渤海海域石臼坨凸起油氣輸導體系與運聚模式*

牛成民 杜曉峰 鄒華耀 張 參 王飛龍 姚 城

(1. 中海石油(中國)有限公司天津分公司 天津 300452； 2. 中國石油大學(北京) 北京 102249)

渤海海域石臼坨凸起油氣輸導體系與運聚模式*

牛成民1杜曉峰1鄒華耀2張 參1王飛龍1姚 城1

(1. 中海石油(中國)有限公司天津分公司 天津 300452； 2. 中國石油大學(北京) 北京 102249)

運用油氣優勢運移路徑模擬、斷面精細刻畫及成藏綜合分析等技術手段和方法，闡明了渤海海域石臼坨凸起油氣輸導體系與成藏模式。石臼坨凸起深層古近系油氣輸導體系由邊界斷層和古近系砂體組成，淺層新近系油氣輸導體系由館陶組砂礫巖橫向輸導層和明化鎮組斷砂耦合組成；石臼坨凸起內部形成2種“Z”字形油氣運移模式，即斷層兩側砂-砂對接條件下的跨斷層型及遠離斷層的砂-砂側接型“Z”字形油氣運移模式。結合典型油氣田成藏特征解剖，建立了石臼坨凸起“運-分-聚”立體油氣運聚模式，直接指導了石臼坨凸起秦皇島33-1南億噸級油田的發現，對渤海其他及類似地區的勘探工作具有重要的參考意義。

渤海；石臼坨凸起；油氣輸導體系；“Z”字形油氣運移模式；“運-分-聚”立體油氣運聚模式

作為連接烴源與圈閉之間的“橋梁和紐帶”，輸導體系是油氣成藏的關鍵因素之一[1-2]。國內外眾多學者對油氣運移中的輸導方式、輸導體系的有效性等多方面開展了深入研究[3-7]，但這些研究多適用于強斷裂活動區，很少涉及斷層活動速率低的凸起內部的油氣運移問題。

石臼坨凸起是渤海油田勘探起步最早的地區之一，是渤海重要的聚油單元，相繼發現了南堡35-2、秦皇島32-6、秦皇島33-1等多個大中型油氣田。分析認為，目前有3個關鍵問題制約了該區的進一步勘探：①多期次凸起演化，多生烴洼槽環抱，油氣成因、來源不明確；②走滑和伸展雙重動力機制控制，斷裂發育異常復雜，油氣輸導體系與優勢運聚路徑落實困難；③油氣分布層系多，油氣藏特征復雜多樣，油氣富集規律與成藏模式須進一步明確。筆者以輸導體系為主線，分析了石臼坨凸起及其周緣油氣來源，刻畫了油氣優勢運移路徑與聚集區域，建立了凸起內部弱斷裂活動區淺層“Z”字形油氣運移模式，通過典型油氣田解剖，最終建立了石臼坨凸起區“運-分-聚”立體油氣運聚模式，有效地指導了秦皇島33-1南億噸級油田的勘探發現，對于渤海類似凸起區的油氣勘探同樣具有重要參考意義。

1 地質背景

石臼坨凸起位于渤海海域中部，平面上呈近E—W走向，被渤中、南堡和秦南等3個富生烴凹陷所包圍，油氣成藏條件優越(圖1)。該凸起可進一步劃分為凸起主體、凸起南傾沒端和凸起東傾沒端等3個部分，其中凸起的南傾沒端和東傾沒端分別呈2個狹窄的分支伸入渤中凹陷(圖1)，邊界斷層在不同構造部位具有不同的展布特征，如凸起南部石南一號邊界斷層在凸起的中東部主要為近E—W走向或NEE走向，而在凸起的西部走向變化較大，既有NE走向也有NW走向。另外，該凸起內部主要發育一系列呈NEE展布的晚期斷裂，這些晚期斷裂大都切入新近系館陶組，是凸起內部重要的油源斷層。研究表明，石臼坨凸起在漸新世末期以前基本處于隆起狀態，但從漸新世末期開始進入裂后拗陷演化階段，以整體沉降接受沉積為主，沉積了較厚的中新統館陶組和上新統明化鎮組。

