萊州灣凹陷墾利10-4油田成藏模式

楊 波, 楊海風, 周 平, 余 箐, 梁浩然, 劉 輝

(1.中海石油(中國)有限公司 天津分公司，天津 300452;2.油氣藏地質及開發(fā)工程國家重點實驗室(成都理工大學)，成都 610059)

萊州灣凹陷位于渤海南部，凹陷內已鉆的30多口探井，探明Ⅲ級石油儲量約2.5×108t[1]。王根照等[2]提出了在萊州灣凹陷尋找商業(yè)性價值油田的思路(“近源成藏”條件)：①平面上接近生烴中心；②層位上近烴源巖層；③位于油氣運移主通道附近。2008年發(fā)現(xiàn)北部陡坡帶墾利10-1億噸級油田，表明萊州灣凹陷北洼優(yōu)質烴源巖發(fā)育，緊鄰北洼的中央構造帶亦為油氣主要運移方向[3]。位于中央構造帶上的墾利10-4油田為2013年鉆探發(fā)現(xiàn)的油田，其緊鄰北洼生油凹陷，儲層臨近烴源巖，符合“近源成藏”條件。2013年7月在墾利10-4構造10-4-1井古近系沙河街組第三段(簡稱“沙三段”，其他地層簡稱與此類似)鉆遇45 m厚的油層[4]，表明位于萊州灣凹陷中央構造帶上的墾利10-4構造具有較大的勘探潛力。

前人對萊州灣凹陷中央構造帶及墾利10-4油田的油氣成藏條件與成藏模式做了一定的研究[1-2,5-10]，王飛龍等[5]、王亮等[6]明確了沙三段烴源巖對研究區(qū)的油氣充注作用，但對沙四段烴源巖是否存在貢獻尚有疑問；牛成民[7]、王根照等[2]研究認為萊州灣凹陷油氣藏的主成藏期為上新世以來。針對墾利10-4油田，主成藏期未有深入的研究，主力產層沙三段儲集砂體空間分布、儲蓋組合及成藏模式等方面認識不清，制約著墾利10-4油田下一步的油氣勘探。本文從油氣來源、儲集性能、儲蓋組合、圈閉特征等成藏條件入手，分析油氣成藏期，建立墾利10-4油田的油氣成藏模式，為該油田的進一步勘探與開發(fā)提供依據(jù)，并為萊州灣凹陷環(huán)北洼地區(qū)油氣成藏規(guī)律的認識提供借鑒。

1 區(qū)域地質概況

萊州灣凹陷位于渤海南部海域，為郯廬走滑斷裂帶東支與西支所夾持的發(fā)育在中生界基底之上的新生代凹陷，面積約 1 780 km2[11]。萊州灣凹陷西與墾東凸起相鄰，南北分別以濰北凸起和萊北低凸起為界，東部郯廬走滑斷裂帶東支凹陷與魯東凸起分隔，為萊州灣凹陷東界，也是渤海灣盆地東南部的邊界斷裂[12]。凹陷可進一步劃分為北部陡坡帶、北洼、南洼、中央構造帶及南部緩坡帶等8個次級構造單元，研究區(qū)位于凹陷中部的中央構造帶上(圖1)。萊州灣凹陷構造上屬于濟陽拗陷次級構造單元，整體上表現(xiàn)為北斷南超的構造樣式[7]。

據(jù)鉆井揭示，墾利10-4構造自上而下鉆遇的地層分別為：新近系明化鎮(zhèn)組下段(N1mL)、館陶組(N1g)，古近系東營組第二段(E3d2)、東營組第三段(E3d3)、沙河街組第一段(E2s1)、第二段(E2s2)及沙河街組第三段上亞段(E2s3U)，完鉆層位為沙三中亞段(E2s3M)。沙三段與沙四段為萊州灣凹陷2套重要的烴源巖層，且沙三段發(fā)育有利的儲集層[2,13]。試油資料表明，墾利10-4油田的油層主要集中在沙三上亞段，楊波等的研究也表明沙三上亞段為墾利10-4油田的主要富集層位[1]。

2 油氣成藏條件

2.1 油源條件

鉆探表明萊州灣凹陷北洼的主力烴源巖層為沙三段和沙四段，而中央構造帶的油氣主要來源于北洼[3,5,14]。萊州灣凹陷北洼沙三段、沙四段烴源巖有機碳含量平均值明顯高于東三段、沙一段及沙二段，有機碳質量分數(shù)(wTOC)在1.5%以上，為好-極好的烴源巖(圖2-A)，有機質類型以Ⅰ-Ⅱ型為主，有機質成熟度(Ro)為0.35%～0.80%(圖2-B)，顯示沙三、沙四段烴源巖具有較高的資源潛力。

