箕狀斷陷盆地形成機制、沉積體系與成藏規(guī)律
——以濟陽坳陷為例

宋國奇，郝雪峰，劉克奇

(1.中國石化 勝利油田分公司，山東 東營 257000； 2.中國石油大學 地球科學與技術學院，山東 青島 266555；3.中國石化 勝利油田分公司 地質(zhì)科學研究院，山東 東營 257015)

箕狀斷陷盆地形成機制、沉積體系與成藏規(guī)律
——以濟陽坳陷為例

宋國奇1,2，郝雪峰3，劉克奇3

(1.中國石化 勝利油田分公司，山東 東營 257000； 2.中國石油大學 地球科學與技術學院，山東 青島 266555；3.中國石化 勝利油田分公司 地質(zhì)科學研究院，山東 東營 257015)

中國大陸東部自進入地臺活化階段以來形成的諸如濟陽坳陷等沉積盆地，主要表現(xiàn)為箕狀斷陷形式，剖面為典型的“斷超結構”。其成因與太平洋板塊向中國大陸俯沖，引起地殼拉張減薄，進而導致一系列斷裂發(fā)生伸展活動有關；箕狀斷陷盆地陡坡帶、洼陷帶和緩坡帶構造活動強度不同，受其控制的沉積體系及其組合，表現(xiàn)出與古地貌背景的對應性；受構造-沉積充填特征控制，盆地內(nèi)圈閉類型、輸導體系、成藏動力等成藏要素分布的有序性，決定了盆地油藏類型分布的有序性；不同構造巖相帶成藏主控因素及其組合樣式的差異性，衍生出區(qū)帶油氣富集與控藏模式的差異性。對應于不同區(qū)帶的代表性隱蔽油氣藏，陡坡帶以砂礫巖體成巖封堵成藏模式為主，洼陷帶以濁積扇體壓力-隱蔽輸導控藏模式為主，緩坡帶以灘壩砂巖三元控藏模式為主?？傊?，中國東部古近紀箕狀斷陷盆地具有明顯的石油地質(zhì)“四性”特征，即箕狀斷陷盆地形成的必然性、沉積體系發(fā)育的對應性、油藏類型分布的有序性以及成藏主控因素的差異性。

箕狀斷陷；盆地結構；沉積體系；油藏類型；油氣成藏；濟陽坳陷

中國東部發(fā)育了一系列新生代含油氣盆地，這些盆地橫跨不同古構造和古氣候帶，如東營凹陷、東濮凹陷、泌陽凹陷、高郵凹陷、潛江凹陷等，這些盆地和凹陷構成了我國東部重要的油氣聚集區(qū)。這些斷陷盆地形成演化主要受控于多次區(qū)域性板塊構造運動重組事件及深部過程，其構造格架、沉積充填既存在著相似性，又存在著差異，箕狀斷陷是其主要的表現(xiàn)形式[1-2]。其中，濟陽坳陷的油氣類型多、勘探程度高、勘探潛力大。同時，濟陽坳陷與渤海灣盆地油氣分布特征最為相似。文中以濟陽坳陷為代表，結合多年的勘探實踐，論述了箕狀斷陷盆地沉積體系類型及空間展布、油氣藏類型及分布樣式、區(qū)帶主要成藏模式等方面的普遍性的認識。即中國東部新生代箕狀斷陷盆地形成具有必然性，沉積充填具有對應性，同一箕狀斷陷盆地的不同區(qū)帶油氣成藏則分別具有有序性及差異性。

