烴源巖在下儲層在上的潛山圈閉不論風化殼型油藏還是內幕型油藏、埋藏不論深和淺都已經進行勘探和開發［5-7］，潛山勘探面臨的對象是更為復雜的隱蔽型潛山。近幾年，中國潛山勘探特別是渤海灣盆地潛山勘探先后通過深化研究，取得了一定的進步［8-12］。在濟陽坳陷也通過潛山油氣成藏條件的再認識，大膽探索，積極預探，先后發現了埕北313、埕北古斜14、樁斜169等一批以前不敢鉆探的潛山圈閉，又展現出濟陽坳陷潛山勘探的曙光［13］。通過研究取得的新認識對推動渤海灣盆地潛山勘探具有重要的指導意義。

1 地質概況

濟陽坳陷下古生界包括寒武系和下、中奧陶統，主要由碳酸鹽巖構成，地層沉積厚度約為1 200 m，屬于典型的海相沉積。該套地層受印支、燕山和喜馬拉雅等構造運動改造，形成多個潛山塊體。整體上，印支期北西向斷層控制了潛山帶的分布，形成埕島-墾東、孤西、羅西等潛山斷裂帶；燕山期北東向斷層切割潛山帶形成多個潛山，如埕島-墾東潛山帶被切割成埕島、長堤、孤東、墾東等4 個孤立的潛山；喜馬拉雅期斷層又將每個潛山進一步復雜化，形成一個個潛山塊體。目前已鉆井證實，濟陽坳陷下古生界潛山中的油氣都來自于古近系沙河街組，寒武系、奧陶系不具備生烴能力。古近系生成的油氣主要是通過溝通油源的斷層運移至潛山而聚集成藏。下古生界潛山儲層有風化殼型和內幕型2種類型。風化殼型儲層的風化殼厚度一般約為250 m，具體井的風化殼儲層發育段厚度受井點處出露地層組段（巖性）、上覆地層層位（決定出露時間）、古地形高低等多個條件控制而有所差別。內幕型儲層主要為冶里-亮甲山組白云巖地層發育組段，往往儲集物性較好。已經發現的潛山油藏類型均為層狀邊水油藏，含油高度受多種條件限制，沒有統一的含油高度。

2 圈閉有效性與地塹型、斜坡型潛山的勘探

2.1 潛山圈閉有效性的傳統認識

圖1 傳統的濟陽坳陷潛山油氣成藏模式［13］Fig.1 Traditional pattern of hydrocarbon accumulation of buried hills in Jiyang Depression［13］

目前濟陽坳陷發現的下古生界潛山油氣都集中在具有正向構造背景的潛山高部位。基于已經發現的油氣，多年來反復認識逐漸形成了研究區下古生界潛山油氣成藏模式（圖1）。正向構造背景的地壘型潛山塊體由于控圈斷層的作用，潛山塊體高部位一般側向都與中生界對接，勘探實踐證實研究區中生界一般物性較差，具有這種對接條件的潛山圈閉由于斷層側向封堵條件優越，因此圈閉有效性比較好（圖1 中a 處）。負向構造背景的地塹型潛山塊體受兩側斷層的控制，斷層下降盤的下古生界潛山高部位與上升盤的下古生界地層低部位相接。勘探實踐分析表明，下古生界風化殼型儲層厚度一般約為250 m［14］，也就是說當斷層的斷距小于250 m時斷層下降盤負向斷塊高部位與側向上升盤圈閉的低部位通過斷層連通，其圈閉有效性一般較差（圖1 中b 處）；當斷距大于250 m，即斷層上、下兩盤潛山塊體錯開風化殼儲層厚度時，潛山圈閉有效性才比較落實（圖1 中c 處）。濟陽坳陷已經發現的2×109t左右的探明石油地質儲量都是在這種傳統認識指導下發現的，且這種認識也是經過多口成功井和失利井鉆探檢驗過的。隨著勘探程度的提高，基于該認識分析未鉆探的潛山圈閉，發現基本上都是由于圈閉有效性不落實而不敢鉆探，致使濟陽坳陷下古生界潛山勘探進入停滯期。

