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
渤海灣盆地渤海油田最早開展油氣勘探的領(lǐng)域是潛山,歷經(jīng)多年勘探,在盆地內(nèi)的凸起區(qū)發(fā)現(xiàn)了錦州25-1 南、蓬萊9-1 等高位潛山大中型油田。進(jìn)入21 世紀(jì),經(jīng)過幾代勘探人的持續(xù)攻關(guān),又在渤中凹陷發(fā)現(xiàn)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(chuàng)新認(rèn)識(shí),渤中19-6 氣田為典型的暴露型潛山,即太古界變質(zhì)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(guī)律研究結(jié)果表明,凹陷區(qū)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(gòu)造的中生界火山巖儲(chǔ)層獲得油氣發(fā)現(xiàn),太古界變質(zhì)巖及下古生界碳酸鹽巖一直未獲得商業(yè)性的油氣發(fā)現(xiàn)[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(tái)油田、濟(jì)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(fā)現(xiàn)[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(duì)下伏太古界潛山優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層形成與烴類運(yùn)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(duì)于覆蓋型太古界潛山油氣成藏模式認(rèn)識(shí)不清。
近兩年,通過對(duì)渤中凹陷潛山進(jìn)行構(gòu)造演化及地層展布的系統(tǒng)研究,在渤中19-6 構(gòu)造北側(cè)發(fā)現(xiàn)了中生界覆蓋下大型太古界變質(zhì)巖潛山構(gòu)造——渤中13-2 構(gòu)造,該潛山構(gòu)造整體呈中生界—太古界二元結(jié)構(gòu)潛山。通過重點(diǎn)攻關(guān)覆蓋型太古界變質(zhì)巖潛山成山、成儲(chǔ)、成藏條件,形成新認(rèn)識(shí)并指導(dǎo)勘探實(shí)踐,發(fā)現(xiàn)了渤中13-2 大型揮發(fā)性油氣田,對(duì)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(jīng)驗(yàn),對(duì)渤海油田及其他地區(qū)類似潛山油氣勘探評(píng)價(jià)具有較好參考價(jià)值。
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(jí)構(gòu)造單元,也是渤海灣盆地唯一的獨(dú)立二級(jí)構(gòu)造單元。渤中凹陷是渤海灣盆地的沉降與沉積中心,古近紀(jì)沙河街期至東營期為強(qiáng)烈斷陷期,沉積速率高[14-15],在凹陷形成3 套優(yōu)質(zhì)烴源巖,主要分布在沙三段、沙一段和東三段,有機(jī)質(zhì)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(jī)質(zhì)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(cè)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(zhèn)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?guī)r夾凝灰?guī)r,下段巖性為厚層凝灰質(zhì)砂礫巖,巖性較致密,為較好蓋層。渤中13-2 油氣田的產(chǎn)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(gòu)造位置及地層綜合柱狀圖
渤中13-2 構(gòu)造歷經(jīng)40 余年多輪次的勘探,主要經(jīng)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(gè)階段。
