渤中凹陷斜坡類型與新近系油氣成藏特征*

王德英 薛永安 于海波 黃江波 張宏國(guó) 史盼盼 周園園

(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司 天津 300459)

陸相斷陷盆地斜坡區(qū)主要指從深部洼陷帶向凸起區(qū)的緩慢過(guò)渡帶，其分布面積占凹陷總面積的50%～70%，是油氣運(yùn)移的主要指向區(qū)，一直是勘探的重要領(lǐng)域[1-4]。近年來(lái)已相繼在渤海海域臨近陸區(qū)的遼河坳陷西斜坡、濟(jì)陽(yáng)坳陷東營(yíng)南斜坡、岐口凹陷斜坡、冀中坳陷文安和蠡縣斜坡等獲得大規(guī)模發(fā)現(xiàn)，地質(zhì)儲(chǔ)量超15×108t油當(dāng)量[5-6]，但多集中在古近系，特別是沙河街組。渤海海域渤中凹陷為渤海灣盆地最富烴洼陷，資源量近50×108t，是最主要的儲(chǔ)量發(fā)現(xiàn)區(qū)。由于渤中凹陷埋深大，50余年的勘探主要以潛山和淺層為主，已發(fā)現(xiàn)很多大油田，儲(chǔ)量發(fā)現(xiàn)主要以淺層為主，如蓬萊19-3、秦皇島32-6、秦皇島33-1南、曹妃甸11-1、南堡35-2等，淺層儲(chǔ)量約占總發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)量的80%，但這些淺層油氣主要分布在凸起區(qū)、陡坡帶(圖1)，而且無(wú)論是深層還是淺層，大面積的斜坡帶勘探成效都不很理想。

圖1 環(huán)渤中地區(qū)洼中隆起型匯聚脊與淺層油田分布Fig.1 Convergence ridge and shallow oilfield distribution of mid-sag uplift type in Bozhong region

隨著淺層勘探向洼陷的不斷深入，認(rèn)識(shí)到不同斜坡帶的成藏特征、油氣規(guī)模差異很大。而渤中凹陷受NWW向、NNE向兩組大型走滑斷裂及其多期、多應(yīng)力、多方向疊加的影響[7-10]，斜坡區(qū)的結(jié)構(gòu)類型并非典型的陸相伸展斷陷斜坡，其結(jié)構(gòu)變化快且復(fù)雜，早期為多個(gè)獨(dú)立的次洼，晚期為渤海灣盆地的沉積沉降中心而形成統(tǒng)一的洼陷，因此不同時(shí)期的斜坡類型、分布差異很大，需要進(jìn)行明確。另外，斜坡帶的類型劃分也一直是陸相斷陷盆地的主要內(nèi)容，如李丕龍[5]根據(jù)斜坡帶形態(tài)和構(gòu)造特征劃分出寬緩型、窄陡型和雙元型，趙賢正 等[6]依據(jù)斷裂活動(dòng)強(qiáng)度及斜坡產(chǎn)狀劃分出撓曲坡折型、平緩臺(tái)坡型、寬緩斷階型、窄陡斷階型、掀斜翹傾型，但這些劃分方案大部分是針對(duì)深層控砂控藏機(jī)制進(jìn)行研究的[11-13]，很難滿足淺層油氣富集控制的研究。薛永安 等[14-16]提出了深層匯聚脊對(duì)淺層油氣富集的控制，并有效指導(dǎo)了勘探實(shí)踐。本文主要以渤中凹陷為研究對(duì)象，以匯聚脊特征及其與斜坡的關(guān)系進(jìn)行斜坡類型劃分與特征分析，并在此基礎(chǔ)上探討其對(duì)淺層油氣富集的控制作用，以期指導(dǎo)該地區(qū)下一步的勘探實(shí)踐。

