0 引言
乌马营位于黄骅坳陷南部的南皮斜坡，潜山原生油气藏是该区主要的勘探目标，油气来自上古生界（石炭系—二叠系）煤系烃源岩，且以二叠系下石盒子组和奥陶系峰峰组为主力油气层［1-5］。2019年，Y101X1井于古近系孔店组获工业规模的天然气产量（7.396×104 m3/d）［5］，这带来了天然气成藏层系的新突破，开辟了新的天然气勘探领域，而且气源对比表明，孔店组天然气也来自上古生界煤系烃源岩［5-6］，表现为“下生上储”成藏模式，形成了“古生新储”型气藏，这与潜山的“古生古储”型原生油气藏存在明显差别。但长期以来，乌马营地区相关研究和勘探焦点都集中在潜山原生油气藏［1-5， 7］，对孔店组气藏的成藏主控因素、富集规律等研究较少，使得目前对乌马营地区孔店组是否存在其他有利的天然气成藏目标并不清楚。此外，黄骅坳陷古近系天然气资源潜力的认识尚待深化，是否其他潜山也在古近系存在天然气藏？要解决这些问题，明确上古生界煤系烃源岩生成的天然气能否垂向运移到孔店组，以及如何运移到孔店组是关键。
已有研究发现，断层是乌马营地区天然气向孔店组垂向运移的通道［6］，但并非所有断层，以及断层的所有部位均能垂向输导天然气，同时，盖层的存在对天然气的垂向运移也有影响。目前该区相关研究多集中于对断层垂向输导天然气的定性描述，缺少盖层的控制作用分析，对天然气向孔店组运移特征和机制的认识还不清楚，制约着孔店组气藏的进一步勘探。另外，大量研究表明，在含油气盆地“下生上储”式生储盖组合中，断层和盖层对油气成藏都具有重要控制作用，油源断层（或输导断层）为油气垂向运移提供通道，且存在优势输导部位［8-10］，盖层控制油气分流和聚集层位［11］。近年来，学者进一步探索断盖配置对油气成藏的控制作用，并在断盖配置封闭性及油气成藏层位等方面取得进展［12-16］，但对于断盖配置封盖作用下油气沿断层运移的研究还较少，尤其是断盖配置对天然气运移的控制研究还较欠缺，这不利于对油气分布规律的认识。
因此，本文以黄骅坳陷乌马营地区孔店组气藏为例，探讨断盖配置如何控制上古生界煤系烃源岩生成的天然气向孔店组储层垂向运移，进一步明确运移特征及机制。通过对本文孔店组气藏天然气运移的解剖分析，有利于指导乌马营地区孔店组气藏的勘探，推动黄骅坳陷在古近系寻找新的勘探目标，实现增储上产，同时促进“下生上储”式生储盖组合中天然气垂向运移规律的认识。
1 区域地质背景
沧东凹陷纵向上形成多套生储盖组合，石炭系—二叠系的太原组和山西组是重要的煤系烃源岩层［2-3，22］，早期勘探证实煤系烃源岩生成的天然气在纵向上分布于奥陶系、二叠系和中生界［3-6］，随着Y101X1井于孔店组发现天然气，气源对比揭示孔店组天然气也来自煤系烃源岩［5-6］，孔店组成为新的天然气勘探层系。从生储盖组合方面看，乌马营地区孔店组气藏具有良好的勘探前景。首先，黄骅坳陷的煤系烃源岩处于成熟—高成熟阶段，生气规模较大，在平面上存在2个生烃中心，南部生烃中心为乌马营—王官屯地区，总生气量达12.6×1012 m3［图2（a）］［2-3］，而且研究区油气表现出早油晚气、晚期充注为主的2期充注特征，晚期充注主要发生在沙三段沉积晚期至馆陶组沉积晚期［图2（b）］［2， 22］，已有研究发现孔店组天然气在晚期充注时形成，断层是天然气垂向运移通道［6］，因此，乌马营地区具有充足的天然气保障。其次，虽然孔二段是沧东凹陷一套主力烃源岩层［23-24］，但在乌马营地区孔二段为三角洲沉积，是良好的储层，而沧东凹陷发育的孔二段烃源岩位于乌马营北部［25］。最后，孔一段顶部发育膏岩层和泥岩层，沙三段为厚的泥岩层，二者形成重要的区域性盖层［25］，为孔店组天然气成藏提供有利的遮挡条件。
