断陷盆地多类型斜坡形成与油气差异富集规律——以渤海湾盆地为例*

刘海涛 于海涛 孙雨 姜文亚 杨光达 王名巍 王建伟

断陷盆地是我国东部最主要的含油气盆地类型，其中斜坡作为断陷盆地重要的地质构造单元，一般可以占到断陷盆地面积的1/3到1/2，是油气运移与聚集的重要场所，是断陷盆地重要的油气增储领域(周立宏等, 2013; 赵贤正等, 2016a, b; 王振升等, 2017)。我国目前最大的产油盆地——渤海湾盆地属于典型的断陷盆地，油气勘探历经60余年，已由二级构造带转向斜坡、潜山等多层系精细勘探，近十年来，斜坡区勘探取得重要进展(蒲秀刚等, 2011; 赵贤正等, 2012; 董越崎等, 2014)，探明储量占全盆地的40%以上，规模增储发现主要集中在西部、歧口、南堡、饶阳、东营等几个主要富油凹陷的重点斜坡区(孙永壮, 2006)。渤海湾盆地特有的基底构造控制与古近纪右旋伸展两大作用，导致盆地不同部位具有不同构造分区的特点。不同的构造分区作用控制分区内坳陷各斜坡的形成与发育，造成全盆地斜坡类型的多样性(Liuetal., 2016)，目前立足渤海湾全盆地整体角度，关于多类型斜坡的形成机制的系统分析较为缺乏。

斜坡不仅具有形成构造油气藏的条件，同时具有形成地层、岩性和构造-岩性等非构造油气藏的有利条件，砂体、断层和不整合面组成的输导系统的末端和边缘往往是油气运移的重要指向区(赵贤正等, 2012)。斜坡坡折带、鼻状构造以及斜坡上岩性尖灭带是油气富集的有利场所(秦永霞, 2003; 赵文智等, 2004; 金凤鸣, 2011; 于海涛等, 2019a)，然而不同类型斜坡及同一斜坡不同部位的油气成藏富集程度差异明显。受资料掌握程度与勘探认识程度的制约，以往没有从盆地整体出发，研究多类型斜坡油气差异富集机制，随着斜坡区勘探程度提高、勘探目标日趋隐蔽，开展多类型斜坡形成与油气差异富集规律研究尤为迫切。本文从渤海湾盆地不同构造分区作用出发，厘定不同类型斜坡形成发育与分布特征，在此基础上，明确不同类型斜坡控砂机制及砂体分布模式，以进一步明确不同类型斜坡油气成藏富集规律。

1 地质背景

渤海湾盆地位于中国东部，其北部为燕山褶皱带，西部为太行山山脉，南部为鲁西隆起，东部为胶辽隆起，是一个发育在太古界-中生界基底之上，受新生代构造运动影响形成的盆地，总面积17.5×104km2(赵贤正等, 2015)。盆地主要经历了印支、燕山和喜山三期大规模的构造运动：其中印支期和燕山期构造运动的叠加形成了盆地的基底，印支期构造运动形成东西向构造体系，分布在盆地的中部和北部；燕山期构造运动形成北东东向构造体系，主要影响盆地的西部和东部；喜山期构造运动以来受到大洋板块差异运动的影响，渤海湾地区下部地幔发生上拱，沿北西南东向流动，并带动了上地壳形成北西南东向伸展，这种伸展作用控制了渤海湾盆地单断箕状的演化特征，主要形成古近系断陷湖盆。与此同时，受印度洋板块的向北俯冲挤压，通过北西西向的祁连山-秦岭褶皱带产生北北东向的挤压，推动鄂尔多斯地块向北移动，由此华北地区形成了剪切应力场，该应力场的特点是盆地西部大于中部，南部大于北部。喜山期伸展应力场和剪切应力场的叠加形成了渤海湾盆地新生代以来的右旋扭动伸展复合应力场，这个复合区域应力场控制了渤海湾盆地形成与发育(漆家福, 2007; 余一欣等, 2008; 漆家福等, 2010; 滕长宇等, 2014; Liuetal., 2018)(图1)。

特有的盆地演化阶段性与差异性，控制形成盆地内六大坳陷，可进一步划分为58个凹陷，多呈“断-超”不对称的箕状结构，基于六大坳陷，可进一步划分为凸起、斜坡和洼陷(李冬梅, 2010; 赵珊等, 2019)。本文“斜坡”范畴界定为凸起古近系尖灭线至凹陷主洼槽边界的缓坡区(图2)，面积可占整个凹陷的50%以上。盆地构造演化的阶段性与差异性也决定了不同坳陷区内斜坡构造特征、沉积地层及油气藏的分布与富集特征存在差异(赵贤正等, 2017)。

