渤南低凸起北斜坡構(gòu)造脊成因模式及其與油氣的關(guān)系

肖錦泉, 江 濤, 付 立, 朱勇超, 劉丹丹, 官大勇

(中海石油(中國)有限公司天津分公司, 天津 300459)

構(gòu)造脊是正向構(gòu)造的脊線，通常是由地質(zhì)體或地質(zhì)面彎曲變形形成的[1]。地層發(fā)生彎曲變形可以形成地層構(gòu)造脊，斷層面彎曲變形可以形成斷面脊。近年來，越來越多的學(xué)者開始關(guān)注構(gòu)造脊對油氣的影響，尤其是對油氣運移的影響[2-18]；同時通過油氣的物性和地球化學(xué)組分在運移過程中的分異作用證實了構(gòu)造脊是油氣長距離運移的優(yōu)勢通道[7-9]。前人對構(gòu)造脊做了大量的研究工作，并提出了“匯聚脊”模式[3-4]、“脊-斷-圈”的油氣運移模式[15-17]、“脊-圈-砂”的控藏模式[18]，同時也定量表征了構(gòu)造脊的油氣運移能力[13-15]等。渤南低凸起北斜坡緊鄰渤中和渤東兩大富烴凹陷，油源充足，并且發(fā)育多個地層構(gòu)造脊；但是其近年來的勘探成效不佳，沒有獲得商業(yè)發(fā)現(xiàn)。鉆探結(jié)果表明渤南低凸起北斜坡的各構(gòu)造脊對油氣的影響也不同。筆者認為構(gòu)造脊對油氣成藏的影響不僅僅是運移方面，所以本文主要從動態(tài)的角度分析構(gòu)造脊的成因，以及其對成藏要素的控制來反映構(gòu)造脊與油氣的內(nèi)在聯(lián)系，以期對研究區(qū)后期的油氣勘探具有一定的參考價值。

1 區(qū)域構(gòu)造特征

渤南低凸起位于渤海海域中南部，北臨渤中凹陷，東臨渤東凹陷，南側(cè)以邊界斷裂為界緊鄰黃河口凹陷(圖1)。渤南低凸起整體呈西窄東寬的條狀，長軸方向為近東西向，被北北東向的郯廬走滑斷裂帶切割為西、中、東3段。本文的研究區(qū)為渤南低凸起東段北部。

圖1 渤南低凸起及鄰區(qū)構(gòu)造綱要圖Fig.1 Structure outline map of Bonan low uplift and adjacent areas

渤南低凸起北側(cè)與渤中凹陷以斜坡區(qū)過渡。從結(jié)構(gòu)上看，渤中凹陷古近系厚度在中部最大，往兩側(cè)逐漸減薄，整體呈碟狀分布，表現(xiàn)為明顯的伸展拗陷盆地特征。而新近系也表現(xiàn)出拗陷作用特

征，為熱沉降拗陷型盆地(圖2-A)。

從盆地的形成演化來看，東營組第二段(簡稱“東二段”)沉積之前(圖2-C)，巖石圈發(fā)生引張減薄導(dǎo)致渤中凹陷受到較強的伸展拗陷作用[19]，凹陷的沉降量較大，發(fā)育的地層整體呈“垂向厚而平面窄”的碟狀。從東二段沉積之前到館陶組沉積之前，在伸展拗陷作用下，渤中凹陷繼續(xù)擴張，由于這個階段的伸展拗陷作用較弱，凹陷的沉降量較小，所以發(fā)育的東二段-東一段整體呈“垂向薄而平面廣”的碟狀(圖2-B)。從館陶組沉積之前到現(xiàn)今，在巖石圈冷卻收縮作用下，整個盆地發(fā)生了熱沉降，導(dǎo)致全區(qū)穩(wěn)定發(fā)育新近系(圖2-A)。從整個演化過程可見，渤中凹陷這幾個階段的拗陷作用和地層的超覆作用最終導(dǎo)致渤南低凸起北斜坡的形成。同時，在拗陷作用下，從盆內(nèi)向盆外地層逐漸抬升。

