車鎮凹陷含油氣系統劃分及勘探方向2009年3月第24卷第2期西安石油大學(自然科學版)JournalofXianShiyouUniversity(NaturalScienceEdition)Mar.20o9文章編號:1673-064X(2009)02-0013-05車鎮凹陷含油氣系統劃分及勘探方向DivisionofpetroluemsystemandexplorationdirectioninChezhenSag張家震,徐備(北京大學地球與空間科學學院,北京100871)摘要:車鎮凹陷是一個在對基底構造層長期改造基礎上發展起來的中 ,新生代陸相斷陷一拗陷疊合盆地,在車鎮凹陷形成"一源多藏"和"一藏多源"的復合含油氣系統.根據油源對比結果,將車鎮凹陷復合含油氣系統進一步劃分為沙四段含油氣系統,沙三段含油氣系統,沙一段舍油氣系統.影響油氣藏形成的各因素之間的良好配置有利于油氣聚集.3個含油氣系統具有不同的地質要素和成藏作用,分布范圍也存在明顯差別,表現出分層發育和垂向疊置的特征.分析不同區帶的勘探資料,指出車西,大王北和郭局子洼陷是有利的勘探區帶,埕子口,無棣,慶云凸起可作為后備勘探區帶.關鍵詞:車鎮凹陷;含油氣系統;油源對比;油氣藏;勘探方向中圖分類號:TEl22.1;P618.13文獻標識碼:A車鎮凹陷位于渤海灣盆地濟陽坳陷的西北部,東西長，南北窄,平面呈狹長的"S"形展布,面積約2400km.1968--2007年對車鎮凹陷進行油氣勘探,共完鉆探井500余口,大部分地區被三維地震資料覆蓋.經過40年的勘探,相繼發現了太古界,下古生界,上古生界,中生界,古近系,新近系等6套含油氣層系,探明了富臺,太平,東風港,大王北等9個油田，累計石油探明地質儲量2.11X10t?勘探實踐表明,車鎮凹陷含油氣層系多,油氣藏類型復雜,是個資源豐富的復式油氣聚集區,具有巨大的勘探潛力-JM著勘探程度的不斷提高，車鎮凹陷的勘探對象已經由構造油氣藏逐漸轉向巖性 ,地層等隱蔽性油氣藏,勘探難度越來越大.本文根據油源對比結果,對車鎮凹陷復合含油氣系統進行劃分 ,并分析各含油氣系統的特征與展布范圍 ,預測有利勘探方向,可以為車鎮凹陷的油氣勘探提供地質依據 .地質概況車鎮凹陷是一個在對基底構造層長期改造的基礎上發展起來的中,新生代陸相斷陷一拗陷疊合盆地,經歷了裂陷期（晚侏羅世一白堊紀）,斷陷期（古近紀）和拗陷期（新近紀）3個大的演化階段,主要表現為幕式裂陷過程.地震,鉆井,測井與古生物等資料揭示,車鎮凹陷發育的地層層序可劃分為基底構造層和蓋層構造層.基底構造層由太古界泰山群,下古生界寒武系和下一中奧陶統,上古生界上石炭統和二疊系,中生界下一中侏羅統組成,蓋層構造層包括中生界上侏羅統,白堊系和新生界古近系,新近系,第四系.中,新生代斷裂發育,但大部分斷層規模較小,規模較大的斷層只有大90,大1,大14,曹家莊等4條NE向，近EW向的二級斷層，造成了車鎮凹陷平面分隔性差的構造格局.平面上,套爾河,車3,大王莊,大35等4個較大的同沉積鼻狀構造將車鎮凹陷分隔為車西,大王北,郭局子3個洼陷,各洼陷相互連通,具有相似的形成與演化特征（圖1）.