認識創新推動渤海海域油氣勘探取得新突破*
——渤海海域近年主要勘探進展回顧

薛永安

(中海石油(中國)有限公司天津分公司 天津 300459)

渤海灣盆地是中生代以來疊覆在古生界克拉通基底之上的多旋回裂谷斷陷盆地[1]。渤海海域是渤海灣盆地現今的海域部分，面積約7.3×104km2。自2010年以來，渤海油田實現油氣年穩產3 000×104t油當量，成為中國海上最大的油田和我國北方重要的能源基地[2]。隨著勘探程度的不斷深入，渤海油田主力凹陷勘探程度越來越高，僅依賴成熟區的滾動和評價已不能彌補較大的儲量缺口，迫切需要在新區新領域實現實質性的勘探突破。近年來，我國對天然氣需求強烈，但傳統認為渤海灣盆地為油型盆地，能否找到規模性天然氣田意義重大。回顧渤海海域勘探研究取得的成果，“被子”模式和“淺盆成烴”新認識的提出推動了渤海潛山天然氣大發現和邊緣凹陷油氣勘探新熱潮，保障了渤海海域儲量發現穩步增長。

1 “被子”模式指導渤中凹陷天然氣勘探取得新突破

1.1 “被子”模式核心思想

天然氣具有分子小、重量輕、極易運移和逸散的特點，因此保存條件對天然氣成藏至關重要[3-6]。研究表明蓋層質量(巖性、厚度、平面分布、排替壓力等)控制了天然氣的富集程度[7-8]。通常蓋層巖性組成為鹽膏巖、泥巖等非滲透性巖層。世界上已發現大氣田泥巖和膏巖蓋層分別占53.5%和46.5%[8]。如塔里木盆地和田地區天然氣蓋層為數十萬平方公里的膏巖[9]，松遼盆地天然氣藏主要分布于青山口組和嫩江組厚層泥巖蓋層之下[10]。粉砂質泥巖、泥質粉砂巖及生物灰巖等僅可作為低壓天然氣藏的蓋層[11]。渤海灣盆地新生界存在沙三段、沙一段、東營組及明化鎮組四套區域封蓋層[12]，其中沙一段為區域分布最廣泛的封蓋層，已探明天然氣儲量中沙一段及以下地層占80.4%[13-14]，發現了興隆臺、曙光-歡喜嶺、高升、錦州20-A及千米橋等大氣田。

渤海灣盆地主要為陸相沉積，巖性橫向變化快，且斷裂復雜，地層破壞程度高，因此對蓋層的要求更為嚴苛。筆者曾致力于渤海海域天然氣成藏特征與富集模式研究，并針對其特殊性于2007年創新提出渤海海域天然氣成藏“被子”模式(圖1)[3]，認為廣泛分布的大套厚層超壓泥巖像“被子”一樣蓋在富生烴凹陷之上，控制天然氣在其下運移匯聚成藏。而“被子”并非普通的泥巖蓋層，應是具有一定厚度的高壓異常泥巖[12]，才能保證天然氣從生烴中心到構造區優質的封蓋條件，對天然氣起到保護作用。

圖1 “被子”模式[3]

1.2 環渤中凹陷大氣田形成條件

勘探實踐表明，渤海油田較大型氣田的形成均與分布廣泛的厚層高壓異常泥巖有關。渤中凹陷是渤海灣盆地的沉積沉降中心，東營組和沙河街組近千米厚半深湖—深湖相泥巖易形成較好的“被子”蓋層，天然氣保存條件優越。同時良好的儲層條件也是天然氣富集成藏的必要條件[7]。

