李 龍 張新濤 徐春強(qiáng) 張 震 劉 騰

(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司 天津 300459)

渤中凹陷是渤海海域主要的富油氣凹陷之一。20世紀(jì)末以來(lái)，在源控論、晚期成藏等理論指導(dǎo)下，以新近系為主要目的層，堅(jiān)持以富生烴凹陷及周邊凸起區(qū)為主要勘探方向，先后在渤中凹陷周邊的石臼坨凸起、沙壘田凸起、渤南凸起發(fā)現(xiàn)了秦皇島32-6、南堡35-2、曹妃甸11/16、蓬萊19-3等億噸級(jí)油田，累計(jì)發(fā)現(xiàn)10多個(gè)大中型油氣田，累計(jì)三級(jí)石油地質(zhì)儲(chǔ)量17×108m3。隨著勘探程度提高和勘探難度增大，目前已進(jìn)入深淺層立體勘探階段，勘探領(lǐng)域從凸起穩(wěn)定區(qū)轉(zhuǎn)向凸起周邊活動(dòng)斷裂帶。在該階段，活動(dòng)斷裂帶控藏理論、源-匯時(shí)空耦合富砂機(jī)理、湖盆萎縮期新近系極淺水三角洲等理論的提出為新近系構(gòu)造-巖性油藏、古近系構(gòu)造-地層油藏提供了重要的理論支撐，指導(dǎo)發(fā)現(xiàn)了一大批大中型高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)油氣藏[1-15]。

“十二五”以來(lái)，隨著渤中凹陷大面積連片三維地震資料采集完成，凹陷內(nèi)部整體結(jié)構(gòu)日益清晰，“洼中脊”成為凹陷區(qū)油氣匯聚的典型背景，古構(gòu)造脊緊鄰生烴洼陷而成為規(guī)模增儲(chǔ)的主戰(zhàn)場(chǎng)。為了油氣勘探的持續(xù)發(fā)現(xiàn)和為渤海油田上產(chǎn)3 500×104t尋找后備儲(chǔ)量，對(duì)渤中西洼區(qū)(渤中凹陷西部)進(jìn)行了精細(xì)構(gòu)造解釋、圈閉梳理及油氣成藏深化研究，取得了重大發(fā)現(xiàn)，形成了曹妃甸6-4、曹妃甸12-6—渤中8-4、渤中13-1S三個(gè)新近系億噸級(jí)規(guī)模增儲(chǔ)區(qū)。前人從斷裂活動(dòng)與油氣運(yùn)移、構(gòu)造特征與油氣聚集、油氣聚集條件及主控因素等方面對(duì)凹陷區(qū)的油氣成藏規(guī)律進(jìn)行了大量研究[16-21]，但研究主要集中在斷控成藏方面。本文主要總結(jié)渤中西洼區(qū)近些年勘探成果，重點(diǎn)剖析油氣控藏特征，探討“脊-斷”油氣富集機(jī)理，以期明確有利勘探方向，為下一步油氣勘探提供理論支撐。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

渤中西洼區(qū)面積約2 000 km2，北接石臼坨凸起，西南臨沙壘田凸起，東南與渤中凹陷主體相接(圖1)，主要包括西洼主體、北部陡坡帶、中央構(gòu)造帶、渤中8構(gòu)造帶，共一洼三帶。自下而上發(fā)育古近系沙河街組(Es)、東營(yíng)組(Ed)和新近系館陶組(Ng)、明化鎮(zhèn)組(Nm)以及第四系平原組(Qp)。截至2017年底，該區(qū)先后發(fā)現(xiàn)了渤中8-4、曹妃甸6-4、曹妃甸12-6等油田，累計(jì)發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)量2.45×108m3油當(dāng)量，近80%油氣儲(chǔ)量分布在新近系，以構(gòu)造、構(gòu)造-巖性油氣藏為主。油源對(duì)比結(jié)果表明，新近系油氣主要來(lái)自沙河街組烴源巖；油氣分布除了受烴源巖分布控制外，還受構(gòu)造部位的控制，古構(gòu)造脊是凹陷區(qū)油氣初次聚集的主要區(qū)域，而油氣的分布與斷裂密切相關(guān)。