斷陷期是車鎮凹陷的主要發育階段,構造活動,氣候變遷,物源供應及湖盆水量變化的綜合影響造成了相對湖平面（基準面）的不斷升降,其水體范圍,深度和性質發生相應變化,形成多個沉積旋回,收稿日期:2008-06-03基金項目:中國石化集團公司"十五"科技攻關項目（編號:P02004）作者簡介:張家震（1971一）,男,高級工程師,博士后,從事構造地質與石油地質研究14一西安石油大學（自然科學版）沉積了古近系沙河街組沙四段,沙三段,沙一段3套良好的烴源巖.圖1車鎮凹陷構造單元劃分圖一套爾河鼻狀構造;2一車3鼻狀構造;3一大王莊鼻狀構造;4一大35鼻狀構造;5?大9O斷層;6一大1斷層;7一大14斷層;8一曹家莊斷層含油氣系統劃分含油氣系統是指"一個自然的烴類流體系統，其中包含活躍的烴源巖,所有與其相關的石油和天然氣以及形成油氣聚集所必需的地質要素和作用"2J.上述概念常被簡單地表示為油氣從生烴灶排出,經過輸導層運移到圈閉中聚集的一次過程,這種模式只適合于一期成藏的簡單含油氣系統』 .對于疊合含油氣盆地,往往以多套烴源巖在垂向上疊置,平面上重疊或交叉為特征,油氣的生成,運移和聚散過程通常表現為多期,不同源的油氣在某些區帶"混聚共生",構成一個"復合含油氣系統"[4-9].2.1劃分依據含油氣系統是描述烴源巖與生成的油氣聚集之間的成因聯系,搞清油巖之間的相關性是確定含油氣系統的關鍵,油源對比是目前識別含油氣系統的主要方法.按照地球化學特征的差異,車鎮凹陷的原油可劃分為4種類型.油源對比表明,這4種類型的原油分別來自于不同的烴源巖.第1類原油的Pr/Ph(姥鮫J烷/植烷)為0.20?重排甾烷低,c藿烷的豐度大于c藿烷，正構烷烴存在偶碳優勢，成熟度c凹s/(s+R)為0.29—質以水生生源為主.這類原油來自于沙四段烴源巖,僅在大王北洼陷零星分布,儲集層位為古近系沙四段.第U類原油的Pr/Ph為0.25?2.16,Ay蠟c3o藿烷為0.05—0.16,甾烷多數C>C29.顯示出淡水一微成水的弱氧化一還原沉積環境 ,有機質以水生生源為主.原油成熟度較高，C:S/(S+R)為系地層中廣泛分布,是車鎮凹陷最主要的原油類型,占車鎮凹陷石油探明儲量的95%以上.第川類原油的Pr/Ph為0.18?0.60,Ay蠟近,顯示半咸水一咸水還原環境的特征,有機質以水生生源為主,發育甲藻甾烷,重排甾烷及4.甲基甾烷都很低，正構烷烴存在奇碳優勢.成熟度較低,C凹s/(S+R)為0.09—源巖,在車西,大王北洼陷內零星分布,儲集層位為古近系沙一段.第W類原油的生物標志化合物參數大部分介于不同的單源原油之間，為第1類與第u類原油或第U類與第川類原油混合而成.這類原油零星分布于車西,大王北洼陷,儲集層位為古近系沙四段,沙一段.劃分原則含油氣系統的研究已逐漸成為指導勘探工作者有效預測油氣資源,發現油氣藏的有力手段_】.劃分含油氣系統的基本原則是要考慮劃分的科學性和實用性,既要符合實際地質情況,又能給油氣勘探以宏觀指導.因此,車鎮凹陷含油氣系統的劃分采用以下原則:由于車鎮凹陷平面分隔性差,3個洼陷相互連通,烴源巖,儲集層,蓋層,上覆地層等基本地質要素完全一致,圈閉形成與油氣生成,運移,聚集等成藏作用過程非常相近.因此,應該以整個車鎮凹陷作為劃分的基本單元,將車鎮凹陷劃分為一個"復合含油氣系統".新生界古近系沙河街組發育的沙四段,沙三段,沙一段3套烴源巖分別形成于湖盆斷陷期的不同沉積旋回,形成環境,有機質來源明顯不同,原油的地球化學特征也有較大差別,應劃分為3個不同的含油氣系統.車鎮凹陷烴源巖生成的油氣除在凹陷內聚集成藏外,也可運移到凹陷周圍的凸起聚集成藏 ,這些構造單元應歸為車鎮凹陷含油氣系統.