渤中凹陷西洼區新近系油氣分布特征及“脊-斷”聯控成藏模式*

李 龍 張新濤 徐春強 張 震 劉 騰

(中海石油(中國)有限公司天津分公司 天津 300459)

渤中凹陷是渤海海域主要的富油氣凹陷之一。20世紀末以來，在源控論、晚期成藏等理論指導下，以新近系為主要目的層，堅持以富生烴凹陷及周邊凸起區為主要勘探方向，先后在渤中凹陷周邊的石臼坨凸起、沙壘田凸起、渤南凸起發現了秦皇島32-6、南堡35-2、曹妃甸11/16、蓬萊19-3等億噸級油田，累計發現10多個大中型油氣田，累計三級石油地質儲量17×108m3。隨著勘探程度提高和勘探難度增大，目前已進入深淺層立體勘探階段，勘探領域從凸起穩定區轉向凸起周邊活動斷裂帶。在該階段，活動斷裂帶控藏理論、源-匯時空耦合富砂機理、湖盆萎縮期新近系極淺水三角洲等理論的提出為新近系構造-巖性油藏、古近系構造-地層油藏提供了重要的理論支撐，指導發現了一大批大中型高產優質油氣藏[1-15]。

“十二五”以來，隨著渤中凹陷大面積連片三維地震資料采集完成，凹陷內部整體結構日益清晰，“洼中脊”成為凹陷區油氣匯聚的典型背景，古構造脊緊鄰生烴洼陷而成為規模增儲的主戰場。為了油氣勘探的持續發現和為渤海油田上產3 500×104t尋找后備儲量，對渤中西洼區(渤中凹陷西部)進行了精細構造解釋、圈閉梳理及油氣成藏深化研究，取得了重大發現，形成了曹妃甸6-4、曹妃甸12-6—渤中8-4、渤中13-1S三個新近系億噸級規模增儲區。前人從斷裂活動與油氣運移、構造特征與油氣聚集、油氣聚集條件及主控因素等方面對凹陷區的油氣成藏規律進行了大量研究[16-21]，但研究主要集中在斷控成藏方面。本文主要總結渤中西洼區近些年勘探成果，重點剖析油氣控藏特征，探討“脊-斷”油氣富集機理，以期明確有利勘探方向，為下一步油氣勘探提供理論支撐。

1 區域地質概況

渤中西洼區面積約2 000 km2，北接石臼坨凸起，西南臨沙壘田凸起，東南與渤中凹陷主體相接(圖1)，主要包括西洼主體、北部陡坡帶、中央構造帶、渤中8構造帶，共一洼三帶。自下而上發育古近系沙河街組(Es)、東營組(Ed)和新近系館陶組(Ng)、明化鎮組(Nm)以及第四系平原組(Qp)。截至2017年底，該區先后發現了渤中8-4、曹妃甸6-4、曹妃甸12-6等油田，累計發現儲量2.45×108m3油當量，近80%油氣儲量分布在新近系，以構造、構造-巖性油氣藏為主。油源對比結果表明，新近系油氣主要來自沙河街組烴源巖；油氣分布除了受烴源巖分布控制外，還受構造部位的控制，古構造脊是凹陷區油氣初次聚集的主要區域，而油氣的分布與斷裂密切相關。

圖1 渤中西洼區域位置Fig.1 Location of western Bozhong sag

2 油氣分布特征

渤中西洼區早期勘探針對古近系、潛山構造圈閉一直未獲得大的突破。近年來，以新近系為勘探目的層系，先后在渤中8-4、曹妃甸6-4、曹妃甸12-6等構造獲得較好的油氣發現，呈現環洼滿帶含油的特征。

1) 縱向油氣分層系差異性明顯(圖2)。油氣主要富集在新近系明化鎮、館陶組，古近系東營組、沙河街組油層發現較少，僅在北部陡坡帶曹妃甸6-4油田東營組油氣較為富集。此外，中央構造帶曹妃甸12-6構造潛山頂面見較好油氣顯示，油層厚度較大。

