渤海湾盆地新生代晚期断层活动与新近系油气富集关系

蒋有录，刘 培，宋国奇，刘 华，王永诗，赵 凯

[1.中国石油大学(华东) 地球科学与技术学院，山东 青岛 266580； 2.中海石油(中国)有限公司 深圳分公司研究院，广东 广州 510240； 3.中国石化 胜利油田分公司，山东 东营 257001]

渤海湾盆地新生代晚期断层活动与新近系油气富集关系

蒋有录1，刘 培2，宋国奇3，刘 华1，王永诗3，赵 凯1

[1.中国石油大学(华东) 地球科学与技术学院，山东 青岛 266580； 2.中海石油(中国)有限公司 深圳分公司研究院，广东 广州 510240； 3.中国石化 胜利油田分公司，山东 东营 257001]

根据渤海湾盆地新近系油气分布特点及成藏地质背景，对新近纪—第四纪的断层活动性与油气富集特征及其相互关系进行探讨。研究表明，新生代断层晚期活动影响各成油组合油气宏观分布，控制新近系油气富集类型及富集区带。断层差异活动对油气富集的影响可用差异系数(FDC)表征，断层在主生排烃早中期活动较强、晚期活动较弱对油气聚集最为有利。综合考虑断层活动速率及差异系数，将断层控油级别分为Ⅰ，Ⅱ和Ⅲ类，Ⅰ和Ⅱ类断层分布多的区带新近系油气较为富集，其活动速率及差异系数相对较大，Ⅲ类断层分布多的区带新近系油气富集程度差，其活动速率及差异系数相对较小。断层差异活动影响油气富集，控油级别决定油气富集程度。

断层活动；油源断层；油气富集；新近系；渤海湾盆地

渤海湾新生代盆地为裂陷盆地，具有古近纪断陷，新近纪及第四纪坳陷的特征[1]，盆地内断层发育，油气资源丰富。由于断层的输导作用，不发育烃源岩的新近系成为重要的含油气层系，尤其是在环渤海地区，新近系油气探明储量占总探明储量超过二分之一，并发现了孤岛、埕岛、北大港、蓬莱19-3和渤中25-1等多个亿吨级油气田[2-3]。新近系油气来自下部古近系生烃层系，具有“下生上储、它源成藏”等特点；断层作为油气垂向运移的通道，是沟通“源-储”的桥梁。研究表明，不同性质(伸展、走滑)断层对油气成藏影响存在一定差异，走滑断层派生的挤压、褶皱和抬升等作用一般控制构造带改造和圈闭形成，而伸展断层引起的调节、滑脱和拆离等作用则影响断陷演化和烃源岩发育[4-7]；但就断层活动影响新近系油气运聚而言，二者控制机制较为一致，主要体现于新生代晚期(新近纪-第四纪)断层活动期次、强弱等动态过程[2-6]。关于研究区断层活动与新近系油气成藏关系前人已开展许多工作[8-12]，但对不同地区断层差异活动与新近系油气富集关系问题的研究还有待深入。鉴于此，本文以渤海湾盆地多个凹陷新生代重要油源断层(以伸展性质断层为主)为研究对象，探讨其新生代晚期活动与新近系油气富集的关系。

1 地质背景

渤海湾盆地位于我国东部大陆边缘，东、西分别以郯庐断裂和太行山断裂为界，南、北分别被鲁西隆起和燕山褶皱带所限，总面积约20×104km2，包括辽河、渤中、济阳、黄骅、冀中、临清等坳陷及内黄、埕宁、沧县、邢衡等隆起，具“凸凹相间、大盆地小凹陷”的特点[1]。根据断陷盆地构造带的划分，新近系构造单元大致可分为披覆带、浅凹带和斜坡带[13]。研究区断层发育，

产状多样，具有多期活动的特点，中生代开始活动断层主体方向为北西向及北东向，新生代开始活动断层以北东向为主[14](图1)。

研究区生、储、盖条件优越，发育孔店组、沙(沙河街组)四段、沙三段、沙一段和东营组等多套烃源岩，生烃层系自盆地外围凹陷向渤中凹陷逐渐变多变新；储集层系包括前古近系、古近系及新近系；区域性盖层主要为沙三段、沙一段、东营组和明化镇组[15]。新近系生储盖组合具有“下生-上储-上盖”的特点，由古近系中上部(沙三段、沙一段和东营组)烃源岩混源供烃为主，馆陶组河流相砂体是其主要储集层系，明化镇组发育泥岩沼泽相为区域性盖层[2-3，16]。从宏观上看，盆地中心地区较盆地外围地区的新近系油气成藏条件优越[17]。

