歧口凹陷歧北斜坡沙三段挠曲坡折体系与岩性油气藏勘探

2011-07-06蒲秀刚陈长伟周立宏肖敦清韩文中林常梅

成都理工大学学报（自然科学版） 2011年6期

蒲秀刚陈长伟柳飒周立宏肖敦清韩文中林常梅侯志肖枚

（中国石油大港油田公司，天津300280）

随着油气勘探程度的深入，陆相断陷盆地正向构造区构造油气藏的勘探已逐步成熟，勘探潜力逐渐降低；而斜坡等负向构造区已受到高度重视，成为油气勘探的重要领域之一。陆相断陷盆地由于其构造活动的复杂性及独特的地质结构，决定了斜坡是其重要的地质地貌单元，其中必然发育多种成因类型的坡折与坡坪带。坡坪带是砂体聚集的重要单元，并控制着岩性圈闭的形成与油气藏的分布。因此，在陆相断陷盆地斜坡区运用坡折的概念及手段来识别和寻找岩性圈闭，已成为目前地层岩性油气藏勘探最重要的思路之一［1－5］。渤海湾盆地歧口凹陷历经40多年的勘探，按照复式油气藏勘探理论，在北大港构造带、南大港构造带为代表的正向构造带累计探明石油地质储量0.497×109t，勘探程度较高。2008年以来，随着歧口凹陷油气勘探工作的快速推进，目前已进入地层岩性油气藏勘探阶段［6］。

1 地质概况

歧口凹陷在新生代伸展裂陷过程中，由于同沉积断裂、断块翘倾和差异沉降活动的叠加，形成了1个主凹、4个次凹。在此背景上发育了多个自沉降中心向正向构造单元过渡的大型斜坡，占凹陷区总面积的70%以上，是地层岩性油气藏勘探的广阔领域。歧北斜坡位于歧口凹陷西南，南北分别被滨海断层与南大港断层夹持，西至孔店－羊三木凸起，东达歧口主凹（图1点线范围），区内地质结构较简单，大型断裂不发育。斜坡在中生界基底上依次沉积了古近系沙河街组第三段、第二段、第一段，东营组与新近系，其中沙三段是工区重要的碎屑岩油气勘探目的层之一。

图1 歧口凹陷三维地震覆盖区古近系底界立体显示与歧北斜坡位置图Fig.1 The bottom boundary structure of Paleogene in the covered areas with 3－D seismic data and the location of the Qibei slope in the Qikou sag

2 歧北斜坡湖盆坡折体系分析

2.1 歧口凹陷湖盆坡折带类型

狭义上讲，坡折带是指地形坡度发生突变的地带，是从坡折（地形由缓变陡的转折点的连线，为上凸的脊）到坡脚（地形由陡变缓的转折点的连线，为下凹的槽）的区域，广义坡折带还包含其附近明显受斜坡地形控制的侵蚀和沉积作用活跃地带［7－11］。歧口凹陷坡多凸少，古近系斜坡区域性分布。依据三维地震资料，结合构造演化与沉积学特征，识别出歧口凹陷古近系斜坡区发育2个大类5类坡折，一是同沉积坡折，包含断裂坡折（陡坡、缓坡）、挠曲坡折与沉积坡折；二是前沉积坡折，包括古地貌与侵蚀坡折。斜坡区在不同时期、不同位置发育多类型的坡折带。各类坡折形成的主控因素不同，断裂坡折主要受同沉积断裂控制，挠曲坡折主要受控于差异沉降，而沉积坡折是由沉积速率差异与差异压实造成地形坡度突变。歧北斜坡沙三期主要发育挠曲坡折。

2.2 歧北斜坡坡折带划分

歧北斜坡是歧口凹陷沙三期（Es3）重要的斜坡之一，其总体上为一东倾的斜坡，坡高5.8km，平均坡宽15km，坡长50km，总面积约750km2（图1点线范围）。斜坡背景主要是由歧北斜坡西、东两端孔店－羊三木凸起的持续抬升与歧口凹陷的持续沉降形成；同时，由于斜坡区潜山古地貌差异与主控断裂活动，使得歧北斜坡主体呈现多级挠曲坡坪特征（图2）。

图2 歧北斜坡沙三段低位期侵蚀－挠曲坡折带剖面发育特征Fig.2 The section features of the erosional－flexural slope break in lower base－level of Member 3of Shahejie Formation in the Qibei slope

