渤海南部明化鎮(zhèn)組下段源-匯體系及其對大面積巖性油氣藏的控制作用

徐長貴， 杜曉峰， 龐小軍， 王啟明， 潘文靜

0 引言

國內(nèi)外學者對碎屑巖的源-匯體系進行了大量的研究（Septama and Bentley，2017；徐長貴等，2017；杜曉峰等，2017；朱紅濤等，2017；Sinclair et al.，2019；操應長等，2018；胡賀偉等，2020；Caracciolo，2020），通過對源-匯要素（物源、溝谷、坡折、沉積和基準面變化）的研究，建立源-匯要素與碎屑巖沉積體系的富砂性和儲層品質(zhì)之間的關系，進行優(yōu)質(zhì)儲層的預測，使少井區(qū)的優(yōu)質(zhì)儲層研究從鉆后總結逐漸走向鉆前預測，提高了油氣勘探評價中優(yōu)質(zhì)儲層預測的成功率。近年來，源-匯體系的研究由定性、模式化逐漸發(fā)展到定量、應用化（Zeng and Zhu，2022）；源-匯體系的研究手段也越來越多樣化，除了傳統(tǒng)的碎屑組分分析、鋯石測年、地震刻畫等手段外，逐漸發(fā)展出高精度的測試技術、化驗分析、地球物理技術、定量地質(zhì)建模等（Lyster et al.，2021；商曉飛等，2022；Liu et al.，2022）；研究的對象由盆緣源-匯體系向盆內(nèi)重力流等的源-匯體系拓展（李莉妮等，2022）。但是，國內(nèi)外源-匯體系的研究主要集中在中深層源-匯體系和現(xiàn)代沉積的源-匯體系兩方面（談明軒等，2020a，2020b；陳驥等，2020），少有對淺層源-匯體系的研究。

新近系明化鎮(zhèn)組下段（簡稱明下段）是中國東部淺層油氣勘探的主要目的層系，自從蓬萊19-3油田發(fā)現(xiàn)之后，鮮有大型油氣田的發(fā)現(xiàn)。學者對明下段的研究主要集中在沉積特征、油氣成藏、剩余油分布等方面，認為該段主要發(fā)育曲流河沉積，砂體之間連通性差，砂體橫向變化快，很難形成大型連片砂體（趙漢卿等，2017；田盼盼等，2018；段雅君等，2019；李岳桐等，2019；牛博等，2019；談明軒等，2020a；王利良等，2022）。

近年來，在渤海海域南部明下段發(fā)現(xiàn)了墾利10-2（KL10-2）和墾利6-1（KL6-1）等大型油 田，儲量超過1.0×108t（徐長貴等，2021），揭示淺層仍然有形成大型油氣田的巨大潛力。在墾利6-1和墾利10-2等億噸級油田的勘探和評價過程中，發(fā)現(xiàn)明下段發(fā)育多種類型的砂體，橫向上形成連片砂體和孤立砂體等多種形態(tài)，也是形成億噸級油田的主要砂體發(fā)育方式。目前，對該海域明下段的研究主要集中在沉積類型、沉積環(huán)境、砂體構型、成藏等方面（徐長貴等，2021；楊超等，2021；王利良等，2022），而對億噸級油田發(fā)育區(qū)的源-匯體系研究較弱，形成大面積砂體分布的源-匯條件不清楚，嚴重制約了淺層大面積巖性油氣藏的勘探。為了查明淺層源-匯體系對大面積巖性油氣藏的控制，文中以渤海海域南部為例，綜合地震、鉆井、鑄體薄片、古生物等資料，運用源-匯體系的理論，討論淺層明下段源-匯體系對大面積巖性油氣藏的控制作用，以期能夠為渤海海域以及類似地區(qū)的淺層大面積巖性油氣藏勘探提供幫助。

1 研究區(qū)概況

渤海海域地理上位于渤海灣盆地的東部，屬于渤海灣盆地的主要組成部分，是走滑-伸展雙重構造背景下形成的一個新生代裂谷盆地，面積約7.3×104km2（郝婧等，2021），郯廬斷裂貫穿渤海海域。渤海南部主要由渤南低凸起、黃河口凹陷、萊北低凸起、萊州灣凹陷、墾東凸起、濰北凸起等組成（圖1a），東部緊鄰膠東隆起和遼東隆起，西部緊靠燕山褶皺帶（燕山隆起），西南部緊鄰魯西隆起，平面上呈凹隆相間的構造格局。

