莱州湾凹陷南部缓坡带垦利16-A构造特征及其控藏作用

牛成民 陈 磊*② 杨 波 张丙亮 王思权 郭 轩

(①中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津塘沽 300459； ②中国石油大学(华东)地球科学与技术学院，山东青岛 266580)

1 引言

渤海湾盆地是中国东部重要的含油气盆地之一，在上地幔热隆起和斜向挤压双重作用下，新生代构造特征复杂。不同凹陷表现出差异成藏特点，即辽东湾凹陷具有早生烃早成藏[1]、渤中凹陷具有早生烃晚成藏[2,3]、黄河口凹陷具有晚生烃晚成藏等特点[4,5]。因此，构造特征的解析对于油气成藏的研究具有重要作用[6]。

莱州湾凹陷属于渤海湾盆地东南部的一个新生代边缘凹陷，构造演化特征特别复杂，曾经历断裂、反转、剥蚀、火山及盐底辟等多种地质作用。前人对莱州湾凹陷东部走滑带、北部陡坡带开展了大量研究，提出断裂活动控制北部陡坡带、东部走滑带油气成藏[7，8]，火山、盐岩活动影响东部走滑带油气成藏[9,10]，但对南部缓坡带构造特征和油气成藏规律缺乏系统的研究。本文借助三维地震资料和钻探资料，系统梳理莱州湾凹陷南部缓坡带垦利16-A构造的构造特征，并综合分析其对油气差异成藏的控制作用，以期对类似构造的油气勘探提供参考。

2 区域概况

莱州湾凹陷位于渤海海域东南部，面积约为1780km2，具“北断南超、东西双断”地质结构，北以莱州湾1号断裂与莱北低凸起相邻，南为潍北凸起，东、西分别以郯庐走滑断裂东支、中支与胶辽隆起、垦东凸起相隔[11]。可划分为8个次级构造单元，包括北部陡坡带、中央构造带、南部缓坡带、东部走滑带四个二级构造带和北洼、东北洼、南洼及西南洼四个洼陷[8,11](图1)。

莱州湾凹陷是在中生界火山岩基底上发育起来的新生代凹陷，新生界发育古近系孔店组、沙河街组、东营组，新近系馆陶组、明化镇组及第四系平原组[12]。新生代以来，渤海湾盆地构造活动十分强烈，莱州湾凹陷相应地发生多期构造活动，发育多个角度不整合和平行不整合接触界面，如沙河街组/孔店组平行不整合面、沙二段/沙三段角度不整合面、新近系/古近系角度不整合面等。

图1 莱州湾凹陷构造位置图

莱州湾凹陷的油气勘探程度不均衡，北部陡坡带、中央构造带为高成熟勘探区，东部走滑带为成熟勘探区，三个构造带内已发现多个大中型油田和含油气构造； 南部缓坡带由于远离北洼主生烃中心，而东侧南洼生烃能力不明确，因此勘探和研究工作停滞多年。近年来，围绕南部缓坡带垦利16-A构造开展油气勘探工作，钻探获油气发现，表明南部缓坡带也是油气聚集的有利场所。但油气成藏表现出复杂性和差异性，为此，本文开展该区构造特征和成藏规律研究。

3 构造特征

3.1 断裂特征

地震资料揭示，南部缓坡带发育走滑和伸展两类断裂体系(图2)。

走滑断裂体系包括两组走滑断裂，平面上均呈NNE向展布。剖面上，断面近于直立，断面东倾，向下卷入中生界，向上断至第四系，伴生断裂欠发育(图3中CC′剖面)。其中，西部走滑断裂(SS1)规模大，属于郯庐断裂中支，贯穿渤海南部海域，分割垦东凸起与莱州湾凹陷，控制了莱州湾凹陷的形成与演化；东部走滑断裂(SS2)规模较小，包括三条平行展布的次级走滑断裂，平面延伸距离约0.5～5km，主要分割垦利16-A构造与西部洼槽区，并使圈闭形态进一步复杂化。

综合断裂活动时期、控制作用及空间规模等，伸展断裂体系断裂可划分为四类。

第一类断裂为控洼大断裂，主要分布于构造南部。在平面上呈近EW向、SEE向展布，断面南倾，平面延伸距离约4～10km；剖面上具犁式形态，断面下缓上陡，断裂下部切穿新生界基底，向上断至第四系，与晚期伴生断裂构成复合“Y”或简单“Y”组合。该类断裂发育时间早，活动时间长，具有“早断晚衰”特征，控制了垦利16-A构造演化与西南洼的沉积(图3中DD′剖面，L1断裂)。

