辽河盆地海月油田潜山油气藏及其成藏动力学特征

王乔，韩亚杰，刘颖

1. 吉林大学 地质博物馆,长春 130026；2. 辽宁经济职业技术学院,沈阳 110122

0 引言

潜山是指现今被不整合面埋藏在年轻盖层之下的基岩突起，其形成往往是各种地质因素共同作用的结果，如褶皱、断裂和风化溶蚀等[1-3]。近年来，潜山已成为断陷盆地重要的勘探方向[4]。渤海湾盆地的济阳坳陷埕岛潜山、冀中坳陷苏桥潜山、黄骅坳陷千米桥潜山和辽河坳陷的兴隆台潜山、静安堡潜山、曙光潜山等油气勘探均取得突破性进展，展现潜山油气藏广阔的勘探前景[5-9]。

海月油田位于渤海湾盆地辽东湾北部的滨海区，水深0～5 m，由陆滩、海滩、潮间带和极浅海组成。区内油气资源丰富，成藏条件优越，发育新近系馆陶组(Ng)、古近系东营组一段(E3d1)、二段(E3d2)、三段(E3d3)和沙河街组一段(E3s1)、二段(E3s2)、三段(E2s3)、四段(E2s4)8套主力含油层系，成为辽河油田油气生产的重要后备接替区[10-11]。随着勘探开发工作的不断深入，对区内潜山地层也开展研究。钻遇的潜山地层常见油迹、油斑等油气显示，海南20井碳酸盐岩潜山首获工业油流，上报预测石油地质储量815×104t，成为油气勘探的新领域。

油气藏的形成是在各种动力学条件下所形成的温度场、压力场和化学动力过程的结果。成藏动力学是通过分析识别盆地中允许流体通过的层系和限制流体通过、推动流体运动的层系来识别和划分成藏动力学系统，研究油气运移、聚集、成藏的规律[12-15]。目前，海月潜山勘探程度较低，潜山油气藏研究还较薄弱，尤其是成藏动力学研究还属空白。为此，本文以海月油田潜山油气藏为研究对象，全面分析、总结潜山油气藏的形成条件，探讨油气富集规律，并将成藏动力学引入潜山油气藏研究中，确定其成藏动力学特征，从而达到指导潜山油气藏勘探实践的目的。

1 区域地质概况

海月油田是形成于古近纪—新近纪的断陷-拗陷复合型盆地，总面积约450 km2。海月潜山是辽河陆上中央凸起向海域的自然延伸，其北部的海外河油田和南部的锦州9-3油田均已发现潜山油气藏(图1)，预示与之相似油气成藏条件的海月潜山也应具有较大勘探潜力。

图1 海月油田潜山分布及主体构造图Fig.1 Distribution of buried hill and main structures in Haiyue oilfield

海月潜山呈北东向展布，东缓西陡，南高北低，顶部埋深1 600 m。区内盖洲滩断裂、海南断裂位于海月潜山东、西两侧，属郯庐断裂带的一部分。这两条主干断裂控制着盆地演化及沉积，同时也对潜山的形成、油气的运移起着决定性作用。据钻井、地震、测井及岩芯等资料综合分析，本区地层序列自下而上依次为：太古宇鞍山群、古生界奥陶系—石炭系、中生界白垩系、新生界古近系沙河街组和东营组、新近系馆陶组及第四系。古近纪以前的地层构成沉积盆地的基底，新生代地层为盖层。其中，古生界奥陶系碳酸盐岩是本区潜山勘探的主要目的层(图2)，岩性有泥晶灰岩、白云质灰岩、灰质白云岩、泥晶白云岩和泥灰岩等，夹薄层变质石英砂岩及火山岩脉，其形成环境应为滨、浅海相。

图2 海南20井古生界综合柱状图Fig.2 Comprehensive column map of Paleozoic at Well Hainan 20

2 潜山成藏条件

2.1 油源条件

油源是划分成藏动力学系统的重要依据[16-18]。海月潜山处于“两洼夹一隆”的有利位置，东西两侧紧邻东部凹陷、西部凹陷，凹陷的沙三段和沙一、二段暗色泥岩分布广、厚度大，有机质丰度高，属成熟、优质的烃源岩(表1)。一般认为，岩石中的氢指数(HI)可反映有机质来源和类型。根据岩石样品热解氢指数与最大裂解温度关系进行统计分析，结果表明(图3)：西部凹陷烃源岩氢指数高，普遍>450 mg/g，母质类型以Ⅰ型和Ⅱ1型为主，有机质类型好；东部凹陷烃源岩氢指数多数介于(200～450)mg/g之间，母质类型以Ⅱ1型和Ⅱ2型为主，有机质类型较好。根据油源对比、构造位置及油气运移距离，认为西部凹陷是海月潜山油气的主要来源，东部凹陷为次要来源。

