成熟探区“勘探层单元”研究及其在渤海湾盆地东营凹陷的应用

随着油气勘探开发的不断深入，目前中国不少勘探区已逐步成为成熟探区，如松辽盆地和渤海湾盆地各探区、准噶尔盆地西北缘、酒泉盆地酒西坳陷、四川盆地川中地区等

随着油气勘探开发的不断深入，目前中国不少勘探区已逐步成为成熟探区，如松辽盆地和渤海湾盆地各探区、准噶尔盆地西北缘、酒泉盆地酒西坳陷、四川盆地川中地区等［1］。其中渤海湾盆地经历了60年的勘探取得了巨大勘探成效，建成了中国最大的油区，形成了辽河、黄骅、冀中、济阳、临清和渤中6个含油气坳陷［2］。在几十年的勘探历程中，油气勘探对象由含油气盆地、含油气系统、油气聚集带、油气田到油气藏，勘探单元的划分由大到小、不断细化；研究对象由个体解剖到整体有序和常规-非常规兼顾；成藏要素研究由简到繁到多元耦合［3-5］。在油气勘探实践中，形成了特色的中国陆相油气成藏理论，可以概括为“源控论”［6-7］、“带控论”［8-9］、“相控论”［10-11］、“满凹含油论”［12］等，其中带控论的代表是“复式油气聚集带理论”［2，5，13-14］、“隐蔽油气藏聚集理论”［15-17］、“洼槽聚油理论”［18］、“斜坡区油气聚集理论”等［19-21］。按国际通行标准，探井密度0.1～0.5口/km2为勘探成熟区［22-23］。渤海湾盆地各探区目前已经整体达到高勘探程度，如济阳坳陷平均探井密度为0.23口/km2，部分地区超过了0.5口/km2，探明程度为51.9 %。发现油气藏的规模越来越小，油气藏的埋深越来越大，探明储量品质不断下降，但成熟探区仍然是中国在今后相当长时间内探明储量增长和油气生产的主要领域［24-25］。针对成熟探区，在精细勘探阶段，明确下步剩余资源潜力、优选勘探方向、落实勘探目标，是一个贯穿始终、持续思考的课题。对东部断陷盆地这样的成熟探区，目前勘探的关键是如何借助于几十年积累形成的有关油气成因模式、成藏模式和油气分布规律的认识，对现有资料重新评价，开展精细勘探，获得新认识，指导勘探部署。立足渤海湾盆地济阳坳陷东营凹陷勘探实践，作者研究了符合当前地质规律认识与勘探精细程度的成藏-地质评价方法，首先提出“勘探层单元”概念［26］，开展基于“勘探单层元”的剩余资源的精细劈分、成藏模式研究和勘探目标的效益评价，明确东营凹陷勘探领域和高效“勘探单层元”，并在济阳坳陷的推广应用中取得了良好勘探成效。

1 “勘探层单元”内涵

1.1 勘探单元类型

最早的油气勘探单元是背斜，Hunt（1861）和White（1885）先后提出了背斜油气成藏理论，是油气勘探理论的开端［27-28］。随着勘探范围的扩大和勘探技术的进步，油气勘探研究的对象更为复杂，岩性油气藏、地层油气藏、非常规油气藏逐渐成为油气勘探的目标，但这些都是以圈闭和油气藏为目标的具体勘探单元。随着油气藏发现的数量越来越多，油气田开始被视为勘探单元，指盆地的三级构造单元内的油藏、气藏、油气藏的总和，包括构造成因和非构造成因的油气田。油气田强调的是单一的局部构造内的一个或多个类型、不同时代的油藏、气藏或油气藏。Dow（1972）和Magoon（1994）提出了含油气系统的概念，提出油气藏的形成包括多个基本要素：烃源岩、储集层、盖层、圈闭及油气生运聚过程、时空匹配关系，强调以烃源岩为中心，一个凹陷往往就是一个系统［29-30］。在此过程中，White（1980）等提出了油气成藏组合（play）的概念，用于描述一组在地质上相互联系具有类似烃源岩、储层和圈闭的勘探对象，尽管后来不同人对油气成藏组合的理解有差异，但共同的认识都是以圈闭或油气藏为中心，强调岩性或岩相的变化和组合关系［31-33］。含油气系统和油气成藏组合概念的提出，使得油气勘探范围更精确，勘探风险有所降低。针对中国含油气盆地的特点，金之钧（2003）等提出了成藏体系的概念，成藏体系包括同一运聚系统内有效烃源岩和与其相关的油气藏以及油气藏形成所需要的一切地质要素和作用，强调以“藏”为核心，或者说是以控制油气运移指向的构造单元为核心［34］。在中国长期的勘探实践中，一般以含油气盆地中发现的有利二级构造带作为勘探单元，寻找有利区带也一直是勘探的主要任务之一，先后形成了有关构造带、岩性岩相带、潜山带、斜坡带、凹陷带及复式油气聚集带等勘探单元的油气聚集成藏理论［35-41］。总之，勘探单元的划分是随着地质认识和部署思路的变化而动态改变的，且必须与所处的勘探阶段相适应。

