黃驊坳陷孔南地區膏泥巖層段巖性油藏成藏特點

許恩愛，王慶魁，張家良

(中國石油大港油田公司 第三采油廠，河北 滄州 061723)

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黃驊坳陷孔南地區膏泥巖層段巖性油藏成藏特點

許恩愛，王慶魁，張家良

(中國石油大港油田公司 第三采油廠，河北 滄州 061723)

摘要：從黃驊坳陷孔南地區孔一段膏泥巖層的地質特征出發，基于有機碳、原油物性、飽和烴色譜質譜、儲層物性、偏光薄片等地化及儲層實驗測試結果，系統分析了膏泥巖對油氣成藏的重要意義。研究表明，棗0油組膏鹽巖的存在既可以促使泥巖早期生烴，提供新的油氣來源，又能在鹽間形成異常壓力，改善砂巖儲層物性，同時，膏泥巖作為區域性蓋層，有利于油氣在砂巖薄夾層的保存。棗0油組油氣成藏特征主要表現為：多源供烴、斷層側向封堵、砂巖上傾尖滅，形成構造背景下的巖性油氣藏。

關鍵詞：黃驊坳陷；孔南地區；膏泥巖；鹽間油氣藏

膏鹽巖由于具有易溶、易變、易流動、致密性、可塑性等特點，通常被認為是優質蓋層。近年來，國內外專家學者對膏鹽巖開展了大量研究工作，如Evans[1]、宮秀梅[2]、趙振宇[3]、劉景東[4]等認為膏鹽巖具有擴大生烴窗范圍及改善儲集物性的特點，且膏鹽層形成的異常壓力易于油氣充注和保存；王東旭等[5]從膏鹽巖對含油氣系統的影響角度，論述了膏鹽巖層對烴類生成、儲層改造、封蓋能力及運聚成藏等因素的影響。И.B.維索次基[6]認為世界上約35%的天然氣儲量與含石膏層有關，統計發現膏鹽巖發育的盆地中，有46%的油氣位于鹽下，41%的油氣位于鹽上，13%的油氣產于鹽間。南大西洋兩岸深水盆地的鹽上和鹽下油氣藏，是近年來發現的全球最重要油氣藏之一。我國渤海灣、江漢、塔里木等盆地均發現以膏泥巖為主的鹽湖相沉積，并陸續發現許多重大的油氣藏，但僅在渤海灣盆地渤南洼陷和東營凹陷等部分地區鹽間見到油氣顯示[7-10]。

黃驊坳陷孔南地區油氣勘探主要集中在孔一段棗Ⅰ～棗V油組，棗0油組膏泥巖層一直作為區域性蓋層。王欣等[11]從層序地層學角度分析了孔南地區膏泥巖的沉積環境、分布模式及其對油氣保存的重要作用。近期，M15-18井在孔一段棗0油組膏泥巖層中首次獲得工業油氣流，日產油3.25 t，日產氣3萬多方，隨后單井普查，補開鄰井膏泥巖中砂巖夾層均獲較好產能。棗0油組膏泥巖油氣的發現為老區油氣勘探開辟了新的領域。本文首次針對孔南地區膏巖層段巖性油氣開展研究工作，系統論述膏泥巖對巖性油氣藏的影響，總結膏巖層段巖性油氣成藏的規律，為油田下一步增儲上產提供理論依據，也為其他地區膏巖層段巖性油氣勘探提供借鑒。

圖1　研究區位置及構造區劃圖

圖2　孔南地區棗0油組膏泥巖厚度等值線圖

1區域地質概況

黃驊坳陷位于渤海灣盆地中部，為中生代盆地基礎上發展起來的新生代斷陷盆地，孔南地區為黃驊坳陷的第二大富油凹陷，勘探面積4 700 km2。該區在區域構造上位于黃驊坳陷南部，其北以羊三木斷層為界，南到東光潛山構造帶，西部以滄東大斷層為界，東部以徐黑斷裂為界[12]。主要構造單元包括滄東、南皮兩大凹陷和孔店、東光、燈明寺等5個二級構造帶(圖1)。孔南地區發育古近系孔店組、沙河街組、東營組和新近系館陶組、明化鎮組，孔店組自下而上劃分為孔三段、孔二段與孔一段，其中孔一段劃分為6個油組，棗0油組位于最上部。