圖1 渤中西洼區(qū)域位置Fig.1 Location of western Bozhong sag

2 油氣分布特征

渤中西洼區(qū)早期勘探針對(duì)古近系、潛山構(gòu)造圈閉一直未獲得大的突破。近年來(lái)，以新近系為勘探目的層系，先后在渤中8-4、曹妃甸6-4、曹妃甸12-6等構(gòu)造獲得較好的油氣發(fā)現(xiàn)，呈現(xiàn)環(huán)洼滿帶含油的特征。

1) 縱向油氣分層系差異性明顯(圖2)。油氣主要富集在新近系明化鎮(zhèn)、館陶組，古近系東營(yíng)組、沙河街組油層發(fā)現(xiàn)較少，僅在北部陡坡帶曹妃甸6-4油田東營(yíng)組油氣較為富集。此外，中央構(gòu)造帶曹妃甸12-6構(gòu)造潛山頂面見較好油氣顯示，油層厚度較大。

2) 平面各區(qū)帶新近系油氣分布呈現(xiàn)不均衡性。①北部陡坡帶：曹妃甸6-4油田新近系油氣主要富集于館陶組，明化鎮(zhèn)組偶見零星油層。②中央構(gòu)造帶：北部曹妃甸5/6構(gòu)造帶油氣主要集中于館陶組，油層最大厚度64.8 m，僅少數(shù)井于明下段底部見零星薄油層；南部曹妃甸12-6構(gòu)造在明下段和明上段均獲得較好的油氣發(fā)現(xiàn)，單井油層最大厚度為125.7 m，油氣層主要集中分布于明下段，局部井區(qū)富集于明上段。③渤中8構(gòu)造帶：渤中8-4油田油氣主要分布在明化鎮(zhèn)組，館陶組油層較少；低部位3井區(qū)、上升盤的12井區(qū)油氣集中富集在館陶組，明化鎮(zhèn)組僅見零星油層。

總體上，油氣主要集中分布在新近系活動(dòng)斷裂帶，平面上分區(qū)、縱向分層，呈現(xiàn)差異富集的特征。

圖2 渤中西洼區(qū)斷裂與油氣平面分布Fig.2 Distribution of faults and hydrocarbon in western Bozhong sag

3 控藏條件分析

通過對(duì)渤中西洼區(qū)已鉆油氣藏的解剖與成藏要素研究發(fā)現(xiàn)，該區(qū)油氣自深層古近系烴源巖向淺層新近系圈閉能夠進(jìn)行長(zhǎng)距離、大規(guī)模聚集成藏，油氣成藏明顯受到構(gòu)造脊和斷裂控制。

3.1 古構(gòu)造脊

渤中西洼區(qū)鉆探證實(shí)，油氣成藏時(shí)期古構(gòu)造脊的具體形態(tài)決定了油氣運(yùn)移的具體路徑，制約著油氣的運(yùn)聚。油氣往往向低勢(shì)區(qū)運(yùn)移聚集，因此“脊運(yùn)聚”是油氣成藏的關(guān)鍵過程，古構(gòu)造脊的展布特征控制了油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移的方向、路徑與規(guī)模。

