苏北盆地富油气凹陷形成与分布特征

江 夏，周荔青

(1.中国石油大学，北京 102249； 2.中国石油化工集团公司 外事局，北京 100728；3.中国石油化工股份有限公司 石油勘探开发研究院，北京 100083； 4.中国石油化工股份有限公司 华北分公司，郑州 450006)

苏北盆地是指苏北—南黄海盆地的陆上部分，位于江苏省长江以北地区，面积32 800 km2。盆地西界为郯庐断裂，北接扬子板块与华北板块缝合带，南界为扬子褶皱系的低山丘陵区。它是中国东南部陆地上最大的中新生代近海张性含油气断陷盆地[1]。盆地由南往北划分为东台坳陷、建湖隆起、盐阜坳陷三大单元，又可细划为10个箕状断陷和16个凸起、低凸起 (图1)。

中新生代盆地经历了由晚白垩世、古近纪断陷到新近纪—第四纪坳陷的构造演化，发育上、下2套成油气组合(图2)。晚白垩世晚期—古新世，盆地强烈沉降，加上气候温湿、潮平面上升及海浸，盆地发育河流—三角洲—湖泊沉积体系，沉积了厚2 500 m、生储盖层齐全的泰州组和阜宁组，形成下部原生成油气组合。古新世末期，发生了以区域隆升作用为主的吴堡运动，且气候干旱、湖平面较低，结束了持续性的河—湖沉积环境。自此，盆地进入冲积—河流—泛滥平原沉积环境，发育厚达3 500 m的多套储盖层系，形成上部次生成油气组合。

目前，该盆地年产原油已达190×104t，已探明储量约为2.4×108t，探明与控制储量累计约3.1×108t。盆地中已发现70多个中小型油气田，单个油气田探明储量小于2 000×104t；其中，大于1 000×104t的油田5个，大于500×104t的油田15个，绝大多数为(50～200)×104t的超小型油气田。规模较大的前20位油气田的探明储量占总探明储量的90%。

苏北盆地油气聚集具明显富集性，已发现的油气田均分布在南部的东台坳陷，约95%以上的油气储量分布在高邮、金湖、溱潼等3个富油气凹陷，不同含油气断陷的主力产层、油气成藏特征也有明显差异。研究表明，盆地沉积中心迁移、沉积体系演变、吴堡运动、岩浆作用、构造演化等因素综合控制了盆地内富油气凹陷的形成与分布[2-5]。

1 沉降中心迁移对富油气凹陷的控制

1.1 发育4类凹陷

晚白垩世晚期—古近纪以来，苏北盆地的演化受中国东部大陆区域拉张应力和郯庐断裂右旋运动控制，盆地沉积中心有规律地由西向东迁移，造成各凹陷不同时期的沉积厚度有很大差异[2-3]。

根据苏北盆地各凹陷盐城组—东台组、三垛组—戴南组、阜宁组—泰州组等上、中、下3套地层的厚度，将凹陷分为早期快速沉降型(Ⅰ类)、持续快速沉降型(Ⅱ类)、晚期快速沉降型(Ⅲ类)、持续缓速沉降型(Ⅳ类)等4类凹陷。Ⅰ类凹陷3套地层最大厚度为5 000 m，上、中、下3套地层厚度分别为1 000,1 800,2 200 m，代表性凹陷为金湖、洪泽凹陷。Ⅱ类凹陷沉积建造的最大厚度为7 000 m，上、中、下3套地层厚度分别为2 500,2 700,1 800 m，代表性凹陷为高邮、溱潼凹陷。Ⅲ类凹陷3套地层的最大厚度为5 200 m，上、中、下3套地层厚度分别为2 000,1 400,1 800 m，代表性凹陷为海安、盐城、白驹凹陷等。Ⅳ类凹陷沉积建造最大厚度为3 500 m，上、中、下3套地层厚度分别为1 100,1 200,1 200 m，代表性凹陷为阜宁、涟南、涟北凹陷等。上述4类凹陷有规律展布，盆地西部以发育Ⅰ类凹陷为主，中部发育Ⅱ类凹陷，东部发育Ⅲ类凹陷，北东部则为Ⅳ类凹陷。

