超级盆地成熟探区烃源岩再评价及其勘探意义:

Re⁃Evaluation of Source Rocks in Mature Exploration Areas of Super Basins and Its Exploration Significance: A Case Study of Es₃ Source Rock in Nanpu Sag, Bohai Bay Basin

摘要

为了研究超级盆地渤海湾盆地成熟探区南堡凹陷沙三段优质源岩的地球化学特征及其成藏贡献.基于烃源岩有机碳、热解、有机元素、镜质体反射率等数据评价烃源岩生烃潜力，基于烃源岩和原油GC-MS实验和生烃潜力评价结果，描述源岩分子地球化学，建立定量生标参数图版确定沙三段烃源岩成藏贡献，根据烃源岩测井评价、地震预测结合盆地模拟确定资源潜力，研究表明，南堡凹陷沙三段烃源岩有机质丰度高，为一套优质烃源岩，有机质类型主要为II₁型，该套烃源岩现今为成熟‒高成熟阶段，以生轻质油和凝析油气为主；运用生物标志物参数C₂₄-四环萜烷/C₂₆三环萜烷与C₃₀ 4-甲基甾烷/C₂₉规则甾烷图版可以较好区分南堡凹陷四套主力烃源岩.油气源对比表明，环林雀次凹和环曹妃甸次凹深层沙三段和古生界潜山主要来自沙三段烃源岩贡献；高柳断层以南曹妃甸次凹和林雀次凹深层火山碎屑岩油气藏、洼槽区深层沙一段和沙三段构造岩性和岩性油气藏、奥陶系残丘潜山和寒武系内幕潜山是有利勘探领域，另外，南部斜坡带沙三段烃源岩埋藏和热演化适中，发育深水咸水湖相碳酸质纹层，可动油含量高，是页岩油勘探有利区带.

Abstract

To investigate the geochemical characteristics and hydrocarbon accumulation contribution of high-quality source rocks in the Sha-3 Member of the mature exploration area in the Nanpu sag, Bohai Bay basin, a typical superimposed basin, this study evaluates the hydrocarbon generation potential of the source rocks based on data including total organic carbon (TOC), pyrolysis, organic elemental analysis, and vitrinite reflectance (R_o). Molecular geochemistry of the source rocks is characterized using GC-MS analysis of source rocks and crude oils, combined with hydrocarbon generation potential evaluation results. The quantitative oil-source correlation is established using biomarker parameter cross-plots to determine the accumulation contribution. Resource potential is assessed by integrating source rock logging evaluation, seismic prediction, and basin modeling. Research indicates that the Es₃ source rock in the Nanpu sag possesses high organic matter abundance, classifying it as a set of high-quality source rocks. The organic matter type is predominantly Type II₁. Currently, this source rock suite is in the mature to high-mature stage, primarily generating light oil and condensate. Using biomarker parameter cross-plots, specifically C₂₄ tetracyclic terpane/C₂₆ tricyclic terpane versus C₃₀ 4-methylsterane/C₂₉ regular sterane, effectively distinguishes the four sets of main source rocks in the Nanpu sag. Oil-source correlation demonstrates that the oil in the deep Es₃ and Paleozoic buried hills surrounding the Linque and Caofeidian sub-sags is primarily sourced from the Es₃ source rocks. Favorable exploration targets include deep volcaniclastic rock reservoirs south of the Gaoliu fault within the Caofeidian and Linque sub-sags, deep structural-lithological and lithological reservoirs in the Es₁ and Es₃ members within the trough zones, and Ordovician residual hill buried hills and Cambrian internal buried hills. Additionally, the Es₃ source rocks in the southern slope zone have moderate burial depth and thermal evolution, and contain developed deep-water saline lacustrine carbonate laminae with high movable oil content, making this zone a favorable play for shale oil exploration.

Graphical abstract

关键词

南堡凹陷 / 沙三段 / 优质烃源岩 / 油源对比 / 成藏贡献 / 页岩油 / 油气地质.

