渤海灣盆地大港探區加里東期不整合面特征再認識

韓品龍,肖敦清,王居峰

(1.中國石油 勘探開發研究院 石油天然氣地質所，北京100083； 2.中國石油 大港油田公司， 天津 大港 300280)

大港探區的古生界潛山(尤其是奧陶系)油氣勘探歷經50余年的歷程，1984年冀中坳陷任丘古潛山發現以后，大港探區也進行了持續不斷的探索，先后發現了孔西和千米橋潛山等奧陶系潛山油藏以及多個出油氣井點。特別是2000年以后大港探區加強了古生界原生油氣藏的勘探，鉆探的烏馬營潛山西部逆沖帶相繼在上古生界石炭系-二疊系，下古生界奧陶系烏馬營背斜、王官屯潛山、岐北潛山、海古潛山等取得了以上古生界煤系為源巖的潛山勘探突破，證實大港探區的中南部地區是尋找古生界原生油氣藏的有利地區，表明渤海灣盆地成熟探區的下古生界奧陶系仍然具有一定的油氣勘探潛力，值得進一步研究和探索。奧陶系潛山長期以來一直作為潛山勘探的重要目的層系，主要的認識是奧陶紀末期開始的加里東運動使奧陶系歷經長達1.3～1.5億年的風化剝蝕改造，奧陶系碳酸巖地層經長期的風化淋濾作用，溶蝕孔洞發育，再加上中新生代以來斷裂活動的改造疊加，通常應具有較好的儲集能力，只要具備了油氣源的供給和圈閉的有效發育，就有可能找到油氣藏，但大港探區多年的奧陶系潛山油氣勘探事實是大部分地區并未取得實質性進展。為了探究奧陶系潛山油藏形成的主要控制因素，本文應用大量的奧陶系鉆孔資料的分析、對比，來研究明確奧陶系峰峰組頂面及內幕儲層發育規律，以期能夠有效指導潛山區帶、目標評價及勘探部署，有著重要的實際生產意義。

1 區域地質概況

大港探區位于天津市東南50 km，地處沿海經濟發達地區，是重要的石油工業基地，行政區劃主體隸屬天津市及河北省管轄。探區區域地質構造單元位于渤海灣盆地腹部，面積約2×104km2，內部含黃驊坳陷、滄縣隆起及埕寧隆起等3個一級構造單元。主體探區集中在黃驊坳陷(圖1)，其內部包含滄東-南皮凹陷、歧口凹陷、板橋凹陷以及北塘凹陷等4個次一級古近系生烴凹陷。黃驊坳陷是一個在華北克拉通裂解基礎上發育起來的中新生代斷陷盆地，主要含油氣層系集中分布在古近系、新近系。奧陶系與石炭系-二疊系構成盆地前白堊紀的“基底”，古生代地層經歷中新生代構造運動及塊斷活動的分割改造，多以“潛山”面貌出現在坳陷中不同部位[1-4]。下古生界奧陶系沉積時期大港探區統一于華北克拉通盆地，為廣闊的陸表海沉積環境，沉積層分布穩定，巖、電對比標志清晰，橫向易于追蹤，在大港探區甚至華北克拉通內部地層厚度大多在600～800 m，前期多位學者研究認為整體沉積演化過程也與華北克拉通古生代基本一致。

2 奧陶系地層特征

大港探區奧陶系劃分沿習了華北地區的分層方案[5]，與鄂爾多斯盆地的劃分方案存在一定差異，但各層組之間的對應關系還是比較明確的[6](表1)。地層層序自下而上依次沉積了奧陶系下統冶里組、亮甲山組，中統下馬家溝組、上馬家溝組及峰峰組海相碳酸鹽巖地層，地層總厚度600～800 m，峰峰組在華北克拉通大部，尤其是渤海灣盆地各坳陷均有分布，年代地層格架跨越部分中、上奧陶統，與鄂爾多斯盆地馬家溝組六段大體相當。黃驊坳陷孔店地區的K71井揭露奧陶系視厚度為860 m，北大港地區G59井揭露奧陶系視厚度780 m，在渤海灣盆地乃至整個華北克拉通，無論巖性還是電性特征均具有很好的可對比性[7]。

1) 冶里組(O1y)

褐灰、深灰色塊狀灰巖、泥質灰巖夾薄層竹葉狀灰巖，GR曲線低幅齒化，間夾薄層中幅齒化段。地層視厚度為119 m(TG1井2 316.5～2 435.5 m)。

2) 亮甲山組(O1l)

