渤中13-2雙層結構太古宇潛山成藏條件分析與勘探發現

施和生 牛成民 侯明才 高陽東 賴維成 陳安清 徐國盛 許 鵬 曹海洋 閻建國

（1 中海石油（中國）有限公司勘探部；2中海石油(中國)有限公司天津分公司渤海石油研究院；3成都理工大學油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室；4中海石油(中國)有限公司深圳分公司）

0 引言

新生盆地之下的基底正地貌被稱為潛山，潛山的油氣勘探已有上百年歷史。中國的潛山油氣發現絕大部分都在渤海灣盆地。從最早的任丘碳酸鹽巖潛山油田[1]，到后來的遼河坳陷興隆臺變質巖潛山油田[2]，再到如今的渤中19-6氣田與渤中13-2油氣田的發現，渤海的潛山成為一個重要的勘探領域[3]。特別是渤中19-6氣田發現促使潛山勘探由早期的淺埋潛山向埋深大于3500m的深埋潛山拓展。根據潛山的地層結構特征，渤中19-6構造屬于單層潛山，即古老的太古宇經過長期的暴露剝蝕而直接被新生界覆蓋的潛山[4]。太古宇潛山儲層研究表明，太古宙經歷的多期構造裂縫作用及多期暴露淋濾作用是原本致密的變質花崗巖發育儲集空間的關鍵因素，儲層具有裂縫主導而成的立體網狀特征[5]。經歷長期暴露的潛山山頭是潛山成儲—成藏的絕佳部位，但是渤海海域暴露的單層太古宇潛山較少。如何突破已有勘探模式，向多層潛山拓展是擺在勘探人員面前的難題。目前，只有陸上的遼河坳陷興隆臺、勝利埕島等潛山內幕有油氣發現，渤海海域的太古宇變質花崗巖是否發育被古生界或中生界覆蓋的內幕潛山儲層及其潛在的成藏機制是阻礙領域拓展的關鍵問題。從成藏條件來看，渤中西南環的深埋潛山處于最為有利的油氣運移指向區。從斷裂是控制太古宇儲層發育最為關鍵的因素來看，渤中西南環也是最有可能在多層結構潛山中發育大型內幕太古宇儲層的地區。針對上述關鍵勘探問題，通過系統分析裂縫成儲作用和潛山成藏條件，確定出渤中13-2是最有可能再次獲得太古宇勘探突破的潛山構造，并最終被渤中13-2（探明地質儲量億噸級油氣當量）的油氣發現所證實，對下一步潛山勘探有重要的指導意義。

1 地質背景與潛山特征

渤中13-2構造帶位于渤海灣盆地渤中凹陷西南部，北部為渤中凹陷主洼，西南、東南側分別與埕北低凸起、渤南低凸起相鄰，距離南側儲量超千億立方米渤中19-6大型凝析氣田約35km(圖1)[6-9]。

已有鉆井揭示渤中13-2潛山地層為雙層結構，自下而上為太古宇構造層和中生界構造層，缺失古生代地層記錄（圖2）。太古宇構成潛山的結晶基底，巖性以形成于距今1.7～2.6Ga花崗片麻巖為主，同時花崗片麻巖為該構造帶主要儲層。中生界直接覆蓋在太古宇花崗片麻巖之上，厚度變化較大，為100～1500m，其巖性自下而上為厚層凝灰質砂礫巖、沉凝灰巖夾凝灰巖。潛山之上依次發育新生界古近系沙河街組（Es）、東營組（Ed），新近系館陶組（Ng）與明化鎮組（Nm），以及第四系平原組（Q）。沙河街組發育暗色泥巖，為辮狀河三角洲相及湖泊相沉積；東營組巖性為湖泊相及辮狀河三角洲相暗色泥巖及砂巖；館陶組巖性為辮狀河砂巖；明化鎮組巖性為曲流河砂巖（圖1）。

渤中13-2潛山整體經歷了印支期—燕山早期擠壓逆沖成山、燕山中期拉張反轉改造、喜馬拉雅期埋藏定型3個階段[3]。潛山頂面總體為南高北低，受NE—SW向斷裂影響，潛山頂部被切割成一系列反向翹傾斷塊。據渤海海域“結構—成因”潛山分類方案，渤中13-2潛山為雙層—皺褶斷塊型潛山[4]。