渤中西洼區(qū)潛山古構(gòu)造脊與沙河街組烴源巖大面積接觸，烴源巖排出的油氣優(yōu)先向構(gòu)造脊這樣的低勢(shì)區(qū)高速運(yùn)移，形成油氣的初次匯聚，且構(gòu)造脊相對(duì)越高越有利于油氣運(yùn)聚,該區(qū)潛山高部位油氣藏進(jìn)一步說(shuō)明了這一點(diǎn)[17-19]。古構(gòu)造脊的形態(tài)在一定程度上影響了匯烴效率，進(jìn)而影響了油氣富集。該區(qū)目前已發(fā)現(xiàn)的3個(gè)油田均位于古構(gòu)造脊發(fā)育的部位(圖2、3)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，古構(gòu)造脊形態(tài)與其匯烴效率密切相關(guān)(表1)。以曹妃甸12-6—渤中8-4油田為例，渤中8-4油田古構(gòu)造脊面積最大、幅度最陡，油氣匯烴能力最強(qiáng)，儲(chǔ)量豐度最高(379.63×104t/km2)；曹妃甸12-6油田南部的CFD12-6/6-1區(qū)塊古構(gòu)造脊面積較大、埋深淺、幅度較陡，油氣匯烴能力較強(qiáng)，儲(chǔ)量豐度也較高(260.3×104～392.5×104t/km2)，整體上油氣較富集；而曹妃甸12-6油田北部的CFD5-5區(qū)塊(緊鄰南堡凹陷，油源充足)古構(gòu)造脊面積較小，匯烴能力較弱，儲(chǔ)量豐度低(157.7×104t/km2)，油氣富集程度較差。因此，古構(gòu)造脊形態(tài)在一定程度上決定了匯聚油氣能力，古構(gòu)造脊面積越大、埋深越淺、幅度越陡，油氣的匯聚能力越強(qiáng),油氣越富集。

此外，從該區(qū)油氣富集層位來(lái)看，古構(gòu)造脊的匯烴效率在一定程度上也影響了油氣的富集層位。對(duì)于同一構(gòu)造脊，CFD12-6區(qū)塊位于構(gòu)造脊高部位，油氣主要富集于明化鎮(zhèn)組；而位于構(gòu)造脊翼部的CFD6-1區(qū)塊以及北部古構(gòu)造脊面積小、幅度較緩的CFD6-2、CFD5-5區(qū)塊，富集層位偏下，發(fā)現(xiàn)的油層集中在館陶組和東二上段。

圖3 渤中西洼區(qū)基底古構(gòu)造脊與油氣分布Fig.3 Distribution of structure-ridges and hydrocarbon in western Bozhong sag

表1 渤中西洼區(qū)中央構(gòu)造帶古構(gòu)造脊規(guī)模及油氣匯烴能力Table 1 Structure-ridge size and oil-gas convergence ability in central structural belt of western Bozhong sag

3.2 斷裂輸導(dǎo)能力

渤中西洼區(qū)新近系原油均來(lái)自深層古近系沙河街組烴源巖，為典型的他源型油氣成藏系統(tǒng)[16]。沙河街組成熟的油氣運(yùn)移至淺層新近系，在古構(gòu)造脊初次匯聚之后，油氣成藏期活動(dòng)性斷裂對(duì)油氣的垂向輸導(dǎo)作用尤為關(guān)鍵[20-24]。因此，研究成藏期溝通油氣垂向輸導(dǎo)斷裂的運(yùn)移效率，對(duì)認(rèn)識(shí)該區(qū)新近系油氣差異分布控制因素至關(guān)重要。

