华北束鹿凹陷斜坡带沙河街组油气藏分布规律与区带成藏模式

梁星如,张　峰,李胜利,黄　杰,梁官忠,孙婷婷,于仁江,曹　斌

华北束鹿凹陷斜坡带沙河街组油气藏分布规律与区带成藏模式

梁星如1,张峰1,李胜利2,黄杰1,梁官忠1,孙婷婷2,于仁江1,曹斌1

(1.中国石油华北油田分公司,河北任丘062552；2.中国地质大学能源学院,北京100083)

在系统阐述冀中坳陷南部束鹿凹陷斜坡带成藏条件的基础上,探讨了油气藏的分布规律、不同区带成藏模式及主控因素。研究表明,斜坡带主要发育4种类型油气藏,斜坡北、中、南段成藏条件与模式不同;斜坡内外两带成藏规律与油气藏类型不同,其中斜坡中部西曹固构造带具有连片成藏的优良条件,而沟通油源的深大断裂形成的断块是优先成藏的有利区带。

束鹿凹陷;沙河街组;油藏分布;成藏模式

1　地质背景概述

束鹿凹陷位于渤海湾盆地冀中坳陷的南部边缘,是长期稳定发育的,在下古生界碳酸盐岩以及石炭-二叠的海陆交互相和煤系地层基底上发育起来的一个北北东向、简单箕状凹陷,具有典型的东断西超的特征。束鹿凹陷北起衡水断裂,西至宁晋凸起,南到小刘村凸起,东部以新河断裂为界,面积约为700 km2(见图1)。束鹿斜坡带位于束鹿凹陷的西部,其东部为束鹿洼槽区,向西逐渐超覆于宁晋凸起,东西宽6～11 km,南北长约41 km,总面积约346 km2,呈北东向展布[1]。截至2014年,束鹿西斜坡估算油气聚集量为0.5×108t,但目前找到的油气仅为油气聚集量的30%左右,应还有很大的勘探潜力。

虽然束鹿斜坡有油气发现,但目前规模性油气藏主要集中在中部西曹固构造带,形成了从洼槽带至斜坡带再到宁晋凸起的连片含油区带。然而,在斜坡带的其他部位,除早期已探明的一些油气发现外,还鲜有明显的突破。因此适时总结该斜坡带油气分布与成藏模式对后续勘探有重要指导意义。

1.1构造格局

束鹿斜坡早期沙河街组沙三段时期属于窄陡型,晚期沙河街组沙二段时期及以后过渡为宽缓型的沉积斜坡,由于构造运动、沉积体系的总体差异,造成束鹿西斜坡的石油地质特征在不同区域略有不同,具有东西分带、南北分块的特点。束鹿西斜坡发育演化过程主要受地幔热异常和新河断层的控制,由于地幔热异常造成新河凸起、宁晋凸起隆升,地层向宁晋凸起方向翘倾[2],新河断层控制了盆地的边界及延伸方向[3],两者共同的作用形成了东断西超的格局,因此束录斜坡属于典型的窄陡型斜坡。新河断裂在斜坡北部活动剧烈,在南部活动相对较弱,因此对束鹿斜坡的掀斜作用北部强,南部弱,致使北部地层较陡[1]。斜坡上发育的断层走向以NNE向为主,与新河大断裂走向一致,发育有西曹固和台家庄两个横向调节带,两个方向的断层相互配置,形成南北分块的格局 (见图1)。以斜坡基底的构造坡折带为边界可以将斜坡划分为斜坡内带和斜坡外带；由南向北依次发育4个主要构造,分别为雷家庄构造、西曹固构造、台家庄构造和南小陈构造 (见图1)。

图1　束鹿凹陷构造简图Fig.1　The structure belt division of Shulu slope

不同类型斜坡带的油气富集程度、主要油气藏类型及其分布特征相差很大,因此斜坡带不同的区带常形成多个不同类型的岩性、地层油气藏聚集带 (区)[1]。依据束鹿斜坡带中反映斜坡总体特征的地震剖面上最大坡折点的位置 (见图2),逐剖面识别不同位置的坡折点,进而在平面上勾画出平面坡折线,将斜坡边缘至坡折线划分为斜坡外带,坡折线至斜坡底部划分为斜坡内带 (见图1)。

