渤海湾盆地济阳坳陷三合村洼陷油气成藏研究

孟 涛，邱隆伟，王永诗，刘雅利，刘 鹏，程付启

(1.中国石油大学 地球科学与技术学院，山东 青岛 266580；2.中国石化 胜利油田分公司 勘探开发研究院，山东 东营 257015)

渤海湾盆地济阳坳陷三合村洼陷油气成藏研究

孟 涛1,2，邱隆伟1，王永诗2，刘雅利2，刘 鹏2，程付启1

(1.中国石油大学 地球科学与技术学院，山东 青岛 266580；2.中国石化 胜利油田分公司 勘探开发研究院，山东 东营 257015)

为了解释渤海湾盆地渤南洼陷外源油气在三合村洼陷内部聚集成藏的问题，利用流体包裹体、生物标志化合物等资料，结合典型井埋藏史与边界断裂演化史分析，从油气成藏期与运移路径演化2个方面进行研究。结果发现，流体包裹体均一温度与反映成熟度的生物标志化合物参数均证实，三合村洼陷存在东营组沉积早期、馆陶组及明化镇组沉积晚期油气成藏过程，早期油气主要源自渤南洼陷沙四上烃源岩，之后渤南洼陷沙三段及沙一段烃源岩相继成熟供烃，构成了三合村洼陷完整的成藏序列。东营组成藏期，边界断层未能错开三角洲砂体，渤南油气可沿统一砂体直接向三合村运聚；晚期由断层、砂体及不整合构成的复合体系，为油气聚集提供了良好的输导通道。油气正是通过“早期统一砂体运移”和“断层—砂体—不整合复合运移”等方式向三合村洼陷内部及其南部斜坡运聚，形成多种类型的油气聚集。

油气成藏；有效运移；三合村洼陷；济阳坳陷；渤海湾盆地

作为我国主要油气富集区，以及胜利油田主要勘探基地，济阳坳陷发现原油超过50×108t、天然气2 600×108m3。随着勘探的不断深入，该坳陷的大部分地区已达到高成熟勘探阶段；下一步的勘探方向在哪里，成为老区增储稳产急需解决的问题。“十二五”伊始，胜利油田勘探工作者提出了油气勘探的“三新”领域[1-2]，成为近几年勘探的重要方向。作为“三新”领域之一的三合村“盆缘洼陷”，自2012年起先后在远离渤南供烃中心的南部斜坡部位上报控制和预测储量4211×104t，成为勘探的新星。然而，这些勘探成绩的取得，也带来新的成藏问题，其中最为费解的是：油气如何才能翻越负向构造区，到达南部斜坡部位聚集？这一问题的解决，不仅能够解释三合村地区油气成藏问题，还将为进一步深化整个济阳坳陷油气成藏认识、解放更多油气勘探“禁区”提供理论依据。

1 研究区概况

三合村洼陷位于济阳坳陷中东部的沾化凹陷南缘，其北以孤南断层与渤南洼陷分隔，东以孤西断层与孤南洼陷相隔，向南逐渐超覆到陈家庄凸起之上，是一个典型的盆缘负向构造(图1)。洼陷内断裂发育比较简单，仅在垦119井区发育一条东西向的北倾断层，以及与之相接的南北向次级断层。

根据已有的钻井揭示情况，本区中、古生界之上发育较为完整的新生代地层，从下至上依次为古近系沙河街组、东营组，新近系馆陶组、明化镇组以及第四系。洼陷内新生代地层均为碎屑岩，其中以砂岩为主，砂地比达35%以上，沙三、沙一段发育泥岩。受所处构造位置的影响，该洼陷新生界埋藏较浅，洼陷中心最深处埋深仅2 800 m。由于埋藏浅、热演化程度低，其自身不具备生烃条件，油气只能来自相邻的渤南洼陷和孤南洼陷[3]。

从现今的构造格局来看，渤南洼陷生成的油气很难越过盆缘，运移到三合村洼陷，特别是其南部斜坡聚集。所以，长期以来，该区一直被认为缺乏勘探潜力，而未引起重视。但是2012年钻探的罗322井，在沙三段获得日产5.77 t的油流，显示了南部斜坡成藏的可能性。之后，相继部署了垦119等探井，均获得成功，彰显了盆缘勘探潜力，也引起研究人员对该区油气成藏的思考。本文根据这一情况，从油气成藏特征出发，结合生烃与构造演化史的认识，提出了三合村洼陷油气成藏的新认识。

2 油气特征与来源

目前，三合村洼陷发现的油气主要分布在浅部的馆陶组—东营组和中深部的沙三段—中生界，浅部与深部原油性质差异较大。浅部原油除在缓坡带因生物降解发生稠化[4]，导致密度、黏度升高外，总体具有低密度、低黏度、低凝固点、低含硫量的“四低”特征。相反，深部沙三段—中生界原油具有高密度、高黏度、高凝固点、高含硫量的“四高”特征。