1 斜坡類型劃分及分布特征

本文對(duì)渤中凹陷斜坡類型的劃分主要是基于淺層油氣成藏在源-匯-聚的主要控制因素，首先按照次洼供烴的差異，以次洼為單元?jiǎng)澐至?個(gè)一級(jí)斜坡區(qū)；然后依據(jù)匯聚脊的發(fā)育特征以及斜坡本身的結(jié)構(gòu)產(chǎn)狀，以一級(jí)斜坡區(qū)為單元?jiǎng)澐殖隽?4個(gè)二級(jí)斜坡(圖1、2)。

圖2 渤中凹陷斜坡類型分布綱要Fig.2 Outline of slope type distribution in Bozhong sag

1.1 次洼發(fā)育特征

基于已鉆井及大三維地震資料，基本明確了渤中凹陷的洼陷結(jié)構(gòu)與地層充填特征，即渤中凹陷具多洼多隆結(jié)構(gòu)，不同時(shí)期次洼范圍、厚度差異大(圖3)。研究表明，整體上渤中凹陷與渤海灣盆地具有同樣的發(fā)育、發(fā)展、充填歷史，盆地演化具有多旋回性，大致經(jīng)歷了3個(gè)構(gòu)造演化旋回和5個(gè)構(gòu)造演化階段，發(fā)育了4套主力烴源巖[17-20]；但又有其特殊性，即渤中凹陷為渤海灣盆地的晚期沉積沉降中心，不同時(shí)期次洼發(fā)育特征差異性顯著。

沙四段和孔店組沉積期為初始斷陷期，發(fā)育一套重要烴源巖層，但沉積范圍較局限，海域僅在萊州灣凹陷、青東凹陷、黃河口凹陷與遼中凹陷發(fā)育；渤中凹陷基本未沉積此套地層，只在西南次洼、渤東洼陷東緣有沉積(圖4a—c)。沙三段沉積期為廣泛斷陷期，形成一套巨厚半深湖—深湖相暗色泥巖，是主要烴源巖發(fā)育段；渤中凹陷區(qū)以凸起或低凸起相隔，發(fā)育渤中主洼、渤中西次洼、渤中西南次洼與渤東凹陷，除了渤東凹陷外，其他3個(gè)次洼晚期溝通(圖3a)。沙一、二段沉積期為裂后熱沉降拗陷階段，4個(gè)次洼連通，面積擴(kuò)大，其中沙一段以泥巖夾油頁(yè)巖、白云巖、生物灰?guī)r為特征，是一套重要的烴源巖層。東營(yíng)組沉積期盆地再次強(qiáng)烈斷陷，渤中凹陷也成為渤海灣盆地的斷陷沉降中心，廣泛發(fā)育深湖相泥巖，成就渤海獨(dú)特的一套烴源巖層，而且全渤中地區(qū)分布，但仍受到NNE和NW向展布的低凸起、洼中隆起分割，保持渤中主洼、渤中西次洼、渤中西南次洼與渤東凹陷的次洼結(jié)構(gòu)(圖1、3b)。館陶組至明下段沉積期為第二裂后熱沉降階段，盆地整體以渤中凹陷為中心呈向心式廣覆充填(圖4d、e)，形成晚期有利儲(chǔ)蓋組合。明上段沉積期以來(lái)的構(gòu)造再活動(dòng)階段，以斷層為代表的構(gòu)造活動(dòng)明顯變強(qiáng)烈，伴隨郯廬斷裂的右旋走滑運(yùn)動(dòng)，斷裂發(fā)育，成為油氣垂向運(yùn)移的有利通道[13,15-16,21]。

圖3 渤中凹陷地層厚度圖Fig.3 Isopach map of Bozhong sag

圖4 渤中凹陷地震剖面(剖面位置見圖1)Fig.4 Seismic profiles of Bozhong sag(see Fig.1 for location)

因此，從源的角度，按照次洼分布特征，將渤中凹陷斜坡劃分為4個(gè)一級(jí)斜坡區(qū)，即渤東凹陷斜坡區(qū)、渤中主洼斜坡區(qū)、西南次洼斜坡區(qū)和西次洼斜坡區(qū)。

