南堡凹陷周边地区古生界潜山油气成藏条件分析

成永生¹，陈松岭^{1, 2}

(1. 中南大学 信息物理工程学院，湖南 长沙 410083；

2. 中南大学 地学与环境工程学院，湖南 长沙 410083)

摘  要：为分析南堡凹陷周边地区古生界潜山的油气成藏特点与油气聚集规律，探讨影响油气成藏的主要因素，对寒武－奥陶系野外岩石露头进行实地观测和调研，对野外及岩芯取样进行偏光薄片鉴定、铸体薄片鉴定、化学全分析、物性分析、扫面电镜、X射线衍射等分析。研究结果表明：储层主要岩石类型为石灰岩和白云岩；油气的主要储集类型有孔隙、裂缝以及洞穴，其中裂缝充填严重，晚期未充填的构造缝对油气聚集有利；碳酸盐岩基质孔隙度低；油气运移的通道主要为断层和不整合面，并形成沿断层和不整合面的联合运移模式；油源是潜山油藏形成的关键，侧向对接程度直接影响油气富集程度，构造转向或拐弯部位是有利的聚油构造部位。

关键词：潜山；碳酸盐岩；油气；成藏条件；南堡凹陷

中图分类号：TE122.3；P618.13        文献标识码：A         文章编号：1672-7207(2008)03-0590-06

Hydrocarbon pool forming conditions of paleozoic buried hill in

peripheral of Nanpu sag

CHENG Yong-sheng¹, CHEN Song-ling^{1, 2}

(1. School of Info-physics and Geomatics Engineering, Central South University, Changsha 410083, China;

2. School of Geoscience and Environmental Engineering, Central South University, Changsha 410083, China)

Abstract: In order to observe and investigate Cambrian-Ordovician rock on the spot, some analyses such as thin section analysis, casting section and chemical analysis, physical property analysis, scanning electron microscope and analysis, X-ray diffraction analysis were made, and the dominating reservoir forming factors were discussed in peripheral of Nanpu sag. The results show that the main rock types of reservoir consist of limestone and dolomite. The primary types of reservoir space include hole, fissure and cave, yet the fissure is filled heavily, and the late unfilled structural fracture is favorable for hydrocarbon accumulation. It is characterized by the lower matrix porosity for carbonate. The pathways of oil and gas migration mainly include the fault and the unconformable surface, which constitute the “fault-unconformable” hydrocarbon migration pattern. In this area oil source is the key to the formation of buried hill reservoir, lateral jointing affects the oil and gas enrichment degree directly, and the position of fault turning is favorable for oil accumulation.

Key words: buried hill; carbonate; hydrocarbon; reservoir forming condition; Nanpu sag

古潜山是被新生代沉积层所覆盖的特殊地质体，其形成常反映基底的抬升与沉降、不整合面的风化剥蚀、残留盆地的形成等^[1-2]。我国潜山油气藏发育^[3-9]，如大庆、胜利等大型油田都发现有大规模的古潜山油气藏。我国东部和西部残留盆地具有古潜山勘探潜力，尤其在东部拉张型及西部挤压型盆地内古潜山油气藏

勘探前景更加广阔^[1]。在此，本文作者对南堡凹陷周边地区古生界潜山油气成藏条件进行综合分析，以寻找新的勘探区域。

1  区域地质概况

南堡凹陷位于华北板块北部，总面积为1 932 km²，是一个中生代开始发育的含油气凹陷。凹陷北靠燕山褶皱带，南倚沙田隆起，东邻渤中坳陷，西为沧县隆起(见图1)，系黄骅坳陷内的次一级负向构造单元，也系黄骅坳陷东北部的主要生油凹陷，经过50多年的油气勘探，已探明石油地质储量近亿t^[10-12]。

2  油源条件

经研究发现，区内寒武－奥陶系灰岩的生烃能力很小且埋藏较浅，达不到成熟生油门限的深度，因此，潜山本身不具备生油能力。油源对比结果显示^[13-15]，周边地区的油源来自于凹陷内下第三系的生油岩层，其生油母质较好，成熟度高，厚度大，是优质烃源岩，能够提供较充足的油源，如东三段有机碳平均质量分数为1.05%，生烃量质量分数平均为3.87 mg/g，沥青“A”质量分数平均为0.106 9%。

3  油气储集条件

3.1  储集岩岩石类型及特征

    野外岩石露头观测、录井、测井以及薄片鉴定结果表明，区内古生界潜山主要储集岩为寒武－奥陶系碳酸盐岩，主要岩石类型为灰岩和白云岩，其中灰岩主要类型有白云质灰岩、竹叶状灰岩、生物碎屑灰岩、鲕状灰岩、泥(细)晶灰岩、泥灰岩、泥质条带灰岩等，白云岩主要包括泥(细)晶白云岩、灰质白云岩。

