渤南低凸起北侧斜坡带新近系油气成藏关键因素分析*

刘丹丹 赵国祥 官大勇 黄 颖 朱勇超

(中海石油(中国)有限公司天津分公司 天津 300459)

从20世纪70年代开始勘探以来，前人对渤海海域东部地区(下称渤东地区)成藏主控因素进行了分析，总结出4种主要油气成藏模式，即凸起上覆披覆背斜型油气藏、潜山型油气藏、中央走滑带下生上储型油气藏、斜坡带构造—岩性油气藏[1-2]，其中前3种主要发育在凸起区，发现了蓬莱19-A油田、蓬莱9-A油田等大中型油田。目前该区域凸起区大多已进入成熟勘探期并投入开发，寻找新的储量接替区是下一步工作重点，而斜坡带作为油气运移的必经之路具有良好的勘探前景。

受太平洋板块北西西向俯冲、挤压作用和印度洋板块强烈碰撞作用的影响，形成了以渤海湾盆地为典型的拉张型断陷盆地，其特点以发育单断箕状断陷(半地堑)为主[2]，而箕状断陷普遍认为主要发育斜坡带、深陷带和陡坡带等地质单元，其中斜坡带分布范围最广，面积一般可以占断陷盆地总面积的一半左右[3]。从20世纪90年代起，渤海湾盆地相继在辽河坳陷、冀中坳陷、济阳坳陷的斜坡带取得了勘探突破，发现了一批以断鼻、断块为主的油气田，其中辽河西部凹陷60%左右的储量集中在斜坡带，展示了斜坡带具有良好的勘探前景[4-6]。

近几年渤东地区在斜坡带相继打了若干口探井，油气发现情况却是良莠不齐，既有油层厚度近50 m的高效井，也有未见显示的空井，呈现出斜坡带油气成藏的复杂性。本文以渤南低凸起北侧斜坡带为靶区，结合围区近几年所钻探井资料、三维地震资料及测录井资料，通过剖析该地区新近系油气成藏条件及关键因素，进一步研究斜坡带油气成藏规律，以期为下一步勘探提供参考依据。

1 区域地质概况

渤东地区包括渤东低凸起、渤东凹陷、庙西北凸起、庙西凹陷、庙西南凸起及渤中凹陷、渤南低凸起的部分区域，整体呈凹凸相间的构造格局，处于北东向郯庐断裂带与北西向张蓬断裂带交汇处，发育多套断裂体系、多套烃源岩和多套储盖组合。本文研究区位于渤南低凸起北侧，是凹陷带向渤南低凸起过渡区域的斜坡带(图1)。

图1 渤东地区构造单元划分

根据地震、钻井、测井及古生物等资料，渤东地区地层由老到新依次为：太古界变质花岗岩、元古界碳酸盐岩、古生界碳酸盐岩、中生界火山碎屑岩及新近系碎屑岩沉积，区域内缺失石炭—二叠系；新近系自下而上又细分为孔店组(仅在盆地边缘部分区域零星钻遇)、沙河街组、东营组、馆陶组、明化镇组。

2 油气成藏条件

2.1 油源条件

研究区位于渤南低凸起北侧，紧邻渤中凹陷、渤东凹陷等2个富烃凹陷。研究表明，渤中凹陷是渤海海域最大的富烃凹陷，面积约8 660 km2，现今基底最大埋深超过12 000 m；渤东凹陷面积约为3 000 km2，最大沉积厚度约为8 000 m。渤中、渤东凹陷主力烃源岩为沙河街组(沙三段和沙一二段)及东营组(东三段)，现今均处于成熟阶段，生烃潜力大。

油源分析表明，渤南低凸起的油气主要来自较远的凹陷区。例如，蓬莱19-A油田新近系馆陶组油气就具有多洼供烃的特征，混源特征明显，且存在明显的二次充注[8](图2)；原油样品饱和烃色质谱分析结果(图2)显示，该油田西部的PL19-A-c井馆陶组原油具有4-甲基甾烷/∑C29藿烷值高、伽马蜡烷含量中等和C24四环萜烷含量低的特征，表明油田西部原油主要来自渤中凹陷沙三段烃源岩，混有沙一段烃源岩；该油田北部的PL19-A-g井馆陶组原油具有4-甲基甾烷/∑C29藿烷值低、伽马蜡烷含量低和C24四环萜烷含量较高的特征，表明油田北部原油来自渤东凹陷和渤中凹陷东营组烃源岩；而该油田南部PL19-A-e井馆陶组原油具有4-甲基甾烷/∑C29藿烷值中等—高、伽马蜡烷含量低和C24四环萜烷含量低的特征，表明油田南部部分原油来自于相邻的庙西南次洼沙三段烃源岩。

