摘 要

摘　要：“源控論”是指導中國陸相沉積地區(qū)油氣勘探的重要理論，但過去的研究在源控油氣作用的定量表征和成藏體系的定量評價方面還不夠深入，完善源控油氣成藏概率定量

摘　要：“源控論”是指導中國陸相沉積地區(qū)油氣勘探的重要理論，但過去的研究在源控油氣作用的定量表征和成藏體系的定量評價方面還不夠深入，完善源控油氣成藏概率定量預測模型、研究成藏體系的定量評價仍具有現(xiàn)實意義。為此，以渤海灣盆地南堡凹陷為例，結合門限控烴和成藏體系理論，利用地質(zhì)統(tǒng)計、模擬計算等方法分析了該區(qū)源控油氣作用，劃分了成藏體系并主要評價了該區(qū)的天然氣資源潛力，進而預測了有利勘探區(qū)帶。結果表明：①該區(qū)源控油氣作用主要表現(xiàn)在有效烴源巖控制著油氣的主要成藏期次和分布范圍；②南堡凹陷可劃分為5個成藏體系，其中南堡Ⅲ號成藏體系天然氣資源量最為豐富，預測天然氣資源量為4271.46×l0⁸m³，最大氣藏規(guī)模為381.66×10⁸m³，氣藏個數(shù)為476個。根據(jù)改進的油氣成藏概率定量預測模型，將油氣成藏概率大于70％作為該區(qū)有利勘探區(qū)帶預測的標準，南堡凹陷最有利勘探區(qū)帶主要有南堡Ⅱ、Ⅲ號油氣成藏體系，并且上述2個成藏體系具備隱蔽油氣藏和非常規(guī)氣藏勘探潛力，值得重視。

關鍵詞：渤海灣盆地  南堡凹陷  源控油氣作用  有效烴源巖  成藏體系  定量預測模型  資源潛力  有利勘探區(qū)帶

Control of source rocks on hydrocarbon accumulation and assessment of gas pools in the Nanpu Sag，Bohai Bay Basin

Abstract：“Source control theory”is lhe lnajor theory that guides petroleum exploration in continental sedimentary basins in China．However,the previous studies were not deep enough in respects of quantitative description of control of source rocks on hyd rocarbon accunlulation and quantitative evaluation of hydrocarbon accumulation system．Therefore，it is of great significance to the improvement of quantitative probability prediction model and to the quantitative evaluation of hydrocarbon accumulation system．Taking the Nanpu sag in the Bohai Bay Basin as an example，geostalistics and simulation in combination with the concept of a hydrocarbon distribution threshokl and the theory of hydrocarbon accumulation system were used to analyze the control of source rocks on hydrocarbon accumuIation，to divide hydrocarbon accumulation systems．to evaluate their gas potentials，and to predict play fairways．The effective source rocks control the nlajor hydrocarbon accumulation periods and their distribution．The Napu Sag can be divided into 5 hyrdrocarbon accumulation systems，of which Nanpu-Ⅲ has the highest gas potential，with the estimated OGIP of 427.146 bcm，the largest OGIP of a single reservoir of 38.166 bcm，and the gas reservoir number of 476．According to the improved quantitative probability prediction model of hydrocarbon accumulation．the hydrocarbon accumulation probability of over 70％is taken as the criterion for the prediction of play fairways．Prediction with the criterion shows that the Napu-Ⅱ and-Ⅲ systems have the highest exploration potential in the Nanpu Sag and they are also highly potential in respects of subtle reservoirs and unconventional reservoirs．

Keywords：control of source rock on hydrocarbon accumulation，effective source rocks，hydrocarbon accumulation system，quantitative prediction model，resources potential，play fairway，Nanpu Sag．Bohai Bay Basin

“源控論”強調(diào)“油氣田環(huán)繞生油氣中心分布，并受生油氣區(qū)的嚴格控制，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者的認同，前期源控油氣作用主要以定性研究為主，強調(diào)了生烴強度和距烴源巖中心距離的影響^[4-7]。