根据构造特征与沉积单元，歧北斜坡主体可划分出三级坡坪带（图2）。特征性发育三级坡折，湖平面之上发育于孔店凸起的陆上坡折、湖平面附近的过渡坡折以及水下坡折，坡折之下发育坡脚，坡折和坡脚之间是坡度较陡的挠曲坡折带，紧邻坡折带向凹陷方向则发育坡度变化不大的平台区（可表现为洼陷区）。坡折带与其低部位紧邻的平台区构成坡坪带。可以看出，一个坡坪带构成了一个完整的碎屑物质的可容纳空间，在物源输入丰富的情况下，坡坪带往往是砂体聚集的最有利区域。陆上坡折附近长期处于暴露状态，是凸起区侵蚀作用强烈发生的地带，相应发育侵蚀坡折带；侵蚀坡折带之下则在多阶挠曲背景下依次发育了3级坡坪带。Ⅰ级坡坪带是歧北斜坡沙三期碎屑物质的主要卸载区；斜坡中部的Ⅱ级坡坪带主体表现为歧北次凹，是碎屑物源次要卸载区；斜坡低部位的Ⅲ级坡坪带（部分表现为歧口主凹）则是物源远端重力流的卸载区。

2.3 歧北斜坡的坡折体系分析

所谓“坡折体系”是一个新的概念，指各类坡坪带的空间共生组合关系，类似于沉积体系，各种类型坡折带平面上共生，垂向上匹配，其发育分布受古构造背景、断裂活动与沉积成岩因素的多期影响。它既是陆相断陷盆地正向构造区与洼陷区之间的协调转换体系，又是物源供给与聚砂的容纳空间体系；它控制了沉积体系的发育演化，是地层岩性油气藏的最有利发育区域。在构造分析基础上，依据地层等厚度（图3），可以识别出歧北斜坡的坡折体系的构成，沙三期低位域（Es3－3）高部位特征发育侵蚀坡折带，往低部位依次发育多级挠曲坡折带与平台区，坡折带坡度较平台区陡（图4）。Ⅰ级挠曲坡折带紧邻物源剥蚀区，其中也多发育物源输送的沟槽，平台区则是砂体聚集的潜在部位。各级坡折与平台区的大小受古构造背景的控制，随着湖盆的演化变迁，坡折带与平台区都相应发生变化。

3 斜坡区沙三段层序地层特征与沉积响应

3.1 高分辨率层序地层划分

图3 歧北斜坡沙三期低位域（Es3－3）三维区地层等厚图Fig.3 The isopachyte of 3－D formation in lower base－level of Member 3of Shahejie Formation（Es3－3）in the Qibei slope

根据高分辨率层序地层学理论，在地震资料追踪识别基础上，综合分析钻测井资料，通过地层几何形态、旋回叠加样式、沉积相序、地层古生物以及地层岩石物理性质变化等特征，在详细分析歧北斜坡200余口钻井的基础上，可识别出沙三段从下至上的7个四级旋回（图5），即低位域Es3－3的 3 个四级旋回层：Es3SQ1、Es3SQ2、Es3SQ3，湖扩域 Es3－2的 3 个四级旋回层：Es3SQ4、Es3SQ5、Es3SQ6，高位域Es3－1的1个残余的四级旋回层：Es3SQ7；三级旋回具有典型的粗—细—粗的变化特征（图6）。

图4 歧北斜坡沙三期低位域（Es3－3）三维区侵蚀－挠曲坡折体系平面分布图Fig.4 The horizontal distribution of the erosionalflexural slope－break system in lower base－level of Member 3of Shahejie Formation in the Qibei slope

图5 歧口凹陷沙河街组层序地层与成藏组合综合柱状图Fig.5 The comprehensive column of sequence stratigraphy and accumulation characteristics of Shahejie Formation in the Qikou sag

3.2 物源与沉积体系分析

3.2.1 物源与砂体分布

歧北斜坡坡折体系具有物源供砂、沟槽输砂、坡坪控砂的规律，砂体富集与否与沉积物供给和可容纳空间的分布密切相关，只有物源与可容空间均存在的情况下才会聚集砂体，即源型聚砂。源即盆外与盆内物源体系，型即构造组合样式下的可容空间。坡折体系对沉积作用控制主要表现在坡折带既是沉积物卸载堆积的主要场所，又影响着沉积物供给的方向以及沉积相带类型。

