沙南凹陷構造演化的“蹺蹺板”效應與油氣評價新認識

李宏義 吳克強 劉麗芳 王春紅 陳建華 林 青

（中海油研究總院）

沙南凹陷構造演化的“蹺蹺板”效應與油氣評價新認識

李宏義 吳克強 劉麗芳 王春紅 陳建華 林 青

（中海油研究總院）

在地震資料區域解釋和編圖的基礎上，結合各類鉆井資料，對渤海海域沙南凹陷從凹陷結構、地層展布和構造演化等方面進行了分析，進而評價了沙南西洼烴源巖的質量、規模和資源潛力。沙南凹陷沙三段地層西厚東薄，而東營組地層西薄東厚，表現出沙南凹陷早期西洼埋藏深、后期東洼埋藏深的“蹺蹺板”遷移過程；受沙三段沉積時期西傾古地貌的影響，沙南西洼發育沙三中亞段中深湖相—深湖相優質烴源巖，其分布范圍廣、厚度大、有機質豐度高；沙南西洼總生烴量可達44億t，油氣資源潛力較大，展示出良好的油氣勘探前景。

沙南凹陷 構造演化 “蹺蹺板”效應 油氣資源評價

1 問題的提出

沙南凹陷位于渤海西部海域，夾持于沙壘田凸起、埕子口凸起與埕北低凸起之間，面積約3235 km2（圖1），屬于新生代發育起來的北斷南超的箕狀凹陷。沙南凹陷自下而上發育的地層有孔店組、沙河街組（包括沙三段、沙二段和沙一段）、東營組（包括東三段、東二段和東一段）、館陶組、明化鎮組以及第四系。其中，東三段、沙一段和沙三段為3套烴源巖發育層系；明化鎮組下段、館陶組、東二段和沙二段為主要的含油氣層段。

整體上，沙南凹陷可分為東、西2個洼陷，大致以SHN1井附近的低隆起為界。沙南東洼目前已鉆探井16口，發現了4個油田和1個含油構造，在沙南東洼周邊的沙壘田凸起、埕北低凸起上也發現了一批大中型油田，佐證了沙南東洼是一個富生烴洼陷；沙南西洼目前已鉆探井19口，僅發現了4個含油氣構造，其儲量規模也很小，而且從圖1可以看出，沙南西洼基底的埋藏深度明顯淺于沙南東洼，且沉降－沉積中心范圍也相對較小。因此，沙南西洼的資源潛力和勘探前景一直以來倍受質疑。前人對于沙南西洼生烴量、資源量的認識也不統一，且差距較大。那么，沙南西洼的資源潛力到底如何？是否具有勘探前景？筆者在對這些問題的研究中，發現沙南凹陷的構造演化存在“蹺蹺板”現象，且對該區油氣資源評價具有重要意義。

圖1 沙南凹陷區域構造單元劃分圖

2 沙南凹陷構造演化的“蹺蹺板”現象

在地震資料區域構造解釋和編圖的基礎上，結合各類鉆井資料，對沙南凹陷從凹陷結構、地層展布和構造演化等方面進行了系統分析，發現沙南凹陷東、西洼沙三段地層與東營組地層存在明顯的不協調性（非繼承性），表明沙南凹陷構造演化過程中存在先西傾后東斜的“蹺蹺板”演化過程。

2.1 沙南凹陷地層發育的不協調性

從地震剖面上看，孔店組—沙河街組沉積時期，沙南西洼和東洼均屬于北斷南超的箕狀洼陷，沙南斷層和沙東南斷層分別是控制2個洼陷的控洼斷層。在沙南凹陷沙三段等厚度圖上（圖2），沙南西洼沙三段的最大沉積厚度為2300 m，而東洼沙三段的最大沉積厚度為1700 m，具有西厚東薄的特點；在東營組等厚度圖上（圖3），沙南西洼東營組的最大沉積厚度為1150 m，而東洼東營組的最大沉積厚度為1950 m，具有西薄東厚的特點。由此可見，沙南凹陷東、西洼沙三段和東營組地層表現出明顯的不協調性（非繼承性），表明從沙三段到東營組沉積時期，沙南凹陷經歷了一個先西傾后東斜的“蹺蹺板”演化過程。

圖2 沙南凹陷沙三段地層厚度等值線圖

圖3 沙南凹陷東營組地層厚度等值線圖

另外，沙南西洼的SHN3井（位于埕北低凸起西側）目前處于相對高部位，揭示出251 m的沙三下亞段；而沙南東洼的SHN4井（位于埕北低凸起東側）目前處于相對低部位，卻缺失沙三下亞段（圖4），反映出埕北低凸起也經歷了先西傾后東斜的“蹺蹺板”演化過程。

