渤海湾盆地黄河口凹陷油气成藏模式

张新涛，周心怀，牛成民 （中海石油 （中国）有限公司天津分公司 ）

甄彦琴，陈容涛 （ 渤海油田勘探开发研究院，天津300452）

油气成藏模式是由一组类似的控制油气藏形成的基础条件、动力介质、形成机制、演化历程等要素组成的单一模型或者多要素复合模型，用于揭示油气成藏规律并指导有利区带预测，近年来逐渐成为国内外石油地质学研究领域的热点之一[1～5]。不同类型成藏模式的建立方法和适用范围则不尽相同。因此，建立规范而合理的成藏要素体系对成藏模式的构建具有重要意义。黄河口凹陷是渤海油田重要的油气勘探开发和生产基地。历经近30年油气勘探，许多学者对黄河口凹陷油气成藏机理和控制作用进行了综合研究，先后提出了许多创新性认识，诸如 “近源晚期优势成藏”[3～11]、“走滑转换带对油气控制作用”[12]、“古近系近源压控模式”、“新近系断控浅水三角洲富集模式”[8～13]。这些重要认识对油气成藏期次、成藏条件等方面的研究具有重要的指导意义[14～18]。但不同构造带油气分布与富集程度差异性较大，以油气成藏模式差异性为核心的研究还未深入展开、制约了下一步油气勘探进程。笔者通过对黄河口凹陷不同构造带多个油田深入研究，从成藏组合分布入手，剖析不同构造带已发现油田含油层系的油气运聚及成藏主控因素等条件，建立以形成条件为核心、形成机制为指导的多要素复合类型油气成藏模式，预测有利油气勘探区域，为黄河口凹陷下一步油气勘探指明方向。

1 地质概况

黄河口凹陷位于渤海湾盆地济阳坳陷的东北部，北侧为渤南低凸起，南侧为垦东－青坨子凸起和莱北低凸起，东侧为庙西凹陷，西邻沾化凹陷，是近东西向控凹断裂和北北东向走滑断裂控制下形成的新生界北断南超箕状凹陷，总面积约3309km2。由于走滑断裂的存在将凹陷分成了西北次洼、西南次洼、中央隆起带和东次洼，同时控凹断层、次级断层的存在，又将次洼分成了更多的二级构造单元 （见图1）。黄河口凹陷新生代构造演化总体经历了古新世－渐新世早期 （孔店组 （E1k）－沙河街组 （Es）沉积期）和渐新世中、晚期至上新世早期 （东营组 （Ed）－明化镇组下段 （NmL）沉积期）2个裂陷－拗陷旋回及上新世晚期 （明化镇组上段 （Nmu）－平原组 （Qhp）沉积期）以来的新构造运动再活动期。多期构造－沉积旋回使黄河口凹陷形成了多套烃源岩、多个储盖组合及多个含油气层位。

图1 黄河口凹陷区域位置图

2 成藏组合分析

根据黄河口凹陷构造演化特征、生储盖分布、圈闭特征与油气富集特点，将黄河口凹陷划分3个油气成藏组合：下部成藏组合、中部成藏组合和上部成藏组合。不同油气成藏组合在不同区带具有不同的油气勘探意义和价值。

2.1 下部成藏组合

下部成藏组合主要指始新世沙河街组三段 （Es3）扇三角洲、湖底扇储集层与半深湖相泥岩形成的含油气成藏组合，属于 “自生、自储、自盖”源内成藏的主要层系 （见图2）。Es3是黄河口凹陷烃源岩最主要发育层系，总有机碳质量分数平均值达到2.99%，为好的烃源岩。模型模拟表明，黄河口凹陷Es3主力烃源岩在距今5.1Ma（NmL沉积末期）整体进入生、排烃高峰期[6]。由于下部组合分布局限在凹陷深部，埋深大且较少钻井钻遇，是目前发现油气最少的成藏组合，仅在黄河口凹陷北部陡坡带渤中25－1油田中发现。该油田BZ25－1－1井在Es3钻遇扇三角洲前缘水下分流河道细－粗粒砂岩和砾岩，试油获得日产油297m3。分析认为，黄河口凹陷深洼区、北部陡坡带、南部缓坡带是发现该组合油气藏的潜在勘探领域。

