歧口凹陷歧北斜坡沙三段撓曲坡折體系與巖性油氣藏勘探

蒲秀剛 陳長偉 柳 颯 周立宏 肖敦清韓文中 林常梅 侯 志 肖 枚

（中國石油大港油田公司，天津300280）

隨著油氣勘探程度的深入，陸相斷陷盆地正向構(gòu)造區(qū)構(gòu)造油氣藏的勘探已逐步成熟，勘探潛力逐漸降低；而斜坡等負向構(gòu)造區(qū)已受到高度重視，成為油氣勘探的重要領域之一。陸相斷陷盆地由于其構(gòu)造活動的復雜性及獨特的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，決定了斜坡是其重要的地質(zhì)地貌單元，其中必然發(fā)育多種成因類型的坡折與坡坪帶。坡坪帶是砂體聚集的重要單元，并控制著巖性圈閉的形成與油氣藏的分布。因此，在陸相斷陷盆地斜坡區(qū)運用坡折的概念及手段來識別和尋找?guī)r性圈閉，已成為目前地層巖性油氣藏勘探最重要的思路之一［1－5］。渤海灣盆地歧口凹陷歷經(jīng)40多年的勘探，按照復式油氣藏勘探理論，在北大港構(gòu)造帶、南大港構(gòu)造帶為代表的正向構(gòu)造帶累計探明石油地質(zhì)儲量0.497×109t，勘探程度較高。2008年以來，隨著歧口凹陷油氣勘探工作的快速推進，目前已進入地層巖性油氣藏勘探階段［6］。

1 地質(zhì)概況

歧口凹陷在新生代伸展裂陷過程中，由于同沉積斷裂、斷塊翹傾和差異沉降活動的疊加，形成了1個主凹、4個次凹。在此背景上發(fā)育了多個自沉降中心向正向構(gòu)造單元過渡的大型斜坡，占凹陷區(qū)總面積的70%以上，是地層巖性油氣藏勘探的廣闊領域。歧北斜坡位于歧口凹陷西南，南北分別被濱海斷層與南大港斷層夾持，西至孔店－羊三木凸起，東達歧口主凹（圖1點線范圍），區(qū)內(nèi)地質(zhì)結(jié)構(gòu)較簡單，大型斷裂不發(fā)育。斜坡在中生界基底上依次沉積了古近系沙河街組第三段、第二段、第一段，東營組與新近系，其中沙三段是工區(qū)重要的碎屑巖油氣勘探目的層之一。

圖1 歧口凹陷三維地震覆蓋區(qū)古近系底界立體顯示與歧北斜坡位置圖Fig.1 The bottom boundary structure of Paleogene in the covered areas with 3－D seismic data and the location of the Qibei slope in the Qikou sag

2 歧北斜坡湖盆坡折體系分析

2.1 歧口凹陷湖盆坡折帶類型

狹義上講，坡折帶是指地形坡度發(fā)生突變的地帶，是從坡折（地形由緩變陡的轉(zhuǎn)折點的連線，為上凸的脊）到坡腳（地形由陡變緩的轉(zhuǎn)折點的連線，為下凹的槽）的區(qū)域，廣義坡折帶還包含其附近明顯受斜坡地形控制的侵蝕和沉積作用活躍地帶［7－11］。歧口凹陷坡多凸少，古近系斜坡區(qū)域性分布。依據(jù)三維地震資料，結(jié)合構(gòu)造演化與沉積學特征，識別出歧口凹陷古近系斜坡區(qū)發(fā)育2個大類5類坡折，一是同沉積坡折，包含斷裂坡折（陡坡、緩坡）、撓曲坡折與沉積坡折；二是前沉積坡折，包括古地貌與侵蝕坡折。斜坡區(qū)在不同時期、不同位置發(fā)育多類型的坡折帶。各類坡折形成的主控因素不同，斷裂坡折主要受同沉積斷裂控制，撓曲坡折主要受控于差異沉降，而沉積坡折是由沉積速率差異與差異壓實造成地形坡度突變。歧北斜坡沙三期主要發(fā)育撓曲坡折。

