渤海莱州湾凹陷走滑-伸展叠覆型复杂斜坡带特征及油气成藏

赵弟江, 杨海风, 王 航, 赵 野, 涂 翔

(中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300459)

在箕状断陷盆地中，斜坡带是凹陷区向凸起区过渡的地带，是油气运移的主要指向区之一[1]。而与此同时，由于斜坡带独特的构造沉积演化历程，有利于形成构造、潜山、地层超覆、岩性尖灭等多种类型圈闭，是油田开展精细勘探阶段取得规模发现的重要领域。前人在斜坡带类型划分[2-4]、成因机制[5-7]、油气成藏特征与分布规律[8-12]等方面进行了深入研究，提出了鼻状构造背景是斜坡带油气富集的主要场所[8]，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[9]，反向正断层为油气侧封的主控断层[13]，向斜坡高部位随着油气运移距离的增大含油层位逐渐变新[10]等认识，有效地推动了斜坡带油气勘探。然而斜坡带由于成因机制不同，油气成藏特征差异明显。本文以渤海海域莱州湾凹陷南部斜坡带为例，基于其所处的伸展走滑复合应力场，创新提出了走滑-伸展叠覆型复杂斜坡带形成机制，并分析了其对烃源岩、圈闭、沉积储层等成藏要素的控制作用，并总结该型斜坡带油气成藏规律，以期能丰富斜坡带油气成藏理论，推动斜坡带勘探取得新突破。

1 基本地质特征

莱州湾凹陷位于渤海海域东南部，面积约为 1 780 km2，是一个中生代火山岩基底之上发育的新生代次级凹陷；北以深大断裂与莱北低凸起为邻，向南为一个巨大的斜坡带，逐渐过渡到潍北凸起；东西两侧被郯庐断裂带东支与西支夹持，东侧为鲁东隆起区，西侧则与垦东凸起相接，整体呈现“北断南超，东西双断”的构造格局。莱州湾凹陷可分为6个次级构造单元：北部陡坡带、北洼、中央构造带、南部缓坡带、东部走滑带、南洼(图1)。其中本文重点研究的南部斜坡带主要包括中央构造带、南部缓坡带、东部走滑带与南洼等。莱州湾凹陷沉积了较厚的新生代地层，其中古近系包括孔店组(E1-2k)、沙四段(E2s4)、沙三段(E2s3)、沙一+沙二段(E2s1+2)、东三段(E3d3)、东二下段(E3d2L)，缺失东二上段(E3d2U)与东一段(E3d1)；新近系包括馆陶组(N1g)、明化镇组上段(N2mU)、明化镇组下段(N2mL)以及第四系平原组(Qp)。古近纪莱州湾凹陷处于裂陷沉降阶段，发育了盐湖-中深湖-滨浅湖-辫状河三角洲的湖相含膏盐碎屑岩建造；新近纪莱州湾凹陷整体处于裂后沉降时期，发育一系列曲流河与极浅水三角洲沉积。经历30余年勘探，在莱州湾凹陷先后发现垦利10-A构造、垦利10-B/D构造、垦利16-A构造等多个油田，是一个典型的小而肥的富烃凹陷。

2 走滑-伸展叠覆型复杂斜坡带特征与成因机制

2.1 复杂斜坡带构造特征

莱州湾凹陷南部斜坡带受断块差异沉降及走滑改造作用影响，整体表现为堑垒相间的复合构造带，从北向南依次发育北洼、中央构造带、南洼与南部斜坡带。受东西方向延伸的铲式正断层控制，南北两个次洼均表现为北断南超的构造形态(图2)，地层厚度向南逐渐变薄，且掀斜翘倾明显，导致局部地层遭受剥蚀，发育多个不整合与假整合界面。

莱州湾凹陷整体处于走滑-伸展复合应力场，主要发育走滑和伸展两类断裂体系。

走滑断裂体系为郯庐断裂带的两组分支断裂，控制了莱州湾凹陷东西边界，平面上均呈NNE走向，剖面上表现为近直立的高角度板式断层，浅层次级断裂与主干断裂组成似花状或负花状构造(图2)。