2.2 中部成藏组合

中部成藏组合主要为始新世末、渐新世时期沙河街组一段 （Es1）、二段 （Es2）、东营组 （Ed）发育的辫状河三角洲砂体、滩坝砂体和滨浅湖泥岩形成的含油气成藏组合 （见图2）。中部成藏组合已经发现的油气占黄河口凹陷总发现油气的25%，主要集中在渤中25－1、渤中34－2/4及渤中35－2油田。油气成藏具有以下主要特点：①近油源凹陷的隆起带和斜坡带最有利，生烃凹陷控制油气藏分布，油气主要为短距离侧向运移和沿断裂向上运移；②圈闭以背斜、断背斜型为主，多为中新世早期拉张运动形成的早期圈闭；③以辫状河三角洲、滩坝砂岩储集层为主，物性横向变化大，纵向层薄，优质储层的分布是制约中部组合油气勘探的关键[14]。河口凹陷南部缓坡带、中央隆起带及东部断阶带是该组合油气藏的有利勘探领域。

2.3 上部成藏组合

图2 黄河口凹陷地层层序与成藏组合划分

上部成藏组合是新近系馆陶组 （Ng）辫状河、NmL浅水三角洲砂体与滨浅湖泥岩形成油气成藏组合 （见图2）。上部成藏组合已经发现的油气占黄河口凹陷发现油气的67%，是发现油气储量最多的成藏组合类型。油气藏具有中－浅埋深 （1200～1800m）、原油密度中等、产能高 （新近系最高日产油455.3m3）的特点[6]。不同构造带发育个数不等的油气藏和储量规模，例如陡坡带渤中25－1S油田，中央隆起带渤中28－34油田群，缓坡带垦利3－2油田、凸起带渤中26－3油田等。油气成藏具有以下主要特点：①近源、晚期快速成藏是形成新近系优质油气藏的前提条件；②浅水三角洲沉积体系为新近系优质油气藏形成提供了储集空间；③新构造运动形成的晚期断层是浅层油气富集的关键因素[9]。

3 成藏模式

根据黄河口凹陷油气成藏组合、油气藏分布特征、油气运聚方向和输导体系特征的差异性，在综合分析黄河口凹陷上、中、下成藏组合及其成藏主控因素的基础上，构建了4种油气成藏模式。

3.1 陡坡带 “中转站”成藏模式

图3 陡坡带 “中转站”油气运移模式

陡坡带 “中转站”成藏模式的核心是断层作为油气运移的通道，同时强调断层下降盘砂体 的 作 用[18]。 从 烃 源岩中初次运移来的油气在砂体内聚集，如一个油气运移临时聚集 “中转站”（图3）。断层根部砂体面积大、广泛分布、与烃源岩直接接触，有利于油气聚集。随着晚期断裂的持续活动，断层沟通了深层“中转站”，油气向浅层运移，形成复式成藏模式。渤中25－1油田位于黄河口凹陷北部边界大断层下降盘的逆牵引背斜圈闭，油层为Es扇三角洲，储层为Nm浅水三角洲。大断层沟通了黄河口凹陷Es生油层与圈闭内Nm储层。BZ25－1－5井证实，在运移断层附近，Es3发育巨厚层砂体 （40～260m）起到了吸收烃源岩中生成的分散油气后运移到Nm的 “中转站”作用。

3.2 中央隆起带 “网毯式”成藏模式

“网毯式”成藏模式强调输导体系在油气聚集、分配中的重要作用。该输导体系包括3层结构：下部油源通道网层、中部仓储层和上部油气聚集网层[19]。所谓 “网”，是指输导体系下部的油气源通道网层 （切至油源的主要断裂）和上部的油气聚集网层 （次级断裂及其连通的枝状砂体）；“毯”是指呈 “毯状”稳定分布的巨厚块状砂岩，这种块状砂砾岩又称为 “仓储层”。其中，仓储层的油气可继续横向运移，也可沿次级断裂网垂向进入上部的油气聚集网层，在有圈闭条件的部位形成次生油气藏。渤中28－34油田群位于黄河口凹陷中央隆起带，是黄河口凹陷勘探程度最高地区之一。该区油气输导网主要包括2类：早期张性断层与新构造运动形成的雁列式近东西方向晚期断层[20～22]。“毯”是指馆陶组下段（NgL）广泛分布辫状河砂砾岩沉积，分布广、厚度大 （平均厚度200m，最大厚度280m）。该成藏模式中，早期张性断层沟通了深层Es3烃源岩，油气沿着断层向上运移，直接将烃源岩中的油气输送到浅层，聚集形成构造和岩性－构造油气藏；也可以在Ng“毯状”砂砾岩中横向运移，遇到切穿Ng晚期断层，导致其中的油气继续沿着断层向上运移，形成次生油气藏 （图4）。这种成藏模式对于在上部成藏组合寻找 “次生油气藏”具有很好借鉴意义。

