龐雄奇 霍志鵬 范泊江 董月霞 姜 濤

1．中國石油大學(xué)（北京）油氣資源與探測國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 2．中國石油大學(xué)（北京）盆地與油藏研究中心3．陜西延長石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司研究院 4．中國石油冀東油田公司

“源控論”強(qiáng)調(diào)“油氣田環(huán)繞生油氣中心分布，并受生油氣區(qū)的嚴(yán)格控制，油氣藏分布圍繞生油氣中心呈環(huán)帶狀分布”［1－3］。源控油氣作用自提出以來得到了廣大學(xué)者的認(rèn)同，前期源控油氣作用主要以定性研究為主，強(qiáng)調(diào)了生烴強(qiáng)度和距烴源巖中心距離的影響［4－7］。

基于物質(zhì)平衡原理的門限控?zé)N理論的提出［8－10］，很好地發(fā)展了源控油氣作用的思想，為定量預(yù)測油氣資源和分布規(guī)律奠定了基礎(chǔ)。而成藏體系理論的提出［6，11－13］，對源控油氣作用的定量表征和油氣分布預(yù)測提供了新的研究對象和方法，有的學(xué)者已進(jìn)行了相應(yīng)的探索并取得了一些成果［14－15］，但在源控油氣作用的定量表征和成藏體系的定量評(píng)價(jià)上存在著不夠深入的問題。因此加強(qiáng)源控油氣作用研究，完善定量預(yù)測模型，深入研究成藏體系的定量評(píng)價(jià)仍具有重要意義。筆者以南堡凹陷為例，系統(tǒng)研究了南堡凹陷源控油氣作用，劃分了其成藏體系并定量評(píng)價(jià)了資源潛力，進(jìn)而預(yù)測了各成藏體系的有利勘探區(qū)帶。

1 地質(zhì)背景

南堡凹陷位于渤海灣盆地的北部，其北部與燕山相連，南部和東部與渤海相接，西部以津冀邊界的澗河為邊，整個(gè)凹陷面積為1 932km2［16－17］。構(gòu)造單元分別為陸上的北堡構(gòu)造、老爺廟構(gòu)造及高尚堡—柳贊構(gòu)造、灘海的南堡1～5號(hào)構(gòu)造（圖1）。南堡凹陷是在華北地臺(tái)的基底上發(fā)育起來的1個(gè)東斷西超、北斷南超的復(fù)合箕狀凹陷，也是渤海灣盆地內(nèi)部典型的富生烴凹陷之一。

圖1 南堡凹陷構(gòu)造區(qū)劃及油氣藏體系劃分結(jié)果圖

大量的地球化學(xué)研究表明，南堡凹陷主要發(fā)育古近系沙河街組三段（以E2s34和E2s35為主）、沙一段和東營組三段等3套烴源巖［18－19］。沙三段烴源巖TOC介于0．5%～8．78%，平均為1．87%，有機(jī)質(zhì)類型以偏腐泥混合型和偏腐殖混合型有機(jī)質(zhì)為主，并含有大量的腐泥型有機(jī)質(zhì)，鏡質(zhì)體反射率（Ro）介于0．54%～1．82%，處于成熟—高成熟階段；沙一段烴源巖TOC介于0．5%～2．61%，平均為1．29%；有機(jī)質(zhì)類型以偏腐泥混合型和偏腐殖混合型有機(jī)質(zhì)為主，Ro介于0．49%～1．41%，絕大部分處于成熟階段；而東三段烴源巖TOC為0．5%～7．51%，平均為1．21%；有機(jī)質(zhì)類型也以偏腐泥混合型和偏腐殖混合型有機(jī)質(zhì)為主，Ro為0．50%～1．14%，處于大量成熟階段。其中沙三段烴源巖最好，厚度也最大，可達(dá)數(shù)百米。

2 源控油氣作用

根據(jù)排烴門限理論［8］，有效烴源巖指進(jìn)入了排烴門限并處于大量排油氣階段的烴源巖。源控油氣作用主要表現(xiàn)在有效烴源巖是油氣藏形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，其分布范圍、排烴時(shí)間、排烴強(qiáng)度和排烴量控制油氣成藏期及分布規(guī)律。

