渤南低凸起北斜坡构造脊成因模式及其与油气的关系

2021-06-14肖锦泉朱勇超刘丹丹官大勇

成都理工大学学报（自然科学版） 2021年3期

肖锦泉, 江涛, 付立, 朱勇超, 刘丹丹, 官大勇

(中海石油(中国)有限公司天津分公司, 天津 300459)

构造脊是正向构造的脊线，通常是由地质体或地质面弯曲变形形成的[1]。地层发生弯曲变形可以形成地层构造脊，断层面弯曲变形可以形成断面脊。近年来，越来越多的学者开始关注构造脊对油气的影响，尤其是对油气运移的影响[2-18]；同时通过油气的物性和地球化学组分在运移过程中的分异作用证实了构造脊是油气长距离运移的优势通道[7-9]。前人对构造脊做了大量的研究工作，并提出了“汇聚脊”模式[3-4]、“脊-断-圈”的油气运移模式[15-17]、“脊-圈-砂”的控藏模式[18]，同时也定量表征了构造脊的油气运移能力[13-15]等。渤南低凸起北斜坡紧邻渤中和渤东两大富烃凹陷，油源充足，并且发育多个地层构造脊；但是其近年来的勘探成效不佳，没有获得商业发现。钻探结果表明渤南低凸起北斜坡的各构造脊对油气的影响也不同。笔者认为构造脊对油气成藏的影响不仅仅是运移方面，所以本文主要从动态的角度分析构造脊的成因，以及其对成藏要素的控制来反映构造脊与油气的内在联系，以期对研究区后期的油气勘探具有一定的参考价值。

1 区域构造特征

渤南低凸起位于渤海海域中南部，北临渤中凹陷，东临渤东凹陷，南侧以边界断裂为界紧邻黄河口凹陷(图1)。渤南低凸起整体呈西窄东宽的条状，长轴方向为近东西向，被北北东向的郯庐走滑断裂带切割为西、中、东3段。本文的研究区为渤南低凸起东段北部。

图1 渤南低凸起及邻区构造纲要图Fig.1 Structure outline map of Bonan low uplift and adjacent areas

渤南低凸起北侧与渤中凹陷以斜坡区过渡。从结构上看，渤中凹陷古近系厚度在中部最大，往两侧逐渐减薄，整体呈碟状分布，表现为明显的伸展拗陷盆地特征。而新近系也表现出拗陷作用特

征，为热沉降拗陷型盆地(图2-A)。

从盆地的形成演化来看，东营组第二段(简称“东二段”)沉积之前(图2-C)，岩石圈发生引张减薄导致渤中凹陷受到较强的伸展拗陷作用[19]，凹陷的沉降量较大，发育的地层整体呈“垂向厚而平面窄”的碟状。从东二段沉积之前到馆陶组沉积之前，在伸展拗陷作用下，渤中凹陷继续扩张，由于这个阶段的伸展拗陷作用较弱，凹陷的沉降量较小，所以发育的东二段-东一段整体呈“垂向薄而平面广”的碟状(图2-B)。从馆陶组沉积之前到现今，在岩石圈冷却收缩作用下，整个盆地发生了热沉降，导致全区稳定发育新近系(图2-A)。从整个演化过程可见，渤中凹陷这几个阶段的拗陷作用和地层的超覆作用最终导致渤南低凸起北斜坡的形成。同时，在拗陷作用下，从盆内向盆外地层逐渐抬升。

图2 渤中凹陷构造演化图Fig.2 Tectonic evolution of Bozhong Sag (剖面位置见图1)

2 构造脊的成因模式

渤南低凸起北斜坡地层构造脊有以下3种成因模式。

a.洼隆效应：盆地形成初期，在盆外发育了2个小洼槽(图3-A)。之后在拗陷作用下盆地逐渐发育，当盆地扩大到这2个洼槽区时，这2个洼槽之间的部位在跟随盆地沉降过程中位于水体之下，并且发生了倾斜(往盆地方向下倾)，当其上沉积地层的时候，就在这2个洼陷之间的部位形成了盆地基底构造脊(图3-B)。

图3 盆地(及围区)基底构造等值线图Fig.3 Contour map of basin basement

b.同沉积褶皱作用：当古地形突起上(图4-A)继续发育地层时，这个突起的上覆沉积物较薄，两侧较厚，在差异压实作用下就在盆地盖层中形成了披覆背斜[20](图4-B)。这种背斜的两翼上部平缓向下变陡，地层厚度在背斜顶部薄，往两翼增大(图4-B)。若这个古地形突起在平面上具有一定的延伸规模，那么上覆地层中的披覆背斜就形成了盆地盖层构造脊。

图4 披覆背斜成因模式Fig.4 Genetic model of the draping anticline

c.反转作用：早期在伸展构造系统中形成的负向构造单元(图5-A)，后期受到挤压作用，或压扭作用，在浅层形成了反转背斜[21](图5-B)。这类反转背斜在剖面上具有2个明显的特征：第一个是地层在垂向上表现为下凹中平上凸的3层结构；第二是反转背斜核部由早期的负向构造单元反转为晚期的正向构造单元，所以背斜核部地层厚度大于翼部(图5-B)。通常反转背斜跟挤压背斜一样都是成带分布的，这样就在浅部地层中形成了构造脊。

图5 反转背斜成因模式Fig.5 Genetic model of the reversal anticline

渤南低凸起北斜坡自西向东发育渤中24-1、渤中18-2、渤中18-1、龙口19-1N和龙口19-2等5个地层构造脊(图6)，其中每个构造区在垂向上均发育了多层构造脊(图7)。这些盆地基底构造脊(T8)是由洼隆效应形成的。古近纪早期，在基底的先存断裂控制下，在盆外形成了洼隆相间的格局;之后在盆地的拗陷作用下，在相邻两洼之间的隆起上就形成了盆地基底构造脊。