1.2 匯聚脊發(fā)育特征

勘探實(shí)踐表明,深層匯聚脊、基底形態(tài)、斜坡產(chǎn)狀等共同控制了淺層的油氣富集[5,8,15-16]。受多期、多應(yīng)力、多方向構(gòu)造疊加的影響，渤中凹陷發(fā)育不同時(shí)期的多走向構(gòu)造脊[17-18,20](圖1、4)，可形成控制淺層油氣富集的匯聚脊[15]。渤海海域油氣成藏期晚，主要在5 Ma之后[17-18,20]，此時(shí)的構(gòu)造脊基本定型，新生界底面的形態(tài)圖基本可以代表洼中隆起型匯聚脊的發(fā)育位置。大三維地震資料解釋落實(shí)渤中凹陷的構(gòu)造脊主要為NE、NW、NNE、SN、EW等5組(圖1)，不同地區(qū)構(gòu)造脊的發(fā)育程度、方向存在很大差異，有單方向、多方向的，也有順向、橫切斜坡及橫向順向交叉的，更有不發(fā)育匯聚脊的,它們直接影響著油氣的運(yùn)聚方向和能力。

因此，從運(yùn)聚的角度，按照匯聚脊軸向與斜坡傾向的關(guān)系，將渤中凹陷一級(jí)斜坡區(qū)劃分出橫向、順向、橫向交叉、順向交叉、無(wú)脊等5類(表1)。同時(shí)，斜坡產(chǎn)狀與規(guī)模、基底沉積作用、構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)弱程度、斜坡產(chǎn)狀形態(tài)也是控制油氣運(yùn)移聚集的重要因素[2,5-6,15]，按照斜坡產(chǎn)狀、基底沉積作用、斷裂活動(dòng)強(qiáng)弱程度又進(jìn)一步劃分為寬緩、窄陡、寬緩斷階、窄陡斷階、撓曲坡折等5類。最終渤中凹陷共劃分出了14個(gè)二級(jí)斜坡(表1)。

2 不同斜坡區(qū)新近系油氣成藏特征

渤海海域早期勘探主要在近源低凸起富集成藏理論認(rèn)識(shí)指導(dǎo)下，發(fā)現(xiàn)了錦州9-3、錦州20-2、綏中36-1等油田。90年代中后期隨著渤海海域油氣地質(zhì)條件認(rèn)識(shí)的深入，勘探目的層系重點(diǎn)轉(zhuǎn)向以淺層為主，首先在高凸起區(qū)發(fā)現(xiàn)了秦皇島32-6、曹妃甸11油田群、蓬萊19-3等大型稠油油藏。之后在中轉(zhuǎn)站理論的指導(dǎo)下[14]，在陡坡帶勘探發(fā)現(xiàn)了渤中25-1南、曹妃甸6-4、墾利10-1等一系列淺層優(yōu)質(zhì)油田。近期，在匯聚脊理論認(rèn)識(shí)的指導(dǎo)下進(jìn)一步向洼中淺層邁進(jìn)[15]，在洼中古隆起區(qū)發(fā)現(xiàn)了曹妃甸12-6、渤中29-6、渤中36-1等一系列大中型輕質(zhì)油田。斜坡區(qū)的油氣更容易在深層聚集，但是按照匯聚脊控淺層油氣富集的認(rèn)識(shí)，斜坡區(qū)深層匯聚脊發(fā)育部位若發(fā)育淺層通脊斷裂就可以形成商業(yè)性油氣富集。通過(guò)對(duì)渤中地區(qū)淺層已鉆失利構(gòu)造、含油氣構(gòu)造、油田成藏特征與匯聚脊、斜坡類型的解剖，進(jìn)一步表明斜坡區(qū)的油氣也可以在淺層大規(guī)模成藏，只是不同類型斜坡的淺層成藏模式、成藏特征差異性較大(表1)。