圖4 SHN3井和SHN4井地層對比（剖面位置見圖1）

2.2 沙南凹陷“蹺蹺板”構造演化過程

利用層拉平技術恢復不同地質時期的古地貌，再現沙南凹陷的這種“蹺蹺板”式的構造演化過程。沙三段沉積時期，沙南西洼相對大而深，東洼相對小而淺，西洼為整個凹陷的沉降－沉積中心（圖5c）；沙一段—沙二段沉積時期，沙南凹陷構造活動較弱，進入穩定的熱沉降階段，不存在明顯的沉降－沉積中心，東、西洼地層厚度無明顯差異；東三段沉積時期，沙南凹陷進入第2次裂陷發育期，但沙南東、西洼沉降－沉積速率相差不大，因而沙南東、西洼沙一段—沙二段和東三段地層總厚度近乎一致（圖5b）；東二段—東一段沉積時期，沙南凹陷演化為斷拗復合結構，此時沙南東洼與東側的渤中凹陷連為一體，凹陷的沉降－沉積中心整體東移，地層整體向東傾斜，沙南東洼地層厚度大且埋藏較深（圖5a）。

圖5 沙南凹陷“蹺蹺板”構造演化過程（剖面位置見圖1）

3 沙南凹陷“蹺蹺板”構造演化的地質效應

沙南凹陷“蹺蹺板”式的構造演化造成了沙三段西厚東薄、東營組西薄東厚的沉積現象，并形成了沙南凹陷沙三段沉積時期西深東淺、東營組沉積時期東深西淺的古地貌格局，進而影響到沙南凹陷烴源巖的規模、質量及其有效性。

3.1 “蹺蹺板”構造演化為沙南西洼沙三段發育優質烴源巖創造了條件

受沙三段沉積時期地層整體西傾的影響，沙南西洼沙三下和沙三中亞段都發育較大面積的半深湖相—深湖相沉積。在地震剖面上，半深湖相—深湖相沉積主要表現為平行、中等連續、中—低頻、中強振幅的反射特征[1]，這種反射在沙三段的不同亞段以及沙南西洼內部都有著比較穩定的分布。本次沙南凹陷沉積相研究結果表明，沙三下亞段沉積時期，湖盆相對封閉，水體微咸—半咸，砂體一般分布于控洼坡折帶之上，扇三角洲砂體沿周圍凸起邊緣分布，半深湖相沉積發育在深洼陷帶；沙三中亞段沉積時期，水體變深，湖盆面積擴張，水體微咸，中深湖相—深湖相沉積的范圍相對擴大（表1）。總體反映出在凹陷整體向東發生翹傾之前，西洼中深湖相面積略大于東洼或大體相當，但其中深湖相一深湖相沉積厚度要超過東洼（表1）。

表1 沙南凹陷沙三中、下亞段中深湖相—深湖相沉積面積及最大厚度統計表

沙南西洼多口鉆井揭示了沙三段中深湖相的巖性組合和生物組合。除個別位于凹陷邊緣的井外，多數井均在沙三段揭示了厚層暗色泥巖、油頁巖夾薄層碳酸鹽巖偶夾薄層濁積砂層的巖性組合。這套巖性組合在電測曲線上表現為低電阻率、低自然電位值、高伽馬值，藻類和有機碳含量一般較高。如SHN2井鉆遇的沙三中亞段，巖性組合為泥巖夾黑色油頁巖及淺灰色細砂巖、粉砂巖，泥巖含鈣；泥質巖以深灰色為主，泥質含量可達86%；油頁巖總厚為55 m，單層最厚為42 m，鈣質頁巖為7 m；有機屑、無定形、浮游藻類含量都較高（圖6），浮游藻類高含量的層段基本上與非海相溝鞭藻高含量的分布層段一致，反映了微咸—半咸的半深湖相—深湖相沉積環境[2]。

沙三段沉積時期，沙南西洼范圍較廣的中深湖—深湖為有機質的保存和優質烴源巖的形成提供了有利條件。從有機質類型來看，沙三中、上亞段烴源巖有機質類型較好，主要為Ⅰ型和Ⅱ1型（圖7）；從有機質豐度來看，沙南西洼沙三段、沙一段—沙二段和東三段的很多樣品均可達到好—很好烴源巖的標準，尤其是沙三中亞段和沙一段—沙二段半深湖相—深湖相烴源巖，TOC值在2%～5%，S1＋S2值在7～46 mg/g，為優質烴源巖（圖8）。

3.2 “蹺蹺板”構造演化造成東、西洼烴源巖有效性存在差異

東營組沉積時期沙南凹陷發生“蹺蹺板”作用，整體向東發生傾斜，沙南西洼相對東洼而抬起，東營組厚度呈現出東厚西薄的特征，沙三段在埋深上也表現出東深西淺的特點。正是這種“蹺蹺板”作用造成了東、西洼在有效烴源巖層系的構成上以及烴源巖的熱成熟度上存在差異。

