渤海灣盆地武清凹陷含油氣系統的復合性特征與有利勘探區帶

王少春 門相勇 錢錚 袁選俊

1.中國礦業大學煤炭資源與安全開采國家重點實驗室 2.中國石油華北油田公司 3.中石油煤層氣有限責任公司4.中國石油勘探開發研究院

渤海灣盆地武清凹陷含油氣系統的復合性特征與有利勘探區帶

王少春1，2門相勇3錢錚2袁選俊4

1.中國礦業大學煤炭資源與安全開采國家重點實驗室 2.中國石油華北油田公司 3.中石油煤層氣有限責任公司4.中國石油勘探開發研究院

為進一步明確渤海灣盆地武清凹陷的油氣勘探潛力，開展了該區重點生烴層系（古近系沙三—沙四段、石炭—二疊系）的含油氣系統研究。結果發現：生烴灶不完全吻合，呈現平面部分交叉，由于斷層或不整合面等貫通，局部存在油氣混源的復合性特征。結合區域構造背景和二維盆地模擬研究成果，分層系劃分出了6個有利的油氣運聚區帶，指出武清凹陷含油氣系統運聚疊合區帶（即黃花店—泗村店古潛山一帶）是中淺層勘探最有利的區帶；其次，凹陷深部洼槽區也是有利的深層勘探區帶。

武清凹陷 古近紀 石炭—二疊紀 含油氣系統 生烴灶 復合性 油氣運聚單元 勘探區帶

武清凹陷是渤海灣盆地冀中坳陷東北部的一個次級邊緣凹陷，為一個不對稱（北斷南超、西斷東超）的箕狀凹陷，面積約為2 600 km2。鉆探和地震研究揭示，武清凹陷為疊合于中、古生代地層之上的古近—新近紀斷陷，西部和北部為洼槽帶，東部和南部為斜坡帶。主要的次級構造單元有：大孟莊洼槽、大口屯洼槽、孫效莊洼槽和楊村斜坡帶（圖1）。

圖1 渤海灣盆地武清凹陷構造單元劃分圖

武清凹陷古近系、新近系十分發育。古近系由西北洼向東南斜坡超覆于古生界及殘存中生界而減薄或尖滅，其中大孟莊洼槽沉積最厚達9 000 m；新近系由北向南逐漸減薄，為冀中坳陷沉積沉降中心，厚度可達3 000 m，第四系厚度超過400 m，因此形成了武清凹陷有別于冀中坳陷其他凹陷的“厚皮”特征。

在確定武清凹陷重點含油氣區帶的問題上，一直是一個久攻不克的難點，主要制約于其“厚皮”沉積，近油氣源的洼槽區圈閉埋深大于5 000 m，遠油氣源的斜坡構造帶持續探索失利多，圈閉風險大，領域和主攻勘探方向成為最大瓶頸問題。為此，筆者利用武清凹陷現有資料及研究成果，嘗試應用含油氣系統研究思路和方法［1－2］，進一步探討武清凹陷油氣勘探方向和領域；結合二維盆地模擬成果，指出有利的勘探區帶。

1 油氣成藏條件

1.1 烴源巖特征

1.1.1 古近系沙三—沙四段深湖—半深湖相暗色泥巖

武清凹陷和西部緊鄰的廊固凹陷在始新世—漸新世的早—中期屬于統一的斷陷盆地，到漸新世晚期開始分離，在新近紀才徹底分離，成為2個相互獨立的凹陷［3］。因而古近系烴源巖與廊固凹陷聯系緊密。

鉆探和研究成果表明（表1）：武清凹陷古近系烴源巖主要發育在沙河街組三段和四段（E s3及E s4）。

表1 武清凹陷暗色泥巖生油綜合數據表

沙三段沉積時期，暗色泥巖分布面積和沉積厚度最大，西部與廊固凹陷同期烴源巖相連，在武清凹陷主要分布在大孟莊洼槽中北部（圖1），推斷有效生油氣巖面積為1 079 km2，鉆井揭示暗色泥巖厚度可達1 326 m。

根據古近系生油巖指標分析（表1，樣品是根據鉆遇井資料統計，基本上真實反映了武清凹陷東西洼槽烴源巖的類型和生烴潛力）：沙三段暗色泥巖平均有機碳含量為1.22%，氯仿瀝青“A”含量為0.138 4%，總烴含量為490μg／g，生烴潛量為4.90 mg／g；有機質類型屬混合型，達到成熟烴源巖標準。而東部的大屯口、孫校莊洼槽，因埋藏淺，成熟度低。

