渤中13-2 大型整裝覆蓋型潛山油氣田的發現及其油氣勘探意義

李慧勇 牛成民 許 鵬 劉慶順 張 鑫 崔海忠

中海石油（中國）有限公司天津分公司

0 引言

渤海灣盆地渤海油田最早開展油氣勘探的領域是潛山，歷經多年勘探，在盆地內的凸起區發現了錦州25-1 南、蓬萊9-1 等高位潛山大中型油田。進入21 世紀，經過幾代勘探人的持續攻關，又在渤中凹陷發現了渤中19-6 大型整裝凝析氣田[1-3]，低位潛山取得了重大突破和創新認識，渤中19-6 氣田為典型的暴露型潛山，即太古界變質巖潛山直接與新生界碎屑巖地層接觸。但渤海油田潛山地層展布規律研究結果表明，凹陷區低位潛山多被致密的中生界覆蓋，未與新生界碎屑巖地層直接接觸[4]。這些覆蓋型潛山只有少量構造的中生界火山巖儲層獲得油氣發現，太古界變質巖及下古生界碳酸鹽巖一直未獲得商業性的油氣發現[5]。此外，該類潛山在渤海灣盆地陸上油田勘探成功案例也較少，僅有遼河坳陷興隆臺油田、濟陽坳陷埕島油田和冀中坳陷長3 油田獲得了一定的油氣發現[3,6-13]。覆蓋型潛山與古近系烴源巖之間隔了較厚的中生界致密巖性地層，中生界對下伏太古界潛山優質儲層形成與烴類運聚成藏具有較大的控制作用。較之于暴露型太古界潛山，以往對于覆蓋型太古界潛山油氣成藏模式認識不清。

近兩年，通過對渤中凹陷潛山進行構造演化及地層展布的系統研究，在渤中19-6 構造北側發現了中生界覆蓋下大型太古界變質巖潛山構造——渤中13-2 構造，該潛山構造整體呈中生界—太古界二元結構潛山。通過重點攻關覆蓋型太古界變質巖潛山成山、成儲、成藏條件，形成新認識并指導勘探實踐，發現了渤中13-2 大型揮發性油氣田，對渤海油田廣泛分布的覆蓋型潛山勘探提供了新的勘探理念和經驗，對渤海油田及其他地區類似潛山油氣勘探評價具有較好參考價值。

1 地質概況與油氣勘探

1.1 區域地質概況

渤中凹陷位于渤海灣盆地中東部，面積約1×104km2，是渤海灣盆地面積最大的二級構造單元，也是渤海灣盆地唯一的獨立二級構造單元。渤中凹陷是渤海灣盆地的沉降與沉積中心，古近紀沙河街期至東營期為強烈斷陷期，沉積速率高[14-15]，在凹陷形成3 套優質烴源巖，主要分布在沙三段、沙一段和東三段，有機質類型主要為混合型干酪根。其中，沙河街組三段烴源巖埋深最大，有機質熱演化程度最高已超2.0%。渤中13-2 油氣田位于渤中凹陷西南部深層，其西北部、西南部和東南部分別為沙壘田凸起、埕北低凸起和渤南低凸起，油氣田南側為渤中19-6大氣田（圖1-a）。渤中13-2 油氣田已鉆井揭示的地層自上而下為第四系平原組、新近系明化鎮組和館陶組、古近系東營組和沙河街組，以及中生界和太古界潛山。其中，太古界潛山是該油氣田的主要目的層系，巖性以花崗片麻巖為主，片麻巖的鋯石U—Pb 定年分析顯示其形成年齡為17 億～26 億年[4]；中生界厚度介于100 ～1 500 m，直接覆蓋在太古界潛山之上，其上段巖性為沉凝灰巖夾凝灰巖，下段巖性為厚層凝灰質砂礫巖，巖性較致密，為較好蓋層。渤中13-2 油氣田的產層集中在太古界花崗片麻巖中，油層埋深介于4 300 ～5 200 m（圖1-b）。

圖1 渤中13-2 構造位置及地層綜合柱狀圖

1.2 油氣勘探進展

渤中13-2 構造歷經40 余年多輪次的勘探，主要經歷了中生界潛山探索、立體勘探以及覆蓋型潛山勘探突破3 個階段。

1.2.1 中生界潛山探索階段

20 世紀80 年代，通過對該地區二維地震資料的精細解釋和目標處理，發現渤中13-1 構造為一有利的中生界披覆背斜構造。1997 年在構造高點首鉆BZ13-1-1 井，在沙一段底部生屑云巖、砂礫巖地層測試獲得了高產油氣流，后續部署鉆探BZ13-1-2、BZ13-1-3 評價井，從而發現了渤中13-1 小型揮發性油田，但在中生界潛山未獲得油氣發現。研究結果認為，中生界凝灰巖、沉凝灰巖、砂礫巖等巖性較為致密，裂縫不發育、儲層質量差是潛山失利的主要原因，初期潛山油氣勘探未獲得重大突破。