渤海南部新生代構造演化經(jīng)歷了多期裂陷作用（圖1b），后又經(jīng)歷了新近紀以來的裂后熱沉降和新構造運動（張曉慶等，2017）。古近系沙河街組灰色泥巖、油頁巖等為主要的烴源巖，新近系明下段巖性以中薄層細砂巖與厚層紫紅色、綠灰色、灰褐色泥巖的互層為主，細砂巖為主要明下段的主要儲層類型。近年來，在明下段細砂巖中發(fā)現(xiàn)了多個超過億噸級的大型油田，揭示了明下段巨大的勘探潛力（徐長貴等，2021）。

2 明下段沉積期源-匯條件

2.1 古氣候條件

氣候?qū)恿鲝搅髁烤哂兄匾绊懀℅rafton et al.,2013；石曉晴，2018），因此，古氣候恢復對渤海南部淺層明下段源-匯體系分析至關重要。對渤海海域南部孢粉分析顯示，明下段沉積期古氣候波動劇烈，明下段下部沉積期，以亞熱帶氣候為主，天氣炎熱，降雨量增多，增強了物源區(qū)母巖的風化剝蝕能力，供源充足，有利于河流的發(fā)育和碎屑物質(zhì)的搬運；明下段上部以溫帶氣候為主，天氣涼爽，降雨量減少，供源減弱，河流的發(fā)育程度和碎屑物質(zhì)的搬運量減少（圖2）。除此之外，下部呈現(xiàn)亞熱帶氣候為主、頻繁間歇性發(fā)育溫帶氣候的特點，天氣炎熱與涼爽頻繁波動、降雨量強與弱交互的發(fā)育，有利于母巖的機械風化和形成大量碎屑物質(zhì)，也有利于河流水體的大量形成，為大量碎屑物質(zhì)的搬運提供了有利的氣候條件。

孢粉含量變化對古氣候具有明顯的指示作用。常見于亞熱帶地區(qū)的金縷梅科楓香粉屬（Liquidambarpollenites）在明下段中、下部連續(xù)穩(wěn)定出現(xiàn)（圖2）。分布于溫帶—亞熱帶的闊葉常綠植物殼斗科櫟屬（Quercoidites）在明下段的含量為1.19%～25.40%，平均值為12.42%，并且在明下段下部連續(xù)穩(wěn)定維持較高含量，而在明下段上部僅零星出現(xiàn)。主要分布于溫帶的松科松屬（Pinus）在明下段沉積中期含量達到最高值31.80%，指示氣溫逐漸轉涼，并且主要集中于明下段的上部層位，其含量為5.56%～31.80%，平均值高達13.69%，而明下段下部其含量為2.63%～22.40%，平均值為7.17%，顯著低于明下段上部，指示明下段沉積期古氣候具有從下向上逐漸從亞熱帶向溫帶轉變的趨勢。從典型分子類型來看，明下段沉積期古氣候主要為溫帶—亞熱帶氣候類型，但是化石含量波動變化大，指示氣候交替變化頻繁且劇烈。明下段下部沉積時期化石含量及分異度顯著高于明下段上部沉積時期，尤其是部分指示相對炎熱的氣候分子如蕓香粉屬（Rutaceoipollis）和指示降雨量較大的云杉粉屬（Piceaepollenites）僅分布于明下段下部，進一步反映明下段下部沉積時期整體為亞熱帶氣候類型，較明下段沉積晚期氣候濕熱。

圖2 渤海南部新近紀古氣候分析Fig. 2 Paleoclimate analysis of the southern Bohai Sea of Neogene

2.2 物源條件

物源分析在確定盆地的沉積構造演化、沉積物物源位置和性質(zhì)、沉積物搬運路徑、沉積體系分布及時空演化規(guī)律中有重要的作用，是源-匯系統(tǒng)研究的核心內(nèi)容之一（楊仁超等，2013；徐長貴等，2017）。主要方法有碎屑巖類分析法、重礦物組合分析法、元素地球化學分析（稀土元素）、地震資料的前積結構分析法、陰極發(fā)光分析法、同位素測年分析法等（王軻和翟世奎，2020）。根據(jù)盆地結構和周緣古地貌格局，可以了解渤海南部明下段時期主要水系分布，在此基礎上開展巖屑組分與重礦物組合分析，明確并提高物源方向的示蹤精度。

