渤海海域石臼坨凸起油气输导体系与运聚模式*

牛成民 杜晓峰 邹华耀 张 参 王飞龙 姚 城

(1. 中海石油(中国)有限公司天津分公司 天津 300452； 2. 中国石油大学(北京) 北京 102249)

渤海海域石臼坨凸起油气输导体系与运聚模式*

牛成民1杜晓峰1邹华耀2张 参1王飞龙1姚 城1

(1. 中海石油(中国)有限公司天津分公司 天津 300452； 2. 中国石油大学(北京) 北京 102249)

运用油气优势运移路径模拟、断面精细刻画及成藏综合分析等技术手段和方法，阐明了渤海海域石臼坨凸起油气输导体系与成藏模式。石臼坨凸起深层古近系油气输导体系由边界断层和古近系砂体组成，浅层新近系油气输导体系由馆陶组砂砾岩横向输导层和明化镇组断砂耦合组成；石臼坨凸起内部形成2种“Z”字形油气运移模式，即断层两侧砂-砂对接条件下的跨断层型及远离断层的砂-砂侧接型“Z”字形油气运移模式。结合典型油气田成藏特征解剖，建立了石臼坨凸起“运-分-聚”立体油气运聚模式，直接指导了石臼坨凸起秦皇岛33-1南亿吨级油田的发现，对渤海其他及类似地区的勘探工作具有重要的参考意义。

渤海；石臼坨凸起；油气输导体系；“Z”字形油气运移模式；“运-分-聚”立体油气运聚模式

作为连接烃源与圈闭之间的“桥梁和纽带”，输导体系是油气成藏的关键因素之一[1-2]。国内外众多学者对油气运移中的输导方式、输导体系的有效性等多方面开展了深入研究[3-7]，但这些研究多适用于强断裂活动区，很少涉及断层活动速率低的凸起内部的油气运移问题。

石臼坨凸起是渤海油田勘探起步最早的地区之一，是渤海重要的聚油单元，相继发现了南堡35-2、秦皇岛32-6、秦皇岛33-1等多个大中型油气田。分析认为，目前有3个关键问题制约了该区的进一步勘探：①多期次凸起演化，多生烃洼槽环抱，油气成因、来源不明确；②走滑和伸展双重动力机制控制，断裂发育异常复杂，油气输导体系与优势运聚路径落实困难；③油气分布层系多，油气藏特征复杂多样，油气富集规律与成藏模式须进一步明确。笔者以输导体系为主线，分析了石臼坨凸起及其周缘油气来源，刻画了油气优势运移路径与聚集区域，建立了凸起内部弱断裂活动区浅层“Z”字形油气运移模式，通过典型油气田解剖，最终建立了石臼坨凸起区“运-分-聚”立体油气运聚模式，有效地指导了秦皇岛33-1南亿吨级油田的勘探发现，对于渤海类似凸起区的油气勘探同样具有重要参考意义。

1 地质背景

石臼坨凸起位于渤海海域中部，平面上呈近E—W走向，被渤中、南堡和秦南等3个富生烃凹陷所包围，油气成藏条件优越(图1)。该凸起可进一步划分为凸起主体、凸起南倾没端和凸起东倾没端等3个部分，其中凸起的南倾没端和东倾没端分别呈2个狭窄的分支伸入渤中凹陷(图1)，边界断层在不同构造部位具有不同的展布特征，如凸起南部石南一号边界断层在凸起的中东部主要为近E—W走向或NEE走向，而在凸起的西部走向变化较大，既有NE走向也有NW走向。另外，该凸起内部主要发育一系列呈NEE展布的晚期断裂，这些晚期断裂大都切入新近系馆陶组，是凸起内部重要的油源断层。研究表明，石臼坨凸起在渐新世末期以前基本处于隆起状态，但从渐新世末期开始进入裂后拗陷演化阶段，以整体沉降接受沉积为主，沉积了较厚的中新统馆陶组和上新统明化镇组。