1.2.1 中生界潛山探索階段
20 世紀(jì)80 年代,通過對(duì)該地區(qū)二維地震資料的精細(xì)解釋和目標(biāo)處理,發(fā)現(xiàn)渤中13-1 構(gòu)造為一有利的中生界披覆背斜構(gòu)造。1997 年在構(gòu)造高點(diǎn)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(chǎn)油氣流,后續(xù)部署鉆探BZ13-1-2、BZ13-1-3 評(píng)價(jià)井,從而發(fā)現(xiàn)了渤中13-1 小型揮發(fā)性油田,但在中生界潛山未獲得油氣發(fā)現(xiàn)。研究結(jié)果認(rèn)為,中生界凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r、砂礫巖等巖性較為致密,裂縫不發(fā)育、儲(chǔ)層質(zhì)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(fù)式油氣成藏理論”指導(dǎo)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(gòu)造—巖性圈閉和兼探古近系構(gòu)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(gè)構(gòu)造上鉆探了6 口井,發(fā)現(xiàn)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(duì)深層進(jìn)行了三維地震資料重新處理,地震資料品質(zhì)得到明顯的改善,對(duì)潛山地層進(jìn)行系統(tǒng)梳理,進(jìn)而發(fā)現(xiàn)了渤中19-6 暴露型太古界變質(zhì)巖潛山構(gòu)造[16]。2016年底首鉆BZ19-6-1 井,在太古界潛山揭示儲(chǔ)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(chǎn)氣量為18.4×104m3、日產(chǎn)油量為168 m3,揭開了渤中19-6 潛山天然氣勘探的序幕。經(jīng)過后續(xù)評(píng)價(jià)落實(shí)了渤中19-6 氣田天然氣探明儲(chǔ)量超1 000×108m3、凝析油超1×108t 的儲(chǔ)量規(guī)模,實(shí)現(xiàn)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(guī)模油氣發(fā)現(xiàn)的有利區(qū)帶和層系。但渤中凹陷大部分區(qū)域前新生代基底均被中生界覆蓋,已鉆井證實(shí)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(zhàn)。
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(zhuǎn)移到多層疊置的覆蓋型潛山,重新攻關(guān)渤中19-6 構(gòu)造北側(cè)具有相似構(gòu)造演化背景的渤中13-1 中生界大型披覆背斜構(gòu)造區(qū),系統(tǒng)梳理了制約覆蓋型潛山未能突破的3 個(gè)關(guān)鍵問題和1 個(gè)技術(shù)難題:①巨厚的中生界下是否發(fā)育大型太古界潛山;②潛山成儲(chǔ)機(jī)理;③油氣運(yùn)移與成藏模式;④儲(chǔ)層預(yù)測技術(shù)。該區(qū)地震資料品質(zhì)較差,地層認(rèn)識(shí)不清、缺乏有效的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層預(yù)測技術(shù),為此針對(duì)地震資料進(jìn)行了疊前深度偏移連片處理。在新三維地震資料基礎(chǔ)上,對(duì)潛山構(gòu)造帶地層展布特征進(jìn)行精細(xì)研究,明確了印支期、燕山期斷裂活動(dòng)對(duì)于潛山的構(gòu)造演化及地層展布具有非常重要的控制作用,認(rèn)為該區(qū)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(jié)構(gòu),將主要目的層系鎖定在太古界。