1.2 “勘探层单元”的概念

勘探区带是勘探生产的基本工作单元，是地质认识和勘探程度的综合反映。合理划分勘探区带不仅是科学认识勘探潜力和开展勘探部署的根本，也是当前精细勘探合适的抓手。现有区带理论中的勘探区带范围大，仅考虑宏观主要勘探目的层所属构造带（如陡坡带、斜坡带、洼陷带等）、沉积体系（如三角洲、浊积岩、砂砾岩体等）的完整性，而未考虑不同部位成藏差异性及不同层系的储集及成藏的差异性，区带边界主要考虑当前主力层或主力储集体，“直上直下一刀切”，造成区带优选评价的精度不够。当前精细勘探、高效勘探背景下油藏发现面临小、碎、隐的特点，这就要求细分勘探区带，实现精细评价。

含油气盆地在平面上和在纵向不同层系之间油气成藏规律存在较大差异，这种差异性决定了不同地区、不同层系油气富集程度的差异，也预示着油气勘探的方向变化。对这种差异性的把握是勘探认识的核心内容之一，需要在不同勘探阶段针对新的地质认识，采用适合于不同阶段部署思路的勘探单元。宋明水等（2018）立足济阳坳陷勘探实践，研究了符合当前地质规律认识与勘探精细程度的成藏-地质评价方法，首先提出“勘探层单元”概念［26］。“勘探层单元”是指断陷盆地同一个构造层或构造亚层中，具有相对统一的构造体系、沉积体系、油气运聚体系的勘探地质单元（图1），它既是一个具有相对完整的地质特征和成藏特征、相对完善的地质认识和勘探技术体系的基本地质单元，也是一个具有相对统一的勘探思路、部署方案的基本勘探工作单元。“勘探层单元”既是对成熟探区平面勘探区域的进一步聚焦，又是对勘探方向的进一步明确，即明确到纵向的某一个层系，使得勘探区域和方向更加精细化、具体化［26］。

图1

图1   勘探层单元概念模式

a.层单元边界及空间分布； b.层单元油气运移聚集模式

Fig.1   Schematic diagram showing the concept of synthem unit of exploration

1.3 “勘探层单元”与其他勘探单元的关系

“勘探层单元”研究关注不同勘探层单元中油气藏类型、规模、分布规律及成藏模式存在的差异和联系，关键要素体现在控制油气藏形成和油气分布的4个方面，即构造层、沉积体系、构造体系和油气运聚体系。研究构造层中各体系对油气藏形成的控制作用和油气藏分布规律。“勘探层单元”继承了系统论的思想，在含油气系统的成藏要素及其时空配置关系的基础上，又体现了成藏体系和成藏组合中以藏为核心的观念，将陆相盆地长期形成的区带油气成藏理论应用到勘探层单元划分、勘探层单元油气藏类型和油气成藏模式的研究中，用于指导空白区的勘探，实现精细、高效勘探。

2 “勘探层单元”研究内容和研究意义

“勘探层单元”研究的总体目标是系统梳理分析凹陷内各层系平面上和纵向构造、沉积、油藏分布等宏观地质特征，在深入剖析成藏规律与勘探成效基础上，科学界定并精细划分勘探层单元，明确共性，突出差异，形成一套可供推广借鉴的勘探层单元划分与命名、剩余资源评价、分类评价与优选等理论方法体系，发展石油地质认识，优化勘探部署思路，为成熟探区高效勘探研究和部署提供科学依据。

2.1 “勘探层单元”研究内容与研究流程

“勘探层单元”研究的主要内容包括以下5个方面（图2）。

图2

图2   勘探层单元研究技术流程

Fig.2   Technical workflow for studying synthem unit of exploration

1） 勘探层单元界定与划分

在分层系梳理勘探工作量与油气发现现状的基础上，科学界定勘探层单元，建立勘探层单元划分方案及边界确定依据，并进行勘探层单元划分，由此建立勘探层单元命名方法体系，借助于对各勘探层单元现状的全面梳理，明确勘探发展阶段与重点领域。