圖2 渤中凹陷構(gòu)造演化圖Fig.2 Tectonic evolution of Bozhong Sag (剖面位置見圖1)

2 構(gòu)造脊的成因模式

渤南低凸起北斜坡地層構(gòu)造脊有以下3種成因模式。

a.洼隆效應(yīng)：盆地形成初期，在盆外發(fā)育了2個小洼槽(圖3-A)。之后在拗陷作用下盆地逐漸發(fā)育，當盆地擴大到這2個洼槽區(qū)時，這2個洼槽之間的部位在跟隨盆地沉降過程中位于水體之下，并且發(fā)生了傾斜(往盆地方向下傾)，當其上沉積地層的時候，就在這2個洼陷之間的部位形成了盆地基底構(gòu)造脊(圖3-B)。

圖3 盆地(及圍區(qū))基底構(gòu)造等值線圖Fig.3 Contour map of basin basement

b.同沉積褶皺作用：當古地形突起上(圖4-A)繼續(xù)發(fā)育地層時，這個突起的上覆沉積物較薄，兩側(cè)較厚，在差異壓實作用下就在盆地蓋層中形成了披覆背斜[20](圖4-B)。這種背斜的兩翼上部平緩向下變陡，地層厚度在背斜頂部薄，往兩翼增大(圖4-B)。若這個古地形突起在平面上具有一定的延伸規(guī)模，那么上覆地層中的披覆背斜就形成了盆地蓋層構(gòu)造脊。

圖4 披覆背斜成因模式Fig.4 Genetic model of the draping anticline

c.反轉(zhuǎn)作用：早期在伸展構(gòu)造系統(tǒng)中形成的負向構(gòu)造單元(圖5-A)，后期受到擠壓作用，或壓扭作用，在淺層形成了反轉(zhuǎn)背斜[21](圖5-B)。這類反轉(zhuǎn)背斜在剖面上具有2個明顯的特征：第一個是地層在垂向上表現(xiàn)為下凹中平上凸的3層結(jié)構(gòu)；第二是反轉(zhuǎn)背斜核部由早期的負向構(gòu)造單元反轉(zhuǎn)為晚期的正向構(gòu)造單元，所以背斜核部地層厚度大于翼部(圖5-B)。通常反轉(zhuǎn)背斜跟擠壓背斜一樣都是成帶分布的，這樣就在淺部地層中形成了構(gòu)造脊。

圖5 反轉(zhuǎn)背斜成因模式Fig.5 Genetic model of the reversal anticline

渤南低凸起北斜坡自西向東發(fā)育渤中24-1、渤中18-2、渤中18-1、龍口19-1N和龍口19-2等5個地層構(gòu)造脊(圖6)，其中每個構(gòu)造區(qū)在垂向上均發(fā)育了多層構(gòu)造脊(圖7)。這些盆地基底構(gòu)造脊(T8)是由洼隆效應(yīng)形成的。古近紀早期，在基底的先存斷裂控制下，在盆外形成了洼隆相間的格局;之后在盆地的拗陷作用下，在相鄰兩洼之間的隆起上就形成了盆地基底構(gòu)造脊。

圖6 渤南低凸起北斜坡區(qū)基底(T8)三維可視化圖Fig.6 3D visualization for the basin basement of the northern slope of Bonan low uplift

圖7 橫切渤南低凸起北斜坡區(qū)構(gòu)造脊的地震剖面Fig.7 Seismic profile of the structural ridge in the northern slope of Bonan low uplift (剖面位置見圖6)

另一方面，在晚期反轉(zhuǎn)作用下，龍口19-1N淺層構(gòu)造脊的規(guī)模得到了強化。從橫切龍口19-1N構(gòu)造脊的地震剖面中可見，該區(qū)地層在垂向上表現(xiàn)為下凹中平上凸的3層結(jié)構(gòu)；同時上凸的明下段和館陶組的厚度比凸起區(qū)還厚，說明該區(qū)發(fā)生了反轉(zhuǎn)，使得上凸的地層高于沉積基準面，并且還可以判斷反轉(zhuǎn)時期為明下段沉積之后(圖8)。