图1 苏北盆地中新生代构造格局

图2 苏北盆地中新生代沉积建造序列

1.2 4类凹陷含油气性的显著差异

这4类凹陷成油气地质条件的差异主要表现在以下3个方面：1)在主要烃源岩沉积期，邻近沉降中心的凹陷烃源岩厚度大，且以深湖相烃源岩为主，有机质丰度高、类型好；2)在烃源岩沉积后，凹陷若能保持较高的沉降速度，则有利于烃源岩较早成熟，有机质转化率较高，有效烃源岩的体积也增大；3)在垛一段—戴南组沉积期，烃源岩若能大面积成熟，则当时有较强烈断裂构造活动的凹陷内，大量原生油气顺同生断裂向上运移，形成十分丰富的次生油气藏。

受成油气地质条件差异影响，4类凹陷的油气丰度有明显差异。Ⅱ类凹陷油气丰度为(4～6)×104t/km2，Ⅰ类凹陷为(2～4)×104t/km2，Ⅲ类凹陷仅为(0.5～1)×104t/km2，而Ⅳ类凹陷尚未发现油气田。4类凹陷的原、次生油气资源比例也不同。Ⅱ类凹陷原、次生油气资源比例为1∶1～2∶1，次生油气十分丰富；Ⅰ,Ⅲ类凹陷的次生油气则很少。4类凹陷的勘探层埋深差异也很大。Ⅱ类凹陷超浅层—超深层型油气藏均十分发育，目的层埋深1 000～5 000 m，含油气层位垛二段—泰一段均有；Ⅰ类凹陷油气层埋深800～3 000 m，目的层比较集中在阜三段、阜二段和阜一段；Ⅲ类凹陷油气层埋深2 400～4 000 m，目的层为阜三段、阜一段和泰一段。

2 沉积体系变迁对富油气凹陷的控制

受盆地构造演化影响，晚白垩世—古近纪苏北盆地沉积体系有过很大变迁[1,6-7]。如图3所示，泰州组—阜四段沉积期，盆地受西高东低地貌影响，发育由西向东的大型轴向水流，河流、三角洲等最有利储集相带分布在西部凹陷区，并在阜二段、阜四段沉积期的浅水部分形成生物灰岩储集层。其他凹陷区则受径向小型水流控制，由凸起与低凸起等供给物源。

吴堡运动后，盆地构造格局发生重要变迁，东部的小海及曹敝凸起大幅上升，形成东西两大物源系[1,6]。如图4所示，戴南组—三垛组沉积时期，盆地发育双向大型轴向水流，两大河流分别位于盆地东西两端，控制盆地平面上粗、细碎屑岩的比例有规律地变化。盆地西部及东部两端地区，戴南组—三垛组中粗碎屑岩比例高，盖层不发育，储盖组合较差。盆地中部的高邮、溱潼凹陷，由东向西依次发育盖层不发育区(洪积扇扇根、辫状河流相)、有利储盖组合配置区(扇三角洲—湖相泥岩交替或河流相、泛滥平原相交替区)及储层不发育区(浅湖相或泛滥平原相)。

受沉积体系变迁影响，盆地不同部位的生油岩情况及有利储盖组合有很大区别，加之各区块其他油气成藏条件不同，不同地区的勘探层有明显差异。

图3 苏北盆地泰二段—阜二段岩相古地理

图4 苏北盆地戴南组—三垛组岩相古地理

2.1 盆地西部地区(包括金湖、洪泽凹陷)

本区处于泰州组—阜宁组沉积期西部大型河流入湖区，泰州组—阜一段为一套红色碎屑岩、泥岩建造，无生油条件。因其为早期快速沉积型凹陷，后期(Ny—Q)沉积厚度极薄(仅0～500 m)，导致阜四段、阜三段普遍未成熟。因此，仅发育阜二段主力烃源岩。