2．1 有效烴源巖控制油氣成藏期

烴源巖只有大規(guī)模排烴才能滿足運(yùn)移路徑上的大量損耗后成藏，因此烴源巖大量排烴期控制著油氣成藏期，主要成藏時(shí)期對應(yīng)于或者稍晚于烴源巖的大規(guī)模排烴時(shí)期。

南堡凹陷3套烴源巖熱演化程度有所差異，因此不同烴源巖的主要排烴時(shí)期和排烴量也存在差異（圖2）。沙三段烴源巖發(fā)生大規(guī)模排烴的時(shí)間較早，在沙河街組沉積期就發(fā)生一定規(guī)模的排烴過程，東營組沉積期以來發(fā)生了大規(guī)模的排烴過程；沙一段和東三段烴源巖發(fā)生大規(guī)模排烴的時(shí)間較晚，其大規(guī)模排烴的時(shí)間主要集中在館陶組沉積期以來?？偟膩碚f東營期、館陶期和明化鎮(zhèn)期是主要的排烴期，且3套烴源巖均只有1次排烴高峰期，說明南堡凹陷只有1次主要成藏期，且至今仍在成藏過程中，這和前人利用烴類流體包裹體均一化溫度分析結(jié)果一致。南堡凹陷發(fā)生油氣充注過程的時(shí)間跨度大，從東營組沉積時(shí)期至第四系沉積時(shí)期均有油氣成藏［20］。

圖2 南堡凹陷不同烴源巖排烴史圖

2．2 有效烴源巖控制油氣分布范圍

烴源巖對油氣田（藏）的形成和分布具有重要的控制作用，該控制作用體現(xiàn)在排烴強(qiáng)度和排烴距離2個(gè)方面。

2．2．1 排烴強(qiáng)度

近年來，部分研究者開始關(guān)注于排烴強(qiáng)度對油氣的控制，如隋風(fēng)貴等學(xué)者對東營凹陷砂礫巖扇體的研究表明，排烴強(qiáng)度大于20×104t／km2的地區(qū)，其砂礫巖扇體往往容易成藏，并且油氣充滿度較高［21］。對南堡凹陷已發(fā)現(xiàn)油氣儲(chǔ)量的統(tǒng)計(jì)表明，油氣儲(chǔ)量越大的地區(qū)其烴源巖的排烴強(qiáng)度也越大，排烴強(qiáng)度與油氣儲(chǔ)量基本上呈正相關(guān)關(guān)系。

該區(qū)最大的次凹為林雀次凹，其累積排烴強(qiáng)度超過750×104t／km2，主要向其周邊的老爺廟構(gòu)造、北堡構(gòu)造、南堡1號(hào)構(gòu)造及南堡2號(hào)構(gòu)造供烴，而該4個(gè)構(gòu)造已發(fā)現(xiàn)的油氣儲(chǔ)量達(dá)到6．65×108t（表1）。而拾場次凹和柳南次凹向其周邊的高尚堡—柳贊構(gòu)造供烴，拾場次凹的累積排烴強(qiáng)度不超過250×104t／km2，柳南次凹的累積排烴強(qiáng)度不超過350×104t／km2，高尚堡—柳贊構(gòu)造已發(fā)現(xiàn)的油氣儲(chǔ)量只有2．35×108t。由此可見，高尚堡—柳贊構(gòu)造盡管受到2個(gè)次級(jí)凹陷的供烴，但由于這2個(gè)次凹的排烴強(qiáng)度均較弱，最終導(dǎo)致該區(qū)聚集的油氣較其他構(gòu)造少。

2．2．2 排烴距離

許多學(xué)者研究表明，烴源巖排烴距離對油氣的分布具有重要的控制作用［2，7，22－23］。南堡凹陷目前已發(fā)現(xiàn)的油氣藏多為構(gòu)造類油氣藏，這些油氣藏的分布格局受到次級(jí)生烴凹陷的控制，油氣藏的分布與其距排烴中心的距離呈現(xiàn)先增大后減小的規(guī)律性變化，其中排烴距離包括橫向排烴距離和縱向排烴距離。