2 烴源條件

渤中凹陷發育多套烴源巖，包括始新統沙河街組三段（沙三段）和沙河街組一段（沙一段），以及漸新統東營組三段（東三段）烴源巖[10-11]，總厚度為500～2500m[8]。前人研究表明，渤中凹陷這3段烴源巖都具有較高的生烴潛力，其中沙三段烴源巖品質最優，TOC平均為2.98%，氫指數平均為17.74mg/g，有機質類型以II1型為主；其次為沙一段烴源巖，TOC平均為2.53%，氫指數平均為15.09mg/g，有機質類型以II1型為主；東三段烴源巖品質相對較差，TOC平均為1.78%，氫指數平均為8.74mg/g，有機質類型以II1—II2型為主[8]。

圖1 渤中13-2構造帶區域位置圖（左）與地層綜合柱狀圖（右）Fig.1 Regional location map of Bozhong 13-2 structural belt (left) and comprehensive stratigraphic column (right)

圖2 渤中13-2潛山構造區結構圖Fig.2 Seismic profile and sketch geological section of Bozhong 13-2 buried hill structure area

渤中13-2構造帶位于渤中凹陷西南部，左臨渤中凹陷西南次洼，右靠渤中凹陷南次洼。這兩個洼陷烴源巖品質優且生烴量充足，使得渤中13-2構造帶具備很好的烴源條件；并且渤中13-2構造帶太古宇潛山西部和南部邊界斷層直接與有效烴源巖接觸，接觸面積達7.3km2，最大供油窗口可達1000m[3]，為烴源巖的排烴和太古宇潛山儲層油氣的充注提供了有利條件。更為有利的是，周圍烴源巖處于高演化階段且普遍高壓，壓力系數可達1.4～1.8，烴源巖與潛山儲層之間的壓差可達25～45MPa[7]，這種高壓差為潛山儲層油氣的充注提供了強大動力。

3 儲集條件與成儲機理

渤中13-2構造帶與渤中19-6構造帶相鄰，二者均位于郯廬西支走滑斷裂帶上，經歷多次復雜構造運動，形成了復雜的斷裂體系，均形成大型整裝潛山儲集體。渤中13-2太古宇潛山具有與渤中19-6潛山類似的儲層物質組成，在巖石特征及儲集條件研究上具有可對比性，基于大量巖石薄片分析、地球物理方法及綜合研究，可討論渤中13-2潛山成儲機理。

3.1 儲集條件

渤中13-2潛山儲層巖性以太古宇淡色長英質混合花崗巖為主，其上部覆蓋300～1500m厚的中生界砂礫巖和凝灰巖[3]，通過大量薄片觀察和統計可知，與渤中19-6潛山相比，渤中13-2潛山具有淺色礦物（長英質礦物）含量更高的特征，具體表現為長石含量高，黑云母等暗色礦物含量較少。長英質礦物為典型脆性礦物，應力作用下易發育裂縫，長石類礦物易溶蝕，因此，以長石為主的長英質儲集體具有發育高效儲集空間的物質基礎。

渤中13-2潛山主要發育裂縫和溶蝕孔洞兩類儲集空間（圖3），裂縫系統多發育于石英與長石類礦物中，裂縫發育具有多期性和廣泛性，垂向上廣泛分布，網狀交織，切割礦物顆粒，并且溝通溶蝕孔洞，與渤中19-6潛山儲層類似。結合掃描電鏡分析可知，渤中13-2潛山儲層長英質礦物多被溶蝕（圖4），這與渤中19-6裂縫型儲層具有明顯差異。渤中13-2潛山內幕廣泛發育鉀長石粒內溶蝕孔、鈉長石溶蝕孔及石英顆粒粒間孔，此外，可見脈體及交代礦物中發育方解石晶內溶蝕孔及鐵白云石晶內溶蝕孔。潛山儲層呈立體網狀，局部具有相對致密夾層，相對致密夾層同樣由長英質礦物組成，裂縫多被鐵白云石等次生礦物充填。

圖3 渤中13-2潛山儲層儲集空間Fig.3 Reservoir space of Bozhong 13-2 buried hill reservoir

渤中13-2潛山被中生界覆蓋部分頂部風化淋濾帶遭受改造，沒有保留類似渤中19-6潛山典型風化殼特征，殘存部分礦物具有黏土化特征，可見長石類礦物沿解理溶蝕及頂部方解石溶蝕，推測被中生界覆蓋前，潛山頂部遭受強烈風化淋濾作用改造；渤中13-2潛山內幕廣泛發育鐵白云石交代作用，并且鐵白云石發育晶內溶蝕孔（圖4c），此外，潛山內幕碳酸鹽化（圖3h），推測有深部含二氧化碳熱液流體改造作用。渤中13-2靠近區域斷裂系統，潛山內幕基巖多呈碎裂狀，表生流體沿斷裂系統對內幕儲層具有改造作用。