伸展断裂体系根据发育规模、控制作用及活动特征等可分为两组断裂。其中一组为早期南北向伸展作用引起的近EW向断层，对凹陷的沉降与各构造带的发育具有明显的控制作用，剖面上主断裂表现为高角度铲式正断层；与浅层次级断裂组成多级“Y”字形组合，具有走滑性质，为郯庐断裂带右旋走滑剪切作用产生的反向走滑调节应力。该类断层具有发育早、活动期长、规模大的特点(图2-A)。另外一组断层主要为一系列NNE向次级断层，一般发育规模较小，对浅层圈闭有一定的控制作用，剖面上主要由一系列北倾断裂组成，多为高角度板式正断层，局部地区与南倾断层组成似花状构造(图2-B)。该类断层主要在浅层发育，深层数量明显减少，主要为晚期新构造运动及走滑引起的张扭作用形成的。

图1 莱州湾凹陷构造位置图Fig.1 Tectonic location of Laizhouwan Sag

2.2 走滑-伸展叠覆型复杂斜坡带形成机制

莱州湾凹陷南部斜坡带受走滑、伸展两大构造应力场耦合作用影响，具有断块差异升降明显、坡隆格局频繁转换的特点。在孔店组-沙四段沉积时期，研究区进入强烈的伸展断陷阶段，此时区域构造应力场方向为近南北向拉张，自北向南发育一系列东西向伸展断裂，控制了南北两个北断南超次级箕状断陷。而此时郯庐断裂带处于左旋走滑应力场[14]，受左旋走滑作用产生的反向右旋走滑应力的影响，东西向伸展断裂兼具右旋走滑分量，导致南部斜坡带发生块体逆时针旋转。由于受郯庐断裂带中支与东支断层的夹持，导致斜坡带东部产生增压抬升而西部表现为释压沉降的响应特征，形成东隆西坡的地貌格局，西侧地层较厚而东侧遭受抬升剥蚀。沙三下段沉积时期，莱州湾凹陷南部斜坡带断陷作用依然强烈，而此时郯庐断裂带由左旋走滑转变为右旋走滑[15]，但走滑强度相对较弱，整体表现为平缓的地台。沙三中段-东营组沉积时期，郯庐断裂带右旋走滑作用开始增强，受右旋走滑作用产生的反向左旋走滑应力的影响，东西向伸展断裂叠加了反向左旋走滑应力，莱州湾凹陷东南角和西北角处于相对伸展状态，而东北角和西南角则相对挤压。南部斜坡带的东部持续释压沉降，沉积了较厚的地层；西部持续增压隆升，地层遭受强烈抬升剥蚀，缺失了东营组—沙三段上部的全部地层：斜坡带呈现西高东低的构造格局[16]。在多期走滑-伸展应力耦合下，莱州湾南斜坡多次发生块体旋转与差异隆降，呈现出东部早隆晚坡、西部早坡晚隆的构造演化格局(图3)。

图2 莱州湾凹陷断裂特征图Fig.2 Fault characteristics in Laizhouwan Sag

3 油气地质条件

3.1 构造演化对双洼双套烃源岩的控制

莱州湾凹陷构造演化控制了不同时期烃源岩的发育。钻井资料表明，莱州湾凹陷发育了沙四上亚段与沙三中亚段两套主力生烃层系[17]。沙四上亚段沉积时期，莱州湾凹陷处于早期强烈断陷阶段，发育一系列北东向伸展断层，控制了南北两个次洼的形成与发育。而此时南北次洼彼此相互独立，水体互不连通，因此烃源岩特征存在明显差异。北洼发育淡水深湖相沉积，有机质丰度整体较高，TOC质量分数(wTOC)平均值达2.72%，S1+S2质量分数(wS1+S2)为18.16‰，有机质类型以Ⅰ型为主，少量为Ⅱ2型，生标特征主要表现为低伽马蜡烷、高4-甲基甾烷，C35升藿烷无翘尾现象(图4-A)[18]，是一套较好的烃源岩。南洼沙四上亚段主要为盐湖相地层，水体偏咸化，烃源岩具有高伽马蜡烷、低4-甲基甾烷及C35升藿烷翘尾特征(图4-D)，钻井钻遇石膏(硫酸钙)与盐岩(氯化钠)地层，盐湖相地层对有机质的生成与保存极为有利；南洼沙四上亚段烃源岩wTOC平均值达2.53%，wS1+S2为7.98‰，有机质类型主要为Ⅰ和Ⅱ1型(图5)，也是一套较好的烃源岩。

