蛰龙惊起 气贯崤函——三门峡油气勘探破局之路

（本文发表于2025年第4期）

第一作者简介

张交东，正高级工程师，硕士生导师，中国地质调查局油气资源调查中心油气调查评价团队首席专家，三门峡盆地油气发现主要贡献者，中国地球物理学会流体地球科学专业委员会副主任委员。主要从事基础地质和油气成藏研究，提出并创新三门峡盆地油气成藏理论认识，研发井中－地面联采的多波多分量地震勘探等多项技术，在三门峡盆地、南华北盆地等地取得多项油气新发现和新突破。主持国家自然科学基金面上项目、国家科技重大专项任务、中国博士后科学基金项目、中国科学院重点实验室和地质调查项目等20余项。获省部级奖2项（排名第一），公开发表论文30余篇，出版专著3部，授权专利5件。所在团队被自然资源部与共青团中央联合授予“自然资源系统青年突击队”称号。

> 绿意长卷 视觉中国 / 供

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寻油七秩 终见曙光

油气资源增储上产是保障我国能源安全和推动石油行业可持续发展的重要战略举措。中国境内分布着417个不同规模的沉积盆地，其中松辽、渤海湾等12个大中型盆地是我国增储上产的主要阵地，其常规石油与天然气可采资源量合计约占全国总量的80%。但近年来，这些盆地陆续进入勘探开发中后期，增储上产难度逐渐增大。当前，在经济社会持续发展的推动下，能源需求不断攀升，长期被忽视却数量众多的中小型盆地油气资源开始受到关注。然而，中小盆地油气勘探并非易事。由于勘探程度低、地质条件复杂，许多盆地的基本构造特征、成藏机制仍不清晰，多数中小盆地的油气勘探工作长期以来难以实现工业性突破，尤其是在中小盆地聚集的南华北地区（主要位于河南、安徽两省）。

转机，出现在2023年的河南省三门峡市。在黄土高原与秦岭山脉交界处实施的“豫峡地1井”成功钻获工业油流，日产原油17.13立方米，标志着该区70年来油气调查取得重大突破。这一突破不仅点燃了当地油气勘探的希望之火，也打开了我国中小盆地油气勘探的新窗口。2024年，紧随其后部署的两口评价井再传捷报，最高日产量达到92.52立方米，进一步印证了三门峡盆地良好的资源潜力，夯实了进一步勘探开发的资源基础，打开了华北南部地区油气勘探开发新局面，为当地经济社会发展注入了新的活力。

> 三门峡盆地地理位置

很多人可能会好奇，一个以往被视为“贫油”的区域，为何能实现从无到有的跨越，背后究竟隐藏着怎样的地质密码，答案深藏在盆地的演化历程、几代地质人的坚守和科技创新的利剑之中。

02

太古凝珠 今朝始见

三门峡盆地位于豫、晋、陕三省交界处，地处华北陆块南缘的豫西地区。盆地整体呈东西向展布，北靠中条山，南邻小秦岭，东接崤山，西连渭河盆地，黄河自西向东穿流而过，构成了一个四周高、中间低的山间盆地，总面积约为4500平方千米。

“豫峡地1井”的成功，其根本原因在于三门峡盆地自身具备形成油气藏的良好地质条件。这个看似普通的山间盆地，实则恰好具备了油气生成、储集、封盖、运移、聚集和保存的全部要素，如同一座设计精妙的地下“天然油库”。理解其背后的地质逻辑，是读懂这次突破的关键。

优越的生油条件：

优质的“原料”与适宜的“火候”

一个沉积盆地能否出油，首先取决于有没有足够好的生油岩。约5600万年前的始新世，三门峡盆地南北两侧的边界断裂活动强烈，导致整个区域快速下沉，形成了一个巨大的低洼坑地。随后，水源注入，形成了一个又大又深的稳定湖泊。湖泊中藻类等浮游生物繁盛，加之当时气候干旱，导致湖盆咸化，这些生物死亡后在湖底缺氧的环境下得以有效保存并逐渐累积，形成后期岩石中丰富的有机质。现今在盆地边缘出露的古近系小安组和坡底组厚层暗色泥岩，便是当时的湖相沉积，累计厚度超过200米，有机质含量最高可达5.85%，成为生成油气的“原料”，即生油岩。