2 不同类型斜坡的划分及其结构特征的差异性

渤海湾盆地的构造演化作用主要表现在沉降作用与构造活动两方面(肖敦清等, 2013)，不同构造环境及沉积迁移性形成了不同规模的斜坡，沉降作用及断裂活动决定斜坡的类型与分段性(Lietal., 2021)。

2.1 新生代盆地构造应力场的分区性

渤海湾盆地的构造格局以古近系为代表，可以分为三个具有不同构造特征的区域：

(1)西部走滑伸展构造区

总体为北北东向构造体系，北西向凹隆相间，整个构造区域受控于大型的基底走滑断裂。北段廊固-霸县地区受控于东掉的大兴断裂、牛东断裂，形成西断东超的箕状断陷结构。中南段通过马西走滑断裂的转换，受控于西掉的武强断裂、宁晋断裂、束鹿断裂以及南宫断裂形成一系列东断西超的箕状断陷，直到最南端的东濮凹陷，东断西超的结构还是十分明显。这种南北对掉的反向结构，反映了不但受北西向的伸展作用控制，而且右旋剪切走滑作用明显。

西部构造区是盆地中古近系构造发育最早的地区之一，西带的廊固凹陷、保定凹陷、石家庄凹陷以及晋县凹陷都发育了古新统的孔店组地层。

(2)中部拉分构造区

中部拉分构造区与西部、东部的构造特征完全不同。是由西部构造区沧东-南皮地区的北北东向构造逐渐向北到唐家河地区向东部海域帚状撒开，向海域过渡为近东西向构造。盆地中部的渤中地区大部分为近东西向的构造。

(3)东部走滑构造区

东部走滑构造区分布在渤海盆地的东部，主要受郯庐走滑断裂的控制，呈北北东走向。主断裂控制了凸起和凹陷的发育，南北断裂分段特征明显，从分布的地层来看，北段沙四-孔店组地层发育，显示了北段古近纪以来发育的时期较早。

从整个盆地来看，西部向盆地中部发育的地层由老变新，从靠近南部的鲁西隆起一侧向北部的南堡地区，发育的地层也是由老变新。这一分布特征表明，中部地区的拉分是由于西部构造区的右旋走滑随着盆地的演化向北牵引，使得盆地中部在古近纪中晚期形成南北向的拉分，并形成由北东向的构造体系向北东东向构造体系的转换。

2.2 斜坡类型的多样性

国内外学者对断陷盆地斜坡分类做了大量的研究工作，主要根据斜皮带的成因与形态，如费宝生(1999)将斜坡分为沉积斜坡带、构造-沉积斜坡带、构造斜皮带；秦永霞等(1999)、李丕龙(2003)根据断陷构造特征及层序发育特征，分为宽缓型、窄陡型与双元型；王海潮(2006)等根据斜坡区地层结构将斜坡区分为继承型、凹坡型和台坡型3类，并将继承型斜坡进一步划分为继承型超覆式和继承型超剥式2种；赵贤正等(2016a)依据断裂活动强度及斜坡产状形态将斜坡区划分为挠曲坡折型、平缓台坡型、宽缓断阶型、窄陡断阶型、掀斜翘倾型5种类型。由此可见，目前有关断陷盆地斜坡类型划分方案较多，不同分类方案均从斜坡特征不同方面去考虑，目前尚未形成统一的意见。

本次研究分类基于渤海湾盆地构造演化阶段与分区特征出发，考虑基底沉降与断裂活动影响程度相对差异性，因为斜坡沉降过程中，基底沉降与断裂活动引起的不同部位沉降速率的变化对斜坡古地貌、产状、规模以及结构均产生决定性的影响。此外，盆缘隆起规模决定斜坡的规模，凸(隆)起与凹陷中心之间的距离及相对高差控制斜坡构造的长度与陡缓。可将渤海湾盆地斜坡的成因分为基底沉降作用为主、断裂活动作用为主，以及基底沉降和断裂活动作用共同影响等三大类，进一步根据斜坡的成因、内部结构及沉积地层叠加样式等可以将渤海湾盆地斜坡分为三大类六亚类(图3)。