在金湖凹陷，因发育阜二段优质烃源岩，加之阜宁组储集相带有利，发育阜二段上/阜二段下+ 阜一段及阜四段/阜三段有利生储盖组合；阜宁组油藏埋藏浅、规模较大，但由于仅有一套烃源岩，该凹陷油气资源丰度低于高邮、溱潼凹陷。在该凹陷的三河、龙岗深凹部位，阜四段烃源岩进入成熟门限，发育戴一段上/戴一段下储盖组合的小型油藏。

在洪泽凹陷，受沉积作用影响，未形成阜宁组的良好生储盖组合，导致油气勘探前景较差。在洪泽的管镇次凹，阜二段、阜三段均为红色粗碎屑岩建造，缺乏主力烃源岩。在洪泽顺河集次凹，阜二段发育盐湖型优质烃源岩，烃源岩成熟门限仅800～1 200 m，但因阜三段及阜一段上部储层不发育，难以形成良好的原生成油气组合。

2.2 盆地中部地区(包括高邮、溱潼凹陷)

晚白垩世晚期—古新世时期，该区深湖—半深湖与河流—扇三角洲浅湖沉积环境交替出现，既形成阜四段、阜二段、泰二段等多套深湖相生油岩，又发育阜三段、阜一段上部、阜一段下部、泰一段等多套河流—扇三角洲砂体，由此，下部原生成油组合发育多套有利生储盖组合。该区块整体热演化程度较高，烃源岩普遍进入成熟门限，油气垂向运移较活跃，上部次生成油气组合成藏条件极好。上部次生含油组合由垛二段上/垛二段下、垛一段上/垛一段下、戴二段、戴一段上/ 戴一段下等储盖组合构成，以中高渗扇三角洲、河流相储层为主。在河流相及扇三角洲相与湖相、泛滥平原相的相变地带，发育戴南组—三垛组岩性油气藏。在两凹陷的东部地区，戴南组内缺乏区域性盖层，次生油气聚集在垛一段上/垛一段下储盖组合中[8]。

2.3 盆地东部地区(包括海安、盐城凹陷)

该区泰州组—阜宁组沉积期远离主物源区，长期处于浅湖—半深湖环境，烃源岩极发育，尤其是泰州组—阜一段亦发育大套暗色泥岩，但烃源岩有机质丰度普遍较低，母质类型较差，成熟门限较深。由于烃源岩整体热演化程度低，油气垂向运移不活跃，该地区主要发育下部含油气组合，阜一段/泰二段/泰一段及阜四段/阜二段/阜三段2个组合较有利。

3 吴堡运动对富油气凹陷的控制

发生在古新世末的吴堡运动，使得盆地构造格局发生很大变化，形成东北部强烈隆起区与西南部残留坳陷区，两类地区成油气地质条件差异极大[2]。

3.1 残留坳陷区成油气地质条件

盆地西南部为残留坳陷区，面积约5 000 km2，主要分布在金湖、高邮、溱潼、洪泽凹陷的深凹、内斜坡、枢纽带，接受戴南组沉积(图5)。戴南组下部发育一套厚0～600 m、冲积环境下的粗碎屑岩建造；上部发育一套厚0～600 m、河流—三角洲—浅湖环境下的泥质岩、砂泥岩互层建造。在高邮、溱潼凹陷的深凹部位，戴一段上部尚发育湖相暗色泥岩烃源层。残留坳陷区的分割性极强，各箕状断陷的外斜坡及低凸起区均缺失戴南组沉积建造，一般阜四段—阜二段被剥蚀，且越靠近低凸起，剥蚀量越大。在金湖、高邮凹陷，戴南组沉积建造最厚达800～1 200 m，而溱潼凹陷戴南组沉积建造最厚达600 m。