勘探开发实践证实，油气能够经过较长距离的运移从凹陷区到达凸起区，而渤南低凸起北侧斜坡带就位于这个必经之路上，且富烃凹陷区油源充足，因此具有良好的勘探前景。

图2 蓬莱19-A油田油源对比

2.2 储盖层条件

馆陶组沉积时期，研究区及围区紧邻盆地沉积沉降中心，沉积厚度自南东到北西向逐渐增加， 变化范围400～1 200 m不等，并且沉积物整体偏细，仅在顶部和底部发育一定粗粒沉积，自下而上整体呈现“粗-细-粗”三分特征(图3)，对应辫状河沉积—浅水三角洲沉积。底部辫状河沉积单层砂体较厚，沉积物粒度较粗，垂向上发育多期次相互切割并连续叠置的河道砂体，呈多个次级正旋回叠置，砂岩含量42%～55%；中部浅水三角洲沉积整体偏细，单砂体厚度以1～2 m为主，岩性以细砂岩为主，少量含砾细砂岩，砂岩含量18%～32%；顶部为一套浅水三角洲水下分流河道沉积，单砂体厚度一般11～21 m，最厚35 m，砂岩含量35%～44%。在储层物性方面，随着埋深增加，储层孔隙度平均值从25%逐渐减小至19%，渗透率也逐步降低。馆陶组“粗-细-粗”沉积特征可使下部粗粒沉积与中部细粒沉积形成良好储盖组合，而上部粗粒沉积可与全区稳定分布的明下段底部厚层泥岩(厚度约为180 m)形成良好的储盖组合。

图3 研究区及围区新近系馆陶组连井对比图

3 油气成藏关键因素

对于斜坡带油气成藏，国内外目前从斜坡带成因、油气运移、断裂控藏等多个方面进行了系统研究，取得了众多认识与经验[2-5,9-11]。系统分析认为，渤南低凸起北侧斜坡带为距离油源相对较远的浅层(新近系)成藏，油源、油气运移路径及油气侧封对于该区新近系油气成藏具有关键作用。

3.1 充足的油源供给是研究区规模性成藏的基础

大量勘探实践证实大油气田都位于油气运移的优势方向[12]。对于箕状凹陷，其生成的油气最有利的归属主要有2个方向，一个是近水楼台的陡坡带，如蓬莱15-A油田；另一个是油气运移的最终归属凸起区，如蓬莱19-A油田。而斜坡带虽然位于油气从凹陷区向凸起区运移的必经之路上，但其既不靠近油源，又不是区域上的最终归宿，因此对于供烃能力的要求就更加苛刻。如果供烃能力弱的话，一是油气不容易运移到斜坡带，二是即使油气运移到了斜坡带，仍会继续向上到达凸起区；只有供烃能力强的情况下，油气才能运移到斜坡带，而且即使会继续向凸起区运移，仍然能有源源不断的后续补充。

凹陷的供烃能力首先与凹陷规模有关。已有学者对全世界200多个含油气盆地的油气运移距离进行过统计分析，发现生烃凹陷越大、生烃能力越强，油气运移距离也就越远[13]。因此，富烃凹陷的油源供给能力及油气充注能力较强，对于斜坡带规模性成藏更加有利。从渤海近几年在斜坡带发现的油气田来看，大多数油气田均位于富烃凹陷或潜在富烃凹陷附近[14-15]，如黄河口凹陷南侧斜坡带成功钻探发现渤中34-A优质油气田，围绕辽中凹陷发现的旅大16-A油田等。

同时，前人分析认为凹陷内烃源岩生成的油气主要运移方向还与有效烃源岩产状及相邻输导层产状等有关，可将凹陷分为均衡富集型、陡坡富集型及缓坡富集型三类[10,14]，以指导斜坡带油气勘探。例如，辽河坳陷西部凹陷属于缓坡富集型，其烃源岩产状及输导层产状均向缓坡方向上抬，石油二次运移会优先沿斜坡带砂体充注成藏；黄河口凹陷属于均衡富集型，烃源岩与储集层整体以凹陷为中心向两侧对称上抬，油气在凹陷内运移呈均衡状，凹陷两侧分别发现了渤中29-A和渤中34-A等大中型油田。而渤东地区庙西凹陷属于陡坡富集型，由于西侧的庙西北凸起边界大断裂活动使得庙西北洼烃源岩整体向陡坡带上抬，油气优先向陡坡带充注成藏，形成了蓬莱15-A亿吨级油田，但凹陷东侧斜坡带钻探的PL16-A-a井则仅有13.6 m油水同层。