圖1 石臼坨凸起區域位置

2 輸導體系與運移模式

石臼坨凸起油氣輸導體系由連通砂體和斷層2個要素組成。研究表明，該區不同時期輸導體系的空間組合關系不同，每一期構造運動都會或多或少地影響輸導體系的空間配置關系，因而在深層(古近系)與淺層(新近系)形成了不同的輸導體系。新構造運動期為渤海油氣的主要充注期[8-10]，該時期石臼坨凸起主要邊界斷層持續活動，對凸起區新近系油氣垂向運移、調整和聚集創造了有利條件。

2.1 強斷層活動區輸導體系

斷層活動強度大的地區，油氣主要沿著大斷層的斷面向上運移。渤中凹陷在古近紀發生強烈裂陷[11-14]，主要表現為控凹斷層的強烈活動，這些長期活動的控凹斷層(即凸起的邊界斷層)成為石臼坨凸起油氣成藏的關鍵油源輸導通道。古近系沙一、二段沉積時期，在石臼坨凸起邊界斷層附近的裙邊帶廣泛發育的近源扇三角洲沉積體系是溝通凹陷油源和深部油氣橫向輸導的主要通道，因而在凸起邊界的深層形成了由凸起邊界斷層與近源扇三角洲沉積體系構成的輸導體系。石臼坨凸起在新近系館陶組沉積時期廣泛發育辮狀河沉積體系，其頂部和底部砂體疊合連片，形成了淺層主要的油氣橫向輸導層，并且與晚期切入館陶組的斷層共同構成了凸起區內部淺層油氣輸導體系。

石臼坨凸起南部石南一號斷層是控制渤中凹陷發育的主要斷層之一，該斷層走向彎曲，沿其走向形成了多個重要拐點，從而在三維形態上產生了若干個主要凸面(圖2)。斷層凸面范圍是凹陷中生成的油氣向該斷層面的主要匯聚區，凹面則是發散區[15]。斷層在不同層位上向凹陷方向的重要拐點(即斷層面的構造脊與該層位的交點)則為油氣沿斷層面垂向運移后向該層位輸導層中注入的主要匯聚點。如圖2所示，石南一號斷層擁有5個主要的油氣匯聚區，并在館陶組頂面形成了①～⑤共5個主要匯聚點；新構造運動期，5個匯聚點位置的斷層活動強度均大于10 m/Ma，因而具有較強的垂向輸導能力，其中②和③位置輸導能力最強(圖2a)。因此，渤中凹陷所生成的油氣可在這5個匯聚區匯聚后發生垂向運移，除部分油氣在古近系成藏外，大部分油氣最終分別通過5個主要匯聚點注入到凸起內部的館陶組輸導層中，最后沿著館陶組的頂面和與之搭配的晚期斷裂向明化鎮組運移成藏。

圖2 石南一號斷層油氣優勢運移路徑

2.2 弱斷層活動區凸起內部 “Z”字形油氣運移模式

活動速率小于10m/Ma的斷層對油氣主要起封閉作用[7]，前人研究提出的多種油氣運移模式均不能適用于凸起內部斷裂活動較弱或砂體疊置的區域。石臼坨凸起內部斷層活動強度較小，斷層本身并非為有利的垂向油氣輸導、調整的通道，油氣主要通過浮力機制向淺層運移，表現為砂-砂對接而形成“Z”字形運移模式(圖3)。石臼坨凸起內部的“Z”字形油氣運移模式有2種：一是在斷層兩側砂-砂對接條件下的跨斷層“Z”字形油氣運移模式；二是明化鎮組下段發育極淺水三角洲沉積體系，砂體常常疊置發育而形成遠離斷層的砂-砂側接型“Z”字形油氣運移模式。這2種“Z”字形油氣運移模式往往是聯合和互為補充的關系，從而將石臼坨凸起內部弱斷層活動區和富砂區的油氣運移分析上升到了系統、立體的層次，避免了單純著眼于構造圈閉和孤立分析儲蓋組合的局限性。按照“Z”字形運移模式，斷層兩盤砂體及其對接關系共同決定圈閉的有效性，對接點(溢出點)的位置決定有效圈閉的規模。此種油氣運移模式的有效運用，指導了秦皇島33-1南億噸級油田群的發現，實現了渤海海域在億噸級油田(秦皇島32-6油田)周邊再現億噸級油田的壯觀場面。