图6 BIN38井沙三段高分辨率层序地层与沉积特征综合柱状图Fig.6 The comprehensive column of high resolution sequence stratigraphy and depositional characters of Well BIN38in Member 3of Shahejie Formation

研究发现，除港西凸起北段外，歧北斜坡沙三段碎屑物质主要由盆内孔店－羊三木凸起与港西凸起供给，Ⅰ级挠曲坡折带明显发育了沟槽，砂体沿这些沟槽向低部位输送。这些低位期砂体主要分布于斜坡中低部位Ⅰ级坡坪带的远端以及Ⅱ级至Ⅲ级坡坪带，富集于坡脚及平台区，向上超覆尖灭于坡度较大的坡折区。随着湖盆扩展发育，湖扩期砂体逐层顺斜坡向上超覆。虽然湖扩期砂体存在水进砂退的总体趋势，但由于该期某些特定时段物源输入强度较高，多期多类砂体形成叠置连片，特别是湖扩期Es3SQ4砂体分布稳定（图7），砂体累计厚度10～70m，是勘探主要目的层。高位期湖水退却，砂体进积，但沙三末期地层存在区域性抬升，Ⅰ级坡坪带的砂体被剥蚀殆尽，只在Ⅱ级坡坪带及远端残留了部分砂体（图8）。

3.2.2 沉积体系分析

以砂体相对富集的Es3SQ4旋回为例，可以看到斜坡区的不同坡坪带发育了不同的微相类型，孔店－羊三木凸起物源波及的滨湖区Ⅰ级挠曲坡折带主要是输送物源的水下沟道与砂质滩坝，Ⅰ级平台区由水下分支沟道、沟道前缘河口坝、远端席状砂、局部滩坝等微相构成；Ⅱ级坡坪带沉积环境主体为半深湖—深湖区，发育远岸水下扇与孤立透镜体等重力流成因砂体。港西凸起北段物源在Ⅱ级挠曲坡折带西段半深湖陡坡区发育了扇三角洲体系砂体（图9）。在基准面旋回的控制下，随着湖盆的演化，沉积体系分布也相应发生变迁。

4 歧北斜坡地层岩性圈闭特征

4.1 圈闭与成藏特征

4.1.1 多期砂体与坡坪带匹配控制地层岩性圈闭类型

图7 歧北斜坡Es3SQ4旋回砂岩等厚图Fig.7 The sand stone isopachyte of Es3SQ4in the Qibei slope

图8 歧北斜坡沙三段3级坡坪带沉积响应剖面特征Fig.8 The sedimentary section features of three－tiered slope－flat in zone Member 3of Shahejie Formation of Qikou sag

在歧北多阶挠曲斜坡带上，沙三期发育了来自西侧孔店－羊三木凸起物源的辫状河三角洲体系，港西凸起物源的扇三角洲体系和北部物源的重力流体系。西侧孔店－羊三木凸起物源为斜坡区主控物源体系，其波及区的碎屑储集体在低位期（Es3－3）多超覆尖灭于坡度较大的多级挠曲坡折带的不整合面上，由此形成地层超覆圈闭。在湖扩期（Es3－2），靠孔店物源的Ⅰ级坡坪带上的辫状河三角洲砂体上倾尖灭于Ⅰ级挠曲坡折带上，而在Ⅱ级—Ⅲ级坡坪带上发育多期辫状河三角洲前缘—远岸水下扇砂体，在继承性发育的斜坡背景上（斜坡逐渐变陡），沉积后的这些扇体进一步翘倾而发育为典型的上倾尖灭状态，由此在Ⅱ级—Ⅲ级坡坪带上形成上倾尖灭岩性圈闭带，同时来自北部的远岸水下扇砂体在Ⅲ级挠曲坡折带上也形成上倾尖灭岩性圈闭。在高位期（Es3－1），湖盆抬升，湖退砂进，沉积基准面之上的砂体遭受剥蚀，在近孔店物源区的Ⅰ级坡坪带上易于形成不整合遮挡圈闭，而在远物源区的Ⅱ级—Ⅲ级坡坪带中形成上倾尖灭岩性圈闭带，同期也发育来自北部物源的远岸水下扇上倾尖灭圈闭。由此可以看出，在歧北斜坡沙三期的坡折体系中，在不同时期不同斜坡部位的坡坪带上，在顶底区域性不整合面的约束下，源自不同方向的砂体与各级坡坪带所形成的可容空间有效匹配，在斜坡区形成了规模性的地层岩性圈闭带（图10）。