巖性以深棕褐色、淺灰色中-細晶白云巖為主，北大港地區太古1井下部為中-薄層白云質灰巖，上部為中-薄層泥質白云巖，其間夾3～4層泥膏、石膏巖。GR曲線以低幅齒化曲線為特征，地層視厚度為100 m左右(TG1井2 217～2 316.5m)。

3) 下馬家溝組(O2m1)

巖性以褐色泥質灰巖、白云質灰巖為主。縱向上分為兩段，下段以褐色泥質灰巖為主，夾薄層褐色泥質白云巖，GR曲線以中幅齒化曲線為特征，泥質含量較高；上段以褐色灰巖為主間夾薄層灰質白云巖和薄層凝灰巖，GR曲線為低幅微齒化曲線特征，泥質含量較低。地層視厚度為200～210 m(XG2井2 272～2 484 m)。

4) 上馬家溝組(O2m2)

褐色、灰色、暗灰色泥質白云巖、灰質白云巖、泥質灰巖、白云質灰巖。縱向上可以分為3個主要巖性段。下段以中-薄層褐色泥質白云巖為主，泥質含量較高，GR曲線為中幅齒化曲線為特征；中段巖性主要為灰色泥質灰巖，白云質灰巖，GR曲線為低幅微齒化曲線特征；上部為褐色夾深灰色薄-中層灰質白云巖，GR曲線為比中段稍高的微幅齒化曲線。地層視厚度為200～210 m(XG2井2 063.5～2 272 m)。

表1 華北克拉通下古生界奧陶系地層劃分對比
Table 1 Stratigraphic division of the Palaeozoic Ordovician strata in North China Craton

5) 峰峰組(O2f)

巖性以褐灰、深灰、淺灰、灰色泥質灰巖、白云質灰巖為主，底部為淺灰色、灰色白云巖，個別地區底部存在石膏巖，峰峰組頂部為加里東期不整合面，地層厚度變化較大，泥質含量較高，地層視厚度為50～250 m。GR曲線表現為多段不同的特征，存在6～8個高幅齒化、尖峰狀GR曲線特征，代表著多個泥質夾層，該類泥質夾層在一定范圍內具有等時意義，為小層劃分提供了可靠的對比標志。

3 峰峰組小層劃分和對比

3.1 峰峰組小層劃分

本文采用沉積標志層對比法、旋回對比法和地層厚度對比法等進行了小層劃分與對比。依據奧陶系峰峰組的GR曲線特征，在對大港探區峰峰組井段地層保存較全且沒有被斷層錯斷、上覆地層為上古生界石炭系的多口探井進行分析的基礎上，將奧陶系峰峰組進一步細分。細分原則是：1)以峰峰組底部區域分布的“剪刀狀”泥質灰巖和峰峰組中下段穩定分布的中厚層泥質灰巖作為區域對比標志層；2)在區域對比標志層的約束下，以碳酸鹽巖中的泥質夾層為等時界面，結合GR曲線特征、參考巖性組合及地層厚度進行細分和對比。

依據細分地層單元的劃分原則，將大港探區鉆穿奧陶系峰峰組的探井進行了地層細分和對比，采用油田開發階段油層組命名原則，將奧陶系峰峰組自上而下劃分為10個小層，依次是峰1—峰10段。其中峰5段全區穩定分布、層段較厚、泥質含量較高、GR曲線高幅齒狀曲線形態的特征明顯，是區域性對比的標志層(圖2)。

圖2 大港探區奧陶系峰峰組小層劃分Fig.2 Substratum division of the Ordovician Fengfeng Formation in Dagang exploration area

3.2 峰峰組小層對比

結合大港探區的區域地質特點，建立骨架對比剖面，以了解峰峰組各段在探區內自南而北、自西向東的對比關系，并以此為基礎研究峰峰組頂面地層剝蝕狀況，進而揭示大港探區加里東抬升剝蝕期的巖溶和古地貌特征[8]。

