渤海南部莱西构造带新近系油气优势输导体系

钱赓，牛成民，杨波，涂丹凤，李果营，高文博（中海石油（中国）有限公司天津分公司渤海石油研究院）

渤海南部莱西构造带新近系油气优势输导体系

钱赓，牛成民，杨波，涂丹凤，李果营，高文博
（中海石油（中国）有限公司天津分公司渤海石油研究院）

摘要：利用地球化学、地层压力分析等手段，深入研究渤海南部莱西构造带新近系输导体系的特征、分布、时空配置关系及其有效性，进一步揭示莱西构造带油气成藏规律。分析莱西构造带新近系：断裂体系、输导层与盖层，油气输导格架3要素研究其特征与空间匹配关系并进行静态评价，发现除前人总结的馆陶组—明下段V油层组外，明下段Ⅰ—Ⅲ油层组也是新近系油气运移优势输导层。在调节断层分割与泥岩盖层分隔下，两个优势输导层重组并构成了莱西构造带新近系“千层糕”式油气输导格架。结合含氮化合物浓度、地层压力、荧光录井与砂体刻画对油气输导路径进行动态追踪与运移通道刻画，证实泥岩盖层组”分隔新近系油气输导格架为上、下两套油气输导体系，后者输导通道以馆陶组—明下段Ⅴ油层组块状砂砾岩体为主，前者主要由明下段Ⅰ—Ⅲ油层组相互叠置连通的南北向河道型砂体构成，油气沿两个优势通道以横向输导为主，并伴有差异成藏现象。图10表3参19

关键词：渤海南部；莱西构造带；油气输导格架；优势输导体系；油气输导方式；成藏规律

0　引言

输导体系是指含油气系统中所有运移通道（输导层、断层、裂缝、不整合面等）及其相关围岩的总和[1]。作为沟通烃源岩与储集层的桥梁，输导体系对油气成藏的控制作用明显，同时也是油气成藏规律研究的难点[2-4]。本文利用地球化学、地层压力分析等手段，深入研究莱西构造带输导体系的特征、分布、时空配置关系及其有效性，以期进一步揭示莱西构造带新近系油气成藏规律[5]，解释并重新认识油气成藏过程的差异性与复杂性，指导成熟探区及邻区油气发现。

1　莱西构造带地质概况

莱西构造带位于渤海湾盆地南部，属于垦东—青坨子凸起东部次级构造单元（见图1），受北东向郯庐断裂右旋走滑拉张作用及近东西向调节断层控制，研究区整体逐阶向南掀斜翘倾，具有北低南高的地貌特征[6]。油气主要富集于新近系明化镇组下段、明化镇组上段底部以及馆陶组顶部，来自黄河口凹陷的油气在一系列近东西向、南倾断层的调节下，沿新近系输导层向构造高部位进行油气输导。

图1　莱西构造带区域位置及新近系地层柱状图（GR—自然伽马）

2　油气输导格架静态评价

油气输导格架3要素为：断裂体系、输导层与盖层。通过分析莱西构造带新近系断裂体系类型、输导层连通性、盖层系统稳定性及三者空间匹配关系，建立油气输导格架并从静态角度对其进行评价。

2.1断裂体系类型

莱西构造带及其紧邻的黄河口凹陷发育3种断裂类型：①郯庐走滑断裂，控制莱西构造带整体构造格局；②油源断裂，深切至黄河口凹陷烃源岩，控制莱西构造带油源供给；③莱西构造带调节断层，近东西走向、南掉断层，切割断块逐阶向南掀斜翘倾，控制输导层的空间组合形态（见图2）。