图6 渤南低凸起北斜坡区基底(T8)三维可视化图Fig.6 3D visualization for the basin basement of the northern slope of Bonan low uplift

图7 横切渤南低凸起北斜坡区构造脊的地震剖面Fig.7 Seismic profile of the structural ridge in the northern slope of Bonan low uplift (剖面位置见图6)

另一方面，在晚期反转作用下，龙口19-1N浅层构造脊的规模得到了强化。从横切龙口19-1N构造脊的地震剖面中可见，该区地层在垂向上表现为下凹中平上凸的3层结构；同时上凸的明下段和馆陶组的厚度比凸起区还厚，说明该区发生了反转，使得上凸的地层高于沉积基准面，并且还可以判断反转时期为明下段沉积之后(图8)。

图8 龙口19-1N浅层构造脊平剖面图Fig.8 The structural ridge profile and plan in Longkou 19-1N area

3 构造脊与油气的关系

3.1 控圈作用

渤南低凸起北斜坡构造脊具有有利的成圈条件。由于构造脊的轴面近直立，核部高于翼部，并且处在斜坡背景，因此只需提供一个上倾方向的遮挡条件，圈闭就形成了(图9)。若该遮挡条件是断层作用导致的，形成的就是构造圈闭；若该遮挡条件是岩性尖灭或地层超覆导致的，形成的就是构造-岩性复合圈闭或构造-地层复合圈闭。

图9 渤南低凸起北斜坡构造脊模式图Fig.9 Model of the structural ridge of the northern slope of Bonan low uplift

所以我们在渤南低凸起北斜坡的目标研究过程中发现，解释出的圈闭总能位于构造脊上。

3.2 对砂体的影响

渤南低凸起北斜坡馆陶组主要为浅水三角洲沉积，岩性主要为砂泥岩不等厚互层。各构造脊的成因差异导致了构造区馆陶组的砂岩含量具有较大差异(表1)。龙口19-1N构造区的浅层构造脊是在渤东凹陷与渤南低凸起之间的斜坡背景上通过上新世的反转作用形成的；所以该构造区在馆陶组沉积时期处于构造低部位，水体相对较深，故沉积的砂体总厚度较小，砂岩含量较低。而渤中18-1构造、渤中18-2构造和渤中24-1构造的浅层构造脊是在深层构造脊的背景上继承性发育的，始终处于构造高部位，水体相对较浅，故馆陶组沉积的砂体总厚度较大，砂岩含量较高。

表1 渤南低凸起北斜坡馆陶组砂岩体积分数统计Table 1 Statistics of sandstone percent content of Guantao Formation in the northern slope of Bonan low uplift

3.3 对油气运移的控制作用

从构造脊的几何形态可知，构造脊是一定平面范围内的构造高部位，是油气横向运移的低势区。构造脊上已钻井的含油气情况反映了构造脊油气运移的活跃情况。位于龙口19-1N构造脊上的井，录井油气显示厚度大(表2)；并且在馆陶组中下部几乎有砂就见油气显示，说明馆陶组底部油气运移活跃，为主要的横向输导层。而渤中18-1构造、渤中18-2构造和渤中24-1构造上的井油气显示厚度小，油气运移相对不活跃。

表2 渤南低凸起北斜坡已钻井油气层厚度Table 2 Statistics of oil-bearing properties of drilled wells in the northern slope of Bonan low uplift

不同成因的构造脊，其油气运移的活跃程度不同。龙口19-1N构造区的浅层构造脊是在新构造运动时期的反转作用下形成的。新构造运动是区域性的构造事件，能促进油气的大规模运移[22-25]。因此龙口19-1N构造脊与油气的大规模运移具有较好的时空匹配关系，构造脊上油气运移活跃；而渤中18-1构造、渤中18-2构造和渤中24-1构造的浅层构造脊是在同沉积褶皱作用下继承性发育的，其成因与区域性的构造事件关联性较弱，故构造脊上油气运移相对不活跃。

3.4 圈闭有效性探讨

目前渤南低凸起北斜坡龙口19-1N构造区的钻井揭示，该区油气显示很好，单井油气层显示厚度为123～332.1 m，但单井油气层总厚度不大(只有7.5～52.7 m)，并且均以薄油层为主，从而导致该区探明储量不大。

目前大多数研究人员认为导致该区“油气显示好，油层少，以薄油层为主”的主要因素是该区控圈断层的侧封不好。但从该区断层侧封的研究结果来看，侧封因素不能完全解释这种现象。

笔者认为除了考虑侧封因素外，还应考虑圈闭与油气运移的时空匹配关系(图10)。结合该区圈闭的形成机理可知，圈闭的形成时间约为2.5 Ma B.P.；而油气的生成-运移-聚集过程早在约17.5 Ma B.P.就开始了；在构造事件的作用下，构造脊在约5.1 Ma B.P.开始形成。油气开始大量运移的时候，圈闭还未形成，油气在该区“过路不留”；2.5 Ma B.P.之后，控圈断层发育，圈闭开始形成，此时“路过”的油气才能在圈闭中聚集成藏。由于油气大量运移的时期较早，而圈闭形成时期较晚，所以晚期形成的圈闭只能捕获少量的油气。因此该区表现为“油气显示好，油层少”。而“薄油层”为主的现象可能是构造脊上岩性圈闭导致的。