Key words

Nanpu sag / Es₃ Member / high⁃quality source rock / oil⁃source correlation / accumulation contribution / shale oil / petroleum geology

0 引言

全球存在上千个沉积盆地，但能形成商业规模油气主要聚集在少数含油气盆地中.IHS Markit公司根据已产出油气资源量、剩余可采油气资源量以及烃源岩基础和含油气系统规模等因素，确定了25个超级盆地（张功成等，2024），其中包括中国东部的松辽盆地和渤海湾盆地.这些超级盆地常规油气产量占全球产量的35%左右，是全球油气产量的主要贡献者.尽管这些盆地中浅层勘探程度日趋增高，但其剩余待探明资源依然丰富，除了在中浅层持续勘探隐蔽油气藏、页岩油及页岩气以外，深层油气勘探已成为全球勘探的热点.渤海湾盆地发育多套烃源岩，勘探层系多，早期形成了“源控论”和“复式油气聚集成藏理论”（朱光有等，2004；康玉柱，2010），随着勘探的深入以及地质认识创新，相继提出了“新构造运动控制油气成藏”、“浅层油气受构造脊控制”等理论（龚再升和王国纯，2001；杨海风等，2023），指导了超级盆地渤海湾盆地的油气勘探实践不断取得突破.以往研究的重点主要在中浅层，随着深层油气勘探和非常规油气勘探的深入，烃源岩的分布预测已从辅助性研究转变为勘探部署的核心依据.不同于常规油气藏的“生‒储‒盖”组合评价，非常规油气（尤其是页岩油、致密油）强调“源‒储一体”或“自生自储”，烃源岩的空间展布、有机质丰度及成熟度直接控制了“甜点区”的定位（贾承造等，2025），这更加要求加强成熟探区烃源岩尤其是优质烃源岩再评价与再认识.

渤海湾盆地是典型陆相断陷湖盆，陆相断陷湖盆烃源岩是油气资源勘探的核心靶区，国内外研究已取得系列进展.国外聚焦湖盆沉积演化与有机质富集关联机制，在西巴伦支海盆地等开展烃源岩分布与地球化学特征研究，明确不同成熟度烃源岩的生烃潜力；国内在渤海湾、松辽等盆地突破显著，建立多参数评价体系，明确纹层状富有机质页岩为主力烃源岩，推动页岩油国家级示范区建设（蔚远江等，2023），并发展广义ΔlgR等深层烃源岩评价技术（朱光有等，2003；张寒和朱光有，2007） .但研究仍存瓶颈：一是构造沉积复杂性导致烃源岩非均质性强，传统评价受样品与数据分辨率限制；二是深层烃源岩热演化模拟精度不足，成藏贡献定量表征困难.

南堡凹陷作为渤海湾盆地“小而肥”的富油气凹陷，位于超级含油气盆地渤海湾盆地北部，是渤海湾盆地典型的陆相新生代富油气断陷凹陷（Zhu et al.，2013a，2013b， 2014；董月霞等，2014）.南堡凹陷经过近40年的勘探，当前已进入高勘探程度阶段，中浅层（Nm⁃Ed₁）寻找规模储量的难度越来越大，而深层、超深层资源探明程度相对较低，深层、超深层油气勘探成为该区域油气勘探的主攻方向.深层沙三段烃源岩全区稳定分布，全区发育稳定分布的厚层优质烃源岩，热演化程度高，因此系统评价沙三段烃源岩特征及其成藏贡献，探讨页岩油勘探潜力，对指导南堡凹陷常规与非常规油气勘探部署、提升油气资源探明储量具有重要的理论与实践意义.

1 地质概况

南堡凹陷为超级盆地渤海湾盆地北部的一个次级构造单元，其北部与燕山相连，南部和东部毗邻渤海.南堡凹陷是发育在中古生界基底之上的具有北断南超特征的单断箕状凹陷，北侧和东侧以边界断层与老王庄凸起、西南庄凸起、柏各庄凸起等相邻，南侧以缓坡与沙垒田凸起相接（图1）.凹陷内自下而上发育寒武系、奥陶系、沙河街组、东营组、馆陶组和明化镇组等地层，盆地基底为太古界花岗岩.由于盆地经历多旋回构造运动，遭受多期抬升剥蚀，导致部分地区地层纵向发育不全，横向展布变化大，接触关系复杂（李素梅等，2014；Wang et al.，2023）.凹陷内部被高柳断层分割为南北2区，高柳断层以北是沙四段的沉积中心，发育柳赞、高尚堡披覆背斜构造带和拾场次凹；高柳断层以南沙河街组和东营组的沉积中心，在西南庄断层的下降盘发育了老爷庙、北堡逆牵引背斜构造带，在滩海区域自西向东发育了南堡5号、南堡1号、南堡2号、南堡3号和南堡4号构造，发育林雀和曹妃甸2大生烃次凹（图1）；南堡凹陷发育中浅层、中深层和深层三大勘探领域，其中中浅层发育Nm、Ng和Ed₁三套含油气层系，中深层发育Ed₂、Ed₃和Es₁三套含油气层系，深层主要发育Es₃和∈⁃O两套含油气层系.