對428個(gè)構(gòu)造油氣藏排烴距離的統(tǒng)計(jì)表明（圖3－a），油氣藏主要分布在橫向排烴距離為0～15km范圍，其中5～10km范圍內(nèi)最多，達(dá)201個(gè)。當(dāng)橫向排烴距離超過10km，油氣藏的個(gè)數(shù)隨排烴距離的增加呈減小的趨勢。這是由于在地質(zhì)條件下，隨烴源巖排烴距離的增加，烴源巖排出的烴類更容易遭受各種形式的殘留及損耗，導(dǎo)致運(yùn)移至儲(chǔ)層的烴類逐漸較少，由此削弱了烴源巖的供烴效率。另外，統(tǒng)計(jì)規(guī)律還表明，縱向排烴距離亦和油氣藏個(gè)數(shù)具有類似的規(guī)律（圖3－b），油氣藏主要集中在小于4km的范圍。

表1 南堡凹陷各次級(jí)凹陷排烴強(qiáng)度與周邊油氣儲(chǔ)量發(fā)現(xiàn)的關(guān)系表

圖3 南堡凹陷已發(fā)現(xiàn)油氣藏?cái)?shù)量與橫、縱向排烴距離的關(guān)系圖

3 油氣成藏體系及有利勘探區(qū)帶預(yù)測

3．1 成藏體系劃分

油氣成藏體系指地表以下油氣成藏的自然體系，包括形成油氣藏的一切要素，如烴源體、輸導(dǎo)體和圈閉以及這些元素之間有效的配置結(jié)果［6，11］。成藏體系以油氣聚集單位為中心，這是和含油氣系統(tǒng)以烴源巖為中心的本質(zhì)區(qū)別，因此，利用成藏體系能與勘探目標(biāo)更緊密結(jié)合。油氣成藏體系的劃分主要有以下原則：①劃分油氣成藏體系時(shí)烴源巖和主要油氣運(yùn)聚區(qū)兼顧；②1個(gè)具有統(tǒng)一油氣水界面的油氣藏只能屬于1個(gè)成藏體系；③對于多套烴源巖、多期成藏的多旋回盆地，首先根據(jù)構(gòu)造層、高壓封閉層等劃分成藏旋回（生儲(chǔ)蓋含油氣組合），然后再在平面上劃分成藏體系［11］。油氣成藏體系的劃分主要應(yīng)用分割槽法或流體勢法［7，24］，將運(yùn)載層頂面（蓋層底面）的流體勢場分成幾個(gè)油氣運(yùn)移方向和聚集區(qū)，每1個(gè)運(yùn)移方向所包含的生油巖及其上方的圈閉組合就構(gòu)成了1個(gè)油氣成藏體系。利用該劃分方法，并結(jié)合該區(qū)油（氣）源對比分析的結(jié)果，南堡凹陷可劃分為5個(gè)油氣成藏體系（圖1）。各油氣成藏體系的地質(zhì)特征見表2。

3．2 各成藏體系天然氣資源量

近年來在南堡凹陷古近系砂巖獲得了一些高產(chǎn)油氣流，天然氣的勘探值得重視，但對天然氣的資源量還認(rèn)識(shí)不清。因此筆者主要評(píng)價(jià)了各成藏體系的天然氣資源量。依據(jù)天然氣成藏過程中，不同損耗烴量的計(jì)算模型［7，25－31］，結(jié)合研究區(qū)的地質(zhì)條件，獲得了研究區(qū)的烴源巖殘留氣量、儲(chǔ)層滯留氣量、水溶流失氣量以及蓋前排失氣量，并由此計(jì)算了南堡凹陷各油氣成藏體系的天然氣資源量（表3）。從天然氣資源量的對比情況看，南堡Ⅲ、Ⅴ號(hào)成藏體系的天然氣資源量最大，南堡Ⅱ號(hào)成藏體系的天然氣資源量次之，南堡Ⅰ、Ⅳ號(hào)成藏體系的天然氣資源量相對較小，總天然氣資源量超過10 000×108m3。本次估算的各成藏體系石油和天然氣的資源量與徐安娜［32］預(yù)測的南堡凹陷油氣分布情況基本一致。因此，南堡凹陷天然氣藏具有重要的勘探潛力。

