王保全,彭靖淞,王德英,孫 哲,張 捷,蔡冬梅

(1.中海石油(中國(guó))有限公司 天津分公司，天津 300459；2.中海油能源發(fā)展股份有限公司 工程技術(shù)分公司，天津 300459)

上新世以來(lái)渤海海域劇烈的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及其斷裂活動(dòng)決定了渤海淺層的晚期成藏，目前渤海海域70%的油氣發(fā)現(xiàn)集中于淺層[1-5]。受保存條件的限制，渤海海域淺層具有“富油貧氣”的特點(diǎn)[6-7]。淺層生物降解作用使原油在稠化的同時(shí)生成了一定規(guī)模的降解氣。

淺層降解氣常作為陸相斷陷盆地淺層油氣成藏的標(biāo)志[8-10]。然而渤南地區(qū)的勘探實(shí)踐表明，淺層降解氣對(duì)淺層油藏的指示作用并不具有絕對(duì)性，如蓬萊25-1和蓬萊31-A構(gòu)造，其淺層雖有降解氣藏，周緣卻未發(fā)現(xiàn)油藏；而蓬萊19-3、秦皇島33-1、錦州23-2和曹妃甸11油田群，均在淺層降解氣藏的指導(dǎo)下被發(fā)現(xiàn)。由此可見(jiàn)，并非所有的淺層降解氣成藏均能指示淺層油藏，其成因關(guān)系還有待進(jìn)一步研究。

本文以黃河口東洼渤中36-蓬萊31構(gòu)造的淺層油氣藏為研究對(duì)象，通過(guò)天然氣組分、同位素組成、包裹體均一溫度、斷距分析、油氣充注運(yùn)移模擬等方法，分析淺層降解氣的成因及其與原油成藏的關(guān)系，建立淺層油氣藏的成藏模式，區(qū)分降解氣的差異成藏，即原地降解氣藏和異地降解氣藏，對(duì)油藏分布的預(yù)測(cè)具有理論價(jià)值及指導(dǎo)作用。

1 概況

研究區(qū)地處渤海灣盆地渤南探區(qū)的東南部，隸屬黃河口東洼及廟西南洼。研究區(qū)被北北東-南南西向的郯廬斷裂帶渤海段東支所貫穿，形成串珠狀的復(fù)雜斷裂帶及其斷塊圈閉群[11-12]。區(qū)內(nèi)主要發(fā)育2個(gè)NNE-SSW向構(gòu)造脊：渤中36構(gòu)造帶和蓬萊31構(gòu)造帶，前者位于黃河口東洼中部，后者依附于郯廬斷裂帶在黃河口東洼到廟西南洼的過(guò)渡區(qū)(圖1)。

圖1 研究區(qū)域地質(zhì)概況圖Fig.1 The geological sketch map of the study area

區(qū)內(nèi)新生界沉積厚度可達(dá)2～4.5 km，可進(jìn)一步劃分為深層裂陷沉積和淺層拗陷沉積。深層裂陷沉積(下文簡(jiǎn)稱深層)由淺到深依次發(fā)育東營(yíng)組和沙河街組，為裂陷階段多期扇三角洲—辮狀河三角洲砂體和湖相泥巖的旋回沉積。淺層拗陷沉積(下文簡(jiǎn)稱淺層)：由淺到深依次發(fā)育明化鎮(zhèn)組和館陶組，為拗陷階段河流相和淺水三角洲相的砂礫巖和砂(泥)巖沉積[13-14](圖1)。

2 淺層天然氣與稠油的伴生

已鉆井揭示，研究區(qū)淺層有很多天然氣的聚集，含氣地層具有明顯的強(qiáng)振幅地震反射特征[15]，通過(guò)絕對(duì)振幅積分與館陶組頂部斷裂疊合圖(圖2)可見(jiàn)：明化鎮(zhèn)組上段(簡(jiǎn)稱“明上段”)降解氣集中于蓬萊31區(qū)和渤中36-1區(qū)北部。其天然氣的干燥系數(shù)非常高，甲烷體積分?jǐn)?shù)(φ)達(dá)到99%～100%；甲烷碳同位素較低，PL25-A-1井δ13C為-46‰，PL31-B-1井δ13C為-48‰，揭示其可能為生物降解氣[8-10,16-17]。