图2 断裂平面展布图

第二类断裂为早期断裂，主要分布于构造东块，数量较少，规模较小。平面上呈NE向平行展布，断面北西倾，平面延伸距离约3km；剖面上断面倾角较大。断裂向下断至中生界，向上断至古近系东三段。该类断裂以早期发育为主，具有“早断中衰”特征，控制了东块沙河街组沉积，在东营组沉积早期停止活动(图3中EE′剖面，E1断裂)。

第三类断裂为南部缓坡带调节断裂，主要发育于构造中、东部。平面上呈NE向平行展布，断面北西倾，平面延伸距离约1～5km；剖面上断面倾角大，近直立状。断裂向下多断至沙河街组，少数断至中生界，向上断至第四系，多条断裂构成阶梯状组合。该类断裂长期发育，具有“中断晚衰”特征，对南部缓坡带的沉积与演化具有一定的控制作用(图3中DD′剖面，F1～F9断裂)。

第四类断裂为与第一类控洼大断裂相伴生的次级断裂，走向与第一类断裂相平行，平面延伸距离约1～3km；剖面上断面倾角较大，呈直立状，下部多与第一类断裂搭接于古近系，向上多断至第四系。该类断裂晚期发育，具有“晚断晚衰”特征，主要起到分隔圈闭的作用(图3中DD′剖面，T1断裂)。

结合区域构造背景认为，走滑断裂体系及伸展断裂体系下的第一、第三类断裂在东营期走滑背景下发生强烈活动，断裂组合关系及发育特征符合右行力偶产生的走滑应变椭圆[13,14]。主走滑断裂对应于PDZ主破裂面，平面上具有“S”型特征。其中，第三类断裂对应于张性(T)破裂，在东营组沉积末期发生强烈活动，断层活动速率为24m/Ma；第一类断裂(即控洼大断裂)早期表现为强烈伸展特征，在东营期则表现出一定的左旋走滑性质，相当于反向走滑断裂(RR′)，在地震剖面上表现出挤压特征(图3中DD′剖面)。

图3 断裂特征典型地震剖面(位置见图2)

3.2 圈闭特征

垦利16-A构造位于莱州湾凹陷北洼向潍北凸起过渡的南部缓坡带，受走滑和伸展两类断裂体系共同控制，深、浅层发育多种类型圈闭(图2)。

中生界基底发育大型断鼻构造(图2a)，受两条第一类断裂(L1，L2)共同控制。构造北低南高，高点受EW向第一类断裂(L1)控制，构造内部被次级走滑断裂(SS2)、第二类断裂(E1，E2)及部分断至基底的第三类断裂(F8)所分隔和复杂化(图3)。

古近系受走滑断裂、伸展断裂及不整合面共同控制，发育复杂断块、地层圈闭群(图2b)。西块发育由中支走滑断裂(SS1)与第一类断裂(L4)共同控制的高陡墙角式断块圈闭；中块古近系在东营组沉积末期遭受强烈剥蚀，新近系/古近系角度不整合面与次级走滑断裂(SS2)共同控制地层圈闭的发育；东块为受第一类(L2)、第二类(E1，E2)及第三类断裂(F6)共同控制发育的断块群，构造高点总体依附于第一类断裂(L2)。第二类(E1，E2)、第三类断裂(F6)分隔圈闭，使圈闭形态复杂化(图3)。

新近系发育受走滑断裂、伸展断裂共同控制的复杂断块、断鼻群(图2c)。西块发育控凹中支走滑断裂(SS1)与第一类断裂(L4)共同控制的墙角式断块圈闭；中块发育由第一类断裂(L1)与第四类断裂(T1)共同控制的披覆断背斜圈闭，内部被次级走滑断裂(SS2)所分隔；东块发育第一类断裂(L2)和第三类断裂(F8)控制的反向断鼻型圈闭(图3)。

4 构造演化史分析

垦利16-A构造断裂系统复杂，断裂类型多样，主活动期有差异。断裂发育特征的复杂性导致圈闭类型、形态及规模等表现出差异性。

同时，各时期沉积地层分布范围及厚度变化大。古近系具有三分特征，即西块残留厚层沙四段、薄层沙三段，中块残留薄层沙四段、沙三段，东块残留厚层沙三段～东二段；新近系具西厚东薄、北厚南薄的特点。