表2 南堡凹陷各油氣成藏體系地質(zhì)特征對比表

3．3 各成藏體系最大氣藏規(guī)模

地質(zhì)條件下，含油氣盆地或地區(qū)的油氣資源量越大，其最大油氣藏的規(guī)模往往也越大，只有達(dá)到一定規(guī)模以上的油氣資源量后，盆地內(nèi)才可能出現(xiàn)大中型油氣藏，如對于中國陸相含油氣盆地而言，形成大型氣田和中型氣田的成藏體系其天然氣資源量一般要分別超過3 000×108m3和400×108m3?；诟呖碧匠潭鹊貐^(qū)油氣資源量與最大油氣藏規(guī)模的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，龐雄奇等學(xué)者建立了兩者之間的對應(yīng)關(guān)系模型［7］，以此來預(yù)測油氣成藏體系內(nèi)部的最大氣藏規(guī)模。研究結(jié)果表明：南堡Ⅰ號(hào)油氣成藏體系的天然氣資源極少，其預(yù)測最大氣藏規(guī)模不足0．1×108m3，表明該區(qū)鮮有工業(yè)性氣藏分布；南堡Ⅱ號(hào)和南堡Ⅳ號(hào)油氣成藏體系具有形成中型氣田的能力，而南堡Ⅲ號(hào)和南堡Ⅴ號(hào)油氣成藏體系具有形成大型氣田的能力，其中，南堡Ⅲ號(hào)成藏體系的資源量大，最大氣藏規(guī)模超過380×108m3（表3）。

3．4 各成藏體系氣藏個(gè)數(shù)

現(xiàn)階段比較成熟的油氣藏個(gè)數(shù)預(yù)測方法是油氣藏規(guī)模序列法。油氣藏規(guī)模序列法一般應(yīng)用于具有較高勘探程度的、獨(dú)立的油氣生運(yùn)聚單元。這里也用氣藏規(guī)模序列法來預(yù)測南堡凹陷的氣藏個(gè)數(shù)，預(yù)測公式為：

表3 南堡凹陷各油氣成藏體系天然氣資源量與最大氣藏規(guī)模表

式中Q1為序號(hào)為1的氣藏的儲(chǔ)量規(guī)模，也即最大氣藏規(guī)模，108m3；Qn為序號(hào)為n的氣藏的儲(chǔ)量規(guī)模，108m3；K為氣藏規(guī)模的變化率，也即在雙對數(shù)坐標(biāo)上的斜率，無量綱；n為氣藏規(guī)模序列號(hào)。

K值的大小關(guān)系到所預(yù)測氣藏的個(gè)數(shù)及氣藏的規(guī)模。在K值的獲取過程中，普遍采用的方法是依據(jù)已發(fā)現(xiàn)油氣藏的儲(chǔ)量和規(guī)模數(shù)據(jù)來進(jìn)行擬合，因此所需要的油氣藏?cái)?shù)據(jù)較多。而南堡凹陷已發(fā)現(xiàn)的油氣藏個(gè)數(shù)總體并不太多，尤其氣藏個(gè)數(shù)更少，因此，有必要對K值的求取方法進(jìn)行改進(jìn)。針對南堡凹陷各油氣成藏體系，本次研究基于渤海灣盆地油氣資源動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)的認(rèn)識(shí)，將15×104t油氣當(dāng)量的油氣藏作為商業(yè)油氣勘探開發(fā)的下限（最小油氣藏規(guī)模），以儲(chǔ)量規(guī)模最大的油（氣）藏為第1序號(hào)油氣藏，取任意K值進(jìn)行擬合，K值的最終確定需要滿足以下2個(gè)條件：①使得最大序號(hào)油（氣）藏的儲(chǔ)量接近15×104t；②所有油氣藏的儲(chǔ)量之和接近成藏體系的油氣資源總量。由此擬合得到K值和油氣藏個(gè)數(shù)，表4為南堡凹陷各成藏體系氣藏個(gè)數(shù)與K值擬合結(jié)果，其中南堡Ⅲ號(hào)成藏體系氣藏的個(gè)數(shù)最多，為476個(gè)。