圖8 龍口19-1N淺層構(gòu)造脊平剖面圖Fig.8 The structural ridge profile and plan in Longkou 19-1N area

3 構(gòu)造脊與油氣的關(guān)系

3.1 控圈作用

渤南低凸起北斜坡構(gòu)造脊具有有利的成圈條件。由于構(gòu)造脊的軸面近直立，核部高于翼部，并且處在斜坡背景，因此只需提供一個上傾方向的遮擋條件，圈閉就形成了(圖9)。若該遮擋條件是斷層作用導(dǎo)致的，形成的就是構(gòu)造圈閉；若該遮擋條件是巖性尖滅或地層超覆導(dǎo)致的，形成的就是構(gòu)造-巖性復(fù)合圈閉或構(gòu)造-地層復(fù)合圈閉。

圖9 渤南低凸起北斜坡構(gòu)造脊模式圖Fig.9 Model of the structural ridge of the northern slope of Bonan low uplift

所以我們在渤南低凸起北斜坡的目標研究過程中發(fā)現(xiàn)，解釋出的圈閉總能位于構(gòu)造脊上。

3.2 對砂體的影響

渤南低凸起北斜坡館陶組主要為淺水三角洲沉積，巖性主要為砂泥巖不等厚互層。各構(gòu)造脊的成因差異導(dǎo)致了構(gòu)造區(qū)館陶組的砂巖含量具有較大差異(表1)。龍口19-1N構(gòu)造區(qū)的淺層構(gòu)造脊是在渤東凹陷與渤南低凸起之間的斜坡背景上通過上新世的反轉(zhuǎn)作用形成的；所以該構(gòu)造區(qū)在館陶組沉積時期處于構(gòu)造低部位，水體相對較深，故沉積的砂體總厚度較小，砂巖含量較低。而渤中18-1構(gòu)造、渤中18-2構(gòu)造和渤中24-1構(gòu)造的淺層構(gòu)造脊是在深層構(gòu)造脊的背景上繼承性發(fā)育的，始終處于構(gòu)造高部位，水體相對較淺，故館陶組沉積的砂體總厚度較大，砂巖含量較高。

表1 渤南低凸起北斜坡館陶組砂巖體積分數(shù)統(tǒng)計Table 1 Statistics of sandstone percent content of Guantao Formation in the northern slope of Bonan low uplift

3.3 對油氣運移的控制作用

從構(gòu)造脊的幾何形態(tài)可知，構(gòu)造脊是一定平面范圍內(nèi)的構(gòu)造高部位，是油氣橫向運移的低勢區(qū)。構(gòu)造脊上已鉆井的含油氣情況反映了構(gòu)造脊油氣運移的活躍情況。位于龍口19-1N構(gòu)造脊上的井，錄井油氣顯示厚度大(表2)；并且在館陶組中下部幾乎有砂就見油氣顯示，說明館陶組底部油氣運移活躍，為主要的橫向輸導(dǎo)層。而渤中18-1構(gòu)造、渤中18-2構(gòu)造和渤中24-1構(gòu)造上的井油氣顯示厚度小，油氣運移相對不活躍。

表2 渤南低凸起北斜坡已鉆井油氣層厚度Table 2 Statistics of oil-bearing properties of drilled wells in the northern slope of Bonan low uplift

不同成因的構(gòu)造脊，其油氣運移的活躍程度不同。龍口19-1N構(gòu)造區(qū)的淺層構(gòu)造脊是在新構(gòu)造運動時期的反轉(zhuǎn)作用下形成的。新構(gòu)造運動是區(qū)域性的構(gòu)造事件，能促進油氣的大規(guī)模運移[22-25]。因此龍口19-1N構(gòu)造脊與油氣的大規(guī)模運移具有較好的時空匹配關(guān)系，構(gòu)造脊上油氣運移活躍；而渤中18-1構(gòu)造、渤中18-2構(gòu)造和渤中24-1構(gòu)造的淺層構(gòu)造脊是在同沉積褶皺作用下繼承性發(fā)育的，其成因與區(qū)域性的構(gòu)造事件關(guān)聯(lián)性較弱，故構(gòu)造脊上油氣運移相對不活躍。