> 三门峡盆地生油岩

仅有“原料”还不够，还需要合适的“火候”将其“烹煮”成油。三门峡盆地具有高地温梯度（3.5～4.0°C/100米），这源于地壳深处莫霍面隆起导致的地幔热流上涌。这使得生油岩在埋藏深度约2000米时，地层温度即可超过80℃，达到生油“火候”，并在漫长的岁月中持续加热。这就像用一个慢炖锅，慢慢“烹煮”这些有机质，确保了有机质能够充分转化为石油。

良好的储集与封盖条件：

高效的“仓储”与可靠的“密封”

石油生成后，需要一个能够容纳它们的“地下仓库”，即储层。在三门峡盆地，这个“仓库”主要由始新世河道和三角洲前缘砂体构成。想象一下古河流携带泥沙奔涌向前，在入湖口处逐渐堆积，形成面积广阔的三角洲，这与今天我们在江河沿岸及入海口看到的沙洲形成过程完全一致。经过数千万年的地质演化，这些古老的砂体被埋藏、压实、胶结，最终变成了我们如今看到的砂岩。

> 储集层岩心（砂岩，肉眼）

虽然这些岩石看起来坚硬致密，但它们绝非“铁板一块”。在显微镜下，可以看到砂岩颗粒之间存在大量微小孔隙，这就是石油赖以储集的天然空间。这些砂体在沉积过程中经历了河流的反复改道和迁移，形成了纵向叠置、横向连片的复合砂体，三门峡盆地的“地下仓库”因之不断扩大。

> 储集空间

（显微镜下，蓝色为经染色后的储集空间）

最关键的是，测井数据证实了这些储层的优良特性：孔隙度达到13.43%～20.6%，说明岩石中有足够多的“小房间”存油，渗透率为35.1～215.5毫达西，确保存储的石油具有较好的流动性。这意味着这些砂岩不仅能够储存相当体量的石油，还具备让石油自然流动产出的能力，犹如一块天然预制的“吸油海绵”，石油完全可以在不经过改造的情况下直接流出，大大降低了开采难度。

有了能存油的“仓库”，还必须有一个严丝合缝的“巨型锅盖”盖在上面，防止油气向上逃逸，这个关键角色就是盖层。它通常由致密、柔软且厚度可观的泥岩组成，以其自身的不渗透性，将生成的油气牢牢“闷”在地下深处的“仓库”中。在三门峡盆地，古近系门里组、坡底组、小安组及柳林河组都广泛发育有厚层泥岩。地球物理勘探资料清晰显示，这些泥岩层在区域内连续稳定分布，累计厚度超过1500米，共同构成了封闭性极佳的区域性盖层。其中，柳林河组的紫红—棕红色泥岩尤为关键，它与上覆更年轻的新近系至第四系黄土质泥岩“强强联合”，相当于给存油“仓库”封盖上了“双保险”。最直接的证据来自“豫峡地1井”的钻探结果，在钻穿存油“仓库”上覆累计厚达1700多米的地层后，并未发现任何油气显示。这有力地证明，这套巨厚的“锅盖”完整性很好，为油气藏的形成提供了至关重要的保存条件。

有效的圈闭与运聚保存：

精准的“捕获”与长期的“保障”

圈闭是捕集油气的地质容器，如同精心设置的“陷阱”，能够拦截移动中的油气并将其聚集起来。一个有效的圈闭需具备三大要素：孔隙发育的储集层、致密封盖的盖层，以及能够形成封闭的构造或岩性条件。