渤南低凸起北侧斜坡带紧邻渤中、渤东两大富烃凹陷，环渤中凹陷众多勘探实践表明其为均衡富集型凹陷，为研究区斜坡带油气充注提供了良好的物质基础。

3.2 横向广泛发育的输导层与断层耦合是研究区油气运移的关键

新近系是渤南低凸起北侧斜坡带的主要勘探层系，新近系本身不具备生烃能力，油气主要来自古近系。对于远离烃源岩的凸起区和斜坡带，新近系能否成藏关键在于油气运移。分析辽河西部凹陷、霸县凹陷文安斜坡带、歧口凹陷歧北斜坡带等成功勘探案例，发现油气多富集在古近系，以自生自储式的运聚模式，或沿直通烃源岩的长期活动断层直接、快速地垂向贯穿式向上充注为主，属于源内成藏，无法有效指导研究区这种远离烃源岩的油气勘探。

对于远离烃源岩的凸起区和斜坡带，油气运移过程通常表现为接力式输导模式，主要包括两个阶段：先是沿着输导层做长距离的横向运移，从凹陷来到斜坡；再通过断裂，从深层垂向输导至浅层，其中横向上稳定存在的输导层是保障油气从凹陷区到达斜坡区的关键[16]。渤海海域勘探实例也表明，稳定存在的横向输导层具有远距离运移油气的能力，如石臼坨凸起之上明下段的油气是从秦南凹陷、渤中凹陷沿馆陶组砂体远距离横向输导而来，输导运移距离30 km[17-18]；庙西北凸起之上蓬莱9-A油田的油气则是从渤东凹陷沿潜山不整合面横向输导而来，输导运移距离18 km[19]。一般认为渤东地区主要发育2个横向输导层，一个是潜山不整合面，另一个是馆陶组底部砂岩输导层。研究区潜山岩性主要为火成岩、碳酸盐岩和变质花岗岩，这些岩石在经受长期风化淋滤改造及强烈构造活动改造下较易发育岩石孔、缝，孔缝之间相互连通形成高效输导层[20]；馆陶组底部为一套稳定分布的粗粒辫状河沉积，砂体厚度较大，平面分布较广，储层物性好，砂岩百分含量在50%以上，前人分析证实，含砂率超过50%时砂体之间的孔隙连通性较好，有利于油气横向长距离运移[21]。因此，凹陷内古近系主力烃源岩生成的油气首先沿着这两套横向输导层运移到斜坡带，然后经晚期活动断层的垂向输导到达浅层新近系成藏。

3.3 反向断层和挤压性断层为研究区油气侧封提供了保障

研究区油源较为充足、输导体系发育，因此在浅层具有良好圈闭的背景下，有望规模性成藏。但由于斜坡带是逐步抬升的，不是区域上的至高点，在流体势影响下油气容易“过路不留”，因此成藏丰度对侧封条件提出更高要求。综合分析认为，反向断层和挤压性断层为研究区油气侧封提供了保障。

3.3.1反向断层

根据断层面倾向与区域斜坡倾向的关系：可以将正断层分为同向断层(或顺向断层)和反向断层。其中，反向正断层有2种形式，一种是指地堑边缘大断层伴生的，倾向与边界断层相反的断层；另一种是指断层倾向与其所切地层倾向相反的断层[22]，本文所指的反向断层属于第二种。渤海湾盆地作为新生代裂谷盆地，晚期断层多为拉张性质的顺向断层，但个别地区受到凸起区主动隆升形成的横弯褶皱作用影响，也会在斜坡带形成一系列反向断层，研究区就发育大量反向断层，集中分布在两条走滑断裂所夹持的区域，走向为北东东向。