1.2.2 立體勘探階段

1998—2016 年，在“復式油氣成藏理論”指導下，再上渤中凹陷西南部，部署三維地震勘探并開展深淺層疊合的立體勘探與研究工作，首先以探索新近系構造—巖性圈閉和兼探古近系構造圈閉的勘探思路，在渤中19-4、曹妃甸24-1 和渤中13-1 南3 個構造上鉆探了6 口井，發現了渤中19-4、渤中13-1南等中型油田。2016—2018 年，為了尋找深部油氣，開展渤中凹陷西南部低潛山整體解剖工作，針對深層進行了三維地震資料重新處理，地震資料品質得到明顯的改善，對潛山地層進行系統梳理，進而發現了渤中19-6 暴露型太古界變質巖潛山構造[16]。2016年底首鉆BZ19-6-1 井，在太古界潛山揭示儲層厚度106 m；2017 年，BZ19-6-2 井在太古界潛山鉆遇氣層厚度270 m，中途測試獲得日產氣量為18.4×104m3、日產油量為168 m3，揭開了渤中19-6 潛山天然氣勘探的序幕。經過后續評價落實了渤中19-6 氣田天然氣探明儲量超1 000×108m3、凝析油超1×108t 的儲量規模，實現了渤中凹陷深層潛山勘探的重大突破，明確了深層太古界潛山是獲得大規模油氣發現的有利區帶和層系。但渤中凹陷大部分區域前新生代基底均被中生界覆蓋，已鉆井證實中生界覆蓋型潛山成藏條件差[4]，如何由暴露型潛山向覆蓋型潛山拓展勘探面臨巨大的挑戰。

1.2.3 覆蓋型潛山勘探突破階段

2018 年以來，勘探方向由暴露型潛山轉移到多層疊置的覆蓋型潛山，重新攻關渤中19-6 構造北側具有相似構造演化背景的渤中13-1 中生界大型披覆背斜構造區，系統梳理了制約覆蓋型潛山未能突破的3 個關鍵問題和1 個技術難題：①巨厚的中生界下是否發育大型太古界潛山；②潛山成儲機理；③油氣運移與成藏模式；④儲層預測技術。該區地震資料品質較差，地層認識不清、缺乏有效的優質儲層預測技術，為此針對地震資料進行了疊前深度偏移連片處理。在新三維地震資料基礎上，對潛山構造帶地層展布特征進行精細研究，明確了印支期、燕山期斷裂活動對于潛山的構造演化及地層展布具有非常重要的控制作用，認為該區潛山為大型覆蓋型太古界潛山圈閉，即中生界地層覆蓋太古界基底的二元地層結構，將主要目的層系鎖定在太古界。

2018—2019 年，在渤中13-2 構造西南側太古界出露區首先部署鉆探了BZ13-2-B 井和BZ13-2-C井，測井解釋油層厚度分別為351 m、224 m，其中BZ13-2-B 井在太古界潛山裸眼測試日產油量為245 m3、日產氣量為10.6518×104m3，打開了渤中13-2潛山構造勘探局面。2020 年針對中生界覆蓋區部署鉆 探 了BZ13-2-D 井、BZ13-2-E 井、BZ13-2-F 井，測井解釋油層厚度分別為122 m、135 m 和86 m，其中BZ13-2-E 井在太古界潛山裸眼測試日產油量為411 m3、日產天然氣量為25.267 8×104m3，渤海油田覆蓋型潛山油氣勘探獲得重大突破。

2 構造演化特征

筆者對新三維地震資料進行了疊前深度偏移連片處理，資料品質改善明顯（圖2）。在新三維地震資料基礎上，對潛山構造進行精細研究，理清了該區潛山構造演化規律、潛山地層展布特征。