3.3 缓坡带 “复合式”成藏模式

图4 中央隆起带 “网毯式”油气运移模式

缓坡带 “复合式”成藏模式是指油气一方面受边界断层活动性、中深层 “中转站”储层砂体发育的影响；另一方面Ng砂砾岩体为油气运移提供横向输导作用 （图5）。浅层的油气运移受 “中转站”与“网毯式”输导体系双重因素的控制，尤其是Ng砂砾岩体对油气运移的影响较大。垦利2－1构造位于黄河口凹陷南缘缓坡带边界断层下降盘，为依附边界断层形成断鼻型圈闭，是油气长期汇聚指向区。KL2－1－A井钻后证实，Nm、Ng、Ed及Es组均发现良好的油气显示，但仅在Es钻遇了57.7m储层 （最大单层厚度仅为5m），中深层优质储层砂体缺乏，影响了深层油气勘探成效。但该井在浅层Ng、Nm获得大量油气发现，分析认为：Ng储层发育，向南缓坡部位逐步抬升，来自黄河口凹陷的油气沿着Ng砂砾岩横向运移，在南缘缓坡带聚集成藏；而Nm油藏主要受切穿Ng次级断层形成的次生油气藏。

图5 缓坡带 “复合式”油气运移模式

3.4 凸起带 “阶梯式”成藏模式

“阶梯式”成藏模式是指由断层和骨架砂岩组成的油气输导体系，由低势区向高势区连续运移模式，断层面两侧的砂泥岩厚度、分布决定了 “阶梯式”油气运移的效率[19]（图6）。

根据林玉祥[23]对垦东凸起油气成熟度和石油生物标志物分析结果认为，垦东凸起北部斜坡带的油气全部来自黄河口凹陷，油气沿着北部边界断层向上运移，沿着Ng砂砾岩横向输导，遇到顺向正断层向上运移并成藏。随着Ng砂体对接层位逐层抬高，浅层油气呈现由北向南 “阶梯式”侧向和垂向运移，含油气层位逐渐变浅的特征。垦东10－34井区油层主要集中在NgL顶部、馆陶组上段 （Ngu）底部；向凸起方向的垦东4井区油层主要分布Ngu中上部，同时发现薄气层，进一步证实了 “阶梯式”油气成藏模式。

图6 垦东凸起 “阶梯式”油气运移模式

4 勘探实践

黄河口凹陷不同构造带成藏模式具有差异性，影响了油气富集程度，油气成藏模式差异性对黄河口凹陷油气勘探具有重要的指导意义 （图7）。近年来，围绕黄河口凹陷中央隆起带至莱西构造带，油气勘探取得良好效果。在勘探成熟区，应用 “网毯式”油气成藏模式，拓展构造背景下岩性油气藏勘探领域，新发现了渤中34－1西，渤中34－3两个商业性油田和一批含油气构造。尤其渤中34－3油田的A井区，缺乏深切Es的油源断层，但切穿Ng的断层可以作为次级油源断层，连通Ng砂砾岩作 “网毯式”横向油气输导，进而在浅层NmL聚集成藏。在勘探新区，黄河口凹陷南缘缓坡带发现了垦利2－1含油气构造，垦东凸起斜坡带发现了垦利9－1含油气构造，展现了良好的勘探前景。

图7 黄河口－莱西构造带油气差异成藏模式

5 结论

1）黄河口凹陷成藏组合具有差异性，下部成藏组合主要指始新世沙河街组三段扇三角洲、湖底扇与半深湖相泥岩形成的含油气组合；中部成藏组合主要始新世末、渐新世时期沙河街组一、二段、东营组发育的辫状河三角洲砂体、滩坝砂体和滨浅湖泥岩形成的含油气组合；上部组合是新近系馆陶组辫状河、明化镇组下段浅水三角洲砂体与滨浅湖泥岩形成油气成藏组合。

2）黄河口凹陷不同构造带发育4种成藏模式：陡坡带 “中转站式”、中央隆起带 “网毯式”、缓坡带 “复合式”及凸起带 “阶梯式”成藏模式，不同构造带发育不同类型的成藏样式影响了油气富集程度，油气成藏模式差异性为油气勘探指明了方向。

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