2.2输导层连通性

油气输导层的连通性决定了油气输导效率，目前评价输导层连通性较为成熟的方法是从静态角度分析砂岩含量与渗透性关系。

2.2.1砂岩含量

图2　莱西构造带及黄河口凹陷断裂体系与地层分布（剖面位置见图1）

统计莱西构造带KL9井区及黄河口凹陷KL3井区6口井、5个层位砂岩含量发现：KL9井区馆陶组砂岩含量最高，达60%以上；明下段Ⅳ—Ⅴ油层组砂岩含量最低，稳定在40%左右；向构造高部位明下段Ⅰ—Ⅲ油层组及明上段Ⅰ—Ⅲ油层组砂岩含量整体呈现递增趋势，其中明下段Ⅰ油层组增加幅度最大，KL9-C井区的砂岩含量为37.2%，KL9-E井区砂岩含量增加至73.1%（见表1、图3）。综上所述，明下段Ⅳ—Ⅴ油层组与馆陶组砂岩含量较明下段Ⅰ—Ⅲ油层组及明上段底部稳定。

表1　莱西构造带及黄河口凹陷新近系砂岩含量统计表

2.2.2渗透性

莱西构造带新近系馆陶组发育辫状河相块状砂砾岩体；明化镇组为曲流河、极浅水三角洲沉积，岩性组合主要为泥岩与细砂岩互层，整体埋深较浅、孔渗较高。

渗透率统计结果显示：向构造上倾方向，渗透率整体呈递增趋势；馆陶组渗透率为（189.5～333.0）×10-3μm2，明下段Ⅰ—Ⅲ油层组及明上段Ⅰ—Ⅲ油层组砂岩渗透率普遍大于500×10-3μm2，明显高于馆陶组（见表2）。综上所述，明下段Ⅰ—Ⅲ油层组及明上段砂岩含量虽不及馆陶组，但渗透率却远高于后者。

前人研究成果已经证实了馆陶组—明下段Ⅴ油层组作为油气优势输导层的重要地位[6]。明下段Ⅰ—Ⅲ油层组与馆陶组辫状河块状砂砾岩沉积不同，受郯庐走滑断裂对古地貌的控制，其发育南北向河道型砂体，叠合性好，延伸距离远，且与断层耦合程度高（见图4），因此明下段Ⅰ—Ⅲ油层组相互叠置连通的南北向河道型砂体也可作为油气优势输导层。

2.3盖层稳定性及其空间匹配关系

利用高分辨率层序地层原理，在明下段划分了5套区域性泥岩盖层。明下段Ⅳ—Ⅴ油层组泥岩盖层分布稳定；而在明下段Ⅰ—Ⅲ油层组，随砂岩含量向上倾方向升高，泥岩盖层厚度具稍减薄趋势。整体上，明下段Ⅳ油层组顶明下段Ⅱ油层组顶明下段Ⅰ油层组顶附近发育3套相对稳定的泥岩盖层。

馆陶组—明下段Ⅴ油层组、明下段Ⅰ—Ⅲ油层组是莱西构造带新近系油气优势输导通道。在调节断层分割与泥岩盖层分隔下，两个优势输导层重组并构成了莱西构造带新近系“千层糕”式油气输导格架（见图3）。

3　油气输导通道动态追踪

在油气输导格架的3要素中，输导层是油气输导体系的主体。在明确了馆陶组—明下段Ⅴ油层组、明下段Ⅰ—Ⅲ油层组两个优势输导通道之后，利用成藏动力学理论，结合区域沉积特征，根据咔唑类地质色层分馏与地层压力传递效应，追踪油气二次运移的路径并分析其方式与特点，进一步揭示莱西构造带新近系油气成藏规律。

3.1含氮化合物浓度与油气输导体系

3.1.1咔唑类地质色层分馏效应

油气运移作用是控制原油中吡咯类化合物丰度与相对分布的主要因素，利用该类化合物的分馏效应可有效指示油气运移方向[7]。含有氮原子杂环的咔唑类分子具有较强的极性，通过氮原子上键合的氢原子与地层中的有机质或黏土矿物上的负电性原子（如氧原子）构成氢键，使得部分咔唑类分子滞留于输导层或储集层中，从而在油气运移途中出现咔唑类地质色层分馏效应[8-10]。根据这一特征，可对油气二次运移效率进行定量评价[11]，具体表现为：随运移距离的增加，原油中含氮化合物的绝对丰度逐渐降低[12]；同一油气运移路径，咔唑类浓度组合形式相似。