2.2.1 物源分布

渤海海域作為渤海灣盆地的一部分，西接華北中部造山帶（太行山隆起），北接燕遼-龍崗陸塊（燕山褶皺帶），東為膠遼吉帶（膠東隆起和遼東隆起），南鄰魯西隆起。渤海海域新近紀盆內(nèi)凸起不再提供物源，沉積物物質(zhì)供給主要受盆外區(qū)域物源水系的控制。一些學者認為渤海海域南部明下段主要受到東北、西北、東南、西南這四個方向物源的影響（陳容濤等，2017），其中，西北方向的燕山-遼西物源、東北方向的遼東物源為遠物源，西南方向的魯西物源、東南方向的膠東隆起為近物源。西北部燕山-遼西物源和西南部魯西物源主要母巖為變質(zhì)巖，次要母巖為巖漿巖；東北部遼東物源、東南部膠東隆起主要母巖為巖漿巖，次要母巖為變質(zhì)巖與沉積巖。結合周緣古地貌與構造格局（圖3），渤海海域南部地區(qū)鄰近魯西隆起和膠東隆起，為優(yōu)勢的物源供給方向，而西北部和東北部的燕山-遼西和遼東物源可能為潛在的物質(zhì)供給來源。

圖3 渤海南部地區(qū)物源分布及主要水系方向Fig. 3 Source distribution and directions of the of main water systems in the southern Bohai Sea

a—大地構造位置；b—地層綜合柱狀圖

2.2.2 古水系特征

水系是碎屑物質(zhì)搬運的主要介質(zhì)，而溝谷是承載水系及其流向的主要通道，對沉積區(qū)砂體的搬運和卸載具有重要的控制作用。構造古地貌及其單元的區(qū)域展布能較好地揭示主要溝谷的分布，進而對宏觀物源方向判斷起到很好的指示作用（胡賀偉等，2020）。古水系分布、古地貌與古水系疊合特征表明（圖3，圖4），渤海南部明化鎮(zhèn)組至少發(fā)育四個方向的古水系，分別對應西南方向魯西隆起區(qū)、東南方向膠東隆起區(qū)、東北方向遼東隆起區(qū)和西北方向的燕山-遼西物源，溝谷展布方向與盆地坡折帶之間近于垂直或斜交。其中，魯西隆起區(qū)方向的溝谷水系最為發(fā)育，整體上呈南西—北東向分布，至研究區(qū)呈扇形散開，膠東隆起方向溝谷水系發(fā)育較少，呈南東—北西向展布，溝谷水系之間近于平行。受研究區(qū)分布范圍的限制，研究區(qū)東北部斜坡帶未完整展現(xiàn)，遼東隆起方向的溝谷水系在古地貌上的特征相對于西南方向不是十分明顯，但從區(qū)內(nèi)的主要溝谷展布來看，該方向的溝谷分布及平面組合與魯西隆起區(qū)的特點相似。此外，研究區(qū)西北部受到燕山褶皺帶方向的遠源影響，但影響范圍主要分布在研究區(qū)的西北部。

圖4 渤海南部地區(qū)明下段沉積期古地貌與古水系疊合圖Fig. 4 Superimposition of paleo-geomorphology and paleo-water system in the lower Minghuazhen Formation in the southern Bohai Sea

2.2.3 母巖成分差異

重礦物組合及其含量變化可以半定量反映母巖性質(zhì)，進而來明確物源方向（許苗苗等，2021）。在渤海南部地區(qū)新近紀明下段共選取6口井數(shù)據(jù)，主要重礦物組合類型及平均含量為：綠簾石（34.28%）+石榴石（14.21%）+白鈦礦（14.59%）+磁鐵礦（14.14%）+褐鐵礦（12.03%）+鋯石（2.48%）+電氣石（0.44%）。其中，綠簾石+石榴石反映變質(zhì)巖的母巖類型，磁鐵礦+褐鐵礦+鋯石+白鈦礦指示巖漿巖的母巖類型，鋯石+電氣石+白鈦礦指示沉積巖的母巖類型。明下段不同井重礦物組合百分含量平面分布存在差異，可以指示不同的物源方向（圖5）。南部KL10-A、KL10-B井綠簾石+石榴石占比均超過60%，反映變質(zhì)巖為主要的母巖類型，指示物源主要來自南部的魯西隆起；中東部BZ28-D和BZ29-D井綠簾石+石榴石占比＜40%，褐鐵礦+磁鐵礦＞50%，反映巖漿巖物源為主，變質(zhì)巖物源次之，指示物源來自東北方向的遼東隆起（圖5）；而中西部BZ26-C、BZ28-C的綠簾石+石榴石占比也超過60%，也反映變質(zhì)巖為主要的母巖類型。陳容濤等（2017）根據(jù)碎屑砂巖骨架成分Dickinson三角圖對該地區(qū)物源進行了分析，認為渤海南部和東部砂巖骨架數(shù)據(jù)落于巖漿弧區(qū)域，而西北部向大陸板塊物源區(qū)遷移，巖屑組分中也出現(xiàn)了更多的沉積巖屑，指示西北部的物源受到了大陸板塊物源的影響，可認為西北部受燕山-遼西地區(qū)物源的影響更大。綜上，研究區(qū)南部、西南部物源仍為魯西隆起，西北方向的物源可能受燕山-遼西物源的影響，而在東北部，魯西隆起的物源影響力減弱，遼東隆起的物源影響增強，東南部有少量的膠東隆起供源。