圖1 萊州灣凹陷區(qū)域構造位置及地層綜合柱狀圖Fig.1 Tectonic location and stratigraphic column of the Laizhouwan sag

圖2 萊州灣凹陷北洼古近系烴源巖評價Fig.2 Evaluation of Paleogene source rocks in the northern depression of the Laizhouwan sag(A)有機碳平均含量; (B)有機質類型及成熟度劃分

為了判斷墾利10-4油田沙三段的油氣來源，本次研究選用長鏈三環(huán)萜烷指數(shù)(ETR)、姥鮫烷/植烷(Pr/Ph)及伽馬蠟烷指數(shù)(Gam/C30)作為油源對比的參數(shù)。ETR、姥鮫烷/植烷(姥植比)及伽馬蠟烷指數(shù)能用于指示沉積介質條件，為反映有機質來源類型的參數(shù)，可作為油源對比的生標參數(shù)[15]。Hao等[16]對渤中凹陷烴源巖的研究證明了湖相烴源巖ETR與伽馬蠟烷指數(shù)、姥植比存在著較好的相關性。根據(jù)萊州灣凹陷沙三段及沙四段烴源巖的ETR、Pr/Ph及Gam/C30的相關圖(圖3)可知，沙三段烴源巖具有中等的Pr/Ph值，其值一般大于0.6；伽馬蠟烷指數(shù)為低-中值，總體低于0.15；ETR同樣呈低-中值，一般小于0.35：其有機質來源于弱氧化-弱還原和低-中等鹽度水體環(huán)境(圖3-A)。沙四段烴源巖具有低的Pr/Ph值，其值一般小于0.45；伽馬蠟烷指數(shù)為中-高值，總體高于0.35；ETR呈中-高值，一般大于0.35：其對應的有機質來源于強還原和中-高鹽度水體環(huán)境(圖3-B)。萊州灣凹陷沙三段烴源巖與沙四段烴源巖的ETR、姥植比及伽馬蠟烷指數(shù)值差異明顯，有機質來源的沉積環(huán)境與氧化-還原條件有一定的差異性。

通過對墾利10-4油田沙三段油樣的地球化學分析，結果顯示沙三段原油呈低-中等成熟度，具有中-低的Pr/Ph值，在0.6上下均有分布；伽馬蠟烷指數(shù)中等，主要為0.07～0.45；ETR呈中等值，在0.35上下均有分布，主要為0.25～0.50：其對應的烴源巖沉積于弱氧化-強還原、半咸水-咸水的水體(圖4)。

圖3 萊州灣凹陷沙三、沙四段烴源巖生標參數(shù)相關圖Fig.3 Correlation diagram of source-forming parameters of source rocks in the Sha 3 and Sha 4 Members, Laizhouwan sag

顯而易見，墾利10-4油田沙三段原油與沙三段及沙四段烴源巖的生標組合均有較大的差異，表現(xiàn)出介于沙三段和沙四段烴源巖樣品之間的特征，表明這類原油是由沙三段烴源巖與沙四段烴源巖生成的原油混合而成。因此，認為墾利10-4油田沙三段油氣由臨近北洼的沙三段和沙四段烴源巖混合供烴，為近源捕集成藏。

2.2 儲集條件及儲蓋組合特征

2.2.1 儲層巖性及物性

根據(jù)墾利10-4油田3口井的巖心及鏡下薄片觀察，原油主力產層沙三上亞段巖性主要為中-細粒巖屑長石砂巖、細粒石英砂巖，夾少量泥質粉砂巖、粉砂質泥巖，儲集空間主要為粒間孔和粒內溶孔(圖5)，粒間孔和粒內溶孔連通性良好。

對墾利10-4油田有限鉆井巖心的分析表明，研究區(qū)主力儲層段(沙三上亞段)孔隙度(q)為23.9%～36.6%，滲透率(K)為(230.7～3 795.8)×10-3μm2(圖6)。根據(jù)王濤等對渤海盆地碎屑巖儲層劃分的標準[17]，該儲層段屬于高孔高中滲-高孔高滲型儲層。這為形成規(guī)模型油田提供了優(yōu)越的儲集條件。

2.2.2 儲層沉積體系及儲蓋組合

墾利10-4油田及鄰區(qū)連通著物源區(qū)與沉積區(qū)，沉積物源主要來自其西部的墾東凸起東部古水系，也有少量來自其南部的濰北凸起古水系(圖7-A)。濰北凸起物源規(guī)模小，墾東凸起物源主要為大規(guī)模的辮狀河三角洲水下河道輸入，且物源輸入方向隨時期變化。