三门峡盆地最重要的圈闭类型是断背斜圈闭。这类圈闭形成于构造挤压背景下，岩层发生褶皱形成背斜，后期又受断层切割改造，最终成为断背斜。其储集层通常为古近系小安组细砂岩，盖层为区域性的柳林河组泥岩，形成良好的顶板封盖。另一种重要类型是断鼻圈闭，多见于盆地斜坡带。它通常表现为岩层沿某一方向倾斜，在上倾方向被封闭性断层封堵，形成三面地层围限、一面断层遮挡的圈闭条件。该类圈闭规模一般小于断背斜，但具有数量多、成带分布的优势，只要储层物性良好、断层封闭性可靠，即可具备优良的成藏潜力。

> 油气生储盖组合圈闭类型示意图

光有“陷阱”还不够，必须有路径使油气从“厨房”（生油岩）运移到“陷阱”（圈闭）中，这一过程就是油气运移。三门峡盆地的油气主要以垂向运移为主，即沿断层、裂缝等通道向上方运移。该盆地发育多条开启性断裂，成为油气运移的“高速公路网络”，直接沟通深部生油岩与浅部圈闭。更关键的是，圈闭的形成时期与生油岩中油气生成及排出的高峰期高度匹配，油气得以沿这些断裂高效充注至圈闭中聚集，最终完成成藏过程。

即使油气已经成功运移并聚集在圈闭中，仍需要最后一道关键保障——良好的保存条件，确保这个千百万年形成的宝藏不会在后期被破坏。这就像一个珍贵的窖藏，不仅需要完美的容器，还需要一个稳定、安全的环境来抵御岁月侵蚀。三门峡盆地自渐新世后期以来，虽然整体经历抬升剥蚀，但幅度有限，主要的生油岩和储层并未抬升至地表遭受严重破坏。更重要的是，自新近纪以来，盆地整体构造环境趋于稳定，晚期断裂活动微弱，大多数断层没有切穿那层关键的“密封盖”，使得石油安全地被封存于地下，直至被勘探者发现，最终成就了“豫峡地1井”的重大突破。

03

斧斤日进 金石为开

如果说油气勘探是一场人与自然之间的简单对话，那么三门峡盆地的勘探史就是一部地质工作者用双脚丈量大地、用智慧解读地球的壮丽诗篇。这段历程，凝聚了几代地质工作者踏遍黄土、破解油气密码的智慧与心血，也承载着从漫长积累到终见曙光的曲折与坚持。三门峡盆地所在的南华北盆地群，是我国东部尚无工业油流发现的最大沉积盆地群，自20世纪50年代起，多轮勘探先后展开，却始终未见工业油流，使这里成为一块“食之无味、弃之可惜”的找油“鸡肋”，也成为许多老石油人心中一段难圆的梦。

勘探的起点要回溯到1956年。那时，第一批地质队员肩扛简陋的设备，走进这片沟壑纵横的黄土地。“渭7井”“渭8井”先后开钻，尽管未能直接见到油气显示，却首次确认了古近纪地层的存在，迈出了认识盆地地质条件的第一步。在接下来的20年里，勘探工作者完成了区域地质测量与重力普查，绘制出首张盆地地质构造图。在模拟地震勘探资料的支撑下，他们优选出了钻探目标，并部署了“灵参1井”“灵参2井”两口探井。然而，钻井深入地下3000余米，所见仍是大套红色砂泥岩，始终未遇上期望中的生油岩。最终，勘探工作不得不中止，“三门峡贫油”的说法也逐渐流传开来。

即便油气勘探暂时停止，地质工作者也从未真正放弃。一位坚持在南华北研究多年的教授打了个生动的比方：“正面强攻不行，我们就‘曲线救国’。找煤的时候，我们留意地层的沉积环境；探金矿的时候，我们分析地下的构造特征；研究地热时，我们关心深部岩层的热演化史。这些看似不相关的资料，拼凑起来，就是认识盆地油气潜力的宝贵拼图。”正是这种“于无声处”的坚守与积累，为日后的重大突破悄悄铺就了道路。

转机发生在2018年，中国地质调查局油气资源调查中心开展了中东部中小盆地油气资源初步调查评价，三门峡盆地不再被看作一个孤立的盆地，而是将其放在整个鄂尔多斯盆地周缘的宏观构造背景下来分析。三门峡盆地所在的豫西地区远离秦岭、太行山等大型构造变形带，地层保存相对完整，其地质背景与邻近已发现油气的河套盆地相似，同属伸展构造环境，有利于油气的生成与保存。基于这一认识，公益性油气调查工作果断将三门峡盆地选定为战略突破点，一场以“寻找生油岩”为目标的找矿攻坚战就此打响。