圖5 渤海南部地區(qū)明下段重礦物相對百分含量對比Fig. 5 Comparison of the relative percentages of heavy minerals in the lower member of the Minghuazhen Formation in the southern Bohai Sea

2.3 沉積古地貌

古地貌是確定盆地分布、盆地結構、湖泊范圍、沉積體系特征及演化的重要因素（王建國等，2017；康海亮等，2021）。在區(qū)域?qū)有虻貙痈窦芊治龌A上，通過估算剝蝕厚度、壓實校正、古水深恢復等基礎工作，重建了研究區(qū)明下段不同沉積期的古地貌特征。

渤海南部明下段發(fā)育明顯的多級坡折帶（圖4），形成了獨特的坡折體系，坡折帶之間對應坳陷盆地不同沉積地貌單元，且湖盆范圍逐步擴大（圖6，圖7）。坡度整體較緩，小于0.5°。其中，一級階地對應陸相區(qū)，坡度約為0.38°，坡度較陡，距離物源區(qū)較近，易發(fā)育河流沉積；二級階地對應古湖岸帶，坡度約0.26°，坡度變緩，水深約0～3.5 m，發(fā)育河流和淺水三角洲交互沉積；三級階地對應盆地區(qū)，約為0.1°，坡度變得更緩，往往發(fā)育在沉積古地貌中最低洼且最平坦的位置，是小型湖盆發(fā)育的位置，水深超過3.5 m，以淺水三角洲沉積為主。

圖6 渤海南部地區(qū)明下段下部地震剖面特征（SB02層拉平；地震剖面位置見圖5）Fig. 6 Seismic profile characteristics of the lower lower part of the lower member of the Minghuazhen Formation in the southern Bohai Sea(The SB02 layer is flattened. See Fig. 5 for the location of the seismic section)

圖7 渤海南部地區(qū)明下段不同沉積期古地貌特征Fig. 7 Paleo-geomorphic characteristics of the lower member of the Minghuazhen Formation in different depositional stages in the southern Bohai Sea(a) Paleo-geomorphic characteristics of the lower part of the lower member of the Minghuazhen Formation; (b) Paleo-geomorphic charalteristics of the upper part of the lower member of the Minghuazhen Formation

總體上，渤海南部新近系明下段沉積古地貌表現(xiàn)為三個顯著特征：①受郯廬斷裂帶東支活動以及靠近盆地邊緣的影響，研究區(qū)表現(xiàn)為東南高、西南低，盆地區(qū)主要分布在北部廣大區(qū)域；②受新近紀穩(wěn)定的構造沉降控制，導致了典型的坳陷湖盆萎縮期盆地地貌的形成，盆地充填為填平補齊過程，南部地區(qū)多為寬緩的大斜坡；新近紀構造古地貌坡度整體較緩，通常＜1°，大部分地區(qū)如盆地斜坡和湖盆內(nèi)部坡度往往介于0.1°～0.3°，表現(xiàn)出明顯的盆大水淺、地形平緩的特征；③明化鎮(zhèn)組沉積期構造沉降速率有所增強，在經(jīng)歷館陶組沉積期填平補齊盆地演化后，湖盆范圍明顯擴大且多個洼陷連成一片，具備“盆大水淺、地形平緩”的特征（圖6，圖7）。