2.2 斷層研究與圈閉有效性新認識

從濟陽坳陷構造演化過程分析看，其主要經歷了印支、燕山和喜馬拉雅3期構造運動；印支期以南西-北東向擠壓為主，燕山期以左行走滑為主，喜馬拉雅期以右行走滑為特色。由于經歷了多期拉張和走滑運動，現今表現為“殘留”構造特征；特別是印支期的擠壓疊加了后期的拉張和走滑作用，現今的斷層性質到底以哪種性質為主在實際中很難界定。濟陽坳陷斷陷盆地在古近紀之后主要表現為拉張性質，以往的構造解釋模型都是按照拉張模式建立的，所以認為分割各個潛山塊體的斷層為拉張性質而封堵性能較差。近期對斷層結束活動時間和斷層性質的研究發現，下古生界地層中的部分斷層具有一定的封堵性能。從斷層結束活動時間看，可以分為燕山期之后不活動的斷層、古近紀之后不活動的斷層、新近紀活動的斷層3 大類。燕山期之后不活動和古近紀之后不活動的斷層在潛山中發育比較普遍。這2 種斷層由于后期活動較弱，膠結充填作用較強，具有一定的封堵能力。從斷層性質分析看，北東走向的斷層比較直立，表現為走滑壓扭性質，特別是濟陽坳陷東部靠近郯廬斷裂附近這種現象較為普遍。綜合研究認為北東走向、古近紀之后停止活動、壓扭性質的走滑斷層具有一定的封堵性能，如果其具備一定的封堵作用，則無論正向構造背景的地壘型潛山還是負向構造背景的地塹型潛山，只要圈閉落實，油氣均可成藏。

2.3 埕北313井的成功與地塹型潛山的勘探

在認識到北東走向、古近紀之后不活動、走滑壓扭性質的斷層具有封堵性能后，筆者對濟陽坳陷下古生界潛山開展了新一輪系統評價。發現埕島-樁海地區沒有井鉆遇的、按照傳統認識認為圈閉有效性不好的負向構造帶和斜坡帶具有一定的勘探潛力，通過優選部署鉆探了埕北313井（圖2）。該井位于埕北306 和埕北302 斷塊中間低部位。埕北313圈閉西部構造高部位通過埕北302斷層，對接埕北302 潛山寒武系下部泥巖相對發育地層，側向圈閉條件較好；但埕北313 圈閉東部構造高部位通過埕北306 斷層對接埕北306 斷塊低部位。如果埕北306斷層封堵性不好，埕北313潛山圈閉就會因為圈閉有效性不好而失利。而埕北313 井于4 164.15～4 270.2和4 164.15～4 357.0 m 井段試油分別獲得日產油量61.1，325 t/d 和日產天然氣量15 055，10 823 m3/d。該井的成功打破了濟陽坳陷下古生界碳酸鹽巖潛山油氣成藏的傳統模式，證實北東走向、古近紀之后停止活動、走滑壓扭性質的斷層具有封堵性。該認識展現出了濟陽坳陷負向構造型潛山勘探的希望。

2.4 埕北古斜14井的成功與斜坡型潛山的勘探

圖2 埕島地區埕北313潛山油藏剖面［13］Fig.2 Buried hill oil reservoir cross-section of Well Chengbei 313 in Chengdao［13］

在對斷層封堵性認識提高的基礎上，基于埕北313 井鉆探成功獲得的啟示，筆者重新審視斜坡帶潛山圈閉，獲得2點啟示：①由于斜坡帶發育的老斷層后期抬升剝蝕夷平頂面沒有斷距，以往認為其圈閉條件不落實，而沒有解釋這類斷層，現在分析認為這類斷層能夠形成有效圈閉。②當控制潛山圈閉的斷層具有走滑壓扭性質時，其圈閉有效性也同樣優越。在對構造重新解釋和分析圈閉有效性的基礎上，在埕島地區東部斜坡帶部署鉆探了埕北古斜14 井。該井于上馬家溝組3 792.00～3 938.56 m井段10 mm油嘴放噴求產，日產油量為52 t/d。埕北古斜14 井的成功打破了下古生界斜坡型潛山圈閉有效性不好的認識，使斜坡型潛山成為下一個重要的勘探戰場。

3 斷層輸導能力與走向運移型輸導方式下潛山的勘探

3.1 潛山油氣輸導方式的傳統認識

經過幾十年的勘探實踐證實，濟陽坳陷下古生界潛山發現的油氣均來自古近系，一般以沙三段油氣為主。沙三段的油氣進入潛山一般有源儲對接型和源下儲上型2種油氣輸導方式。源儲對接型是指潛山圈閉通過斷層與沙三段烴源巖直接對接，油氣通過斷層直接進入潛山圈閉中，這種對接方式的成藏條件最為有利（圖3a）。源下儲上型是指生烴中心在下部，潛山在烴源巖上部，油氣通過控山斷層向上運聚至潛山圈閉中成藏。濟陽坳陷發現的絕大多數潛山油藏都是源下儲上型油氣輸導方式（圖3b）。具備上述2 種油氣輸導方式的潛山圈閉，只要圈閉條件落實，目前基本都已經進入勘探開發階段。現在評價的潛山圈閉，都是不具備上述2 種運聚條件而認為沒有油源條件的潛山，因而一直沒有鉆探。

