低凸起带油气充注机理及运聚模式：以济阳坳陷林樊家低凸起带为例

蒋有录崔小君贾光华范婕李虹

摘要：断陷盆地低凸起带具有远离油源，油气富集层系浅的特点，其油气充注机理及运聚模式研究还较薄弱。以济阳坳陷林樊家低凸起带为例，从油气来源入手，分析了油气成藏动力与阻力的关系，探讨了低凸起带油气充注方式和运聚模式。结果表明：林樊家低凸起带原油具有高伽马蜡烷/C30霍烷值、低姥植比的特点，来源于利津洼陷沙四上亚段烃源；在成藏地质背景分析的基础上，结合成藏动力阻力计算结果，确定了林樊家低凸起带油气主要为“断层双重输导多层系充注不整合面分流”的充注方式；根据断层在活动时期和静止时期输导方式及输导能力的差异，结合圈闭发育情况，林樊家低凸起带油气成藏可总结为“断层垂向输导岩性尖灭控圈”、“断层侧向输导‘天窗开启岩性尖灭控圈”、“断层侧向输导不整合面遮挡”、“断层侧向输导岩性尖灭控圈”等4种成藏模式。

关键词：油气成藏；充注机理；运聚模式；断陷盆地；低凸起带；断层输导；济阳坳陷；渤海湾盆地

中图分类号：P618.13；TE122.1文献标志码：A

0引言

林樊家低凸起带底图为馆陶组底构造图；其他地区底图为沙四段底构造图

图1林樊家低凸起带构造位置

Fig 1Tectonic Location of Linfanjia Lowuplift Zone

断陷盆地低凸起带远离生烃洼陷，来自洼陷中心的油气经沿途分流，多级输导运移至低凸起带，因而低凸起带往往具有复式输导、多层系含油的特点[15]。低凸起带为正向构造带，是区域性油气运移的重要指向区，具有优越的成藏背景。渤海湾盆地在低凸起带取得了丰硕的勘探成果，如渤南低凸起、孤岛低凸起、埕北低凸起等均发现了亿吨级大油田[67]，新近系油气主要富集于低凸起带[8]。低凸起带具有独特的地质条件，其成藏独具特色，但目前关于断陷盆地低凸起带的成藏研究还相对薄弱，如低凸起带不整合面十分发育，不整合面在油气运聚中起到何种作用？低凸起带往往具有不整合面上、下多层系含油的特点，不整合面上、下各层系油气充注机理有何差异？本文以渤海湾盆地济阳坳陷林樊家低凸起带为例，从油气来源入手，分析了输导体系和油气充注机理，探讨了断陷盆地低凸起带油气运聚特征。

1油气地质概况

林樊家低凸起带位于渤海湾盆地济阳坳陷东营凹陷与惠民凹陷之间，北连阳信洼陷，东、南以尚西（林东）断层和林南断层为界，与尚店油田和里则镇洼陷相邻（图1），构造面积约650 km2。该区发育古近系孔店组、新近系及第四系，缺失沙河街组（Es）、东营组（Ed）地层，东部边缘局部保存有少量东营组地层，新近系馆陶组缺失馆下段，孔店组（Ek）与上覆馆陶组（Ng）呈角度不整合接触。

研究区已发现的油藏主要分布在孔店组和馆陶组，发育有构造岩性、岩性及地层等多种油气藏类型，以构造岩性油气藏为主。岩性油气藏主要分布在馆陶组，以岩性尖灭油气藏为主；地层油气藏分布在孔店组，以不整合遮挡油气藏为主，由于后期抬升剥蚀， 孔店组顶部形成了局部不整合面，易形成不整合遮挡油气藏；构造岩性油气藏主要分布在东部尚西（林东）断层附近，油藏受断层和岩性双重控制。

平面上，该区不同层系油气分布具有较大差异。馆陶组油气主要分布在距尚西断层较近的部位，在平面上连片，分布范围较广[图2（a）]。孔店组油气展布相对较窄，仅在研究区西南部有零星分布，且油气分布未叠合连片，自NE向SW形成3个独立的含油气块[图2（b）]。纵向上，油气主要富集在馆陶组， 孔店组油气储量仅为馆陶组的1/6。