构造特征和地层分布的复杂性和差异性表明该区经历了复杂的构造演化历程。本文利用钻井资料和地震资料，应用平衡剖面技术，结合地层结构趋势线外延法、泥岩声波时差法恢复新近系/古近系角度不整合面剥蚀量，综合研究构造演化史特征(图4)。

垦利16-A构造经历了孔店组—沙四段沉积早期断陷、沙三段沉积期强烈断陷、沙一二段—东营组沉积期断—坳转换及新近纪—第四纪坳陷、新构造运动四个构造演化阶段。复杂的时空演化史决定了构造格局、断裂体系的复杂性和地层展布的差异性，其中东营组沉积末期发生的右旋走滑作用形成现今构造格局。

4.1 孔店组—沙四段沉积早期断陷阶段

中生代末期，华北地区抬升并遭受强烈剥蚀[15]。进入新生代以后，渤海湾盆地整体沉降接受沉积，莱州湾凹陷进入早期断陷阶段，但孔店组—沙四段沉积范围局限。北部莱州湾1号断裂(LZW1)强烈活动，控制了莱州湾凹陷的形成与演化。断裂下降盘强烈下陷，北洼沉积了巨厚的孔店组—沙四段，最大充填厚度可达2200m，成为莱州湾凹陷的沉降、沉积中心。莱州湾凹陷南部发育一系列南倾断裂，控制了南洼和西南洼的形成。其中，垦利16-A构造第一类控洼大断裂(L1、L2)强烈活动，根据断距计算其最大活动速率达9m/Ma。断裂差异升降控制了构造西南洼的形成与演化，该时期垦利16-A构造主体缓坡结构已形成雏形。受第一类控洼断裂(L1、L2)东西向差异活动和次级走滑断裂(SS2)、第二类断裂(E1)的作用，其可划分为东、中、西三块，具有“东高西低” 古地貌特征，古地貌差异控制了孔店组—沙四段的非均衡性发育。东块隆升幅度最高，成为局部物源区；中块发育缓坡结构，沉积了薄层的沙四段；西块受中支控凹走滑断裂控制，基底迅速沉降，充填了厚层孔店组—沙四段。

4.2 沙三段沉积期的强烈断陷阶段

渤海湾盆地在沙三段沉积时期应力场表现为右旋弱走滑与水平强拉张的叠合特征，断陷强烈活动[16-19]。莱州湾凹陷继承了前期的构造格局，莱州湾1号断裂和垦利16-A构造第一类控洼断裂活动强度持续增大，根据断距计算莱州湾1号断裂活动速率可达150m/Ma。凹陷中心沉降速度加快，最大可达650m/Ma，最大充填厚度可达2600m。莱州湾凹陷沉积范围不断扩大，沙三段已覆盖整个凹陷区。凹陷整体进入强烈断陷阶段，北洼、南洼加速沉降。

依附莱州湾1号断裂和垦利16-A构造第一类控洼断裂(L3)，发育南、北两个局部沉降中心。随着强烈的断陷作用，垦利16-A构造产生一系列第三类断裂，即缓坡带调节断裂，控制了缓坡带沙三段的局部沉降，形成断阶式斜坡结构。该时期，垦利16-A构造东块、中块沉降，接受厚层沙三段沉积。但由于中块、西块沙三段在后期遭受强烈剥蚀，现今仅残留沙三段下部、部分沙三段中部地层。利用地层结构趋势线外延法、泥岩声波时差法，恢复沙三段沉积厚度为300～1200m，具有中块沉积厚度小、东块与西块沉积厚度大的特点。沙三段沉积末期，莱州湾凹陷乃至整个渤海湾盆地发生抬升和构造反转[20]，沙三段遭受剥蚀，局部可见沙二段/沙三段角度不整合面，但该时期的剥蚀量相对较小。

4.3 沙一、二段—东营组沉积期的断—坳转换阶段

渤海湾盆地在沙一、二段—东营组沉积时期应力场具右旋强走滑与水平强拉张的应力叠合特征[18]，表现为挤压和断陷双重活动。莱州湾凹陷再次整体沉降，随着水体范围增大，沉积范围也随之增大，接受广覆式沉积，但断陷作用变弱，开始显现坳陷特征，进入断陷向坳陷的转换阶段[21]。该阶段，各类断裂持续活动，但活动速率明显变小，发育了一系列与莱州湾1号断裂、第一类断裂反向搭接的次级断裂，在剖面上构成“Y”字形组合。各类断裂的控沉积作用明显减弱，凹陷沉降中心发生迁移，远离莱州湾1号断裂和第一类控洼大断裂。