2) 平面各區帶新近系油氣分布呈現不均衡性。①北部陡坡帶：曹妃甸6-4油田新近系油氣主要富集于館陶組，明化鎮組偶見零星油層。②中央構造帶：北部曹妃甸5/6構造帶油氣主要集中于館陶組，油層最大厚度64.8 m，僅少數井于明下段底部見零星薄油層；南部曹妃甸12-6構造在明下段和明上段均獲得較好的油氣發現，單井油層最大厚度為125.7 m，油氣層主要集中分布于明下段，局部井區富集于明上段。③渤中8構造帶：渤中8-4油田油氣主要分布在明化鎮組，館陶組油層較少；低部位3井區、上升盤的12井區油氣集中富集在館陶組，明化鎮組僅見零星油層。

總體上，油氣主要集中分布在新近系活動斷裂帶，平面上分區、縱向分層，呈現差異富集的特征。

圖2 渤中西洼區斷裂與油氣平面分布Fig.2 Distribution of faults and hydrocarbon in western Bozhong sag

3 控藏條件分析

通過對渤中西洼區已鉆油氣藏的解剖與成藏要素研究發現，該區油氣自深層古近系烴源巖向淺層新近系圈閉能夠進行長距離、大規模聚集成藏，油氣成藏明顯受到構造脊和斷裂控制。

3.1 古構造脊

渤中西洼區鉆探證實，油氣成藏時期古構造脊的具體形態決定了油氣運移的具體路徑，制約著油氣的運聚。油氣往往向低勢區運移聚集，因此“脊運聚”是油氣成藏的關鍵過程，古構造脊的展布特征控制了油氣優勢運移的方向、路徑與規模。

渤中西洼區潛山古構造脊與沙河街組烴源巖大面積接觸，烴源巖排出的油氣優先向構造脊這樣的低勢區高速運移，形成油氣的初次匯聚，且構造脊相對越高越有利于油氣運聚,該區潛山高部位油氣藏進一步說明了這一點[17-19]。古構造脊的形態在一定程度上影響了匯烴效率，進而影響了油氣富集。該區目前已發現的3個油田均位于古構造脊發育的部位(圖2、3)。統計結果發現，古構造脊形態與其匯烴效率密切相關(表1)。以曹妃甸12-6—渤中8-4油田為例，渤中8-4油田古構造脊面積最大、幅度最陡，油氣匯烴能力最強，儲量豐度最高(379.63×104t/km2)；曹妃甸12-6油田南部的CFD12-6/6-1區塊古構造脊面積較大、埋深淺、幅度較陡，油氣匯烴能力較強，儲量豐度也較高(260.3×104～392.5×104t/km2)，整體上油氣較富集；而曹妃甸12-6油田北部的CFD5-5區塊(緊鄰南堡凹陷，油源充足)古構造脊面積較小，匯烴能力較弱，儲量豐度低(157.7×104t/km2)，油氣富集程度較差。因此，古構造脊形態在一定程度上決定了匯聚油氣能力，古構造脊面積越大、埋深越淺、幅度越陡，油氣的匯聚能力越強,油氣越富集。

此外，從該區油氣富集層位來看，古構造脊的匯烴效率在一定程度上也影響了油氣的富集層位。對于同一構造脊，CFD12-6區塊位于構造脊高部位，油氣主要富集于明化鎮組；而位于構造脊翼部的CFD6-1區塊以及北部古構造脊面積小、幅度較緩的CFD6-2、CFD5-5區塊，富集層位偏下，發現的油層集中在館陶組和東二上段。

圖3 渤中西洼區基底古構造脊與油氣分布Fig.3 Distribution of structure-ridges and hydrocarbon in western Bozhong sag

表1 渤中西洼區中央構造帶古構造脊規模及油氣匯烴能力Table 1 Structure-ridge size and oil-gas convergence ability in central structural belt of western Bozhong sag

3.2 斷裂輸導能力

渤中西洼區新近系原油均來自深層古近系沙河街組烴源巖，為典型的他源型油氣成藏系統[16]。沙河街組成熟的油氣運移至淺層新近系，在古構造脊初次匯聚之后，油氣成藏期活動性斷裂對油氣的垂向輸導作用尤為關鍵[20-24]。因此，研究成藏期溝通油氣垂向輸導斷裂的運移效率，對認識該區新近系油氣差異分布控制因素至關重要。