沙三段沉積前，墾利10-4油田區(qū)域坡度變化小，西部墾東凸起物源較易遷入；沙三段沉積時，研究區(qū)抬升明顯，形成較大的坡降，南部濰北凸起物源向萊州灣凹陷南部湖內的遷移受阻，但其西部墾東凸起物源的輸入未受影響；沙一段-沙二段沉積時期萊州灣凹陷湖盆面積增大，發(fā)育了區(qū)域性厚層泥巖，可作為研究區(qū)沙三段油藏的嚴密蓋層。總之，工區(qū)內沙三段發(fā)育大規(guī)模的辮狀河三角洲前緣沉積，提供了具有優(yōu)良物性的儲集砂體，與沙一段、沙二段深湖相泥巖共同構成了多套有利的儲蓋組合(圖7-B)。

圖4 萊州灣凹陷墾利10-4油田沙三段油樣生標參數(shù)相關圖Fig.4 Correlation diagram of oil sample biomarkers in Sha 3 Member, Laizhouwan sag

圖5 萊州灣凹陷墾利10-4油田沙三上亞段樣品鏡下特征Fig.5 Microscopic characters of the upper portion of Sha 3 Member in Kenli 10-4 oilfield, Laizhouwan sag(A)中-細粒巖屑長石砂巖,KL10-4-a,深度2 183.04 m,(-); (B)粒間孔隙,KL10-4-a, 深度2 177.23 m, (-); (C)細粒石英砂巖, KL10-4-b, 深度2 040.50 m, 掃描電鏡; (D)長石溶蝕產生粒內孔隙, KL10-4-b, 深度2 159.00 m, 掃描電鏡

圖6 萊州灣凹陷墾利10-4油田沙三上亞段儲層物性分布圖Fig.6 Distribution of reservoir physical properties in Upper Member of Sha 3 in Kenli 10-4 oilfield, Laizhouwan sag

圖7 萊州灣凹陷墾利10-4油田沙三段沉積體系及儲蓋組合柱狀圖Fig.7 Sedimentary system and histogram of reservoir-cap combination of the Sha 3 Member in Kenli 10-4 oilfield, Laizhouwan sag

2.3 圈閉條件

郯廬斷裂導致萊州灣凹陷在其東、西兩支斷裂內部及附近形成了深淺層均發(fā)育且類型豐富的構造圈閉，以斷背斜、半背斜、斷塊和斷鼻型圈閉為主[18-19]。構造作用下的區(qū)域應力場在局部地區(qū)存在差異性，形成的差異構造類型決定著圈閉及油氣藏類型的多樣性。

牛成民[7]、楊波等[1]認為萊州灣凹陷主要發(fā)育3種圈閉類型：斷鼻和斷塊型圈閉、巖性-構造圈閉和巖性-地層圈閉。墾利10-4油田依附在重力滑脫斷層之上，滑脫斷層與沙一段、沙二段區(qū)域性厚層泥巖蓋層的垂向封堵，使原油聚集于沙三段之中，為整體受東西向伸展斷層控制、東西兩側受北東向走滑斷裂影響而形成的斷鼻和斷塊型圈閉，圈閉規(guī)模較大。吳國強等[19]的研究表明萊州灣凹陷深層沙河街組圈閉的形成時期為漸新世郯廬斷裂主走滑活動期。正是這種類型多樣、規(guī)模較大的圈閉為墾利10-4油田提供了足夠的油氣儲存場所。

3 油氣成藏模式

3.1 油氣成藏期

對研究區(qū)油氣包裹體豐度(GOI)的統(tǒng)計結果顯示，在墾利10-4-b井東三段及以上層位未見油氣包裹體顯示，而于墾利10-4油田各井沙三段均觀察到了油氣包裹體，說明油氣并沒有運移至淺層(表1，圖8)。通過觀察墾利10-4油田儲層包裹體照片，發(fā)現(xiàn)沙三段油氣包裹體集中分布在石英顆粒裂紋中，透射光下呈褐色，熒光下呈黃色、黃白色，顯示烴類具有較高的成熟度(圖8-B)。

通過盆地模擬的方法分析萊州灣凹陷墾利10-4油田成藏期，結果也表明該油田呈現(xiàn)典型的晚期成藏的特點。對沙三段鹽水包裹體和油包裹體均一溫度的統(tǒng)計顯示，包裹體均一溫度絕大多數(shù)為60～90℃，主峰溫度為70～80℃(圖9)；墾利10-4油田沙三段自中新世末開始成藏，其主要成藏時期為2.6～0 Ma B.P.，即油氣被包裹體捕獲的時間較晚?？芍獕ɡ?0-4油田具晚期成藏的特點，且至今仍處于成藏活動期，并開始逐漸減弱。