圖2 淺層構(gòu)造形態(tài)與強(qiáng)振幅地震分布圖Fig.2 The distribution map of shallow tectonic morphology and strong amplitude seismic

同時(shí)天然氣藏圍區(qū)的原油為稠油[16-17]，原油密度0.95～0.99 g/cm3(圖3)。油藏埋藏深度比較淺，為1～1.5 km，地層溫度(t)為45～55℃，儲(chǔ)層孔隙度(q)約為25%，地層水為NaHCO3型(指示開放環(huán)境)。

綜合研究認(rèn)為淺層天然氣源于區(qū)內(nèi)稠油的降解。受大氣水淋濾的影響，在水中微生物作用下，淺層原油降解為天然氣，并發(fā)生稠化導(dǎo)致密度上升，使總離子流圖基線偏移，同時(shí)C25-降藿烷升高[8-10,16-21](圖4)。

詳細(xì)對(duì)比淺層天然氣與油藏的分布范圍可以發(fā)現(xiàn)：蓬萊31-B區(qū)降解氣與稠油油藏垂向疊合，具有下油上氣的特征，下部油藏是上部氣藏的降解源(圖3)；然而蓬萊31-A區(qū)淺層降解氣非常富集，在其深部卻未發(fā)現(xiàn)可降解油藏，不具有下油上氣的特征(圖3)，筆者將在下文中對(duì)其降解源詳細(xì)解剖。

3 淺層油氣運(yùn)移

包裹體資料與埋藏史的匹配關(guān)系表明，本區(qū)油氣大規(guī)模成藏期主要是明上段以來(lái)(5 Ma B.P.)，油氣的輸導(dǎo)依靠明上段末期的斷裂構(gòu)造活動(dòng)，即上新世新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)[1-5]。進(jìn)一步綜合原油總離子流圖基線的雙峰特征和構(gòu)造分析[8-10,16-21]，得到淺層的運(yùn)移和稠化主要有2期。第一期稠化主要為新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)之前(5.41 Ma B.P.)，油氣主要在沙河街組成藏，此時(shí)埋深僅為1.5 km左右，埋藏較淺，符合生物降解的基本條件，故推測(cè)其存在一期稠化；第二期為新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)之后(2.78 Ma B.P.以來(lái))，已經(jīng)稠化的油氣主要從沙河街組中轉(zhuǎn)倉(cāng)調(diào)整到淺層明化鎮(zhèn)組成藏，進(jìn)一步稠化(圖5)。由于天然氣在保存過(guò)程中的逸散作用較強(qiáng)[18-21]，只有最晚形成的降解天然氣才能保存下來(lái)。因此，如今淺層天然氣主要為第二期稠化形成，其氣源為稠油。

油源斷裂在成藏期的活動(dòng)特征相似，但強(qiáng)度有一定差異[22]。成藏期斷層活動(dòng)越強(qiáng)，越有利于油氣向淺層運(yùn)移[22-23]。通過(guò)統(tǒng)計(jì)表明成藏期(上新世)斷距80 m是淺層充注成藏的最低門限(圖6)。

本文通過(guò)構(gòu)造建模計(jì)算了成藏期與深層烴源巖搭接的油源斷層的斷距，根據(jù)上文成藏期斷距80 m的充注門限，識(shí)別了淺層油源斷層上的充注段，發(fā)現(xiàn)充注段主要集中在渤中36-A區(qū)、渤中36-B區(qū)和蓬萊31-A區(qū)(圖7)長(zhǎng)期活動(dòng)的斷層上。在充注段的約束下，對(duì)油氣運(yùn)移進(jìn)行了模擬。結(jié)果表明，受地勢(shì)北東高、南西低的影響，淺層油氣在充注點(diǎn)完成充注后，繼續(xù)向北東方向發(fā)生遷移(圖8)。