图1 石臼坨凸起区域位置

2 输导体系与运移模式

石臼坨凸起油气输导体系由连通砂体和断层2个要素组成。研究表明，该区不同时期输导体系的空间组合关系不同，每一期构造运动都会或多或少地影响输导体系的空间配置关系，因而在深层(古近系)与浅层(新近系)形成了不同的输导体系。新构造运动期为渤海油气的主要充注期[8-10]，该时期石臼坨凸起主要边界断层持续活动，对凸起区新近系油气垂向运移、调整和聚集创造了有利条件。

2.1 强断层活动区输导体系

断层活动强度大的地区，油气主要沿着大断层的断面向上运移。渤中凹陷在古近纪发生强烈裂陷[11-14]，主要表现为控凹断层的强烈活动，这些长期活动的控凹断层(即凸起的边界断层)成为石臼坨凸起油气成藏的关键油源输导通道。古近系沙一、二段沉积时期，在石臼坨凸起边界断层附近的裙边带广泛发育的近源扇三角洲沉积体系是沟通凹陷油源和深部油气横向输导的主要通道，因而在凸起边界的深层形成了由凸起边界断层与近源扇三角洲沉积体系构成的输导体系。石臼坨凸起在新近系馆陶组沉积时期广泛发育辫状河沉积体系，其顶部和底部砂体叠合连片，形成了浅层主要的油气横向输导层，并且与晚期切入馆陶组的断层共同构成了凸起区内部浅层油气输导体系。

石臼坨凸起南部石南一号断层是控制渤中凹陷发育的主要断层之一，该断层走向弯曲，沿其走向形成了多个重要拐点，从而在三维形态上产生了若干个主要凸面(图2)。断层凸面范围是凹陷中生成的油气向该断层面的主要汇聚区，凹面则是发散区[15]。断层在不同层位上向凹陷方向的重要拐点(即断层面的构造脊与该层位的交点)则为油气沿断层面垂向运移后向该层位输导层中注入的主要汇聚点。如图2所示，石南一号断层拥有5个主要的油气汇聚区，并在馆陶组顶面形成了①～⑤共5个主要汇聚点；新构造运动期，5个汇聚点位置的断层活动强度均大于10 m/Ma，因而具有较强的垂向输导能力，其中②和③位置输导能力最强(图2a)。因此，渤中凹陷所生成的油气可在这5个汇聚区汇聚后发生垂向运移，除部分油气在古近系成藏外，大部分油气最终分别通过5个主要汇聚点注入到凸起内部的馆陶组输导层中，最后沿着馆陶组的顶面和与之搭配的晚期断裂向明化镇组运移成藏。

图2 石南一号断层油气优势运移路径

2.2 弱断层活动区凸起内部 “Z”字形油气运移模式

活动速率小于10m/Ma的断层对油气主要起封闭作用[7]，前人研究提出的多种油气运移模式均不能适用于凸起内部断裂活动较弱或砂体叠置的区域。石臼坨凸起内部断层活动强度较小，断层本身并非为有利的垂向油气输导、调整的通道，油气主要通过浮力机制向浅层运移，表现为砂-砂对接而形成“Z”字形运移模式(图3)。石臼坨凸起内部的“Z”字形油气运移模式有2种：一是在断层两侧砂-砂对接条件下的跨断层“Z”字形油气运移模式；二是明化镇组下段发育极浅水三角洲沉积体系，砂体常常叠置发育而形成远离断层的砂-砂侧接型“Z”字形油气运移模式。这2种“Z”字形油气运移模式往往是联合和互为补充的关系，从而将石臼坨凸起内部弱断层活动区和富砂区的油气运移分析上升到了系统、立体的层次，避免了单纯着眼于构造圈闭和孤立分析储盖组合的局限性。按照“Z”字形运移模式，断层两盘砂体及其对接关系共同决定圈闭的有效性，对接点(溢出点)的位置决定有效圈闭的规模。此种油气运移模式的有效运用，指导了秦皇岛33-1南亿吨级油田群的发现，实现了渤海海域在亿吨级油田(秦皇岛32-6油田)周边再现亿吨级油田的壮观场面。