車鎮凹陷東部的太平,義和莊,義北等地區發現了部分來源于沾化凹陷的原油,應屬于沾化凹陷含油氣系統,而不劃歸車鎮凹陷含油氣系統.系統命名含油氣系統的命名法尚在探索中,通常采用張家震等:車鎮凹陷含油氣系統劃分及勘探方向一15"有效烴源巖名稱+主要儲集層名稱+表示可靠性等級的符號"來表示.車鎮凹陷有效烴源巖與油氣藏之問存在良好的地球化學匹配關系,完全可以將其一一對比,因此所有含油氣系統均為已知含油氣系統.車鎮凹陷含油氣系統命名的關鍵問題是主要儲集層的確定,由于油氣分布廣泛,含油層系較多,儲集層的時代跨度很大,沒有所謂的主要儲集層,因此不能機械地強行將儲集層列入到含油氣系統的命名中.根據有效烴源巖的分布,儲集層特征和油源對比結果,按照上述含油氣系統的劃分原則,將車鎮凹陷劃分為一個"復合含油氣系統",并進一步劃分為3個含油氣系統,即沙四段含油氣系統,沙三段含油氣系統和沙一段含油氣系統,均為已知含油氣系統.含油氣系統特征車鎮凹陷普遍存在的高熱流(1.49?1.84HFU)及其造成的高地溫梯度(3.49~C/100m),有利于有機質轉化生烴.車鎮凹陷以發育多套烴源巖,多期生烴,油氣復式聚集為主要特征,形成"一源多藏"和"一藏多源"的復合含油氣系統.由于各含油氣系統的資源量,分布范圍不同,對勘探的重要性也存在較大差別.3.1沙四段含油氣系統車鎮凹陷沙四段為斷陷初期的鹽湖及咸水湖泊沉積,大部分地區為無生烴能力的紅層,有效烴源巖只分布于大王北洼陷,暗色泥巖厚度為100—150量分數為0.2268%,總烴平均質量分數為0.1854%,已達到好烴源巖的標準.根據干酪根鏡鑒結果統計，有機質類型指數平均為57.2，為U型干酪根?具有低I-I/C,高0/C值的特征,H/C在1.54般大于2500in,最大達5400In,鏡質體反射率0普遍大于0.8%,成熟度較高.儲集層為沙四段砂巖,含礫砂巖與湖相碳酸鹽巖,儲集空間分別以原生粒間孔與次生裂縫為主,儲集性能差別較大.沙三段的厚層油泥巖,油頁巖是良好的區域性蓋層,沙四上亞段的致密灰巖,灰質泥巖,泥巖可作為局部蓋層.上覆地層的厚度一般超過2500nl,使沙四段烴源巖進入高成熟演化階段，并為后期油氣保存起到了較好的作用.根據盆地模擬結果,沙四段在34Ma左右開始進入生油門限，主要生,排烴時問為25?5Ma.現今的最大鏡質體反射率為1.1%,表明處于生油高峰的后期,但尚未開始大量生氣.該含油氣系統的關鍵時刻應為漸新世末,在此之前的中晚始新世一漸新世為持續時間,中新世為主要排烴期,中新世一全新世為保存時間（圖2）.1??……__J烴源巖韶儲集層蓋層IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII …上覆巖層IIIIII圈閉形成油氣演化豳主要捧烴期保存時間f關鍵時刻圖2車鎮凹陷沙四段含油氣系統地質事件沙四段烴源巖生成的油氣僅充注于大王北洼陷內的沙四段.沙四段主要發育小型斷塊 ,斷鼻等構造圈閉及巖性圈閉,均形成于沙四段沉積時期 .主要排烴期晚于圈閉形成期,成藏要素的配置關系較好,形成沙四段"自生自儲"型油氣藏.沙四段含油氣系統形成后,先后經歷了喜山運動二幕,三幕及新構造運動的影響,但油氣藏未遭受嚴重破壞 .3.2沙三段含油氣系統湖一深湖相沉積,水生生物非常繁盛,富含藻類的油頁巖,油泥巖以及暗色泥巖在全區均有分布,是車鎮凹陷最重要的一套烴源巖.