综上所述，乌马营地区孔店组具有良好的储盖条件，但是在煤系烃源岩与孔店组储层之间存在多套盖层，如中生界盖层、孔三段盖层等［图1（b）］，在断层和盖层的综合影响下，上古生界（石炭系—二叠系）煤系烃源岩生成的天然气能否垂向运移到孔店组是能否在孔店组形成气藏的关键。
2 输导断层分布特征
乌马营地区发育大量断层，其延伸长度、断穿层位、活动时期等均存在差异，不是所有断层均能运移天然气，仅输导断层是烃源岩向上覆孔店组运移天然气的通道。因此，能否正确识别输导断层对孔店组气藏勘探具有重要意义。按输导断层（或称油源断层）的含义［8，10］，连通烃源岩和储层，且在烃源岩排烃期活动的断层是输导断层。前人研究表明，孔店组天然气来自上古生界煤系烃源岩，在沙三段沉积晚期至馆陶组沉积晚期发生排烃充注［2，6］［图2（b）］。因此，通过地震资料解释和断层活动性研究，在乌马营地区孔店组识别了2类输导断层：Ⅰ类输导断层是指直接连通上古生界烃源岩与孔店组储层，且在沙三段沉积晚期至馆陶组沉积晚期活动的断层，其输导天然气的能力较强，如F3与F4断裂；Ⅱ类输导断层是指未直接连通烃源岩，但连接Ⅰ类输导断层与孔店组储层，且在沙三段沉积晚期至馆陶组沉积晚期活动的断层，如F10断层［图3（a）］。而未连接烃源岩与孔店组储层，未连接Ⅰ类输导断层与孔店组储层，或虽连接烃源岩（或Ⅰ类输导断层）与储层，但在沙三段沉积晚期至馆陶组沉积晚期不活动的断层为非输导断层。按此方法，在乌马营地区孔店组共识别Ⅰ类输导断层7条，Ⅱ类输导断层5条［图3（b）］。
3 孔三段—中生界盖层分布特征
连井剖面揭示，孔三段顶部发育一套区域性盖层，但厚度较薄，主要为20~30 m，其中WT1井盖层最发育；中生界盖层主要发育于中下部，盖层比孔三段更发育（图4）。由于沉积条件的不同，以及剥蚀作用的影响，各井在孔三段和中生界的泥岩发育程度不同，盖层也存在较大差异，表现出泥岩越发育，其单套盖层厚度以及累计盖层厚度也越大的特征，例如，WT1井孔三段—中生界几乎完全由泥岩组成，盖层最发育，单套盖层厚度大于85 m，孔三段—中生界累计盖层厚度为276.9 m；WS1井砂岩较发育，单套盖层厚度都小于55 m，孔三段—中生界累计盖层厚度为152.9 m。另外，Y101X1井仅钻至孔三段，参考临近YG2井的盖层特征，推测Y101X1井孔三段—中生界盖层厚度约为160 m（图4）。此外，孔三段—中生界盖层厚度平面图显示，盖层厚度具有分区分带的特征：乌马营东部及北东方向的盖层厚度较大，大部分地区的盖层厚度大于160 m；而乌马营地区中部、西部和南部的盖层厚度较薄，除WT1井外，盖层厚度几乎都小于160 m（图5）。
图4 乌马营地区孔三段—中生界盖层连井剖面Fig.4 Profile of caprocks of the third member of Kongdian Formation-Mesozoic stratum in Wumaying area |
4 断盖配置对天然气向孔店组运移的控制
4.1 输导断层对天然气运移的控制作用