3 大面積砂體分布特征

3.1 沉積體系類型

通過對鉆井、測井、巖芯、壁芯、古生物以及地震相綜合表征，結合區(qū)域沉積背景及沉積古地貌，在渤海南部地區(qū)明下段識別出河流體系、河湖交互體系和湖泊體系。

3.1.1 河流體系

渤海南部明下段河流體系主要發(fā)育在研究區(qū)西南部和東南部近物源區(qū)，為典型的單一河道曲流河沉積。研究區(qū)曲流河坡降小、河深大、寬深比小、河道側向遷移明顯，點壩砂體普遍發(fā)育。研究區(qū)曲流河沉積主要巖石類型有含礫粗砂巖、粗砂巖、中砂巖、細砂巖和紅色或黃色泥巖（圖8），單層砂巖厚度相對較大，骨架顆粒分選和磨圓一般，成分成熟度介于0.4～0.6，巖層中發(fā)育有平行層理、交錯層理、沖刷面等沉積構造。

圖8 河流體系—河湖交互體系—湖泊體系沉積特征對比分圖Fig. 8 Comparison of sedimentary characteristics of river system, river-lake interaction system and lake system

曲流河沉積的地震反射特征具有明顯的河道沉積響應（圖8），在地震剖面中多為中強振幅、中低連續(xù)、中頻的地震反射結構，具有明顯的波狀-透鏡狀地震反射構型。與辮狀河河道沉積地震反射不同的是，由于曲流河河道多以多期孤立河道的方式存在，且河道砂體通常被河漫等細粒沉積物所夾持，因此在地震振幅上明顯強于辮狀河三角洲，而波狀-透鏡狀地震反射則被解釋為孤立多期河道。

3.1.2 河湖交互體系

湖平面的升降控制著湖岸線的擴張和收縮，湖盆坡度越平緩，同等水深變化下湖岸線的變化越明顯（孫雨等，2015；楊超等，2021）。渤海南部地區(qū)明下段盆地范圍大，構造坡度平緩，在明下段沉積期，低水位和高水位的轉換導致湖平面頻繁的波動，古湖岸線在較大范圍內(nèi)來回遷移，由最低水位和最高水位期湖岸線范圍稱為河湖交互帶。在低水位時期，河湖交互帶以發(fā)育河流體系為主，在高水位期，河湖交互體帶以湖泊體系為主，由于研究區(qū)穩(wěn)定的沉降、極緩的坡降和頻繁變化的古水深，導致在河湖交互帶內(nèi)，河流相沉積和淺水三角洲相沉積頻繁交替，造成了河湖交互帶垂向上淺水三角洲沉積和河流相沉積頻繁相互疊置，并且交互帶內(nèi)的泥巖沉積頻繁暴露于地表，導致大量泥巖氧化而呈紅色，且泥巖中多見生物擾動，同時在砂巖中可以出現(xiàn)紅色或者灰綠色泥礫散布（圖8）。河湖交互體系砂巖類型以含礫砂巖或細砂巖為主，單層砂巖厚度變??；在測井相上呈現(xiàn)粗鋸齒狀，指示河流相和淺水三角洲沉積的頻繁更替作用；砂體構型多為側向疊置拼合，呈透鏡-拼合板狀，反映出明顯的底荷-懸浮負載作用。

河湖交互帶地震振幅整體上強于河流體系（圖8），其中，中弱振幅、中低連續(xù)性波狀-蠕蟲狀地震相多為低水位期曲流河沉積地震響應，在古湖岸帶向陸一側更為發(fā)育，向盆地方向地震響應則更加趨向于淺水三角洲沉積。在平面分布上，由于古湖岸帶砂體是淺水三角洲分流河道和陸相河流河道的多期疊合，地震屬性反映出的砂體平面特征多為連片疊合的朵葉狀，平行于岸線分布。