表1 萊州灣凹陷墾利10-4-b井GOI統(tǒng)計Table 1 GOI statistics for Well KL10-4-b in Laizhouwan sag

3.2 輸導體系與成藏模式

萊州灣凹陷環(huán)北洼地區(qū)為油氣發(fā)現(xiàn)主要分布區(qū)之一，油氣藏分布表現(xiàn)為源控的特征[7]。緊鄰北洼的墾利10-4油田，其油氣主要來源于北洼的沙三段和沙四段烴源巖，具典型的近源捕集、晚期快速充注的特點。王根照等認為萊州灣凹陷主要存在2種油氣輸導：一種是以垂向運移為主的斷裂通道，另一種為以橫向輸導油氣為主的古近系沉積砂體及新近系館陶組砂層[2]。沙三段發(fā)育的大規(guī)模辮狀河三角洲前緣砂體與沙四段頂部的不整合面為油氣的橫向輸導體系。鑒于墾利10-4油田斷裂發(fā)育和“近源成藏”的特點，研究區(qū)斷裂的垂向運移作用在油氣成藏過程中起重要作用。墾利10-4油田發(fā)育的斷裂體系很好地溝通了烴源巖與上部儲集層，形成了通暢的垂向輸導通道；而后期壓扭性的主走滑斷裂還起到了很好的側向封堵作用，原油并未突破斷裂的封堵進入上覆東營組、館陶組及明化鎮(zhèn)組，形成了斷裂垂向輸導作用下油氣近源捕集的深層原位油藏(圖10)。

圖8 萊州灣凹陷墾利10-4油田烴類包裹體特征Fig.8 Characteristics of hydrocarbon inclusions of the Kenli 10-4 oilfield(A)東三段細砂巖,KL10-4-b,深度1 793 m,壁芯,20 ×; (B)沙三上亞段細砂巖,KL10-4-b,深度2 126 m,巖心,20 ×

圖9 萊州灣凹陷墾利10-4油田埋藏史及沙三上亞段包裹體均一溫度分布Fig.9 The burial history of the Kenli 10-4 oilfield and the homogenous temperature distribution of the inclusions in the Upper Member of Sha 3, Laizhouwan sag

綜合前文對成藏條件及成藏期的分析，將萊州灣凹陷墾利10-4油田成藏模式總結為：以鄰近北洼沙三段和沙四段為生油層，油氣通過沙三段辮狀河三角洲前緣砂體與不整合面進入墾利10-4油田，并沿重力滑脫斷層運移至沙三上亞段高孔高中滲-高孔高滲型儲層中，與沙一段、沙二段深湖相泥巖共同構成了多套有利的儲蓋組合，再加上斷裂的側向封堵作用形成了近源捕集的深層原位油藏。油氣自中新世末開始成藏，并在距今約2.6 Ma(上新世)進入主成藏期，與漸新世郯廬斷裂主走滑活動期形成的斷鼻和斷塊型圈閉匹配良好，至今仍處于成藏活動期，并開始逐漸減弱。

圖10 萊州灣凹陷墾利10-4油田輸導體系與成藏模式圖Fig.10 Diagram showing the transport system and hydrocarbon accumulation model of the Kenli 10-4 oilfield in the Laizhouwan sag(剖面位置見圖1)

4 結 論

a.萊州灣凹陷北洼沙三段、沙四段烴源巖有機碳質量分數(shù)平均值在1.5%以上，有機質類型以Ⅰ-Ⅱ型為主，有機質成熟度主要為0.35%～0.80%，顯示出較高的烴源巖品質。沙三段和沙四段烴源巖為墾利10-4油田共同的供烴層，墾利10-4油田具有油氣近源捕集成藏的先天條件。

b.沙三上亞段巖性主要為中-細粒巖屑長石砂巖、細粒石英砂巖，儲集空間主要為粒間孔和粒內溶孔，且孔隙連通性良好。工區(qū)內沙三段發(fā)育的大規(guī)模辮狀河三角洲前緣沉積，提供了具有優(yōu)良物性的儲集砂體，與沙一段、沙二段深湖相泥巖共同構成了多套有利的儲蓋組合。

c.沙三段發(fā)育的辮狀河三角洲前緣砂體與沙四段頂部的不整合面構成了油氣的橫向輸導體系，形成了斷裂垂向輸導作用下油氣近源捕集的深層原位油藏。墾利10-4油田沙三段自中新世末開始成藏，與漸新世郯廬斷裂主走滑活動期形成的斷鼻和斷塊型圈閉匹配良好，至今仍處于成藏活動期，并開始逐漸減弱。具有“近源捕集，短距運移，晚期快速充注，深層原位成藏”的特點。