本文采用下限法，通过断层活动速率定量刻画断层优势输导通道，即将大于已发现气藏处最小断层活动速率的部位厘定为优势输导通道［8，29］。首先，利用地震资料求取乌马营地区各输导断层不同部位在孔店组内断距，然后采用最大断距相减法［30］，恢复其在沙三段—馆陶组沉积时期的古断距，再除以断层活动时间，得到输导断层不同部位在成藏期的活动速率，如F3断层在成藏期活动速率主要大于3 m/Ma，且西部和中部活动速率较东部大［图6（b）］。已钻遇孔店组气藏显示，Y101X1井所在F3断层的L1820测线处，断层在成藏期活动速率约为3.6 m/Ma（L1810与L1830测线处的平均值）［图6（b）］；W13井所在F8断层的L2200测线处，在成藏期活动速率为4.2 m/Ma［图6（c）］。按照下限法，乌马营地区断层在成藏期活动速率大于3.6 m/Ma的部位为优势输导通道，并据此标准刻画出天然气沿输导断层垂向运移的优势输导通道［图6（a）］。从已有油气分布看，优势输导通道对孔店组天然气运移的控制明显，如W13井和GD5井均位于F8输导断层附近，其中W13井位于断层优势输导通道范围内，于孔店组形成气藏；而非优势输导通道范围内的GD5井，未能在孔店组形成气藏［图6（a）］。因此，输导断层为天然气向孔店组垂向运移提供通道，且天然气优先沿输导断层的优势输导通道运移。
4.2 断盖配置对天然气运移的控制作用
4.2.1 断盖配置垂向封闭性控制天然气运聚层位
利用钻井和地震资料统计乌马营地区各输导断层在孔三段—中生界泥岩盖层内的断距，以及对应部位的泥岩盖层厚度，将盖层厚度减去断距，求得输导断层不同部位的盖层断接厚度。在此基础上，统计输导断层附近已钻井的盖层断接厚度和盖层上下油气显示特征，将其断接厚度从小到大排列（图8）。由图8可知，当盖层断接厚度小于34 m时，孔店组（孔一段、孔二段）有天然气藏形成，当盖层断接厚度大于59 m时，孔店组不再有天然气聚集。因此，34~59 m是孔三段—中生界盖层垂向封闭天然气继续向上运移的最小盖层断接厚度下限，认为盖层断接厚度小于34 m时，孔三段—中生界盖层垂向渗漏，天然气可继续向孔店组运移。据此标准，图9中橙色柱子表示盖层断接厚度小于34 m，是断盖配置垂向渗漏部位，绿色柱子表示盖层断接厚度大于34 m，是断盖配置垂向封闭部位，由图可知，乌马营地区12条输导断层不同部位断盖配置的封闭性差异较大，其中F4、F6、F9和F10断层处的盖层几乎都封闭，其余输导断层处盖层渗漏部位较多。从油气分布看，断盖配置渗漏部位，天然气可运移到孔店组形成气藏，如W13井，而断盖配置封闭部位，天然气聚集于盖层之下，形成潜山气藏，如WS1井和WT1井（图8）。因此，断盖配置的垂向封闭性控制天然气运聚层位。
图8 乌马营地区孔三段—中生界盖层断接厚度封天然气下限Fig.8 Lower limit of faulted-contact thickness of the third member of Kongdian Formation-Mesozoic stratum caprock sealing natural gas in Wumaying area |
4.2.2 断层输导与断盖配置封闭性综合控制天然气向孔店组供给部位
从上文分析可知，断层输导条件和断盖配置封闭条件都控制天然气向孔店组运移，但并非断层优势输导通道或断盖配置垂向渗漏部位附近就有天然气供给，如GD9井位于优势输导通道附近，但仅在孔店组钻遇油藏（图9）。结合孔店组已发现的天然气分布，认为天然气能否向孔店组运移，首先取决于断层的输导条件，当断层不发育优势输导通道时，天然气较难向孔店组运移，而是于古生界地层内形成潜山气藏；其次，当断层发育优势输导通道时，天然气向孔店组的运移受断层输导和断盖配置封闭性的综合控制，二者表现为2种模式：①断层优势输导通道与断盖配置垂向渗漏部位耦合，该模式下，天然气能垂向运移到孔店组。以过Y101X1井油藏剖面为例，该井位于输导断层F3的上盘，天然气在沿优势输导通道从煤系烃源岩向孔店组运移过程中，一部分天然气于石炭系—二叠系聚集形成潜山气藏，同时由于孔三段—中生界盖层垂向渗漏，天然气穿过盖层继续运移到孔店组，在孔一段顶部盖层和沙三段盖层封挡下，天然气得以在Y101X1井所在的圈闭处聚集成藏（图10）；②断层优势输导通道与断盖配置垂向封闭部位耦合，该模式下，由于盖层的封挡，天然气难以继续向孔店组运移。以过WT1井油藏剖面为例，该井于孔三段发育巨厚的泥岩盖层，盖层断接厚度达136 m，虽然该井位于F10与F4两条输导断层形成的断块区，但天然气难以穿过盖层向孔店组运移，而是在盖层之下的石炭系—二叠系内聚集形成潜山气藏（图10）。