沙三中亚段沉积时期，南北次洼控洼断裂活动速率趋于相同，莱州湾凹陷逐渐统一为一个深陷湖盆。沙三中段烃源岩生标均具有低伽马蜡烷与低4-甲基甾烷特征(图4-B、C)。南北洼烃源岩整体差异不大，有机质丰度较高，有机质类型以Ⅱ1和Ⅱ2型为主(图5)。

图3 莱州湾凹陷南斜坡成因机制示意图Fig.3 Genetic mechanism of southern slope of Laizhouwan Sag

受后期构造活动差异影响，南洼烃源岩埋藏整体比北洼浅；然而由于南洼沙四段烃源岩咸化环境下形成的富硫干酪根具有生烃高峰较早的特点，且南洼具有较高的地温梯度(南洼地温梯度达37 ℃/km，北洼地温梯度仅为28 ℃/km)，造成南洼烃源岩生排烃门限较北洼更浅，从而保证南洼相较于北洼虽然整体埋藏较浅且烃源岩规模小，但仍具有较高的供烃能力。

3.2 构造演化对古近系储层的控制

莱州湾南斜坡经历多次块体旋转与差异隆降，表现出东部早隆晚坡、西部早坡晚隆的构造演化格局，进而控制了莱州湾南斜坡早期沉积体系时空演化，发育中生界、古近系湖泊-扇三角洲沉积体系，形成多套优质储盖组合。

孔店组-沙四段沉积时期，在南北向伸展叠加右旋走滑作用下，莱州湾南斜坡东部挤压隆升，中生代火山岩遭受风化剥蚀，发育风化壳-裂缝型储层，同时也为斜坡带低部位发育扇三角洲砂砾沉积提供了物源[19]；沙三下段沉积期，莱州湾南斜坡整体沉降，沉没于水下形成平缓的台地背景，发育碳酸盐与扇三角洲砂砾混积滩相沉积[20]；沙三中段-东营组沉积期，研究区在南北向伸展叠加左旋走滑的应力场下，西部增压隆升，东部释压沉降，古地貌整体表现为西南高北东低，发育来自西部垦东凸起的物源体系的辫状河三角洲沉积，至东二段沉积早期湖水面积达到最大，绝大部分区域沉积了较厚的滨浅湖-深湖相泥岩，形成良好的储盖组合。

此外，馆陶组沉积期主要发育辫状河为主的粗碎屑沉积，明下段沉积期主要发育滨浅湖、曲流河与极浅水三角洲沉积，是研究区浅层两套较好的储集层(图6)。

3.3 构造演化对圈闭的控制

莱州湾凹陷受伸展断裂的强烈活动发生断块差异沉降的同时，遭受郯庐断裂带中东支走滑作用的强烈改造[21]，发育了多种类型圈闭(图7)。第一种为构造圈闭，主要包括：东西方向展布的二级伸展断层与次级断裂共同控制的断块或断鼻型圈闭，主要发育在北洼洼陷中心向中央构造带过渡的斜坡带，如垦利10-B及垦利10-E构造等；中央构造带浅层发育的披覆断背斜圈闭，如垦利11-D构造。第二种为浅层新近系明下段河流相砂体与断层联合控制的岩性-构造圈闭，如垦利10-D构造的浅层。第三种为岩性-地层圈闭，南部缓坡带东营组沉积末期地层隆升遭受强烈剥蚀，发育一系列古近系地层尖灭圈闭；凹陷西部边界发育辫状河三角洲前缘砂体、坡积扇和滑塌浊积扇等沉积体，由于地层向西抬升变薄尖灭，形成岩性-地层型圈闭。另外，在东部垦利11-B构造附近还发育盐岩遮挡型、盐背斜圈闭及不整合圈闭等与盐岩底辟活动有关的圈闭[22]。

图4 莱州湾凹陷烃源岩与原油饱和烃色-质谱特征Fig.4 GC-MS characteristics of saturated hydrocarbon in source rock and crude oil of Laizhouwan Sag(A)KL10-A-D井,深度3 160 m,北洼沙四段烃源岩; (B)KL10-A-D井, 深度2 750 m,北洼沙三段烃源岩; (C)KL11-B-B井,深度1 565～1 590 m,南洼沙三段烃源岩; (D)KL11-B-B井,深度1 765～1 790 m,南洼沙四段烃源岩; (E)KL16-A-A井, 深度1 011～1 018 m, 馆陶组原油; (F)KL10-D-A井,深度2 113～2 121.5 m,沙三段原油

