板桥凹陷深层天然气成藏机理分析

刘萍，马建英 （中石油大港油田分公司勘探开发研究院，天津300280）

罗涛 （中石油大港油田分公司原油运销公司，天津300280）

任仕超，王昌丽，白晶 （中石油大港油田分公司勘探开发研究院，天津300280）

通过对板桥凹陷油气富集规律分析，发现纵向上，沙三段上部 （）以油藏为主，中下部（）为气藏，出现 “上油下气”的油气倒置分布的特征。笔者主要针对板桥次凹成藏研究存在的复杂问题，展开成藏机理分析。明确油气来源，确定油气充注时期，建立源储关系及输导体系，总结成藏模式，指导该区的评价。

1 勘探现状及天然气分布特征

板桥凹陷北起塘沽－长芦潜山，南至沈青庄，西自沧东断裂，东至滨海断裂系，勘探面积700km2。整体上板桥次凹形态呈长条状，与沧东断裂平行，凹陷以北为陡坡，以南为凹陷向正向构造单元过渡的大型斜坡构造，砂体与斜坡背景相配置，形成了多种类型的岩性油气藏。截止目前累计探明石油储量4066×104t，天然气储量218．08×108m3，依据第3次资源评价结果，板桥次凹计算天然气总资源量为1038．8×108m3，已探明储量仅占21．06%，由此可见，该区深层还蕴藏着丰富的天然气资源。

板桥次凹整体上被沧东断层与大张坨断层所夹持，依附于大张坨断层下降盘的大型鼻状构造，东西向以增福台浅鞍相隔，西侧为沈青庄构造，东侧为大张坨断鼻构造，并沿断层伸向歧口主凹，完整的构造背景利于天然气成藏。

从宏观沉积环境来看，研究区发育以小站物源为主的扇三角洲砂体，C5井钻遇扇三角洲根部，砂层厚度达80m，主体A3井仅揭开Es3顶部，就见到35m厚油层，并且发育裂缝、粒间、粒内等多种孔隙类型，孔隙度达13%～16%。位于三角洲前缘的C1井，砂层变薄，岩性变细，颗粒之间充填大量泥质。板桥次凹主体北侧为长芦油田，南侧为板南含油气构造，均发育大套厚油层，油层厚度达20～40m，产量10～30t，那么该区则位于2大含油区之间，沉积相带有利，进一步证实了深层具有一定勘探潜力。

2 气源岩特征及评价

2．1 有机质类型

根据干酪根H／C和O／C原子比的统计，板桥次凹烃源岩干酪根主要以Ⅱ－Ⅲ型为主，Es3热解资料统计看出，Es13烃源岩干酪根以Ⅱ1－Ⅱ2型，偏腐泥型为主；而Es23、Es33烃源岩干酪根以Ⅱ2－Ⅲ型为主，偏腐殖型，有利于天然气藏的形成 （图1）。

2．2 有机质丰度及演化程度

通过对板桥次凹暗色泥岩有机碳质量分数w（TOC）数据统计分析表明［1］，板桥凹陷沙一段 （Es1）w （TOC）主要 集 中 在 0．5% ～1．5%，平 均 为 0．9%；氯仿沥青 “A”质量分数大于0．1%仅占13%。沙二段 （Es2）w （TOC）偏低，平均为0．75%，主要集中分布在0．5%～1．0%区域；氯仿沥青“A”质量分数大于0．1%占44%；Es3烃源岩w（TOC）平均值为1．15%， 大 于 1．0% 的样品达54%；氯仿沥青 “A”质量分数大于0．1%达到58%。综合认为，Es3烃源岩为板桥主力烃源层，而Es1、Es2具备了生烃能力的良好烃源层。

在有机质丰度和类型确定之后，有机质成熟度就成为烃源岩能否生成大量石油或天然气的关键［2］。从分析情况来看，研究区烃源岩埋深在3000m左右，镜质体反射率Ro达到0．5%，烃源岩开始进入生烃门限；当埋深近4000m时，Ro超过0．7%，源岩进入成熟阶段，达到生油高峰期；在深度大于4800m时，烃源岩进入高成熟阶段，有机质进入热裂解生湿气阶段，并伴生凝析油；埋深超过5500m时，Ro大于2．0%，有机质演化进入过成熟阶段，开始高温生成干气。