表4 南堡凹陷各油氣成藏體系氣藏個(gè)數(shù)及K值擬合結(jié)果表

3．5 有利勘探區(qū)帶預(yù)測

南堡凹陷已發(fā)現(xiàn)的油氣藏多為構(gòu)造油氣藏，油氣主要分布于南堡Ⅰ、南堡Ⅱ號(hào)和南堡Ⅲ號(hào)油氣成藏體系的構(gòu)造高部位，且探明率較高。從地質(zhì)條件上看，南堡凹陷呈多凸多凹、凹隆相間的構(gòu)造格局，在斷裂、褶皺及不整合綜合作用的構(gòu)造背景下，區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育沉積、斷裂、撓曲及侵蝕類坡折帶，這些坡折帶具備形成地層、巖性等隱蔽油氣藏的良好條件。而且南堡凹陷深部位發(fā)育巨厚的泥頁巖，還具備發(fā)育非常規(guī)油氣藏的有利條件，如頁巖氣，但該區(qū)針對隱蔽油氣藏和非常規(guī)油氣藏的勘探還處于探索階段。因此，進(jìn)行有利區(qū)帶的預(yù)測對于深化和拓展油氣勘探具有重要意義。筆者主要根據(jù)油氣成藏概率來預(yù)測有利勘探區(qū)帶。

3．5．1 源控油氣成藏概率定量模型

源控油氣作用研究的目的是尋找剩余油氣資源，由此需要建立定量的油氣分布預(yù)測模型。姜福杰提出了油氣分布門限的概念并建立了定量化的數(shù)學(xué)表征模型［14］，但主要是基于構(gòu)造油氣藏的分布規(guī)律統(tǒng)計(jì)所得，油氣的分布隨排烴距離的增大呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，即排烴中心附近油氣也較少。這忽略了巖性油氣藏和頁巖氣等非常規(guī)油氣藏往往位于烴源巖的生排烴中心部位，利用該模型深入預(yù)測隱蔽油氣藏和非常規(guī)油氣藏的分布具有局限性，因此需要建立更完善的定量預(yù)測模型。在高成熟探區(qū)，如果考慮隱蔽油氣藏和非常規(guī)油氣藏，油氣的分布可能只隨排烴距離的增大而減小，這也已被部分學(xué)者所證實(shí)［33－35］，即在中央部位聚集的油氣最多，油氣成藏概率越大；中央部位向外圍部位，聚集的油氣逐漸較少，油氣成藏概率變?。▓D4）。

圖4 南堡凹陷油氣成藏概率分布模式圖

基于南堡凹陷油氣成藏概率分布模式，結(jié)合烴源巖的排烴特征參數(shù)，利用最小二乘法原理，擬合得到改進(jìn)后的油氣成藏概率的定量表征公式如下：

式中Fe為油氣的成藏概率；qe為烴源巖排烴中心的排烴強(qiáng)度，106t／km2；l／L為油氣藏距烴源巖排烴中心的標(biāo)準(zhǔn)化距離，無量綱；L為烴源巖排烴中心至排烴邊界的距離，km；l為烴源巖排烴中心至油氣藏中心的距離，km。

如果某一有利區(qū)由多個(gè)生烴次凹供烴，此時(shí)的油氣成藏概率需要綜合考慮不同次凹分別對該區(qū)的供烴貢獻(xiàn)。在實(shí)際操作過程中，可以對不同次凹各自的成藏概率進(jìn)行加權(quán)處理，由此獲得研究區(qū)的綜合油氣成藏概率。

3．5．2 有利勘探區(qū)帶

基于改進(jìn)的油氣成藏概率的定量表征模型，對南堡凹陷不同構(gòu)造部位的油氣成藏概率進(jìn)行了理論計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明，在油氣發(fā)現(xiàn)的部位其油氣成藏概率均較大，已發(fā)現(xiàn)的油氣藏中，超過90%的油氣藏其成藏概率都大于70%?；诖耍梢园延蜌獬刹馗怕蚀笥?0%作為南堡凹陷有利勘探區(qū)帶預(yù)測的標(biāo)準(zhǔn)，只有油氣成藏概率大于70%的地區(qū)才可能是潛在的有利勘探區(qū)帶。