基于物質(zhì)平衡原理的門限控烴理論的提出^[8-10]，很好地發(fā)展了源控油氣作用的思想，為定量預測油氣資源和分布規(guī)律奠定了基礎。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測提供了新的研究對象和方法，有的學者已進行了相應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價上存在著不夠深入的問題。因此加強源控油氣作用研究，完善定量預測模型，深入研究成藏體系的定量評價仍具有重要意義。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價了資源潛力，進而預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，整個凹陷面積為l932km^2[16-17]。構造單元分別為陸上的北堡構造、老爺廟構造及高尚堡—柳贊構造、灘海的南堡1～5號構造(圖1)。南堡凹陷是在華北地臺的基底上發(fā)育起來的1個東斷西超、北斷南超的復合箕狀凹陷，也是渤海灣盆地內(nèi)部典型的富生烴凹陷之一。

 

大量的地球化學研究表明，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％，有機質(zhì)類型以偏腐泥混合型和偏腐殖混合型有機質(zhì)為主，并含有大量的腐泥型有機質(zhì)，鏡質(zhì)體反射率(R。，)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％；有機質(zhì)類型以偏腐泥混合型和偏腐殖混合型有機質(zhì)為主，R。介于0.49％～l.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％；有機質(zhì)類型也以偏腐泥混合型和偏腐殖混合型有機質(zhì)為主，R。為0.50％～l.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，其分布范圍、排烴時間、排烴強度和排烴量控制油氣成藏

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，主要成藏時期對應于或者稍晚于烴源巖的大規(guī)模排烴時期。

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)模排烴的時間較早，在沙河街組沉積期就發(fā)牛一定規(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)模排烴的時間較晚，其大規(guī)模排烴的時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果一致。南堡凹陷發(fā)生油氣充滓過程的時間跨度大，從東營組沉積時期至第四系沉積時期均有油氣成藏^[20]。

 

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)在排烴強度和排烴距離2個方面。

2．2．1排烴強度

近年來，部分研究者開始關注于排烴強度對油氣的控制，如隋風貴等學者對東營凹陷砂礫巖扇體的研究表明，排烴強度大于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)油氣儲量的統(tǒng)計表明，油氣儲量越大的地區(qū)其烴源巖的排烴強度也越大，排烴強度與油氣儲量基本上呈正相關關系。

該區(qū)最大的次凹為林雀次凹，其累積排烴強度超過750×10⁴t/km²，主要向其周邊的老爺廟構造、北堡構造、南堡1號構造及南堡2號構造供烴，而該4個構造已發(fā)現(xiàn)的油氣儲量達到6.65×10⁸t(表1)。而拾場次凹和柳南次凹向其周邊的高尚堡  柳贊構造供烴，拾場次凹的累積排烴強度不超過250×l0⁴t／km²，柳南次凹的累積排烴強度不超過350×10⁴t／km²，高尚堡—柳贊構造已發(fā)現(xiàn)的油氣儲量只有2.35×10⁸t。由此可見，高尚堡柳贊構造盡管受到2個次級凹陷的供烴，但由于這2個次凹的排烴強度均較弱，最終導致該區(qū)聚集的油氣較其他構造少。

 

2．2．2排烴距離

許多學者研究表明，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)的油氣藏多為構造類油氣藏，這些油氣藏的分布格局受到次級生烴凹陷的控制，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個構造油氣藏排烴距離的統(tǒng)計表明(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～l0km范圍內(nèi)最多，達201個。當橫向排烴距離超過10km，油氣藏的個數(shù)隨排烴距離的增加旱減小的趨勢。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，導致運移至儲層的烴類逐漸較少，由此削弱了烴源巖的供烴效率。另外，統(tǒng)計規(guī)律還表明，縱向排烴距離亦和油氣藏個數(shù)具有類似的規(guī)律(圖3-b)，油氣藏主要集巾在小于4km的范圍。

