蟄龍驚起 氣貫崤函——三門峽油氣勘探破局之路

（本文發表于2025年第4期）

第一作者簡介

張交東，正高級工程師，碩士生導師，中國地質調查局油氣資源調查中心油氣調查評價團隊首席專家，三門峽盆地油氣發現主要貢獻者，中國地球物理學會流體地球科學專業委員會副主任委員。主要從事基礎地質和油氣成藏研究，提出并創新三門峽盆地油氣成藏理論認識，研發井中－地面聯采的多波多分量地震勘探等多項技術，在三門峽盆地、南華北盆地等地取得多項油氣新發現和新突破。主持國家自然科學基金面上項目、國家科技重大專項任務、中國博士后科學基金項目、中國科學院重點實驗室和地質調查項目等20余項。獲省部級獎2項（排名第一），公開發表論文30余篇，出版專著3部，授權專利5件。所在團隊被自然資源部與共青團中央聯合授予“自然資源系統青年突擊隊”稱號。

> 綠意長卷 視覺中國 / 供

01

尋油七秩 終見曙光

油氣資源增儲上產是保障我國能源安全和推動石油行業可持續發展的重要戰略舉措。中國境內分布著417個不同規模的沉積盆地，其中松遼、渤海灣等12個大中型盆地是我國增儲上產的主要陣地，其常規石油與天然氣可采資源量合計約占全國總量的80%。但近年來，這些盆地陸續進入勘探開發中后期，增儲上產難度逐漸增大。當前，在經濟社會持續發展的推動下，能源需求不斷攀升，長期被忽視卻數量眾多的中小型盆地油氣資源開始受到關注。然而，中小盆地油氣勘探并非易事。由于勘探程度低、地質條件復雜，許多盆地的基本構造特征、成藏機制仍不清晰，多數中小盆地的油氣勘探工作長期以來難以實現工業性突破，尤其是在中小盆地聚集的南華北地區（主要位于河南、安徽兩省）。

轉機，出現在2023年的河南省三門峽市。在黃土高原與秦嶺山脈交界處實施的“豫峽地1井”成功鉆獲工業油流，日產原油17.13立方米，標志著該區70年來油氣調查取得重大突破。這一突破不僅點燃了當地油氣勘探的希望之火，也打開了我國中小盆地油氣勘探的新窗口。2024年，緊隨其后部署的兩口評價井再傳捷報，最高日產量達到92.52立方米，進一步印證了三門峽盆地良好的資源潛力，夯實了進一步勘探開發的資源基礎，打開了華北南部地區油氣勘探開發新局面，為當地經濟社會發展注入了新的活力。

> 三門峽盆地地理位置

很多人可能會好奇，一個以往被視為“貧油”的區域，為何能實現從無到有的跨越，背后究竟隱藏著怎樣的地質密碼，答案深藏在盆地的演化歷程、幾代地質人的堅守和科技創新的利劍之中。

02

太古凝珠 今朝始見

三門峽盆地位于豫、晉、陜三省交界處，地處華北陸塊南緣的豫西地區。盆地整體呈東西向展布，北靠中條山，南鄰小秦嶺，東接崤山，西連渭河盆地，黃河自西向東穿流而過，構成了一個四周高、中間低的山間盆地，總面積約為4500平方千米。

“豫峽地1井”的成功，其根本原因在于三門峽盆地自身具備形成油氣藏的良好地質條件。這個看似普通的山間盆地，實則恰好具備了油氣生成、儲集、封蓋、運移、聚集和保存的全部要素，如同一座設計精妙的地下“天然油庫”。理解其背后的地質邏輯，是讀懂這次突破的關鍵。

優越的生油條件：

優質的“原料”與適宜的“火候”

一個沉積盆地能否出油，首先取決于有沒有足夠好的生油巖。約5600萬年前的始新世，三門峽盆地南北兩側的邊界斷裂活動強烈，導致整個區域快速下沉，形成了一個巨大的低洼坑地。隨后，水源注入，形成了一個又大又深的穩定湖泊。湖泊中藻類等浮游生物繁盛，加之當時氣候干旱，導致湖盆咸化，這些生物死亡后在湖底缺氧的環境下得以有效保存并逐漸累積，形成后期巖石中豐富的有機質。現今在盆地邊緣出露的古近系小安組和坡底組厚層暗色泥巖，便是當時的湖相沉積，累計厚度超過200米，有機質含量最高可達5.85%，成為生成油氣的“原料”，即生油巖。