2.3 不同类型斜坡结构特征的差异性

不同类型斜坡由于形成与发育的地质背景不同，其地质结构也存在差异(图4)。

(1)沉降型斜坡

该类斜坡在古近系沉积时，地形上就是一个斜坡，原始坡度角相对较小，抬升、断裂等构造活动相对较弱，主要由于地层沉积的过程中，由斜坡边缘下倾方向，压实作用或基底沉降幅度逐渐增大造成，基底沉降速率或压实作用的差异对斜坡古地貌、产状、规模以及结构均产生决定性的影响。可以进一步分为均衡沉降型斜坡、差异沉降型斜坡和多级挠曲型斜坡。

均衡沉降型斜坡地层产状平缓，倾角常小于4°，呈继承性发育，无明显坡折构造，构造活动弱；斜坡内部结构简单，常由平台-台坪区和单斜坡区两大次级地貌单元构成。该类型斜坡主要由沉积速率变化造成的。

差异沉降型斜坡断裂相对不发育或者断距较小，倾角小于10°，呈继承性发育，亦无明显坡折构造，斜坡内部结构简单，斜坡形成主要受控于隆(凸)起向凹陷过渡区基底差异沉降均匀变化。

多级挠曲型斜坡基底断裂相对较发育，存在多个坡折带，倾角陡缓有序变化，呈阶梯状产出；古近系沉积时期呈继承性发育，斜坡内部由多个呈阶状展布、产状多变的挠曲坡折控制的陡缓有序的次级地貌单元构成；斜坡形成主要受控于基底沉降突变带(往往存在基底隐伏断裂)控制的隆(凸)起向凹陷过渡区基底不均匀差异沉降。

(2)构造型斜坡

古近系沉积时由于基底差异沉降活动与断裂活动共同造成，斜坡大规模沉积时期往往断裂活动也强烈，沉降-构造型斜坡可以进一步分为多阶断裂型斜坡和旋转掀斜型斜坡。

多阶断裂型斜坡断裂长期活动，断距相对较大，形成节节下掉的断块，呈继承性发育、阶梯状产出；斜坡内部由多个呈阶状展布、产状多变的断裂坡折控制的陡缓有序的次级地貌单元构成；斜坡形成主要受控于顺向阶状滑脱断裂系控制的隆(凸)起向凹陷过渡区基底不均匀差异沉降。

旋转掀斜型斜坡控凹主断裂强强烈拉张断陷，靠近主断裂形成陡坡，而远离主断裂形成掀斜型缓坡，缓坡往往发育正牵引构造，地层超覆特征明显；该类斜坡形成主要受控于基底大断裂间翘倾活动。

(3)反转型斜坡

另一方面,用实际市场的观测数据来对期权定价模型的参数进行估计能够方便人们更好地观测期权的价格。期权定价模型的参数估计问题通常是非线性优化问题,且是非凸优化,经典的优化方法如梯度法等已不再适用。学者们积极探寻用启发式算法如粒子群优化算法[14]、模拟退火算法[15]、支持向量机[16]、差分进化算法[17-18]、神经网络[19]和量子进化算法[20]等来进行求解。本文将探寻用交叉熵蝙蝠算法(cross entropy bat algorithm, CEBA)[21]来求解期权定价模型的参数估计问题。

现今斜坡主要是由于早期形成斜坡受后期构造活动反转形成，斜坡高部位从地震剖面上往往见削截现象，因此早期与现今斜坡坡度倾向受构造反转强度影响，往往差异很大，甚至倾向相反，这类斜坡沉积产物主要受早期阶段控制。

2.4 渤海湾盆地不同类型斜坡分布规律

如前所述，渤海湾盆地由西至东可分为西部走滑伸展构造区、中部伸展拉分为主构造区和东部走滑为主构造区，不同坳陷所处的区域构造应力场与构造演化特征存在明显的差异性，从而控制了不同类型斜坡的分布。西部走滑伸展构造区不但受北西向的伸展作用控制，而且右旋剪切走滑作用明显，受断裂分割影响，主要有受伸展作用控制形成的差异沉降作用机制与受剪切走滑作用影响的后期反转作用机制。中部伸展拉分区主要以伸展与拉分作用为主，因此差异沉降作用与断裂活动改造相对较强。东部走滑构造区由于受郯庐断裂走滑剪切作用影响，断裂活动作用与剪切挤压相对较强。由于上述分区作用影响，西部主要以沉降型与反转型斜坡为主，中部以沉降-构造型为主，东部多为多阶断裂亚型与反转型斜坡(图5)。