據中國石油杭州地質研究院（沈金龍，2000）熱史模擬成果，冀中坳陷現今古近系—新近系平均地溫梯度介于（2.9～3.4℃）／100 m，而武清凹陷大孟莊洼槽古近系—新近系平均地溫梯度僅為2.4℃／100 m，相對其他凹陷，武清凹陷古近系—新近系平均地溫梯度最低。但是寶坻斷裂和河西務東斷層的持續劇烈地下降活動，在古近系烴源巖之上，沉積地層厚度可達3 500 m，其快速深埋增熱作用有利于有機質向烴類轉化，對古近系油氣系統起到了增強和改造作用。據蘇50、武深1井等熱演化資料分析，有機質成熟門限在3 200～3 600 m。生烴中心目前已處于成熟—高成熟階段。

據沙三段烴源巖生烴強度模擬成果，生烴中心主要分布在大孟莊洼槽中北部，生氣強度介于（10～40）×108m3／km2，最大達50×108m3／km2；生油強度介于（40～160）×104t／km2；其次為東部的孫效莊洼槽，生氣強度介于（10～30）×108m3／km2，生油強度介于（40～120）×104t／km2。武清凹陷古近系烴源巖有機質熱演化程度表現為西高東低。

1.1.2 石炭—二疊系煤系烴源巖

冀中地區的石炭—二疊系呈典型的殘留分布。根據對武清凹陷及緊鄰地區大量鉆井資料的統計分析，認為武清凹陷煤系地層基本在全區分布，烴源巖主要發育在太原組、山西組地層，武清凹陷為冀中地區喜山期二次生烴最有利地區［4－5］。

太原組暗色泥巖厚度大于100 m；山西組暗色泥巖厚度大于200 m。豐度普遍較高，其中，暗色泥巖的有機碳含量（TOC）平均為3.02%；氯仿瀝青“A”含量平均為0.18%；生烴潛量（S1＋S2）平均為4.3 mg／g。煤的氯仿瀝青“A”含量平均可達1.64%；生烴潛量平均為120 mg／g。

據喜山期石炭—二疊系烴源巖生烴強度模擬成果［6］，二次生烴主要也以生氣為主，生氣中心主要分布在大孟莊洼槽、楊村斜坡的低部位，生氣強度（20～50）×108m3／km2，最大達77.64×108m3／km2，而生油強度均小于50×104t／km2。

1.2 儲層、蓋層特征

武清凹陷同渤海灣盆地一樣，其沉積、構造演化具多旋回性特征。海相碳酸鹽巖、海陸交互相煤系地層、陸相河湖、河沼砂泥巖含煤地層構成了多樣式的生儲蓋組合。

古近系儲層以沙二段三角洲砂體最為發育，儲層物性最好。已鉆井的試油結果表明，埋深近4 000 m的含礫砂巖層測井解釋孔隙度為15.8%，試油出水約100 m3，證實深層儲集性能較好。下生上儲及自生自儲的組合都是有利的生儲蓋組合類型。

古生界儲集層以奧陶系頂部的風化淋濾帶、二疊系上、下石盒子組砂巖為主；石炭系本溪組鋁土巖為良好蓋層，二疊系石千峰組濱淺湖相泥巖為局部蓋層，中生界泥巖為局部側向封堵層。有利的生儲蓋組合類型是新生古儲及自生自儲。

1.3 圈閉特征

據構造特征綜合分析，武清凹陷圈閉類型以古潛山和斷塊、斷鼻構造型及地層超覆型圈閉為主。斷裂與圈閉分帶特點突出，楊村斜坡低部位及洼槽區發育埋藏較深的古潛山圈閉，向坡方向則疊合古近系巖性圈閉，多見砂巖上傾尖滅、砂礫巖透鏡體等圈閉。但此類型油氣藏勘探難度較大，既需要較高勘探程度，又需要細致的研究分析［7－9］。

2 成藏過程及含油氣系統復合性特征

2.1 成藏過程分析

從構造發育史和保存時期分析，武清凹陷烴源巖形成和成熟于古近紀裂陷和新近紀—第四紀后裂陷兩大階段。根據沉積熱演化史研究（圖2），武清凹陷古近系烴源巖自沙二段沉積時期至東營組末期開始進入成熟階段（Ro介于0.5%～1.1%），喜山晚期局部達到高成熟—過成熟階段（Ro介于1.1%～2.5%）進入排烴高峰，應當以生氣為主。