該區構造演化主要經歷了3 個階段：印支期—燕山早期擠壓逆沖成山階段、燕山中期拉張反轉階段、喜馬拉雅期埋藏定型階段[17-22]（圖3）。

圖2 渤中13-2 構造—渤中19-6 北構造地震剖面圖

圖3 渤中13-2 低潛山構造演化示意圖

前印支期，渤海灣盆地主要以穩定的海相碳酸鹽巖沉積為主，下古生界寒武系、奧陶系穩定分布（圖3-a）；印支期—燕山早期，在持續強烈擠壓作用下，形成一條規模較大的北西向逆沖斷裂，位于逆沖斷裂上盤的古生界遭受剝蝕殆盡，渤中19-6、渤中13-2構造太古界構造脊初步形成，位于逆沖斷層下盤的古生界部分遭受剝蝕，整體表現為北西向古生界構造脊（圖3-b）；燕山中期，華北地區構造體制和應力場特征發生根本性變革，研究區由先前的擠壓應力場轉為拉張應力場，先存的北西向斷裂發生伸展反轉，北段的渤中13-2 構造區反轉作用強于南段渤中19-6 構造區，在渤中13-2 構造區沉積較厚的中生界，而渤中19-6 構造區反轉作用弱缺失中生界沉積（圖3-c）；燕山晚期，研究區遭受南北向弱擠壓應力場弱改造，渤中13、渤中19 構造區進一步差異隆升，形成北高南低的構造格局，至此，該區整體構造面貌、地層展布基本形成（圖3-d）；喜馬拉雅期，先存斷裂發生伸展活化，研究區整體接受巨厚的古近系沉積，潛山被上覆沉積物快速覆蓋埋藏形成低潛山構造帶（圖3-e）。通過系統研究，在渤中19-6 構造脊西北部發現了渤中13-2 大型太古界構造，其西南側與渤中19-6 構造相似為太古界暴露型潛山，大部分為中生界覆蓋，整體呈中生界—太古界二元結構潛山（圖4）。

圖4 渤中凹陷西南部前新生代斷裂及潛山平面分布圖

3 儲層發育模式及預測技術

3.1 裂縫型儲層發育模式

渤中13-2 太古界潛山構造被巨厚的中生界凝灰巖和凝灰質砂礫巖覆蓋，根據渤海油田潛山油氣勘探的傳統經驗，該類型潛山儲層發育程度較差，難以形成規模性油氣藏[23-24]。為此，針對中生界覆蓋型太古界潛山優質儲層發育模式展開了技術攻關。

渤中19-6 構造明確了新生代沉積前的多期應力疊加改造是潛山形成立體縫網規模型儲集空間的主控因素[25-26]。研究成果表明，渤中13-2 太古界潛山之上覆蓋了厚度介于100 ～1 500 m 的巨厚中生界凝灰質砂礫巖和凝灰巖；多個構造的鉆探結果反映潛山頂部難以形成風化殼型儲層。但是，渤中13-2 太古界潛山與渤中19-6 構造同樣經歷了早印支、晚印支、燕山期共3 期應力疊加改造，而渤中13-2 構造東西兩側及南側分別發育燕山期及印支期主控斷裂，構造整體呈斷鼻形態，通過模擬發現在構造核部受改造作用尤為強烈。因此，認為渤中13-2 潛山儲層發育模式與渤中19-6 潛山具有一定差異性，渤中19-6潛山頂部發育的風化殼砂礫巖體在渤中13-2 太古界潛山并不發育，風化裂縫帶儲層變差，但內幕裂縫帶儲層主要受多期應力控制，與渤中19-6 構造類似非常發育，具有“垂向頂部差異、內幕橫向連續”的變質巖潛山優質儲集層分布模式（圖5）。

圖5 渤中凹陷西南部太古界潛山裂縫型儲層發育模式圖

3.2 潛山裂縫儲層預測技術

由于受到埋深大以及上覆中生界屏蔽作用，潛山內幕斷裂響應不清、信噪比低，常規地震刻畫方法難以有效預測內幕儲層展布規律，渤中13-2 構造中生界覆蓋區下潛山內幕儲層預測整體難度大。根據覆蓋型潛山的內幕地震響應特征，創新提出了基于復合波場的覆蓋型潛山裂縫儲層預測技術。在反射波域，針對覆蓋型潛山地震資料信噪比低、常規疊后裂縫檢測效果差的問題，創新研發了基于光滑反射強度濾波的裂縫預測技術，實現了低信噪比條件下基于反射波信息的高精度裂縫檢測。在繞射波域，針對內幕儲層刻畫問題，通過基于主成分分析的繞射波裂縫預測技術，實現了基于繞射波信息的裂縫儲層預測。綜合多波場信息實現了潛山內幕多尺度裂縫型儲層有效預測。

根據上述技術，對渤中13-2 構造區提取繞射波信息，并通過在繞射波數據體上提取振幅類屬性對覆蓋型潛山裂縫分布進行描述，得到裂縫密度預測結果如圖6 所示（紅色為裂縫高密度分布區）。繞射波能量主要分布在斷裂較發育的區域，這些區域構造變形強烈，裂縫相對發育，同時提取的裂縫信息與構造解釋中的深大斷裂有很好的耦合及伴生關系，為渤中13-2 潛山內幕裂縫發育的地質認識及井位部署提供重要依據。該預測結果與鉆井結果十分吻合，說明基于復合波場的裂縫儲層預測技術能夠較好地描述研究區裂縫的分布規律。