3.1.3 湖泊體系

渤海南部明下段湖泊體系主要發(fā)育在研究區(qū)中部，在湖泊體系內(nèi)部主要發(fā)育淺水三角洲、濱淺湖兩種沉積相。

在明下段沉積期，盆地地形坡度較緩，物源供給充足，構造沉降緩慢，發(fā)育的淺水三角洲以淺水三角洲平原亞相為主。沉積物粒度較細，以薄層細砂巖、粉砂巖和泥巖為主，多發(fā)育正粒序，測井曲線主要表現(xiàn)為指狀或鐘狀，靠近泥巖基線（圖8）。沉積構造可見平行層理、交錯層理、波狀層理、脈狀層理等，分流河道的頻繁側向遷移導致了沉積構造少有保留，前緣和前三角洲的泥巖被改造，在砂巖中形成了大量破碎泥巖巖塊。同時，古水深的頻繁變化，導致部分泥巖被暴露氧化成紅色，且與灰綠色泥巖摻雜存在。研究區(qū)淺水三角洲的地震反射特征受可容空間變化的控制作用明顯，在層序發(fā)育的早期晚期，可容空間較小，河道具有一定的下切作用，河道間相互疊置特征明顯，地震反射多為中連續(xù)、中強振幅的波狀-板狀構型。在層序發(fā)育的中晚期，隨著湖平面上升，可容空間增加，孤立的分流河道發(fā)育，地震反射則以低連續(xù)、中強振幅的孤立透鏡狀為主。

濱淺湖相主要分布在研究區(qū)盆地中北部，沉積巖類型發(fā)育粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、淺灰色—灰綠色塊狀泥巖，多發(fā)育水平層理、波狀層理（圖8）。由于明下段盆地坡緩水淺，濱淺湖相沉積范圍隨著湖平面的變化遷移明顯，并且呈現(xiàn)出湖岸線交互頻繁的特征，低水位期岸線整體向盆地方向遷移，而高水位期岸線整體向物源方向遷移。

3.2 大面積砂體沉積分布特征

渤海南部地區(qū)明下段河流體系砂質(zhì)沉積主要來源于曲流河河道砂體，主要分布在曲流河河道的擺動范圍內(nèi)，在平面上呈細條帶狀分布（圖9）。湖泊體系淺水三角洲相砂體呈朵葉狀，平面分布比曲流河砂體廣泛，但是三角洲砂體面積依然比較局限，朵葉體之間相互孤立，整體連通性較差。在河湖交互體系內(nèi)，由于地形坡度極緩，寬闊的河湖交互帶成為河流沉積物的主要卸載區(qū)，沉積作用最為活躍，同時，反復周期性淹沒—暴露造成淺水三角洲與曲流河交互發(fā)育，沉積物垂向加積作用弱而橫向分散作用強，河湖交互過程造成頻繁的河流改道、交切疊置，從而形成以河道砂體為骨架、以決口扇和河漫席狀砂體為河道間沉積物的大型復合連片砂體。所以河湖交互帶的分布控制了大面積砂體的平面展布。

明下段沉積早期，湖泊區(qū)面積較大，分布在研究區(qū)北西部，在此階段湖盆快速擴張，湖岸線交互頻繁，河湖交互帶廣泛分布在研究區(qū)東南部（圖9a），圍繞湖區(qū)呈半環(huán)狀展布，范圍較大，此時大面積連片砂體在河湖交互帶內(nèi)廣泛發(fā)育，整體呈寬條帶狀平行湖岸線展布。明下段晚期湖泊區(qū)面積擴大，但是湖水較淺，湖平面變化范圍較小，湖岸線頻繁交互但是交互范圍有限，此時的河湖交互范圍要比明下段沉積早期窄，整體也平行于岸線呈半環(huán)狀分布，大面積連片砂體在河湖交互帶內(nèi)呈窄條帶狀展布（圖9b）。

圖9 渤海南部地區(qū)明下段沉積體系展布圖Fig. 9 Distribution map of the sedimentary systems in the early and late sedimentation of the lower Minghuazhen Formation in the southern Bohai Sea(a) Early sedimentation; (b) Late sedimentation

4 源-匯體系對大面積砂體發(fā)育的控制

渤海海域明下段沉積期，構造穩(wěn)定，盆地處于整體沉降階段，盆地的源-匯體系受古氣候、物源供給、搬運方式、古地貌的控制，物源體系、搬運體系和匯聚體系共同控制了搬運碎屑沉積物的能力和大面積砂體的分布。

