渤海灣盆地M區塊潛山上覆坡積巖發育控制因素及成因模式

王月勝，劉玉明，李洋冰，陳 鑫，黃 英，劉再振

（中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司非常規技術研究院，天津 300452）

潛山油氣藏是位于不整合面之下的一類特殊油氣藏，多分布在構造凸起部位[1–4]。近年來，在我國渤海灣盆地相繼發現了一大批潛山油氣藏，冀中坳陷的任丘潛山油田屬于非常典型的碳酸鹽巖潛山,是一個典型的高產大油田[5]。受不同區域沉積性質及構造活動差異的影響，潛山油藏儲層的發育性質也存在較大差異。變質巖潛山油氣藏通常沿不整合面展布，油氣發育規律與風化作用范圍、風化強度及風化裂縫等因素密切相關，這類油藏多呈塊狀或不規則狀形態分布，其單井產量變化大，一般不易形成各種內幕油氣藏[6–7]。

渤海灣盆地M區塊含油氣層系為古近系沙河街組和太古宇，油藏埋深1 450～2 006 m。沙河街組主要為層狀構造油氣藏，太古宇潛山為塊狀油藏。太古宇潛山遭受長期的風化剝蝕，風化黏土層的缺失是潛山風化殼地質結構（半風化殼）的重要特征，受古地貌單元及形態、構造運動等因素影響，局部形成覆蓋于潛山頂面的坡積巖層。坡積巖層一般是近距離堆積形成，天然孔隙率較高，具有較好的儲集空間[8–11]。由于潛山上覆“標準層”不發育，現場卡取潛山界面以地質循環為主，因而潛山頂面識別難度較大。而坡積巖層的識別評價一方面可以為潛山頂面識別提供依據；另一方面，部分坡積巖層也具有良好的物性，可以成為有效儲層。

本文以M區塊潛山油藏為例，利用該區塊豐富的巖心、鉆井、錄井、測井及地震資料，分析潛山上覆坡積巖層的發育特征及分布規律，建立坡積巖層的發育模式。該研究成果對加速潛山油藏勘探開發進程、降低鉆井風險具有重要參考價值。

1 區域地質概況

研究區M區塊位于渤海灣盆東部遼西低凸起的中北段（M區塊），該地區的生油層主要有兩套，分別為沙河街組沙四段–沙三段、沙河街組沙一段–東營組東三段。潛山在渤海灣盆地的分布非常廣泛，近年來，渤海灣盆地部分坳陷的潛山類型、儲層和成藏模式引起了研究者的關注。潛山基巖主要包括太古宇花崗巖及元古界變質巖、中–新元古界和下古生界碳酸鹽巖、上古生界煤系碎屑巖地層和中生界含火山巖的陸相碎屑巖。潛山變質巖及火山巖基底形成的動力主要源于上地幔上涌的物質，這些物質在上涌過程中，產生大量的熱能，并刺穿不同地層，進而加速烴類的成熟及運移。

渤海灣地區處于不同板塊銜接的轉換地區，受不同期次構造活動的影響，且構造活動強烈，不同級別斷層發育，與斷層相關的裂縫也極為發育。這些因素導致變質巖或火山巖基底的儲層物性被良好的改造并形成優質儲層，在潛山中烴類可以發生大規模聚集成藏，如渤中28–1、曹妃甸18–2、曹妃甸1–6等區塊先后被發現。

研究區構造西北地區高于東南地區，主要斷裂為遼西2號斷裂及大量次級斷裂。該區地層單元從下到上分別為：上太古界基底、沙河街組一段（E3s1）、沙河街組二段（E3s2）、沙河街組三段（E3s3）、古近系東營組（E3d）、新近系館陶組（N1g）和明化鎮組（N1m）。目前，潛山油藏主要分布在太古宇變質巖層中，其蓋層為上覆區域性分布的沙河街組沙三段厚層泥巖。

2 坡積巖的測井識別

M區塊太古宇發育變質巖潛山儲層，潛山上部的風化黏土層通常被剝蝕掉，在半風化殼之上直接沉積上覆巖層。M區塊太古宇潛山之上發育沙三段地層，沙三段底部局部發育有坡積巖層，即該套坡積巖層發育在變質巖潛山和沙三段之間。

