渤中凹陷西洼区新近系油气分布特征及“脊-断”联控成藏模式*

李 龙 张新涛 徐春强 张 震 刘 腾

(中海石油(中国)有限公司天津分公司 天津 300459)

渤中凹陷是渤海海域主要的富油气凹陷之一。20世纪末以来，在源控论、晚期成藏等理论指导下，以新近系为主要目的层，坚持以富生烃凹陷及周边凸起区为主要勘探方向，先后在渤中凹陷周边的石臼坨凸起、沙垒田凸起、渤南凸起发现了秦皇岛32-6、南堡35-2、曹妃甸11/16、蓬莱19-3等亿吨级油田，累计发现10多个大中型油气田，累计三级石油地质储量17×108m3。随着勘探程度提高和勘探难度增大，目前已进入深浅层立体勘探阶段，勘探领域从凸起稳定区转向凸起周边活动断裂带。在该阶段，活动断裂带控藏理论、源-汇时空耦合富砂机理、湖盆萎缩期新近系极浅水三角洲等理论的提出为新近系构造-岩性油藏、古近系构造-地层油藏提供了重要的理论支撑，指导发现了一大批大中型高产优质油气藏[1-15]。

“十二五”以来，随着渤中凹陷大面积连片三维地震资料采集完成，凹陷内部整体结构日益清晰，“洼中脊”成为凹陷区油气汇聚的典型背景，古构造脊紧邻生烃洼陷而成为规模增储的主战场。为了油气勘探的持续发现和为渤海油田上产3 500×104t寻找后备储量，对渤中西洼区(渤中凹陷西部)进行了精细构造解释、圈闭梳理及油气成藏深化研究，取得了重大发现，形成了曹妃甸6-4、曹妃甸12-6—渤中8-4、渤中13-1S三个新近系亿吨级规模增储区。前人从断裂活动与油气运移、构造特征与油气聚集、油气聚集条件及主控因素等方面对凹陷区的油气成藏规律进行了大量研究[16-21]，但研究主要集中在断控成藏方面。本文主要总结渤中西洼区近些年勘探成果，重点剖析油气控藏特征，探讨“脊-断”油气富集机理，以期明确有利勘探方向，为下一步油气勘探提供理论支撑。

1 区域地质概况

渤中西洼区面积约2 000 km2，北接石臼坨凸起，西南临沙垒田凸起，东南与渤中凹陷主体相接(图1)，主要包括西洼主体、北部陡坡带、中央构造带、渤中8构造带，共一洼三带。自下而上发育古近系沙河街组(Es)、东营组(Ed)和新近系馆陶组(Ng)、明化镇组(Nm)以及第四系平原组(Qp)。截至2017年底，该区先后发现了渤中8-4、曹妃甸6-4、曹妃甸12-6等油田，累计发现储量2.45×108m3油当量，近80%油气储量分布在新近系，以构造、构造-岩性油气藏为主。油源对比结果表明，新近系油气主要来自沙河街组烃源岩；油气分布除了受烃源岩分布控制外，还受构造部位的控制，古构造脊是凹陷区油气初次聚集的主要区域，而油气的分布与断裂密切相关。

图1 渤中西洼区域位置Fig.1 Location of western Bozhong sag

2 油气分布特征

渤中西洼区早期勘探针对古近系、潜山构造圈闭一直未获得大的突破。近年来，以新近系为勘探目的层系，先后在渤中8-4、曹妃甸6-4、曹妃甸12-6等构造获得较好的油气发现，呈现环洼满带含油的特征。

1) 纵向油气分层系差异性明显(图2)。油气主要富集在新近系明化镇、馆陶组，古近系东营组、沙河街组油层发现较少，仅在北部陡坡带曹妃甸6-4油田东营组油气较为富集。此外，中央构造带曹妃甸12-6构造潜山顶面见较好油气显示，油层厚度较大。