在黃驊坳陷內部自南向北的對比結果表明，BG1-WS1井區奧陶系頂面峰峰組主要出露峰1段，孔店凸起K71井區峰峰組剝露至峰4段，岐北潛山QG8井-港西地區主要剝露峰3段，而北大港的千米橋地區是中生界覆蓋在奧陶系之上，奧陶系峰峰組被完全剝蝕，奧陶系頂部僅出露了不全的上、下馬家溝組的地層，是因為疊加了印支—燕山期構造運動的改造剝蝕掉了奧陶系頂部—三疊系的正常地層，難尋加里東期不整合面的蹤跡；北大港以北的板橋—長蘆—北塘—澗南地區據B30X1，XG1，JH2等井揭示主要出露峰5段。大港探區自南向北呈現出峰峰組小層剝露逐層變老的地貌形態，反映了加里東運動結束后，古地勢北高南低的地勢特征。(圖3)

探區南部的滄縣隆起南段CC1井-埕寧隆起CG1井東西向對比剖面揭示自西向東逐層出露峰1、峰2、峰3段，在滄縣隆起BG1-WS1井區奧陶系頂部出露峰1段，徐黑凸起上的X14井區出露峰2段，埕寧隆起西部的CG1井區出露峰3段，反映加里東運動期的峰峰組小層自兩側的隆起向坳陷內部逐漸變新，兩側的隆起侵蝕程度較坳陷區強烈,反映加里東運動期探區南部構造兩側隆起高，中間坳陷區低的地勢特征(圖4)。

埕海地區的滄縣隆起中段—孔店凸起—埕寧隆起北坡自西向東依次出露峰2段和峰5段，在滄縣隆起大城凸起的D9井區出露峰2段，在孔店凸起的K71井—南大港地區的QG1井區大部份出露峰3段，埕寧隆起北坡的ZG2，CH24井區出露峰4段，CH1井區出露峰5段。與圖4相比，埕寧隆起北坡剝蝕至峰5段，反映自埕寧隆起向黃驊坳陷內部加里東古地貌的侵蝕層位由老至新，侵蝕程度由強到弱，加里東構造抬升期的古地勢為東高西低的斜坡。(圖5)

通過大港探區南北向與東西向峰峰組小層對比研究，基本可以勾畫出大港探區加里東運動改造后的地貌形態，隨著今后勘探程度的不斷加深，前石炭紀地貌形態會越來越精細，越來越接近客觀實際情況。因此認為：大港探區加里東期古地貌南北方向具有明顯的分區性，探區內對比剖面顯示奧陶系頂面峰峰組小層的出露情況在大港探區的南、中、北3區存在著差異，具有明顯的分段性，反映加里東運動后大港探區的地貌形態總體呈東高西低、北高南低的特征。

4 峰峰組頂面小層出露特征

大港探區在古生界基底基礎上經歷了印支期、燕山期及喜馬拉雅期等后期構造運動的改造，致使加里東期構造運動的形跡被復雜化而難以準確追尋，一直以來，均認為大港探區加里東期為區域性平行不整合，巖溶地貌特征研究鮮有涉及。

通過在全區精細小層對比的基礎上，針對大港探區峰峰組頂面小層出露情況進行了分析，并結合后期地層剝蝕改造后殘余地層的分布，來研究加里東運動后下伏奧陶系的剝蝕程度，推斷地貌起伏形態，預測有利儲層發育區，力爭對大港探區加里東期不整合面進行全面的再認識、還原其實際面貌，有著重要的科學及生產實際價值[9-10]。