4.1 古氣候?qū)Υ竺娣e砂體的控制

古氣候控制了降雨的頻率、降雨量，進一步控制了湖泊水體的變化范圍和大面積砂體的分布范圍。渤海海域明下段存在兩種古氣候類型（圖2），明下段沉積早期以亞熱帶氣候為主，溫度較高。后期以溫帶氣候為主，溫度較低。明下段沉積早期高溫亞熱帶氣候條件下，降雨的頻率多，雨水充足，為河流的長距離搬運和碎屑物的承載量提供了有力的古氣候條件。另外，該時期的氣候頻繁向溫帶氣候變化，降雨量頻繁波動，導致湖泊范圍反復擴大—縮小，河道砂體頻繁決口和改道，以及河道席狀砂化，最終形成河道和席狀砂組成的大面積砂體（圖10），該時期最有利于大面積砂體的發(fā)育。至明化鎮(zhèn)沉積晚期，受溫帶氣候的影響，降雨的頻率降低，降雨量減少，河流搬運能力減弱，河流承載碎屑物質(zhì)的能力減弱，向研究區(qū)提供碎屑物質(zhì)的能力降低，可供沉積的砂體變少，砂體規(guī)模和分布范圍逐漸變小，大面積砂體的范圍減小。

4.2 物源供給對大面積砂體的控制

長英質(zhì)母巖能夠為砂體提供充足的碎屑物質(zhì)，來自西南的魯西隆起區(qū)、東南的膠東隆起區(qū)、東北的遼東隆起區(qū)和西北的燕山-遼西隆起等四個物源區(qū)（尤其是遼東隆起、魯西隆起和膠東隆起）為研究區(qū)明下段大面積砂體的發(fā)育提供了物質(zhì)基礎。渤海南部明下段母巖主要以變質(zhì)巖或變質(zhì)巖與巖漿巖的組合為主（圖5），能夠為大面積砂體的發(fā)育提供充足的物質(zhì)成分。明下段沉積期的古水系主要分布在燕山-遼西隆起、遼東隆起、魯西隆起和膠東隆起四個方向（圖3，圖4），其中，燕山-遼西隆起距離研究區(qū)較遠，遼東隆起、魯西隆起和膠東隆起距離研究區(qū)較近，但膠東隆起水系發(fā)育較少，因此，遼東隆起和魯西隆起為研究區(qū)明下段砂體的主要供源方向，較近、較多的古水系短距離搬運碎屑物質(zhì)的能力較強。遼東隆起和魯西隆起充足的供源為明下段大面積砂體的發(fā)育提供了物質(zhì)和古水系保障。

4.3 搬運體系對大面積砂體的控制

隆起帶與湖泊之間形成了面積較大的可供河流搬運的地帶，搬運體系主要發(fā)育在該地帶（圖9，圖10）。研究區(qū)明下段的搬運體系主要為河流。河流從上游攜帶碎屑物質(zhì)向湖泊持續(xù)搬運的過程中，發(fā)生河流的不斷遷移、切割，直到湖泊邊緣形成分流河道。因此，上游主要以相對單一的河流搬運體系為主，向湖盆方向逐漸過渡為“網(wǎng)狀”河流搬運體系。在距離湖盆更近的位置，受湖泊范圍的頻繁波動等影響，河道多處發(fā)生決口，形成大量新的河流搬運體系。在湖泊邊緣，受湖泊水體阻力的影響，河流在岸線附近形成鳥足狀等分支河流搬運體系（圖10）。

圖10 渤海南部地區(qū)明下段沉積期源-匯體系模式圖Fig. 10 Model diagram of the source-sink system in the lower member of the Minghuazhen Formation in the southern Bohai Sea

隨著河流體系的頻繁改道，越靠近湖盆方向，形成大量相互交錯的相互連通的河道砂和席狀砂，導致河道砂之間被席狀砂連通，砂體的面積增大。

4.4 匯聚體系對大面積砂體的控制

匯聚體系是砂體主要的沉積場所（圖9，圖10）。明下段沉積期，盆地坡度整體較緩，形成于周圍隆起的古水系流向研究區(qū)的過程中，受沉積古地形和湖泊范圍頻繁變化的影響，在湖泊波及不到的位置，主要發(fā)育河流體系，以河道砂沉積為主，較孤立，呈線條狀分布，面積小。在湖泊能波及的范圍內(nèi)，河流與湖泊頻繁交互，主要發(fā)育河湖交互體系，主要沉積大面積河道砂、席狀砂，且河道砂之間往往被席狀砂連通，呈片狀、藤狀，面積大。在長期湖泊發(fā)育的位置，坡度最緩，主要以淺水三角洲砂體和湖相泥巖為主，砂體呈朵葉狀或鳥足狀，范圍也較大。因此，在亞熱帶古氣候、距離物源較近、水系發(fā)達、坡度相對較緩、湖泊范圍頻繁變化的范圍內(nèi)和長期湖泊發(fā)育的位置，最有利于河湖交互體系和淺水三角洲等大面積砂體的沉積。