2) 平面各区带新近系油气分布呈现不均衡性。①北部陡坡带：曹妃甸6-4油田新近系油气主要富集于馆陶组，明化镇组偶见零星油层。②中央构造带：北部曹妃甸5/6构造带油气主要集中于馆陶组，油层最大厚度64.8 m，仅少数井于明下段底部见零星薄油层；南部曹妃甸12-6构造在明下段和明上段均获得较好的油气发现，单井油层最大厚度为125.7 m，油气层主要集中分布于明下段，局部井区富集于明上段。③渤中8构造带：渤中8-4油田油气主要分布在明化镇组，馆陶组油层较少；低部位3井区、上升盘的12井区油气集中富集在馆陶组，明化镇组仅见零星油层。

总体上，油气主要集中分布在新近系活动断裂带，平面上分区、纵向分层，呈现差异富集的特征。

图2 渤中西洼区断裂与油气平面分布Fig.2 Distribution of faults and hydrocarbon in western Bozhong sag

3 控藏条件分析

通过对渤中西洼区已钻油气藏的解剖与成藏要素研究发现，该区油气自深层古近系烃源岩向浅层新近系圈闭能够进行长距离、大规模聚集成藏，油气成藏明显受到构造脊和断裂控制。

3.1 古构造脊

渤中西洼区钻探证实，油气成藏时期古构造脊的具体形态决定了油气运移的具体路径，制约着油气的运聚。油气往往向低势区运移聚集，因此“脊运聚”是油气成藏的关键过程，古构造脊的展布特征控制了油气优势运移的方向、路径与规模。

渤中西洼区潜山古构造脊与沙河街组烃源岩大面积接触，烃源岩排出的油气优先向构造脊这样的低势区高速运移，形成油气的初次汇聚，且构造脊相对越高越有利于油气运聚,该区潜山高部位油气藏进一步说明了这一点[17-19]。古构造脊的形态在一定程度上影响了汇烃效率，进而影响了油气富集。该区目前已发现的3个油田均位于古构造脊发育的部位(图2、3)。统计结果发现，古构造脊形态与其汇烃效率密切相关(表1)。以曹妃甸12-6—渤中8-4油田为例，渤中8-4油田古构造脊面积最大、幅度最陡，油气汇烃能力最强，储量丰度最高(379.63×104t/km2)；曹妃甸12-6油田南部的CFD12-6/6-1区块古构造脊面积较大、埋深浅、幅度较陡，油气汇烃能力较强，储量丰度也较高(260.3×104～392.5×104t/km2)，整体上油气较富集；而曹妃甸12-6油田北部的CFD5-5区块(紧邻南堡凹陷，油源充足)古构造脊面积较小，汇烃能力较弱，储量丰度低(157.7×104t/km2)，油气富集程度较差。因此，古构造脊形态在一定程度上决定了汇聚油气能力，古构造脊面积越大、埋深越浅、幅度越陡，油气的汇聚能力越强,油气越富集。

此外，从该区油气富集层位来看，古构造脊的汇烃效率在一定程度上也影响了油气的富集层位。对于同一构造脊，CFD12-6区块位于构造脊高部位，油气主要富集于明化镇组；而位于构造脊翼部的CFD6-1区块以及北部古构造脊面积小、幅度较缓的CFD6-2、CFD5-5区块，富集层位偏下，发现的油层集中在馆陶组和东二上段。

图3 渤中西洼区基底古构造脊与油气分布Fig.3 Distribution of structure-ridges and hydrocarbon in western Bozhong sag

表1 渤中西洼区中央构造带古构造脊规模及油气汇烃能力Table 1 Structure-ridge size and oil-gas convergence ability in central structural belt of western Bozhong sag

3.2 断裂输导能力

渤中西洼区新近系原油均来自深层古近系沙河街组烃源岩，为典型的他源型油气成藏系统[16]。沙河街组成熟的油气运移至浅层新近系，在古构造脊初次汇聚之后，油气成藏期活动性断裂对油气的垂向输导作用尤为关键[20-24]。因此，研究成藏期沟通油气垂向输导断裂的运移效率，对认识该区新近系油气差异分布控制因素至关重要。