图5 渤海湾盆地古近系不同成因类型斜坡平面分布图

3 不同类型斜坡演化特征的差异性

不同类型斜坡的结构特征，往往是由其演化过程决定的。因此，不同类型斜坡演化特征的差异性，不仅决定了其现今结构特征与层序特征，也在一定程度上，与控砂机制密切相关，控制了砂体的分布特征(Posamentieretal., 2003; 冯有良等, 2010; Tillmansetal., 2021)。反转型斜坡主要为斜坡接受沉积后，受强烈构造反转形成与早期完全不同产状的斜坡，因此在本节不做讨论(图6)。

图6 不同类型斜坡演化模式图

3.1 沉降型斜坡

均衡沉降型斜坡表现为斜坡各部分沉降速率相近，地层厚度变化较小，持续、缓慢、稳定沉降，该类型斜坡在接受沉积之前，以低角度斜坡存在，后期演化过程过中，差异沉降作用不明显，如冀中坳陷蠡县斜坡。

差异沉降型斜坡表现为斜坡在沉积时期各部分沉降速率差异大，呈继承性发育特征，斜坡高部位相对沉降速率较小，而斜坡中、低部位沉降速率相对较大，地层厚度变化率表现为由凸起向斜坡逐渐增大，常见的挠曲型斜坡就属于这种类型，主要是受早期基底断裂形成的挠曲地形控制，后期主沉积时期，受差异压实作用影响，斜坡继承性发育。

3.2 构造型斜坡

该类型斜坡主要由于多条顺向断裂持续强烈活动形成，沿着断裂同一倾向方向，断裂活动强度逐渐加大。

旋转掀斜斜坡往往受边界断裂活动控制，即斜坡的形成主要受一条主断裂强拉张作用影响，主断裂持续活动导致远离的缓坡翘倾掀斜，盖层构造变形，其结构样式受主断裂活动强度、期次等影响。

4 不同类型斜坡控砂机制

4.1 沉降型斜坡

均衡沉降型斜坡沉积体系的发育具有继承性、稳定性的特点，往往发育大型辫状河三角洲沉积，砂体发育程度受控于物源方向、斜坡的内部结构及主水系发育位置，多分布于高、中斜坡的平台-台坪区，低斜坡处的单斜区多为深湖-半深湖沉积。均衡沉降型斜坡构造活动较弱，地势相对平缓，凹陷外继承性大型物源和凹内凸起次要物源控制了斜坡的整体沉积格局和砂体的宏观分布(于海涛等, 2019b)。不同物源碎屑物质通过盆缘构造调节带的断层调节沟槽与靠近凹内低凸起的侵蚀沟谷进入斜坡，在主要水系和地貌特征控制下在斜坡不同部位沉积(冯有良等, 2006)。均衡沉降型斜坡具有“侵蚀、调节沟槽输砂，水系-地貌控砂”的内在机制(图7)。

图7 渤海湾盆地不同类型斜坡控砂模式图

差异沉降型斜坡与均衡沉降型斜坡类似，沉积体系的发育具有继承性、稳定性的特点，往往发育辫状河三角洲-水下扇沉积体系，砂体发育程度受控于物源方向、古地貌格局及主水系发育位置，辫状河三角洲砂体多分布于高、中斜坡，低斜坡多为远岸水下扇和深湖-半深湖沉积。斜坡高部位受构造控制发育多个顺物源方向的侵蚀沟谷和顺坡断槽，使得物源区大量的碎屑物质得以向斜坡中、低部位长距离输送，形成多期叠置发育的区域性分布的砂体。沉积期，碎屑物质沿侵蚀沟谷和顺坡断槽输送到斜坡中、低部位，斜坡内部的负向地貌可容纳空间相对较大部位，有利于砂体富集。

多级挠曲型斜坡的高部位控制沉积物的输入，中低部位则控制了沉积物的分配与富集。斜坡的坡-坪体系控制了砂体分布规律，具有“侵蚀、断控沟槽输砂，挠曲坡-坪体系控砂”的内在机制。各级坡-坪带既是沉积物卸载堆积的主要场所，同时又影响着沉积物供给的路径以及沉积相带的类型。

4.2 构造型斜坡

多阶断裂型斜坡表现为断裂转换带控制沉积物的输入，断坡-坪带则控制了沉积物的分配与富集。与挠曲型斜坡输砂通道不同，断阶型斜坡以高斜坡古地貌侵蚀沟谷与断阶的断裂调节沟槽所形成的复合型优势搬运体系为典型特征。由多阶同沉积断裂形成的坡-折体系控制了砂体分布规律，具有“侵蚀、调节沟槽输砂，断裂坡-折体系控砂”的内在机制。