图2林樊家低凸起带馆陶组、孔店组油气分布

Fig.2Hydrocabon Occurrence of Guantao Formation and Kongdian Formation in Linfanjia Lowuplift Zone

2油气来源分析

油源对比在油气勘探中具有重要意义，通过油源对比确定油气来源，圈定可靠油源区，并指示油气运移方向，可为油气成藏研究和勘探部署奠定基础[910]。林樊家低凸起带三面环洼，东靠利津洼陷，北连阳信洼陷，南邻里则镇洼陷（图1）。各洼陷对于研究区的油气贡献尚不明确，有待进一步研究。

里则镇洼陷烃源岩成熟度较低，生烃量较少[11]，对林樊家低凸起带油气聚集没有贡献。阳信洼陷发育沙一段、沙三段、沙四段3套烃源岩，但沙三段和沙一段烃源岩烃转化率较低[12]，生成的烃类较少，对林樊家低凸起带的贡献可忽略不计。利津洼陷主要发育沙三下亚段和沙四上亚段两套优质烃源岩，两套烃源岩在沉积水体环境、源岩母质来源、成熟度等方面具有显著的差异，具有较好的区分度[13]。沙四上亚段烃源岩属于咸化水体沉积，植烷优势明显，成熟度较高；沙三下亚段烃源岩沉积水体为半咸水—微咸水，植烷优势不明显。

地球化学分析表明，林樊家低凸起带原油具有中等伽马蜡烷/C30霍烷值、低姥植比的特点，而阳信洼陷沙四段烃源岩沉积时水体盐度大，伽马蜡烷/C30霍烷值可超过06，与研究区原油有显著区别。利津洼陷沙四段烃源岩具有明显的植烷优势，姥植比较低；而沙三段烃源岩植烷烃优势消失，姥植比较高（图3、4）。林樊家低凸起带原油伽马蜡烷含量显著低于阳信洼陷沙四段烃源岩，而姥植比大于利津洼陷沙三段烃源岩，整体上该区原油与利津洼陷沙四段烃源岩具有较好的亲缘性，因此，林樊家低凸起带油气主要来自利津洼陷沙四上亚段烃源岩。

图3林樊家低凸起带油源地球化学参数对比

Fig.3Correlation of Oil Source Geochemistry Parameters in Linfanjia Lowuplift Zone

图4林樊家低凸起带油源对比质量色谱

Fig.4Mass Chromatograms of Oilsource Correlation in Linfanjia Lowuplift Zone

3油气充注机理

油气充注主要有超压驱动下的幕式充注和浮力驱动下的置换式充注两种方式[1416]。 林樊家低凸起带含油层系埋藏较浅，为常压系统，且远离生烃洼陷，洼陷中心的超压难以传递到低凸起带，因此，低凸起带油气以浮力驱动下的置换式充注为主。

林樊家低凸起带馆陶组、孔店组油气在纵向上相互叠置（图2、5），平面上叠合连片分布，两套层系油气的充注具有明显的相关性，但两套层系油气的充注方式尚不明确。

馆陶组油气分布面积大，储量多，主要分布在东北部构造低部位，而孔店组油气分布较为局限，主要富集在西南部构造高部位。林樊家低凸起带位于坳陷边缘，远离油源，因此，孔店组油气较少可能是油源供给不足导致，极有可能是由油气更为丰富的馆陶组充注。从接触关系来看，两套地层及不整合面的倾向相同，不整合面位于输导路径中的高部位；根据连通器原理，油气可以在浮力作用下由馆陶组注入孔店组；但另一方面， 孔店组与馆陶组之间存在不整合面，孔店组曾经历了较大埋深，遭受了严重的压实作用，其物性与馆陶组有较大差别，油气由馆陶组进入孔店组需克服较大的毛细管阻力。