3.2 儲層地球物理預測

結合渤中19-6潛山變質巖儲層的地質及地球物理特征的認識，可以進一步確認渤中13-2太古宇潛山也具有“立體網狀”規模性優質儲層發育模式。根據渤中13-2潛山構造區實際地震資料，結合地震正演及已鉆井資料綜合分析，明確了潛山斷縫體儲層具有“短軸狀不連續反射”地震響應特征，特別是與斷裂伴生的“短軸狀不連續反射”，可以作為潛山優質儲層的響應和預測模式。圖5為實際連井地震剖面，圖中黑色虛線部分標示出“短軸狀不連續反射”；圖6為根據實際地震剖面建立的正演模型圖，模擬實際地震剖面中存在的斷層及“短軸狀不連續反射”體；圖7是地震正演剖面與實際地震剖面融合圖，從圖中可以看到不同尺度的斷縫系統均具有“短軸狀不連續反射”特征。

圖4 渤中13-2潛山儲層儲集空間掃描電鏡特征Fig.4 SEM characteristics of reservoir space of Bozhong 13-2 buried hill

圖5 渤中13-2潛山構造區實際連井地震剖面 Fig.5 Well-tie seismic profile of Bozhong 13-2 buried hill structure area

根據以上地震響應模式，開展平面上裂縫發育區及優質儲層的識別和預測，如圖8和圖9所示。圖8為利用方向加權相干地震屬性得到的裂縫發育帶預測結果，紅白區域為裂縫發育區；色標柱為加權地震相關屬性值，值越大表示裂縫密度大、裂縫越發育。圖9為結合裂縫發育密度和地震反射振幅特征所得到的優質儲層預測結果，其中紅色—黃色區域為儲層發育區，Ⅰ區為優質儲層發育區；色標柱為潛山儲層累計絕對振幅值，值越小表明裂縫型儲層越發育。

從相關結果可以看到：①裂縫發育與渤中13-2潛山構造區深大斷裂有較強的伴生關系，耦合形成的斷縫系統是優質儲層核心控制因素；②利用地震資料結合地質模式，開展平面及剖面的地震響應識別，可以較好地確定和預測多期次“立體網狀”斷縫系統及優質儲層發育區，從而為成儲機理認識及優質儲層預測提供有利依據。

圖6 渤中13-2潛山構造區地震正演剖面模型圖Fig.6 Forward model seismic profile of Bozhong 13-2 buried hill structure area

圖7 渤中13-2潛山構造區地震正演剖面與實際地震剖面融合圖Fig.7 Superimposition of forward model and original seismic profile of Bozhong 13-2 buried hill structure area

圖8 渤中13-2潛山構造區裂縫發育帶預測結果Fig.8 Prediction of fracture development zone in Bozhong 13-2 buried hill structure area

圖9 渤中13-2潛山構造區優質儲層預測結果Fig.9 Prediction of high-quality reservoir in Bozhong 13-2 buried hill structure area

3.3 成儲模式

渤中13-2潛山儲層巖性以富含長英質礦物的混合花崗巖為主，上覆中生界蓋層，為典型雙層結構潛山（圖2）。在中生界蓋層發育之前，潛山經歷了長期的風化暴露期，中生代地層發育時期，對潛山頂部風化淋濾帶有強烈的改造作用，使得中生界覆蓋區殘存的風化淋濾帶較少，而暴露區具有與渤中19-6類似的風化淋濾帶特征。表生流體對潛山頂部具有強烈的改造作用，暴露區保留風化淋濾帶，流體通過斷裂系統對潛山內幕儲層同樣具有建設性改造作用；含有二氧化碳的深部熱液流體同樣對儲層具有改造作用，形成的鐵白云石交代作用廣泛發育，并且溶蝕成孔。由于礦物組成的差異及斷裂系統的控制，潛山內幕多碎裂成縫，但局部具有相對致密夾層。在優勢巖性—多期構造—雙向流體的共同作用下，發育大型網狀縫洞儲層系統，形成渤中13-2大型雙層結構潛山油氣藏（圖10）。

圖10 渤中13-2潛山儲集體發育模式Fig.10 Reservoir development mode of Bozhong 13-2 buried hill

4 運聚條件與成藏模式

4.1 成藏期次及運聚條件

儲層巖石中油氣包裹體的分布、顏色及熒光特征等可以指示油氣成藏期次和烴源巖成熟度[12]。渤中13-2構造太古宇儲層中發育豐富的油氣包裹體，大多沿切穿花崗片麻巖石英礦物的微裂隙，呈線狀或帶狀分布；液烴包裹體呈透明無色、淡黃色，顯示藍色熒光；氣烴包裹體呈灰色，無熒光顯示(圖11)。流體包裹體巖石學特征表明，太古宇油藏僅發生一次油氣充注，且油氣源自高成熟度烴源巖，這與前人認為的晚期快速成藏是一致的[3]。