大量研究表明反向断层具有很好侧封能力[23-24]。首先，反向断层两侧砂泥岩对接形成侧向封闭，反向断层下盘砂岩储集体容易与上盘下降泥岩对接形成侧向封闭，使油气在断层下盘的砂体中聚集成藏[24-26]。研究区主要含油层系馆陶组整体上呈现“储-盖-储-盖”组合样式，反向断层的发育易于形成下盘储层与上盘区域盖层对接，利于油气成藏(图4a)。其次，反向断层控制的圈闭与断层泥对接，利于保存油气。断裂带内部一般由滑动破碎带和诱导裂缝带组成，滑动破碎带主要发育断层泥，孔渗性较低，而诱导裂缝带发育大量裂缝，孔渗性较高[27]。通常情况下，断裂上盘为断裂活动的主动盘，诱导裂缝带相对发育，而下盘为被动盘，诱导裂缝带相对不发育。顺向断裂控制的圈闭对接的是断层的诱导裂缝带，易于形成油气输导；反向断裂控制的圈闭对接的是断层的滑动破碎带，有利于油气保存(图4b)[28]。同时，在油气运移盘储层岩石岩性和断裂倾角、埋深相同的条件下，影响反向断裂和顺向断裂侧向上是否封闭的主要影响因素是油气运移方向断层岩排替压力的相对大小，断层岩排替压力大于或等于储层岩石排替压力时侧向封闭，反之则侧向开启。综合考虑断层活动时间、断层岩压实成岩程度，计算得出反向断层油气运移方向的断层岩排替压力明显大于顺向断层，也就是说油气运移方向上油气通过反向断层断面的难度比通过顺向断层要大，反向断层更利于保存油气[28-29]。

靠近研究区的蓬莱19-A油田多口开发井证实，顺向断层两侧的油水界面基本一致，而反向断层两侧油水界面相差最大的有近百米。另外，在研究区钻探的PL19-B-a井也是在反向断层下盘发现了50多米的油层(图5)。

图4 断层遮挡类型及其对油气聚集的作用

图5 渤南低凸起北侧斜坡带油藏剖面图(剖面位置见图1)

3.3.2挤压性正断层

大量研究证实，断裂带内的应力分布状态对油气运聚及保存具有关键控制作用[30-31]。从构造应力场来看，断裂走向与最大主应力σ1垂直时，压应力最大，被认为是增压区，其断裂紧闭，加之滑动研磨作用下往往形成低孔低渗型断层岩，可以很好地阻止油气的侧向运移，使断层具有良好的侧向封闭性。而当断裂走向与最大主应力σ1平行时，张应力最大，成为释压区，其断裂开启程度较大，拉张作用形成的断层角砾岩具有良好的孔渗结构，往往具有良好的油气输导能力。前人研究及物理模拟实验表明，在走滑作用下，走滑增压段局部处于压扭应力环境，随着走滑位移量逐渐增大，其调节断裂的挤压幅度逐渐变大，断裂逐渐封闭，具备了遮挡的重要条件[32]。

研究区处于郯庐断裂渤海海域段平面展布方向由南北向向北东向转化的区域，张蓬断裂贯穿而过。走滑作用与伸展作用的多次叠加和相互影响，使得研究区形成复杂多样的走滑转换带，多处发育挤压性正断层，在地震剖面上可以看到地层呈现明显的双向下倾形态(图6)。由于此类断层发育多与走滑活动有关，因此其发育的位置也多存在于区域走滑活动强烈的地区，如蓬莱20-A油田北侧斜坡带、蓬莱19-A油田东侧斜坡带等，虽然其构造位置位于斜坡带，但在挤压性断层遮挡下油藏幅度最高可达200多米，体现了挤压性断层为斜坡带规模性成藏的重要作用。

图6 研究区挤压性正断层地震响应

3.4 渤南低凸起北侧斜坡带有望形成中型油田

综上所述，渤南低凸起北侧斜坡带是有利的勘探区域。受郯庐断裂及张蓬断裂共同影响，渤南低凸起北侧斜坡带发育有一系列断块圈闭群；圈闭群北侧紧邻渤中、渤东凹陷两大富烃凹陷，正好位于油气从凹陷区向凸起区运移的必经之路上，保障了斜坡带油气成藏的物质基础；区域沉积分析认为研究区馆陶组底部发育一套稳定的粗粒辫状河砂砾岩沉积体，含砂率在50%以上，为油气横向运移提供有利通道；而且研究区发育一系列北北东向的反向断裂，断距均较大，可以为油气成藏提供有效遮挡。目前，在研究区蓬莱19-B构造已钻多口探井，均获得了不同程度的油气发现，有望形成中型油田。

4 结论

1) 综合分析认为，充足的油源供给、横向广泛发育的输导层与断层耦合、反向断层与挤压性断层的良好侧封能力是渤南低凸起北侧斜坡带新近系油气成藏的三大关键因素。

2) 渤南低凸起北侧斜坡带紧邻渤中、渤东等富烃凹陷，烃源充足；潜山不整合面和馆陶组底部砂岩广泛发育，有利于油气从凹陷区向斜坡区运移，而且2套横向输导层与晚期活动断裂匹配良好，有利于油气垂向运移到新近系；斜坡带发育的反向断层及挤压性正断层为油气的侧封提供了保障。因此，渤南低凸起北侧斜坡带新近系具有良好勘探前景，有望形成中型油田。