2） 勘探层单元剩余资源潜力评价

以成因法资源评价结果为基础，正演（成因法）、反演（统计法、勘探程度法、最终探明程度法）相结合，结合勘探认识，开展区带资源量评价，并进行勘探层单元资源量劈分，多因素结合，统计分析剩余资源潜力与分布特征。

3） 勘探层单元油气成藏规律分析和成藏模式总结

在分别对同层系重点层单元典型油气成藏、同类型不同层系勘探层单元典型油气成藏开展解剖的基础上，建立勘探层单元油气藏组合及分布模式，结合对勘探层单元内已知油气藏与空白区关系的分析，明确勘探层单元空白区类型，预测空白区油气藏类型和油气分布特征，为优选评价奠定基础。

4） 勘探层单元优选与分类评价方法研究

根据勘探实践需求，现金流和下限值法相结合，针对性建立不同领域的经济评价指标体系，研究经济评价关键参数取值标准，建立不同类型经济评价标准与图版。综合考虑地面条件、地质认识、经济条件、技术适用性等因素，对勘探层单元进行分类评价。

5） 勘探层单元评价与勘探部署

应用建立的勘探层单元评价方法，对探区内勘探层单元的优选评价，优选层单元部署和钻探成效分析，以及评价方法的适应性研究，在部署实践中不断修改完善，遴选有利勘探层单元，明确近中期勘探部署重点方向与领域，为勘探决策提供科学依据。

2.2 “勘探层单元”的研究意义

1） “勘探层单元”研究体现了系统论思想，建立在带控论及相控论的基础之上，继承性强。勘探层单元的划分纵向上要细分目的层系，平面上要细分勘探区块。勘探层单元中的单元既体现了同一层序不同构造带（陡坡带、缓坡带、洼陷带、潜山带）中“带”的思想，继承了带控论，又反映了同一构造带不同层系的沉积特征差异性的“相”的思想，继承了相控论。勘探层单元中重要的理论研究部分是层单元油气成藏规律分析和成藏模式总结，核心是要揭示层单元类型以及其内部的油气成藏机制，阐明油气藏类型和油气水分布的规律性。因而，勘探层单元下延可直达目标，即圈闭和油气藏，并进一步揭示内部油气水界面及含油气性差异。

2） “勘探层单元”勘探类型相对唯一，单元规模适中。层单元所在的成藏体系相对独立，可以实现对单元的地质体进行精细建模，能够详细阐明单元内部的地质格架、流体运移、油气藏类型、油气水分布规律等。解决了区带规模较粗带来的勘探风险较大的问题，也避免了圈闭规模过细不便于规律总结和预测评价的问题。

3） “勘探层单元”将勘探理论与勘探开发技术相结合，融合性强。综合考虑了成藏条件、勘探程度、勘探理论技术、勘探思路、方案部署、开发效果等多个因素。纵向上要细分目的层系，平面上要细分勘探区块，勘探理论与勘探开发技术相互融合，既继承又发展［12］。

4） 通过“勘探层单元”的研究可以有效预测空白区，预测性强。通过将空白区分为空白层单元类型、空白层单元、层单元中的空白区等类型，分别针对不同的空白区类型开展研究，明确勘探层单元空白区类型，应用已知勘探层单元内油气成藏特征和分布规律，较好地预测空白区油气藏类型、油气分布特征和资源潜力。

5） “勘探层单元”研究将层单元优先与勘探效益结合，时效性强。对勘探层单元进行分类评价既分析地面条件、地质认识，又考虑经济条件、技术适用性等因素，并在部署实践中不断修改完善，为勘探部署方向决策提供科学依据。

总的来说，“勘探层单元”的理论意义和实践意义在于它提出了一个将油气系统、油气聚集区带、油气藏多个层次相统一的综合研究体系，其研究方法论体现了整体与个体的统一、系统性与差异性的统一、系统研究与精细表征的统一、预测性与实效性的统一。

3 东营凹陷“勘探层单元”研究与勘探实践

东营凹陷作为中国东部陆相断陷盆地成熟探区的典型代表之一，其油气分布有序性及富集差异性的特征可以为类似成熟探区的油气勘探提供借鉴［42-44］。东营凹陷是济阳坳陷的一个次级构造单元，面积约5 850 km2，截至2019年底，东营凹陷探明地质储量为25.62 × 108 t，整体探井密度为0.44口/km2，自下而上发现了太古宇、下古生界、上古生界、中生界、新生界的孔店组、沙四段（下亚段和上亚段）、沙三段（上、中、下3个亚段）、沙二段、沙一段、东营组、馆陶组及明化镇组等12套含油气层系，其中沙四上亚段及以上主力增储层系探明程度总体达60 %以上。