前人研究表明，南堡凹陷古近系从老到新可划分为4幕裂陷，南堡凹陷四套主力烃源岩形成于裂陷旋回阶段（姜福杰等，2010）.其中，沙三段烃源岩沉积时期属于裂陷二幕，该期受边界断层西南庄断层西段强烈活动，形成以林雀西次凹为主生烃洼槽，发育曹妃甸和拾场等多个次级生烃洼槽的格局.具备形成烃源岩的地质背景，沉积了以灰黑色和深灰色钙质泥岩或含钙泥岩、砂岩和薄层生物灰岩为主的沉积，而且沉积中心逐步向南迁移，这期的裂陷作用最强，此时湖盆水体深，发育大面积深湖相‒半深湖相深灰色、灰黑色泥岩或钙质泥岩，且厚度大，平面上分布稳定，有效烃源岩厚度主要分布在200~500 m，优质烃源岩的厚度主要分布在100~200 m.沙三段烃源岩为一套半咸水‒咸水沉积以水生生物为主，混合部分高等植物的成熟‒高成熟烃源岩，生烃潜力大.

2 沙三段烃源岩有机地球化学特征

2.1　烃源岩有机质丰度

烃源岩有机质丰度是衡量烃源岩质量优劣的直接标志和衡量烃源岩生烃物质基础的重要指标.对南堡凹陷沙三段暗色泥岩279个样品有机质丰度分析表明，南堡凹陷沙三段烃源岩有机碳含量（TOC）为0.82%~3.27%，主要分布在1%~3%，其中林雀次凹TOC主要分布在0.82%~2.44%，平均值为1.44%；曹妃甸次凹TOC主要分布在0.84%~3.18%，平均值为1.85%；氯仿沥青“A”含量主要分布在0.105%~1.08%，其中曹妃甸次凹氯仿沥青“A”含量主要分布在0.109%~0.454%，平均值为0.273%，林雀次凹氯仿沥青“A”含量主要分布在0.105%~1.336%，平均值为0.24%；综合分析，南堡凹陷沙三段烃源岩主要为一套好‒优质烃源岩（图2，表1）.同时不同生烃次凹分析表明，南堡凹陷沙三段烃源岩丰度，曹妃甸次凹明显好于林雀次凹（图2），这可能与林雀次凹主要钻井为斜坡带井，曹妃甸次凹钻遇沙三段烃源岩井更靠近深凹带有关.

2.2　烃源岩有机质类型

不同类型的有机质生烃潜力不同且生成的产物也有差异，这主要与有机质的化学组成和结构有关（姜福杰等，2010）.根据干酪根类型有机元素H/C和O/C判识图可以看出，曹妃甸次凹有机质类型以Ⅰ型和Ⅱ₁型为主，少量Ⅱ₂型，林雀次凹有机质类型以Ⅱ₁型为主，部分Ⅰ型和Ⅱ₂型，少量Ⅲ型，拾场次凹主要为Ⅱ₂型，部分Ⅲ型（图3）.另外，根据沙三段烃源岩显微组分分析，富氢组分（腐泥组+壳质组）占绝对优势，超过80%，其次为镜质组，主要分布在8%~10%，惰质组含量最低，低于6%，大多在4%以下.富氢组分中壳质组大多在50%以上，部分在90%以上，其次为腐泥组，由于烃源岩热演化程度较高，腐泥组主要为腐泥无定形体，藻类体含量较低，计算类型系数主要分布在40~60，有机质类型主要以Ⅱ₁型为主，少量Ⅱ₂型，其中，林雀次凹远离物源的生烃次凹中心含有更多的藻类体，有机质类型以Ⅱ₁型为主，部分Ⅱ₂型，曹妃甸次凹以Ⅱ₁型为主，少量Ⅱ₂型.以上资料综合表明，南堡凹陷沙三段烃源岩有机质类型以Ⅱ₁型为主，少量Ⅰ型和Ⅱ₂型，其中林雀次凹沙三段烃源岩有机质类型以Ⅱ₁型为主，少量Ⅰ型和Ⅱ₂型，曹妃甸次凹沙三段烃源岩有机质类型以Ⅱ₁型为主，部分Ⅰ型，少量Ⅱ₂型.