潛山與沙三段泥巖之間，局部發育有坡積巖層。研究認為，潛山上覆地層的這套坡積巖層主要為砂巖和泥巖，即坡積砂巖及坡積泥巖，是由于山頂風化而在山坡堆積所形成。而底部灘壩砂巖指發育于濱岸環境的正常沉積。

研究區主要利用GR、Rt、CNC、DEN及AC等測井曲線來識別坡積巖。該區太古界花崗巖主要為火成巖，GR值較高，一般大于150 API；而沙三段沉積巖GR值通常低于花崗巖，約為100 API，坡積巖GR值介于泥巖與花崗巖之間（圖1a）；灘壩砂巖屬于正常沉積砂巖，GR值一般為80 API，低于泥巖段（圖1b）。

沙三段泥巖對水分子具有吸附性，Rt較低，約為2.0 Ω·m；太古界花崗巖極為致密，Rt具有高阻特征，約為100.0 Ω·m；坡積砂巖及灘壩砂巖的Rt通常介于泥巖與花崗巖之間，約為8.0 Ω·m（圖1c）。

研究區太古界花崗巖具有低中子、高密度及低聲波時差特征，沙三段泥巖具有高中子、低密度及高聲波時差特征，而坡積砂巖及灘壩砂巖的同類型測井參數的響應特征介于泥巖與花崗巖之間（圖1d）。

此外，研究區大量巖石薄片和X射線衍射全巖分析顯示，潛山上覆坡積巖層的巖屑組分含量較高，主要為巖屑砂巖。沙二段砂巖、沙三段砂巖以及坡積砂巖的巖石薄片含量差異較大，沙二段砂巖和沙三段砂巖主要礦物組分均為石英和長石，而坡積砂巖中的火成巖巖塊含量非常高，平均值達到66%，石英、長石含量較低（圖2）；灘壩砂巖不含火成巖巖塊，其鉀長石含量比其他三種巖石的平均值高。

圖2 坡積層巖性礦物成分

3 坡積巖發育控制因素

為了查明潛山上部坡積巖形成的控制因素，對研究區內鉆遇花崗巖上部砂巖的井進行全巖、物源、地貌特征等分析。全巖實驗數據表明，J4D井、J5井、J21H井與其他幾口井的全巖成分有明顯不同，火成巖巖塊成分偏高，而其他幾口井主要以變質巖巖屑及石英長石為主，且變質巖巖屑成分主要為石英。

分析認為J4D井、J5井以及J21H井屬坡積巖沉積，而J7等井屬于灘壩砂巖沉積。綜合地震、測井及鉆井等資料分析了潛山上部坡積砂巖主控因素。

3.1 構造控制因素

坡積巖與灘壩砂巖最直接的不同點是發育位置不同。前人研究表明，坡積巖為半坡堆積或緊靠山前堆積，往往發育粗碎屑[3]，沉積環境以坡度適中的山區或山前為主，即坡積巖主要發育于出現較大幅度隆起的構造活動區。灘壩砂巖則主要發育于相對穩定的濱岸沉積環境，“灘”通常指從低潮線到最大風暴線之間的水域，砂礫發生大規模堆積并向湖方向出現傾斜，而“壩”通常指與岸之間具有較遠距離的砂礫巖堆積，多具有長條形的隆起堆疊形態。

通過對研究區潛山的坡度統計發現，潛山的坡度由南向北先變緩再逐漸變陡。受斷層影響，在測線900附近坡度變緩。潛山整體的坡度角分布在5°～35°，集中在15°～30°，其中J4D井所處位置坡度角為25°，J5井所處位置坡度角約為15°（圖3）。坡度太大，坡積物不易堆積，只有在坡度較緩的時候，在海拔較高的隆起區，可能存在坡積物沉積。

圖3 研究區1號斷裂附近鉆遇潛山的坡度角

構造運動形成的斷裂影響著節理的發育，而節理影響著物源的供給。研究區發育大量斷裂，火成巖成分較多的井都位于構造的較高部位，緊鄰遼西1號斷層。按斷開地層的厚度分類，將斷層分為四個級別。其中一級斷裂為邊界斷層，斷層延伸到東營組三段之上，共4條；二級斷裂為未斷開東營組的斷裂，共12條；三級斷裂為未斷開沙河街組一段的斷裂，共1條；四級斷裂多分布在潛山的表層，共40余條。斷裂的形成及演化具有多期次性，研究區的斷裂主要沿著NE方向展布，其次為NW方向和EW方向。平面上，斷裂具有多組系分布的特征，表明這些斷裂是在不同期次構造活動期形成的。