在残留坳陷区，凹陷持续沉降，戴南组沉积末期，各深凹的泰二段及阜二段下部烃源岩即进入低成熟阶段。三垛组沉积期，各凹陷的泰二段、阜二段烃源岩大面积进入成熟生油阶段。此时，受三垛组沉积期各级同生断裂的输导，深凹带生成的大量油气运移到浅部，形成上部次生成油气组合油气藏。因此，在残留坳陷区，既发育一批埋藏较浅(1 000～3 000 m)的次生油气藏，又发育一系列埋藏较深(2 300～5 000 m)的戴南组—泰州组原生油气藏[2]。

3.2 强烈隆起区成油气地质条件

在吴堡运动作用下，盆地东北部各凹陷均成为强烈隆起剥蚀区，除在盐城、海安凹陷发育极小范围的残留凹陷外，古新世沉积建造受到强烈剥蚀。部分凹陷阜二段—阜四段被剥蚀，如白驹凹陷，最大剥蚀厚度可达1 200 m。大多数凹陷的阜三段—阜四段被剥蚀，一般剥蚀厚度达400～1 000 m。各凹陷间的凸起、低凸起区，大多数阜一段—泰州组被剥蚀。在局部的极小型残留凹陷内，仅发育厚度100～300 m的下粗上细的沉积建造[2]。

在强烈隆起剥蚀区，阜宁组强烈剥蚀，导致一些区块缺失阜二段、阜四段主力生油层，尤其是东北部的白驹、阜宁、涟南、涟北凹陷及海安凹陷的东北部。因阜宁组被强烈剥蚀，加之缺少戴南组沉积，大大推迟了各生油层的成熟期，一直到盐城组沉积后期，阜二段、泰二段烃源岩才开始成熟生油，阜三段、阜四段则普遍未成熟。由于成熟烃源岩体积小，且成熟期晚，仅形成下部原生含油气组合的小型油藏，主要目的层为阜三段、阜一段及泰一段，油藏埋深达2 300～4 500 m[2]。

图5 苏北盆地吴堡运动期古地貌与油气田分布关系

苏北盆地已发现的油气藏绝大多数分布在吴堡运动的残留坳陷区及其附近，且各区块油气资源丰度明显与戴南组沉积厚度呈正相关。目前，仅在海安凹陷发现分布于吴堡运动隆起区的2个泰一段—阜一段小油藏。在高邮、溱潼凹陷的深凹，戴南组残留厚度最大，残留坳陷区及其附近发育大量上部次生组合油气田。

4 岩浆作用与油气资源丰度的关系

苏北盆地以玄武质岩浆作用为主，共计有4大期火山活动。如图6所示，在金湖凹陷与高邮凹陷之间的低凸起区，发生了泰一段—阜宁组第一期火山活动。其中，泰一段末、阜一段末的2次火山活动规模较大，岩浆岩广布于喷发区，而阜二段、阜三段则为小规模喷发。垛一段时期为第二期火山活动，活动规模最大，尤以中东部的高邮、溱潼、曲塘凹陷最强烈，共计有5～6次喷发。盐一段时期发生第三期火山活动，主要分布在盆地中东部地区(高邮、溱潼凹陷)，期间共计有3～4次喷发。盐二段—东台组时期为第四期火山活动，主要分布于紧邻郯庐断裂的金湖凹陷西部地区。火山活动是各凹陷受热强度的标志，它在时空上分布的差异与各凹陷的油气丰度明显相关。

4.1 烃源岩沉积期火山作用与油气富集的关系

泰州组—阜宁组烃源岩沉积期，在盆地西部金湖凹陷西缘柳堡—闵桥构造带一线的继承性玄武岩喷发带，由泰州组至阜四段沉积期继承性活动，形成金湖、高邮凹陷在阜二段、阜四段沉积期相对隔绝的半咸化湖沉积环境(图7)，促使金湖、高邮凹陷发育优质烃源岩。这种沉积环境既与火山作用形成的地貌分隔有关，也与地表热力环境和充足的无机营养有关。在这种环境中，生物特别繁盛，且以低等藻类(含丰富脂肪类)为主，有机质保存条件良好，加上可能存在无机加氢作用，形成优质烃源岩，具有有机质丰度高，母质类型好，成熟门限低(1 500～1 800 m)的特征。导致该类凹陷油气资源丰度较高，勘探层埋深变浅，大部分油田埋深仅1 200～2 000 m。