> 三門峽盆地生油巖

僅有“原料”還不夠，還需要合適的“火候”將其“烹煮”成油。三門峽盆地具有高地溫梯度（3.5～4.0°C/100米），這源于地殼深處莫霍面隆起導致的地幔熱流上涌。這使得生油巖在埋藏深度約2000米時，地層溫度即可超過80℃，達到生油“火候”，并在漫長的歲月中持續加熱。這就像用一個慢燉鍋，慢慢“烹煮”這些有機質，確保了有機質能夠充分轉化為石油。

良好的儲集與封蓋條件：

高效的“倉儲”與可靠的“密封”

石油生成后，需要一個能夠容納它們的“地下倉庫”，即儲層。在三門峽盆地，這個“倉庫”主要由始新世河道和三角洲前緣砂體構成。想象一下古河流攜帶泥沙奔涌向前，在入湖口處逐漸堆積，形成面積廣闊的三角洲，這與今天我們在江河沿岸及入海口看到的沙洲形成過程完全一致。經過數千萬年的地質演化，這些古老的砂體被埋藏、壓實、膠結，最終變成了我們如今看到的砂巖。

> 儲集層巖心（砂巖，肉眼）

雖然這些巖石看起來堅硬致密，但它們絕非“鐵板一塊”。在顯微鏡下，可以看到砂巖顆粒之間存在大量微小孔隙，這就是石油賴以儲集的天然空間。這些砂體在沉積過程中經歷了河流的反復改道和遷移，形成了縱向疊置、橫向連片的復合砂體，三門峽盆地的“地下倉庫”因之不斷擴大。

> 儲集空間

（顯微鏡下，藍色為經染色后的儲集空間）

最關鍵的是，測井數據證實了這些儲層的優良特性：孔隙度達到13.43%～20.6%，說明巖石中有足夠多的“小房間”存油，滲透率為35.1～215.5毫達西，確保存儲的石油具有較好的流動性。這意味著這些砂巖不僅能夠儲存相當體量的石油，還具備讓石油自然流動產出的能力，猶如一塊天然預制的“吸油海綿”，石油完全可以在不經過改造的情況下直接流出，大大降低了開采難度。

有了能存油的“倉庫”，還必須有一個嚴絲合縫的“巨型鍋蓋”蓋在上面，防止油氣向上逃逸，這個關鍵角色就是蓋層。它通常由致密、柔軟且厚度可觀的泥巖組成，以其自身的不滲透性，將生成的油氣牢牢“悶”在地下深處的“倉庫”中。在三門峽盆地，古近系門里組、坡底組、小安組及柳林河組都廣泛發育有厚層泥巖。地球物理勘探資料清晰顯示，這些泥巖層在區域內連續穩定分布，累計厚度超過1500米，共同構成了封閉性極佳的區域性蓋層。其中，柳林河組的紫紅—棕紅色泥巖尤為關鍵，它與上覆更年輕的新近系至第四系黃土質泥巖“強強聯合”，相當于給存油“倉庫”封蓋上了“雙保險”。最直接的證據來自“豫峽地1井”的鉆探結果，在鉆穿存油“倉庫”上覆累計厚達1700多米的地層后，并未發現任何油氣顯示。這有力地證明，這套巨厚的“鍋蓋”完整性很好，為油氣藏的形成提供了至關重要的保存條件。

有效的圈閉與運聚保存：

精準的“捕獲”與長期的“保障”

圈閉是捕集油氣的地質容器，如同精心設置的“陷阱”，能夠攔截移動中的油氣并將其聚集起來。一個有效的圈閉需具備三大要素：孔隙發育的儲集層、致密封蓋的蓋層，以及能夠形成封閉的構造或巖性條件。

三門峽盆地最重要的圈閉類型是斷背斜圈閉。這類圈閉形成于構造擠壓背景下，巖層發生褶皺形成背斜，后期又受斷層切割改造，最終成為斷背斜。其儲集層通常為古近系小安組細砂巖，蓋層為區域性的柳林河組泥巖，形成良好的頂板封蓋。另一種重要類型是斷鼻圈閉，多見于盆地斜坡帶。它通常表現為巖層沿某一方向傾斜，在上傾方向被封閉性斷層封堵，形成三面地層圍限、一面斷層遮擋的圈閉條件。該類圈閉規模一般小于斷背斜，但具有數量多、成帶分布的優勢，只要儲層物性良好、斷層封閉性可靠，即可具備優良的成藏潛力。