1.2沉积特征

地层陡缓对物源供给,沉积类型及展布形态有非常重要的影响。束鹿斜坡在沙三段,基底地层坡度较大,地层倾斜度数可达15°(见图3a),说明束鹿斜坡西部的沉积物源较近；并且物源供给十分充足,主要沉积了砾岩、泥灰岩及少量膏岩。特别是在台家庄、雷家庄及西曹固地区,发育了大套以砾岩为主的沉积,其中碳酸盐质砾岩和泥灰岩沉积也十分发育。这一时期,湖泊水域的深度较大,因此可容纳空间也较大,从斜坡边缘一直到中心洼槽部位,由薄到厚沉积了典型的湖泊扇三角洲,其最大厚度可达1500 m左右[4]。而在沙二、沙一段沉积时期构造活动逐渐减弱,沉积环境主要为近源三角洲和湖泊环境,并且随着不断的沉积充填,湖区面积逐渐减小,可容纳空间也随之逐渐减小,此时地层倾斜角度为7°左右(见图3b),形成了以辫状三角洲为主的沉积体系。

图2　斜坡内、外带划分剖面Fig.2　The maximum transitional point of inner and outer belts of Shulu slope

图3　束鹿斜坡西曹固北西—南东向剖面Line340Fig.3　A seismic section showing the gradient differences between inner and outer belts of Shulu slope

束鹿斜坡在古近系经历了两次大规模的湖进与湖退,来自西南方向的宁晋古水系和斜坡南部的小刘村古水系控制着斜坡的沉积展布,前者为主物源,覆盖了束鹿斜坡大面积地区。南部为次要物源方向,控制了雷家庄地区的沉积格局。斜坡地区在平面上主要发育辫状河三角洲、扇三角洲、及滨浅湖沉积[5～7](见图4)。

图4　束鹿斜坡沉积模式图Fig.4　Sedimentary facies pattern of Shulu slope

2　油气成藏条件

斜坡带沙河街组大片发育辫状河三角洲、扇三角洲体系,临近生烃凹陷,并且在沙一下段发育的特殊岩性段能对油气进行封堵作用。同时与本区相邻的饶阳凹陷留西构造带发现了沙三段千万吨级的辫状河三角洲砂岩岩性油气藏[8],因此在束鹿斜坡也应有良好的油气前景。

2.1烃源岩特征

Es3烃源岩为沙三底部砾岩层上发育的大段泥灰岩,泥灰岩发育厚度为300～1500 m,有机质丰度较高,烃源岩母质类型属Ⅱ1型,烃源岩已成熟,沙三段的油主要来自此套烃源岩。该套烃源岩在凹陷内分布广泛,综合评价为一套优质烃源岩[4]。

2.2储集层条件

束鹿斜坡最主要的储集体类型为辫状河三角洲砂体、扇三角洲砂砾岩体、滨浅湖泥灰岩储集体。其中,辫状河三角洲分选较好、粒径较粗、基质含量低、单个砂体的侧向连续性好[12],具有极好的储层质量；而扇三角洲由于近物源、搬运距离短、分选差等特点,决定了其储层质量相对较差[13]。

本区物源供给充足,近源的扇三角洲与辫状河三角洲前缘较为发育,形成大片呈朵叶状分布的三角洲前缘砂体 (见图4),并在前端及三角洲之间易形成滩砂坝沉积,受湖泊改造影响后,这些砂体具有良好的储集物性,如西曹固的车城油田,已发现晋95、晋105、晋68等多个油气藏。晋95井区沙二段上部地层底部含油砂组的储层类型为辫状河三角洲平原与前缘交会处的三角洲前缘水下分流河道砂体以及河口坝砂体,单期河道厚度达4 m,储层物性良好,晋95-12井日产油6.59 t,证实是较好的储层。