图5林樊家低凸起带油藏剖面

Fig.5Reservoir Profile in Linfanjia Lowuplift Zone

为了进一步明确林樊家低凸起带孔店组油气的运移方式，对油气由馆陶组进入孔店组的成藏动力阻力进行了计算。基本思路是反证法，即利用阻力来耦合动力，根据成藏所需要克服的阻力换算出动力条件，来验证油气是否能由馆陶组注入孔店组。本区孔店组、馆陶组均为常压系统，成藏动力主要是浮力，阻力主要是排替压力差。理论上，油气成藏时的动力阻力关系能够准确反映油气充注过程，但目前恢复成藏期的动力、阻力存在较多难点。考虑到研究区成藏之后地层稳定沉积，随着地层埋深增大，馆陶组砂体排替压力逐渐增大，而孔店组砂体排替压力保持不变（孔店组地层遭受过抬升剥蚀，现今仍未达到历史最大埋深），二者排替压力差逐渐减小，现今排替压力差代表了成藏最小阻力条件，因此，本次拟采用现今的成藏动阻力做近似逼近。

根据毛细管压力与孔喉半径的关系及毛细管半径与孔渗性的相关性[17]，毛细管压力（P）及孔喉半径（r）的计算公式为

P=2σcos θr（1）

r=8kφ（2）

式中：σ为两相界面张力；θ为固液相接触角； k为渗透率；φ为孔隙度。

可将毛细管压力计算公式简化为

P=2σcos θφ8k（3）

近似认为馆陶组和孔店组具有相同的两相界面张力σ和固液相接触角θ，馆陶组和孔店组的排替压力之比为

PNgPEk=φNgkEkφEkkNg（4）

式中：PNg、PEk分别为馆陶组、孔店组排替压力；φNg、φEk分别为馆陶组、孔店组孔隙度；kNg、kEk分别为馆陶组、孔店组渗透率。

克服排替压力差所需临界油柱高度h为

h=PEk-PNgρg（5）

式中：ρ为原油密度；g为重力加速度。

为减小误差， 馆陶组渗透率、孔隙度数据为不整合面以上20 m范围内砂岩的平均值， 孔店组渗透率、孔隙度数据为不整合面以下20 m范围内砂岩的平均值。实测结果表明， 馆陶组排替压力较为相近，且该区新近系和第四系厚度变化较小，沉积平缓， 馆陶组地层经历了相似的成岩作用，因此，在计算时将馆陶组排替压力取统一值。

计算结果表明（表1）， 孔店组排替压力变化范围较大，为0.09～0.16 MPa，显著大于馆陶组，克服二者排替压力差所需的临界油柱高度为3455～6933 m。研究区构造较平缓， 馆陶组最大含油高度不足30 m，不能满足上述成藏动力条件，因此，油气不可能由馆陶组通过不整合面进入孔店组。来自东部利津洼陷沙四上亚段的油气通过尚西断层直接进入孔店组，沿着孔店组砂体运移，在不整合面遮挡作用下聚集成藏。

4油气成藏模式

通过对油气来源和充注机理的研究，证实了尚西断层是林樊家低凸起带的主要油源断层。尚西断层纵向上切穿至明化镇组（Nm），在明化镇组时期仍然存在微弱活动，与主成藏期（馆陶组末期至明化镇组时期）匹配较好[18]，有利于油气的输导（图6）。利津洼陷生成的油气运移至尚西断层东侧，尚西断层在活动时开启，油气沿断裂带快速垂向运移；断层静止时，垂向优势运移通道消失。在断层侧向封闭性较好的地方，油气在尚西断层外侧聚集成藏；在断层侧向封闭性较差的地方，油气穿过尚西断层与林樊家低凸起带的输导体系对接。

从油气分布来看，靠近尚西断层地区的馆陶组油气分布较为集中，而对应位置孔店组却没有油气

显示，说明有部分油气是通过断层直接运移至馆陶组聚集成藏。断层活动时，断裂带破碎，局部形成断裂空腔[19]，断裂内部诱导裂缝带十分发育[20]，在垂向上形成高孔高渗带，沟通深层与浅层流体，使得断裂带具有极佳的垂向输导能力，油气以垂向输导为主。油气在浮力以及深层与浅层流体压力差的作用下沿着断裂带优势运移通道快速向上运移，在馆陶组上部泥岩层遮挡下转为侧向运移，进入林樊家低凸起带馆陶组砂体进一步运移，在砂体尖灭的地方聚集成藏，即“断层垂向输导岩性尖灭控圈”成藏模式[图7（a）]。