> 油氣生儲蓋組合圈閉類型示意圖

光有“陷阱”還不夠，必須有路徑使油氣從“廚房”（生油巖）運移到“陷阱”（圈閉）中，這一過程就是油氣運移。三門峽盆地的油氣主要以垂向運移為主，即沿斷層、裂縫等通道向上方運移。該盆地發育多條開啟性斷裂，成為油氣運移的“高速公路網絡”，直接溝通深部生油巖與淺部圈閉。更關鍵的是，圈閉的形成時期與生油巖中油氣生成及排出的高峰期高度匹配，油氣得以沿這些斷裂高效充注至圈閉中聚集，最終完成成藏過程。

即使油氣已經成功運移并聚集在圈閉中，仍需要最后一道關鍵保障——良好的保存條件，確保這個千百萬年形成的寶藏不會在后期被破壞。這就像一個珍貴的窖藏，不僅需要完美的容器，還需要一個穩定、安全的環境來抵御歲月侵蝕。三門峽盆地自漸新世后期以來，雖然整體經歷抬升剝蝕，但幅度有限，主要的生油巖和儲層并未抬升至地表遭受嚴重破壞。更重要的是，自新近紀以來，盆地整體構造環境趨于穩定，晚期斷裂活動微弱，大多數斷層沒有切穿那層關鍵的“密封蓋”，使得石油安全地被封存于地下，直至被勘探者發現，最終成就了“豫峽地1井”的重大突破。

03

斧斤日進 金石為開

如果說油氣勘探是一場人與自然之間的簡單對話，那么三門峽盆地的勘探史就是一部地質工作者用雙腳丈量大地、用智慧解讀地球的壯麗詩篇。這段歷程，凝聚了幾代地質工作者踏遍黃土、破解油氣密碼的智慧與心血，也承載著從漫長積累到終見曙光的曲折與堅持。三門峽盆地所在的南華北盆地群，是我國東部尚無工業油流發現的最大沉積盆地群，自20世紀50年代起，多輪勘探先后展開，卻始終未見工業油流，使這里成為一塊“食之無味、棄之可惜”的找油“雞肋”，也成為許多老石油人心中一段難圓的夢。

勘探的起點要回溯到1956年。那時，第一批地質隊員肩扛簡陋的設備，走進這片溝壑縱橫的黃土地。“渭7井”“渭8井”先后開鉆，盡管未能直接見到油氣顯示，卻首次確認了古近紀地層的存在，邁出了認識盆地地質條件的第一步。在接下來的20年里，勘探工作者完成了區域地質測量與重力普查，繪制出首張盆地地質構造圖。在模擬地震勘探資料的支撐下，他們優選出了鉆探目標，并部署了“靈參1井”“靈參2井”兩口探井。然而，鉆井深入地下3000余米，所見仍是大套紅色砂泥巖，始終未遇上期望中的生油巖。最終，勘探工作不得不中止，“三門峽貧油”的說法也逐漸流傳開來。

即便油氣勘探暫時停止，地質工作者也從未真正放棄。一位堅持在南華北研究多年的教授打了個生動的比方：“正面強攻不行，我們就‘曲線救國’。找煤的時候，我們留意地層的沉積環境；探金礦的時候，我們分析地下的構造特征；研究地熱時，我們關心深部巖層的熱演化史。這些看似不相關的資料，拼湊起來，就是認識盆地油氣潛力的寶貴拼圖。”正是這種“于無聲處”的堅守與積累，為日后的重大突破悄悄鋪就了道路。

轉機發生在2018年，中國地質調查局油氣資源調查中心開展了中東部中小盆地油氣資源初步調查評價，三門峽盆地不再被看作一個孤立的盆地，而是將其放在整個鄂爾多斯盆地周緣的宏觀構造背景下來分析。三門峽盆地所在的豫西地區遠離秦嶺、太行山等大型構造變形帶，地層保存相對完整，其地質背景與鄰近已發現油氣的河套盆地相似，同屬伸展構造環境，有利于油氣的生成與保存。基于這一認識，公益性油氣調查工作果斷將三門峽盆地選定為戰略突破點，一場以“尋找生油巖”為目標的找礦攻堅戰就此打響。