2.2 歧北斜坡坡折帶劃分

歧北斜坡是歧口凹陷沙三期（Es3）重要的斜坡之一，其總體上為一東傾的斜坡，坡高5.8km，平均坡寬15km，坡長50km，總面積約750km2（圖1點線范圍）。斜坡背景主要是由歧北斜坡西、東兩端孔店－羊三木凸起的持續(xù)抬升與歧口凹陷的持續(xù)沉降形成；同時，由于斜坡區(qū)潛山古地貌差異與主控斷裂活動，使得歧北斜坡主體呈現(xiàn)多級撓曲坡坪特征（圖2）。

圖2 歧北斜坡沙三段低位期侵蝕－撓曲坡折帶剖面發(fā)育特征Fig.2 The section features of the erosional－flexural slope break in lower base－level of Member 3of Shahejie Formation in the Qibei slope

根據(jù)構(gòu)造特征與沉積單元，歧北斜坡主體可劃分出三級坡坪帶（圖2）。特征性發(fā)育三級坡折，湖平面之上發(fā)育于孔店凸起的陸上坡折、湖平面附近的過渡坡折以及水下坡折，坡折之下發(fā)育坡腳，坡折和坡腳之間是坡度較陡的撓曲坡折帶，緊鄰坡折帶向凹陷方向則發(fā)育坡度變化不大的平臺區(qū)（可表現(xiàn)為洼陷區(qū)）。坡折帶與其低部位緊鄰的平臺區(qū)構(gòu)成坡坪帶。可以看出，一個坡坪帶構(gòu)成了一個完整的碎屑物質(zhì)的可容納空間，在物源輸入豐富的情況下，坡坪帶往往是砂體聚集的最有利區(qū)域。陸上坡折附近長期處于暴露狀態(tài)，是凸起區(qū)侵蝕作用強烈發(fā)生的地帶，相應發(fā)育侵蝕坡折帶；侵蝕坡折帶之下則在多階撓曲背景下依次發(fā)育了3級坡坪帶。Ⅰ級坡坪帶是歧北斜坡沙三期碎屑物質(zhì)的主要卸載區(qū)；斜坡中部的Ⅱ級坡坪帶主體表現(xiàn)為歧北次凹，是碎屑物源次要卸載區(qū)；斜坡低部位的Ⅲ級坡坪帶（部分表現(xiàn)為歧口主凹）則是物源遠端重力流的卸載區(qū)。

2.3 歧北斜坡的坡折體系分析

所謂“坡折體系”是一個新的概念，指各類坡坪帶的空間共生組合關系，類似于沉積體系，各種類型坡折帶平面上共生，垂向上匹配，其發(fā)育分布受古構(gòu)造背景、斷裂活動與沉積成巖因素的多期影響。它既是陸相斷陷盆地正向構(gòu)造區(qū)與洼陷區(qū)之間的協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)換體系，又是物源供給與聚砂的容納空間體系；它控制了沉積體系的發(fā)育演化，是地層巖性油氣藏的最有利發(fā)育區(qū)域。在構(gòu)造分析基礎上，依據(jù)地層等厚度（圖3），可以識別出歧北斜坡的坡折體系的構(gòu)成，沙三期低位域（Es3－3）高部位特征發(fā)育侵蝕坡折帶，往低部位依次發(fā)育多級撓曲坡折帶與平臺區(qū)，坡折帶坡度較平臺區(qū)陡（圖4）。Ⅰ級撓曲坡折帶緊鄰物源剝蝕區(qū)，其中也多發(fā)育物源輸送的溝槽，平臺區(qū)則是砂體聚集的潛在部位。各級坡折與平臺區(qū)的大小受古構(gòu)造背景的控制，隨著湖盆的演化變遷，坡折帶與平臺區(qū)都相應發(fā)生變化。