該區發現的3個大型油田均發育在構造脊之上的斷裂發育帶(圖2、3)，且成藏期斷層越發育，油氣富集層位越淺。不同類型斷裂與油氣運移的關系存在差異，因此依據斷裂演化將該區斷裂劃分為4類：Ⅰ型斷裂僅在古近紀早期活動，主要分割構造脊及其對應的洼槽，在油氣成藏期不活動；Ⅱ型斷裂為長期活動性斷裂，切入古構造脊及深洼，斷裂活動性強，延伸距離遠，為溝通古近系烴源巖與上覆儲層的良好通道，是主要的油氣垂向運移斷裂；Ⅲ型斷裂為新近紀—第四紀形成，斷至或斷穿館陶組，局部深切至基底古構造脊，表現為中淺層切割，具有垂向輸導與調節油氣再分配的作用；Ⅳ型斷裂主要在第四紀活動，規模較小，大多斷至明化鎮組，局部具有調節油氣分布的作用。該區具有晚期成藏的特征，因此只有Ⅱ型和Ⅲ型(局部)切脊斷裂發育及分布才能影響油氣的垂向運移效率。

本文引入斷接蓋層參數和斷裂輸導能力指數來定量表征切脊斷裂垂向運移效率[21]。

(1)

(2)

式(1)、(2)中：ΔH為斷接蓋層參數，m；H為泥巖蓋層厚度(本文特指古近系及明下段穩定分布的泥巖蓋層)，m；D為與泥巖蓋層相匹配斷裂的最大斷距，m；Φ為斷裂傾角，(°)；Tc為斷裂輸導能力指數；L為斷裂有效延伸長度，m；δ為斷裂走向與區域應力場的夾角，(°)。

利用式(1)、(2)中的斷接蓋層參數和斷裂輸導能力指數對該區切脊斷裂的運移能力進行定量評價，明確了斷裂垂向輸導能力與油氣充注和富集層位之間的關系(圖4、5)。以中央構造帶為例，圖5a中曹妃甸6-1/2構造區ΔH>7 m，油氣富集于館陶組；曹妃甸12-6構造區構造活動強烈，斷裂密度大、活動性強、延伸遠，斷層輸導能力越強，ΔH<7 m，油氣富集在明化鎮組。由圖5b可以看出：①曹妃甸6-1/2構造區Tc<1.50，斷裂垂向輸導能力較弱：當Tc<0.55時，油氣僅充注至館陶組，油層集中在館陶組；當0.55≤Tc<1.50時，油氣可充注至明下段下部，明化鎮組僅見零星油層；②曹妃甸12-6構造Tc值均大于1.00，斷裂垂向運移能力較強：當1.00≤Tc<1.50時，油氣充注至明下段頂部；當Tc≥1.50時，油氣充注至明上段，明上段油氣更為富集。總體上，曹妃甸12-6構造區斷層垂向輸導能力較曹妃甸6-1/2構造區塊強，油氣充注能力更強，油氣集中分布在較淺的明化鎮組。因此，Tc值越大，斷層垂向運移效率越高，更有利于油氣的垂向輸導，油氣富集層位越淺。

圖4 渤中西洼區中央構造帶曹妃甸12-6油田切脊斷裂垂向運移效率評價結果Fig.4 Evaluation of fault transporting ability in CFD12-6 oilfield in central structural belt,western Bozhong sag

圖5 渤中西洼區中央構造帶斷層垂向輸導能力與油層分布Fig.5 Relationship between fault transporting ability and reservoir distribution in central structural belt of western Bozhong sag

上述分析表明，斷裂形態、活動性、規模控制了油氣運移效率，進而影響油氣的縱向分布層位。斷層活動性越強，密度越大，油氣充注能力越強，油氣越向淺層富集。

4 “脊-斷”聯控成藏模式

如前所述，渤中西洼區古構造脊控制油氣初次運移的方向，切穿構造脊相關斷層的形態和活動性控制著油氣垂向運移效率。該區共鉆遇2類“脊-斷”配置關系、3種垂向組合樣式，不同的組合樣式對油氣富集層位具有差異(圖6)。

“脊-斷”聯控是指凹陷區古構造脊與切脊斷裂共同控制的淺層新近系成藏模式，是以古構造脊初次匯聚為基礎，以切脊斷裂貫通為控制要素的一種油氣平面運聚和空間分配模式。即凹陷中古構造脊與烴源巖大面積直接接觸，潛山不整合面作為油氣運移的良好通道，油氣優先向古構造脊運移，當油氣在古構造脊高部位匯聚之后，通過大量發育的切穿古構造脊的活動斷裂垂向運移至淺層成藏。渤中西洼區中央構造帶鉆探已經證實，該區古構造脊面積越大、幅度越陡，斷裂越發育、活動性越強，油氣在淺層匯聚能力越強，油氣越富集，“脊-斷”聯控模式是該區淺層油氣成藏的關鍵。鉆探也證實，“脊-斷”配置差，油氣很難在淺層匯聚成藏。如渤中8-3北塊構造發育古構造脊，但與晚期斷層不匹配(即不存在斷穿上覆新近系的斷層)，或晚期活動性斷裂未切至古構造脊，深層油氣很難垂向運移至淺層，新近系油氣也不富集(圖6)。