2.1 以順向脊為主的斜坡區(qū)成藏特征

以順向脊為主的斜坡區(qū)運(yùn)移條件好，油氣容易在高凸起大規(guī)模聚集成藏。在斜坡區(qū)一般難以形成大規(guī)模油氣商業(yè)性聚集，但是在晚期切脊橫向斷裂發(fā)育的地區(qū)(如斷階帶)也會(huì)有較小規(guī)模的商業(yè)發(fā)現(xiàn)。環(huán)渤中地區(qū)順向構(gòu)造脊規(guī)模大，一般都從洼陷區(qū)延伸到凸起區(qū)，而順向構(gòu)造脊的最高部位受地層產(chǎn)狀、邊界大斷裂等因素的控制，容易形成高凸起型匯聚脊，而且淺層一般對(duì)應(yīng)背斜或者斷裂遮擋半背斜圈閉，匯聚條件極其優(yōu)越，一般有大規(guī)模油氣成藏(圖1、表1)。相應(yīng)的，由于此類構(gòu)造脊導(dǎo)致凸起區(qū)大規(guī)模成藏，其斜坡部位大規(guī)模成藏就很難，因?yàn)樾逼鲁刹氐年P(guān)鍵要素是截留聚集能力。分析認(rèn)為，順向脊斷階斜坡部位可有一定規(guī)模的商業(yè)聚集，但是整體規(guī)模不大，主要是因?yàn)閿嚯A處容易發(fā)育沉積砂體，形成砂體型匯聚脊，而且斷階處一般發(fā)育晚期通源斷裂，油氣進(jìn)一步垂向運(yùn)移能力強(qiáng)，但其規(guī)模主要取決于斷階部位的側(cè)向封堵條件。一般而言，規(guī)模大的斷裂為扭性斷裂，容易封堵，窄陡斜坡相較于寬緩斜坡封堵條件更好。另外，在切脊斷裂附近的高部位也可形成一系列小規(guī)模的油藏群。

2.2 以橫向脊為主的斜坡區(qū)成藏特征

以橫向脊為主的斜坡區(qū)淺層可以大規(guī)模成藏。除了渤東凹陷外，渤中凹陷大部分斜坡區(qū)的橫向構(gòu)造脊都處于成熟烴源巖范圍內(nèi)，形成洼中隆起型匯聚脊，晚期通脊斷裂發(fā)育，油氣可以在淺層大規(guī)模聚集。渤海海域由于多期、多應(yīng)力、多方向斷裂發(fā)育，形成的構(gòu)造脊多為交叉脊，油氣在不同方向匯聚脊交叉部位單構(gòu)造聚集成藏，整體上橫向構(gòu)造脊一般會(huì)形成一個(gè)中小油氣田群，而且具有成排成帶的分布特征(圖1、表1)。

3 勘探實(shí)踐

3.1 順向脊斜坡勘探實(shí)踐

早期勘探在渤中凹陷周邊凸起區(qū)發(fā)現(xiàn)了一系列淺層大油田，總結(jié)這些大油田的成藏模式可以看出，油田都位于大型匯聚脊的高部位(圖1)，而且這些匯聚脊都為順向脊，延伸到洼陷內(nèi)與成熟烴源巖大面積接觸，如蓬萊19-3、秦皇島32-6、南堡35-2、曹妃甸11-12油田群、蓬萊9-1、蓬萊20-2、蓬萊20-3、渤中29-1等。按照順向脊成藏模式勘探，近期不但在順向脊高部位發(fā)現(xiàn)淺層秦皇島33-1南億噸級(jí)極淺水三角洲巖性油氣藏[16，22-24]，在斜坡區(qū)勘探也獲得了一系列中小型發(fā)現(xiàn)，如鉆探的龍口19-1、龍口19-1北、龍口9-2等。