3.1 “勘探层单元”划分与分类

为了体现勘探层单元的划分“纵向上细分目的层系，平面上细分勘探区块”的原则，在东营凹陷层单元划分时，首先对勘探现状进行梳理，分层系统计探区内探井、三维地震以及已发现油气储量、出油点、油层井情况；分析不同层系探井密度、探井油流率、油气藏类型及资源发现程度，并根据已发现层系的勘探程度、认识程度、上下目的层系之间的勘探技术和部署思路的差异程度，进行勘探目的层系的划分。东营凹陷已发现的12套含油气层系可划分为基底层太古宇、下古生界，裂陷期上古生界-中生界，断陷初始期孔店组-沙四下亚段，断陷鼎盛期沙四上亚段、沙三段、沙二段，断陷萎缩期沙一段-东营组，拗陷期馆陶组-明化镇组等9套主要目的层；其中重点勘探的孔店组—明化镇组又进一步划分为9个勘探层（图3a）。平面勘探单元划分时，综合考虑探区内不同目的层系的构造体系、沉积体系、运聚体系的完整性及差异性，分别建立区带、运聚单元和三级构造带等三级边界划分标准，并进行勘探单元的精细划分。

图3

图3   东营凹陷不同层系勘探程度及沙四上亚段构造体系、沉积体系、运聚体系划分

a.东营凹陷地层分布及勘探程度； b.东营凹陷沙四上亚段构造单元划分与沉积相平面分布； c.东营凹陷沙四上亚段油气优势运移路径及油气聚集区平面分布

Fig.3   Situation in the exploration of different sequences in the Dongying Sag and the division of structural， sedimentary and migration‑accumulation systems in the upper fourth member of Shahejie Formation in the Dongying Sag

以沙四上亚段（沙四上）为例，在构造体系上，东营凹陷具有“北断南超、北深南浅”的箕状构造格局。由北向南依次主要发育有北部陡坡带和断裂构造、北部洼陷、中央断裂背斜带（中央隆起带）、南部洼陷带、南部缓坡断裂构造带和南部断鼻带等，在北部凸起周边发育一些小型的周缘构造和小型次洼（图3b）。东营凹陷沙四上亚段沉积体系，自北向南依次发育众多的水下扇砂砾岩体、深湖相、半深湖相、砂质滩坝、灰质滩坝、三角洲砂岩等。沙四上亚段砂体分布较广，断层较为发育，构造格局在不同地区存在差异。通过流体势及断层封闭性的评价能够识别输导体系控制下的油气运移路径。该区的流体势高势区位于中央带民丰洼陷，中央背斜带，利津洼陷带，牛庄洼陷以及博兴洼陷。向洼陷边缘随着埋深变浅，流体势逐渐降低。东营北带，南坡凹陷边缘地区为流体势低势区（图3c）。由于沙四上亚段断层较为发育，对油气运移产生封堵或输导作用，因而断层封闭性对于油气运移路径也有较为重要的控制作用。本研究采用泥岩涂抹因子（SGR）作为主要评价参数定量评价断层封闭性。根据前人研究，将SGR值大于0.75视为封闭性较强，SGR值在0.45～0.75视为封闭性中等，SGR值小于0.45视为断层封闭性较差［45-47］。综合流体势及断层封闭性评价，可以确定沙四上亚段油气运移的路径及优势聚集区（图3c）。自每个洼陷中心到边缘，依次发育岩性油藏、构造-岩性油藏、岩性-构造油藏、构造油藏、地层油藏，油藏类型在平面上分布是有序的，且围绕洼陷中心呈环带状分布（图4）。依据构造单元、沉积体系、运移体系和油气藏的分布特征，结合勘探现状，将东营凹陷沙四上亚段划分为20个勘探层单元（图4；表1）。按此方法，初步将东营凹陷9个勘探层划分为为193个“勘探层单元”（图5）。

图4

图4   东营凹陷沙四上亚段勘探层单元平面分布

Fig.4   Plane distribution of the synthem units of exploration in the upper fourth member of Shahejie Formation， Dongying Sag

表1   东营凹陷沙四上亚段勘探层单元类型及其特征

Table 1  Different types of synthem units of exploration and their features in the upper fourth member of Shahejie Formation， Dongying Sag