2.3盖层与保存条件

受区域性构造作用影响,区内展布范围较大的盖层主要是暗色泥岩、泥灰岩盖层及段的特殊岩性盖层。纵向上砂岩储集层与泥岩隔夹层互层出现,在沙一下、沙二顶部及沙三中下亚段都有分布,如Es2—Es1之间发育的暗色泥岩段厚度可达130 m[14],使得沙一段易形成自储自盖的油气藏；平面上Es3泥灰岩盖层分布于斜坡的大部分区域,可作为区域性盖层,东厚西薄,既是生油岩,又可成为储集层,可形成砾岩储、泥灰岩盖的优质储盖组合[4]。

3　油气藏类型与分布规律

束鹿斜坡在成因上可归属为构造-沉积斜坡,发育地层、构造、岩性、复合等多种类型的油气圈闭。斜坡内油气藏数量众多,类型丰富。按照圈闭的成因类型,可将研究区的油气藏划分为4大类,即构造油气藏、地层油气藏、岩性油气藏和复合油气藏 (见表1)。其中,构造油气藏包括断块油气藏、断鼻油气藏；地层油气藏在该区主要指地层不整合油气藏；岩性油气藏可分为上倾尖灭油气藏和砂岩透镜体油气藏；复合油气藏主要包括断层遮挡形成的构造-岩性尖灭油气藏以及由不整合与断层共同作用形成的构造-地层油气藏,如晋7油藏。束鹿西斜坡南北分区、东西分带的特征同时也控制着不同类型油气藏在不同区域上的发育。

表1 束鹿斜坡油气藏类型Table 1 Petroleum reservoir types in Shulu slope

束鹿斜坡油气藏的富集区集中在中南段,从油气藏类型的平面分布 (见图5)来看,构造油气藏占据了束鹿西斜坡的主要地位,其次是岩性油气藏、复合油气藏,地层油气藏仅在中部紧邻宁晋凸起的部位出现。

图5　油气藏类型平面分布图Fig.5　Map of petroleum trap type and distribution

中部油气藏相对集中连片,在西曹固断层、晋95断层的包裹和遮挡的共同作用下,形成从晋92井到晋102井、晋97井到晋68井、晋103井到晋31井3个连片分布的油气藏群。北部油气藏比较孤立零散,如泽54井油藏、泽36井油藏等,剧烈的构造活动导致地下情况复杂多变,虽然这些油藏在平面上距离较近,但不属于同一个构造单元和油水系统,因此导致北部的油气藏分布相对比较分散。

油气藏在东西分布上也有比较好的规律性,多分布在斜坡内带,围绕生油洼槽展布。这主要是因为斜坡外带断层不发育,烃源岩分布在束鹿凹陷的东部,而油源断层是油气运移的主要通道,因此油气藏多分布在斜坡内带。而在斜坡外带,西部边缘出现的扇三角洲和辫状河三角洲砂砾岩体是该区地层圈闭形成的最有利区带,以地层不整合油气藏为主,又可分为地层超覆不整合油气藏和地层剥蚀不整合油气藏。在斜坡带内带,构造形态相对简单,构造圈闭不够发育,但这一区域的砂砾岩体厚度大、连通性好,且断层发育,油气藏类型以砾岩/砂岩透镜体油气藏和断层上倾遮挡-砂体侧向尖灭油气藏为主。

4　区带成藏模式

束鹿斜坡纵向上油气藏含油层位多,尤以西曹固地区含油气层位最多 (见图6),从沙一段至沙三段,油层均有分布,且具有油层分布厚薄不均、多套油水系统并存、成藏特征各异的特点[14]。

图6　束鹿斜坡不同区带的油气成藏模式 (剖面位置见图4)Fig.6　Different petroleum accumulation patterns in different areas in Shulu slope

4.1斜坡南部成藏模式

束鹿斜坡南部的雷家庄构造带具有平台—斜坡的特点,地形的坡折比较明显,地形简单,发育的油气藏类型也简单。油气藏集中在沙二、沙三段,沙一段基本不含油；油气以不整合面为疏导体系,两侧被断层遮挡形成断块油气藏 (见图6a)。