南堡凹陷油氣成藏概率大于70%的地區(qū)在各油氣成藏體系中均有分布，這也表明，該區(qū)各油氣成藏體系均存在有利的勘探區(qū)。其中，南堡Ⅱ號(hào)和南堡Ⅲ號(hào)油氣成藏體系的分布范圍最廣；其次為南堡Ⅰ號(hào)和南堡Ⅳ號(hào)油氣成藏體系；南堡Ⅴ號(hào)成藏體系的分布范圍相對較小。南堡Ⅰ號(hào)油氣成藏體系中，現(xiàn)今已發(fā)現(xiàn)的油氣藏主要位于該區(qū)有利勘探區(qū)帶的預(yù)測范圍內(nèi)；南堡Ⅱ號(hào)和南堡Ⅲ號(hào)油氣成藏體系中，現(xiàn)今已發(fā)現(xiàn)的油氣藏基本上位于有利勘探區(qū)帶預(yù)測范圍的外圍部位，這些部位基本上屬于構(gòu)造高部位，而被這些構(gòu)造高部位包圍的地區(qū)仍是有利的潛在勘探區(qū)（圖5），該區(qū)主要囊括了南堡凹陷最大的次凹——林雀次凹。林雀次凹巨厚的泥（頁）巖中發(fā)育大量的濁積砂體，這些砂體自沉積初始期就被烴源巖包圍，容易形成透鏡體油氣藏。在次凹邊緣斜坡的不整合面部位，發(fā)育分選磨圓較好的孔隙性砂巖，隨水體加深，在砂層之上超覆了不滲透的泥巖便形成了地層超覆類圈閉。其次，林雀次凹的深部位還具有形成非常規(guī)氣藏的地質(zhì)條件，如頁巖氣、深盆氣已經(jīng)開始引起重視［36］。南堡Ⅳ號(hào)和南堡Ⅴ號(hào)油氣成藏體系的油氣勘探程度低，發(fā)現(xiàn)的油氣較少，但仍然存在油氣勘探有利區(qū)（圖5）。因此，南堡凹陷最有利的潛在勘探區(qū)是林雀次凹及其周邊地區(qū)，其次為南堡Ⅳ號(hào)和南堡Ⅴ號(hào)油氣成藏體系。

4 結(jié)論

1）源控油氣作用主要表現(xiàn)在有效烴源巖控制著油氣主要成藏期次和分布范圍。烴源巖排烴史研究表明南堡凹陷只有1次主要成藏期，油氣儲(chǔ)量與排烴強(qiáng)度基本上呈正相關(guān)關(guān)系，而油氣藏個(gè)數(shù)受橫向和縱向排烴距離的控制，均呈現(xiàn)隨排烴距離的增加油氣藏個(gè)數(shù)先增大后減小的趨勢。

圖5 南堡凹陷有利勘探區(qū)帶分布預(yù)測結(jié)果圖

2）成藏體系能與勘探目標(biāo)更緊密結(jié)合，劃分了南堡凹陷成藏體系并預(yù)測了其各自的天然氣資源量、最大氣藏規(guī)模和氣藏個(gè)數(shù)。南堡凹陷可劃分為5個(gè)成藏體系，其中南堡Ⅲ號(hào)成藏體系天然氣資源最為豐富，預(yù)測天然氣資源量達(dá)4 271．46×108m3，最大氣藏規(guī)模為381．66×108m3，氣藏個(gè)數(shù)為476個(gè)；而南堡Ⅰ號(hào)成藏體系天然氣資源量最小。

3）根據(jù)改進(jìn)的油氣成藏概率定量模型，將油氣成藏概率大于70%作為南堡凹陷有利勘探區(qū)帶預(yù)測的標(biāo)準(zhǔn)。有利勘探區(qū)帶在南堡Ⅱ號(hào)和南堡Ⅲ號(hào)油氣成藏體系的分布范圍最廣，其次為南堡Ⅰ號(hào)和南堡Ⅳ號(hào)油氣成藏體系，南堡Ⅴ號(hào)成藏體系的分布范圍相對較??；其中南堡Ⅱ號(hào)和南堡Ⅲ號(hào)油氣成藏體系中存在隱蔽油氣藏和非常規(guī)油氣藏潛在有利勘探區(qū)帶，值得重視。

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