2.3　烃源岩成熟度

烃源岩成熟度研究是揭示油气生成过程、确定资源类型与分布规律的关键，它不仅决定了烃源岩的生烃潜力和产物性质（油或气），还为评价有效烃源岩范围及预测有利勘探区带提供了核心地质依据（朱光有等，2003）.通过对南堡凹陷沙三段烃源岩样品镜质体反射率（R_O）统计发现，沙三段烃源岩R_O分布在0.62%~1.60%，主要分布在0.8%~1.4%，为一套成熟‒高成熟烃源岩，以生轻质油‒凝析油气为主，该套烃源岩生烃中心最大埋深达6 700 m，推测在生烃中心为高‒过成熟，主要生成凝析油气；从镜质体反射率（R_O）与深度关系看，南堡凹陷总体生烃门限深度约3 200 m，同时南堡凹陷受古地温影响，存在由西向东成熟门限深度降低的趋势.南堡凹陷沙三段埋深普遍大于3 200 m，因此，烃源岩处于成熟‒高成熟阶段，生烃洼槽区已达过成熟阶段.另外发现，曹妃甸次凹成熟度明显高于林雀次凹沙三段烃源岩，即相同深度，曹妃甸次凹沙三段烃源岩热演化程度比林雀次凹高，林雀次凹烃源岩成熟度（R_O）主要分布在1.0%~1.5%，曹妃甸次凹R_O主要分布在0.9%~1.4%，拾场次凹沙三段烃源岩成熟度相对较低，R_O主要分布在0.4%~1.0%（图4，表1）.但根据原油成熟度，曹妃甸次凹寒武系潜山原油主要为凝析油气藏，气油比高，气油比大多在1 000以上；而林雀次凹来自沙三烃源岩原油主要为成 熟‒高成熟轻质油，气油比相对较低，拾场次凹为低成熟‒成熟原油，含少量天然气（朱光有等，2011；王政军等，2012； Zhu et al.， 2013a，2013b， 2014；Wang et al.， 2023），表明林雀次凹深凹带生成高气油比高成熟油气有待发现.

2.4　烃源岩生物标志物特征

南堡凹陷古近系发育沙四段、沙三段、沙一段和东三段四套主力烃源岩.其中沙三段烃源岩饱和烃气相色谱主峰碳以C₂₁或C₂₃为主峰，姥植比（Pr/Ph）大多小于1，奇偶优势值（OEP）在1.0左右，表明沙三段烃源岩主要形成于强还原沉积环境，烃源岩有机质类型以水生生物为主，为一套成熟‒高成熟烃源岩（图5，表1）.根据烃源岩萜烷质量色谱图可以看出，与东三段烃源岩和沙一段烃源岩明显不同的是，沙三段烃源岩三环萜烷丰度较高，三环萜烷和四环萜烷中，低碳数三环萜烷呈正态分布，以C₂₁或C₂₃三环萜烷呈主峰，C₂₂三环萜丰度烷最低，四环萜烷中C₂₄四环萜烷丰度低，C₂₄四环萜烷/C₂₆⁃三环萜烷值大多小于1.0，高碳数三环萜烷C₂₈三环萜烷和C₂₉三环萜烷丰度相当；五环三萜烷中以C₃₀藿烷丰度最高，三降藿烷Ts丰度高于Tm，Ts/（Ts+Tm）大多在0.55以上，升藿烷系列随碳数增加丰度逐渐降低.甾烷类中，孕甾烷、升孕甾烷丰度较高，C₂₇重排甾烷丰度中等‒高，规则甾烷呈偏“V”字型或“L”型，C₂₇规则甾烷占优势，规则甾烷异构化程度较高，αααC₂₉S/（S+R） 大多在0.45以上，C₂₉ββ/ （αα+ββ）大多在0.50以上，4⁃甲基甾烷含量中等（图5，表1）.以上表明沙三段烃源岩有机质为水生生物和陆源植物混合来源，水生生物来源为主，这与烃源岩有机质类型以II₁型为主相符合，成熟度中等‒高，为成熟‒高成熟烃源岩.