圖3 石臼坨凸起淺層“Z”字形油氣運移模式

3 典型油氣田成藏特征剖析

3.1 秦皇島32-6油田

秦皇島32-6億噸級油田位于石臼坨凸起中部，油氣優勢運移路徑模擬表明其油氣主要來源于3個方向：一是沿石臼坨凸起南傾末端軸向(即自SE向NW方向)，二是沿石臼坨凸起主體軸向(即自E向W方向)，三是來自渤中凹陷西次洼(即自SSW向NNE方向)。其中，前2個運移路徑最為重要，均表現為油氣首先自烴源巖沿古近系橫向輸導層匯聚，經邊界斷層垂向運移至凸起區，再由油氣注入點沿淺層橫向輸導層重新調整分配。由于秦皇島32-6油田內部斷層在新構造運動期活動速率低，不具備有效的垂向輸導能力，因而匯聚至館陶組的油氣可通過小斷層兩盤砂-砂對接形成的“Z”字形連續輸導通道發生垂向運移，最終在明下段圈閉中聚集成藏(圖4)。

圖4 秦皇島32-6油田油氣成藏模式(剖面位置見圖1)

3.2 秦皇島29-2/2E油氣田

秦皇島29-2/2E油氣田位于石臼坨凸起東傾沒端，其中秦皇島29-2油氣田含有豐富的無機成因CO2，而秦皇島29-2E油氣田則含凝析氣。秦皇島29-2/2E油氣田淺層原油雖以沙三段來源為主，但與毗鄰渤中凹陷的秦皇島35-2及秦皇島36-3油田的沙三段來源的原油有一定差異，這表明該油氣田淺層原油主要來自秦南凹陷，深部沙三段烴源巖生成的油氣可能沿邊界斷層垂向輸導至淺層發生了側向匯聚(圖5)。

CO2的富集通常與深大斷裂及地殼深部火山幔源脫氣作用等密切相關[16]。秦皇島29-2油氣田的CO2分布與邊界斷層晚期的分段性活動特征相符合，在油田區形成斷層分段式輸導與聚集模式，即在斷層活動強度大的地方，CO2大量輸導并富集，斷層活動強度沿凸起向西逐漸降低，CO2得到了不同程度的保存。秦皇島29-2E油氣田毗鄰活動強度相對低的斷層，CO2富集則受到了抑制，主要表現為原油的聚集。另外，石臼坨凸起東傾沒端428北一號、二號斷裂下降盤沙一、二段砂體較為發育，可以提供較好的油氣輸導與儲集條件；沙一、二段儲層與沙一段成熟烴源巖接觸，油氣可以近距離匯聚成藏，而且晚期斷層活動強度較弱，也有利于油氣保存。

圖5 秦皇島29-2/2E油氣田古近系油氣藏運移模式

4 “運-分-聚”立體油氣運聚模式

綜合研究認為，石臼坨凸起形成“運-分-聚”立體油氣運移模式(圖6)。其中，“運”是指在石臼坨凸起邊界斷層下降盤裙邊帶廣泛發育的古近系近源扇三角洲沉積體系與同期的沙河街組烴源巖呈指狀接觸，形成油氣橫向輸導的主要通道，凹陷生成的油氣沿扇三角洲砂體運移至邊界斷層后進一步向凸起上運移；“分”是指油氣沿邊界斷層垂向運移到館陶組區域輸導層中，最后沿著館陶組的頂面和與之搭配的晚期斷裂再分配；“聚”是指明下段砂體對油氣的聚集成藏。“運-分-聚”立體油氣運移模式的建立，直接指導了石臼坨凸起秦皇島33-1南油田、石臼坨凸起東傾末端的秦皇島29-2/2E油氣田的發現，對于渤海其他類似凸起的油氣勘探具有重要的參考意義。