该区发现的3个大型油田均发育在构造脊之上的断裂发育带(图2、3)，且成藏期断层越发育，油气富集层位越浅。不同类型断裂与油气运移的关系存在差异，因此依据断裂演化将该区断裂划分为4类：Ⅰ型断裂仅在古近纪早期活动，主要分割构造脊及其对应的洼槽，在油气成藏期不活动；Ⅱ型断裂为长期活动性断裂，切入古构造脊及深洼，断裂活动性强，延伸距离远，为沟通古近系烃源岩与上覆储层的良好通道，是主要的油气垂向运移断裂；Ⅲ型断裂为新近纪—第四纪形成，断至或断穿馆陶组，局部深切至基底古构造脊，表现为中浅层切割，具有垂向输导与调节油气再分配的作用；Ⅳ型断裂主要在第四纪活动，规模较小，大多断至明化镇组，局部具有调节油气分布的作用。该区具有晚期成藏的特征，因此只有Ⅱ型和Ⅲ型(局部)切脊断裂发育及分布才能影响油气的垂向运移效率。

本文引入断接盖层参数和断裂输导能力指数来定量表征切脊断裂垂向运移效率[21]。

(1)

(2)

式(1)、(2)中：ΔH为断接盖层参数，m；H为泥岩盖层厚度(本文特指古近系及明下段稳定分布的泥岩盖层)，m；D为与泥岩盖层相匹配断裂的最大断距，m；Φ为断裂倾角，(°)；Tc为断裂输导能力指数；L为断裂有效延伸长度，m；δ为断裂走向与区域应力场的夹角，(°)。

利用式(1)、(2)中的断接盖层参数和断裂输导能力指数对该区切脊断裂的运移能力进行定量评价，明确了断裂垂向输导能力与油气充注和富集层位之间的关系(图4、5)。以中央构造带为例，图5a中曹妃甸6-1/2构造区ΔH>7 m，油气富集于馆陶组；曹妃甸12-6构造区构造活动强烈，断裂密度大、活动性强、延伸远，断层输导能力越强，ΔH<7 m，油气富集在明化镇组。由图5b可以看出：①曹妃甸6-1/2构造区Tc<1.50，断裂垂向输导能力较弱：当Tc<0.55时，油气仅充注至馆陶组，油层集中在馆陶组；当0.55≤Tc<1.50时，油气可充注至明下段下部，明化镇组仅见零星油层；②曹妃甸12-6构造Tc值均大于1.00，断裂垂向运移能力较强：当1.00≤Tc<1.50时，油气充注至明下段顶部；当Tc≥1.50时，油气充注至明上段，明上段油气更为富集。总体上，曹妃甸12-6构造区断层垂向输导能力较曹妃甸6-1/2构造区块强，油气充注能力更强，油气集中分布在较浅的明化镇组。因此，Tc值越大，断层垂向运移效率越高，更有利于油气的垂向输导，油气富集层位越浅。

图4 渤中西洼区中央构造带曹妃甸12-6油田切脊断裂垂向运移效率评价结果Fig.4 Evaluation of fault transporting ability in CFD12-6 oilfield in central structural belt,western Bozhong sag

图5 渤中西洼区中央构造带断层垂向输导能力与油层分布Fig.5 Relationship between fault transporting ability and reservoir distribution in central structural belt of western Bozhong sag

上述分析表明，断裂形态、活动性、规模控制了油气运移效率，进而影响油气的纵向分布层位。断层活动性越强，密度越大，油气充注能力越强，油气越向浅层富集。

4 “脊-断”联控成藏模式

如前所述，渤中西洼区古构造脊控制油气初次运移的方向，切穿构造脊相关断层的形态和活动性控制着油气垂向运移效率。该区共钻遇2类“脊-断”配置关系、3种垂向组合样式，不同的组合样式对油气富集层位具有差异(图6)。