該區(qū)發(fā)現(xiàn)的3個(gè)大型油田均發(fā)育在構(gòu)造脊之上的斷裂發(fā)育帶(圖2、3)，且成藏期斷層越發(fā)育，油氣富集層位越淺。不同類型斷裂與油氣運(yùn)移的關(guān)系存在差異，因此依據(jù)斷裂演化將該區(qū)斷裂劃分為4類：Ⅰ型斷裂僅在古近紀(jì)早期活動(dòng)，主要分割構(gòu)造脊及其對(duì)應(yīng)的洼槽，在油氣成藏期不活動(dòng)；Ⅱ型斷裂為長(zhǎng)期活動(dòng)性斷裂，切入古構(gòu)造脊及深洼，斷裂活動(dòng)性強(qiáng)，延伸距離遠(yuǎn)，為溝通古近系烴源巖與上覆儲(chǔ)層的良好通道，是主要的油氣垂向運(yùn)移斷裂；Ⅲ型斷裂為新近紀(jì)—第四紀(jì)形成，斷至或斷穿館陶組，局部深切至基底古構(gòu)造脊，表現(xiàn)為中淺層切割，具有垂向輸導(dǎo)與調(diào)節(jié)油氣再分配的作用；Ⅳ型斷裂主要在第四紀(jì)活動(dòng)，規(guī)模較小，大多斷至明化鎮(zhèn)組，局部具有調(diào)節(jié)油氣分布的作用。該區(qū)具有晚期成藏的特征，因此只有Ⅱ型和Ⅲ型(局部)切脊斷裂發(fā)育及分布才能影響油氣的垂向運(yùn)移效率。

本文引入斷接蓋層參數(shù)和斷裂輸導(dǎo)能力指數(shù)來(lái)定量表征切脊斷裂垂向運(yùn)移效率[21]。

(1)

(2)

式(1)、(2)中：ΔH為斷接蓋層參數(shù)，m；H為泥巖蓋層厚度(本文特指古近系及明下段穩(wěn)定分布的泥巖蓋層)，m；D為與泥巖蓋層相匹配斷裂的最大斷距，m；Φ為斷裂傾角，(°)；Tc為斷裂輸導(dǎo)能力指數(shù)；L為斷裂有效延伸長(zhǎng)度，m；δ為斷裂走向與區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)的夾角，(°)。

利用式(1)、(2)中的斷接蓋層參數(shù)和斷裂輸導(dǎo)能力指數(shù)對(duì)該區(qū)切脊斷裂的運(yùn)移能力進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，明確了斷裂垂向輸導(dǎo)能力與油氣充注和富集層位之間的關(guān)系(圖4、5)。以中央構(gòu)造帶為例，圖5a中曹妃甸6-1/2構(gòu)造區(qū)ΔH>7 m，油氣富集于館陶組；曹妃甸12-6構(gòu)造區(qū)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，斷裂密度大、活動(dòng)性強(qiáng)、延伸遠(yuǎn)，斷層輸導(dǎo)能力越強(qiáng)，ΔH<7 m，油氣富集在明化鎮(zhèn)組。由圖5b可以看出：①曹妃甸6-1/2構(gòu)造區(qū)Tc<1.50，斷裂垂向輸導(dǎo)能力較弱：當(dāng)Tc<0.55時(shí)，油氣僅充注至館陶組，油層集中在館陶組；當(dāng)0.55≤Tc<1.50時(shí)，油氣可充注至明下段下部，明化鎮(zhèn)組僅見零星油層；②曹妃甸12-6構(gòu)造Tc值均大于1.00，斷裂垂向運(yùn)移能力較強(qiáng)：當(dāng)1.00≤Tc<1.50時(shí)，油氣充注至明下段頂部；當(dāng)Tc≥1.50時(shí)，油氣充注至明上段，明上段油氣更為富集?？傮w上，曹妃甸12-6構(gòu)造區(qū)斷層垂向輸導(dǎo)能力較曹妃甸6-1/2構(gòu)造區(qū)塊強(qiáng)，油氣充注能力更強(qiáng)，油氣集中分布在較淺的明化鎮(zhèn)組。因此，Tc值越大，斷層垂向運(yùn)移效率越高，更有利于油氣的垂向輸導(dǎo)，油氣富集層位越淺。

圖4 渤中西洼區(qū)中央構(gòu)造帶曹妃甸12-6油田切脊斷裂垂向運(yùn)移效率評(píng)價(jià)結(jié)果Fig.4 Evaluation of fault transporting ability in CFD12-6 oilfield in central structural belt,western Bozhong sag