3 斜坡區(qū)沙三段層序地層特征與沉積響應

3.1 高分辨率層序地層劃分

圖3 歧北斜坡沙三期低位域（Es3－3）三維區(qū)地層等厚圖Fig.3 The isopachyte of 3－D formation in lower base－level of Member 3of Shahejie Formation（Es3－3）in the Qibei slope

根據(jù)高分辨率層序地層學理論，在地震資料追蹤識別基礎上，綜合分析鉆測井資料，通過地層幾何形態(tài)、旋回疊加樣式、沉積相序、地層古生物以及地層巖石物理性質(zhì)變化等特征，在詳細分析歧北斜坡200余口鉆井的基礎上，可識別出沙三段從下至上的7個四級旋回（圖5），即低位域Es3－3的 3 個 四 級 旋 回 層：Es3SQ1、Es3SQ2、Es3SQ3，湖 擴 域 Es3－2的 3 個 四 級 旋 回 層：Es3SQ4、Es3SQ5、Es3SQ6，高位域Es3－1的1個殘余的四級旋回層：Es3SQ7；三級旋回具有典型的粗—細—粗的變化特征（圖6）。

圖4 歧北斜坡沙三期低位域（Es3－3）三維區(qū)侵蝕－撓曲坡折體系平面分布圖Fig.4 The horizontal distribution of the erosionalflexural slope－break system in lower base－level of Member 3of Shahejie Formation in the Qibei slope

圖5 歧口凹陷沙河街組層序地層與成藏組合綜合柱狀圖Fig.5 The comprehensive column of sequence stratigraphy and accumulation characteristics of Shahejie Formation in the Qikou sag

3.2 物源與沉積體系分析

3.2.1 物源與砂體分布

歧北斜坡坡折體系具有物源供砂、溝槽輸砂、坡坪控砂的規(guī)律，砂體富集與否與沉積物供給和可容納空間的分布密切相關，只有物源與可容空間均存在的情況下才會聚集砂體，即源型聚砂。源即盆外與盆內(nèi)物源體系，型即構(gòu)造組合樣式下的可容空間。坡折體系對沉積作用控制主要表現(xiàn)在坡折帶既是沉積物卸載堆積的主要場所，又影響著沉積物供給的方向以及沉積相帶類型。

圖6 BIN38井沙三段高分辨率層序地層與沉積特征綜合柱狀圖Fig.6 The comprehensive column of high resolution sequence stratigraphy and depositional characters of Well BIN38in Member 3of Shahejie Formation

研究發(fā)現(xiàn)，除港西凸起北段外，歧北斜坡沙三段碎屑物質(zhì)主要由盆內(nèi)孔店－羊三木凸起與港西凸起供給，Ⅰ級撓曲坡折帶明顯發(fā)育了溝槽，砂體沿這些溝槽向低部位輸送。這些低位期砂體主要分布于斜坡中低部位Ⅰ級坡坪帶的遠端以及Ⅱ級至Ⅲ級坡坪帶，富集于坡腳及平臺區(qū)，向上超覆尖滅于坡度較大的坡折區(qū)。隨著湖盆擴展發(fā)育，湖擴期砂體逐層順斜坡向上超覆。雖然湖擴期砂體存在水進砂退的總體趨勢，但由于該期某些特定時段物源輸入強度較高，多期多類砂體形成疊置連片，特別是湖擴期Es3SQ4砂體分布穩(wěn)定（圖7），砂體累計厚度10～70m，是勘探主要目的層。高位期湖水退卻，砂體進積，但沙三末期地層存在區(qū)域性抬升，Ⅰ級坡坪帶的砂體被剝蝕殆盡，只在Ⅱ級坡坪帶及遠端殘留了部分砂體（圖8）。

