石臼坨凸起东南斜坡带输导体系与油气运聚模式

姚城，张新涛，于海波，杨传超，陈丽祥，朱勇超

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300450）

石臼坨凸起东南斜坡带输导体系与油气运聚模式

姚城，张新涛，于海波，杨传超，陈丽祥，朱勇超

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300450）

通过生物标志化合物对比，断面精细刻画，并利用断层活动性、砂体的展布特征以及成藏综合分析等技术手段，厘清了石臼坨凸起东南斜坡带油气来源，刻画了油气优势运移路径，确定了油气的优势输导体系，最终建立了石臼坨凸起东南斜坡带油气运聚模式。研究结果表明：1）研究区油气主要来自渤中凹陷沙一二段烃源岩为低成熟—成熟原油，且表现出良好的运移效应。2）油气成藏期为2.1 Ma，与生烃高峰时间5.2 Ma相匹配，具有晚期、快速、高效生烃的特征。3）石南一号边界断层规模大、活动性强、断面形态起伏，控制油气从渤中凹陷深层到石臼坨凸起浅层的垂向运移，凸起上晚期断裂控制浅层油气的垂向运移和聚集。4）古近系近源扇体沿着边界断层呈裙边状发育，与烃源岩大面积接触，具有中转油气的作用。馆陶组砂砾岩是新近系油气横向输导层，油气趋于沿着构造脊向高部位运移。明下段极浅水三角洲砂体发育，与断层组合构成构造-岩性圈闭，保存油气。5）在凸起斜坡带形成“断控源仓型”和“断裂直控型”油气运聚模式。

断裂；砂体；输导体系；运聚模式；石臼坨凸起

0 引言

油气运移一直是油气成藏研究的难点，而输导体系的研究是油气运移的关键。输导体系是沟通烃源岩与储层的通道，深入研究输导体系的类型、特征、分布、影响因素、时空关系和有效性，有助于认识油气运移的动态过程，揭示油气成藏规律，发现油气聚集区［1-5］。渤海湾盆地凸起区新近系主要为极浅水三角洲沉积，凸起上不能生油，其油气主要来自于凹陷区古近系烃源岩，因此凸起区新近系能否成藏，良好的输导体系是关键。邓运华等［6-7］认为，大断层只有与烃源岩内的砂体配合，才能为上部浅层圈闭提供充足的油源，提出了油气运移的“中转站”模式；李慧勇等［8］认为，馆陶组构造脊、明化镇组构造圈闭和明下段砂体自身条件三者的不同组合控制凸起明化镇组油气成藏与富集，建立明化镇组“脊、圈、砂”三元控藏模型；蒋有录等［9］认为，渤海湾盆地新近系油气成藏具有它源供烃、储层发育、断层输导和晚期成藏等特征，油气聚集模式概括为“原生供烃-通源断裂输导-构造控圈”披覆带聚集模式、“次生供烃-浅部断裂输导-断层控圈”浅凹带聚集模式及“混合供烃-复式输导-不整合控圈”斜坡带聚集模式。但是，以上研究，对于渤海凸起斜坡带输导体系刻画不够精细，不同输导体系之间耦合关系也不够明确。本文以石臼坨凸起东南斜坡带为例，通过生物标志化合物对比、断面精细刻画、断层活动性、砂体的展布特征以及成藏综合分析等技术手段与方法，重点对油气输导体系进行精细研究，最终建立凸起斜坡带油气运聚模式，指导凸起斜坡带的油气勘探。

1 概况

石臼坨凸起位于渤海海域中部，是渤海湾盆地的一个二级构造单元，夹持于渤中和秦南两大富生烃凹陷之间，成藏条件优越。渐新世东营组沉积末期以前，在强烈断陷背景下，石臼坨凸起基本为隆起状态，但从东营组沉积末期—馆陶组沉积早期开始，渤海全区进入裂后坳陷演化阶段，以整体沉降接收沉积为主。钻井揭示，馆陶组发育大套砂砾岩夹薄层泥岩的辫状河沉积；明下段为极浅水三角洲沉积，不等厚砂岩和泥岩组成新近系良好的储盖组合。研究区位于石臼坨凸起东南部，以石南一号断裂与渤中凹陷相接，整体上表现为在古近系古隆起背景下发育的倾向东南的单斜构造（见图1）。

石臼坨凸起是渤海海域最重要的含油气区带之一。历经40余年的勘探，在石臼坨凸起背斜区已经相继发现了秦皇岛32-6、南堡35-2等大中型油气田，证实凸起区是油气运移的有利指向区。随着勘探程度的深入，石臼坨凸起的勘探重心由背斜区转变为斜坡带，勘探思路由构造圈闭转向构造-岩性圈闭。近年来，在构造-岩性油气勘探理念的指导下，秦皇岛33-1南亿吨级油田的发现证实凸起斜坡带良好的油气勘探潜力。