图5 莱州湾凹陷不同次洼烃源岩有机质丰度与类型分布特征Fig.5 Distribution characteristics of organic matter types of source rocks in different sub depressions in Laizhouwan Sag

图6 莱州湾凹陷地层柱状图Fig.6 Stratigraphic column of Laizhouwan Sag

4 油气成藏规律

4.1 油气主要分布区及其控制因素

莱州湾凹陷南斜坡整体表现为洼隆相间的构造形态，地层掀斜翘倾作用明显，但整体表现为北断南超的结构，中央构造带夹持于南北两个次洼之间，是油气运聚的有利指向区，也是目前已发现油气最富集的地区。统计莱州湾凹陷已发现原油的密度、硫含量与生标参数可知，莱南斜坡带存在两种不同类型的原油(图8)：第一类原油密度较低(0.86～0.93 g/cm3)，含硫量较低(质量分数≤1%)，伽马蜡烷/C30藿烷较低，4-甲基甾烷/C29甾烷较高，而这与北洼沙四段烃源岩特征相吻合，主要分布在位于东部走滑带的垦利12-B油田、中央构造带的垦利10-A/D/E油田以及垦利16-A油田部分原油等。第二类原油密度较大，原油含硫量较高(质量分数普遍大于1%，部分油样超过2%)，属原生高硫油；较低的伽马蜡烷/C30藿烷、较高的4-甲基甾烷/C29甾烷的特点，表明原油主要来自南洼沙四段烃源岩(图4-E)，该类原油主要分布在位于中央构造带东部倾没端的垦利11-B构造与南部的垦利16-A油田。

图7 莱州湾凹陷南部斜坡带圈闭类型Fig.7 Trap types in the southern slope zone of Laizhouwan Sag剖面位置见图2

图8 莱州湾凹陷南斜坡原油与烃源岩地球化学特征Fig.8 Geochemical characteristics of crude oil and source rock in southern slope of Laizhouwan Sag

由此可见，莱州湾凹陷中央构造带及东部走滑带的原油均主要来自北洼沙四上亚段。南洼沙四段烃源岩影响范围则局限在紧邻南洼的中央构造带的东部边缘与南部的部分地区。目前发现的油气主要分布在靠近北洼一侧的中央构造带上(图1)，表现出明显的源控特征。

4.2 油气优势运移方向及其控制因素

莱州湾南部斜坡带经历了多期掀斜翘倾与走滑改造，形成了中生界与新生界、沙四段与沙三段、馆陶组与东营组之间多个不整合面。同时受斜坡带坡隆频繁转换造成的剥蚀区短暂局部物源及来自西部垦东凸起物源的影响，莱南缓坡带从南向北发育扇三角洲与辫状河三角洲砂体，与北洼深湖相烃源岩直接接触。在斜坡带近洼陷部位，油气直接进入辫状河三角洲前缘相砂体，形成岩性/构造岩性油气藏；也可通过砂体与不整合面等横向输导，沿着地层上倾方向向斜坡带高部位运移，在中央构造带被反向断层遮挡，形成断鼻、断块或地层不整合油气藏。后期受新构造运动影响，断层输导性开启，与扇体、不整合面形成阶梯式运移通道，油气继续向斜坡带高部位运移，在斜坡外边缘的浅层砂体聚集成藏，形成构造-岩性油气藏。

受研究区构造演化影响，孔店组-沙四段沉积时期斜坡带呈现东高西低的古地貌形态，东部地区抬升隆起，地层遭受风化淋滤，发育渗透性不整合面，油气沿不整合面横向输导，有利于油气向中生界与沙三段储层运移，因此，东部油气多集中在中深层。而此时斜坡带西部大部分时间沉没于水下，发育规模较小的扇三角洲沉积，不整合面不发育或渗透性较弱，不利于油气横向输导。沙三段-东营组沉积期，斜坡带古地貌形态发生强烈变化，呈现出西高东低的特点，受垦东凸起物源的影响，西部长期发育自西南向北东的辫状河三角洲砂体。至东营组沉积末期，莱州湾凹陷整体抬升剥蚀，发育古近系-新近系不整合面。受郯庐断裂带反向左旋走滑调节作用的影响，南部斜坡带表现出西强东弱的差异隆升特点，西部遭受强烈剥蚀，剥蚀量巨大，而东部整体抬升较小，地层剥蚀量较小[16]。斜坡带西部不整合面渗透性要明显好于东部，再加上西部辫状河三角洲砂体比东部更发育，因此油气更容易沿三角洲相与古近系-新近系不整合面及后期断层组成的阶梯式运移通道，向西部浅层运移，导致斜坡带西部油气多聚集在馆陶组(图9)。