图1 干酪根母质类型评价

3 油气来源与成藏期次分析

3．1 油气来源

1）原油类型划分及油－源对比 该区天然气主要为油溶气 （原油伴生气），油溶气遍布各个含油层位。为了确切了解油气来源，必须进行油－油、油－岩对比，确定它们之间的亲缘关系。综合运用板桥地区原油生物标志物特征，将该区原油划分为2大类——低成熟型 （B1）、成熟型 （B2），其中B1类原油Pr／Ph值一般大于1．5；一般Ts丰度低于Tm；伽马蜡烷含量较低；规则甾烷呈 “L”形；C29规则甾烷的异构化指数低。说明其对应源岩沉积时的环境偏氧化，水体较淡，原油成熟度较B2类原油低。B2类原油Pr／Ph值一般大于1．5；一般Ts丰度高于Tm；伽马蜡烷含量较低；规则甾烷呈 “L”形；C29规则甾烷的异构化指数高，原油成熟度较B1类原油高 （图2）。B1、B2类原油生标参数差异较小，二者仅在成熟度上差异明显，B1类原油C29甾烷ααα－20S／（20S＋20R）小于0．4，B2类原油该值大于0．4，表明二者同源不同期。

图2 原油类型划分及油－源对比

从坐标特征来看，B1、B2类原油的生标特征和Es3源岩的生标特征相似，与沙一下亚段 （EsL1）的源岩差别很大，应该来自于Es3源岩 （图2），B2类原油的成熟度比B1类原油的高，说明B1类原油是Es3源岩早期生成的原油，在构造演化过程中沿着断层向上运移在上覆地层中成藏；而B2类原油生成时间比B1原油晚，为Es3晚期所生。

2）天然气成因类型及气－源对比 利用碳同位素与气源岩成熟度关系对比 （表1），进行气源对比。依据戴金星、国建英等不同类型天然气回归方程计算相应烃源岩的Ro值。油型气：δ13C1＝15．8×lgRo－42．2；混合气和煤型气：δ13C1＝18．009×lgRo－44．36。

通过计算结果表明：板桥凹陷混合型气、油型气Ro值为0．68%～1．22%，较板桥凹陷Es1烃源岩成熟度稍高，与板桥凹陷Es3源岩Ro相近，为成熟阶段原油伴生气 （图3）。

表1 板桥次凹天然气成因类型划分

图3 实测烃源岩Ro与计算Ro比较

3．2 天然气充注期次

A7井为板桥次凹钻遇Es33的唯一重要的深探井，通过对A7井Es33细砂岩储层样品，进行包裹体的测温实验［3～5］，流体包裹体的均一温度主要分布在115～155℃，大部分在125～155℃之间。均一温度的分布主要有2个峰值区，一个是130～135℃，另一个是145～155℃，说明油气流体具有2期充注的特征。根据已测定的流体包裹体数据，结合沉积埋藏史、热史资料，初步认为油气充注有2期：第1期是沙河街组－东营组 （Es1－Ed）沉积时期，对应的流体包裹体均一温度为125～140℃；第2期为明化镇组 （Nm）沉积时期至现今，对应的流体包裹体均一温度为145～155℃ （图4）。

图4 A7井埋藏史与热史模拟

从A7井的压力演化可以看出，存在2个超压区域，一是Es3地层在Es1－Ed沉积末期出现超压。二是深层Es3和Es2在Nm开始沉积时期，产生超压，压力系数较大。超压的形成推测与烃源岩生烃导致的流体热增压有关，2期超压分别对应2次生排烃过程，其中Nm沉积初期产生的超压对应着生排烃高峰期。