2018—2019 年,在渤中13-2 構(gòu)造西南側(cè)太古界出露區(qū)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(chǎn)油量為245 m3、日產(chǎn)氣量為10.6518×104m3,打開了渤中13-2潛山構(gòu)造勘探局面。2020 年針對(duì)中生界覆蓋區(qū)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(chǎn)油量為411 m3、日產(chǎn)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。
筆者對(duì)新三維地震資料進(jìn)行了疊前深度偏移連片處理,資料品質(zhì)改善明顯(圖2)。在新三維地震資料基礎(chǔ)上,對(duì)潛山構(gòu)造進(jìn)行精細(xì)研究,理清了該區(qū)潛山構(gòu)造演化規(guī)律、潛山地層展布特征。
該區(qū)構(gòu)造演化主要經(jīng)歷了3 個(gè)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(zhuǎn)階段、喜馬拉雅期埋藏定型階段[17-22](圖3)。
圖2 渤中13-2 構(gòu)造—渤中19-6 北構(gòu)造地震剖面圖
圖3 渤中13-2 低潛山構(gòu)造演化示意圖
前印支期,渤海灣盆地主要以穩(wěn)定的海相碳酸鹽巖沉積為主,下古生界寒武系、奧陶系穩(wěn)定分布(圖3-a);印支期—燕山早期,在持續(xù)強(qiáng)烈擠壓作用下,形成一條規(guī)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(gòu)造太古界構(gòu)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(xiàn)為北西向古生界構(gòu)造脊(圖3-b);燕山中期,華北地區(qū)構(gòu)造體制和應(yīng)力場特征發(fā)生根本性變革,研究區(qū)由先前的擠壓應(yīng)力場轉(zhuǎn)為拉張應(yīng)力場,先存的北西向斷裂發(fā)生伸展反轉(zhuǎn),北段的渤中13-2 構(gòu)造區(qū)反轉(zhuǎn)作用強(qiáng)于南段渤中19-6 構(gòu)造區(qū),在渤中13-2 構(gòu)造區(qū)沉積較厚的中生界,而渤中19-6 構(gòu)造區(qū)反轉(zhuǎn)作用弱缺失中生界沉積(圖3-c);燕山晚期,研究區(qū)遭受南北向弱擠壓應(yīng)力場弱改造,渤中13、渤中19 構(gòu)造區(qū)進(jìn)一步差異隆升,形成北高南低的構(gòu)造格局,至此,該區(qū)整體構(gòu)造面貌、地層展布基本形成(圖3-d);喜馬拉雅期,先存斷裂發(fā)生伸展活化,研究區(qū)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(gòu)造帶(圖3-e)。通過系統(tǒng)研究,在渤中19-6 構(gòu)造脊西北部發(fā)現(xiàn)了渤中13-2 大型太古界構(gòu)造,其西南側(cè)與渤中19-6 構(gòu)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(jié)構(gòu)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
渤中13-2 太古界潛山構(gòu)造被巨厚的中生界凝灰?guī)r和凝灰質(zhì)砂礫巖覆蓋,根據(jù)渤海油田潛山油氣勘探的傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn),該類型潛山儲(chǔ)層發(fā)育程度較差,難以形成規(guī)模性油氣藏[23-24]。為此,針對(duì)中生界覆蓋型太古界潛山優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育模式展開了技術(shù)攻關(guān)。