3.2.2 沉積體系分析

以砂體相對富集的Es3SQ4旋回為例，可以看到斜坡區(qū)的不同坡坪帶發(fā)育了不同的微相類型，孔店－羊三木凸起物源波及的濱湖區(qū)Ⅰ級撓曲坡折帶主要是輸送物源的水下溝道與砂質(zhì)灘壩，Ⅰ級平臺區(qū)由水下分支溝道、溝道前緣河口壩、遠端席狀砂、局部灘壩等微相構(gòu)成；Ⅱ級坡坪帶沉積環(huán)境主體為半深湖—深湖區(qū)，發(fā)育遠岸水下扇與孤立透鏡體等重力流成因砂體。港西凸起北段物源在Ⅱ級撓曲坡折帶西段半深湖陡坡區(qū)發(fā)育了扇三角洲體系砂體（圖9）。在基準面旋回的控制下，隨著湖盆的演化，沉積體系分布也相應發(fā)生變遷。

4 歧北斜坡地層巖性圈閉特征

4.1 圈閉與成藏特征

4.1.1 多期砂體與坡坪帶匹配控制地層巖性圈閉類型

圖7 歧北斜坡Es3SQ4旋回砂巖等厚圖Fig.7 The sand stone isopachyte of Es3SQ4in the Qibei slope

圖8 歧北斜坡沙三段3級坡坪帶沉積響應剖面特征Fig.8 The sedimentary section features of three－tiered slope－flat in zone Member 3of Shahejie Formation of Qikou sag

在歧北多階撓曲斜坡帶上，沙三期發(fā)育了來自西側(cè)孔店－羊三木凸起物源的辮狀河三角洲體系，港西凸起物源的扇三角洲體系和北部物源的重力流體系。西側(cè)孔店－羊三木凸起物源為斜坡區(qū)主控物源體系，其波及區(qū)的碎屑儲集體在低位期（Es3－3）多超覆尖滅于坡度較大的多級撓曲坡折帶的不整合面上，由此形成地層超覆圈閉。在湖擴期（Es3－2），靠孔店物源的Ⅰ級坡坪帶上的辮狀河三角洲砂體上傾尖滅于Ⅰ級撓曲坡折帶上，而在Ⅱ級—Ⅲ級坡坪帶上發(fā)育多期辮狀河三角洲前緣—遠岸水下扇砂體，在繼承性發(fā)育的斜坡背景上（斜坡逐漸變陡），沉積后的這些扇體進一步翹傾而發(fā)育為典型的上傾尖滅狀態(tài)，由此在Ⅱ級—Ⅲ級坡坪帶上形成上傾尖滅巖性圈閉帶，同時來自北部的遠岸水下扇砂體在Ⅲ級撓曲坡折帶上也形成上傾尖滅巖性圈閉。在高位期（Es3－1），湖盆抬升，湖退砂進，沉積基準面之上的砂體遭受剝蝕，在近孔店物源區(qū)的Ⅰ級坡坪帶上易于形成不整合遮擋圈閉，而在遠物源區(qū)的Ⅱ級—Ⅲ級坡坪帶中形成上傾尖滅巖性圈閉帶，同期也發(fā)育來自北部物源的遠岸水下扇上傾尖滅圈閉。由此可以看出，在歧北斜坡沙三期的坡折體系中，在不同時期不同斜坡部位的坡坪帶上，在頂?shù)讌^(qū)域性不整合面的約束下，源自不同方向的砂體與各級坡坪帶所形成的可容空間有效匹配，在斜坡區(qū)形成了規(guī)模性的地層巖性圈閉帶（圖10）。

圖9 歧北斜坡Es3SQ4旋回沉積體系圖Fig.9 The map of sedimentary system of Es3SQ4in the Qibei slope