3.1.1  石灰岩类

岩石具泥晶结构、细晶结构、鲕状结构以及内碎屑结构，层状构造、缝合线构造及条带状构造，主要组成矿物有方解石、白云石、泥质、黄铁矿、海绿石、绢云母等。方解石常呈泥晶、亮晶、方解石脉或溶蚀方解石脉，含量为55%~97%，颗粒粒径小于5 μm；白云石为自形-半自形粒状，呈浸染状分布或呈不规则条带状沿缝合线构造交代泥晶方解石，或呈团包状集中分布，颗粒粒径为0.08~0.12 mm；黄铁矿主要呈细粒状集合体浸染状分布或与泥质一起构成微脉沿裂隙断续分布；泥质主要呈显微细微脉不规则断续分布，或呈细微条纹分布于泥晶方解石裂隙中，或呈浸染状分布于泥晶方解石粒间。

图1  南堡凹陷构造位置图

Fig.1  Geotectonic position of Nanpu sag

3.1.2  白云岩类

岩石具泥晶结构、层状构造，由白云石、方解石、泥质、黄铁矿等组成。白云石主要呈泥晶产出，有少量细晶，呈自形-半自形粒状，含量为74%~99%，常被方解石胶结，局部可出现白云石于方解石泥晶中呈浸染状分布；方解石主要呈泥晶状产出，含量为0.5%~19%；泥质主要呈显微细脉状与黄铁矿一起沿缝合线裂隙发育，或呈细微脉分布和浸染状分布。

3.2  储集空间类型及其特征

周边地区寒武­－奥陶系碳酸盐岩储层经历了多期成岩演化阶段，依据野外及岩芯观察，以及扫描电镜、偏光薄片、铸体薄片以及测井解释结果，按照储集空间的形态特征及成因特点，主要发育有孔隙、裂缝以及洞穴3种储集空间类型。

3.2.1  孔  隙

孔隙主要有晶内溶孔、粒内溶孔及晶间孔3种类型。晶内溶孔直径为1~3 μm，于府君山组地层中较为发育；粒内溶孔直径一般为1~2 μm或1~3 μm，个别达1~6 μm，扫描电镜显示于冶里组、崮山组以及下马家沟组等地层发育该类孔隙(见图2)；晶间孔隙极不发育，说明碳酸盐岩基质孔隙度低。

图2  崮山组灰岩中发育的粒内溶孔

Fig.2  Intergranular dissolved pore in Gushan formation limestone

3.2.2  裂  缝

观察岩芯发现，碳酸盐岩储层中裂缝较发育，其中以倾角大于70?的高角度裂缝为主，其次为低角度裂缝，水平或近水平的裂缝较少，少数岩芯中发育有网状密集细小裂缝。裂缝充填相当严重，通过对10口井的碳酸盐岩岩芯段裂缝进行统计表明，全充填缝占总裂缝的81.9%，半充填裂缝仅占6.3%，而未充填裂缝占11.8%。

铸体薄片鉴定结果显示，裂缝的微观形态主要表现为构造缝、溶蚀缝、缝合线3种类型(见图3)。对11口钻井岩芯的35个样品进行铸体薄片鉴定，结果表明，共发育构造裂缝近300余条，但绝大多数都被全充填，少数被半充填，充填物主要为方解石、泥质，以及少量黄铁矿、白云石以及硅质等；而发育溶蚀缝70余条，其中绝大多数为构造溶蚀缝，且大部分被充填，少量被半充填，充填物以方解石为主，其次为泥质、黄铁矿、白云石；发育缝合线70余条，大多数被全充填，少数被半充填，充填物主要为泥质，另见有机质充填现象。

图3  府君山组白云岩中发育的晶间溶蚀缝

Fig.3  Intergranular solution fissure in Fujunshan formation dolomite

3.2.3  洞  穴

洞穴常常是岩溶发育的标志，野外调研发现有较大的溶洞存在，如于府君山组发育有较大的溶洞构造，多个岩溶洞穴近似等间距分布，溶洞直径相近，为0.5~2.0 m，最大者可达2.5 m，多被泥质半充填-全充填，溶洞发育于厚层灰岩中。

3.3  储层物性特征分析

野外采样岩石物性分析显示，孔隙度为0.42%~ 4.4%，大多数低于1.5%，渗透率为(0.04~6.58)×10^-4 μm²，30个样品中有20个样品的渗透率低于0.1×10^-4 μm²。岩芯样分析结果表明，崮山组地层平均孔隙度最高(1.62%)，其次为府君山组地层(1.037 5%)，其余各组地层的有效孔隙度均低于1%。因此，多数地层被定为低孔特低渗或特低孔特低渗型储层。

4  油气运移条件

4.1  油气运移通道

周边地区的油气主要来自于凹陷内下第三系的油源，油气通过断层和不整合面进行运移^[16]。

4.1.1  断  层

南堡凹陷共发育大小断裂百余条，断层成为沟通油源与储集层的重要途径，通过断层使得凹陷内生成的油气能够顺利地向周边进行运移，并于合适的圈闭中聚集成藏。控带断裂、控凹断裂以及带内控油断裂在油气运移过程中分别发挥作用^[17]。当然，油气运移还与断层的形成时期、切割深度、空间展布、活动强度等因素有关，对油气运移进行研究时应充分考虑这些因素，如断层的切割深度就会直接影响油气运移的距离，断层形成与油气运移的时间配置影响油气运移的指向等。