為此編制了反映大港探區奧陶系頂面峰峰組小層段出露情況的前石炭紀地質圖，如圖6揭示了峰峰組小層段自大港探區孔店南部向北至北塘地區出露具有逐層變老的特點。探區南部的BG1井-WS1井區地層出露最新的峰1段，在WG1以北至北大港以南的區域地層比較復雜，剝蝕程度差異較大，局部剝蝕到峰2段，在K72，WG1井出露峰4段，在埕寧隆起的西北坡區域向盆地內部依次變新，出露峰5、峰3段，反映出加里東期古地形自隆起向盆內由高變低，出露地層依次變新。而在北大港的千米橋地區缺失峰峰組，該區不僅缺失峰峰組，還同時缺失上古生界石炭系-二疊系，中生界直接覆蓋在馬家溝組之上， 是印支-燕山運動改造、抬升、剝蝕的結果，因而不能反映加里東期的不整合面貌。千米橋以北的板橋-北塘地區自南向北逐層剝蝕，地層逐層變老，依次出露峰3、峰5段。而埕寧隆起的西北方向向黃驊坳陷一側出露峰5、峰4段，反映向埕寧隆起方向地層逐漸抬升剝蝕，而在埕寧隆起可能出露更老的峰峰組，因無井鉆遇，目前還無法考證。總之，大港探區峰峰組剝蝕程度存在著較大的差異，自南而北大致分為4個區域：一是剝蝕程度較弱、峰峰組保存較全的孔店以南地區，出露峰1段揭示該區加里東運動改造后侵蝕較弱區，推測前石炭紀為古地貌洼地-斜坡過渡的巖溶地貌；二是孔店以北至北大港以南地區，古地勢起伏較大，該區大范圍出露峰3段，局部井區還出露了峰2、峰4段，反映了古地貌侵蝕程度存在較大差異，推斷為前石炭紀巖溶臺地區；三是千米橋地區，主體缺失峰峰組，奧陶系頂部出露上馬家溝組，其上與中生界接觸，為印支-燕山運動疊加改造的結果，未能反映加里東期巖溶地貌特征；四是北大港以北的板橋-北塘地區，自南向北依次出露峰3、峰4、峰5段，加里東運動改造后地勢要高于黃驊坳陷北大港及以南的地區，是侵蝕最為強烈的區域，為前石炭紀巖溶高地地貌特征。由此可見，大港探區前石炭紀加里東期自北部的北塘及東南側的埕寧隆起向坳陷一側，峰峰組小層出露最老，而南側的烏馬營-泊頭地區出露峰峰組小層最新，顯示了古地勢由高到低的地貌特征，巖溶地貌依次顯示巖溶高地、巖溶臺地、巖溶斜坡、巖溶洼地的地貌特點。加里東運動抬升剝蝕并非以前一直認為的是“整體抬升、近準平原化”，事實是加里東運動造成奧陶系頂部地層具有一定幅度的高低起伏，后經剝蝕改造，在小層級別上顯示出“低角度”的不整合特征 (圖8) 。

圖6 大港探區前石炭紀地質圖Fig.6 Geological map of the pre-Carboniferous period in Dagang exploration area

圖8 大港探區奧陶系峰峰組與上覆煤系地層接觸關系模式及圈閉類型Fig.8 Contact patterns and trap types of the Ordovician Fengfeng Formation and overlying coal measures in Dagang exploration area

因此，經綜合研究認為：大港探區加里東期不整合面是一個小層(十～幾十米)級別的低角度不整合[11-12]。依奧陶系峰峰組小層出露情況分析，大港探區奧陶系經加里東運動改造后自南向北大致分為孔店及以南地區、孔店-北大港、板橋-北塘3個侵蝕程度不同的地區。按照侵蝕程度的差異，推斷大港探區前石炭紀古地貌具有“北高南低、東高西低、南北分區”的特征。

5 加里東運動對奧陶系儲層發育的影響

據錄井巖性、取心狀況和測井解釋結果聯井對比分析發現，峰1段—峰4段以泥質含量較高的灰巖、泥質灰巖為主，峰5段以下碳酸鹽地層以白云巖為主。前人模擬地表環境下碳酸鹽巖溶蝕過程的實驗結果表明：無論是常溫常壓還是相對高壓的埋藏成巖條件，碳酸鹽巖的溶解速率都與其礦物組成有關，但在不同的溫壓區間中呈現出完全不同的相關關系：1)在近地表的溫壓條件(40 ℃，常壓)下，碳酸鹽巖中方解石含量越高，其溶解速率越快，即方解石的溶解速率大于白云石，因而在近地表的表生條件下的石灰巖地層的喀斯特更為發育。2)在75 ℃，20 MPa的溫壓區間，碳酸鹽的溶解過程中仍是巖石中方解石含量越高，其溶解速率越快，即方解石的溶解速率大于白云石，但方解石與白云石之間的溶解速率的差值已大大小于近地表溫壓條件的實驗。3)大于75 ℃，20 MPa的成巖溫壓區間，碳酸鹽中方解石含量越高，其溶解速率越低，方解石的溶解速率大大小于白云石，白云石的溶蝕作用比石灰巖更為發育，白云巖比石灰巖更容易在較深埋藏成巖條件下形成溶蝕孔隙[13]。