渤中19-6 構(gòu)造明確了新生代沉積前的多期應(yīng)力疊加改造是潛山形成立體縫網(wǎng)規(guī)模型儲(chǔ)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(zhì)砂礫巖和凝灰?guī)r;多個(gè)構(gòu)造的鉆探結(jié)果反映潛山頂部難以形成風(fēng)化殼型儲(chǔ)層。但是,渤中13-2 太古界潛山與渤中19-6 構(gòu)造同樣經(jīng)歷了早印支、晚印支、燕山期共3 期應(yīng)力疊加改造,而渤中13-2 構(gòu)造東西兩側(cè)及南側(cè)分別發(fā)育燕山期及印支期主控?cái)嗔?,?gòu)造整體呈斷鼻形態(tài),通過模擬發(fā)現(xiàn)在構(gòu)造核部受改造作用尤為強(qiáng)烈。因此,認(rèn)為渤中13-2 潛山儲(chǔ)層發(fā)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(fā)育的風(fēng)化殼砂礫巖體在渤中13-2 太古界潛山并不發(fā)育,風(fēng)化裂縫帶儲(chǔ)層變差,但內(nèi)幕裂縫帶儲(chǔ)層主要受多期應(yīng)力控制,與渤中19-6 構(gòu)造類似非常發(fā)育,具有“垂向頂部差異、內(nèi)幕橫向連續(xù)”的變質(zhì)巖潛山優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)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(chǔ)層發(fā)育模式圖
由于受到埋深大以及上覆中生界屏蔽作用,潛山內(nèi)幕斷裂響應(yīng)不清、信噪比低,常規(guī)地震刻畫方法難以有效預(yù)測內(nèi)幕儲(chǔ)層展布規(guī)律,渤中13-2 構(gòu)造中生界覆蓋區(qū)下潛山內(nèi)幕儲(chǔ)層預(yù)測整體難度大。根據(jù)覆蓋型潛山的內(nèi)幕地震響應(yīng)特征,創(chuàng)新提出了基于復(fù)合波場的覆蓋型潛山裂縫儲(chǔ)層預(yù)測技術(shù)。在反射波域,針對(duì)覆蓋型潛山地震資料信噪比低、常規(guī)疊后裂縫檢測效果差的問題,創(chuàng)新研發(fā)了基于光滑反射強(qiáng)度濾波的裂縫預(yù)測技術(shù),實(shí)現(xiàn)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(duì)內(nèi)幕儲(chǔ)層刻畫問題,通過基于主成分分析的繞射波裂縫預(yù)測技術(shù),實(shí)現(xiàn)了基于繞射波信息的裂縫儲(chǔ)層預(yù)測。綜合多波場信息實(shí)現(xiàn)了潛山內(nèi)幕多尺度裂縫型儲(chǔ)層有效預(yù)測。
根據(jù)上述技術(shù),對(duì)渤中13-2 構(gòu)造區(qū)提取繞射波信息,并通過在繞射波數(shù)據(jù)體上提取振幅類屬性對(duì)覆蓋型潛山裂縫分布進(jìn)行描述,得到裂縫密度預(yù)測結(jié)果如圖6 所示(紅色為裂縫高密度分布區(qū))。繞射波能量主要分布在斷裂較發(fā)育的區(qū)域,這些區(qū)域構(gòu)造變形強(qiáng)烈,裂縫相對(duì)發(fā)育,同時(shí)提取的裂縫信息與構(gòu)造解釋中的深大斷裂有很好的耦合及伴生關(guān)系,為渤中13-2 潛山內(nèi)幕裂縫發(fā)育的地質(zhì)認(rèn)識(shí)及井位部署提供重要依據(jù)。該預(yù)測結(jié)果與鉆井結(jié)果十分吻合,說明基于復(fù)合波場的裂縫儲(chǔ)層預(yù)測技術(shù)能夠較好地描述研究區(qū)裂縫的分布規(guī)律。
圖6 渤中13-2 構(gòu)造基于復(fù)合波場的潛山內(nèi)幕的裂縫預(yù)測圖
圖7 渤中13-2 構(gòu)造油氣成藏模式圖
渤中13-2 構(gòu)造太古界潛山位于渤中凹陷西南部渤中19-6 構(gòu)造北側(cè),與渤中19-6 構(gòu)造暴露型潛山不同,渤中13-2 構(gòu)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(duì)成藏動(dòng)力分析和油氣運(yùn)移路徑研究,確定渤中13-2 構(gòu)造覆蓋型潛山具有“超壓強(qiáng)注—接力運(yùn)移”油氣成藏模式(圖7)。渤中13-2 構(gòu)造圍區(qū)烴源巖普遍發(fā)育有超壓,壓力系數(shù)介于1.4 ~1.8,表現(xiàn)為超壓或強(qiáng)超壓系統(tǒng),而太古界潛山為常壓系統(tǒng),烴源巖和潛山儲(chǔ)層之間源儲(chǔ)壓差達(dá)到25 ~45 MPa,超壓為烴類向潛山內(nèi)幕充注提供了強(qiáng)動(dòng)力。