5 油氣勘探意義

渤海南部是渤海灣盆地油氣較為富集的油區(qū)之一，其中油氣區(qū)主要分布在黃河口凹陷和萊州灣凹陷。近年來，在渤海南部明下段發(fā)現(xiàn)了大面積巖性油氣藏，如墾利6-1等億噸級大型油田，橫向上，油層呈連片分布（圖11），平面上，油氣藏呈片狀分布，面積大（圖12）?？碧綄嵺`表明，渤海南部甚至整個渤海海域明下段仍然具有巨大的勘探潛力。

渤海南部早期的油氣勘探主要以古近系三角洲和明下段河道砂為主，河道砂之間連通性差，河道砂面積小，平面上常呈“條帶狀”分布，剖面上呈透鏡狀分布，發(fā)育的圈閉面積小，不具備發(fā)育大面積巖性油氣藏的潛力。近年來，作者所在團隊運用源-匯理論，通過分析渤海海域明化鎮(zhèn)組沉積期的古氣候條件、物源體系、搬運體系和匯聚體系，獲得以下認識：渤海南部明下段沉積期以亞熱帶和溫帶氣候為主，期間存在亞熱帶、多雨與溫帶少雨頻繁交替的環(huán)境，為河流的搬運提供了充足的水動力條件；研究區(qū)周圍的遼東隆起、魯西隆起和膠東隆起物源區(qū)距離湖泊較近，母巖類型為長英質(zhì)變質(zhì)巖或變質(zhì)巖與巖漿巖的組合，長英質(zhì)粗粒母巖為大面積砂巖提供了充足的碎屑物質(zhì)；研究區(qū)發(fā)育四個方向的大型古水系，以及河流、河湖交互、湖泊等匯聚體系，尤其是河湖交互和湖泊體系能夠形成面積較大的砂體（圖9，圖10），具備發(fā)育大面積巖性圈閉的條件（圖11）。由于烴類沿通源斷裂運移至河道-席狀砂之后（圖12a），會沿著河道-席狀砂連片砂體運移到更大范圍的圈閉中，形成大型油氣藏（圖12b）。

圖11 渤海南部地區(qū)墾利6-1構造明下段砂體和油層連續(xù)分布特征Fig. 11 Continuous distribution characteristics of the sand bodies and oil layers in the lower member of the Minghuazhen Formation of KL 6-1 structure in the southern Bohai Sea

圖12 渤海南部地區(qū)明下段墾利6-1構造巖性油藏成藏模式和含油面積分布Fig. 12 Accumulation model and oil-bearing area distribution of the KL 6-1 structural lithologic reservoir in the lower member of the Minghuazhen Formation in the southern Bohai Sea(a) Accumulation model; (b) Oil-bearing area distribution

在墾利6-1明下段億噸級油田的勘探過程中總結出該認識之后，指導了墾利10-2的勘查，成功發(fā)現(xiàn)了又一個億噸級油田。勘探實踐表明：渤海海域新近系均具有發(fā)育大面積巖性圈閉巨大潛力，在淺層探明程度較高的條件下，仍然具有發(fā)現(xiàn)大型油氣田的潛力。

6 結論

（1）渤海南部明下段發(fā)育大面積砂體，砂體之間相互連通，主要發(fā)育河流、河湖交互和湖泊這三種沉積體系。其中，河湖交互和湖泊淺水三角洲是大面積砂體發(fā)育的主要沉積相類型。

（2）研究區(qū)明下段沉積期，燕山-遼西隆起方向距離研究區(qū)最遠，主要影響西北方向的砂體分布；遼東隆起次之，主要影響東北方向的砂體分布；魯西隆起較近，對西南方向的砂體具有重要影響；膠東隆起最近，主要影響東南方向的砂體分布。研究區(qū)明下段沉積期發(fā)育的多個小型淺水湖泊是周圍碎屑物質(zhì)的最終歸宿。

（3）亞熱帶氣候、長英質(zhì)變質(zhì)巖和巖漿巖母巖、充足的降雨量、發(fā)達的古水系、以及湖泊范圍的頻繁擴大和縮小為渤海南部明下段沉積期大面積砂體的形成提供了有利的源-匯條件。在有利源-匯條件的保障下，河道砂-席狀砂的連通導致研究區(qū)明下段發(fā)育大面積的巖性圈閉。與單獨的河道砂相比，河湖交互和淺水三角洲具有形成大面積巖性油氣藏的潛力。