因此，武清凹陷生排烴史與圈閉形成期具有較好的匹配關系。成藏期應主要發生在新近紀—現今，其次為漸新世（沙二期—東營期），如圖2所示。在油氣的運移方面，疊合盆地中后期盆地對前期盆地的改造作用造就的“厚皮”結果，可以反映出2個特點，一是深埋作用，另一個是斷裂的垂向連通。這一作用促進了下部烴源巖生烴演化，為形成下生上儲類型油氣藏創造了一定條件。

圖2 武清凹陷古近系含油氣系統事件圖

在蘇50井埋藏史、地熱史、生烴史和流體包裹體研究的基礎上，結合楊村斜坡的沉積、構造發育史，分析可知，楊村斜坡石炭—二疊系烴源巖在中生代晚期發生過短暫的一次生烴和成藏，但后被破壞；到古近紀沙二段、沙三段晚期，開始二次生烴，并進入大量排烴的門限（Ro＝0.8%），開始成藏；在新近紀天然氣大量生成，進入主成藏期。圈閉形成于古近紀，新近紀保存條件良好，與烴源巖主生排烴期的時空匹配較好。

蘇50井在奧陶系獲少量天然氣和低產原油。通過對比原油及天然氣的地化指標，認為蘇50井油氣來自該區石炭—二疊系烴源巖和武清凹陷古近系烴源巖的混合，其依據為：天然氣甲烷碳同位素值偏輕，與廊固凹陷油型氣相當，與廊固凹陷務古1井沙三段、沙四段烴源巖有一定的可比性；但輕烴指標（正庚烷／甲基環己烷）為0.4，環己烷／甲基環戊烷為1.05，均屬煤型氣。蘇50井天然氣也主要來源于石炭—二疊系含煤巖系，同時，部分混源特征可能與下古生界關系更大。蘇50井鉆探及研究表明，石炭—二疊系烴源巖具有一定的再次生氣能力。

因此，新生界和上古生界均存在相對獨立的含（油）氣系統，由于斷層或不整合面貫通了古近系和上古生界2套烴源巖，局部可以形成二者混源氣藏。

2.2 含油氣系統復合性特征

武清凹陷兩套主力烴源巖受到不同時期的構造、沉積控制，形成了兩個含油氣系統，具有不完全相同的成藏基本要素和成藏作用過程。成藏主要取決于生烴史與圈閉形成期的匹配和油氣藏形成之后的保存條件，其次才是儲層和蓋層［10－11］。區內古近系烴源巖和石炭—二疊系主生排烴期較晚，在新近紀進入主成藏期之后未發生大的構造運動，石炭—二疊系的本溪組鋁土巖和石千峰組濱淺湖相泥巖，東營組—沙一段湖相泥巖和沙三—沙四段泥巖等區域性蓋層發育，與圈閉形成的時空匹配良好，有利于天然氣聚集。

圖3 武清凹陷古近系、上古生界生烴中心與區帶平面展布關系圖

勘探實踐表明，武清凹陷早晚兩期盆地的類型明顯不同，疊加形成了多套烴源巖的疊置發育，具有疊合、改造的特點。從前述分析可見，古近系含油氣系統平面分布存在2個生烴中心，即大孟莊洼槽以及東部孫校莊洼槽；上古生界生氣中心位于武清凹陷中西部。兩者生烴灶不完全吻合，呈現平面部分交叉的復合性特征（圖3）。儲蓋組合雖然比較發育，但近油氣源圈閉埋藏深，構造圈閉不發育，圈閉隱蔽則是成藏的主控因素。新生界和上古生界含油氣系統具有局部貫通，可形成混源油氣藏的特點，為進一步勘探提供了一種思路。

3 有利勘探區帶選擇

含油氣系統分析既是區帶詳查的理論基礎，又是區帶詳查階段的綜合研究方法。油氣運聚單元分析可以成為油氣勘探評價的一種重要方法與思路［12］，不同含油氣系統的油氣運聚單元進行疊合分析，并最后確定出盆地內可開展評價的油氣運聚單元。

圍繞生烴中心，油氣二次運移的主流向是往構造帶上或相對隆起的低勢區［13］。因此，除了深部洼槽區［14］，因處于生烴中心，也是有利的深層勘探區帶之外，中淺層有利區帶的選擇上，以武清凹陷成藏諸要素及其成藏過程分析為基礎，結合武清凹陷二維盆地模擬研究成果，以有效烴灶為中心，與相鄰各構造帶結合，位于油氣運移主要指向區為依據。遵循平面上鄰近生烴灶、處于相對隆起區、各類圈閉發育、縱向上生烴灶疊置區帶，即含油氣系統運聚疊合區帶為有利區帶標準。將武清凹陷2個含油氣系統劃分出6個有利運聚單元，進一步分析其勘探潛力。