3.1.2咔唑类浓度分异与输导体系划分

莱西构造带新近系6个含氮化合物采样分析数据显示：咔唑类浓度分异明显，在与运移距离的关系中呈现出两个带。第1个带，KL9-A井明下段Ⅴ与Ⅳ油层组的2#与3#采样点、KL9-E井明下段Ⅱ油层组1#采样点，咔唑浓度大于3 ng/mg，1,8-二甲基咔唑浓度大于4 ng/mg，咔唑、1,8-二甲基咔唑、苯并咔唑浓度组合呈“∧”型；第2个带，KL9-B井明下段Ⅲ油层组1#采样点、KL9-D井明下段Ⅰ油层组2#采样点、KL9-E井明上段Ⅱ油层组2#采样点，咔唑浓度小于1 ng/mg，1,8-二甲基咔唑浓度小于2 ng/mg，咔唑、1,8-二甲基咔唑、苯并咔唑浓度组合为“∨”型（见表3、图5、图6）。咔唑类浓度与组合特征的明显分异，说明两个带分属于不同输导体系：前者咔唑类浓度偏高、运移距离相对较近；后者咔唑类浓度偏低、油气运移距离相对较长。

结合咔唑类浓度的分异性与断-砂-泥构成的“千层糕”式油气输导格架，证实了KL3-X到KL9-A/B井区的KL9-D井区的KL9-E井区的附近的稳定泥岩段组成的区域性泥岩盖层组”，将莱西构造带新近系输导层分隔为上、下油气输导体系（见图7）。受调节断层错断分割，不同井区输导通道存在差异：①下输导体系主体由KL3-X到KL9-A/B井区馆陶组—明下段Ⅴ油层组、KL9-D井区明下段Ⅱ—Ⅴ油层组、KL9-E井区明下段Ⅰ—Ⅳ油层组组成，输导层主要为砂岩含量较高的块状砂砾岩与厚层砂体，油气二次运距相对较短；②上输导体系主体由KL3-X到KL9-A/B井区明下段Ⅱ—Ⅲ油层组、KL9-D井区明下段Ⅰ油层组、KL9-E井区明上段Ⅰ—Ⅲ油层组组成，输导层主要为南北向叠置连通的河道型砂体，油气二次运距相对较长（见图7）。

图3　莱西构造带及黄河口凹陷连井对比、层序划分与“千层糕”式油气输导格架（剖面位置见图1）（SP—自然电位）

表2　莱西构造带新近系砂岩渗透率统计表

图4　莱西构造带新近系明下段Ⅰ—Ⅲ油层组河道型砂体展布

表3　莱西构造带新近系咔唑类浓度统计表

3.2地层压力传递与油气二次运移

3.2.1压力传递效应

图5　莱西构造带新近系咔唑类浓度与深度关系散点图

图6　莱西构造带新近系咔唑类浓度组合特征

Magara在讨论超压形成机制时提及“注入作用”——地层深部较大的流体压力有时可以通过断层或裂隙传递到浅部储集层中[12]。Swarbrick和Osborne将压力传递定义为地下剩余孔隙流体压力的重新分配[12]。根据超压传递作用的方向（指向），可分为垂向传递和侧向传递，沿断裂的超压传递就是典型的垂向传递，Mann和Mackenzie介绍了横向传递：当存在分布广泛、连通性好的砂岩层时，流体（和压力）就将沿水平方向移动[12]。