1.2.1巨厚“被子”為大氣田形成提供了良好的保存條件

蓋層是油氣成藏不可或缺的條件，對天然氣成藏至關重要[7-13,15-16]。研究表明，我國大中型氣田儲量豐度與蓋層厚度具有較好的正相關性[17]，蓋層厚度越大，平面分布越廣，連續性越好，則封閉天然氣能力越強，對斷層破壞的抵抗能力也越強。反之，則不利于天然氣的聚集和保存。我國西部塔里木盆地大氣田克拉2氣田蓋層為膏巖層，厚度可達400～500 m， 封蓋了全盆60%的天然氣地質儲量[17]。在渤海灣盆地，東營組和沙河街組厚層泥巖既可以作為烴源巖，也可以成為下部古近系儲集層和深埋潛山的重要蓋層[18]。渤中凹陷東營組和沙河街組發育三角洲和湖相交互沉積，除了在湖盆邊緣發育規模性的三角洲沉積體系外，靠近凹陷的內部均為質地較純的半深湖—深湖相泥巖。東二下至沙河街組泥巖厚度最大可達3 000 m,平均厚度1 000 m(圖2)，且分布面積廣、橫向穩定性較好，為下伏天然氣的保存提供了有利條件。

圖2 渤中凹陷泥巖“被子”厚度分布

超壓同樣對天然氣保存具有重要意義[12,19]。當儲集層具有異常壓力時，其上覆蓋層多為壓力封閉層。蓋層內超壓的存在可以增強蓋層物性封閉，異常壓力越大，封閉性能越好。渤海海域目前最大的天然氣田——錦州20-A氣田蓋層內壓力系數高達1.7，且異常高壓泥巖帶延伸較遠。 BZ19-A-1井沙三段油氣藏中實測地層壓力系數為1.334 5，證實渤中凹陷沙河街組存在異常壓力系統。而從渤中19-A構造3口井的泥巖蓋層聲波時差隨埋深變化情況來看，在2 600～3 100 m和3 500～3 900 m兩個深度段正常壓實趨勢線均出現明顯的偏離(圖3)，表明東營組和沙河街組泥巖蓋層具有超壓現象。而這一分布廣、厚度大的超壓泥巖“被子”為渤中凹陷西南環天然氣成藏起到重要的保護作用。

圖3 渤中19-A構造泥巖蓋層聲波時差特征

1.2.2優質儲集體發育是大氣田形成的重要條件

國內外勘探實踐證實優質儲集體是大氣田形成的重要條件。渤海海域最大的凝析氣田錦州20-A發育沙河街組砂礫巖、陸屑白云巖及元古界混合花崗巖，孔隙度最高達31.7%。近年來，渤海油田加強了深層儲層攻關，采用方位角、曲率等多地震屬性融合、陣列聲波測井多孔介質流體識別等技術持續攻關，解決了過去由于埋深大，地震資料難以有效識別潛山儲層的難題，經科學探索井鉆探證實渤中凹陷西南環潛山帶發育古生界碳酸鹽巖和太古界變質巖兩種巖石類型。受控于與不整合有關的巖溶作用，渤中21-22古生界潛山為孔洞-裂縫型和溶蝕孔隙型雙介質儲集空間(圖4a)，孔隙度在1.9%～10.5%之間[17]。渤中19-A太古界潛山巖性以碎裂二長片麻巖為主，發育裂縫型儲集體(圖4b)。巖心物性實測數據顯示，渤中19-A構造孔隙度在1.2%～12.8%之間，平均為4.7%。常規測井曲線具有低自然電位、低GR，高中子密度、高聲波時差的特征。成像測井及壁心、巖心薄片顯示裂隙發育，其主要的有效儲集空間為裂縫，而沿裂縫產生的溶蝕孔隙也可作為儲集空間，與郯廬斷裂及其分支走滑斷裂多期構造活動、強烈逆沖、擠壓，及后期剝蝕的改造作用有關。

圖4 渤中凹陷潛山內幕儲層巖石薄片

1.3 渤中凹陷西南環天然氣勘探重大突破

在“被子”成藏模式創新認識指導下，渤中凹陷西南環在古近系孔店組砂礫巖體和太古界變質巖潛山勘探取得重大突破。其中，渤中21-B、渤中22-A[17]、渤中19-A天然氣儲量均超百億立方米級別，尤其是渤中19-A構造具有更大天然氣規模，其勘探突破具有里程碑的意義。同時，環渤中凹陷還發現了渤中8-A、渤中3-A等一批大型有利天然氣勘探目標，展現了中國東部老油區千億立方米氣區的勘探局面，將為環渤海經濟區清潔能源提供有力支持，社會效益良好。