不同洼陷的烴源巖發育情況有所不同,車西洼陷和大王北洼陷的暗色泥巖厚度達800m,郭局子洼陷為600m.有機碳平均質量分數為1.73%,氯仿"A"平均質量分數為0.2113%,總烴平均質量分數為0.1925%,已達到好烴源巖的標準.有機質類型指數較高,大王北,郭局子洼陷平均為65.3（U型干酪根），車西洼陷平均為81.4（I型干酪根）.有機元素分析結果表明,H/C原子比為1.08?1.83,0/C原子比為0.02?—4800m之間,鏡質體反射率Ro大于0.5%,烴源巖已進入成熟演化階段.沙三段生成的油氣可充注于不同層系的地層中,儲集層時代跨度大,類型多.除廣泛分布的碎屑巖（古近系,新近系及上古生界,中生界的含礫砂巖,砂巖及粉砂巖等）儲集層和碳酸鹽巖（包括下古16一西安石油大學（自然科學版）生界海相碳酸鹽巖和古近系湖相碳酸鹽巖）儲集層外,大王北洼陷大58井區沙三段發育火成巖儲集層,埕子口凸起和義和莊凸起發育太古界片麻巖儲集層,郭局子洼陷沙三段,沙一段發育泥巖裂縫儲集層.不同類型儲集層的形成機理與儲集空間各異,儲集性能差別較大.在長期的演化過程中,車鎮凹陷形成了寒武系饅頭組一徐莊組,石炭系本溪組一山西組,中生界,古近系沙三下一沙三上亞段,沙一段一東營組下部,新近系館上段上部一明化鎮組等6套平面分布十分穩定的泥（頁）巖,平均厚度都在200m以上,封閉能力較強,是良好的區域性蓋層,對油氣的聚集起到了良好的封蓋作用.另外,各含油層系內發育厚度不穩定,平面連續性差的泥巖,膏巖等非滲透性地層,可作為油氣藏的局部蓋層.沙三段上覆地層的厚度為2100?3000m,—般大于2400m,足以使烴源巖進入成熟演化階段，對油氣的后期保存也起到了較好的作用.

早在34Ma前就進人生油門限,但主要的生,排烴期為5—2Ma之間.因此,沙三段含油氣系統的關鍵時刻為中新世末,在此之前的晚始新世一中新世為持續時間,上新世為主要排烴期,上新世一全新世為保存時間.車鎮凹陷含油氣層系多,各層系分別發育不同的圈閉類型:受印支,燕山,喜山等區域構造運動影響,太古界,下古生界形成潛山（包括褶皺潛山,斷塊潛山,殘丘潛山等類型）圈閉,上古生界和中生界形成地層不整合圈閉,構造圈閉及構造一地層圈閉古近系形成構造,巖性,地層及復合型圈閉,新近系形成巖性,構造及地層超覆圈閉.所有圈閉在中新世末期已全部形成并最終定型.油氣運聚期晚于圈閉形成期,成藏要素的配置關系較好.沙三段烴源巖生成的油氣,除在洼陷內聚集成藏,也可向南部緩坡帶,北部陡坡帶及周圍的凸起運移.油氣充注于太古界一新近系等不同時代的地層中,分別形成"自生自儲","新生古儲","古生新儲"型油氣藏.沙三段含油氣系統形成后,雖經歷了喜山運動三幕及新構造運動的影響,但構造活動強度均較弱,油氣藏基本未遭受破壞.上述各項地質要素及地質作用時間關系見圖3.沙一段含油氣系統沙一段為斷陷萎縮期的半深湖一深湖相沉積,烴ArtIPziMzIEs.IEs,lEs,IEsIEdIglNmlQ系統事件E==烴源巖儲集層蓋層IlllllllIIIllIIIllIIIIIIIIIllII上覆巖層圈閉形成油氣演化主要排烴期jjj;保存時間}關鍵時刻圖3車鎮凹陷沙三段含油氣系統地質事件源巖在全區均有分布,暗色泥巖最大厚度超過300m.有機碳質量分數平均為2.51%,氯仿瀝青"A"質量分數平均為0.4273%,總烴質量分數平均為0.1346%,是一套好的烴源巖.