图7 莱西构造带新近系上、下油气优势输导体系（SP—自然电位）

根据流体包裹体资料，莱西构造带新近系为晚期快速充注、一期成藏，油气（和压力）以晚期幕式运移方式自古近系油藏向新近系垂向传递；在新近系上、下输导体系油气（和压力）以横向传递的方式发生连续传递与扩散，但是受储集层空间展布范围、砂体连通性的控制，传递的路径与扩散程度均存在差异[13-15]。

3.2.2压力系数的连续递减特征

压力系数反映地层压力值的相对变化，同一输导体系压力系数近似或继承性发育[16]。莱西构造带9口井及黄河口凹陷KL3-X井区共有475个地层压力测量数据，计算压力系数发现如下规律[17-19]：整体上，压力系数以锥形向浅层连续递减，说明油气（和压力）在新近系上、下输导体系发生横向连续传递；受泥岩盖层组分隔，上输导体系压力系数递减的幅度相对较大，由KL3-X井区的1.03±0.005降低至KL9-A井区的1.02±0.005，再到KL9-E井区的1.01±0.005；下输导体系压力系数递减的幅度相对较小，由KL3-X井区的1.005～1.020降低至KL9-A井区的1.005～1.010，再到KL9-E井区的1.005～1.010（见图8）。上、下输导体系压力系数传递幅度的不同首先证实了泥岩盖层组的分隔作用，油气（和压力）在两个输导体系分别进行横向传递；结合研究区沉积特征，上述压力系数传递幅度的差异也反映了压力传播空间的差异，即：向构造高部位，上输导体系输导通道由南北向叠置连通极浅水三角洲河道型砂体转变为曲流河相块状砂体，储集层展布变广、砂岩含量增加、渗透性增强、砂体连通性变好、输导能力提高，因此压力系数递减的幅度相对较大，油藏模式由构造-岩性过渡到岩性-构造油藏；下输导体系输导通道为辫状河相砂砾岩体与曲流河相块状砂体，砂岩含量、孔渗性与油气输导能力相对稳定，向构造高部位不存在储集层空间展布与砂体连通性的显著变化，因此压力系数传递幅度相对较小，油藏模式以构造或岩性-构造油藏为主。

结合莱西构造带新近系上、下油气优势输导体系主通道类型分析与评价、咔唑类浓度的分异、压力系数的差异递减与扩散，证实油气在两个输导体系以相对独立的横向输导为主，向构造高部位泄压区进行二次运移（见图9）。

图8　莱西构造带及黄河口凹陷典型井新近系地层压力系数

4　成藏规律新认识与探讨

在输导体系中，油气总是沿渗透性最好和阻力最小的路径运移，即存在着油气运移优势通道[1]。位于构造高部位的KL9-C井，仅在明下段Ⅳ油层组发现1.4 m厚的油层，明下段Ⅱ—Ⅲ油层组无油气显示，成藏差异现象明显，与其位于油气输导中转站的位置极为不符（见图3）。

根据下输导体系压力系数稳定连续传递扩散特征，对比油气输导通道上压力系数变化：KL9-C井下输导体系压力系数低于KL9-A井，并非连续稳定下降（见图10），说明油气二次运移过程中没有对KL9-C井区下输导体系进行规模性充注；其井壁取心荧光显示仅在其顶部油气显示较好，其下均无油气显示，而与输导通道对应的KL9-A/B井区油气显示较好，证实了KL9-C井区并非处于油气优势输导通道。

利用地震属性对上输导体系南北向叠置连通砂体进行刻画，发现KL9-C井所在砂体范围小且相对孤立，与主力运移砂体不连通（见图4）；KL9-C井东部发育一条挤压性质的隐性走滑断裂（见图4），可能对下输导体系油气运移起阻挡作用、对上输导体系砂体展布起分隔作用，其“控运控砂”作用导致KL9-C井区油气输导处于劣势，优势输导通道位于隐性走滑断裂以东。