4.2斜坡中部成藏模式

斜坡中部为西曹固—台家庄构造带,属于继承性单斜沉积斜坡,构造简单,但断层比较发育,且紧邻生烃中洼槽,因此发育的油气藏类型也多样 (见图6b)。

沙三段沉积时期,由于下伏沙四段被削截而形成不整合接触,发育不整合油气藏,同时斜坡底部还会发育因重力滑塌而形成的岩性油气藏。沙三段中上部断层比较发育,为沙三段烃源岩生成的油气向上运移提供了通道；在断层封闭后油气通过断层两侧沿对接的渗透性砂体侧向运移并再次分配,遇到合适的封堵条件时,就会在断层的下倾方向聚集形成断鼻/断块、构造-岩性复合油气藏[14]。台家庄地区沙三段烃源岩生成的油气沿着沙三底部的不整合面向隆起聚集,在砾岩储层发育区聚集形成砾岩油气藏,如晋古3油藏、晋67油藏等[14]。

沙二段和沙一段沉积时期发育的油气藏较少,主要由于沙一段顶部大套泥岩 (非烃源岩)的封隔,沙一底部大段 “特殊岩性段”的影响,沙一段烃源岩属于未熟—低熟烃源岩,生成的油气较少且无法向下运移至沙二段。沙二段与沙一段地层油气藏不发育,以构造油气藏为主,如断鼻/断块油气藏。台家庄地区由于北部和中部烃源岩同时提供油气,因此沙一段油气聚集量较西曹固地区多,油气通过台家庄隆起的两侧断层和砂体的合理配置以阶梯状向隆起上的塌陷背斜中间汇聚,形成构造油气藏,如晋40油藏、晋404油藏等[14](见图6c)。

在西曹固构造带发育有3个顺向断鼻圈闭,均处于规模较大的顺向断层控制之下,例如晋94南断块、晋68断鼻、晋105-25断鼻构造；反向断鼻构造油气藏不发育,具有油层分散、厚度薄的特点；虽然构造上为断鼻形态,顺向断鼻油气藏内的油层不具备统一的油水界面,油水特征与反向断鼻油气藏的 “牙刷状”特征接近[15]。

4.3斜坡北部成藏模式

斜坡北部的南小陈构造带同斜坡中部构造带特点相似,但由于北部烃源岩有机质丰度低,生油数量少,因此聚集的油气数量也少,主要油气藏为沙一段的构造油气藏和古生界地层的潜山油气藏 (见图6d)。

5　结论

束鹿斜坡是一个典型的东断西超的陡坡,以坡折点为界分为内、外两个区带。沙三段内带主要发育岩性油气藏；而外带以地层岩性油气藏为主。沟通油源的深大断裂,尤其是大断距的顺向与反向断块是油气优先成藏,连片成藏的关键因素,易于优势运移通道与聚集场所的形成,这是目前西曹固地区油气发现最为活跃的关键。

束鹿斜坡油气4个构造带分布活跃,可发育4类油气藏类型,其中沙二段内带以构造油气藏为主,外带以构造岩性油气藏为主。潜在的岩性油气藏易出现在沙三段的砾岩层、沙二段临近生烃源区的砂-砾岩尖灭区,而斜坡外带存在不整合面下的碳酸盐岩油气圈闭。

束鹿斜坡油气成藏可总结为北、中、南三个区带成藏模式。中部的西曹固与台家庄构造最有利于聚集油气；而南北两端的南小陈和雷家庄构造带,由于离主生烃洼槽相对较远,因此油气成藏的规模有限。斜坡外带也还具有一定的油气成藏潜力,尤其是古地貌倾角较大、断距较大能够有效沟通源岩与储层的同生断层附近的圈闭应是今后油气勘探的重点有利区。

[1] 戴明建,于兴河,程岳宏,等.束鹿凹陷西斜坡沙二段油藏分布规律及成藏模式 [J].特种油气藏,2011,18 (3):31～34,136～137.

DAI Ming-jian,YU Xing-he,CHENG Yue-hong,et al.Reservoir distribution and hydrocarbon accumulation patterns in the second member of PalaeogeneShahejie formation in the west slope of Shulu Sag[J].Special Oil and Gas Reservoirs,2011, 18(3):31～34,136～137.