根据典型生物标志化合物谱图，结合定量生标参数发现，运用C₂₄四环萜烷/C₂₆三环萜烷和C₃₀ 4⁃甲基甾烷/C₂₉规则甾烷能有效区分南堡凹陷四套主力烃源岩（图6a）.沙三段烃源岩C₂₄四环萜烷/ C₂₆三环萜烷比值小于1.0，C₃₀4⁃甲基甾烷/C₂₉规则甾烷大于0.2而小于0.5.沙四段烃源岩以C30 4⁃甲基甾烷丰度高为典型特征，具有C₃₀4⁃甲基甾烷/C₂₉规则甾烷大于0.5，C₂₄四环萜烷/C₂₆三环萜烷小于1特征，沙一段烃源岩C₂₄四环萜烷/C₂₆三环萜烷比值大于1而小于1.5，C₃₀ 4⁃甲基甾烷/C₂₉规则甾烷小于0.2，东三段烃源岩C₂₄四环萜烷/C₂₆三环萜烷比值大于1.5，C₃₀ 4⁃甲基甾烷/C₂₉规则甾烷大多小于0.2.根据烃源岩C₂₄四环萜烷/C₂₆三环萜烷和C₃₀ 4⁃甲基甾烷/C₂₉规则甾烷判识图版（图6b），发现来自沙三段烃源岩生成油气主要分布在环林雀次凹古生界潜山、南堡5号深层‒老爷庙地区和南堡1号、南堡2号构造深大断裂发育区中浅层，环曹妃甸次凹深层沙三段和古生界寒武系内幕潜山，高柳地区部分浅层，这类原油主要为凝析油气或轻质油（Zhu et al.，2013a， 2023b， 2014；Wang et al.，2023）.

3 南堡凹陷沙三段烃源岩发育特征及其勘探意义

3.1　南堡凹陷沙三段烃源岩发育特征

烃源岩总有机碳（TOC）含量是评价有机质丰度的主要指标.岩心或岩屑有机地球化学分析测试仅能获得离散的TOC含量数据.同时，南堡凹陷沙三段烃源岩埋深大，大多埋深超过4 500 m，获取足够数量连续的钻井取心样品难度大，依赖实验室地球化学分析测试总有机碳含量定量评价受到限制，很难获得连续的有机碳数据及实现烃源岩的三维定量评价.目前，准确预测烃源岩有机质丰度及其分布主要依赖测井与地震两大手段.基于测井资料的ΔlgR法及其广义改进模型，通过整合电阻率、声波时差及自然伽马数据，有效解决了深层强压实环境下有机碳含量预测的难题.在地震预测方面，基于岩石物理模型的非线性反演技术实现了对深层优质烃源岩空间展布的精细刻画，使得在复杂断陷湖盆中圈定有效烃源岩的体积及平面分布成为可能，显著降低了勘探风险（朱光有等，2003；张寒和朱光有， 2007；石创等，2025）.

由于测井资料容易获取并且在纵向上具有较好的连续性，国内外多位学者利用测井资料定量评价烃源岩有机碳含量，提出了多种烃源岩有机碳含量的测井评价方法，并且在多个油田均取得了较好的应用效果（朱光有等，2003；张寒和朱光有， 2007；石创等，2025）.鉴于此，本文基于文献调研，系统归纳总结了国内外常用的烃源岩有机碳含量评价方法的原理及局限性，为了获取总有机碳含量的有效信息，本次采用了比较成熟的改进的∆lgR模型烃源岩有机碳含量测井评价方法，改进后的ΔlgR模型为：

ΔlgR=lgR+lg（R_max/R_min）/ （AC_max-AC_min）（AC-AC_max）-lgR_min ，（1）

R_max（AC_max）和R_min（AC_min）分别为声波时差和电阻率曲线叠合时电阻率（声波时差）曲线刻度的最大、最小值.

由式（1）可以看出：改进后的ΔlgR法，可以不需要确定声波时差测井曲线基值和电阻率测井曲线基线值，只需要读取声波时差测井曲线的最大值、最小值和电阻率测井曲线的最大值、最小值，就可以求出ΔlgR值.如果在实测TOC数据点较多的情况下，实测TOC与求得的ΔlgR 绘制散点图，两者之间具有较好的相关性.故可以建立两者的线性关系式，为：

TOC=AΔlgR+B，（2）

式中，A、B分别为拟合公式的系数，无量纲.

利用该方法对钻遇沙三段优质烃源岩的NP*⁃LT1、NP*⁃80等10口探井进行预测，NP*⁃L1井沙三段烃源岩TOC最大可达2.3%，平均值为1.4%，为好‒优质烃源岩；NP*⁃80井沙三段烃源岩TOC最大可达3.0%，平均值为1.53%，为优质烃源岩，总体预测结果与实测结果吻合，符合率85%以上（图7）.