图9　莱西构造带新近系油气横向输导模式（剖面位置见图1）

图10　KL9-A/C井、KL3-X井下输导体系地层压力系数对比（各井蓝色柱子代表不同层系压力系数）

5　结论

馆陶组—明下段Ⅴ油层组、明下段Ⅰ—Ⅲ油层组是莱西构造带新近系油气优势输导通道。在调节断层分割与泥岩盖层分隔下，两个优势输导层组合构成了莱西构造带新近系“千层糕”式油气输导格架；油气输导通道动态追踪显示，泥岩盖层组”分隔新近系油气输导格架为上、下两套油气输导体系，提出并证实了明下段Ⅰ—Ⅲ油层组作为上输导体系主体输导层的重要地位，南北向展布相互叠置连通的河道型砂体为其油气输导通道；结合莱西构造带新近系上/下油气优势输导体系主通道类型的分析与评价、咔唑类浓度的分异、压力系数的差异递减与扩散，证实油气在两个输导体系以相对独立的横向输导为主向构造高部位泄压区进行二次运移；输导格架静态评价与油气运移通道动态追踪相结合，进一步揭示了莱西构造带新近系油气成藏规律，解释并重新认识油气成藏中的差异性与复杂性，有助于指导成熟探区及围区油气新发现。

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（编辑黄昌武）

Hydrocarbon migration pathways in the Neogene of Laixi structural belt, southern Bohai Sea, China

QIAN Geng, NIU Chengmin, YANG Bo, TU Danfeng, LI Guoying, GAO Wenbo (Bohai Petroleum Research Institute, CNOOC Tianjin Company, Tianjin 300450, China)

Abstract:Characteristics, distribution, temporal and spatial configuration, and effectiveness of hydrocarbon migration pathways have been investigated through geochemical and formation pressure analysis etc, to further reveal hydrocarbon accumulation patterns in the Neogene of the Laixi structural belt, southern Bohai Sea of China. Firstly, three factors, faults, carrier rocks (beds) and mud caprocks of the transporting framework in the Neogene were examined to find out its feature and space configuration and made static state evaluation. It is found that besides the Guantao Formation – lower Minghuazhen Formation No. V oil layers, the No. I - III oil layers in the lower Minghuazhen Formation are also the dominant oil and gas carrier beds. Cutted by the adjustment faults and sealed by mudstone capcocks, the two carrier layers are combined into a “layered cake” type hydrocarbon migration framework. Then the hydrocarbon passage pathways were tracked dynamically and described using nitrogen compounds concentration, formation pressure, fluorescence logging and sand bodies description, which shows that themudstone cap layers” separate the Neogene hydrocarbon migration pathways into upper and lower units. The massive sandy conglomerate reservoirs in the Guantao Formation – lower Minghuazhen Formation No. V oil layers are the carrier bed of the lower hydrocarbon migration pathway, while the north-south trending overlapped and connected channel sandbodies in lower Minghuazhen Formation No. I - III oil layers are the carrier bed of the upper unit. Hydrocarbon migrated laterally along the two passage ways, accompanying with differential accumulation.

Key words:southern Bohai Sea; Laixi structural belt; hydrocarbon passage framework; dominant migration pathway; hydrocarbon migration pattern; accumulation pattern

基金项目：国家科技重大专项“渤海海域大中型油气田地质特征”（2011ZX05023-006-002）

中图分类号：TE122.2

文献标识码：A

文章编号：1000-0747(2016)01-0034-08

DOI:10.11698/PED.2016.01.04

第一作者简介：钱赓（1986-），男，吉林长春人，中海石油(中国)有限公司天津分公司渤海石油研究院地质工程师，从事油气勘探与开发地质相关工作。地址：天津市塘沽区滨海新村闸北路1号，中海石油(中国)有限公司天津分公司渤海石油研究院，邮政编码：300450。E-mail：qiangeng@outlook.com

收稿日期：2015-03-23修回日期：2015-12-10