断层停止活动后，断裂带裂缝闭合，垂向优势运移通道消失，断裂主要表现为侧向输导和封堵作用。在油柱高度产生的浮力大于断裂带排替压力的部位，油气穿过断层继续运移[21]，分别与林樊家低凸起带馆陶组、孔店组的砂体对接。

孔店组地层倾角较大，进入孔店组砂体中的油气在浮力作用下运移至孔店组顶部。油气运移至不整合面之后，其运聚成藏特征受不整合结构的控制[22]，一部分油气在不整合面砂砂对接的位置通过“天窗”进入馆陶组继续运移，在馆陶组砂体尖灭处聚集成藏，即“断层侧向输导‘天窗开启岩性尖灭控圈”成藏模式[图7（b）]；一部分油气受不整合面上覆泥岩遮盖，无法穿过不整合面继续运移，在孔店组顶部聚集成藏，即“断层侧向输导不整合面遮挡”成藏模式[图7（c）]；此外，还有一部分油气穿过尚西断层直接进入林樊家低凸起带馆陶组砂体，在馆陶组砂体中运移，在砂体侧向尖灭处聚集成藏，即“断层侧向输导岩性尖灭控圈”成藏模式[图7（d）]。

图7林樊家低凸起带成藏模式

Fig.7Accumulation Models in Linfanjia Lowuplift Zone

尚西断层作为林樊家低凸起带的油源断层，对林樊家低凸起带的油气输导存在双重作用：一方面，断层在活动期和静止期双重输导；另一方面，断层在垂向上和侧向上双重输导。尚西断层通过馆陶组、孔店组两套层系向林樊家低凸起带充注油气。通过孔店组充注的油气受不整合结构的分流控制，一部分油气穿过不整合面进入馆陶组聚集成藏，另一部分油气受不整合面遮挡聚集在孔店组地层。因此，可将林樊家低凸起带的油气运聚总结为“断层双重输导多层系充注不整合面分流”。

综上所述，孔店组油气由东侧尚西断层经孔店组砂体输导而来，向西运移的最大距离受东侧源储对接深度控制。东侧油源砂体对接深度越深，向西运移的距离就越远，因此，应进一步加强东侧源储接触关系及对接深度的研究，明确林樊家低凸起带西南部孔店组进一步勘探的范围。此外，不整合面在该区油气运聚中充当了分流的角色，应细化研究不整合面上、下砂泥对接关系，在圈定的孔店组勘探有利区范围内，不整合面上、下砂砂对接的地方也是馆陶组勘探的有利区块。

对于断陷盆地而言，断层、砂体、不整合面等输导要素十分发育。当油气运移至盆地或坳陷边缘的低凸起带时，往往经过了沿途各级输导体系的分流与汇聚，多具有多层系充注、多层系含油的特点。确定油气的充注方式和输导路径对于确定下一步勘探目标具有直接的指导意义。

5结语

（1）林樊家低凸起带原油具有高伽马蜡烷、低姥植比的特点。该区原油伽马蜡烷/C30霍烷值显著低于阳信洼陷沙四段烃源岩，姥植比大于利津洼陷沙三段烃源岩，因此，林樊家低凸起带的油气主要来自利津洼陷沙四上亚段烃源岩。

（2）断陷盆地低凸起带具有远离油源，油气富集层系浅的特点，其油气充注动力主要为浮力。成藏动力阻力计算结果表明，林樊家低凸起带由馆陶组注入孔店组需要的临界油柱高度为3455～6933 m，而该区充注动力不足，不能满足此条件，孔店组油气为尚西断层直接充注而成。结合输导体系和油气分布特征，该区的油气充注可总结为“断层双重输导多层系充注不整合面分流”。

（3）基于断层活动时期和静止时期输导方式的不同，结合圈闭发育情况，可将林樊家低凸起带的油气成藏模式总结为“断层垂向输导岩性尖灭控圈”成藏模式、“断层侧向输导‘天窗开启岩性尖灭控圈”成藏模式、“断层侧向输导不整合面遮挡”成藏模式以及“断层侧向输导岩性尖灭控圈”成藏模式。

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