圖11 渤中13-2 構造帶太古宇儲層流體包裹體巖石學特征Fig.11 Petrological characteristics of fluid inclusions of Archaeozoic reservoir in Bozhong 13-2 buried hill structure area

渤中13-2構造帶自太古宙以來，經歷了多期構造運動，歷經多次擠壓—拉張應力場變換，斷層十分發育。斷層走向以北東向為主，少數呈現北北東向及北北西向，新構造運動以來，斷層活動性增強，有利于油氣沿斷層垂向運移。潛山邊緣斷層直接與古近系多層烴源巖接觸，并且接觸面大，為太古宇潛山儲層油氣的運移充注提供了便利條件。太古宇頂為研究區重要的不整合面，潛山頂部遭受長期風化淋濾，形成優質的孔縫型輸導層，可將周邊洼陷生成的油氣運移至潛山圈閉。另外，不整合面和斷層具有良好的配置關系，上傾的不整合面與傾向相同的正斷層相接觸，在浮力的驅動下，洼陷內部生成的油氣可以大量沿不整合面—斷層輸導體系進入太古宇潛山圈閉，為油氣的大規模成藏提供了有利條件。研究區太古宇潛山在印支早期、印支晚期和燕山期這3期構造應力疊加作用下，形成網狀連通型內幕裂縫，為油氣在潛山內部的運移聚集提供了有效通道，有利于形成大型古潛山油氣藏。

供油窗口的寬窄對潛山儲層油氣運聚有著重要的影響。供油窗口越寬，有效烴源巖與油源斷裂在剖面上的接觸寬度越大，意味著烴源巖在初次運移中有著更大的排烴面積，使得更多的油氣可以沿斷層面進入潛山圈閉中。渤中13-2構造帶太古宇潛山西部和南部供油窗口寬，烴源巖與邊界斷層接觸面積大，因此圈閉含油性好，有較好的勘探前景；而北部缺乏供油窗口，油氣運聚條件差，因此圈閉含油性差，致使鉆探井失利。

4.2 成藏模式

分析認為，渤中13-2構造帶為超壓寬窗供烴、斷層—不整合面—裂縫聯合輸導雙層結構潛山成藏模式。古近系沙三段、沙一段及東三段烴源巖成熟后，生成的大量油氣主要沿太古宇頂部區域不整合面運移至潛山邊緣斷裂處。在烴源巖內部高壓及浮力等超強動力驅動下，大量油氣沿寬闊的斷層面（供油窗口）進入潛山內幕裂縫儲層，并順著網狀裂縫進一步運移，在合適的圈閉中聚集成藏(圖12)。

5 勘探發現意義

任丘碳酸鹽巖潛山油田發現以來，渤海灣盆地的潛山領域歷經50余年曲折的勘探歷程。潛山油田的發現時斷時續，每個相對較大的發現都是經歷10多年以上的沉寂，反映出潛山油氣成藏機制相對于常規油氣復雜得多，勘探理論認識創新需要很長一段時間積累。渤中19-6大型凝析氣田的勘探實踐表明，區域尺度的基礎地質認識對潛山勘探極為重要。在此基礎上，基于對雙層結構潛山儲層發育控制因素和成藏機制的深化認識，最終獲得渤中13-2油氣田的發現（探明地質儲量億噸級油氣當量），再次證實成山成儲機制與區域構造活動及其相關裂縫作用密切相關，配合超壓驅動，成就了渤中13-2油氣田的形成。渤中13-2油氣田的發現，一方面大大拓展了潛山勘探面積，從尋找暴露侵蝕的太古宇山頭延伸到被潛山地層覆蓋的內幕；另一方面，也啟示出過去認為似乎無規律可循的潛山勘探是有成藏規律的，即多期裂縫發育規律及其與供烴窗口的連通性是潛山成儲成藏的主線。

圖12 渤中13-2雙層結構潛山油氣成藏模式Fig.12 Hydrocarbon accumulation model of Bozhong 13-2 double-layered buried hill

6 結論

（1）渤中13-2太古宇潛山被中生界直接覆蓋，形成雙層—皺褶斷塊型潛山。

（2）渤中13-2雙層結構太古宇潛山構造帶裂縫發育與該區深大斷裂有較強的伴生關系，耦合形成的斷縫系統是優質儲層核心控制因素，并且在優勢巖性—多期構造—雙向流體的共同作用下，發育大型網狀縫洞儲層系統。

（3）渤中13-2構造帶為超壓寬窗供烴、斷層—不整合面—裂縫聯合輸導雙層結構潛山成藏模式，極大地拓展了凹陷低部位深層潛山勘探空間。