“脊-断”联控是指凹陷区古构造脊与切脊断裂共同控制的浅层新近系成藏模式，是以古构造脊初次汇聚为基础，以切脊断裂贯通为控制要素的一种油气平面运聚和空间分配模式。即凹陷中古构造脊与烃源岩大面积直接接触，潜山不整合面作为油气运移的良好通道，油气优先向古构造脊运移，当油气在古构造脊高部位汇聚之后，通过大量发育的切穿古构造脊的活动断裂垂向运移至浅层成藏。渤中西洼区中央构造带钻探已经证实，该区古构造脊面积越大、幅度越陡，断裂越发育、活动性越强，油气在浅层汇聚能力越强，油气越富集，“脊-断”联控模式是该区浅层油气成藏的关键。钻探也证实，“脊-断”配置差，油气很难在浅层汇聚成藏。如渤中8-3北块构造发育古构造脊，但与晚期断层不匹配(即不存在断穿上覆新近系的断层)，或晚期活动性断裂未切至古构造脊，深层油气很难垂向运移至浅层，新近系油气也不富集(图6)。

在油气差异富集控制因素的分析基础上，建立了渤中西洼区新近系“脊-断”联控油气成藏模式(图7)：古构造脊是深层油气初次汇聚的有利方向；断层性质、活动性及发育程度控制了油气垂向运移效率；“脊-断”联合控制了油气平面的富集区块和纵向富集层位。

图6 渤中西洼区“脊-断”配置类型及油气分布Fig.6 Ridge-Fault type and hydrocarbon distribution in western Bozhong sag

图7 渤中西洼区“脊-断”联控油气成藏模式(剖面位置见图1)Fig.7 Hydrocarbon accumulation model of Ridge-Fault joint control in western Bozhong sag(see Fig.1 for location)

5 勘探实例及有利区预测

5.1 勘探实例

环渤中凹陷在“脊-断”联控成藏规律指导下进行了一系列有利区带筛选，并在凹陷区钻探多个构造，成功发现渤中13-A、龙口7-A等油田，共发现三级石油地质储量约7 880×104t，证实了“脊-断”联控油气成藏模式的有效性。

渤中13-A构造位于渤中西洼南部，下部紧邻烃源岩，浅层为一系列反向断层控制的断鼻、断块型圈闭。油气综合成藏研究认为，渤中13-A构造是洼中隆起带，构造脊发育，有利于西南洼烃源岩的油气开展初次汇聚，并且发育了深切至构造脊的长期活动断裂，成为油气垂向输导的良好通道。该构造符合“脊-断”联控成藏模式，具备良好的油气“汇聚脊”条件，其上钻探的BZ13-A-2井共钻遇油层19层，厚度合计76.0 m(集中在馆陶组)，三级石油地质储量3 840×104t。

5.2 有利区预测

渤中凹陷古近系优质烃源岩发育，油气资源十分丰富。分析认为，渤中凹陷西部渤中8-3南块、渤中7-1等构造紧邻生烃凹陷，沙河街组烃源岩发育，具备良好的生烃条件，该区带基底均发育继承性古构造脊，面积较大，可作为油气初次运移的有利方向。断层统计结果表明，该区带发育大量长期活动性断层，断距多集中在80～200 m，断层活动速率为15～22 m/Ma，具有较强的活动性；且“脊-断”配置较好，使得深层油气能够有效输送至新近系。构造解释结果表明，该区带渤中8-3南块、渤中7-1构造新近系均发育受NE向断层控制的大量断块型圈闭，可以作为油气最终汇聚区,是渤中西洼区下一步勘探的重要区带。

6 结论

1) 渤中西洼区纵向上油气呈现差异富集的特征，主要分布在新近系明化镇组和馆陶组；平面上新近系油气分布呈现不均衡性，集中分布在活动性断裂带。

2) 渤中西洼区油气成藏时期古构造脊的形态和展布特征控制了油气运移的具体路径、方向和规模，构造脊面积越大、埋深越浅、幅度越陡，汇烃能力越强，油气越富集。断裂形态、活动性、规模控制了油气运移效率，其中切脊断裂发育程度控制油气的垂向运移效率，断裂活动性越强、密度越大，其垂向输导效率越高，越有利于油气向浅层运移。建立了研究区“脊-断”联控控藏模式，划分出2类“脊-断”配置关系、3种垂向组合模式。

3) 环渤中凹陷新近系油气勘探应优选“脊-断”配置好的区带，再根据新近系圈闭发育程度、储盖组合条件进行综合有利勘探区带筛选，有利于提高成功率。渤中8-3南块、渤中7-1构造是渤中西洼区下一步勘探的重要区带。