洼槽区勘探程度低，钻井资料少，单纯地质方法难以准确预测该套烃源岩的分布，而地球物理信息中蕴含着烃源岩的大量信息，基于层序地层的划分，应用体系域分析法识别出优质烃源岩发育段，通过建立优质烃源岩地震响应特征.在测井评价单井烃源岩基础上，井震结合，精细标定烃源岩，明确有效烃源岩、优质烃源岩地震响应特征，结果表明，纵向上沙三段湖侵体系域地震反射特征表现为斜坡带中弱振幅、较连续地震反射特征，而在中央洼陷带表现为中高频、中强振幅、连续、平行反射，精细井震标定是优质烃源岩发育的有利层段，横向追踪确定烃源岩的平面分布范围，并利用地震速度岩性分析法预测优质烃源岩厚度.在此基础上，优选敏感属性，分层系建立GR及TOC曲线与波阻抗关系，开展岩性及TOC反演，准确预测泥岩和TOC展布规律及预测有效烃源岩与优质烃源岩平面分布.根据地震预测，南堡凹陷沙三段烃源岩有机质丰度高，有机质类型好，热演化程度高，以生轻质油或凝析油为主，为一套成熟‒高成熟、好‒优质烃源岩，沙三段有效烃源岩厚度大多在200~400 m稳定分布，最大厚度超过500 m（图8a），优质烃源岩厚度大多在200 m以上.

3.2　南堡凹陷高柳以南油气主要来自沙三段烃源岩贡献

油源对比表明，南堡凹陷环拾场次凹的高柳地区和周边凸起油源主要来自沙四段油页岩贡献（Zhu et al.， 2013a，2013b；王政军等，2015b），高柳断层以南中浅层除南堡3号和4号构造带油气源主要来自沙三段烃源岩贡献（王政军等，2012； Zhu et al.， 2013a，2013b），主要为构造油气藏；高柳断层以南中‒深层主要来自沙三段烃源岩，主要为构造‒岩性油气藏、地层岩性油气藏和岩性油气藏，油藏主要分布在不整合界面上下（图9），从生烃次凹中心向边缘，沙三段烃源岩形成油气藏分布表现出由岩性油气藏向构造油气藏、原油性质逐渐变差、富集层系逐渐变浅的有序变化.

另外，南堡沙三段烃源岩有机质丰度高（TOC>1.5%面积约1 000 km²），厚度大（有效烃源岩厚度200~500 m），热演化程度高（成熟度R_O主要分布在1.0%~2.5%）（图8b），通过沙三段烃源岩生烃盆地模拟，南堡凹陷沙三段烃源岩经历沙三²沉积末期‒东营组沉积期成熟度快速增加阶段，导致烃源岩在东营组末期快速生成油气，主要生烃洼槽区林雀次凹和曹妃甸次凹生油强度大于400×10⁴ t/km²，生气强度超过30×10⁸ m³/km²（图10）.根据辽东湾地区生油强度与储量关系，研究认为生油强度大于25×10⁴ t/km²的烃源岩可形成储量规模大于500×10⁴ t油田，为有效烃源岩，生油强度大于200×10⁴ t/km²的烃源岩可形成储量规模大于5 000×10⁴ t油田，为优质烃源岩（金强等，2019）；根据大中型气田生气强度统计，生气强度超过20×10⁸ m³/km²可形成大中型气田（戴金星等，2007）.表明南堡凹陷沙三段烃源岩具有形成大中型油田和大中型气田的烃源基础.

3.3　常规油气勘探有利领域

根据精细油源对比，高柳断层以南，除了南堡1号、南堡2号构造中浅层由于深大断裂发育沟通沙三段烃源岩有部分来自沙三烃源岩贡献外，沙三段烃源岩生成油气主要分布在深层沙三段和寒武‒奥陶系潜山，这主要是由于沙三段烃源岩在全区稳定分布，厚度大多分布在200~500 m，同时，沙一段烃源岩为一套成熟‒高成熟、好‒优质烃源岩，对沙三段油气形成烃浓度封闭，沙三段烃源岩生成油气很难突破沙一烃源岩这套优质烃源岩兼盖层.

同时，沙三段烃源岩生烃形成超压，促进油气运移成藏.南堡凹陷发育南北2大物源体系，北部陡坡带深层主要发育扇三角洲，南部斜坡带深层主要发育辫状河三角洲，南堡凹陷南部地区紧邻沙垒田凸起，缓坡带具有较好的岩性油气藏成藏背景（图10）.依据南堡凹陷深层压力系数展布特征与已有油气发现的空间位置关系，显示现今油气发现主体分布于超压及压力过渡区（压力系数等值线在1.3~1.1附近）（王政军等，2015a；汤建荣等，2016）.