图3 石臼坨凸起浅层“Z”字形油气运移模式

3 典型油气田成藏特征剖析

3.1 秦皇岛32-6油田

秦皇岛32-6亿吨级油田位于石臼坨凸起中部，油气优势运移路径模拟表明其油气主要来源于3个方向：一是沿石臼坨凸起南倾末端轴向(即自SE向NW方向)，二是沿石臼坨凸起主体轴向(即自E向W方向)，三是来自渤中凹陷西次洼(即自SSW向NNE方向)。其中，前2个运移路径最为重要，均表现为油气首先自烃源岩沿古近系横向输导层汇聚，经边界断层垂向运移至凸起区，再由油气注入点沿浅层横向输导层重新调整分配。由于秦皇岛32-6油田内部断层在新构造运动期活动速率低，不具备有效的垂向输导能力，因而汇聚至馆陶组的油气可通过小断层两盘砂-砂对接形成的“Z”字形连续输导通道发生垂向运移，最终在明下段圈闭中聚集成藏(图4)。

图4 秦皇岛32-6油田油气成藏模式(剖面位置见图1)

3.2 秦皇岛29-2/2E油气田

秦皇岛29-2/2E油气田位于石臼坨凸起东倾没端，其中秦皇岛29-2油气田含有丰富的无机成因CO2，而秦皇岛29-2E油气田则含凝析气。秦皇岛29-2/2E油气田浅层原油虽以沙三段来源为主，但与毗邻渤中凹陷的秦皇岛35-2及秦皇岛36-3油田的沙三段来源的原油有一定差异，这表明该油气田浅层原油主要来自秦南凹陷，深部沙三段烃源岩生成的油气可能沿边界断层垂向输导至浅层发生了侧向汇聚(图5)。

CO2的富集通常与深大断裂及地壳深部火山幔源脱气作用等密切相关[16]。秦皇岛29-2油气田的CO2分布与边界断层晚期的分段性活动特征相符合，在油田区形成断层分段式输导与聚集模式，即在断层活动强度大的地方，CO2大量输导并富集，断层活动强度沿凸起向西逐渐降低，CO2得到了不同程度的保存。秦皇岛29-2E油气田毗邻活动强度相对低的断层，CO2富集则受到了抑制，主要表现为原油的聚集。另外，石臼坨凸起东倾没端428北一号、二号断裂下降盘沙一、二段砂体较为发育，可以提供较好的油气输导与储集条件；沙一、二段储层与沙一段成熟烃源岩接触，油气可以近距离汇聚成藏，而且晚期断层活动强度较弱，也有利于油气保存。

图5 秦皇岛29-2/2E油气田古近系油气藏运移模式

4 “运-分-聚”立体油气运聚模式

综合研究认为，石臼坨凸起形成“运-分-聚”立体油气运移模式(图6)。其中，“运”是指在石臼坨凸起边界断层下降盘裙边带广泛发育的古近系近源扇三角洲沉积体系与同期的沙河街组烃源岩呈指状接触，形成油气横向输导的主要通道，凹陷生成的油气沿扇三角洲砂体运移至边界断层后进一步向凸起上运移；“分”是指油气沿边界断层垂向运移到馆陶组区域输导层中，最后沿着馆陶组的顶面和与之搭配的晚期断裂再分配；“聚”是指明下段砂体对油气的聚集成藏。“运-分-聚”立体油气运移模式的建立，直接指导了石臼坨凸起秦皇岛33-1南油田、石臼坨凸起东倾末端的秦皇岛29-2/2E油气田的发现，对于渤海其他类似凸起的油气勘探具有重要的参考意义。