圖6 渤中13-2 構造基于復合波場的潛山內幕的裂縫預測圖

4 油氣成藏模式

圖7 渤中13-2 構造油氣成藏模式圖

渤中13-2 構造太古界潛山位于渤中凹陷西南部渤中19-6 構造北側，與渤中19-6 構造暴露型潛山不同，渤中13-2 構造上覆被中生界致密火山碎屑巖地層所覆蓋，古近系烴源巖生成油氣難以沿太古界潛山頂部不整合面直接充注成藏。通過對成藏動力分析和油氣運移路徑研究，確定渤中13-2 構造覆蓋型潛山具有“超壓強注—接力運移”油氣成藏模式（圖7）。渤中13-2 構造圍區烴源巖普遍發育有超壓，壓力系數介于1.4 ～1.8，表現為超壓或強超壓系統，而太古界潛山為常壓系統，烴源巖和潛山儲層之間源儲壓差達到25 ～45 MPa，超壓為烴類向潛山內幕充注提供了強動力。渤中13-2 構造南側、西側發育控山、控沉積的長期活動斷裂，斷距最大可達1 000 m，使得斷層下降盤的多套深層烴源巖與潛山側向直接對接，形成大型斷層面供烴窗口，而斷層面供烴窗口是覆蓋型潛山規模成藏的前提。同時，渤中13-2 構造斷層面又與內幕連續性儲層、不整合構成復式輸導體系，烴源巖生成油氣首先沿區域不整合運移至斷層面附近，再通過斷面向潛山內幕充注，潛山內幕連續性儲層又為烴類長距離運移創造條件，不同輸導方式可形成油氣接力運移。

油氣成藏模式的認識推動了勘探思路轉變，堅定了向渤中13-2 構造覆蓋型潛山進一步勘探的信心。2019 年在渤中13-2 油氣田主體區部署了BZ13-2-E 井，鉆探成功并測試獲得高產油氣流，標志著渤海油田在“覆蓋型”潛山勘探領域獲得突破。后續部署了多口評價井，相繼獲得成功。鉆探結果表明，渤中13-2 油氣田具有烴柱高度大、測試油氣產量高、油品性質好的特點，潛山油氣藏油柱高度為850 m，測試最高日產油411 m3、日產氣25.3×104m3，原油密度為0.811 g/cm3，原油黏度為2.301 mPa·s，證實渤中13-2 油氣田為一個大型整裝揮發性油藏。

5 油氣勘探突破啟示

渤海油田歷經50 余年的潛山油氣勘探[7]，已發現的渤中19-6、蓬萊9-1 和錦州25-1 南等大中型油氣田均為暴露型潛山油氣藏[3,8-11]，以前對覆蓋型潛山油氣成藏模式認識不清，多年勘探未獲得規模性油氣發現[12]，整體勘探程度相對較低。渤中13-2 油氣田的發現實現了渤海油田覆蓋型潛山油氣勘探的領域性突破，拓展了渤海油田潛山油氣勘探空間，堅定了渤海油田大量未鉆覆蓋型潛山的油氣勘探信心，對整個渤海油田及陸上類似潛山油氣勘探具有重要的借鑒意義。

渤海海域大部分地區均為中生界覆蓋型潛山，具有巨大的油氣勘探前景，后續勘探及研究應重點關注兩個方面：①印支期到燕山期的斷裂對潛山儲層具有重要的控制作用，渤中13-2 構造受印支和燕山期構造應力疊加控制發育潛山內幕連續性儲層，因此，下一步需要加大渤海灣盆地前新生代構造活動對潛山成山、成儲作用研究；②大型斷面供烴窗口是覆蓋型潛山油氣運移關鍵，加強供烴窗口面積與潛山連續性儲層復式油氣運移研究工作。

6 結論

1）渤中13-2 構造主要經歷了印支期—燕山早期擠壓逆沖成山、燕山中期拉張反轉和喜馬拉雅期埋藏定型3 個階段，通過斷裂特征和演化過程系統分析在渤中19-6 構造脊西北部發現了渤中13-2 大型中生界覆蓋型太古界潛山構造，受中生界覆蓋影響及多期應力疊加控制，儲層具有“垂向頂部差異、內幕橫向連續”的展布特點。

2）渤中13-2 構造覆蓋型潛山的油氣成藏模式為“超壓強注—接力運移”，斷層面側向供烴窗口和潛山內幕連續性儲層是覆蓋型潛山規模成藏的關鍵。

3）渤海海域絕大部分地區為中生界覆蓋型潛山，渤中13-2 大型油氣田的發現突破了渤海海域中生界覆蓋型潛山不能找到大型油氣田的傳統認識，展示了渤海海域深層巨大的勘探潛力。