根据前人生物标志化合物对比[5]，三合村洼陷油气主要来自渤南洼陷烃源岩。根据油气来源及成熟度，可将研究区原油分为3类。第Ⅰ类为来源于渤南洼陷沙三段的成熟油，该类原油油质较轻，主要分布在洼陷东部垦123井区与南部斜坡带垦69井区的馆陶组。第Ⅱ类为混源油，是渤南洼陷沙三段和沙四段烃源岩生成原油的混合，该类原油油质较重，主要分布在洼陷北部垦71井区、中部垦119井区及南部垦65井区的馆陶组。第Ⅲ类为源自渤南洼陷沙四段的成熟油，主要为超重质稠油，主要分布在三合村洼陷中西部垦119、罗322等井区的沙三、沙四段(图1)。

图1 渤海湾盆地济阳坳陷三合村洼陷构造格局及断裂发育特征

3 成藏期次与运移方式

3.1早期成藏波及范围

前人基于生烃过程的研究，运用多种方法综合得出两次充注、三次成藏过程这一结论[6-9]。近年来，随着对沙四段咸化环境烃源岩生烃研究的深入[10-15]，以及对膏盐层热效应促进生烃作用的认识[16]，提出了沙四段能在早期大量供烃的观点[6-10]。但渤南洼陷沙四上亚段烃源岩生排油气导致的早期成藏是否可影响到三合村洼陷还存在一定争议，由此本文主要选取了与渤南洼陷沙四上亚段烃源岩层系对接的三合村洼陷沙三段，对其取心井段与烃类包裹体相伴生的盐水包裹体进行均一温度测定。包裹体测试结果提供了早期油气聚集的证据，罗家地区沙四段和研究区沙三段包裹体均存在2个温度峰值，分别为75～90 ℃以及95～110℃(图2a)。此外，包裹体荧光颜色也可大致分为橙黄色以及蓝白色两类，其中橙黄色荧光样品的均一温度多小于80 ℃(图3a，b)，而蓝白色荧光样品的均一温度多大于100 ℃(图3c，d)。不同荧光颜色代表着不同原油成熟度，其中橙黄色荧光代表着低熟原油，应为早期成藏所致；蓝白色荧光代表着成熟原油，应为中、晚期成藏。因此，包裹体分析认为，三合村洼陷应存在包括早期成藏在内的多期成藏过程。

图2 渤海湾盆地渤南洼陷罗家地区与三合村洼陷成藏期次分析

图3 渤海湾盆地济阳坳陷三合村洼陷包裹体均一温度与荧光颜色

结合研究区罗322井沉积埋藏史，首先可以明确95～110 ℃的包裹体对应了馆陶组—明化镇组，即为传统认识中的晚期成藏；其次推算75～90 ℃包裹体对应的成藏时间是东营组沉积早期和馆陶组沉积晚期(图2b)。成藏期次存在多解性，分析发现东营组沉积早期和馆陶组沉积晚期，沙四段生烃灶埋深差异大，虽生成的都是成熟原油，但原油成熟度存在差异，因此对均一温度分布在75～90 ℃的罗322井原油样品进行生标特征分析，发现能够反映成熟度的Ts/Tm、Pr/Ph以及石蜡指数、庚烷值等都较低，反映早期低熟油的特征。从而说明渤南洼陷沙四段烃源岩在东营组沉积早期即开始供烃，且供给范围可波及至三合村洼陷南缘，三合村洼陷存在早期成藏。

3.2油气运移方式

来自渤南洼陷、孤南洼陷油气之所以能够在三合村洼陷，特别是其南部斜坡带聚集，必然经历了较为复杂的运移过程，归纳起来主要有早成藏期统一砂体、断层—砂体—不整合复合2种运移方式。