因此，断层优势输导通道与孔三段—中生界盖层断盖配置垂向渗漏区的重叠部位，是上古生界煤系烃源岩生成的天然气向孔店组运移的有利部位。研究表明，在断盖配置综合控制下，乌马营地区12条输导断层存在11处天然气向孔店组运移的有利部位，如F1断层的中部、F2断层北部、F8断层的西部等，在这些天然气供给有利部位附近有利于形成天然气藏，如Y101X1井、W13井；而F9、F4、F10和F6断层几乎不存在向孔店组供气的有利部位（图9）。此外，在确定天然气向孔店组运移有利部位基础上，配合其他成藏条件分析，可进一步确定孔店组勘探有利目标，例如，W7井和Y101X1井都位于F3断层附近，Y101X1井其他成藏条件有利，聚集形成了天然气藏，但W7井所在地层位于断层下盘，且倾向与断层倾向相反，运移到孔店组的天然气难以侧向分流进入该井所在部位，未见气藏，只聚集了来自乌马营北部孔二段烃源岩生成的石油（图10）。
5 断盖配置控天然气垂向运移机制探讨
通过分析乌马营地区孔店组天然气的运移可以发现，对于“下生上储”式生储盖组合，尤其是烃源岩与储层之间存在一套或多套盖层的情况下，天然气沿断层的垂向运移受到断层的输导条件和断盖配置的垂向封闭性的综合控制：首先，输导断层为天然气垂向运移提供通道，断层活动速率大的部位垂向渗透性好，是天然气沿断层运移的优势通道；相反，无输导断层或非优势输导通道的部位，天然气难以沿断层垂向运移。其次，断盖配置的垂向封闭性控制垂向的供气层位，只有断盖配置垂向渗漏时，天然气才能穿过盖层向上运移，否则于盖层之下发生天然气的聚集。最后，在断盖配置综合控制下，断层优势输导通道与断盖配置渗漏部位耦合时才有利于天然气垂向运移，且耦合部位为断盖配置控运有利部位（图11）。此认识在考虑断层输导条件的基础上，进一步分析了断盖配置垂向封闭性对天然气运移的影响，并综合考虑断层输导条件与断盖配置垂向封闭条件的耦合，更全面地解剖天然气沿断层的垂向运移机制，有利于解决天然气能否垂向运移以及如何运移的问题。另外，受乌马营地区孔店组钻遇气井较少的实际情况限制，此次研究对不同断盖配置组合模式下天然气运移的解剖不够充分，在之后的研究中将结合更多的实例进行分析。
6 结论
（1）输导断层为天然气向孔店组运移提供通道，渤海湾盆地黄骅坳陷乌马营地区孔店组发育7条Ⅰ类输导断层和5条Ⅱ类输导断层，这些断层在成藏期活动速率大于3.6 m/Ma的部位是天然气垂向优势输导通道。
（2）断盖配置垂向封闭性控制天然气运聚层位，孔三段—中生界盖层的断接厚度小于34 m范围，断盖配置垂向渗漏，有利于天然气穿过盖层向孔店组运移，而断盖配置垂向封闭区，容易于盖层之下形成潜山气藏。
（3）断层输导与断盖配置封闭性共同控制天然气向孔店组的供给部位。存在断层优势输导通道情况下，断层输导与断盖配置封闭性具有2种耦合模式：①断层优势输导通道与断盖配置垂向渗漏部位耦合，二者的重叠部位是上古生界天然气向孔店组运移的有利部位；②断层优势输导通道与断盖配置垂向封闭部位耦合，该模式下天然气难以运移到孔店组，而是于古生界地层内形成潜山气藏。
甘公网安备 62010202000678号