1 箕狀斷陷盆地形成機制

渤海灣盆地在地理上包括華北平原、渤海海域和下遼河平原3個區(qū)域，其西部和北部邊界分別為太行山和燕山山脈，南鄰魯西南隆起，東側為郯廬斷裂帶所限，總面積約20×104km2。盆地內(nèi)新生代地層沉積厚度幾百至幾千米，最厚可達12 000 m，油氣資源豐富，是我國東部重要的油氣產(chǎn)區(qū)。根據(jù)渤海灣盆地古近系的縱向和橫向分布，通常把渤海灣盆地劃分為冀中、黃驊、臨清、濟陽、渤中、昌濰和下遼河-遼東灣7個坳陷和滄縣、邢(臺)衡(水)、埕寧和內(nèi)黃4個隆起。坳陷和隆起由更次一級的凸起和凹陷構成[3-5]。

渤海灣盆地濟陽坳陷及相鄰的其他坳陷，如冀中坳陷、黃驊坳陷、下遼河-遼東灣坳陷，均有一個由早期不對稱半地塹向晚期坳陷轉化的演化過程。一方面，渤海灣盆地東、西邊界分別受北北東向太行山山前斷裂和郯廬斷裂的控制，南北邊界受北西西向構造帶控制；另一方面，其演化與上地幔上隆形成的裂谷作用有關。在中生代末期，庫拉板塊沿北北西向俯沖，產(chǎn)生了北東向左旋剪切,形成北西向的正斷層和半地塹。從古新世開始，太平洋板塊由中生代的北北西向俯沖轉變?yōu)楸蔽魑飨蚋_，導致郯廬斷裂發(fā)生右旋剪切，在渤海灣地區(qū)引起拉分作用(盆地呈不規(guī)則菱形即是拉分的結果)，這種拉分作用沿早期構造薄弱帶——早期斷裂帶進行，且在盆地的不同部位，拉分作用的方向不同。同時，由于構造上的引張導致的地幔軟流圈上隆和區(qū)域巖漿活動又加劇了巖石圈的伸展。在上述兩種應力場的作用下，在盆地的不同位置必然會形成不同方向的箕狀斷陷：如在盆地西部，拉張方向主要為北東向，形成了由多個西斷東超的箕狀斷陷組成的冀中、黃驊坳陷；在盆地東部，拉張作用方向主要為北西，形成了東斷西超的遼河-遼東灣箕狀坳陷；在中部的濟陽地區(qū)，發(fā)生近南北方向的拉張，形成了由4個北斷南超的箕狀斷陷組成的濟陽坳陷[6-8](圖1)。

2 箕狀斷陷盆地沉積體系

由于箕狀斷陷盆地陡坡帶、緩坡帶和洼陷帶構造活動強度不同，造成不同構造帶沉積體系組合的差異[9-13]，表現(xiàn)出與古地貌特征的對應性(圖2)。下面以濟陽坳陷東營凹陷為例進行論述。

2.1 陡坡帶沉積體系及其演化

箕狀斷陷盆地的陡坡帶，是控盆邊界斷層發(fā)育的位置，構造活動劇烈，具有坡度陡、近物源、粒度粗等特點[14-19]。

斷陷早期，湖盆水體較淺，陡坡帶濱淺湖較發(fā)育；由于湖盆沉降速度與沉積速度大致相當，在臨近湖岸地帶主要發(fā)育了近源快速沉積的洪積扇體，濱淺湖地帶則主要沉積扇三角洲、辮狀河三角洲體系。斷陷中期(鼎盛期)，陡坡帶主斷裂坡度加大，湖盆的沉降速度大于沉積速度，成為欠補償性沉積湖盆，沉積體系主要為近岸水下扇、濁積扇，縱向上呈現(xiàn)出正旋回特征。

圖1 濟陽坳陷南北向現(xiàn)今構造剖面示意圖Fig.1 Present day north to south structural section of Jiyang Depression

圖2 斷陷盆地沉積體系發(fā)育模式Fig.2 Model of depositional system in rift basins

斷陷晚期，邊界斷裂活動減弱，湖盆的沉降速度小于沉積速度，物源補給充分，湖盆逐步進入過補償狀態(tài)，陡坡帶各種扇體呈現(xiàn)出反旋回的特征，湖盆逐漸被三角洲、洪積扇體系所占據(jù)。