4.1.2  不整合面

在油气运移过程中，当遇到不整合面时，油气便进行侧向排驱而进入其中。不整合面的作用主要是进行油气的水平运移，使得油气能够侧向到达周边地区的潜山圈闭中。寒武－奥陶系碳酸盐岩从晚奥陶世开始至全新世期间，长期暴露并遭受淋滤、侵蚀等风化剥蚀作用，形成较厚的风化壳，为油气的运移提供了有利条件。

4.2  油气运移模式

据潜山油气成藏条件、地质构造特征以及生储盖时空组合关系，认为本区潜山油藏油气运移的主要模式为沿断层和不整合面的联合运移成藏模式(见图4)。

图4  南堡凹陷周边古生界潜山油气成藏模式图

Fig.4  Model of oil migration and accumulation to paleozoic buried hill in peripheral of Nanpu sag

图4中，Ng为上第三系馆陶组，E为下第三系，Mz为中生界，O为奥陶系，ε为寒武系，Qn为青白口系，Ar为太古界。由于本区潜山顶面不直接与下第三系生油岩接触，油气首先通过断层面垂向向上运移，再侧向排驱沿不整合面进入潜山，油气在浮力和水动力的共同作用下向潜山的高部位运移，在运移过程中油气首先占据未充填或部分充填的构造裂缝和早期形成的溶蚀孔洞，并于合适的圈闭条件下聚集成藏。

5  油气聚集特征分析

a. 荧光薄片鉴定结果显示，油主要分布在晚期构造缝、2条缝合线之间及被白云石、黄铁矿交代的亮晶方解石中，先期构造缝被方解石全充填，不含油。

b. 录井油气显示统计结果表明(见图5)，灰岩类油气显示占总油气显示的75.77%，白云岩类显示占总油气显示的24.23%，其中灰岩类油气显示主要分布于灰岩、白云质灰岩、泥灰岩和泥质灰岩中；白云岩类油气显示主要分布于白云岩、泥质白云岩和灰质白云岩中。

图5  油气显示与岩性关系

Fig.5  Relationship between hydrocarbon show and lithology

c. 对受断层控制及潜山控制的油气显示地层进行统计，结果见图6。可见，断层和潜山对油气的控制和影响作用相当。潜山接触的油气显示地层主要集中于古风化壳200 m以内(占75.5%)，断层接触的油气显示地层也主要集中于0~200 m范围以内(占77.8%)。因此，今后油气勘探开发应将潜山风化面及断层接触面0~200 m范围作为主要的目标区域，而在断层和潜山共同影响的区域则为最有利部位。

图6  潜山及断层接触油气显示结果

Fig.6  Hydrocarbon show to buried hill touch and fault touch in different depths

6  影响油气成藏的主控因素

a. 岩溶缝洞型储层有效储集体发育程度是控制本区油气分布和富集的关键因素。由于碳酸盐岩基质孔隙度低，渗透率小，难以形成有效的储集空间，但区内储集空间类型多样，非均质性强，储集空间类型以溶蚀孔、溶洞、裂缝和缝合线为主，形成岩溶缝洞型储层。

b. 油源条件以及油气运移通道直接影响着周边地区的油气富集程度。潜山具备优越的构造、储盖组合条件，成藏的关键是油源条件，晚期断层以及持续活动的断层附近成藏条件更为有利。

c. 侧向对接程度直接影响着油气的聚集成藏程度。油气在断层和不整合面的共同作用下进行联合运移，凹陷内构造低点的油气沿断裂构造向周边高部位疏散，断层与不整合面的良好配置使得油气能够顺利地沿断层进入孔洞缝发育的风化壳不整合面圈闭内而聚集成藏。

d. 构造高部位是主要油气聚集带。南堡凹陷周边地区油气在构造高部聚集明显，不仅沿西南庄断层、柏各庄断层两侧高部位就近聚集，而且沿不整合面或输导储层向构造高部位聚集。

7  结  论

a. 南堡凹陷周边地区古潜山具备有利的油源条件、储集条件以及油气运移通道，可形成下生上    储、新生古储型油气藏。

b. 古潜山油源主要来自于凹陷内下第三系的油源层，油气通过断层和不整合面进行长距离联合运移。

c. 碳酸盐岩基质孔隙度低，不具备油气储集能力，未充填的裂缝以及岩溶孔洞是油气储集的有利  空间。

d. 油气藏形成受断层和潜山的共同影响，潜山风化面或断层接触面0~200 m范围内应是油气富集的主要部位，也是今后勘探开发的重点。

e. 油源是成藏的关键，侧向对接是油气运移的保障，构造高点是油气聚集的有利地带。

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收稿日期：2007-06-20；回日期：2007-08-16

基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(20040533009)

通信作者：成永生(1979-)，男，江西九江人，博士，从事地质资源与地质工程研究；电话：13017386868；E-mail: cys968@163.com