2膏泥巖發育特征

2.1膏泥巖分布特征

黃驊坳陷孔南地區膏泥巖形成于鹽湖環境[13-14]，滄東凹陷和南皮凹陷發育孔一段棗0油組。棗0油組埋深約2 700～3 100 m，最大厚度大于150 m(圖2)。孔一段沉積時期，本區構造活動強烈，同沉積斷裂發育，膏鹽湖沉積中心及物源供給快速變化，導致膏巖、泥巖、砂巖頻繁互層沉積。從平面分布來看，該區東部棗0油組巖性以灰色、灰白色膏鹽巖為主，向西灰色、深灰色泥巖、薄層泥質粉砂巖、細砂巖逐漸增多。縱向上膏泥巖上部出現紫紅色沉積層，表明鹽湖水體變淺、水域不斷縮小。

2.2地震及測井特征

研究區膏泥巖段地震響應特征明顯，利用本區已有探井聲波曲線合成記錄，插入巖性柱、地質分層等進行控制，并對子波進行反復精心選取，通過交互合成地震記錄制作、自動掃描和交互微調對比，獲取最佳子波進行最佳標定，從而獲得膏巖段的頂、底界線。研究區棗0油組膏鹽巖與上部沙三段泥巖形成強反射特征，地震反射主要表現為強振幅、中-強連續性、中強頻反射(圖3)。

圖3　孔一段棗0油組膏泥巖層段地震反射特征

棗0油組膏鹽巖層段與砂泥巖段地層測井響應特征差異較大，容易識別。膏鹽巖表現為高電阻、高電位和低伽瑪值，其中，電阻率RA25一般在8.07 Ω·m，最大值27.9 Ω·m，且曲線呈刺刀狀；自然電位和自然伽瑪變化幅度較低，自然電位值一般62 mV，伽瑪值72 API；密度測井值極低且較穩定，一般2.6 g/cm3。膏泥巖中砂巖夾層電阻RA25為7.5 Ω·m；自然電位可出現負異常，一般為52 mV；伽瑪值55～93 API；密度曲線變化并不明顯，密度值一般在2.4～2.5 g/cm3(圖4)。

圖4　M15-18井測井解釋結果

3膏泥巖對鹽間油氣成藏條件的影響

3.1膏泥巖對生烴的影響

孔二段泥巖和石炭—二疊紀煤系地層是孔南地區主要烴源巖層系。從棗0油組的鉆探、試采及實驗結果來看，該層系油氣同出，油源條件較為復雜。通過天然氣碳同位素分析發現，M15-18井天然氣具有明顯煤型氣特征，該井原油密度0.755 2 g/cm3，50 ℃時黏度為0.63 mPa·s，凝固點小于-30 ℃，含蠟量2.98%，表現為低密度、低黏度、低凝固點和低含蠟量，為典型的凝析油。其飽和烴全烴譜圖主峰碳呈前峰型，主峰碳為nC9，Pr/Ph=1.37，Wg1井石炭紀泥巖飽主峰碳為nC17，Pr/Ph=1.19，與Wg1井石炭紀泥巖飽和烴全烴譜圖具有相似特征。綜合研究表明，M15-18井棗0油組油氣來源于上古生界煤系烴源巖。G14-12井原油物性參數為：密度0.884 8 g/cm3，50 ℃時黏度為41.95 mPa·s，凝固點為35 ℃，含蠟量25.95%，密度、黏度、凝固點和含蠟量均相對較高，主峰碳為nC23，Pr/Ph=0.92，飽和烴全烴譜圖主峰碳高，呈單峰型正態分布。W20井孔二段源巖全烴譜圖主峰碳為nC23，Pr/Ph=0.88，兩者具有相似的生物標志物特征(圖5)。

圖5　棗0油組原油與石炭系、孔二段泥巖全烴譜圖對比

此外，通過選取Wg1井、G16井棗0油組中下部深灰色泥巖樣品進行地球化學分析，棗0油組泥巖有機碳含量為0.1%～1.84%，平均有機碳含量為1.47%，表明棗0層間泥巖具有一定的生烴潛力。雖然棗0油組泥巖鏡質體反射率為0.6%，處于低成熟階段，但鹽類礦物的存在可以使有機物質的熱敏性增強而較早進入“生油門限”，特別是在淺埋深條件下，鹽湖相烴源巖大量熱解生成天然氣[3,5]。因此，棗0油組內膏鹽巖的存在可使泥巖早期生烴，這對膏泥巖層間油氣成藏具有積極意義，進一步表明棗0油組具有混源油氣的特征。