2.2 洼陷帶沉積體系及其演化

斷陷早期，由于水體較深，物源供給少，洼陷帶大部分地區(qū)沉積半深湖-深湖相泥巖和油頁巖，僅在軸向靠近物源部位發(fā)育小型三角洲沉積；斷陷中期，由于湖盆的進一步擴張，造成地形高差加大，物源供給相對增多，洼陷帶不但繼續(xù)沉積深湖-半深湖相泥巖和油頁巖，而且還發(fā)育有大型軸向三角洲以及前方數(shù)量眾多的滑塌濁積扇和來自盆地緩坡帶的深水濁積扇；斷陷晚期，湖盆大部分處于淺湖環(huán)境，物源供給充足，深湖相細粒沉積物不發(fā)育，三角洲強烈進積，占據(jù)了盆地的大部分面積，并廣泛發(fā)育三角洲平原相沉積[20-22]。

2.3 緩坡帶沉積體系及其演化

與陡坡帶相比，緩坡帶構造活動相對較弱，且持續(xù)穩(wěn)定。因此，造成沉積體系類型較多，沉積物粒度較細[23-26]。

斷陷早期，隨著控凹邊界大斷層的不斷活動，地層的翹傾形成了寬緩的斜坡帶。由于水體相對較淺，沖積扇和扇三角洲成為主要的沉積體系類型；斷陷中期，湖盆沉降速度大于沉積速度，水體逐漸加深，半深湖-深湖沉積范圍不斷擴大，在緩坡帶形成了廣泛分布的與暗色泥頁巖呈互層狀的灘壩砂沉積，在水下高地，往往形成碳酸鹽灘壩，在溝谷處，短軸三角洲以及與之對應的濁積扇沉積也會出現(xiàn)；斷陷晚期，構造活動減弱，湖盆的沉降速度小于沉積速度，物源補給充分，湖盆成為過補償狀態(tài)，湖盆相對萎縮，在斜坡帶上主要發(fā)育了三角洲和辮狀河三角洲沉積。

3 箕狀斷陷盆地成藏規(guī)律

3.1 油藏類型分布的有序性

箕狀斷陷盆地內(nèi)的構造演化和沉積充填特征，決定了成藏要素發(fā)育的規(guī)律性，形成了不同類型油藏分布的有序性[27-33]。這種有序性由圈閉類型分布、成藏動力構成及輸導體系組合的有序性決定。

3.1.1 圈閉類型分布的有序性

箕狀斷陷盆地廣泛發(fā)育有三角洲-濁流沉積體系、濱淺湖相灘壩砂和陡坡帶各類扇體，同時，盆地斜坡中部斷層發(fā)育，斜坡邊部不同級別的不整合大量存在，因而，從盆地中心到邊緣，圈閉類型往往存在著巖性—巖性-構造—構造-巖性—地層圈閉的有序變化[34](圖3)。

3.1.2 成藏動力構成的有序性

研究表明，箕狀斷陷盆地深部大規(guī)模超壓是在欠壓實成因的基礎上疊加生烴增壓[35]，因而從生烴洼陷到盆地邊緣，壓力由超壓系統(tǒng)—過渡系統(tǒng)—常壓系統(tǒng)有序演化[36]。與此對應，超壓環(huán)境下的油氣成藏動力以異常高壓為主；壓力過渡帶的油氣成藏動力為壓力和浮力聯(lián)合作用；常壓環(huán)境下的油氣成藏動力以浮力為主(圖4)。

圖3 東營凹陷主要圈閉類型劃分示意圖Fig.3 Sketch map showing major trap types in Dongying Sag

3.1.3 輸導要素組合的有序性

箕狀斷陷盆地發(fā)育有不同沉積類型的砂體及不同級別的不整合面，它們與眾多的斷層一起構成了復雜的油氣輸導體系。大量實踐證明，箕狀斷陷盆地的剖面結構雖然具不對稱性，但輸導體系的構成卻呈對稱分布，即不同凹陷帶不同層位的輸導體系在平面上呈有序環(huán)帶狀分布。從盆地中心到邊緣，輸導體系往往存在著裂縫+控烴斷層型—斷層+砂體型—砂體+不整合型的有序變化[37-41]。