2019年，為了尋找生油巖，項目組成員連續在野外工作兩三個月，為了獲取最準確的地質數據，每天徒步穿越山區、河流和峽谷，晚上回來又馬不停蹄地繼續分析資料。終于，在靈寶市五畝鄉的山溝里發現了古近紀暗色泥巖露頭，曾秋楠高工激動地回憶道：“那天，我們和往常一樣順著溝底走，越過厚厚的雜草，一片明顯的暗色地層出現在眼前，我們沖上去，用手摸，用鼻子聞，確認是暗色泥巖。”后來的實測顯示，暗色泥巖地層厚度超200米，地球化學指標達到了生油巖標準，首次證實生油巖的存在。同時，電法勘查也傳來好消息，王丹丹教授指著屏幕上的電阻率異常區說：“你看這片凹陷深部低阻異常，連續性非常好，可能暗示生油巖發育范圍很廣。”后來，項目組結合重磁資料，重新處理、解釋，并初步圈定了潼關、陽平、靈寶和故縣4個重磁剩余負異常區，推測該區域新生界沉積厚度大，可能為生油巖發育區。更令人鼓舞的是，地熱井復查發現3口井有油氣顯示，指示深部具有油氣成藏過程，這些成果扭轉了“三門峽貧油”的觀點，將勘探推向新的階段。

而風險仍然存在，有利勘探區域在哪里？儲層的含油性怎么樣？為解決這些疑問，2021年，三門峽盆地聯合攻關團隊部署了二維地震區域勘探，初步優選出4個有利遠景區。其中在函谷關構造遠景區，進一步部署了時頻電磁測量與微生物油氣檢測等工作，通過分析電阻率、極化率異常和油氣微滲漏異常特征，落實了中央構造帶為重要的油氣運移指向區。在落實有利區的基礎上，結合三門峽盆地石油地質特征，攻關團隊初步建立了中央構造帶油氣成藏模式，并以此為理論依據，開展目標井位優選，落實了“豫峽地1井”井位，為日后的油氣發現奠定了堅實基礎。

> “豫峽地 1 井”原油噴出

04

技進于道 府庫洞開

從2023年9月正式開鉆，到2023年12月14日試獲工業油流，“豫峽地1井”的成功并非偶然，其背后是一系列創新技術方法的大膽嘗試。面對三門峽盆地黃土塬地貌復雜、勘探程度低、基礎資料匱乏的嚴峻挑戰，攻關團隊沒有走傳統二維地震勘探的老路，而是創新集成了一套“快速篩查—精準定位—高效驗證”的技術組合，為這片未知區域量身打造了幾把開啟寶藏的“金鑰匙”。

“時頻電磁+微生物油氣檢測”組合的油氣快速篩查技術

勘探初期，如何快速、經濟地鎖定有利目標區是最大難題。團隊創新性地將“時頻電磁法”與“微生物油氣檢測法”相結合，形成了一套高效的地面快速篩查技術。時頻電磁法猶如給大地“做CT”，通過觀測地層電阻率等物理參數的變化，能夠透視地下數千米的地質結構，通過分析極化率等參數劃分出可能蘊含油氣的異常區帶。微生物油氣檢測法通過檢測地表土壤中專門以油氣為食的丁烷氧化菌的異常豐度，來間接判斷地下是否存在油氣微滲漏現象。這兩種技術手段相輔相成，在函谷關構造帶取得了顯著應用成效。不僅快速圈定了油氣有利區域，更是以僅相當于傳統地震勘探20%的成本，為“豫峽地1井”的井位部署提供了關鍵科學依據。這套方法尤其適合在三門峽這類資料相對缺乏的新區開展初期評價，大幅降低了勘探投入和沉沒成本，為后續進一步投入節約了時間和成本。

> “時頻電磁 + 微生物油氣檢測”