3.2.1 早成藏期统一砂体运移

从现今构造情况来看，分割渤南洼陷与三合村洼陷的孤南断层断距较大(图4a)，使三合村洼陷西侧缓坡沙三段扇体与北部渤南洼陷致密的中生界对接，来自于渤南洼陷的油气在沙四段的砂体中向盆缘进行侧向运移，很难穿过负向构造区运移到三合村洼陷缓坡沙三段扇体中(图4a)。通过构造演化史分析发现，孤南断层西支在东营组沉积期活动较弱，尤其是其西侧断距很小，不足以断开缓坡扇体，渤南洼陷生成的油气可沿统一砂体直接向三合村洼陷运聚(图4b)，从而在三合村洼陷南部缓坡带形成有效的油气聚集，罗322等井正是钻遇该套油层。钻探结果表明，三合村洼陷沙三段缓坡扇体原油来自于渤南洼陷沙四段烃源岩早期生成的油气，原因有二：其一，三合村洼陷沙三段稠油油性与北部渤南洼陷罗家地区相似[17]；其二，油源对比表明罗322井原油生物标志化合物组成中具有明显的植烷优势和高伽马蜡烷含量，Pr/Ph值0.32，伽马蜡烷/C30藿烷值0.7，显示了高盐度强还原性的沉积环境，C35升藿烷含量明显大于C34升藿烷含量，C35/C34值为3.31，重排甾烷不发育，与渤南洼陷沙四上亚段烃源岩具有明显亲缘关系(图5)[5，18]。因此，综合早期输导条件恢复、油源对比等多方面的证据，认为三合村洼陷存在早成藏期统一砂体运移方式。

图4 渤海湾盆地济阳坳陷三合村洼陷早期侧向运聚模式

3.2.2 中晚期断层—砂体—不整合复合运移

关于不整合在油气运移中的作用，前人已进行了大量的研究[20-24]。三合村洼陷新、古近系之间的二级不整合界面在油气运聚成藏中发挥了重要作用[19-20]。此外，研究区在古近纪晚期发育了高角度的大型三角洲前积体，地层抬升剥蚀后，前积砂体与不整合面大角度斜交；后期发生的沉积拗曲变形，并未使这些朵叶体负向弯曲，仍然倾向北部陡坡断裂。边界断层与朵叶体构成了断—砂输导体系，油气沿油源断层纵向运移后，可直接进入下降盘砂体斜向上运移。这些朵叶体或可与上升盘油藏侧接形成砂—砂输导体系，使北部上升盘聚集的油气直接沿不整合向南运移，从而实现了油气穿过负向构造运移。此外，三角洲前缘砂体与不整合面及上覆储集体还可构成复杂输导体系，使得进入三合村洼陷的油气能够进一步向南部缓坡带运移成藏(图6)。

三角洲砂体的剥蚀程度不同，油气的聚集特征及形成的油藏类型也不同。在剥蚀量小的地区，砂体连续性好，油气主要聚集在由断层遮挡三角洲砂体形成的构造圈闭中；在剥蚀量较大的区带，由于砂体的连续性受到破坏，主要形成地层剥蚀油藏。

图5 渤海湾盆地济阳坳陷三合村洼陷油源对比

图6 渤海湾盆地济阳坳陷三合村洼陷盆缘负向构造区运聚模式

4 油气成藏过程新认识

(1)在东营组沉积期，渤南洼陷沙四段烃源岩生成的油气优先沿沙四段内部砂体向南部盆缘运移，此时三合村洼陷的控洼断层——孤南断层断距较小(图7a)，渤南洼陷至三合村洼陷在地质结构上呈现出逐渐抬升的趋势，而三合村洼陷在沙四上亚段和沙三下亚段发育大规模三角洲砂体，砂体厚度大、分布广，孤南断层较小的断距不足以断开大套砂体；渤南洼陷南部缓坡直至三合村洼陷西南斜坡为一个统一圈闭，从而使得来自于渤南洼陷的油气可顺畅穿过孤南断层运移至三合村洼陷沙三段及其以下地层，油气在下降盘储层中自西向东充注；油气充满度受控于圈闭闭合幅度，而圈闭幅度则受断层断距、扇体发育规模和位置的影响，随着断层断距自西向东逐渐减小，扇体规模自西向东逐渐萎缩，含油高度自西向东逐渐降低，油气充满度出现差异性。实际钻探结果表明，垦108东断层以东所钻井均未见油气显示。总体上油气成藏受控于扇体发育规模、位置和断层的匹配关系，形成一系列岩性、岩性—构造、岩性—地层油藏，形成的原油类型为第Ⅲ类原油。

(2)在馆陶组沉积末期，孤南断层持续活动，断距不断增大，先期形成的油藏被断层逐渐断开，同时在次生一系列改造作用下不断稠化。这一时期渤南洼陷沙三段烃源岩也大量生烃，并发生大规模排烃作用，因此沙四段和沙三段2套烃源岩生成的油气首先沿各级不整合面和砂体向构造高部位进行侧向运移，部分油气在生烃洼陷内部有利圈闭内聚集，形成岩性、构造岩性以及地层油藏，还有部分油气可运移至生烃洼陷边缘，后沿孤南断层以网毯运移模式向沙三段以上地层中运移，在有利圈闭处混合聚集，形成构造、构造岩性类混合油藏(图7b)，形成的原油类型为第Ⅱ类原油。