箕狀斷陷盆地圈閉類型、成藏動力、輸導體系的有序演化，決定了盆地內(nèi)不同類型油藏分布的有序性。即從洼陷中心到邊緣，油藏類型呈現(xiàn)出巖性油藏—構造-巖性油藏—構造油藏—地層油藏的分布狀態(tài)，且具有縱向疊置，橫向毗鄰，疊合連片的特征(圖5)。

油藏分布有序性認識深化了對東營凹陷油氣藏類型及空間分布規(guī)律的科學預測和評價，實現(xiàn)了從三角洲平原構造油藏到前三角洲濁積巖巖性油藏勘探的主動轉移。該模式在沾化、惠民等凹陷的洼陷帶濁積巖精細勘探中也見到了顯著成效。

3.2 成藏主控因素的差異性

箕狀斷陷盆地油氣藏分布的有序性是宏觀層面上的油氣分布規(guī)律，而盆地內(nèi)不同區(qū)帶(層系)地質(zhì)要素的空間配置、內(nèi)部結構、成藏動力及其作用過程的變化導致油氣藏類型及主控因素存在著明顯的差異性[14-18]。根據(jù)濟陽坳陷大量的勘探成果和深入地綜合分析，以東營凹陷陡坡帶砂礫巖扇體、洼陷帶濁積巖和緩坡帶濱淺湖灘壩砂巖為例闡述斷陷盆地油氣成藏主控因素的差異性。

3.2.1 陡坡帶砂礫巖體成巖封堵成藏模式

“十一五”以來，東營凹陷北部陡坡帶砂礫巖體已完鉆探井96口，其中90口見到油氣顯示(解釋油氣層井70口)。目前，陡坡帶砂礫巖共發(fā)現(xiàn)油田9個，累計上報探明石油地質(zhì)儲量3.5×108t。在含油性系統(tǒng)統(tǒng)計的基礎上，從沉積組構、壓實過程、盆地演化、地層流體性質(zhì)等方面分析了扇根封堵的內(nèi)在機理，形成了成巖封堵的油氣成藏模式[16]。由于成巖環(huán)境在縱向上明顯不同，導致其扇根的封堵能力存在著很大的差異，相應的油藏類型也隨之變化(圖6)。

圖4 東營凹陷油氣成藏動力分布序列Fig.4 Sequence of hydrocarbon accumulation dynamics distribution in Dongying Sag

圖5 箕狀斷陷盆地不同類型油藏有序分布Fig.5 Orderliness of distribution of different types of reservoirs in dustpan-shaped faulted depression

低封堵能力的構造油藏帶：埋深介于1 700～2 300 m，成巖作用處于早成巖A階段，扇根的封堵能力較差，油藏類型多為靠斷層封堵的構造油藏，油氣的充滿度較低，水多油少，含油高度一般在10～70 m，油藏的寬度一般介于200～1 000 m。

中等封堵能力的構造-巖性油藏帶：埋深介于2 300～3 280 m，成巖作用處于早成巖B階段，扇根的封堵能力較上部有了明顯的改善，油藏類型為構造-巖性油藏，油氣充滿度中等，油水間互，含油高度在20～90 m，油藏的寬度一般介于300～1 500 m。

高封堵能力的巖性油藏帶：埋深介于3 280～4 300 m，成巖作用處于中成巖A階段，扇根的封堵能力強，油藏類型為成巖封堵的巖性油藏，油氣充滿度高，油藏非油即干，含油高度在80～190 m，油藏的寬度一般介于600～2 500 m。