旋转掀斜型斜坡其物源往往来自于陡坡带的盆外物源，掀斜作用前，沉积物从陡坡带的调节沟槽进入凹陷后，在水系和地貌控制下分配和富集。掀斜期，受地貌剧烈变化影响，“渠-汇”系统要素发生变化，缓坡的地貌则进一步控制了砂体分布样式及相对富集程度。缓坡表现为砂体“上超”的特征，具有“陡坡调节沟槽输砂，物源-地貌控砂”的内在机制。

5 不同类型斜坡油气成藏与富集规律的差异性

不同类型斜坡由于形成与发育地质背景的差异性，砂体、断裂、圈闭等成藏条件存在差异，导致油气富集与分布规律不同(Hindle, 1997; Jiangetal., 2017；图8)。

图8 不同类型斜坡油气成藏模式图

5.1 沉降型斜坡

均衡沉降型斜坡由于地层产状较缓，斜坡高-中-低部位的流体势差相对较小，因此以短距离运移为主，生油洼槽范围控藏，多形成地层-岩性油气藏。

差异沉降型斜坡由于地层产状相对均衡沉降型斜坡要陡，断裂和砂岩联合优势输导能力增强，以中-长距离为主，断裂和地层尖灭线控藏，多形成地层岩性油气藏、断块油气藏。

多级挠曲型斜坡中，由于低斜坡断成熟烃源岩生成的油气沿着砂岩输导体中长距离运移，高-中斜坡断裂相对较发育，输导体系为砂岩-断裂-不整合复合输导，断裂和挠曲坡折控藏，中低部位为岩性油气藏，中高斜坡部位多为断块油气藏、地层油气藏等。

5.2 构造型斜坡

多阶断裂型斜坡中，中低斜坡成熟烃源岩生成的油气向中高部位运移，输导体系以断裂-砂层中长距离复合输导为主，断裂控藏，高部位地层尖灭线控藏，多形成断块油气藏，高部位易形成地层油气藏。

旋转掀斜型斜坡规模往往相对较小，由于主断裂活动强度大，物源充足，优质烃源岩往往在缓坡区低部位发育，油气沿着缓坡砂岩-断裂短距离运移复合输导，断裂和砂体尖灭控藏，多形成岩性-构造油气藏。

构造反转型斜坡由于构造反转作用，现今斜坡的中高部位往往为早期优质烃源岩发育部位，因此油气往往沿着砂层短距离运移，地层岩性控藏，高部位断裂或不整合控藏，多形成地层岩性油气藏或断块油气藏。

6 讨论与结论

(1)根据斜坡的成因机制及演化过程，将渤海湾盆地斜坡划分为三大类六亚类。第一大类为沉降型斜坡，可以进一步划分为均衡沉降型斜坡、差异沉降型斜坡及多级挠曲型斜坡，第二大类为构造型斜坡，可以进一步划分为多阶断裂型斜坡及旋转掀斜型斜坡，第三类大类为构造反转型斜坡。

(2)不同类型斜坡的沉积特征、沉积模式及控砂机制存在明显的差异性。均衡沉降型斜坡为“侵蚀、调节沟槽输砂，水系-地貌控砂”，差异沉降型斜坡为“侵蚀、断控沟槽输砂，地貌控砂”，挠曲型斜坡为“侵蚀、断控沟槽输砂，挠曲坡-坪体系控砂”，多阶断裂型斜坡为“侵蚀、调节沟槽输砂，断裂坡-折体系控砂”，旋转掀斜斜坡为“陡坡调节沟槽输砂，物源-地貌控砂”。

(3)不同类型斜坡由于形成与发育地质背景的差异性，砂体、断裂、圈闭等成藏条件存在差异，导致油气富集与分布规律不同，沉降型斜坡输导体系主体为砂层输导或砂层-断裂短距离中长距离复合输导，多形成岩性油气藏、岩性-构造油气藏，构造型斜坡主体为砂层-断裂中长距离复合输导多形成岩性-构造油气藏，反转型斜坡主体为砂层输导或砂层-断裂短距离或中长距离复合输导，多为岩性油气藏或断块油气藏。

致谢本文写作过程中引用了国家重大科技专项“渤海湾盆地精细勘探关键技术”之《渤海湾盆地北部油气富集规律与增储领域》的大量研究成果及渤海湾盆地中石油各探区有关资料；张光亚教授、李曰俊、马世忠三位专家提出了许多建设性意见与详细的修改建议；编辑部作出了辛勤的工作；在此一并致谢！