3.2膏泥巖對油氣儲集物性的影響

孔南地區膏泥巖儲層類型有兩種：膏泥巖夾層中的砂巖儲層和膏巖層自身作為儲層，其中，砂巖夾層為本區主要儲層類型。如研究區M15-18井膏泥巖層夾的淺灰色細砂巖中射孔試油獲得高產工業油氣流，顯示膏巖夾層中砂巖儲層具有較好儲集性。G14-12井膏巖層見到明顯的油氣顯示，表明膏巖層具有作為儲層儲集油氣的潛力。

膏泥巖對夾層中砂巖儲層的影響主要表現在：膏巖向硬石膏轉化時脫水，形成異常壓力，對壓實作用具有一定抑制作用，使得夾層中砂巖儲層壓實作用減弱，能夠較好地保存原生孔隙[15]。其次，膏巖熱導率較高，使得下部地層承受地層壓力較小，壓實程度較小，原生孔隙得到較好保存。同時，膏鹽轉化形成的水富含有機酸，具有溶解作用，可溶解儲層中原生孔隙或被交代的孔隙空間，若被后期孔隙水溶解，會形成板狀及條狀溶模孔隙，有助于儲集層儲集性能的改善。孔南地區膏泥巖層間砂巖儲層單層厚度薄，但廣泛發育，且平面上連續性較好。測井方法計算砂巖平均孔隙度為11.6%，平均滲透率為12.9×10-3μm2。

膏巖層在一定條件下可作為油氣儲層，膏泥巖易形成層間縫，石膏脫水轉化為硬石膏時可形成晶間孔，若無其他礦物膠結沉淀，這類晶間孔可作為油氣儲集空間。研究區膏泥巖處于早成巖A期，為粒狀結構，膏巖發育收縮縫、粒間溶孔、晶間孔(圖6)，面孔率6%～18%。錄井過程中在膏巖段見到油跡或油斑等顯示，均表明膏巖具有一定的儲集能力。

圖6　Z18井棗0油組膏泥巖巖心及鏡下照片

3.3膏泥巖對油氣保存的作用

國內外勘探實踐表明，世界上許多油氣藏的形成都與膏鹽巖有關，膏鹽巖具有極強的封閉性，為許多大中型油氣田的優質蓋層。膏鹽巖內的礦物組成和排列決定了其具有極低的孔隙度和滲透率，導致膏鹽巖排驅壓力大，毛細管封閉能力強。不僅在黃驊坳陷，向南至東濮凹陷、濟陽坳陷，向西至庫車坳陷和柴達木盆地西部，膏鹽巖蓋層均有廣泛分布[16-18]。

王官屯油田棗0油組發育大段深灰色膏泥巖，夾小段深灰色泥巖及粉砂巖，膏泥巖累計厚度約200 m，是本區主要區域性蓋層。同時膏泥巖層段內膏巖、泥巖和薄層砂巖頻繁互層，極易形成膏泥巖隱蔽巖性油藏或砂巖上傾尖滅油藏，油氣保存條件優越。

4鹽間油氣成藏特征

通過M15-18井、G14-12井原油物性以及石炭系、孔二段泥巖飽和烴全烴譜圖生標特征對比分析，認為棗0油組膏泥巖段油源較復雜，具有明顯的多源供烴特點。部分油氣藏為單一油源，如G14-12井區，油氣來自于孔二段暗色泥巖；部分油藏又表現為混合油源，如M15-18井區，上古生界煤系烴源巖與孔二段泥巖共同作用，導致油氣共存。此外，棗0油組深灰色泥巖也具有供烴能力，但從烴源巖有機質豐度及成熟度等指標來看，上古生界和孔二段為棗0油組主力烴源巖。

盡管棗0油組油源不同，但孔二段及石炭—二疊紀油氣成藏方式類似，油氣均沿斷層垂向運移進入儲層砂體或高孔滲性膏巖中，形成古生新儲型油氣藏。研究區多條基底斷裂至漸新世仍活動強烈，斷裂切穿孔二段和上古生界烴源巖，為油氣運移至棗0油組提供了重要通道。同時，斷層作用下棗0油組與上盤孔二段泥巖對接，形成側向封堵，有利于油氣保存(圖7)。