圖3 濟陽坳陷潛山傳統油氣輸導方式Fig.3 Traditional ways of hydrocarbon transport of buried hills in Jiyang Depression

3.2 斷層走向輸導的油氣運移新認識

濟陽坳陷下古生界斷層走向輸導運聚油氣成藏最典型的實例為埕北20 潛山帶。該潛山帶處于埕島潛山中部，其東、西、南部均沒有油氣供給，只有北部的沙南凹陷為主要供烴單元。目前已鉆井的油-源地化指標對比結果證實，其油氣來源于北部沙南凹陷。分析埕北20 潛山帶與沙南凹陷關系認為，兩者之間沒有北掉的源儲側向對接的斷層，只發育一條南北走向的橫切潛山插入至沙南凹陷的斷層。目前發現的油氣沿埕北20 斷層自北向南的變化規律比較明顯，含油高度由北部埕北古4 井的230 m 過渡為南部埕北古406 井的40 m，同時氣油比逐漸增高。這些證據表明研究區下古生界內部斷層具備沿斷面走向運移油氣的能力。

在埕北20斷層油氣運移能力的啟示下，筆者對長堤潛山也開展了相應的研究工作。長堤潛山位于濟陽坳陷東部，東臨黃河口凹陷。該區目前發現的油氣主要賦存在新近系，地化分析結果表明其油氣主要來自黃河口凹陷。長堤潛山東部發育一條南北走向、東掉的控山斷層，該斷層長10多公里，一直活動至新近紀，目前研究發現其為一條大型的油源斷層。長堤潛山東西方向通過這條斷層與黃河口凹陷沙三段烴源巖相接的是中生界，也就是說下古生界在其對接處位于烴源巖下部，沒有直接對接關系。黃河口凹陷生烴層系沙三段的最大埋深為5 400 m，長堤潛山下古生界埋深大多在5 400 m 以上，只是對接處源儲關系不好，但仍位于烴源巖埋藏底界之上。分析認為，長堤潛山東部的油源斷層如果具備走向運移能力的話，可以自北向南橫向運移油氣至南部構造部位稍高一點的潛山圈閉中聚集成藏；另外長堤潛山內部還發育2條東西走向、活動至古近紀的斷層，這2 條斷層與南北走向的控山斷層相接，組成了一個立體空間輸導體系，油氣首先自北向南運移，在其運移過程中遇到東西向斷層再自東向西運移，從而構成一個由3 條不同方向斷層組成的油氣輸導網絡，如果該網絡具備橫向輸導能力，則長堤潛山下古生界即為潛在的油氣勘探戰場（圖4）。同時通過調研中海油資料發現，黃河口凹陷沙三段生烴中心的地層壓力系數最大可達1.78，在這種超壓環境下油氣具備充足的橫向運移能力［15］。

圖4 長堤地區樁古65潛山油氣輸導網絡示意Fig.4 Schematic of buried hill hydrocarbon transport network of Well Zhuanggu 65 in Changdi zone

3.3 樁古65 井的成功與走向運移型輸導方式下潛山的勘探

通過對長堤地區主要斷層空間匹配關系和活動性的研究，認為其具備一定的走向運移能力，因此大膽鉆探了風險探井樁古65 井。該井于4 088 m鉆遇油氣顯示，從而證明不同斷層構成立體油氣輸導網絡的走向運移輸導方式的存在。根據這種輸導方式筆者重新審視濟陽坳陷的潛山發現，孤西斷裂帶向東的二、三排山可通過東西向斷層與渤南洼陷溝通，義和莊潛山西部的潛山圈閉可通過東西向斷層與四扣洼陷溝通，高青潛山圈閉可以通過東西向斷層與博興洼陷溝通，從而這些按照傳統油氣輸導模式分析的沒有油源條件的潛山圈閉成為下步重點勘探的地區。今后要重點加強針對這些斷層的性質、活動時期與油氣成藏期的匹配、斷層活動速率以及成巖演化的研究，以提高鉆探的成功率。

4 油氣倒灌運移與烴源巖之下潛山的勘探

4.1 烴源巖之下潛山勘探潛力的傳統認識

目前世界范圍內發現的絕大多數油氣藏不是源儲直接對接，就是源下儲上油氣向上運聚成藏。經過幾十年的勘探，濟陽坳陷潛山勘探一直秉承只要潛山圈閉在烴源巖之上就可成藏的觀點進行了大膽的勘探開發。其實還有一類潛山一直在探索視線之外，那就是埋藏在烴源巖之下的潛山圈閉，這類潛山要成藏，就需要油氣倒灌運移。對于油氣向下倒灌充注成藏問題，目前有很多學者進行了論述，付廣、史集建等持支持觀點的學者認為在烴源巖存在超壓背景、斷層輸導體系存在的地質條件下，烴源巖生成的部分油氣可以發生向下倒灌運移進入烴源巖之下的儲層中聚集成藏［16-19］。