在油氣差異富集控制因素的分析基礎上，建立了渤中西洼區新近系“脊-斷”聯控油氣成藏模式(圖7)：古構造脊是深層油氣初次匯聚的有利方向；斷層性質、活動性及發育程度控制了油氣垂向運移效率；“脊-斷”聯合控制了油氣平面的富集區塊和縱向富集層位。

圖6 渤中西洼區“脊-斷”配置類型及油氣分布Fig.6 Ridge-Fault type and hydrocarbon distribution in western Bozhong sag

圖7 渤中西洼區“脊-斷”聯控油氣成藏模式(剖面位置見圖1)Fig.7 Hydrocarbon accumulation model of Ridge-Fault joint control in western Bozhong sag(see Fig.1 for location)

5 勘探實例及有利區預測

5.1 勘探實例

環渤中凹陷在“脊-斷”聯控成藏規律指導下進行了一系列有利區帶篩選，并在凹陷區鉆探多個構造，成功發現渤中13-A、龍口7-A等油田，共發現三級石油地質儲量約7 880×104t，證實了“脊-斷”聯控油氣成藏模式的有效性。

渤中13-A構造位于渤中西洼南部，下部緊鄰烴源巖，淺層為一系列反向斷層控制的斷鼻、斷塊型圈閉。油氣綜合成藏研究認為，渤中13-A構造是洼中隆起帶，構造脊發育，有利于西南洼烴源巖的油氣開展初次匯聚，并且發育了深切至構造脊的長期活動斷裂，成為油氣垂向輸導的良好通道。該構造符合“脊-斷”聯控成藏模式，具備良好的油氣“匯聚脊”條件，其上鉆探的BZ13-A-2井共鉆遇油層19層，厚度合計76.0 m(集中在館陶組)，三級石油地質儲量3 840×104t。

5.2 有利區預測

渤中凹陷古近系優質烴源巖發育，油氣資源十分豐富。分析認為，渤中凹陷西部渤中8-3南塊、渤中7-1等構造緊鄰生烴凹陷，沙河街組烴源巖發育，具備良好的生烴條件，該區帶基底均發育繼承性古構造脊，面積較大，可作為油氣初次運移的有利方向。斷層統計結果表明，該區帶發育大量長期活動性斷層，斷距多集中在80～200 m，斷層活動速率為15～22 m/Ma，具有較強的活動性；且“脊-斷”配置較好，使得深層油氣能夠有效輸送至新近系。構造解釋結果表明，該區帶渤中8-3南塊、渤中7-1構造新近系均發育受NE向斷層控制的大量斷塊型圈閉，可以作為油氣最終匯聚區,是渤中西洼區下一步勘探的重要區帶。

6 結論

1) 渤中西洼區縱向上油氣呈現差異富集的特征，主要分布在新近系明化鎮組和館陶組；平面上新近系油氣分布呈現不均衡性，集中分布在活動性斷裂帶。

2) 渤中西洼區油氣成藏時期古構造脊的形態和展布特征控制了油氣運移的具體路徑、方向和規模，構造脊面積越大、埋深越淺、幅度越陡，匯烴能力越強，油氣越富集。斷裂形態、活動性、規模控制了油氣運移效率，其中切脊斷裂發育程度控制油氣的垂向運移效率，斷裂活動性越強、密度越大，其垂向輸導效率越高，越有利于油氣向淺層運移。建立了研究區“脊-斷”聯控控藏模式，劃分出2類“脊-斷”配置關系、3種垂向組合模式。

3) 環渤中凹陷新近系油氣勘探應優選“脊-斷”配置好的區帶，再根據新近系圈閉發育程度、儲蓋組合條件進行綜合有利勘探區帶篩選，有利于提高成功率。渤中8-3南塊、渤中7-1構造是渤中西洼區下一步勘探的重要區帶。