渤中13-2 構(gòu)造南側(cè)、西側(cè)發(fā)育控山、控沉積的長期活動(dòng)斷裂,斷距最大可達(dá)1 000 m,使得斷層下降盤的多套深層烴源巖與潛山側(cè)向直接對(duì)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(guī)模成藏的前提。同時(shí),渤中13-2 構(gòu)造斷層面又與內(nèi)幕連續(xù)性儲(chǔ)層、不整合構(gòu)成復(fù)式輸導(dǎo)體系,烴源巖生成油氣首先沿區(qū)域不整合運(yùn)移至斷層面附近,再通過斷面向潛山內(nèi)幕充注,潛山內(nèi)幕連續(xù)性儲(chǔ)層又為烴類長距離運(yùn)移創(chuàng)造條件,不同輸導(dǎo)方式可形成油氣接力運(yùn)移。
油氣成藏模式的認(rèn)識(shí)推動(dòng)了勘探思路轉(zhuǎn)變,堅(jiān)定了向渤中13-2 構(gòu)造覆蓋型潛山進(jìn)一步勘探的信心。2019 年在渤中13-2 油氣田主體區(qū)部署了BZ13-2-E 井,鉆探成功并測試獲得高產(chǎn)油氣流,標(biāo)志著渤海油田在“覆蓋型”潛山勘探領(lǐng)域獲得突破。后續(xù)部署了多口評(píng)價(jià)井,相繼獲得成功。鉆探結(jié)果表明,渤中13-2 油氣田具有烴柱高度大、測試油氣產(chǎn)量高、油品性質(zhì)好的特點(diǎn),潛山油氣藏油柱高度為850 m,測試最高日產(chǎn)油411 m3、日產(chǎn)氣25.3×104m3,原油密度為0.811 g/cm3,原油黏度為2.301 mPa·s,證實(shí)渤中13-2 油氣田為一個(gè)大型整裝揮發(fā)性油藏。
渤海油田歷經(jīng)50 余年的潛山油氣勘探[7],已發(fā)現(xiàn)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(duì)覆蓋型潛山油氣成藏模式認(rèn)識(shí)不清,多年勘探未獲得規(guī)模性油氣發(fā)現(xiàn)[12],整體勘探程度相對(duì)較低。渤中13-2 油氣田的發(fā)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了渤海油田覆蓋型潛山油氣勘探的領(lǐng)域性突破,拓展了渤海油田潛山油氣勘探空間,堅(jiān)定了渤海油田大量未鉆覆蓋型潛山的油氣勘探信心,對(duì)整個(gè)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(qū)均為中生界覆蓋型潛山,具有巨大的油氣勘探前景,后續(xù)勘探及研究應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注兩個(gè)方面:①印支期到燕山期的斷裂對(duì)潛山儲(chǔ)層具有重要的控制作用,渤中13-2 構(gòu)造受印支和燕山期構(gòu)造應(yīng)力疊加控制發(fā)育潛山內(nèi)幕連續(xù)性儲(chǔ)層,因此,下一步需要加大渤海灣盆地前新生代構(gòu)造活動(dòng)對(duì)潛山成山、成儲(chǔ)作用研究;②大型斷面供烴窗口是覆蓋型潛山油氣運(yùn)移關(guān)鍵,加強(qiáng)供烴窗口面積與潛山連續(xù)性儲(chǔ)層復(fù)式油氣運(yùn)移研究工作。
1)渤中13-2 構(gòu)造主要經(jīng)歷了印支期—燕山早期擠壓逆沖成山、燕山中期拉張反轉(zhuǎn)和喜馬拉雅期埋藏定型3 個(gè)階段,通過斷裂特征和演化過程系統(tǒng)分析在渤中19-6 構(gòu)造脊西北部發(fā)現(xiàn)了渤中13-2 大型中生界覆蓋型太古界潛山構(gòu)造,受中生界覆蓋影響及多期應(yīng)力疊加控制,儲(chǔ)層具有“垂向頂部差異、內(nèi)幕橫向連續(xù)”的展布特點(diǎn)。
2)渤中13-2 構(gòu)造覆蓋型潛山的油氣成藏模式為“超壓強(qiáng)注—接力運(yùn)移”,斷層面?zhèn)认蚬N窗口和潛山內(nèi)幕連續(xù)性儲(chǔ)層是覆蓋型潛山規(guī)模成藏的關(guān)鍵。
3)渤海海域絕大部分地區(qū)為中生界覆蓋型潛山,渤中13-2 大型油氣田的發(fā)現(xiàn)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(tǒng)認(rèn)識(shí),展示了渤海海域深層巨大的勘探潛力。