孔一段沉積晚期，氣候相對潮濕，棗0油組發育的膏鹽湖-扇三角洲體系。在湖盆邊緣多個物源向盆內延伸，形成以沖積扇、扇三角洲為主的砂泥巖沉積，砂體沿斷層發育。在湖盆內部，膏鹽湖環境下膏巖、膏泥巖、深灰色泥巖互層，特別是在濱淺湖區膏泥巖、砂巖頻繁互層，厚層膏泥巖夾扇三角洲前緣薄層砂體，油氣保存條件良好。孔店二級構造帶的隆升導致扇三角洲前緣砂體發生反轉，在斜坡帶形成典型的砂體上傾尖滅圈閉，表現為構造背景下的巖性油藏(圖8)。

圖7　棗0油組油氣運聚成藏示意圖

圖8　孔南地區棗0油組油藏剖面圖

此外，三角洲前緣的孤立砂體及滑塌濁積扇體，自沉積以來就被膏泥巖在三維空間上分隔包圍，形成砂巖透鏡體。砂體周圍的泥質烴源巖成熟后，油氣可在毛細管力作用下直接運移至砂體中，形成巖性油氣藏。膏泥巖所圍限的獨立砂體，無斷層連通外部烴源巖地層，受供烴能力的限制，其油氣富集的程度相對較差。

5結論

1) 膏泥巖一般形成于鹽湖環境，地球物理響應特征明顯。其與周邊地層形成地震強反射特征，主要表現為強振幅、中-強連續性、中強頻率，測井曲線表現為高電阻、高電位和低伽瑪值。

2) 膏泥巖對于棗0油組油氣成藏具有積極意義。膏鹽巖的存在可使泥巖早期生烴，并促進有機質向烴類轉化；膏泥巖層段形成的異常壓力及較高的熱導率，有利于鹽間砂體原生孔隙的保存，膏巖轉化過程中形成的收縮縫、粒間溶孔和晶間孔，為油氣提供了新的儲集空間；膏泥巖層段夾薄層砂巖，有利于油氣的保存。

3) 孔南地區棗0油組油氣來自于上古生界、孔二段及棗0油組自身等多套烴源巖，油氣均沿斷層垂向運移進入儲層，并形成側向封堵，扇三角洲前緣砂體在斜坡帶形成砂體上傾尖滅。油氣藏特征為：多源供烴、斷層側向封堵、砂巖上傾尖滅，形成構造背景下的巖性油氣藏。

通過王官屯地區幾套主力烴源巖及其原油地球化學特征分析，在進行油源對比基礎上，結合油氣運移輸導體系研究成果，并綜合考慮油氣成藏所必備的生、儲、蓋、圈等諸多地質要素的時空匹配和構造組合特征。認為膏泥巖控制下，孔南地區棗0油組油氣藏主要表現為：多源供烴、斷層側向封堵、砂巖上傾尖滅，為構造-巖性油氣藏。

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(責任編輯：高麗華)

收稿日期：2015-08-02

基金項目：中國石油天然氣股份有限公司科技攻關項目(2004JB-3-10)

作者簡介：許恩愛(1982—)，女，天津人，工程師，主要從事油田滾動勘探與石油地質綜合研究工作.E-mail:xuenai456@163.com

中圖分類號：TE122

文獻標志碼：A

文章編號：1672-3767(2016)04-0037-07

Characteristics of Lithological Reservoirs in Gypsiferous Mudstone Formation in Kongnan Area, Huanghua Depression

XU Enai,WANG Qingkui,ZHANG Jialiang

(No.3 Oil Production Plant,Dagang Oilfield Company，PetroChina,Cangzhou,Hebei 061723,China)

Abstract:Based on the geological characteristics of gypsum mudstone of the first member of Kongdian formation in Kongnan area, and the geo-chemical and reservoir experimental results such as TOC, crude oil properties, GC-MS, reservoir physical property, and polarizing thin section, this paper made a systematic analysis of gypsum mudstone’s great significance to hydrocarbon accumulation. The results show that, the presence of gypsum mudstone of Zao 0 oil formation can induce its generation of hydrocarbon in the early stage, providing new oil source and producing abnormal inter-salt pressure, which can improve the sandstone reservoir properties. At the same time, as the regional caprock, gypsum mudstone is beneficial to the preservation of hydrocarbon in dissection thin sand stone. The hydrocarbon reservoir forming of Zao 0 oil formation is characterized by multiple sources, fault side blocking, and updip pinchout of sand stone, and the lithologic reservoir is formed at the background of regional gentle structure.

Key words:Huanghua depression;Kongnan area;gypsum mudstone;inter-salt oil and gas reservoir