3.4 圈閉有效性探討

目前渤南低凸起北斜坡龍口19-1N構(gòu)造區(qū)的鉆井揭示，該區(qū)油氣顯示很好，單井油氣層顯示厚度為123～332.1 m，但單井油氣層總厚度不大(只有7.5～52.7 m)，并且均以薄油層為主，從而導(dǎo)致該區(qū)探明儲量不大。

目前大多數(shù)研究人員認為導(dǎo)致該區(qū)“油氣顯示好，油層少，以薄油層為主”的主要因素是該區(qū)控圈斷層的側(cè)封不好。但從該區(qū)斷層側(cè)封的研究結(jié)果來看，側(cè)封因素不能完全解釋這種現(xiàn)象。

筆者認為除了考慮側(cè)封因素外，還應(yīng)考慮圈閉與油氣運移的時空匹配關(guān)系(圖10)。結(jié)合該區(qū)圈閉的形成機理可知，圈閉的形成時間約為2.5 Ma B.P.；而油氣的生成-運移-聚集過程早在約17.5 Ma B.P.就開始了；在構(gòu)造事件的作用下，構(gòu)造脊在約5.1 Ma B.P.開始形成。油氣開始大量運移的時候，圈閉還未形成，油氣在該區(qū)“過路不留”；2.5 Ma B.P.之后，控圈斷層發(fā)育，圈閉開始形成，此時“路過”的油氣才能在圈閉中聚集成藏。由于油氣大量運移的時期較早，而圈閉形成時期較晚，所以晚期形成的圈閉只能捕獲少量的油氣。因此該區(qū)表現(xiàn)為“油氣顯示好，油層少”。而“薄油層”為主的現(xiàn)象可能是構(gòu)造脊上巖性圈閉導(dǎo)致的。

圖10 龍口19-1N構(gòu)造區(qū)含油氣系統(tǒng)事件圖Fig.10 Event map of oil-gas system in Longkou 19-1N structural area

綜上，可總結(jié)出該區(qū)3點勘探啟示：①在形成時期較早的圈閉中尋找油氣富集塊；②在凸起上尋找油氣聚集的最終歸宿；③在構(gòu)造脊上尋找?guī)r性油氣藏、構(gòu)造-巖性復(fù)合油氣藏。

4 結(jié) 論

a.渤南低凸起北斜坡區(qū)在古近紀早期，由于洼隆效應(yīng)形成了盆地基底構(gòu)造脊(T8)；之后在同沉積褶皺作用下形成了盆地蓋層構(gòu)造脊(T3U、T2、T1、T0、T02)；最后在晚期反轉(zhuǎn)作用下，龍口19-1N淺層構(gòu)造脊(T1、T0、T02)的規(guī)模得到了強化。

b.渤南低凸起北斜坡區(qū)構(gòu)造脊有利于形成構(gòu)造圈閉、構(gòu)造-巖性復(fù)合圈閉和構(gòu)造-地層復(fù)合圈閉。同沉積褶皺作用形成的構(gòu)造脊，其上的砂體比反轉(zhuǎn)作用形成的構(gòu)造脊更發(fā)育。反轉(zhuǎn)作用形成的構(gòu)造脊比同沉積褶皺作用形成的構(gòu)造脊油氣運移更活躍。

c.圈閉與油氣運移的時空匹配關(guān)系影響圈閉的有效性。在形成時期較早的圈閉中尋找油氣富集塊；在凸起上尋找油氣聚集的最終歸宿；在構(gòu)造脊上尋找?guī)r性油氣藏、構(gòu)造-巖性復(fù)合油氣藏。