東營組沉積時期以來，由于沙南東洼埋深加大，致使沙三段、沙一段—沙二段和東三段埋藏深度都超過生烴門限（2900 m），全部進入成熟階段，即東洼存在3套有效烴源巖，這也是能在沙南東洼周緣發現大量油氣，東洼能成為富生烴洼陷的主要原因。相比較而言，沙南西洼只有沙三段和部分沙一段—沙二段的埋深超過生烴門限（2900 m左右），也就是說沙南西洼只發育2套有效烴源巖，且整體的熱演化程度要低于東洼，這也正是影響沙南西洼生烴能力的關鍵。

4 沙南凹陷油氣評價新認識

盡管沙南西洼在烴源巖層系及演化成熟上較沙南東洼要遜色一些，但是由于沙三段沉積時期沙南凹陷整體西傾，為沙南西洼沙三段發育大規模的中深湖相—深湖相優質烴源巖提供了良好的先天條件。沙南西洼沙三段烴源巖現今成熟度（Ro）為0.80%～1.25%，已進入生烴高峰階段，其中Ro值大于0.80%的范圍約為620 km2，大于1.00%的范圍約為230 km2（圖9）。沙南凹陷生烴量模擬結果表明，沙南西洼總生烴量約為44億t。我國南襄盆地泌陽凹陷生烴量最新評價結果僅有36億t，探明儲量卻已達到2.5億t，已被勘探實踐證實為一個富生烴凹陷[3]。相比而言，沙南西洼也是一個潛在的富生烴洼陷，具備較大的勘探潛力。

圖9 沙南凹陷沙三段烴源巖Ro等值線圖

5 結論和建議

（1）沙南凹陷沙三段地層具有西厚東薄的特點，東營組地層具有西薄東厚的特點，反映沙南凹陷構造演化經歷了一個先西傾后東斜的“蹺蹺板”式的構造演化過程。

（2）盡管沙南西洼現今埋藏深度淺于沙南東洼，但受沙三段沉積時期西傾古地貌的影響，沙南西洼發育沙三中亞段中深湖相—深湖相優質烴源巖，其分布范圍廣、厚度大、有機質豐度高，總生烴量可達44億t。因此，沙南西洼應該具備很好的勘探前景。

（3）南部緩坡帶位于沙南西洼油氣的主要運移方向上，輸導體系和儲層發育，且發育多種類型的圈閉，是沙南西洼最有利的區帶，有望成為沙南西洼油氣勘探的突破口。

[1] 鄧運華，李建平.淺層油氣藏的形成機理——以渤海油區為例[M].北京：石油工業出版社，2008.

[2] 劉傳聯，徐金鯉，汪品先.藻類勃發——湖相油源巖形成的一種重要機制[J].地質論評，2001，47（2）：207－209.

[3] 王慶壽，何祖榮.深化泌陽凹陷認識開拓油氣勘探領域[J].河南石油，2002，16（1）：1－6.

A“Seesaw”effect of structural evolution and some new cognition in hydrocarbon evaluation in Shanan sag，Bohai Sea

Li Hongyi Wu Keqiang Liu Lifang Wang Chunhong Chen Jianhua Lin Qing
（CNOOC Research Institute，Beijing，100027）

By a regional interpretation and mapping of seismic data and in combination with various drilling data，Shanan sag in Bohai sea was analyzed in several aspects such as configuration，stratigraphy and structural evolution，and then the quality，size and resources potential of its source rocks were evaluated.In this sag，Member 3 of Shahejie Formation is thicker in the west and thinner in the east，and Dongying Formation is thicker in the east and thinner in the west，indicating a transfer process of“Seesaw”style from early west sagging and deep－burial to late east sagging and deep－burial.In the west depocenter of the sag，a set of excellent source rocks in subdeep－deep lacustrine facies has developed in the middle sub－member of Member 3，Shahejie Formation，due to a west－dipping paleogeomorphology during deposition of this Member 3，and it is wide in distribution，great in thickness and rich in organic abundance.There is a greater potential of hydrocarbon resources in the west depocenter，with the total hydrocarbon generation up to 4.4 billion tons，showing a quite good perspective in hydrocarbon exploration.

Shanan sag；structural evolution；“Seesaw”effect；hydrocarbon resources evaluation

李宏義，男，工程師，2008年畢業于中國石油大學（北京），獲博士學位，現從事油氣勘探研究工作。地址：北京市東城區東直門外小街6號海油大廈（郵編：100027）。E－mail：lihy12＠cnooc.com.cn。

2010－09－19改回日期：2010－10－26

（編輯：周雯雯）