3.2.2 洼陷帶濁積巖壓力-隱蔽輸導控藏模式

洼陷帶濁積巖含油性取決于3個方面：提供油氣及成藏動力的烴源巖,作為輸導體系構成要素的斷裂(裂縫)的發(fā)育程度及巖性透鏡體的有效儲集條件。統(tǒng)計分析表明，當排烴強度大于350×104t/km2時，源巖區(qū)普遍發(fā)育異常高壓，更有利于透鏡體成藏(勘探實踐中超過四分之三的成藏巖性體地層壓力系數(shù)大于1.2)；源外透鏡體砂巖成藏范圍，即距離源巖距離，向上約200 m(圖7)[20]。

圖6 東營凹陷陡坡帶砂礫巖體成藏模式(鹽22井—鹽19-1井近南北向油藏剖面)Fig.6 Hydrocarbon accumulation patterns for conglomerate fan in the steep slope belt of Dongying Sag(North-south reservoir section crossing well Yan22 and Yan19-1)

洼陷帶斷層往往不太發(fā)育，因而，在濁積巖油藏成藏過程中，裂縫系統(tǒng)起著重要的輸導作用。巖石承受的流體壓力超過了其破裂強度后，就可產(chǎn)生裂隙。東營凹陷泥巖破裂深度門限約為2 900～3 000 m(壓力系數(shù)大于1.38)，即在該深度以下(這也是砂巖透鏡體成藏的門限深度)，地層孔隙流體異常壓力可以導致巖石破裂，這些裂縫與為數(shù)眾多的三角洲前緣濁積性薄砂層構成了隱蔽性油氣輸導網(wǎng)絡，成為濁積巖巖性油氣藏形成的另一關鍵要素。

3.2.3 緩坡帶灘壩砂巖三元控藏模式

東營凹陷南部緩坡帶沙河街組四段上亞段廣泛發(fā)育灘壩砂，已探明儲量近2×108t。通過對灘壩砂巖成因、成藏的綜合研究，形成了包含斷裂構造、有效儲層、流體壓力等要素的“三元控藏”的成藏模式。即構造(背景)、斷裂控制成藏部位；有效儲層決定成藏規(guī)模；壓力高低控制油藏充滿程度(圖8)[23]。

圖7 東營凹陷洼陷帶濁積巖壓力-隱蔽輸導控藏模式Fig.7 Hydrocarbon accumulation pattern with pressure-subtle migration in the turbidite of the central belt in Dongying Sag

圖8 東營凹陷緩坡帶濱淺湖灘壩砂巖成藏模式Fig.8 Hydrocarbon accumulation pattern of beach-bar sand body in shore-shallow lacustrine in the gentle slope belt of Dongying Sag

構造背景是油氣成藏的基礎地質(zhì)條件，大型的正向構造帶(鼻狀構造)更易于成藏；斷裂具有封閉、輸導和分配油氣的作用，二、三級主斷層控制含油區(qū)塊，四、五級小斷層一般不改變壓力系統(tǒng)，利于油氣輸導和改善儲層。

有效儲層是決定灘壩砂巖油藏規(guī)模的關鍵因素，灘壩砂巖油層分布和產(chǎn)能的高低明顯受有效儲層的控制。沉積微相、成巖過程和灰質(zhì)含量控制著灘壩砂體儲層的有效性，單層厚、物性好的壩砂最易富集成藏，單層薄、灰質(zhì)含量低的灘砂也具有較好儲集性能。

異常高壓是灘壩砂巖成藏的源動力，決定著油氣藏的充滿程度。烴源巖的排烴強度導致異常高壓圍繞生烴中心呈內(nèi)高外低的“環(huán)帶狀”分布，從而控制著油氣富集(充滿)程度和油藏類型的變化。