东营组沉积末期，渤海湾盆地抬升并遭受强烈剥蚀，形成新近系/古近系区域不整合面[22]。同时，郯庐走滑中支断裂发生右旋走滑作用[23-25]，莱州湾凹陷西部整体向南平移，在“S”形增弯段发生强烈挤压作用而隆升形成垦利16-A构造，并表现出“西强东弱” 差异隆升特点(图3中CC′剖面)。依附中支走滑断裂的西块发生剧烈构造反转并遭受强烈剥蚀，东营组—沙三段上部地层全部被剥蚀，仅残存沙三段中、下部及下伏地层，计算其最大剥蚀厚度可达650m； 中块在基底背景上持续隆升并遭受强烈剥蚀，残存沙三段中、下部及下伏地层，计算其最大剥蚀厚度可达600m； 而东块抬升幅度相对较小，仅东一段、东二段上部地层被剥蚀，计算其最大剥蚀厚度约为250m。该时期的差异抬升活动导致东、中、西三块呈不同的构造特征，东块具有低幅抬升的洼坡过渡特点，中块为在基底背景上的继承性隆升构造，西块发育走滑断裂主控的反转构造(图2b)。

4.4 新近纪—第四纪坳陷、新构造运动阶段

进入新近纪以来，渤海湾盆地进入坳陷热沉降阶段，地层广覆式沉积，沉降、沉积中心逐步迁移至渤中凹陷。莱州湾凹陷新近系表现出由潍北凸起逐步向北部莱州湾凹陷、渤中凹陷方向增厚的特征。新近纪晚期—第四纪进入新构造运动期，各类断裂活化并发育伴生次级断裂，垦利16-A构造走滑断裂断至新近系—第四系，第一类断裂与伴生第四类断裂构成复合“Y”、简单“Y”组合。

5 控藏作用

油气藏的形成受构造的控制。垦利16-A构造演化控制了生烃中心的发育与迁移、构造圈闭的形成与类型、沉积类型与储层展布、油气成藏模式等。

5.1 控制生烃中心的发育与迁移

构造差异演化控制了不同洼陷的发育类型，北洼和南洼为继承性发育洼陷，西部洼槽为残留型洼陷，这些洼陷控制着烃源岩的展布。钻探证实，莱州湾凹陷主要发育3套烃源岩，即沙四段、沙三段及沙一段湖相泥岩[26]。

沙三段、沙四段沉积时期，莱州湾凹陷处于早期强烈断陷阶段，莱州湾1号断裂控制了凹陷的形成与演化。

北洼发育走滑—拉张型洼陷，为莱州湾凹陷的沉降、沉积中心(图5)，沉积巨厚的沙三段、沙四段，最大厚度约为3600m，最大埋深约为6000m，成为现今的主力生烃中心；沙一、二段—东营组沉积时期，受控于中支走滑断裂，沉降、沉积中心逐渐向西部迁移，莱州湾1号大断裂控制作用减弱。沉积中心的变迁表明，莱州湾1号断裂和郯庐走滑中支断裂共同控制了北洼的沉积和生烃中心。

图5 莱州湾凹陷主沉积区迁移图

南洼发育拉张型洼陷，主要受第一类控洼大断裂控制，成为南部的沉降、沉积中心(图5)，但由于活动强度与沉降速率略低于莱州湾1号大断裂，因此沙三段、沙四段地层沉积厚度相对较薄，约为3200m。现今最大埋深约为4500m，沙四段烃源岩和部分沙三段下部烃源岩进入生烃门限。

西部洼槽属于走滑型残余洼陷，受走滑断裂控制，沉积了厚层沙四段、沙三段，通过恢复地层剥蚀厚度，其厚度约为1800m。但由于东营末期的剥蚀，导致地层残余厚度较薄。现今大部分地层埋藏较浅，未进入生烃门限。