圖5 渤中西洼區(qū)中央構(gòu)造帶斷層垂向輸導(dǎo)能力與油層分布Fig.5 Relationship between fault transporting ability and reservoir distribution in central structural belt of western Bozhong sag

上述分析表明，斷裂形態(tài)、活動(dòng)性、規(guī)模控制了油氣運(yùn)移效率，進(jìn)而影響油氣的縱向分布層位。斷層活動(dòng)性越強(qiáng)，密度越大，油氣充注能力越強(qiáng)，油氣越向淺層富集。

4 “脊-斷”聯(lián)控成藏模式

如前所述，渤中西洼區(qū)古構(gòu)造脊控制油氣初次運(yùn)移的方向，切穿構(gòu)造脊相關(guān)斷層的形態(tài)和活動(dòng)性控制著油氣垂向運(yùn)移效率。該區(qū)共鉆遇2類“脊-斷”配置關(guān)系、3種垂向組合樣式，不同的組合樣式對(duì)油氣富集層位具有差異(圖6)。

“脊-斷”聯(lián)控是指凹陷區(qū)古構(gòu)造脊與切脊斷裂共同控制的淺層新近系成藏模式，是以古構(gòu)造脊初次匯聚為基礎(chǔ)，以切脊斷裂貫通為控制要素的一種油氣平面運(yùn)聚和空間分配模式。即凹陷中古構(gòu)造脊與烴源巖大面積直接接觸，潛山不整合面作為油氣運(yùn)移的良好通道，油氣優(yōu)先向古構(gòu)造脊運(yùn)移，當(dāng)油氣在古構(gòu)造脊高部位匯聚之后，通過大量發(fā)育的切穿古構(gòu)造脊的活動(dòng)斷裂垂向運(yùn)移至淺層成藏。渤中西洼區(qū)中央構(gòu)造帶鉆探已經(jīng)證實(shí)，該區(qū)古構(gòu)造脊面積越大、幅度越陡，斷裂越發(fā)育、活動(dòng)性越強(qiáng)，油氣在淺層匯聚能力越強(qiáng)，油氣越富集，“脊-斷”聯(lián)控模式是該區(qū)淺層油氣成藏的關(guān)鍵。鉆探也證實(shí)，“脊-斷”配置差，油氣很難在淺層匯聚成藏。如渤中8-3北塊構(gòu)造發(fā)育古構(gòu)造脊，但與晚期斷層不匹配(即不存在斷穿上覆新近系的斷層)，或晚期活動(dòng)性斷裂未切至古構(gòu)造脊，深層油氣很難垂向運(yùn)移至淺層，新近系油氣也不富集(圖6)。

在油氣差異富集控制因素的分析基礎(chǔ)上，建立了渤中西洼區(qū)新近系“脊-斷”聯(lián)控油氣成藏模式(圖7)：古構(gòu)造脊是深層油氣初次匯聚的有利方向；斷層性質(zhì)、活動(dòng)性及發(fā)育程度控制了油氣垂向運(yùn)移效率；“脊-斷”聯(lián)合控制了油氣平面的富集區(qū)塊和縱向富集層位。

圖6 渤中西洼區(qū)“脊-斷”配置類型及油氣分布Fig.6 Ridge-Fault type and hydrocarbon distribution in western Bozhong sag

圖7 渤中西洼區(qū)“脊-斷”聯(lián)控油氣成藏模式(剖面位置見圖1)Fig.7 Hydrocarbon accumulation model of Ridge-Fault joint control in western Bozhong sag(see Fig.1 for location)

5 勘探實(shí)例及有利區(qū)預(yù)測(cè)

5.1 勘探實(shí)例

環(huán)渤中凹陷在“脊-斷”聯(lián)控成藏規(guī)律指導(dǎo)下進(jìn)行了一系列有利區(qū)帶篩選，并在凹陷區(qū)鉆探多個(gè)構(gòu)造，成功發(fā)現(xiàn)渤中13-A、龍口7-A等油田，共發(fā)現(xiàn)三級(jí)石油地質(zhì)儲(chǔ)量約7 880×104t，證實(shí)了“脊-斷”聯(lián)控油氣成藏模式的有效性。