 

3　油氣成藏體系及有利勘探區(qū)帶預測

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、輸導體和圈閉以及這些元素之間有效的配置結果^[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日標更緊密結合。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烴源巖和主要油氣運聚區(qū)兼顧；②1個具有統(tǒng)一油氣水界面的油氣藏只能屬于1個成藏體系；③對于多套烴源巖、多期成藏的多旋凹盆地，首先根據(jù)構造層、高壓封閉層等劃分成藏旋同(生儲蓋含油氣組合)，然后再在平面上劃分成臧體系^[11]。油氣成藏體系的劃分主要應用分割槽法或流體勢法^[7，24]，將運載層頂面(蓋層底面)的流體勢場分成幾個油氣運移方向和聚集區(qū)，每1個運移方向所包含的生油巖及其上方的圈閉組合就構成了1個油氣成藏體系。利用該劃分方法，并結合該區(qū)油(氣)源對比分析的結果，南俸凹陷町劃分為5個油氣成藏體系(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

近年來在南堡凹陷占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，但對天然氣的資源最還認識不清。因此筆者主要評價了符成藏體系的天然氣資源量。依據(jù)天然氣成藏過程中，不同損耗烴量的計算模型^{3[7，25-31]}，結合研究區(qū)的地質(zhì)條件，獲得了研究區(qū)的烴源巖殘留氣量、儲層滯留氣量、水溶流失氣量以及蓋前排失氣量，并由此計算了南堡凹陷各油氣成藏體系的天然氣資源囂(表3)。從天然氣資源量的對比情況看，南堡Ⅲ、Ⅴ號成藏體系的天然氣資源量最大，南堡Ⅱ號成藏體系的天然氣資源量次之，南堡Ⅰ、Ⅳ號成藏體系的天然氣資源懿相對較小，總天然氣資源量超過10000×10⁸m³。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。

 

3．3　各成藏體系最太氣藏規(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3000×10⁸m³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)計規(guī)律，龐雄奇等學者建立了兩者之間的對應關系模型^[7]，以此來預測油氣成藏體系內(nèi)部的最大氣藏規(guī)模。研究結果表明：南堡Ⅰ號油氣成藏體系的天然氣資源極少，其預測最大氣藏規(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號和南堡Ⅳ號油氣成藏體系具有形成中型氣田的能力，而南堡Ⅲ號和南堡Ⅴ號油氣成藏體系具有形成大型氣田的能力，其中，南堡Ⅲ號成藏體系的資源量大，最大氣減規(guī)模超過380×10⁸m³(表3)。

3．4　各成藏體系氣藏個數(shù)

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

 

式中Q1為序號為1的氣藏的儲量規(guī)模，也即最大氣藏規(guī)模，l0⁸m³；Qn為序號為挖的氣藏的儲量規(guī)模，10⁸m³；K為氣藏規(guī)模的變化率，也即在雙對數(shù)坐標上的斜率，無量綱；n為氣藏規(guī)模序列號。

K值的大小關系到所預測氣藏的個數(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)油氣藏的儲量和規(guī)模數(shù)據(jù)來進行擬合，因此所需要的油氣藏數(shù)據(jù)較多。而南堡凹陷已發(fā)現(xiàn)的油氣藏個數(shù)總體并不太多，尤其氣藏個數(shù)更少，因此，有必要對K值的求取方法進行改進。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態(tài)評價的認識，將l5×10⁴t油氣當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)，以儲量規(guī)模最大的油(氣)藏為第l序號油氣藏，取任意K值進行擬合，K值的最終確定需要滿足以下2個條件：①使得最大序號油(氣)藏的儲量接近l5×10⁴t；②所有油氣藏的儲量之和接近成藏體系的油氣資源總量。由此擬合得到K值和油氣藏個數(shù)，表4為南堡凹陷各成藏體系氣藏個數(shù)與K值擬合結果，其中南堡Ⅲ號成藏體系氣藏的個數(shù)最多，為476個。