灘壩砂油藏在橫向上具有3種成藏模式：靠近洼陷高壓區(qū)，地層壓力大，油氣充滿度高，油藏類型以巖性油藏為主，油氣藏無明顯的邊底水，非油即干；盆地斜坡中部，為地層壓力過渡區(qū)，油藏類型以構造-巖性油藏為主，油氣充滿度較高，局部可見油水間互；盆地邊緣為常壓區(qū)，具鼻狀構造背景的高部位油藏類型相對單一，以構造油藏為主，油氣充滿度相對較低，油水間互現(xiàn)象比較普遍，具有明顯的邊底水。

4 結論

1) 基于渤海灣盆地的基本特征，揭示了盆地結構及成藏要素的相似性，成為凹陷和區(qū)帶勘探優(yōu)化選擇的出發(fā)點，不同盆地和相鄰層系之間，勘探經(jīng)驗和技術可以相互借鑒，是指導三新領域勘探的基本原則。

2) 以濟陽坳陷東營凹陷為解剖對象，提出了凹陷內(nèi)油藏特征及分布的有序性，凹陷內(nèi)不同類型油藏連續(xù)有序分布，是成熟探區(qū)實現(xiàn)勘探目標的主動轉移，發(fā)現(xiàn)規(guī)模儲量的指導方針。

3) 以盆地成藏要素構成差異性研究為基礎，明確了成藏動力及油氣富集的差異性，是指導盆地內(nèi)不同區(qū)帶、不同層系油氣藏勘探部署思路及關鍵技術攻關、實現(xiàn)油藏高效勘探的關鍵。

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(編輯 高 巖)

Tectonic evolution,sedimentary system and petroleum distribution patterns in dustpan-shaped rift basin:a case study from Jiyang Depression,Bohai Bay Basin

Song Guoqi1,2,Hao Xuefeng3,Liu Keqi3

(1.ShengliOilfieldCompany,SINOPEC,Dongying,Shandong257000,China;2.SchoolofGeosciences,ChinaUniversityofPetroleum,Qingdao,Shandong266555,China;3.GeoscienceResearchInstitute,ShengliOilfieldCompany,SINOPEC,Dongying,Shandong257015,China)

The sedimentary basins in eastern China(like Jiyang Depression)are characterized by dustpan-shape with marginal faults and vertical overlapping architecture.These basins formed due to the subduction of Pacific Plate under China continent,which caused crust stretching and thinning,and further resulting in a series of extension of faults.In dustpan-shaped rift basin,the tectonic intensity varies in different structural belts.Therefore,the sedimentary systems and their assemblages under their control correspond well with the palaeogeomorphology.Due to the control of tectonic evolution and depositional characteristics,the traps,carrier system and the accumulation dynamics show some orderliness of distribution,which determines the orderliness of reservoir type distribution.Secondly,the differences of the major hydrocarbon accumulation controlling factors and their assemblages between different structure belts generate the differences of hydrocarbon accumulation and reservoir patterns between different plays.Moreover,different types of subtle reservoirs are deve-loped at different structural belts.Specifically,conglomerate fan reservoirs in the steep slope belt show hydrocarbon accumulation pattern featured by diagenetic sealing.The turbidity fan reservoirs in the central-depression belt show the hydrocarbon accumulation pattern featured by pressure-subtle migration.And the beach-bar sand bodies in the gentle slope belt show hydrocarbon accumulation pattern featured by control of three elements,i.e.faulted structures,effective reservoir,and formation fluid pressure.In conclusion,the petroleum geologic features of the Paleogene dustpan-shaped rift basins in east China can be sum up as follows:regularity in the evolution of basin,correspondence in sedimentary system,orderliness of reservoir type distribution,and difference in key factors controlling hydrocarbon accumulation.

dustpan-shaped fault depression,basin structure,sedimentary system,reservoir type,petroleum accumulation,Jiyang Depression

2013-11-05。

宋國奇(1957—)，男，教授級高級工程師，地球物理勘探。E-mail：songguoqi.slyt@sinopec.com。

國家科技重大專項(2011ZX05006)。

0253-9985(2014)03-0303-08

10.11743/ogg201402

TE12

A