受郯廬斷裂東支影響，渤南低凸起東段北斜坡形成了龍口19-1/1北、龍口19-1西等一系列淺層斷塊圈閉，緊鄰渤中與渤東凹陷，深層近南北向大型順向匯聚脊發(fā)育，深入到渤中主洼、渤東凹陷內(nèi)，深、淺層匯聚脊疊合程度高，成藏條件優(yōu)越，匯聚脊高部位形成蓬萊19-3大油田(圖5)。南北向大型順向匯聚脊又被近東西向持續(xù)發(fā)育的大斷裂切割，形成多個(gè)反向斷層遮擋圈閉，反向斷層斷距大，油氣遮擋條件好，易于成藏。在大斷層旁邊部署了3口井，都獲得了油氣發(fā)現(xiàn)，LK19-1N-1d井在館陶組測(cè)試取得高產(chǎn)輕質(zhì)油氣流，有望形成中型中—輕質(zhì)油田。

圖5 龍口19構(gòu)造區(qū)三維可視化Fig.5 Three-dimensional visualization of Longkou 19 structure area

3.2 橫向匯聚脊勘探實(shí)踐

按照橫向匯聚脊斜坡成藏模式，在斜坡早期勘探失利的地方重新上鉆獲得了一系列重要發(fā)現(xiàn)，如渤中8-4、曹妃甸12-6、曹妃甸6-1、曹妃甸6-2、渤中13-1南等中型輕質(zhì)油田。

渤中13-1南構(gòu)造位于渤中凹陷西次洼斜坡帶上，是1999年發(fā)現(xiàn)的一個(gè)較大型的淺層構(gòu)造，當(dāng)年及后續(xù)鉆探了BZ13-1S-1、CFD24-1-1等幾口探井，都沒有獲得油氣發(fā)現(xiàn)。運(yùn)用新的三維地震顯示技術(shù)，發(fā)現(xiàn)該區(qū)發(fā)育多個(gè)橫向匯聚脊(圖6a)，包括渤中19-6、渤中13-1、渤中13-1南。渤中13-1南匯聚脊雖然相對(duì)于渤中19-6、渤中13-1低，而且整體平緩，但其北部匯聚脊特征明顯，可以匯聚油氣。特別是渤中13-1南淺層構(gòu)造脊與深部匯聚脊疊合，而渤中13-1匯聚脊淺層圈閉不發(fā)育，整體向渤中13-1南抬升。這樣，渤中13-1南淺層在深部存在2個(gè)優(yōu)勢(shì)油氣匯聚脊，成藏有利。在成功部署渤中13-1S-2d鉆探井后，發(fā)現(xiàn)了渤中13-1南淺層中型油田。分析認(rèn)為，渤中13-1南構(gòu)造早期的鉆探井均遠(yuǎn)離該深層構(gòu)造脊，導(dǎo)致鉆探失利(圖6b)。

圖6 渤中13-1南構(gòu)造區(qū)油氣匯聚脊特征Fig.6 Characteristics of oil and gas convergence ridge in BZ13-1S structure area

4 結(jié)論

1) 考慮淺層油氣成藏在源-匯-聚的主控因素，將渤中凹陷按次洼劃分出渤東凹陷斜坡區(qū)、渤中主洼斜坡區(qū)、西南次洼斜坡區(qū)、西次洼斜坡區(qū)等4個(gè)一級(jí)斜坡區(qū)，進(jìn)一步結(jié)合匯聚脊發(fā)育特點(diǎn)劃分為橫向、順向、橫向交叉、順向交叉、無(wú)脊等5類，并參考斜坡產(chǎn)狀、基底沉積作用、斷裂活動(dòng)強(qiáng)弱等進(jìn)一步劃分為寬緩、窄陡、寬緩斷階、窄陡斷階、撓曲坡折等5類，最終在渤中凹陷識(shí)別出14個(gè)二級(jí)斜坡類型。

2) 探討了渤中凹陷不同類型斜坡區(qū)淺層油氣富集成藏特征，結(jié)果表明：順向脊斜坡區(qū)運(yùn)移條件好，油氣在高凸起大規(guī)模聚集成藏，而斜坡區(qū)難以大規(guī)模成藏，但是在切脊斷裂強(qiáng)發(fā)育區(qū)可以形成中小型商業(yè)性聚集；橫向脊寬緩斜坡區(qū)是淺層油氣富集的主要部位，具有多個(gè)交叉脊成排成帶油氣富集的特征。