圖3為構造帶與生烴灶的匹配關系圖，武清凹陷古近系含油氣系統可以劃分出3個有利的油氣運聚單元，即：楊村斜坡中段的黃花店鼻狀構造帶、楊村斜坡北端大良鎮鼻狀構造帶及楊村斜坡東側的武清北構造帶。上古生界含油氣系統可以劃分出3個有利的油氣運聚單元，即：楊村斜坡南段的碼頭構造帶及楊村斜坡東側的武清北構造帶和楊村斜坡北端的大良鎮鼻狀構造帶。

以混源和上下疊置關系分析（圖3），武清凹陷西部楊村斜坡低部位（即黃花店—泗村店古潛山一帶）是最有利的油氣運聚區帶，具有近主力生烴中心，古潛山圈閉與構造—巖性圈閉疊置，而且新近系“厚皮”沉積，促進了烴源巖演化，延遲了成藏期，成藏潛力大。該帶已鉆探的蘇50、51井證實，新生界和上古生界含油氣系統具有較大的勘探潛力。

其次，武清北構造帶是上古生界油氣系統勘探有利目標，位于上古生界生烴中心油氣有利指向區，古近系次級生烴中心運移指向區，落實構造圈閉面積為248 km2，圈閉資源潛力大。

再次，大良鎮鼻狀構造帶處于多灶油氣匯集區帶，武6井獲得低產油流，則證實該帶勘探潛力。

4 結論

1）武清凹陷兩個含油氣系統具有生烴灶不完全吻合，平面部分交叉、縱向疊置，局部存在油氣混源的復合性特點。

2）武清凹陷含油氣系統運聚疊合區帶（黃花店—泗村店古潛山一帶）應為中淺層勘探有利區帶，其鄰近生烴灶的有利油氣運聚單元，圈閉可接受多個含油氣系統的油、氣，可以提高其充滿度和圈閉有效性。另外，深部洼槽區，因處于生烴中心，也是有利的深層勘探區帶。

致謝：審稿人和編輯提出了寶貴的修改意見。在此一并感謝。

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Compound characteristics of oil and gas systems and favorable plays in the Wuqing Depression，Bohai Bay Basin

Wang Shaochun1，2，Men Xiangyong3，Qian Zheng2，Yuan Xuanjun3
（1.State Key Laboratory of Coal Resources and Safe Mining∥China University of Mining and Technology，Beijing 100083，China；2.North China Oilfield Company，PetroChina，Renqiu，Hebei 062552，China；3.PetroChina Coalbed Methane Co.，Ltd.，Beijing 100028，China；4.Petroleum Exploration and Development Research Institute，PetroChina，Beijing 100083，China）

NATUR.GAS IND.VOLUME 31，ISSUE 11，pp.59－62，11／25／2011.（ISSN 1000－0976；In Chinese）

In order to further reveal the exploration potential of the Wuqing Depression in the Bohai Bay Basin，we studied the petroleum systems of major source rocks including the Permo－Carboniferous and the third and fourth members of the Paleogene Shahejie Fm，and found that the hydrocarbon kitchens there are so complicated with partial overlapping on the planar map that mixed－source hydrocarbons occur locally due to the existence of faults and／or unconformities.In combination with regional structural settings and 2D basin modeling results，we identified 6 favorable plays，of which the overlapping area of hydrocarbon migration and accumulation，i.e.the Huanghuadian－Sicundian buried hill，is the most favorable for exploration in medium and shallow layers，while the deep troughs are favorable for exploration in deep layers.

Wuqing Depression，Palaeogene，Permo－Carboniferous，petroleum system，hydrocarbon kitchen，compound，hydrocarbon migration and accumulation unit，play

王少春等.渤海灣盆地武清凹陷含油氣系統的復合性特征與有利勘探區帶.天然氣工業，2011，31（11）：59－62.

10.3787／j.issn.1000－0976.2011.11.014

王少春，1969年生，高級工程師，博士研究生；從事石油勘探及綜合研究工作。地址：（062552）河北省任丘市中國石油華北油田公司勘探部。電話：（0317）2721625。E－mail：ktb－wsc＠petrochina.com.cn

（修改回稿日期 2011－09－26 編輯 羅冬梅）

DOI：10.3787／j.issn.1000－0976.2011.11.014

Wang Shaochun，senior engineer，born in 1969，is studying for a Ph.D degree and engaged in petroleum exploration and comprehensive study.

Add：Renqiu，Hebei 062552，P.R.China

Tel：＋86－317－2721 625 E－mail：ktb－wsc＠petrochina.com.cn