2019年，为了寻找生油岩，项目组成员连续在野外工作两三个月，为了获取最准确的地质数据，每天徒步穿越山区、河流和峡谷，晚上回来又马不停蹄地继续分析资料。终于，在灵宝市五亩乡的山沟里发现了古近纪暗色泥岩露头，曾秋楠高工激动地回忆道：“那天，我们和往常一样顺着沟底走，越过厚厚的杂草，一片明显的暗色地层出现在眼前，我们冲上去，用手摸，用鼻子闻，确认是暗色泥岩。”后来的实测显示，暗色泥岩地层厚度超200米，地球化学指标达到了生油岩标准，首次证实生油岩的存在。同时，电法勘查也传来好消息，王丹丹教授指着屏幕上的电阻率异常区说：“你看这片凹陷深部低阻异常，连续性非常好，可能暗示生油岩发育范围很广。”后来，项目组结合重磁资料，重新处理、解释，并初步圈定了潼关、阳平、灵宝和故县4个重磁剩余负异常区，推测该区域新生界沉积厚度大，可能为生油岩发育区。更令人鼓舞的是，地热井复查发现3口井有油气显示，指示深部具有油气成藏过程，这些成果扭转了“三门峡贫油”的观点，将勘探推向新的阶段。

而风险仍然存在，有利勘探区域在哪里？储层的含油性怎么样？为解决这些疑问，2021年，三门峡盆地联合攻关团队部署了二维地震区域勘探，初步优选出4个有利远景区。其中在函谷关构造远景区，进一步部署了时频电磁测量与微生物油气检测等工作，通过分析电阻率、极化率异常和油气微渗漏异常特征，落实了中央构造带为重要的油气运移指向区。在落实有利区的基础上，结合三门峡盆地石油地质特征，攻关团队初步建立了中央构造带油气成藏模式，并以此为理论依据，开展目标井位优选，落实了“豫峡地1井”井位，为日后的油气发现奠定了坚实基础。

> “豫峡地 1 井”原油喷出

04

技进于道 府库洞开

从2023年9月正式开钻，到2023年12月14日试获工业油流，“豫峡地1井”的成功并非偶然，其背后是一系列创新技术方法的大胆尝试。面对三门峡盆地黄土塬地貌复杂、勘探程度低、基础资料匮乏的严峻挑战，攻关团队没有走传统二维地震勘探的老路，而是创新集成了一套“快速筛查—精准定位—高效验证”的技术组合，为这片未知区域量身打造了几把开启宝藏的“金钥匙”。

“时频电磁+微生物油气检测”组合的油气快速筛查技术

勘探初期，如何快速、经济地锁定有利目标区是最大难题。团队创新性地将“时频电磁法”与“微生物油气检测法”相结合，形成了一套高效的地面快速筛查技术。时频电磁法犹如给大地“做CT”，通过观测地层电阻率等物理参数的变化，能够透视地下数千米的地质结构，通过分析极化率等参数划分出可能蕴含油气的异常区带。微生物油气检测法通过检测地表土壤中专门以油气为食的丁烷氧化菌的异常丰度，来间接判断地下是否存在油气微渗漏现象。这两种技术手段相辅相成，在函谷关构造带取得了显著应用成效。不仅快速圈定了油气有利区域，更是以仅相当于传统地震勘探20%的成本，为“豫峡地1井”的井位部署提供了关键科学依据。这套方法尤其适合在三门峡这类资料相对缺乏的新区开展初期评价，大幅降低了勘探投入和沉没成本，为后续进一步投入节约了时间和成本。

> “时频电磁 + 微生物油气检测”