裂縫或節理形成與區域構造活動或斷裂的形成密切相關，通常被認為是斷裂形成過程中的一些派生物或次級誘導破裂結果。裂縫或節理的形成加劇了深部的淋濾作用，促進巖石破裂，加速風化作用，為潛山上覆坡積巖層的發育提供了基礎物源來源。

以單井地層測井資料為基礎，利用Petrel軟件及地震資料，對研究區前古近紀古地貌格局進行了恢復，結果顯示，在沙河街組三段沉積早期，地勢具有西北部高、東南部低的古地貌格局（圖4）。因此，西北部地層提供了主要的坡積巖物源。

圖4 研究區前古近紀古地貌恢復

3.2 沉積控制因素

除了上述構造因素外，沉積可容空間的演變對坡積巖的發育也具有重要影響。可容空間與基準面變化、海平面沉降及沉積背景均有密切關聯，即沉積的發生需在沉積基準面之下存在可容空間。假設A指代可容空間，S指代沉積物的供給，若A/S＞0，沉積過程才能正常進行；若A/S=0，局部區域無沉積；若A/S＜0，局部地層將被剝蝕（圖5）。結合構造因素，分析認為早期湖平面較低，研究區整體位于剝蝕區域，此時，坡積巖主要集中在山腰區域；隨著湖平面的不斷上漲，研究區出現大面積的水下低隆區，此時坡積巖主要分布在山的上部區域。

圖5 基準面變化與沉積分布

在古地貌格局基礎上，結合研究區沉積背景及各單井測井資料，開展地層對比及沉積相識別。結果顯示，沙河街組三段沉積早期，研究區西北方向發育的高山區為該區沉積的主要物源。利用測井相分析，在沙三段Ⅱ油層組識別出水下分支河道、水下溢岸、河口壩、席狀砂及濱淺湖泥多種沉積微相。

在該時期，研究區沙三段主要發育扇三角洲前緣亞相沉積，其沉積微相包括水下溢岸、分流河道、席狀砂及河口壩，向東南方向逐漸過渡為泥質沉積（濱淺湖相）（圖6）。因此，西北物源為坡積巖的形成提供了物質基礎。

圖6 研究區沙三段Ⅱ油層組沉積微相平面分布

4 坡積巖發育模式

通過對研究區鉆井、測井及地震資料分析，建立了坡積巖的發育模式（圖7）。當原始的高處基巖發生風化作用，頂部的巖石被順坡搬運，而沿坡位置地勢相對低洼地區存在可容空間，上部的巖石便在此發生堆積，形成坡積物。坡積物是一套近源堆積物，其分選、磨圓都很差，成分同基巖基本一致。坡積物的堆積過程中幾乎沒有水流作用，碎屑物通過滑坡、墜落等搬運，沿坡的重力分量是其主要的搬運動力。

圖7 研究區坡積巖發育模式

5 結論

（1）渤海灣盆地M區塊是一個潛山–披覆背斜構造，儲層巖性主要為區域變質的花崗片麻巖，坡積巖層發育在變質巖潛山和沙三段之間。潛山上覆坡積巖層主要坡積砂巖和坡積泥巖。

（2）坡積砂巖和坡積泥巖主要是由于山頂風化而在山坡堆積所形成；而灘壩砂巖是正常沉積所形成。坡積巖的形成控制因素包括構造因素及沉積因素。坡度太大不利于坡積巖的堆積，只有在坡度較緩的時候、海拔較高的隆起區存在坡積物沉積的可能。渤海灣的斷裂活動促進了裂縫及節理的形成，并加劇深部的淋濾作用，促進巖石破裂，加速風化作用，為坡積巖的發育提供了基礎物源。

（3）建立了潛山上覆坡積巖的發育模式，即原始高處基巖發生風化作用，風化碎屑順坡向地勢相對低洼的可容空間處搬運，形成坡積物。坡積物是一套近源堆積物，其分選、磨圓都很差，成分與基巖基本一致，其堆積過程中幾乎沒有水流作用，沿坡的重力分量是其主要的搬運動力。