2 断层活动与新近系油气分布

断层控制油气成藏是一种综合作用，对油气运移、聚集、调整和破坏等过程具有重要影响[18]。中新世以来的构造运动，自盆地外围向渤中地区逐渐增强，导致不同坳陷晚期断层发育密度及活动强度不同。在外围坳陷，如辽河、冀中及临清坳陷，晚期断层发育密度相对较小，在次外围的黄骅、济阳坳陷较大，而在渤中坳陷最大。这种晚期断层发育密度的差异是影响研究区新近系油气分布出现“盆内富集、盆缘贫化”的重要原因之一(图2)。

图1 渤海湾盆地中、新生代主要断层分布[14]

实际上，在断层发育密度较为相似的前提下，晚期断层活动强度是控制油气分布的关键因素，其对油气的输导、调整、破坏都有重要影响。一方面，主干油源断层的活动强度影响其输导能力，控制新近系油气富集规模；另一方面，次级断层主要对已形成的油藏产生破坏、调整，使其发生再次运聚成藏，进而影响新近系油气的分布层系及范围。

目前断层活动性研究方法主要有断层生长指数(上盘厚度/下盘厚度)、断距(古落差)及断层活动速率(断距/时间)。本文主要采用古落差、活动速率反映断层活动特征，在断层活动速率(vf)计算过程中，不同类型的断层有不同的计算方法[19]。

(1)

(2)

2.1 断层活动对油气宏观分布的控制

控凹和控带断层作为含油气凹陷中的重要断层，对油气分布控制作用明显。统计代表性凹陷主要控凹、控带断层的平均活动速率表明，自盆地外围向环渤中地区，断层晚期活动强度逐渐增大且停止活动时间逐渐变晚(图3)。从已发现的新近系油气藏宏观分布来看，断层晚期活动强度大的地区，油气分布较多，如渤中、黄骅和济阳等坳陷，而断层晚期活动较弱的地区，油气分布较少，如冀中、辽河和临清等坳陷。

根据生储盖组合关系可将渤海湾盆地分为下部成油组合(前古近系至沙四段)、中部成油组合(沙三段至沙一段)及上部成油组合(东营组至明化镇组)[20]，

图2 渤海湾盆地东西向地质剖面示意图

图3 渤海湾盆地南北向主要凹陷断层活动与油气储量关系

不同凹陷各成油组合油气富集情况存在较大差异。新生代晚期断层活动较弱或停止的凹陷，油气主要分布在下部成油组合，上部成油组合没有油气发现；晚期断层活动性中等的凹陷，油气主要富集于中部成油组合，上部成油组合油气占有一定比例；而晚期断层活动性强的凹陷，油气则集中在上部成油组合，中、下部成油组合油气储量有限。可见，断层晚期活动强度越大、停止活动时间越晚，上部成油组合油气所占比例越大，断层晚期活动性在宏观上控制了不同成油组合油气的分布(图3)

2.2 断层活动与新近系油气富集凹陷类型

根据新近系的探明储量、储量百分比及储量丰度等参数，将渤海湾盆地主要凹陷新近系油气富集类型划分为高富集、较富集和不富集三类(表1)。新近系油气高富集凹陷包括渤中、歧口、沾化、南堡等凹陷；较富集凹陷包括东营、车镇、惠民、饶阳、辽河西部等凹陷；不富集凹陷包括辽河东部、霸县、潍北、廊固、东濮等凹陷(图4)。

对不同类型凹陷分别选取近40条主干油源断层，计算其新近纪活动速率发现，新近系油气高富集凹陷，断层晚期活动强度较大，活动速率为5～20m/Ma的断层最多，所占比例为74%，其中活动速率为5～10 m/Ma和10～20 m/Ma的断层所占比例分别为45%和29%；新近系油气较富集凹陷，断层晚期活动强度中等，活动速率为0～10 m/Ma的断层最多，所占比例为89%，其中0～5 m/Ma和5～10 m/Ma的断层所占比例分别为47%和42%，没有发现活动速率大于20 m/Ma的断层；新近系油气不富集凹陷，断层晚期活动强度较小，活动速率为0～5 m/Ma的断层最多，所占比例为79%，活动速率大于10 m/Ma的断层极少(图5)。可见，断层晚期活动强度影响新近系油气富集类型，随着断层活动强度增大，凹陷富集类型从不富集、较富集凹陷变化到高富集凹陷。