油气快速筛查技术流程图

“地质调查井+优快钻井”的经济高效钻探模式

面对三门峡盆地复杂的地质条件与钻井难题，项目团队创新研发了地质调查井优快钻井技术。这套技术体系通过三大技术创新破解了钻进难题。科研人员首先研发了结构特殊的PDC钻头，采用“屋脊齿+常规齿”的混合设计，打造出一把能够适应软硬交替地层的“万能钥匙”，使钻进效率提高30%以上。针对易坍塌地层，团队应用了针对性的钻井液体系，为钻井井筒穿上了一件坚固的“防护服”，有效防止井壁坍塌。同时，通过优化钻具组合和钻井参数，形成了一套高效的钻井工艺。在“豫峡地1井”的实践中，这套技术体系展现出显著成效，钻井周期缩短10天，单井成本成功控制在300万～600万元，成功攻克了黄土塬复杂地区的钻井难题。

> “豫峡地 1 井”钻头

“低阻识别+气测控制”的油气层评价方法

在三门峡盆地的勘探过程中，项目团队遇到了一个特殊的挑战：这里的油气层具有“低调”的特性——电阻率偏低，传统测井方法难以准确识别，容易将其误判为普通水层或差油层。面对这一难题，团队通过仔细分析测井中孔隙度、电阻率、声波时差等数据之间的关系，优化储层评价参数，建立了新的解释标准，有效识别出了那些易被忽视的低阻油层。同时，团队还对气测录井的异常识别标准进行了优化修正，提升了该标准在三门峡盆地的适用性。这套方法就像为勘探者配上一双“火眼金睛”，能够看穿地层的伪装，准确识别出有价值的油气层，评价精度显著提高，为后续试油层位优选和资源评价提供可靠支撑，避免“鱼目混珠”或“沧海遗珠”之憾。

这些技术组合创新，形成了适合勘探程度较低的中小盆地的“快速筛查—精准定位—高效验证”的技术体系，不仅在三门峡盆地取得了成功，也为类似盆地的勘探提供了可参考的解决方案。从实践结果来看，“豫峡地1井”分上、中、下三个油层组开展试油工作，均获得稳定工业油流。其中，下油组日产油15.83立方米，中、上油组两个层段分别日产油6.79立方米和4.91立方米。2024年，新部署的两口评价井也不负众望，不仅全部实现稳产高产，其中一层最高日产油量更是达到92.52立方米，证实了函谷关构造带具备规模性油气开发的潜力，彻底扭转了人们对三门峡盆地“贫油”的认识。初步估算三门峡盆地油气远景地质资源当量达4.27亿吨，显示了广阔的油气前景。同时，三门峡盆地已探明的油藏具有埋藏浅、不含水、油质好、开发成本低等显著优势，有望快速建成新的石油生产基地。

05

乘槎星河 负薪苍茫

三门峡盆地的勘探突破，标志着在经历数十年积累与实践之后，终于在南华北盆地群首次探获工业油流。这是新一轮找矿突破战略行动的重大成果，有望支撑建成石油产能基地，服务黄河流域中部资源产业转型，具有重大的经济效益、社会效益与发展前景，对我国中小盆地群油气勘查工作具有重要示范作用和借鉴意义。而支撑这一成果的背后，是几代地质工作者坚持不懈的努力和对未知领域持续探索的科学精神。

能源勘探本质上是我们认识自然、利用自然，寻求与自然和谐共生的系统性工程。它不仅依赖于地质理论的深化，更需借助科技创新的持续推动。一系列关键技术的研究与应用，成为三门峡盆地油气突破的坚实保障。

展望未来，在我国960万平方千米的国土上，仍然分布着300多个勘查程度较低的中—小型盆地，它们是未来油气增储上产的重要接替领域，等待着油气工作者去揭秘。随着勘探的深入，更多隐藏于地下的油气资源有望被发现和利用，成为保障国家能源安全的新阵地。从三门峡出发，中国油气勘探的征程，正向着更多样、更未知的领域坚定迈进。

> 遥望中原 视觉中国 / 供

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作者： 张交东 刘旭锋 白忠凯 王丹丹 曾秋楠 赵洪波 王玉芳

编辑： 何陈临秋

排版： 刘欣潼

审核： 常 艳

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