渤海湾盆地虽然整体勘探程度较高，但仍然存在低勘探程度区与低勘探领域（徐田武等，2026）.南堡凹陷主体浅层和中深层勘探程度相对较高，但浅层海域、深层低斜坡和洼槽区勘探程度低，深层由于埋藏深度大，勘探成本高，整体资源探明率不足20%，勘探潜力巨大.根据沙三段油源断裂叠合沙三段有效烃源岩及来自沙三段段油气分布面积可以看出，沙三段烃源岩生成油气主要分布在环林雀次凹、环曹妃甸次凹深层沙三段和古生界碳酸盐岩潜山，生烃洼槽区优质烃源岩与碎屑岩储层叠置分布，烃源岩生烃形成超压、构造和生烃形成构造裂缝或微裂缝、有机酸溶蚀改造等多种作用形成碎屑岩优势储层（王政军等，2015a），三角洲前缘、扇三角洲前缘河道和河口坝砂、湖底扇与沙三段优质烃源岩具有较好储盖组合（董月霞等，2014；夏景生等，2017），风险探井NP*⁃T1井在生烃洼槽区沙三段和沙一段取得勘探突破证实生烃洼槽区是深层油气勘探重要领域（图11）.其次，斜坡带和洼槽区深层火山碎屑岩为一套发育在中基性火山熔岩之上的凝灰质砂岩或凝灰岩（Zhao et al.，2023），储层刚性颗粒含量高，抗压实作用相对较强，有效储层分布范围较大，且与优质烃源岩叠置分布，勘探效益好且稳产时间长，在斜坡带沙三段、沙一段和洼槽区东三段及沙一段已获得两个千万吨级效益储量区，展现出南堡凹陷深层火山碎屑岩油气藏较好勘探前景，是深层规模增储和效益开发建产的主攻领域（图9和图11）；另外，南堡凹陷下古生界碳酸盐岩潜山具有产量高，稳产时间长优点，多口单井累计油气当量超过5万吨，受多期岩溶作用产生的断裂裂缝‒表生岩溶和裂缝‒埋藏岩溶形成优势储层控制富集高产，奥陶系残丘潜山和具有供烃窗口的寒武系内幕潜山勘探程度低，通过成藏条件的综合评价，分析认为，南堡1号、南堡2号构造带斜坡区和洼槽区奥陶系残丘潜山、南堡2号和南堡3号构造带寒武系内幕潜山是下步重要勘探方向（杨晓利等，2022；Wang et al. ， 2023）.

3.4　斜坡带页岩油和深凹带页岩气

全油气系统理论的提出深化了对烃源岩尤其是优质烃源岩核心地位的认识.该理论强调常规油气、致密油气与页岩油气在“源‒储耦合”控制下的有序分布，烃源岩既是油气的生成者，其本身及邻近层系又是非常规油气的有效储层.因此，准确预测高有机质丰度烃源岩的分布边界与热演化程度，是识别“滞留烃”聚集区、划分流体动力场（束缚动力场与自由动力场）以及建立“常规‒非常规”序列成藏模式的前提（贾承造等，2025）.综上所述，烃源岩分布预测为非常规油气勘探从“寻找圈闭”向“寻找优质源岩”的战略转变提供了关键的技术支撑与地质依据.

高勘探程度陆相断陷湖盆常规油气勘探空间收窄，页岩油已成为增储上产核心接替领域，渤海湾盆地济阳坳陷东营凹陷和黄骅坳陷沧东凹陷孔二段及歧口凹陷沙河街组页岩油的突破证实其巨大潜力与战略价值（赵贤正等，2023；孙焕泉等，2025）.南堡凹陷沙三段南部斜坡带碳酸盐岩纹层页岩段岩心热解分析可动油（S₁）主要分布在1.03~3.39 mg/g，甜点段平均值为2.45 mg/g，根据黄骅坳陷歧口凹陷沙三段可动油恢复系数，结合分析样品热演化程度、放置时间和样品类型，取恢复系数1.9，恢复后可动油S₁可达2.7~8.8 mg/g，恢复后OSI主要分布在197~340 mg/g.TOC；页岩油段石英、长石含量为25.6%~27.1%，方解石、白云石含量为39%~44.4%，粘土矿物含量为26.2%~31.8%，粘土矿物中以伊利石和伊蒙混层为主，占总量的80%~90%，高岭石和绿泥石含量低，不含蒙脱石，脆性矿物含量超过70%（图12）.根据薄片和扫描电镜，储集空间主要为残余粒间孔、粒内孔，部分晶间孔，并且发育微裂缝，微裂缝沟通孔隙，储层物性和连通性大大增加，另外该套厚层优质页岩层系大量生烃导致普遍发育超压，压力系数在1.3以上（汤建荣等，2016）.