如此來看，大港探區奧陶系峰峰組在峰1—峰4段以灰巖為主，峰5—峰10段地層剖面中以灰巖與白云巖互層出現。由于灰巖在表生巖溶條件下比白云巖更容易溶蝕，峰1—峰4段灰巖在加里東期表層巖溶條件下由于溶蝕作用強烈，易產生溶蝕孔洞，喀斯特比較發育，具有較好的儲集空間，是巖溶縫洞型儲層發育的有利層段；峰5—峰10段白云巖在測井巖性解釋剖面上小層內白云巖較為發育，橫向連續性、成層性較好，易構成層狀規模化儲層；白云巖在表生環境下比灰巖更難于溶蝕，而在埋藏環境下白云巖的溶蝕速率要大于灰巖，因此，儲集性能經溶蝕改造后更佳，是尋找白云巖規模化儲層的有利層段。結合四川、塔里木盆地等近期白云巖儲層油氣勘探效果較好的實踐[14-17]，層狀白云巖儲層經后期斷裂活動溝通上古生界煤系或古近系油源，可望在大港探區奧陶系峰峰組5—10段及以下白云巖儲層中發現油氣藏[18-20]。

依據峰峰組儲層縱向上的發育規律結合大港探區峰峰組小層出露情況，在大港探區奧陶系不同地區存在3種可能的“源-儲配置關系”：①在大港探區南部的烏馬營-孔店地區，該區向南為巖溶洼地-斜坡區，奧陶系出露峰1—峰4段，與上覆上古生界煤系地層接觸，預測峰1—峰4段以尋找巖溶孔洞性儲層為主要儲集空間的油氣藏類型。②歧南-北大港地區不整合面出露峰3—峰4段，應為巖溶臺地區，小層與上覆煤系地層接觸后，在不整合面附近同樣以溶蝕孔洞型儲層形成的油氣藏為主。這兩個地區峰5段及以下白云巖層狀儲層形成的油氣藏需要后期斷裂改造與煤系源巖或古近系源巖形成有效溝通。③埕北-北塘地區加里東運動后期剝蝕至峰5段及以下地層，形成層狀白云巖儲層與上覆煤系地層的直接接觸，在煤系地層二次生烴的條件下，有可能形成直接的源儲對接，形成地層圈閉型油氣藏[21]。

目前，大港探區奧陶系發現的油氣藏主要以古地貌溶蝕孔洞、裂縫型油氣藏為主，加里東期低角度不整合面的存在預示著可能發育有峰5—10段白云巖儲層與上覆的石炭系-二疊系烴源巖接觸，構成可能的地層圈閉型油氣藏，如果后期保存條件好，能夠有效保存下來，勢必將成為奧陶系潛山新的勘探對象。總體來看，大港探區奧陶系作為新生代盆地的潛山勘探對象，建議大港探區埕寧隆起北坡及北塘凹陷區的奧陶系的勘探關注該種地層油氣藏和有斷層溝通至石炭系-二疊系烴源巖的構造氣藏；同時，在大港探區中區-南區加強有斷層溝通至石炭系-二疊系烴源巖及古近系烴源巖的峰峰組第5小層以下的層狀白云巖為儲層的構造油氣藏的勘探。(圖8)

6 結論

1) 研究大港探區加里東期風化剝蝕面貌，應用奧陶系頂部小層劃分對比不失為一種有效實用的技術手段，可在整個渤海灣盆地的加里東期不整合研究中均可以推廣應用，成為研究華北克拉通內部奧陶系峰峰組及在渤海灣盆地奧陶系加里東運動性質及加里東期古地貌形態的有效技術方法。

2) 通過小層對比及奧陶系峰峰組頂面剝蝕出露小層的層位可還原加里東期不整合面的起伏形態。本次研究提出大港探區的加里東運動改造后奧陶系為寬緩低幅褶皺區，經歷1.3～1.5億年的風化剝蝕后，使得奧陶系峰峰組與上覆石炭系間表現為十～幾十米級別的低角度不整合形態，為渤海灣盆地加里東期古地貌恢復打下了基礎，拓展了大港探區奧陶系潛山的勘探思路。

3) 受奧陶系峰峰組第5小層連續泥質含量較高的層段控制，發育上、下兩種不同的儲層類型，峰4段及以上地層巖性主要以塊狀灰巖、泥質灰巖為主，喀斯特發育，主要形成巖溶孔洞型儲層。峰5段及以下地層中白云巖發育、成層性好、呈區域性連續分布，易形成層狀白云巖晶間孔型儲層，可能為奧陶系峰峰組勘探新的目的層段。

致謝：本文研究過程中得到了中國地質大學(北京)何登發教授、中國石油勘探開發研究院靳久強教授，地質所吳豐成、王夏陽，大港油田公司勘探開發研究院付立新、李紅軍、樓達、戴盡輝、崔宇等同志的悉心指導與幫助，在此一并表示感謝。