图6 苏北盆地喷发岩分布

4.2 烃源岩沉积期后岩浆作用与油气富集的关系

岩浆作用反映了各凹陷的受热状况，烃源岩沉积后，岩浆作用较多的凹陷，其地温梯度较高，烃源岩成熟门限明显下降[9-10]。有2～3期火山活动的凹陷，如金湖、高邮、溱潼凹陷，其地温梯度约为3.4 ℃/hm，Ⅰ—Ⅱ型干酪根成熟门限为1 500～2 200 m，Ⅲ型干酪根成熟门限为2 500 m。有l～2期较强火山活动的凹陷，如海安凹陷，其古地温梯度约为3 ℃/hm，Ⅰ—Ⅱ型干酪根成熟门限为2 500 m，Ⅲ型干酪根成熟门限为2 800 m。火山活动极弱的凹陷，如盐城凹陷等，其古地温梯度约为2.6 ℃/hm，Ⅰ—Ⅱ型干酪根成熟门限为2 800 m，Ⅲ型干酪根成熟门限为3 000 m。

图7 苏北盆地烃源岩沉积期火山活动与优质烃源岩形成分布

由于凹陷受热作用的差异，上述3类凹陷的油气丰度有明显不同。发育2～3期强烈火山活动的溱潼、高邮、金湖凹陷是盆地的主要油气富集区。发育1～2期较强火山活动的海安凹陷，目前仅发现3个小型油气田，地质储量仅占总储量的3%。火山活动极弱的盐城凹陷，尽管新生界累厚超过5 000 m，但绝大多数深探井未见油气显示。

5 主要结论

苏北盆地已发现的油气田主要分布在南部的东台坳陷的高邮、金湖、溱潼等3个富油气凹陷，且不同含油气断陷的主力产层、油气成藏特征有明显差异。其具有如下形成与分布特征：

1)在苏北盆地沉降中心由西向东迁移中，形成早期快速沉降型、持续快速沉降型、晚期快速沉降型、持续缓速沉降型等4类凹陷，其中的早期快速沉降型(金湖凹陷)和持续快速沉降型(高邮、溱潼凹陷)烃源岩厚度大，有机质品质好，热演化程度高。

2)沉积体系演变对形成富油气凹陷的有利生储盖组合起重要作用。处于盆地西部大型河流入湖区的金湖、高邮凹陷西部，形成了与阜二段优质烃源岩相配套的阜宁组有利储集相带，发育阜二段上/下+ 阜一段上部及阜四段/阜三段有利生储盖组合。而溱潼、高邮凹陷东部地区，除发育下部原生成油气组合外，油气垂向运移较活跃，上部次生成油气组合成藏条件良好。

3)在吴堡运动的残留坳陷区——高邮、金湖、溱潼凹陷，烃源岩整体埋藏深度大，热演化程度高，油气资源丰度高。且凹陷持续沉降，烃源岩成熟早，在各级同生断裂的输导下，大量油气运移到浅部，形成上部次生成油气组合油气藏。因此，在残留坳陷区，既发育一批埋藏较浅(1 000～3 000 m)的次生油气藏，又发育一系列埋藏较深(2 300～5 000 m)的戴南组—泰州组原生油气藏。而在吴堡运动的剥蚀区，油气资源丰度低，且次生油气藏很少。

4)在金湖、高邮、溱潼等中西部凹陷，阜宁组二段主力烃源岩沉积期的火山作用较强烈，地表热力环境以及丰富的无机养分，促使低等水生生物特别发育，形成优质烃源岩。同时，在岩浆作用较多的凹陷，如有2～3期火山活动的金湖、高邮、溱潼凹陷，其地温梯度较高，烃源岩成熟门限明显下降，使烃源岩热演化程度高、转化率高。

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