(3)在明化镇组沉积末期，孤南断层活动减弱，三合村洼陷沙三段以下油藏与渤南洼陷罗家地区油藏完全分隔。这一时期渤南洼陷沙四段烃源岩已达过成熟，以生成裂解气为主，生油有限，而沙三段烃源岩正处于生油高峰期，沙一段烃源岩也有少量低熟油生成。由于经历了东营期和馆陶期两期成藏，生烃洼陷内部圈闭已充满油气，与馆陶组成藏期的运移方式类似，沙三、沙一段烃源岩晚期生成的油气首先侧向运移至盆缘，至断层处纵向运移，并在中浅层聚集成藏，形成构造、构造岩性油藏(图7c)，形成的原油类型为第Ⅰ类原油。

综上所述，三合村洼陷具有“多期成藏、多方式运聚、多油藏类型”的特点，来自渤南洼陷沙四段、沙三段及孤南洼陷沙三段的油气，可以通过上述“统一砂体运移”和“断层—砂体—不整合复合运移”向三合村洼陷内部及南部斜坡运移，并在内部通过“网毯”运移等方式进行分配，在盆缘负向构造区聚集成藏，形成地层超覆、构造等7种类型油藏。

5 结论

(1)三合村洼陷原油可分为3类。第Ⅰ类为来源于渤南洼陷沙三段的成熟油；第Ⅱ类为渤南洼陷沙三段和沙四段烃源岩生成的混源油；第Ⅲ类为渤南洼陷沙四段的成熟油。

(2)流体包裹体均一温度与生物标志化合物特征显示，三合村洼陷存在东营组早期、馆陶组—明化镇组晚期两期充注、三次成藏过程；油气运移存在“早期统一砂体运移”和“中晚期断层—砂体—不整合复合运移”等方式。

(3)东营组早成藏期，孤南断层断距较小，渤南洼陷沙四段烃源岩生成的油气通过砂体输导可运移至三合村洼陷缓坡带沙三段及其以下地层，形成第Ⅲ类原油；馆陶组沉积末期，渤南洼陷沙四段和沙三段2套烃源岩生成的油气可通过不整合—砂体—断层运移至三合村洼陷沙三段以上地层，形成第Ⅱ类原油；明化镇组沉积末期，渤南洼陷沙三段烃源岩生成的油气可通过不整合—砂体—断层运移至三合村洼陷馆陶组，形成第Ⅰ类原油。

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(编辑徐文明)

HydrocarbonaccumulationinSanhecunSag,JiyangDepression,BohaiBayBasin

Meng Tao1,2, Qiu Longwei1, Wang Yongshi2, Liu Yali2, Liu Peng2, Cheng Fuqi1

(1.SchoolofGeosciences,ChinaUniversityofPetroleum,Qingdao,Shandong266580,China; 2.GeoscienceResearchInstitute,SINOPECShengliOilfieldCompany,Dongying,Shandong257015,China)

The migrated oil and gas from the Bonan Sag accumulating in the Sanhecun Sag of Bonan Depression of Bohai Bay Basin was studied using fluid inclusion and biomarker compound analyses, combined with the burial history modelling of typical wells and the evolution history of boundary faults. A new understanding was proposed from two aspects including oil and gas accumulation time and migration path evolution. Three hydrocarbon accumulation processes occurred in the Sanhecun Sag during the early Dongying, Guantao and late Minghuazhen periods according to fluid inclusion homogenization temperatures and biomarkers which reflect maturity.The early oil and gas mainly derived from the upper part of the fourth member of Shahejie Formation, and then from the third and first members of Shahejie Formation in the Bonan Sag, forming a complete hydrocarbon accumulation sequence in the Sanhecun area. During the accumulation period of Dongying Formation, boundary faults failed to stagger delta sand body. As a result, the Bonan oil and gas directly migrated along the contiguous sand and accumulated in Sanhecun area. Faults, sand bodies and unconformities provided a good migration channel for late oil and gas migration.It is confirmed that oil and gas migrated through “the early unified sand body” and “fault-sand body-unconformity composite” to Sanhecun Sag and the southern slope and then accumulated, forming a variety of oil and gas accumulation types.

hydrocarbon accumulation; effective migration;Sanhecun Sag;Jiyang Depression;Bohai Bay Basin

1001-6112(2017)05-0603-07

10.11781/sysydz201705603

TE122.3

：A

2017-04-29；

：2017-07-26。

孟涛(1979—)，男，在读博士，副研究员，从事油气勘探开发及相关地质研究工作。E-mail: mengtao7988@163.com。

国家科技重大专项“渤海湾盆地精细勘探关键技术” (2016ZX05006)和中国石油化工股份有限公司研究项目“济阳富油凹陷周缘小洼陷勘探潜力评价”(P15082)资助。