渤中13-A構(gòu)造位于渤中西洼南部，下部緊鄰烴源巖，淺層為一系列反向斷層控制的斷鼻、斷塊型圈閉。油氣綜合成藏研究認(rèn)為，渤中13-A構(gòu)造是洼中隆起帶，構(gòu)造脊發(fā)育，有利于西南洼烴源巖的油氣開展初次匯聚，并且發(fā)育了深切至構(gòu)造脊的長(zhǎng)期活動(dòng)斷裂，成為油氣垂向輸導(dǎo)的良好通道。該構(gòu)造符合“脊-斷”聯(lián)控成藏模式，具備良好的油氣“匯聚脊”條件，其上鉆探的BZ13-A-2井共鉆遇油層19層，厚度合計(jì)76.0 m(集中在館陶組)，三級(jí)石油地質(zhì)儲(chǔ)量3 840×104t。

5.2 有利區(qū)預(yù)測(cè)

渤中凹陷古近系優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育，油氣資源十分豐富。分析認(rèn)為，渤中凹陷西部渤中8-3南塊、渤中7-1等構(gòu)造緊鄰生烴凹陷，沙河街組烴源巖發(fā)育，具備良好的生烴條件，該區(qū)帶基底均發(fā)育繼承性古構(gòu)造脊，面積較大，可作為油氣初次運(yùn)移的有利方向。斷層統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，該區(qū)帶發(fā)育大量長(zhǎng)期活動(dòng)性斷層，斷距多集中在80～200 m，斷層活動(dòng)速率為15～22 m/Ma，具有較強(qiáng)的活動(dòng)性；且“脊-斷”配置較好，使得深層油氣能夠有效輸送至新近系。構(gòu)造解釋結(jié)果表明，該區(qū)帶渤中8-3南塊、渤中7-1構(gòu)造新近系均發(fā)育受NE向斷層控制的大量斷塊型圈閉，可以作為油氣最終匯聚區(qū),是渤中西洼區(qū)下一步勘探的重要區(qū)帶。

6 結(jié)論

1) 渤中西洼區(qū)縱向上油氣呈現(xiàn)差異富集的特征，主要分布在新近系明化鎮(zhèn)組和館陶組；平面上新近系油氣分布呈現(xiàn)不均衡性，集中分布在活動(dòng)性斷裂帶。

2) 渤中西洼區(qū)油氣成藏時(shí)期古構(gòu)造脊的形態(tài)和展布特征控制了油氣運(yùn)移的具體路徑、方向和規(guī)模，構(gòu)造脊面積越大、埋深越淺、幅度越陡，匯烴能力越強(qiáng)，油氣越富集。斷裂形態(tài)、活動(dòng)性、規(guī)模控制了油氣運(yùn)移效率，其中切脊斷裂發(fā)育程度控制油氣的垂向運(yùn)移效率，斷裂活動(dòng)性越強(qiáng)、密度越大，其垂向輸導(dǎo)效率越高，越有利于油氣向淺層運(yùn)移。建立了研究區(qū)“脊-斷”聯(lián)控控藏模式，劃分出2類“脊-斷”配置關(guān)系、3種垂向組合模式。

3) 環(huán)渤中凹陷新近系油氣勘探應(yīng)優(yōu)選“脊-斷”配置好的區(qū)帶，再根據(jù)新近系圈閉發(fā)育程度、儲(chǔ)蓋組合條件進(jìn)行綜合有利勘探區(qū)帶篩選，有利于提高成功率。渤中8-3南塊、渤中7-1構(gòu)造是渤中西洼區(qū)下一步勘探的重要區(qū)帶。