2.2 储层特征

储层特征是潜山油气藏研究的重点[19-20]。在漫长地史时期，潜山岩层历经长达上亿年的风化剥蚀和多期、强烈的构造运动，各种孔、缝、洞等储集空间比较发育。海月潜山主要有3种储集空间类型：原生孔隙、裂缝、溶蚀孔缝及洞穴。原生孔隙包括晶间孔、晶内孔和粒间孔等，镜下测量样品的白云石晶间孔，孔径主要集中在30～80 μm(图4)。裂缝主要有构造缝、压溶缝等，镜下观察的构造缝延伸较远，缝面较平直，可见晚期缝切割早期缝，多为石英或方解石充填(图5a)。溶蚀孔缝及洞穴是潜山的主要储集空间，其成因比较复杂，可能是原有缝隙经局部溶蚀扩大而成，也可能是碳酸盐岩颗粒或颗粒间的填隙物被溶蚀而成。镜下观察的溶蚀孔缝多呈不规则分布，方向各异，宽窄不一，延伸较远，常为方解石充填(图5b、c)，未充填部分多被油质沥青所占据(图5d)。海月潜山的储集空间主要受后期改造因素(如构造运动、风化、溶蚀等)影响，决定其储层基质物性较差。孔隙度在0.2%～15.49%，平均值4.12%，孔隙度<5%的样品占72%；渗透率在(0.003～21.78)×10-3μm2，平均值3.65×10-3μm2，渗透率<5×10-3μm2的样品占84%(图6)，整体上属于低孔特低渗储层。

图4 海南20井白云石晶间孔孔径分布图Fig.4 Pore size distribution of dolomite intercrystal pore at Well Hainan 20

a．泥晶灰岩，两组构造剪切裂缝，被石英充填； b.泥晶灰岩，溶蚀裂缝发育；c.泥晶灰岩，溶蚀裂缝发育；d.泥晶白云质灰岩，溶蚀裂缝发育，具沥青侵染。图5 海南20井碳酸盐岩储层裂缝镜下特征Fig.5 Fracture characteristics of carbonate reservoir at Hainan 20 well under microscope

图6 海南20井碳酸盐岩储层物性直方图Fig.6 Histograms of carbonate reservoir properties at Well Hainan 20

另外，大气降水淋滤导致的溶解作用和成岩作用中有机酸产生的溶蚀作用，可进一步改造潜山储层，形成各类溶蚀孔缝甚至大型洞穴。据“5700”成像测井显示，在海南20井碳酸盐岩潜山顶面溶蚀孔缝发育，存在35 m(1 894～1 929 m)的古风化壳，为潜山油气良好的储集空间[21]。在海南23-25井、海南7井在钻遇潜山地层过程中，发生明显的泥浆漏失、钻具放空，并伴有扩径现象，这些都是溶蚀孔洞及洞穴大量存在的证据。

2.3 油气运移及盖层条件

油气疏导体系是成藏动力学系统的组成部分，圈闭与油源的沟通是潜山圈闭聚集油气的重要条件[22]。海南断裂、盖洲滩断裂断距大、阶段性活动且形成时间早，分别延伸至西部凹陷和东部凹陷内，可将油气源源不断地向上运移至潜山圈闭。由于遭受长期风化剥蚀，潜山表面形成的不整合面发育大量孔缝[23]，可作为油气侧向疏导通道。另外，潜山圈闭若与新生界砂体相连，这些砂体也可能侧向运移油气。因此，海月潜山的油气主要是沿油源断层向上运移为主，辅之以不整合面及新生界砂体的联合运移方式。

盖层条件也是油气成藏的关键因素之一。海月潜山中、南部以东三组为上覆盖层，泥岩厚度200～300 m，北部以沙一、二段为上覆盖层，泥岩厚度300～400 m。两套泥岩岩性致密、稳定性好、分布范围广，均可作为良好的区域性盖层。