4.1.2 近源—源內(nèi)成藏條件優(yōu)越，勘探潛力明顯

沙三段作為一個完整的二級層序，低位期（Es3－3）發(fā)育的初始湖泛泥巖，特別是湖擴期（Es3－2）區(qū)域性穩(wěn)定發(fā)育的最大湖泛期泥頁巖，既是烴源巖又是區(qū)域蓋層，形成 Es3－（3＋2）與高位期Es3－1的2套儲蓋組合。當然，Es3－1的儲蓋組合與不整合面之上的Es2和Es1－下有直接關聯(lián)（Es1－中作為區(qū)域性蓋層），由此在歧北斜坡沙三期形成了2套成藏組合（圖5）。烴源巖與成藏研究表明，發(fā)育于歧北斜坡Ⅱ、Ⅲ級撓曲坡坪帶的歧北次凹與歧口主凹均是重要的生排烴源區(qū)，主要源巖層（Es1－下與Es3－2）均處于成熟門限以下（Ro≥0.5%，圖10），資源量充足。歧北斜坡古近系的巖性圈閉群長期處于其油氣運移的有利指向上，砂巖在斜坡帶近源—源內(nèi)側(cè)向運聚以及近源垂向運聚，東營末期與明化鎮(zhèn)中晚期為油氣的關鍵成藏期，成藏條件十分優(yōu)越，勘探潛力明顯。平面上，坡折體系控制了地層巖性圈閉的分布；縱向上，不同時期地層巖性變化帶相互疊置，在坡折體系中形成了多層系地層巖性油氣藏連片疊置產(chǎn)出，與正向區(qū)復式油氣聚集帶一同構(gòu)成了滿凹含油、優(yōu)勢相富集、復式疊合成藏的油氣分布格局。

圖10 歧北斜坡SW－NE向圈閉特征與油氣藏模式圖（現(xiàn)今構(gòu)造）Fig.10 The trap characters and oil and gas accumulation model in SW－NE profile in the Qibei slope（present structure）

4.2 歧北斜坡油氣勘探發(fā)現(xiàn)

2009年6月以來，在新的高分辨率連片3D地震資料這一重要基礎上，認識到工區(qū)盆內(nèi)孔店－羊三木凸起與港西凸起物源的重要性，在富油氣凹陷地層巖性油氣藏勘探理論的指導下［6］，采用坡折體系下的控砂控藏研究與勘探思路［9］，加大資金與技術力量投入，整體研究、整體評價、整體部署，在歧北斜坡中部Ⅰ級平臺區(qū)－Ⅱ級撓曲坡折帶－Ⅱ級平臺區(qū)發(fā)現(xiàn)了含油氣連片，一舉在歷經(jīng)多年勘探的斜坡區(qū)沙三段取得重大突破，為斷陷湖盆斜坡區(qū)的地層巖性油氣藏勘探樹立了成功的范例。

5 結(jié)論

隨著勘探程度的不斷深入，歧口凹陷油氣勘探已經(jīng)轉(zhuǎn)入巖性油氣藏勘探階段。古構(gòu)造－古地貌－層序－沉積學－成藏的綜合研究是地層巖性油氣藏勘探中必不可少的重要技術支撐環(huán)節(jié)，特別是等時格架下的沉積學精細研究在這些新領域的勘探中發(fā)揮了不可或缺的重要作用，是巖性油氣藏勘探發(fā)現(xiàn)的決定性因素之一［12－16］?？碧綄嵺`表明，以歧口凹陷為代表的陸相斷陷盆地坡折體系中既富泥巖又富砂體，這為滿凹含油的石油地質(zhì)格局奠定了重要的物質(zhì)基礎。砂體分布受凸起－坡坪－洼陷古地貌、湖盆內(nèi)外古物源、古水系的綜合控制，具有物源供砂、溝槽輸砂、坡坪控砂、源型聚砂的內(nèi)在規(guī)律，油氣具有優(yōu)勢相富集、匹配控藏、上油下氣、疊合連片的特點。值得重視的是斜坡中低部位Ⅱ級－Ⅲ級坡坪帶的深層天然氣是歧口凹陷今后勘探的重要領域。縱觀歧口凹陷巖性地層油氣藏勘探現(xiàn)狀與潛力，坡折體系業(yè)已成為歧口凹陷古近系重要的地層巖性油氣藏規(guī)模增儲領域，也必將在今后的勘探中取得更大的發(fā)現(xiàn)。

在項目的研究過程中，得到了多位專家學者的指導，在此一并致以誠摯的謝意！

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