2 “淺盆成烴”新認識助推邊緣凹陷勘探取得新進展

2.1 “淺盆成烴”新認識

傳統認為，邊緣凹陷面積小、埋深淺，且緊鄰盆地邊緣，通常發育大量粗碎屑近源堆積，難以形成規模型優質烴源巖，因此對湖盆生烴機制與潛力研究較為薄弱，極大限制了新領域勘探的拓展。這類邊緣淺盆分布面積在渤海海域占比達38%，油氣資源量僅占2%。近些年，通過深入研究，創新提出“湖盆咸化-地殼減薄-走滑改造”三因素聯控的“淺盆成烴”新認識，大大推動了渤海邊緣凹陷勘探獲重要突破。

2.1.1“咸化湖盆”孕育了優良的烴源物質基礎

研究表明，中國中、新生代陸相盆地(如渤海灣盆地、柴達木盆地等)除煤系沉積外，優質烴源巖的發育均與咸化湖盆有關，即使是傳統上大型淡水湖泊成因的烴源巖也均被證實為湖盆咸化缺氧的產物[19-20]。而有機質豐度高的烴源巖均不同程度地與碳酸鹽、硫酸鹽或氯化物等蒸發巖伴生，形成重要的烴源灶[21]。咸化湖盆中烴源巖往往具備更優的生烴能力，因此可以通過研究咸化盆地的沉積作用預測優質烴源巖的發育。

伽馬蠟烷/C30藿烷是公認烴源巖沉積環境中鹽度判別的指標，另外藿烷系列中C35藿烷含量相對增加也是判別咸化湖盆可溶有機質有效的識別標志[19]。從渤海海域東部淺盆周圍鉆井的油源特征來看(圖5)，伽馬蠟烷含量均較高，部分樣品出現明顯的C35升藿烷翹尾特征，反映相對咸化甚至鹽湖相的烴源巖特征。廟西北洼、黃河口東洼和萊州灣南洼孕甾烷和升孕甾烷豐度高可能與生烴母質在成巖早期微生物作用和有機質熱降解作用有關[22],而廟西南洼和萊州灣東北洼原油甲藻甾烷含量高表明生烴母質生源以藻類、細菌等低等水生生物為主[23]，這類富含脂類化合物的藻類被稱為油藻，在較低的成熟演化階段可以直接轉化為烴類。同時咸化的水體環境中氧含量很低，有利于早期轉化形成的液態烴的保存。萊州灣南洼和黃河口東洼原油含硫量高，最高可達4.69%，這種高硫原油的形成可能與烴源巖母質為鹽湖沉積環境有關[23-24]。另外，硫酸鹽、碳酸鹽巖等蒸發巖物質對有機質生烴演化也具有催化作用，使得烴源巖“早熟”生成低熟油。從Ts/Tm比值基本小于1和C29甾烷異構化參數均證明邊緣淺盆的原油成熟度普遍較低，原油具有明顯咸化和低熟特征，指示湖盆咸化對烴源巖具有顯著的促進作用。

圖5 渤海海域邊緣凹陷油源特征

2.1.2“地殼減薄”提供了強勁的內在動力

渤海灣盆地的形成與板塊運動、地幔物質上涌密切相關。在早白堊世晚期和古近紀中晚期，出現兩期地幔熱流高峰，地幔內物質的運動導致巖石圈局部隆起，巖石圈因受力向兩側伸展，巖石圈減薄，產生裂陷與坳陷。渤海灣盆地巖石圈從北西向南東逐漸減薄，特別是渤海海域東部地區巖石圈由于強斷裂作用控制顯著拉張減薄，地殼厚度一般為25～27 km。