4.3 斜坡带浅层油气超晚期充注的控制因素

新构造运动以来(5.2 Ma B.P.至今)，莱州湾凹陷进入快速沉降阶段[23]，沙河街组烃源岩在新构造运动期间快速熟化，进入生排油高峰期，可以大量高效地提供油气。

始新世—渐新世形成的早期断层在近南北向拉张的作用下重新活化并产生了众多新的北北东向次级断层，与早期断层形成“Y”字形、花状构造等多种组合样式，为油气从烃源岩向圈闭运移或深层油气向浅层调整提供了畅通的输导通道。断层的活动性控制了油气调整与否。KL16-A构造西块断层活动速率大(>15 m/Ma)，油气主要集中在馆陶组；中块断层活动速率中等(10～15 m/Ma)，油气在馆陶组、沙河街组及中生界均有分布，具有复式成藏特征；东块断层活动性较弱(<10 m/Ma)，油气主要富集在潜山和沙河街组。

利用盆地模拟与包裹体均一化温度分析，结果显示南部缓坡带呈现如下特点：离生烃中心越远油气充注时间越晚及深层油气充注时间早，浅层油气充注时间晚。靠近北洼生烃中心一侧的垦利10-D油田，沙三上亚段储层中流体包裹体的均一温度主要在65～85 ℃，对应的充注时间为9～7 Ma B.P.(图10-A)；明化镇组储层包裹体均一温度主要在60～75 ℃，油气充注发生在0.5 Ma B.P.左右。地化参数对比表明，深浅层均为来自北洼沙四段原油(图4-F)，新构造运动使得深层油气沿断层向上调整至浅层明下段砂体中，造成了油气在浅层的超晚期成藏。

位于斜坡带外侧远离北洼生烃中心的垦利16-A构造，沙三下亚段储层包裹体的均一温度在70～76 ℃，主要充注时间为2～0.6 Ma B.P.；明化镇组与馆陶组储层包裹体均一温度主要在60～70 ℃，油气充注发生在0.8 Ma B.P.左右(图10-B)。馆陶组原油遭受生物降解，胶质与沥青质含量增加；但其原油正构烷烃形态仍较完整，C25-降藿烷并不明显(图4-E)，表明油气充注时间较晚，生物降解程度较低。

图9 莱州湾凹陷南部斜坡带油气运移路径示意图Fig.9 Schematic diagram showing oil and gas migration path in southern slope zone of Laizhouwan Sag剖面位置见图2

图10 莱州湾凹陷南部斜坡带典型构造油气充注时间Fig.10 Oil and gas charging time of typical structures in southern slope belt of Laizhouwan Sag

从油气的运移路径分析，来自北洼的油气运移到垦利16-A构造必然要通过北侧斜坡带断层，而新构造运动时期断层的活化才使得油气穿过断层进行垂向和横向的输导，进入垦利16-1构造聚集成藏。因此，垦利16-A构造浅层成藏时间最晚。

5 结 论

a.莱州湾南斜坡受伸展断陷引起的掀斜翘倾与郯庐断裂带双支走滑引起的释压与增压应力控制，发生多次块体旋转与差异隆降，呈现出东部早隆晚坡、西部早坡晚隆、地层整体向南翘倾的斜坡带格局。

b.莱州湾凹陷“走滑-伸展叠合、坡隆频繁转换”的构造演化控制了双洼双套烃源岩的差异分布、早期沉积体系“潜山成储-近源成扇-台地混积滩”的时空演化以及多种构造样式及圈闭类型的形成。

c.油气分布表现出明显的源控特征，中央构造带是斜坡带油气有利分布区；深层三角洲砂体与不整合面是油气横向运移的主要通道；新构造运动引起的断层活化为油气垂向运移提供了有利条件，进而控制斜坡带浅层油气的超晚期充注；油气充注时间表现出离生烃中心越远油气充注时间越晚及深层油气充注时间早，浅层油气充注时间晚的特点。