5.2 控制早期沉积类型与储层展布

徐长贵等[27]、赖维成等[28]提出动态物源概念，认为物源的供给与分配是随时空变化的，强调了局部物源在源—汇体系中的作用。在沙三段沉积以前，东块长期暴露地表并遭受强烈剥蚀，基底仅残余中生界侏罗系蓝旗组。中块早期沉积、中期隆升，仍残存中生界白垩系。钻探揭示，中块中生界基底为白垩系义县组凝灰岩，地震剖面上最大残余厚度超过400m。因此，东块剥蚀量超过了400m，为孔店组和沙四段沉积提供了充足的局部物源。东块围区沙四段发育近源扇三角洲沉积，钻井钻遇大套厚层含油凝灰质砂砾岩，厚度约为165m。沙三段沉积期后，东块整体沉降并接受沉积，局部物源消失。因此，构造演化控制了早期动态物源分布，并进一步控制了沉积体系类型与储层展布。

5.3 控制圈闭的形成与类型

垦利16-A构造发育多种圈闭类型。受东、中、西块差异构造演化的影响，东块发育早隆—中埋—中稳定型潜山，中块发育早埋—中隆—晚稳定型潜山，而西块为早埋—中隆—晚稳定型洼陷。东营组沉积末期地层隆升遭受强烈剥蚀，南部斜坡带北部发育一系列古近系地层尖灭圈闭。从北向南，随着地层剥蚀量增大，依次发育沙一、二段、沙三段上部、沙三段中部地层圈闭。受走滑断裂、不同尺度伸展断裂共同控制，东、中、西块在新近纪分别发育反向断鼻型、披覆断背斜及墙角式断块圈闭。

5.4 油气成藏模式

勘探证实垦利16-A构造油气藏具有多源供烃、多向输导、多圈汇聚、多层含油、差异富集等特点。差异构造演化控制着油气成藏模式的不同，综合成藏要素及其匹配关系、油源对比结果，可归纳为三类油气富集模式，即远源“网毯式”[29]、双源“阶梯式”及近源“侧向式”运聚模式(图6)。

西块油气藏为远源“网毯式”运聚模式，其已发现油气主要集中在馆陶组。根据油源对比结果，油气主要来自莱州湾凹陷北洼，油气通过断裂进行垂向输导，之后沿着区域不整合面、古近系及馆陶组砂体长距离横向输导至西块成藏，具有“网毯式”运聚模式(图6a)。其中，区域不整合面、古近系及馆陶组砂体构成高效仓储层，断裂构成油源通道网和油气聚集网。由于油气的横向输导距离超过13km，原油遭受生物降解、水洗氧化等作用较强，原油物性明显差于中块和东块，为高密、高黏原油。

图6 垦利16-A构造油气运聚模式图

中块油气藏为双源“阶梯式”运聚模式，其已发现油气主要富集于馆陶组、沙河街组及中生界，具有复式成藏特征。油源分析结果表明，油气主要来自莱州湾凹陷北洼沙三段、南洼沙四段烃源岩，深洼油气通过南北向和东西向多条断裂与不整合面、砂体进行垂向和横向输导，构成双源“阶梯式”运聚模式，油气最终在馆陶组、沙河街组及中生界富集成藏(图6b、图6c)。中生界发育构造—似层状油气藏，沙河街组发育地层油气藏，馆陶组为岩性—构造油气藏。油气的横向输导距离为8～10km，中生界、沙河街组油气输导距离小于馆陶组，因此，中生界、沙河街组原油物性较好，为中密、低黏原油，而馆陶组为高密、高黏原油。

东块油气藏为近源“侧向式”运聚模式，已发现油气主要富集于沙河街组和古潜山(图6c)。油源分析结果表明，油气主要来自莱州湾凹陷南洼，油气沿断层、砂体近距离侧向输导，横向输导距离在5km以内，原油物性较好，具有中—低密、低黏特征。

6 结论

(1)垦利16-A构造发育走滑和伸展两类断裂体系，走滑断裂体系包括主、次两组断裂，伸展断裂体系划分为四类断裂；受走滑和伸展两类断裂体系共同控制，深、浅层发育了多种类型圈闭。

(2)历经孔店组—沙四段沉积早期断陷、沙三段沉积期的强烈断陷、沙一、二段—东营组沉积期的断—坳转换及新近纪—第四纪坳陷、新构造运动四个构造演化阶段。断陷期的伸展沉降作用、断—坳转换期的走滑挤压作用和新构造运动期的走滑—伸展叠置作用共同控制了构造格局、断裂体系的复杂性和地层展布的差异性。

(3)构造差异演化控制不同油气藏类型的形成，主要表现在生烃中心发育与迁移、构造圈闭形成与类型、沉积类型与储层展布、油气成藏模式等方面。