4 原地降解氣藏與異地降解氣藏

詳細(xì)對(duì)比淺層天然氣與油藏的分布范圍可以發(fā)現(xiàn)：蓬萊31-B區(qū)降解氣與稠油藏垂向疊合，具有下油上氣的特征，下部油藏是上部氣藏的降解源(圖3)。然而蓬萊31-A區(qū)淺層降解氣非常富集，但在深部并未發(fā)現(xiàn)可降解油藏，不具有下油上氣的特征(圖3)。

圖3 油氣顯示連井圖Fig.3 Connective wells of oil gas show

圖4 原油色質(zhì)譜圖Fig.4 The chromatography-mass spectrometry of crude oil

圖5 Z36-A-1d井埋藏史、熱史與包裹體均一溫度匹配關(guān)系圖Fig.5 Diagram showing the matching relationship between burial history,thermal history and homogeneous temperature of inclusion

圖6 研究區(qū)成藏期斷距與油層厚度關(guān)系Fig.6 The relationship between fault displacement and reservoir thickness during accumulation period in the study area

圖7 研究區(qū)成藏期斷距及充注段的分布Fig.7 The distribution of fault displacement and filling interval during the accumulation period in the study area

圖8 基于充注段的油氣運(yùn)移模擬Fig.8 Simulation of hydrocarbon migration based on filling section

綜合研究表明，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中油氣在淺層充注后發(fā)生了二次稠化，稠油進(jìn)一步稠化的同時(shí)生成了更多的降解氣。在淺層油氣向東部調(diào)整的過(guò)程中(圖8)，由于淺層稠油和天然氣的密度及其浮力差異，稠油仍舊停留在充注點(diǎn)附近，降解氣在研究區(qū)東部富集。

上文提出研究區(qū)有2期成藏與稠化，由于原油在古近系成藏中亦是淺埋藏，已經(jīng)遭受生物降解，原油的密度明顯增大，因此在淺層充注時(shí)已經(jīng)為稠油[8-10,18-21]。在稠油充注到淺層輸導(dǎo)層的運(yùn)移過(guò)程中，稠油和降解氣發(fā)生了差異遷移，密度較大的稠油浮力小、黏度大，向東遷移較為困難；同時(shí)降解氣密度小、浮力大，向東遷移較為容易[24-25]。

筆者嘗試應(yīng)用成藏動(dòng)力學(xué)油氣運(yùn)移烴勢(shì)計(jì)算原理[26-27]計(jì)算稠油和天然氣的烴勢(shì)力：

Hhc=Hbuoy+Hhydro+Hcap-press

(1)

Hhydro=Hw(ρw/ρhc)

(2)

Hcap-press=pcap/(ρhcg)

(3)

Hbuoy=-[(ρw-ρhc)/ρhc]Zcarrier

(4)

式中：Hhc為烴頭(烴勢(shì))；Hbuoy為凈浮力壓頭；Hhydro為動(dòng)水壓頭；Hcap-press為毛細(xì)管力壓頭；ρw為水的密度；ρhc為烴的密度；Zcarrier為儲(chǔ)層海拔高度；Hw為水頭；ppore為孔隙壓力；g為重力常數(shù)，g=9.81 m/s2。

稠油比重采用平均值0.97,天然氣比重采用平均值0.1。計(jì)算表明降解氣烴勢(shì)[26]最高為 14 700 m，最低為 10 243 m，勢(shì)差達(dá)到了 4 457 m(圖9)；而稠油烴勢(shì)最高為51 m，最低為33 m，勢(shì)差僅18 m(圖10)。降解氣的運(yùn)移動(dòng)力-烴勢(shì)差遠(yuǎn)大于稠油。結(jié)合圖8運(yùn)氣方向的研究，降解氣向東遷移的能力強(qiáng)于稠油，由此導(dǎo)致渤中36構(gòu)造帶的西部貧氣和蓬萊31構(gòu)造帶的富氣。