[2] 孔冬艳,沈华,刘景彦,等.冀中坳陷束鹿凹陷横向调节带成因分析 [J].中国地质,2005,32(4):166～171.

KONG Dong-yan,SHEN Hua,LIU Jing-yan,et al.Origin of the transverse accommodation zone of the Shulu subbasinin the Jizhong depression[J].Geology in China,2005,32(4):166～171.

[3] 邱隆伟,马郡,汪丽芳.束鹿凹陷古近纪构造活动对沉积作用的影响 [J].油气地质与采收率,2006,13(5): 3～6,103.

QIU Long-wei,MA Jun,WANG Li-fang.Effect of tectonic movement in Paleogene on sedimentation of Shulu Depression [J].Petroleum Geology and Recovery Efficiency,2006,13(5):3～6,103.

[4] 赵贤正,朱洁琼,张锐锋,等.冀中坳陷鹿凹陷泥灰岩-砾岩致密油气成藏特征与勘探潜力 [J].石油学报, 2014,35(4):45～54.

ZHAO Xian-zheng,ZHU Jie-qiong,ZHANG Rui-feng,et al.Characteristics and exploration potential of tight calcilutiterudstone reservoirs in Shulu sag,Jizhong depression,North China[J].Acta Petrolei Sinica,2014,35(4):45～54.

[5] 张文朝,崔周旗,韩春元,等.冀中坳陷老第三纪湖盆演化与油气 [J].古地理学报,2001,3(1):45～54.

ZHANG Wen-chao,CUI Zhou-qi,HAN Chun-yuan,et al.Evolution of Palaeogene Lacustrine Basins and Oiland Gas Potentials in the Central Hebei Depression[J].Journal of Palaeogeography,2001,3(01):45～54.

[6] 崔周旗.渤海湾盆地冀中坳陷古近系沉积体系与隐蔽油气藏勘探 [D].西安:西北大学,2005.

CUI Zhou-qi.Depositional systems and exploration of subtle oil-gas pools of Paleogene in Jizhong Depression,Bohai Bay Basin[D].Xi’an:Northwestern University,2005.

[7] 苏静,旷红伟,刘俊奇,等.束鹿凹陷古近系沙三下段沉积相特征研究 [J].沉积于特提斯地质,2005,28 (1):39～47.

SU Jing,KUANG Hong-wei,LIU Jun-qi,et al.Sedimentary faciesin the lower part of the third member of the Palaeogene Shahejie Formation in the Shulu depression,Hebei[J].Sedimentary Geology and Tethyan Geology,2005,28(1):39～47.

[8] 王志宏,柳广弟,金凤鸣,等.饶阳凹陷留西地区沙三段岩性油藏成藏条件研究 [J].石油天然气学报 (江汉石油学院学报),2005,27(5):551～553,538～539.

WANG Zhi-hong,LIU Guang-di,JIN Feng-ming,et al.Lithologic Reservoir Forming Conditions in Linxi Es3of Raoyang Depression[J].Journal of Oil and Gas Technology(J.JPI),2005,27(5):551～553,538～539.

[9] 赵力民,赵贤正,刘井旺,等.冀中坳陷古近系地层岩性油藏成藏特征及勘探方向 [J].石油学报,2009,30 (04):492～497,505. ZHAO Li-min,ZHAO Xian-zheng,LIU Jing-wang,et al.Characteristics of Paleogene stratigraphic and lithologic reservoirsand its exploration direction in Jizhong Depression[J].Acta Petrolei Sinica,2009,30(04):492～497,505.

[10] 宋涛,李建忠,姜晓宇,等.渤海湾盆地冀中拗陷束鹿凹陷泥灰岩源储一体式致密油成藏特征 [J].东北石油大学学报,2013,37(6):47～54,8.

SONG Tao,LI Jian-zhong,JIANG Xiao-yu,et al.Features of marl tight oil in source rock and reservoir in Shulu Sag of Central Hebei Depression,Bohai Bay basin[J].Journal of Northeast Petroleum University,2013,37(6):47～54,8.