图5 板桥次凹成藏模式

3．3 成藏模式

综合利用相关资料，建立近源－断裂输导－多期充注成藏模式［6，7］。Es1－Ed沉积时期Es3烃源岩开始排烃，导致的流体热增压，此时大张坨及板桥断裂活动较强，在超压动力下沿断裂垂向运移至Es1、Ed成藏只在自身形成小规模油气聚集；Nm沉积时期，该区接受沉积并快速埋深，Es3烃源岩在主凹带进入生气门限，生成大量油气导致地层普遍出现超压，此时大张坨、板桥断裂不活动，存在流体压力封存系统，促使天然气进入岩性砂体内，形成晚期的天然气藏，早期形成岩性油藏发生气侵，形成凝析气藏。

4 天然气成藏主控因素及有利区带优选

在建立板桥凹陷成藏模式基础上，总结出了该区油气富集三大主控因素［8］：近源、优相、超压。①近源：靠近烃源岩生烃中心，Ro大于1．2%烃源岩进入高成熟演化阶段，开始大量生气，天然气短距离运移就近成藏。②优相：有利的沉积相带控制着储层的物性。③超压：油气运聚动力，同时Es3的超压形成流体封存箱。而板桥次凹Es3烃源岩演化程度高，具有超压特点，发育扇三角洲大型砂体，叠合3种控制因素，因此板桥凹陷Es3可作为勘探有利区带。

结合油气富集主控因素分析，证实板桥次凹深层还蕴藏着丰富天然气资源，通过地震剖面砂体识别，明确了受控于小站物源，3支砂体带相互叠置，东部主砂体带分布稳定，面积大。沿板桥次凹长轴方向地震剖面表现出，Es2＋33内幕反射西部沈青庄向凹陷区逐渐呈楔形收敛特征，在板桥东翼沿沧东断层发育多个具有丘状反射外形的异常体，相位不连续，为低频强振幅特征，优选板桥凹陷东部主砂体区为首选目标。

5 结 论

1）母质类型好，Es2＋33以腐植型有机质为主，对天然气的形成有利，并且Es3烃源岩有机质丰度高，演化程度高，资源丰富。

2）该区油气主要来自Es3烃源岩，分2期充注，早期以低熟油为主，在中浅层富集成藏，晚期以成熟－高熟天然气为主，在深层岩性圈闭聚集成藏。

3）建立近源－断裂疏导－多期充注成藏模式，为深层天然气勘探提供部署依据。

4）叠合近源、优相、超压3种控制因素，优选板桥凹陷Es2＋33深层天然气作为勘探有利区带。

［1］朱光有，金强，戴金星，等 ．复合生烃系统——陆相断陷盆地烃源岩评价和油气预测的重要概念 ［J］．地质科学，2005，40（1）：133～144．

［2］陈斌，邹华耀，于水，等 ．渤中凹陷油气晚期快速成藏机理研究——以黄河口凹陷BZ34断裂带为例 ［J］．石油天然气学报 （江汉石油学院学报），2005，27 （6）：821～824．

［3］郝芳等 ．超压盆地生烃作用动力学与油气成藏机理 ［M］．北京：科学出版社，2005．19～36．

［4］张柏桥 ．盆地中心天然气系统成藏机理 ［J］．石油天然气学报 （江汉石油学院学报），2006，28（4）：6～11．

［5］刘超英，闫相宾，徐旭辉，等 ．应用流体包裹体研究惠民凹陷南斜坡油气充注史 ［J］．石油与天然气地质，2008，29（4）：508～512．

［6］陈恭洋，王湘平，王铁冠，等 ．板桥凹陷低熟烃源岩的压实特征与油气初次运移 ［J］．江汉石油学院学报，1999，21（1）：5～8．

［7］邹华耀，陆建峰 ．断层——低熟油烃源岩排油的控制因素 ［J］．江汉石油学院学报，1998，20（2）：33～37．

［8］李军，李凤霞，周立英，等 ．板桥凹陷带油环凝析气藏类型和成藏条件分析 ［J］．天然气地球科学，2003，14（4）：271～27．