圖9 天然氣烴勢(shì)圖Fig.9 The hydrocarbon potential figure of the gas

圖10 稠油烴勢(shì)圖Fig.10 The hydrocarbon potential diagram of heavy oil

蓬萊31構(gòu)造帶北部蓬萊31-A區(qū)，雖然垂向的深層未發(fā)現(xiàn)降解源稠油(圖3)，但油氣運(yùn)移分析表明(圖8)其西側(cè)的渤中36-1油田北部(BZ36-A區(qū))稠油在淺層充注后，降解氣會(huì)向東遷移到蓬萊31構(gòu)造帶北部成藏。因此，蓬萊31-A區(qū)的降解氣實(shí)際上來(lái)自于渤中36-A區(qū)原油的降解。筆者將這類降解源為側(cè)向較遠(yuǎn)油藏的淺層氣藏稱之為異地降解氣藏。

同時(shí)，渤中36構(gòu)造帶南部蓬萊36-B區(qū)深層發(fā)現(xiàn)降解源稠油(圖3)，天然氣主要來(lái)自于垂向下部稠油的降解氣運(yùn)移到淺層。筆者將來(lái)自于較近垂向降解源的氣藏稱之為原地降解氣藏。

梳理歸納原地降解氣藏與異地降解氣藏的特征(圖11)：①充注段的原油充當(dāng)了降解源，原地降解氣藏靠近淺層的油氣充注段，而異地降解氣藏通常遠(yuǎn)離充注段；②原地降解氣藏垂向上有降解源，而異地降解氣藏垂向上沒(méi)有降解源；③原地降解氣藏區(qū)鉆井既能發(fā)現(xiàn)氣藏又能發(fā)現(xiàn)油藏，而異地降解氣藏區(qū)鉆井只能發(fā)現(xiàn)氣藏而不能找到油藏。因此，在通過(guò)降解氣來(lái)尋找油藏的過(guò)程中，斷裂研究特別是油氣充注和運(yùn)移的研究是關(guān)鍵，需綜合判斷原地氣藏和異地氣藏，方能預(yù)測(cè)淺層油藏分布。

根據(jù)以上特征，結(jié)合降解氣的地球物理亮點(diǎn)特征(圖2)可以對(duì)稠油藏進(jìn)行預(yù)測(cè)：當(dāng)降解氣亮點(diǎn)與充注段疊合時(shí)，預(yù)測(cè)可能為“原地降解氣模式”，氣藏深層可能還有油藏；當(dāng)降解氣亮點(diǎn)與充注段距離較遠(yuǎn)時(shí)，且地層傾角較緩，預(yù)測(cè)可能為“異地降解氣模式”，氣藏深層存在油藏的可能性較小。

圖11 原地天然氣和異地天然氣差異成藏模式Fig.11 The differential accumulation patterns of in-situ and off-site natural gas

另外，如果埋藏較深，原油稠化不太嚴(yán)重，油氣側(cè)向遷移的能力相當(dāng)，也存在原地充注的油氣藏和異地充注油氣藏的情況，后者異地氣藏下面應(yīng)該存在一定規(guī)模的異地油藏，這值得進(jìn)一步研究。

5 結(jié) 論

降解氣藏除了具有一定的工業(yè)開采價(jià)值，還具有指示深層高價(jià)值油藏的預(yù)測(cè)價(jià)值。在淺層稠油區(qū)，存在原地降解氣和異地降解氣差異成藏模式，原地降解氣藏才能真正地指示油藏。因此，結(jié)合斷裂與油氣運(yùn)移模擬分析來(lái)區(qū)分原地降解氣藏與異地降解氣藏對(duì)預(yù)測(cè)油藏有非常重要的意義。