4.2 油氣倒灌運移與潛山成藏可能性分析

車鎮凹陷位于濟陽坳陷西北部，為一典型的北斷南超的箕狀斷陷盆地，其東西長、南北窄。凹陷北部通過埕南大斷層與埕子口凸起相連接，南部為緩坡逐漸過渡至凸起。北部埕南大斷層下降盤發育一系列受次級斷層控制的、平行于埕南斷層東西向分布的潛山帶，目前已經發現了車古20、車古57等潛山油藏，已經上報探明石油地質儲量3 300×104t。雖然該潛山帶已經發現了油氣聚集，但是從源儲關系看，該潛山帶有很多潛山的頂面埋深大于沙三段烴源巖的底界埋深，因而由于沒有油氣輸導條件而排除在勘探視線之內。

在油氣倒灌運移觀點的啟示下，筆者重新對車鎮凹陷西部車西次洼油氣與潛山輸導聚集關系進行了研究。第一，車西次洼沙三段發育了巨厚的暗色泥巖，在其下部主要以泥頁巖為主，也就是說沙三段下亞段是車西次洼的主力生烴層段。通過已鉆井地層壓力分析發現，該區生烴期地層壓力系數最大可達1.8［16］，具有非常明顯的超壓特征，為油氣運移提供了強大的動力。第二，車西次洼沙三段中上亞段只有靠近埕南斷層處的砂礫巖體比較發育，但這些砂礫巖體主要為碳酸鹽巖母巖類型，物性相對比較差，該組段內其他地區主要以泥巖為主，厚度可達800～1 500 m，這種組合條件限制了油氣的縱向運移。第三，研究區沙三段內部發育的斷層，特別是切穿沙三段及其以上地層的后期活動的斷層極不發育，這種斷裂發育條件不利于研究區下部油氣向上縱向輸導。第四，研究區潛山內部發育了一些老斷層，后期復蘇繼承性發育，能夠溝通沙三段下亞段烴源巖，為油氣向下輸導提供了一定的有利條件。第五，目前發現的潛山油藏的地層壓力系數基本約為1.0，遠遠低于該區沙三段烴源巖內部的地層壓力系數。綜上所述認為，車鎮北部潛山帶油氣具備向下倒灌運移的條件。

4.3 車古27井的成功與烴源巖之下潛山的勘探

在對車鎮北部下古生界潛山油氣倒灌運移條件分析的基礎上，對研究區圈閉條件重新落實，優選車古27 潛山圈閉進行了鉆探部署（圖5）。車古27 井于古生界4 919 m 鉆遇油斑顯示，通過對油砂樣品進行抽提并進行地化分析發現，其生物標志化合物特征與沙三段下亞段具有親緣關系，為沙三段下亞段的貢獻。車古27井的發現，證實了車西次洼的油氣可以在高壓條件下向下倒灌進入古生界潛山運移成藏，從而打開了車鎮凹陷北部潛山的勘探空間。構造精細解釋結果表明，車鎮北部潛山帶的有利圈閉面積為24 km2，圈閉資源量為2 000×104t以上，具有一定的勘探潛力。

圖5 車鎮地區車古27潛山油藏剖面Fig.5 Buried hill oil reservoir cross-section of Well Chegu 27 in Chezhen

5 結論

通過對濟陽坳陷下古生界構造演化特征以及斷層性質、結束活動時間、后期成巖演化充填等特征進行分析，認為北東走向、古近紀之后不活動、壓扭性質的走滑斷層具有一定的封堵性。這個認識突破了早期建立的傳統的下古生界潛山油氣成藏模式。在新認識的指導下，發現靠近郯廬斷裂帶的濟陽坳陷東部地區下古生界潛山圈閉條件優越，其發育的地塹型和斜坡型潛山圈閉均為有利的勘探目標。

濟陽坳陷勘探實踐表明，下古生界潛山中的部分斷層具有沿斷面走向運移油氣的能力。該認識突破了源儲對接和源下儲上型傳統油氣輸導模式，使圈閉落實、油源條件缺乏的潛山圈閉的油氣充注成為可能。具有走向運移背景的潛山圈閉將會是未來濟陽坳陷潛山重要的預探方向。

濟陽坳陷以車鎮凹陷為代表的部分地區的潛山圈閉發育條件較好，生烴灶具有超壓特征，同時其油氣向上運聚條件差，超壓的存在能夠促使油氣向下倒灌運聚成藏。這類油氣運聚方式下的潛山圈閉是濟陽坳陷下古生界下一步風險勘探的目標。