根據干酪根鏡鑒結果統計，有機質類型指數平均為78.1,為U型干酪根?具有低H/C,高0/C值的特征,H/C在1.22?王北洼陷沙一段埋深一般為1600—2800m,郭局子洼陷沙一段埋深為1300?2200m,鏡質體反射儲集層主要為沙一段底部的生物灰巖,儲集空間為生物體腔孔,儲集性能較好.沙一段及東營組中,下部的厚層油泥巖,油頁巖分布穩定,是良好的區域性蓋層.上覆地層厚度一般為1600?2800m,對促進烴源巖成熟起到了一定作用,也為后期油氣保存起到了較好的作用.沙一段烴源巖的熱演化程度比沙四段,沙三段低得多,6Ma前才開始進入成熟門限,目前仍處于低成熟階段,僅形成少量低成熟油氣,主要生,排烴期與關鍵時刻尚未出現（圖4）.ArtlPzIMzlIEs.IEsEslEdINg}NmlQ系統事件==烴源巖辮搠儲集層 ??-_??__一i蓋層 Illlllll 上覆巖層4144414圈閉形成油氣演化主要排烴期保存時間關鍵時刻圖4車鎮凹陷沙一段含油氣系統地質事件沙一段生成的低熟油僅充注于洼陷內的沙一段.沙一段發育小型的巖性 ,構造一巖性圈閉,主要TOC\o"1-5"\h\z受沉積作用控制,與其所發育的地層為同期形成 .油氣運聚期晚于圈閉形成期 ,成藏配置關系較好,形成少量"自生自儲"型油氣藏,在車西,大王北洼陷零星分布.后期經歷了新構造運動的影響 ,但構造活動較弱,油氣藏保存條件較好 .\o"CurrentDocument"張家震等:車鎮凹陷含油氣系統劃分及勘探方向一 17—4勘探方向車鎮凹陷3個含油氣系統的分布范圍存在明顯的差別,表現出分層發育和垂向疊置的特征 .沙四段含油氣系統僅分布于大王北洼陷 ;沙一段含油氣系統分布于車西洼陷和大王北洼陷 ;而沙三段含油氣系統分布范圍廣,含油氣層系多,除在洼陷帶形成古近系巖性,構造一巖性油氣藏外 ,所生成的油氣還向北部陡坡帶,南部緩坡帶及周圍凸起運移 ,形成廣泛分布的各類油氣藏,是車鎮凹陷最重要的含油氣系統.平面上,郭局子洼陷僅發育沙三段含油氣系統,車西洼陷為沙三段含油氣系統,沙一段含油氣系統的疊合區,大王北洼陷為沙四段含油氣系統 ,沙三段含油氣系統,沙一段含油氣系統的疊合區 .車鎮凹陷雖然已整體進入高勘探程度階段,但在層系上和平面上存在明顯的不均衡性.南部緩坡帶發現了東風港,套爾河,大王莊,義北,義和莊5個油田,北部陡坡帶發現了富臺,英雄灘2個油田,勘探程度相對較高.洼陷帶油氣富集程度高,而勘探程度低.由于埋深較大,鉆井較少,洼陷帶僅發現大王北油田與一些孤立的含油區塊,并且含油層位主要為沙一段與沙三上亞段.因此,洼陷帶具有較大的勘探潛力,車西,大王北和郭局子洼陷是車鎮凹陷最有利的勘探區帶.車鎮凹陷周圍的4個凸起也同樣存在勘探程度不均衡的問題.義和莊凸起已發現中等規模的太平油田,埕子口凸起,無棣凸起,慶云凸起勘探程度極低,僅有少數探井,但均已見到較好的油氣顯示,表明這3個凸起也具有形成油氣藏的有利條件,可作為后備勘探區帶.5結論車鎮凹陷是一個中,新生代陸相斷陷一拗陷疊合盆地,湖盆斷陷期沉積的多旋回性,形成了新近系沙四段,沙三段,沙一段3套良好的烴源巖.不同烴源巖的形成環境及有機質來源不同,原油的地球化學性質也有較大差別.車鎮凹陷平面分隔性差,各洼陷的基本地質要素與成藏作用過程基本一致,為一個典型的"復合含油氣系統".根據油源對比結果,可進一步劃分為沙四段含油氣系統,沙三段含油氣系統,沙一段含油氣系統