图6 石臼坨凸起“运-分-聚”立体油气运聚模式

5 结论

1) 石臼坨凸起深层古近系输导体系由边界断层和古近系砂体组成，浅层新近系输导体系由馆陶组砂体和明化镇组断砂耦合组成。

2) 建立了石臼坨凸起内部2种“Z”字形油气运移模式：一是在断层两侧砂-砂对接条件下的跨断层“Z”字形运移模式；二是远离断层的砂-砂侧接型“Z”字形运移模式。“Z”字形油气运移模式的提出，改变了渤海浅层油气运移的传统认识，解决了断层活动相对较弱地区的成藏分析问题。

3) 提出了石臼坨凸起“运-分-聚”立体油气运移模式，即在石臼坨凸起边界断层附近的裙边带广泛发育古近系近源扇三角洲沉积体系与同期的沙河街组烃源岩呈指状接触，生成的油气沿扇三角洲砂体向边界断层汇聚，随着边界断层晚期的活化，油气可以沿边界断层垂向运移到中新统馆陶组区域输导层中，最后沿着馆陶组的顶面和与之搭配的晚期断裂向上新统明化镇组运移成藏。

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(编辑：张喜林)

Hydrocarbon transportation system and migration-accumulation pattern in Shijiutuo uplift, Bohai sea

Niu Chengmin1Du Xiaofeng1Zou Huayao2Zhang Can1Wang Feilong1Yao Cheng1

(1.TianjinBranchofCNOOCLtd.,Tianjin300452,China; 2.ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China)

The transportation system and accumulation model of Shijiutou uplift in the Bohai sea are clarified with simulation of dominant hydrocarbon migration pathway, meticulous depiction of fracture surface and comprehensive analysis of accumulation. The transportation systems of Shijiutou uplift in the Palaeogene are composed of boundary fault and Palaeogene sandbody, while the Neogene transportation systems consist sandy conglomerate in Guantao Formation and the coupling of fracture and sand in Minghuazhen Formation. There are 2 kinds of “Z” shaped hydrocarbon migration patterns in Shijiutou uplift, i.e., across the fault type, in which the sand bodies on both sides of the fault are connected and butt-jointed; away from the faults type, in which the sand bodies are far away from the faults and side-jointed. Combined with the typical feature analysis of accumulation in oil and gas fields, Shijiutuo uplift’s hydrocarbon “Horizontal migration-vertical migration-accumulation” 3D pattern is established, which directly leads to the big discovery of QHD33-1S oilfield in Shijiutuo uplift. The pattern can provide reference for exploration in the Bohai sea and other similar areas.

Bohai sea; Shijiutou uplift; hydrocarbon transportation system; “Z” shaped hydrocarbon migration pattern; hydrocarbon “horizontal migration-vertical migration-accumulation” 3D pattern

牛成民，男，高级工程师，中海石油(中国)有限公司天津分公司勘探专家，长期从事油气勘探研究工作。地址：天津市塘沽区闸北路1号609信箱(邮编:300452)。E-mail：niuchm@cnooc.com.cn。

1673-1506(2016)03-0044-06

10.11935/j.issn.1673-1506.2016.03.006

TE122.1+2

A

2015-11-25 改回日期：2016-02-01

*“十二五 ”国家科技重大专项“渤海海域大中型油气田地质特征(编号：2011ZX05023-006-002)”部分研究成果。

牛成民,杜晓峰,邹华耀，等.渤海海域石臼坨凸起油气输导体系与运聚模式[J].中国海上油气，2016,28(3)：44-49.

Niu Chengmin,Du Xiaofeng,Zou Huayao,et al.Hydrocarbon transportation system and migration-accumulation pattern in Shijiutuo uplift, Bohai sea[J].China Offshore Oil and Gas,2016,28(3):44-49.