此外，渤海海域東部處于郯廬斷裂板塊拼接地帶，走滑作用加劇地殼不穩定性。印支期華北與華南大陸塊體的碰撞形成的大量斷裂帶自中生代以來經歷了走滑、伸展、擠壓等構造變形和巖漿活動，成為穿透地殼進入上地幔的深大斷裂，地殼深部的巖漿在地球內部應力驅動下沿著深大斷裂帶上侵，導致火山、巖鹽、熱流等殼幔交互作用顯著增強，例如萊州灣東北洼館陶組、東營組及沙一、二段廣泛沉積火山溢流相，在廟西南洼、黃河口東洼、萊州灣南洼局部可見巖鹽活動。斷裂構造及巖石圈厚度變化對大地熱流空間展布特征的控制作用最終導致渤海海域系列淺盆具有明顯的高地溫梯度，平均地溫梯度39.5 ℃/km，凹陷區為36.9 ℃/km，遠高于渤海海域平均的地溫梯度28.2 ℃/km(圖6)。

圖6 渤海海域地溫梯度等值線圖

2.1.3“走滑改造”創造了有利的外部條件

渤海油田在郯廬斷裂帶油氣勘探取得了豐碩成果[25-26],研究表明走滑作用在渤海灣盆地形成、演化及油氣成藏等多方面具有重要意義。首先，走滑作用可以溝通深部熱流體，為油氣藏的形成帶來物質來源和運移動力，促進烴類聚集成藏，如蓬萊19-3油田中均發現幔源成因的CO2[26]。其次，走滑帶來的超臨界流體活動提供了充足的養分，引起水體營養元素的富集，而水體的富營養化會形成藻類大量繁殖，為優質烴源巖的形成奠定物質基礎。PL25-3S-1d井的東營組和沙河街組烴源巖正構烷烴均為前峰分布，母質來源主要為藻類等低等水生生物。而墾利6-4構造長石顆粒表面不同程度絹云母化，認為可能與深部熱流體活動帶來的蝕變作用有關。再者，走滑改造帶來黏土礦物、含碳酸鹽巖礦物、幔源氫氣等可以作為催化劑促進烴源巖早生烴，并帶來生烴量的提升[19]。

圖7 渤海海域排烴門限

大量測試數據類比分析表明(圖7)，廟西北洼、廟西南洼、黃河口東洼、萊州灣東北洼、萊州灣南洼排烴門限分別為2 700、2 300、2 200、2 700和2 200 m，平均排烴門限約為2500m，而主力凹陷渤中凹陷、黃河口凹陷等深盆排烴門限通常在3 600 m附近。邊緣淺盆的排烴門限較其相鄰深盆降低達1 100 m，為相鄰構造油氣成藏提供了良好的物質基礎。

2.2 渤海海域東部邊緣凹陷勘探新進展

自2009年以來，在渤海海域東部主體埋深僅3 000～3 500 m的邊緣凹陷持續發現了蓬萊15-A、墾利10-A等一大批億噸級、五千萬噸級油當量以上的大中型油氣田，上報國家探明石油地質儲量2.37×108t油當量，極大地推動了渤海邊緣凹陷勘探實踐。渤海海域在“十二五”之前盆緣凹陷資源量僅2.7×108t，占比2%;重新資評后可達17.4×108t，占比增至11%，漲幅達5倍。有效提升了盆緣凹陷的勘探潛力，大大拓展了渤海油田勘探領域。

3 結論

1) 創新提出了渤海海域天然氣 “被子”成藏模式，其中優越的烴源條件是形成大氣田的物質基礎，厚層泥巖“被子”為大氣田提供了良好的保存條件，優質儲集體發育是大氣田形成的重要條件。該認識指導了環渤中西南環天然氣勘探重大發現，為油氣田穩產增產提供了重要的儲量基礎。

2) 創新提出了渤海海域邊緣凹陷“湖盆咸化-地殼減薄-走滑改造”三因素聯控的“淺盆成烴”新認識，其中“咸化湖盆”孕育了優良的烴源物質基礎，“地殼減薄”提供了強勁的內在動力，“走滑改造”創造了有利的外部條件。該認識指導了蓬萊15-2、渤中36-1、墾利16-1等優質大中型油氣田的發現，展示出邊緣凹陷較好的油氣勘探潛力。

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