表1 渤海湾盆地主要凹陷新近系油气富集类型划分标准

2.3 断层活动对不同构造带油气分布的控制

渤海湾盆地新近系油气主要分布于凹陷外带或凹中隆披覆背斜构造带，在浅凹带、斜坡带也有分布。针对不同类型构造带，选取油源断层发育密度相似的典型新近系油气富集区(埕岛披覆带、歧口凹陷南斜坡、东营凹陷中央隆起带)，计算其晚期活动强度(新近纪古落差)。

结果表明，不同构造带主干断层活动性存在差异，埕岛披覆带主干断层(埕北断层、埕北30北断层和埕北30南断层)活动强度普遍较大，断层古落差平均值为239 m；歧口南斜坡主干断层(张北断层、张东-海四井断层、赵家堡断层和羊二庄断层)活动性总体较强，断层古落差平均值为179 m；东营中央隆起带主干断层(辛120断层、营8断层和辛1断层等)活动性相对较弱，断层古落差平均值为75 m。同一构造带内不同断层活动强度有所不同，以埕岛披覆带为例，埕北断层活动强度总体大于埕北30北断层和埕北30南断层，埕北断层各测点古落差均超过150 m，最大可达579 m，而埕北30断层各测点古落差不超过130 m，最大仅128 m。同一断层不同部位活动性也有一定差异，以埕北断层为例，其中南部位活动性总体强于中北部位。

不同构造带内，随着断层活动强度增大，新近系油气富集区带由浅凹带、斜坡带过渡到披覆带，油气展布范围也逐渐扩大；同一构造带内，活动强度大的断层附近，油气分布范围广，断层晚期活动控制构造带新近系油气展布格局(图6)。

图4 渤海湾盆地主要凹陷新近系油气富集类型划分

图5 渤海湾盆地新近系不同油气富集类型凹陷主干油源断层新近纪活动速率对比

3 断层差异活动与新近系油气富集

在古近系烃源岩主生排烃期的不同阶段，油源断层活动存在差异，这种差异对油气富集有重要影响。断层差异活动对油气成藏是一个动态的过程，断层活动一方面有利于下部层系油气持续向上运移，另一方面又会对已形成的油气藏造成破坏。

3.1 断层差异活动定量评价

1) 定量评价公式的提出

为了便于讨论不同时期断层活动与油气运聚的关系，将主生排烃期划分为早、中、晚(t1，t2，t3)三个阶段，基于不同阶段断层活动差异将其分为五种类型：早盛晚衰型、渐盛转衰型、渐衰转盛型、早衰晚盛型、稳定活动型。理论上讲，断层在主生排烃早中期活动较强、晚期活动较弱对油气运聚保存最为有利。因此，可用“生排烃期断层活动差异系数——FDC”来评价断层活动差异性对新近系油气富集的控制作用。

(3)

式中：FDC为一无量纲参数，分子表示断层输导性能，分母表示断层封闭性能；Ft1，Ft2，Ft3分别为t1，t2，t3阶段断层活动强度。FDC越大，说明主生排烃早、中期断层活动较强，而晚期活动较弱，有利于油气运聚保存。

2) 三个时间段的确定

大致可划分为早期型、继承型、晚期型三大类[20-21]。三类凹陷古近系烃源岩主生排烃期及主力含油层系主成藏期有依次变晚的趋势：早期型凹陷多为沙河街晚期-东营期(潍北凹陷)[13]，继承型凹陷多为馆陶晚期-明化镇期(东营凹陷)[22]，晚期型凹陷多为明化镇中晚期-第四纪(渤中凹陷)[3]。

图6 渤海湾盆地典型区带主干断层晚期活动特征与新近系油气分布关系

3) 定量评价结果

3.2 断层差异活动对油气富集的影响

根据新生代晚期断层活动速率及差异系数，断层活动速率以2，7，12 m/Ma，差异系数以0.5，1.5，2.5为界点，将断层控油级别分为Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ类，其中Ⅰ和Ⅱ类断层活动速率及差异系数相对较大，Ⅲ类相对较小。孤岛凸起断层以Ⅰ类为主，埕岛凸起断层以Ⅱ类为主，歧口南斜坡断层Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ类均有分布，东营中央隆起带断层以Ⅲ类为主(图7)。

从不同区带来看，Ⅰ和Ⅱ类断层分布较多的区带新近系油气较为富集，Ⅲ类断层分布较多的区带新近系油气富集程度差。从断层差异活动角度分析来看，Ⅰ和Ⅱ类断层在主生排烃早中期活动强度大，输导能力强，可直接从烃源岩层系向新近系输导大量油气，而在生排烃晚期活动强度变弱，可使已聚集成藏的油气得到良好保存，此种情况对油气聚集最为有利；对于Ⅲ类断层，在主充注期活动强度小制约了油气向新近系的纵向输导规模，新近系油气多源于下覆层系油气藏的调整。如以Ⅰ类断层为主的孤岛披覆带，新近系油气储量超过4×108t，且占总储量比例超过90%；以Ⅱ类断层为主的埕岛披覆带，新近系油气储量达3.68×108t，且占总储量比例超过80%；Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ类断层均有分布的歧口南斜坡带，新近系油气储量相对较多，占总储量比例超过50%；而以Ⅲ类断层为主的东营中央隆起带，新近系油气储量极少，占总储量比例不到4%(图8)。