图9 歧北斜坡Es3SQ4旋回沉积体系图Fig.9 The map of sedimentary system of Es3SQ4in the Qibei slope

4.1.2 近源—源内成藏条件优越，勘探潜力明显

沙三段作为一个完整的二级层序，低位期（Es3－3）发育的初始湖泛泥岩，特别是湖扩期（Es3－2）区域性稳定发育的最大湖泛期泥页岩，既是烃源岩又是区域盖层，形成 Es3－（3＋2）与高位期Es3－1的2套储盖组合。当然，Es3－1的储盖组合与不整合面之上的Es2和Es1－下有直接关联（Es1－中作为区域性盖层），由此在歧北斜坡沙三期形成了2套成藏组合（图5）。烃源岩与成藏研究表明，发育于歧北斜坡Ⅱ、Ⅲ级挠曲坡坪带的歧北次凹与歧口主凹均是重要的生排烃源区，主要源岩层（Es1－下与Es3－2）均处于成熟门限以下（Ro≥0.5%，图10），资源量充足。歧北斜坡古近系的岩性圈闭群长期处于其油气运移的有利指向上，砂岩在斜坡带近源—源内侧向运聚以及近源垂向运聚，东营末期与明化镇中晚期为油气的关键成藏期，成藏条件十分优越，勘探潜力明显。平面上，坡折体系控制了地层岩性圈闭的分布；纵向上，不同时期地层岩性变化带相互叠置，在坡折体系中形成了多层系地层岩性油气藏连片叠置产出，与正向区复式油气聚集带一同构成了满凹含油、优势相富集、复式叠合成藏的油气分布格局。

图10 歧北斜坡SW－NE向圈闭特征与油气藏模式图（现今构造）Fig.10 The trap characters and oil and gas accumulation model in SW－NE profile in the Qibei slope（present structure）

4.2 歧北斜坡油气勘探发现

2009年6月以来，在新的高分辨率连片3D地震资料这一重要基础上，认识到工区盆内孔店－羊三木凸起与港西凸起物源的重要性，在富油气凹陷地层岩性油气藏勘探理论的指导下［6］，采用坡折体系下的控砂控藏研究与勘探思路［9］，加大资金与技术力量投入，整体研究、整体评价、整体部署，在歧北斜坡中部Ⅰ级平台区－Ⅱ级挠曲坡折带－Ⅱ级平台区发现了含油气连片，一举在历经多年勘探的斜坡区沙三段取得重大突破，为断陷湖盆斜坡区的地层岩性油气藏勘探树立了成功的范例。

5 结论

随着勘探程度的不断深入，歧口凹陷油气勘探已经转入岩性油气藏勘探阶段。古构造－古地貌－层序－沉积学－成藏的综合研究是地层岩性油气藏勘探中必不可少的重要技术支撑环节，特别是等时格架下的沉积学精细研究在这些新领域的勘探中发挥了不可或缺的重要作用，是岩性油气藏勘探发现的决定性因素之一［12－16］。勘探实践表明，以歧口凹陷为代表的陆相断陷盆地坡折体系中既富泥岩又富砂体，这为满凹含油的石油地质格局奠定了重要的物质基础。砂体分布受凸起－坡坪－洼陷古地貌、湖盆内外古物源、古水系的综合控制，具有物源供砂、沟槽输砂、坡坪控砂、源型聚砂的内在规律，油气具有优势相富集、匹配控藏、上油下气、叠合连片的特点。值得重视的是斜坡中低部位Ⅱ级－Ⅲ级坡坪带的深层天然气是歧口凹陷今后勘探的重要领域。纵观歧口凹陷岩性地层油气藏勘探现状与潜力，坡折体系业已成为歧口凹陷古近系重要的地层岩性油气藏规模增储领域，也必将在今后的勘探中取得更大的发现。

在项目的研究过程中，得到了多位专家学者的指导，在此一并致以诚挚的谢意！

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