油氣快速篩查技術流程圖

“地質調查井+優快鉆井”的經濟高效鉆探模式

面對三門峽盆地復雜的地質條件與鉆井難題，項目團隊創新研發了地質調查井優快鉆井技術。這套技術體系通過三大技術創新破解了鉆進難題。科研人員首先研發了結構特殊的PDC鉆頭，采用“屋脊齒+常規齒”的混合設計，打造出一把能夠適應軟硬交替地層的“萬能鑰匙”，使鉆進效率提高30%以上。針對易坍塌地層，團隊應用了針對性的鉆井液體系，為鉆井井筒穿上了一件堅固的“防護服”，有效防止井壁坍塌。同時，通過優化鉆具組合和鉆井參數，形成了一套高效的鉆井工藝。在“豫峽地1井”的實踐中，這套技術體系展現出顯著成效，鉆井周期縮短10天，單井成本成功控制在300萬～600萬元，成功攻克了黃土塬復雜地區的鉆井難題。

> “豫峽地 1 井”鉆頭

“低阻識別+氣測控制”的油氣層評價方法

在三門峽盆地的勘探過程中，項目團隊遇到了一個特殊的挑戰：這里的油氣層具有“低調”的特性——電阻率偏低，傳統測井方法難以準確識別，容易將其誤判為普通水層或差油層。面對這一難題，團隊通過仔細分析測井中孔隙度、電阻率、聲波時差等數據之間的關系，優化儲層評價參數，建立了新的解釋標準，有效識別出了那些易被忽視的低阻油層。同時，團隊還對氣測錄井的異常識別標準進行了優化修正，提升了該標準在三門峽盆地的適用性。這套方法就像為勘探者配上一雙“火眼金睛”，能夠看穿地層的偽裝，準確識別出有價值的油氣層，評價精度顯著提高，為后續試油層位優選和資源評價提供可靠支撐，避免“魚目混珠”或“滄海遺珠”之憾。

這些技術組合創新，形成了適合勘探程度較低的中小盆地的“快速篩查—精準定位—高效驗證”的技術體系，不僅在三門峽盆地取得了成功，也為類似盆地的勘探提供了可參考的解決方案。從實踐結果來看，“豫峽地1井”分上、中、下三個油層組開展試油工作，均獲得穩定工業油流。其中，下油組日產油15.83立方米，中、上油組兩個層段分別日產油6.79立方米和4.91立方米。2024年，新部署的兩口評價井也不負眾望，不僅全部實現穩產高產，其中一層最高日產油量更是達到92.52立方米，證實了函谷關構造帶具備規模性油氣開發的潛力，徹底扭轉了人們對三門峽盆地“貧油”的認識。初步估算三門峽盆地油氣遠景地質資源當量達4.27億噸，顯示了廣闊的油氣前景。同時，三門峽盆地已探明的油藏具有埋藏淺、不含水、油質好、開發成本低等顯著優勢，有望快速建成新的石油生產基地。

05

乘槎星河 負薪蒼茫

三門峽盆地的勘探突破，標志著在經歷數十年積累與實踐之后，終于在南華北盆地群首次探獲工業油流。這是新一輪找礦突破戰略行動的重大成果，有望支撐建成石油產能基地，服務黃河流域中部資源產業轉型，具有重大的經濟效益、社會效益與發展前景，對我國中小盆地群油氣勘查工作具有重要示范作用和借鑒意義。而支撐這一成果的背后，是幾代地質工作者堅持不懈的努力和對未知領域持續探索的科學精神。

能源勘探本質上是我們認識自然、利用自然，尋求與自然和諧共生的系統性工程。它不僅依賴于地質理論的深化，更需借助科技創新的持續推動。一系列關鍵技術的研究與應用，成為三門峽盆地油氣突破的堅實保障。

展望未來，在我國960萬平方千米的國土上，仍然分布著300多個勘查程度較低的中—小型盆地，它們是未來油氣增儲上產的重要接替領域，等待著油氣工作者去揭秘。隨著勘探的深入，更多隱藏于地下的油氣資源有望被發現和利用，成為保障國家能源安全的新陣地。從三門峽出發，中國油氣勘探的征程，正向著更多樣、更未知的領域堅定邁進。

> 遙望中原 視覺中國 / 供

1

1

作者： 張交東 劉旭鋒 白忠凱 王丹丹 曾秋楠 趙洪波 王玉芳

編輯： 何陳臨秋

排版： 劉欣潼

審核： 常 艷

官網： https://kpwhbjb.cgl.org.cn