圖6 石臼坨凸起“運-分-聚”立體油氣運聚模式

5 結論

1) 石臼坨凸起深層古近系輸導體系由邊界斷層和古近系砂體組成，淺層新近系輸導體系由館陶組砂體和明化鎮組斷砂耦合組成。

2) 建立了石臼坨凸起內部2種“Z”字形油氣運移模式：一是在斷層兩側砂-砂對接條件下的跨斷層“Z”字形運移模式；二是遠離斷層的砂-砂側接型“Z”字形運移模式。“Z”字形油氣運移模式的提出，改變了渤海淺層油氣運移的傳統認識，解決了斷層活動相對較弱地區的成藏分析問題。

3) 提出了石臼坨凸起“運-分-聚”立體油氣運移模式，即在石臼坨凸起邊界斷層附近的裙邊帶廣泛發育古近系近源扇三角洲沉積體系與同期的沙河街組烴源巖呈指狀接觸，生成的油氣沿扇三角洲砂體向邊界斷層匯聚，隨著邊界斷層晚期的活化，油氣可以沿邊界斷層垂向運移到中新統館陶組區域輸導層中，最后沿著館陶組的頂面和與之搭配的晚期斷裂向上新統明化鎮組運移成藏。

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(編輯：張喜林)

Hydrocarbon transportation system and migration-accumulation pattern in Shijiutuo uplift, Bohai sea

Niu Chengmin1Du Xiaofeng1Zou Huayao2Zhang Can1Wang Feilong1Yao Cheng1

(1.TianjinBranchofCNOOCLtd.,Tianjin300452,China; 2.ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China)

The transportation system and accumulation model of Shijiutou uplift in the Bohai sea are clarified with simulation of dominant hydrocarbon migration pathway, meticulous depiction of fracture surface and comprehensive analysis of accumulation. The transportation systems of Shijiutou uplift in the Palaeogene are composed of boundary fault and Palaeogene sandbody, while the Neogene transportation systems consist sandy conglomerate in Guantao Formation and the coupling of fracture and sand in Minghuazhen Formation. There are 2 kinds of “Z” shaped hydrocarbon migration patterns in Shijiutou uplift, i.e., across the fault type, in which the sand bodies on both sides of the fault are connected and butt-jointed; away from the faults type, in which the sand bodies are far away from the faults and side-jointed. Combined with the typical feature analysis of accumulation in oil and gas fields, Shijiutuo uplift’s hydrocarbon “Horizontal migration-vertical migration-accumulation” 3D pattern is established, which directly leads to the big discovery of QHD33-1S oilfield in Shijiutuo uplift. The pattern can provide reference for exploration in the Bohai sea and other similar areas.

Bohai sea; Shijiutou uplift; hydrocarbon transportation system; “Z” shaped hydrocarbon migration pattern; hydrocarbon “horizontal migration-vertical migration-accumulation” 3D pattern

牛成民，男，高級工程師，中海石油(中國)有限公司天津分公司勘探專家，長期從事油氣勘探研究工作。地址：天津市塘沽區閘北路1號609信箱(郵編:300452)。E-mail：niuchm@cnooc.com.cn。

1673-1506(2016)03-0044-06

10.11935/j.issn.1673-1506.2016.03.006

TE122.1+2

A

2015-11-25 改回日期：2016-02-01

*“十二五 ”國家科技重大專項“渤海海域大中型油氣田地質特征(編號：2011ZX05023-006-002)”部分研究成果。

牛成民,杜曉峰,鄒華耀，等.渤海海域石臼坨凸起油氣輸導體系與運聚模式[J].中國海上油氣，2016,28(3)：44-49.

Niu Chengmin,Du Xiaofeng,Zou Huayao,et al.Hydrocarbon transportation system and migration-accumulation pattern in Shijiutuo uplift, Bohai sea[J].China Offshore Oil and Gas,2016,28(3):44-49.