综合地质甜点和工程甜点评价，该套页岩油纵向可划分为三套甜点层（图12a），连井对比结合地震特征分析认为甜点段在平面上连续性较好，分布范围广，甜点厚度为170~200 m，并且甜点段发育碳酸盐岩纹层，浅褐色泥质与含有机质暗色泥质明暗交替，水平层理泥岩与条带状方解石互层，为咸水沉积环境形成碳酸盐岩纹层（Sr/Ba>1）（Hemmati et al.， 2025）.选取与岐口凹陷沙三段及溱潼凹陷阜二段获得工业开发具有相似地质条件的南堡2号构造斜坡带作为南堡凹陷页岩油勘探突破的首选区带（高玉巧等，2024；余文端等，2024；薛冈等，2025；杨保良等，2026），埋深为 4 000~4 200 m，页岩油甜点面积为170 km²，资源规模近2亿吨.2024年针对C3甜点层钻探大斜度井NP*⁃08井，钻遇了良好的油气显示，共解释一类页岩油甜点68 m，二类页岩油甜点126 m，展示了沙三段页岩油具有较好勘探前景（图12b）.另外，林雀次凹NP*⁃L1和曹妃甸次凹NP*⁃G2井热演化程度高，成熟度R_O>1.3%（图8a），气测全烃100%，表明深凹带页岩气可能是另一个重要勘探领域.

4 结论

（1）沙三段烃源岩有机质丰度较高，TOC大多大于2%，有机质以Ⅱ₁型为主，为一套优质烃源岩，饱和烃生物标志物中三环萜烷含量高，运用生物标志物参数C₂₄⁃四环萜烷/C₂₆三环萜烷与C₃₀ 4⁃甲基甾烷/C₂₉规则甾烷图版可以将沙三段烃源岩与其他主力烃源岩很好区分开.C₂₄四环萜烷/ C₂₆三环萜烷小于1.0，伽马蜡烷/C₃₀藿烷大于0.2，规则甾烷异构化程度高，成熟度参数指示为成熟‒高成熟烃源岩，为一套咸水沉积且以水生生物为主的成熟‒高成熟烃源岩.这套烃源岩的成熟度（R_O）斜坡带0.8%~1.6%，预测生烃洼槽区为高‒过成熟，腐殖无定形体是烃源岩中有机质的重要来源，含较高含量藻类体.裂陷作用较强，此时湖盆水体深，发育大面积半深湖‒深湖相深灰色、灰黑色碳酸质纹层页岩，沙三段有效烃源岩厚度大多在200 m以上，生烃中心厚度超过500 m，优质烃源岩的厚度在 200 m左右，纵向和平面分布稳定，生烃潜力较大.

（2）南堡凹陷沙三段烃源岩主要遭受了沙一段、东营组两期的抬升剥蚀事件和经历了沙河街组沉积期（4.8~5.4 ℃/100 m）和东营组沉积早期（4.5~5.2 ℃/100 m）两期地温梯度高峰期；明确了沙三段烃源岩在沙三中段沉积末期、东营组沉积期有两期成熟度快速增加阶段.主要生烃次凹曹妃甸次凹和林雀次凹生油强度大于 500×10⁴ t/km²，生气强度超过30×10⁸ m³/km²，具备形成大中型油田和大中型气田的烃源基础.

（3）沙三段烃源岩生烃形成超压，有利于储层油气聚集和储层孔隙保存，同时，经历2次大规模排烃，早期油气充注有利于储层孔隙保存，抑制孔隙压实，同时沙三段烃源岩在热解过程中产生大量有机酸溶蚀储层中长石及方解石等，形成次生孔隙，沙三段烃源岩是南堡凹陷深层、超深层优质储层形成的重要因素.

（4）油源对比证实南堡凹陷高柳断层以南中浅层及中深层油气主要为沙三段烃源岩贡献，沙三段与沙三1段、下古生界潜山为不整合接触，南堡凹陷深层油气主要分布在该不整合界面上下，同时，沙三段烃源岩大量生烃形成超压有利排烃聚集成藏，现今油气发现主体分布于超压及压力过渡区；环林雀次凹和曹妃甸次凹的深层火山碎屑岩油气藏、洼槽区深层沙一段和沙三段构造‒岩性和岩性油气藏、奥陶系残丘潜山和寒武系内幕潜山是有利勘探领域；另外，低斜坡带沙三段烃源岩埋藏和热演化适中，可动油含量高且纹层发育，脆性矿物含量高，是页岩油勘探重要层系与有利区带.

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