表2 渤海湾盆地典型区带主干油源断层差异活动定量评价结果

图7 渤海湾盆地典型区带主干油源断层控油级别划分

从同一区带来看，主要受 Ⅰ 类断层控制的新近系圈闭内，油气最为富集，Ⅱ 类次之，Ⅲ 类最差。以埕岛凸起为例，埕北断层总体呈现出 Ⅰ 类断层的特征，其所在的构造带新近系油气最为富集，储量近2×108t，而埕北30北断层及埕北30南断层表现出 Ⅱ 类断层的特点，新近系油气富集程度较低(图8)。由此可知,断层活动强度控制油气运移规模，差异系数控制油气聚集程度。

4 结论

1) 渤海湾盆地新生代晚期断层活动性影响不同成油组合的油气宏观分布，控制新近系油气富集凹陷类型及富集区带；自盆地外围凹陷向渤中凹陷，断层晚期活动强度增大、停止活动时间变晚，上部成油组合油气所占比例增大，新近系油气富集程度增大，由新近系油气不富集凹陷向高富集凹陷变化，油气富集区带从浅凹带、斜坡带向披覆带过渡。

2) 运用差异系数(FDC)表征断层差异活动对油气富集的影响，在主生排烃早中期活动较强、晚期活动较弱的断层对油气聚集最为有利。根据断层活动速率及差异系数，将断层控油级别分为Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ类，其中Ⅰ和Ⅱ类断层活动速率及差异系数相对较大，Ⅲ类相对较小。

3) 断层活动强度控制油气运移规模，差异系数控制油气聚集程度。披覆构造带(如埕岛、孤岛披覆带)以Ⅰ和Ⅱ类断层为主，新近系油气极为富集；斜坡带(如歧口凹陷南斜坡)Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ类断层均有发育，新近系油气较为富集；浅凹带(如东营凹陷中央隆起带)以Ⅲ类断层为主，新近系油气富集程度差。

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(编辑 张玉银)

Late Cenozoic Faulting activities and their influence upon hydrocarbon accumulations in the Neogene in Bohai Bay Basin

Jiang Youlu1，Liu Pei2，Song Guoqi3，Liu Hua1，Wang Yongshi3,Zhao Kai1

[1.SchoolofGeosciences,ChinaUniversityofPetroleum(EastChina),QingdaoShandong,266580,China；2.ShenzhenBranchofCNOOCLtd.,Guangzhou510240,China；3.ShengliOilfieldCompany,SINOPEC,Ltd.,Dongying,Shandong257001,China]

Neogene-Quaternay faulting activities and their influence upon hydrocarbon accumulations in Bohai Bay Basin were analyzed based on hydrocarbon distribution characteristics and geological settings.It shows that the late faulting activity influenced the macroscopic distribution of the hydrocarbon accumulation assemblage and controlled the Neogene oil and gas enriched types and enriched belts of different depressions.Effect of faults different activity on hydrocarbon accumulation can be characterizedby fault activity difference coefficient(FDC).When the early and mid-generation and expulsion of hydrocarbon, the fault activity is strong and when late generation and expulsion of hydrocarbon the fault activity is weak ,that is most favorable for hydrocarbon accumulation.Based on fault activity rate andFDC,we categorized the faults into Ⅰ,Ⅱ and Ⅲ kinds in terms of their controlling ability on oil and gas accumulation.The first two types with faster fault activity rate and largerFDCs,were distributed in places where oil and gas are highly enriched in the Neogene and the last type with slower fault activity rate and smallFDCwas in places where oil and gas enrichment is poor in the Neogene.Based on the understanding,we propose that differences in faulting activities controlled oil and gas accumulations and the types of faults determined the level of oil and gas enrichment.

faulting activity，oil source fault，hydrocarbon accumulation，Neogene，Bohai Bay Basin

2015-03-21;

2015-07-02。

蒋有录(1959—)，男，教授、博士生导师，油气藏形成与分布规律。E-mail：jiangyl@upc.edu.cn。

国家自然科学基金项目(41372132)；国家科技重大专项(2011ZX05006-003)。

0253-9985(2015)04-0525-09

10.11743/ogg20150401

TE122.1

A