2.4 成藏时期及成藏配置

利用生烃史法可以确定海月油田西部凹陷的油气成藏时期[24]。根据西部凹陷沙河街组的烃源岩厚度、TOC、Ro、埋藏深度等资料，分别模拟计算了从沙三段末至现今各个阶段的生油量和生气量。生烃史图(图7)显示，西部凹陷从沙三段末开始生油，东二段末生油量逐渐增大，并在20 Ma达到最大值，至馆陶组沉积期一直保持较大的生油量。生气量则从东一段末逐渐增大，至馆陶组沉积末期达到最大值。因此，油藏主要形成于东二段至馆陶组沉积期(30.8～5.2 Ma)，气藏主要形成于东一段沉积期至现今(24.6～0 Ma)。

图7 海月油田西部凹陷生烃史Fig.7 Hydrocarbon generation history of West sag in Haiyue oilfield

海月潜山圈闭因其上覆沙一、二段或东三段泥岩盖层封闭而最终形成，而东二段至馆陶组沉积期为区内沙河街组烃源岩大量生成和运移油气的主要时期。因此，圈闭形成时间早于油气运移期，有利于潜山成藏。新近纪，整个辽河盆地处于缓慢的裂谷活动阶段，形成区域性整体沉降，构造活动趋于稳定，有助于油气藏的保存。

3 滩海区成藏动力学特征

油气从烃源岩到圈闭实质上就是一个由各种孔渗带组成的复杂的成藏动力学系统，其中的作用机制和过程非常复杂。成藏动力学系统是研究盆地地层格架中流体(油、气、水)运动的规律。郝芳、田世澄[12-13]等按照成藏动力学系统的封闭程度,将成藏动力学系统分为封闭型、开放型和半封闭型；根据系统的油气来源，将成藏动力学系统又可分为他源型、自源型及混源型。

按照成藏动力学系统划分原则，结合海月油田的油气成藏特点，对区内油气藏自下而上划分成三个成藏动力学系统：他源半封闭成藏动力学系统、自源封闭成藏动力学系统和他源开放成藏动力学系统(图8)。他源开放成藏动力学系统包括东营组和馆陶组，本身无油源条件，沙河街组暗色泥岩产生的油气通过断层向上运移至圈闭中，具“古生新储”成藏组合特征；自源封闭成藏动力学系统为沙河街组，具“自生自储”成藏组合特征。海月油田新生界主力油气层都分布在这两个成藏系统中。

①他源开放成藏动力学系统；②自源封闭成藏动力学系统；③他源半封闭成藏动力学系统。图8 海月油田成藏动力学系统分类图Fig.8 Classification map of pool-forming dynamic systems in Haiyue oilfield

海月潜山油气藏为“新生古储”，属于他源半封闭成藏动力学系统。图9展示他源半封闭成藏动力学系统内油源、储层、盖层、油气运移、圈闭及关键时刻的相互匹配关系。该系统储层为古生界碳酸盐岩，各种溶蚀孔缝及洞穴较为发育；油气来自沙河街组暗色泥岩，属他源；沙一、二段或东三段泥岩披覆在潜山之后，潜山圈闭形成。东二段沉积期，凹陷中的暗色泥岩开始大量生油、运移，油气在浮力及突发性的构造作用力下沿断层、不整合面及新生界砂体运移，在有利的潜山圈闭中聚集成藏。因此，东二段沉积期是潜山成藏的关键时刻。总之，海月潜山油气的生成、储集、运移、圈闭、保存等成藏条件较为有利，具有匹配良好的石油地质动力学特征。

图9 海月潜山油气藏成藏动力学系统事件图Fig.9 Key events of hydrocarbon accumulation dynamic systems of Haiyue buried hill reservoirs

4 结论

(1)海月潜山具有良好的成藏条件：潜山临近东部凹陷、西部凹陷两大生油洼陷，油源供给充足；碳酸盐岩潜山发育原生孔隙、裂缝、溶蚀孔缝及洞穴等储集空间；沙一、二段和东三段泥岩是良好的区域性盖层；油气运移通道为油源断层、不整合面及新生界疏导砂体；以及具有良好的成藏配置关系等。

(2)根据成藏动力学系统的划分原则，并结合海月油田成藏特点，对区内油气藏划分为三个成藏动力学系统，确定海月潜山油气藏属于他源半封闭型成藏动力学系统。