 

3．5　有利勘探區(qū)帶預測

南堡凹陷已發(fā)現(xiàn)的油氣藏多為構造油氣藏，油氣主要分布于南堡I、南堡Ⅱ號和南堡Ⅲ號油氣成藏體系的構造高部位，且探明率較高。從地質(zhì)條件上看，南堡凹陷呈多凸多凹、凹隆相間的構造格局，在斷裂、褶皺及不整合綜合作用的構造背景下，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，進行有利區(qū)帶的預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)學表征模型^[14]，但主要是基于構造油氣藏的分布規(guī)律統(tǒng)計所得，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牛排烴中心部位，利用該模型深入預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，這也已被部分學者所證實^[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，油氣成藏概率變小(圖4)。

 

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

Fe＝0.41exp(0.024qe)-0.3396ln(l／L)     (2)

式中Fe為油氣的成藏概率；qe為烴源巖排烴中心的排烴強度，10⁶t／km²；l／L為油氣藏距烴源榭排烴中心的標準化距離，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)由多個生烴次凹供烴，此時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。在實際操作過程中，可以對不同次凹各自的成藏概率進行加權處理，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

基于改進的油氣成藏概率的定量表征模型，對南堡凹陷不同構造部位的油氣成藏概率進行了理論計算。計算結果表明，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?span lang="EN-US">70％作為南堡凹陷有利勘探區(qū)帶預測的標準，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號和南堡Ⅲ號油氣成藏體系的分布范圍最廣；其次為南堡Ⅰ號和南堡Ⅳ號油氣成藏體系；南堡V號成藏體系的分布范圍相對較小。南堡Ⅰ號油氣成藏體系中，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)帶的預測范圍內(nèi)；南堡Ⅱ號和南堡Ⅲ號油氣成藏體系中，現(xiàn)今已發(fā)現(xiàn)的油氣藏基本上位于有利勘探區(qū)帶預測范圍的外圍部位，這些部位基本上屬于構造高部位，而被這些構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)主要包挺括了南堡凹陷最大的次凹——林雀次凹。林雀次凹臣厚的泥(頁)巖中發(fā)育火量的濁積砂體，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Ⅳ號和南堡V號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柑利區(qū)(圖5)。因此，南饅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號和南堡V號油氣成藏體系。

 

4　結論

1)源控油氣主要表現(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，油氣儲量與排烴強度基本上呈正相關關系，而油氣藏個數(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數(shù)南堡凹陷有利勘先增大后減小的趨勢。

2)成藏體系能與勘探目標更緊密結合，劃分了南堡凹陷成藏體系并預測了其各自的天然氣資源量、最大氣藏規(guī)模和氣藏個數(shù)。南堡凹陷可劃分為5個成藏體系，其中南堡Ⅲ號成藏體系天然氣資源最為豐富，預測天然氣資源量達4271.46×10⁸m³，最大氣藏規(guī)模為381.66×10⁸m³，氣藏個數(shù)為476個；而南堡工號成藏體系天然氣資源量最小。

3)根據(jù)改進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)帶預測的標準。有利勘探區(qū)帶在南堡Ⅱ號和南堡Ⅲ號油氣成藏體系的分布范圍最廣，其次為南堡工號和南堡Ⅳ號油氣成藏體系，南堡V號成藏體系的分布范圍相對較小；其中南堡Ⅱ號和南堡Ⅲ號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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本文作者：龐雄奇  霍志鵬  范泊江　董月霞  姜濤

作者單位：中國石油大學(北京)油氣資源與探測囝家熏點實驗室

  中國石油大學(北京)盆地與油藏研究中心

  陜西延長石油(集團)有限責任公司研究院

  中國石油冀東油田公司