[11] 邹先华,陈江贻,闻达.束鹿凹陷潜山油气成藏规律及分布 [J].长江大学学报:自科版,2015,12(5):19～22,2～3. ZOU Xian-hua,CHEN Jiang-yi,WEN Da.Rules of Buried-hill Hydrocarbon Accumulation and Its Distribution in Shulu Sag [J].Journal of Yangtze University:Natural Science Edition,2015,12(5):19～22,2～3.

[12] 薛良清,Galloway W E.扇三角洲、辫状河三角洲与三角洲体系的分类 [J].地质学报,1991,(2):141～153.

XUE Liang-qing,Galloway W E.Fan-delta,Braid delta and the classification of delta systems[J].Acta Petrolei Sinica, 1991,(2):141～153.

[13] 崔周旗,吴健平,李莉,等.束鹿凹陷斜坡带沙三段扇三角洲特征及含油性 [J].西北大学学报:自然科学版, 2003,33(3):320～324.

CUI Zhou-qi,WU Jian-ping,LI Li,et al.The fan delta depositional characteristics and oil-bearing properties of the 3rdMember of the Shahejie Formations in the slope zone of Shulu Sag[J].Journal of Northwest University:Natural Science Edition,2003,33(3):320～324.

[14] 李冬梅.断陷盆地缓坡带油气富集规律研究——以束鹿西斜坡为例 [D].北京:中国地质大学,2010.

LI Dong-mei.Research on hydrocarbon enrichment rules of gentle slope in half graben basin:The example of Shulu West Slope[J].Beijing:China University of Geosciences,2010.

[15] 赵政权,徐天昕,刘凤芸,等.顺向断鼻构造的圈闭条件分析——以冀中坳陷束鹿凹陷中部为例 [J].石油天然气学报,2008,30(3):213～216.

ZHAO Zheng-quan,XU Tian-xin,LIU Feng-yun,et al.Analysis on petroleum trap conditions of normal development fault nose-like structure[J].Journal of Oil and Gas Technology,2008,30(3):213～216.

DISTRIBUTION OF HYDROCARBON RESERVOIRS AND PETROLEUM ACCUMULATION PATTERNS IN THE SHAHEJIE FORMATION ON SLOPE OF SHULU DEPRESSION,NORTH CHINA

LIANG Xing-ru1,ZHANG Feng1,LI Sheng-li2,HuangJie1,LIANG Guan-zhong1, SUN Ting-ting2,YU Ren-jiang1,CAO Bin1
(1.PetroChina Huabei Oilfield Company,Renqiu 062552,Hebei,China；2.School of Energy Resources,China University of Geosciences,Beijing 100083,China)

Based on the analysis of petroleum accumulation conditions in the Shulu slope,the south part of JiZhong sub-basin,North China,the hydrocarbon reservoir distribution laws and petroleum accumulation patterns in the Shahejie Formation of the study area are discussed.The results show 4 major different types of petroleum trap in the Shulu slope.The petroleum accumulation elements and patterns are different in the north,middle,and south part of the slope.Meanwhile,distribution characteristics and types of hydrocarbon traps are also different in the inner and the outer belts of the slope.As one of important petroleum accumulation regions,the Xicaogu structure,in the middle part of the slope,has perfect petroleum accumulation conditions with large-scale petroleum reservoirs.Fault blocks formed by deep and large scale faults which linked reservoirs and hydrocarbon source rocks are considered to be the most profitable belts for preferential petroleum accumulation.

Shulu depression；Shahejie formation；distribution of hydrocarbon reservoir；petroleum accumulation pattern

TE122.3

A

1006-6616(2016)01-0066-10

2015-10-17

国家自然科学基金项目 (41572080,41272132)；中国石油华北油田重大科技专项 (HBYT-YJY-2015-JS)

梁星如 (1964-),男,高级工程师,主要从事油气田滚动勘探与开发等研究工作。E-mail:yjy_lxr@ petrochina.com.cn

李胜利 (1971-),男,博士,副教授,主要从事储层沉积学教学和科研工作。E-mail:slli@cugb.edu.cn