图1 石臼坨凸起东南斜坡带区域位置

2 油气晚期成藏

2.1 油气来源

渤中凹陷油源条件优越，发育东三段、沙一二段以及沙三段等3套优质烃源岩。石臼坨凸起原油主要来自渤中凹陷，不同层位烃源岩贡献比率具有明显的差异性［10-11］。

生物标志化合物可以指示有机质的生物来源和沉积环境，本文用C19/C23三环萜、C24四环萜/C26三环萜比值与不同层位烃源岩背景值进行对比分析。从结果来看，凸起上原油具有低的C19/C23与C24/C26比值，与沙一段烃源岩参数特征相似，这表明原油主要来自渤中凹陷沙一二段烃源岩。原油的成熟度可以通过C29甾烷的成熟度参数判别，C29ααS/（S+R） 与 C29ββ/（αα+ββ）交会对比表明该区原油为低成熟—成熟油，C29ββR/ααR与C29ααS/R交会也显示出原油由凸起斜坡带向高部位运移效应［12］。

2.2 充注历史

应用PetroMod盆模软件中的Easy Ro%模型模拟单井烃源岩生烃演化史表明，沙河街组烃源岩在距今12.2 Ma时 （即馆陶组沉积末期）进入生油门限 （Ro＞0.5%），并在距今5.2 Ma（明下段沉积之后）时进入生油高峰。秦皇岛33-1南油田包裹体分析表明，包裹体均一温度为52～71℃，成藏时间为距今2.1 Ma（明化镇组沉积之后）（见图2）。可见，在新构造运动初期（5.3 Ma），渤中凹陷沙河街组烃源岩就已经进入生油高峰期，秦皇岛33-1南油田成藏时间与生烃高峰匹配良好，为新构造运动背景下的晚期成藏［13-14］。

3 油气运移输导体系

油气输导体系大致可以分为储集体型、断裂型、不整合面型和复合型4类。石臼坨凸起东南斜坡带主要是通过断裂型和储集体型这2类输导体系的耦合运移成藏，断裂控制油气的垂向运移，渗透性砂体往往是油气横向运移的重要通道［1，15］。

图2 石臼坨凸起浅层流体包裹体均一温度及油气充注史

3.1 断裂特征

3.1.1 石南一号边界断裂

石南一号断裂是一条继承性活动的边界断裂，是沟通油气由凹陷区和凸起区的垂向运移通道。该断裂倾向向南，产状较陡，主要呈板式特征；走向整体为东西向，局部呈“S”形，延伸长度超过40 km。断层凸面往往是油气运移的低势区，油气趋于向凸面汇聚，而且凸面幅度越大，对油气的汇聚作用越强［3，16-17］。应用 Petrel软件对石南一号断裂三维形态进行精细刻画，可见断面形态凹凸起伏，形成a—e等5个有利于汇聚油气的凸面脊，其中a和b凸面脊形态突出、规模较大，更有利于油气的优势汇聚（见图3a）。另外，断层活动性越强预示着流体势能降低越快，形成相对的低势区，是油气优先选择的运移通道。新近系时期该断裂活动强烈，新近系最大断距超过800 m，5个凸面脊所在位置新近系断距均超过100 m，具有较强的垂向输导能力。其中，a和b活动性更强，是油气在断层中运移的最优路径（见图3b）。随着边界断层的“幕式”活动，渤中凹陷烃源岩生成的油气沿着边界断层优势运移通道垂向运移至石臼坨凸起浅层。

3.1.2 晚期断裂

受新构造运动（5.3 Ma以来）影响，石臼坨凸起发育大量晚期活动断裂，晚期断裂是新近系油气垂向运移的主要通道。研究区馆陶组为大套砂砾岩沉积，是一套区域性的油气横向输导层，依据断层是否切入馆陶组，将晚期断层分为2类。其中：Ⅰ类断层切入馆陶组，沟通馆陶组砂砾岩体与上覆明下段砂体，断层活动性往往较强，控制浅层明下段的油气运移；Ⅱ类断层未切入馆陶组，活动性相对较弱，它们往往与Ⅰ类断层组成“Y”字形样式，对浅层油气具有分配调节作用。

图3 石南一号边界断裂特征

3.2 砂体特征

3.2.1 古近系近源扇体

在古近系强烈的断陷背景下，充足的物源、良好的汇-聚体系以及基准面旋回共同控制了古近系扇体的沉积。石臼坨凸起古近系时期遭受剥蚀，为渤中凹陷古近系扇体的沉积提供了充足的物源；石南一号断裂强烈活动，具有明显的控沉积作用，形成良好的沟谷-坡折体系，提供高效的输砂通道和充足的可容纳空间；沉积基准面的升降运动控制了沉积效率［18-19］。石南陡坡带古近系发育大量近源堆积的扇三角洲砂体，在地震上表现出明显的前积和楔形体沉积特征，并依附断层呈裙边状分布。这些古近系扇体通过指状突起与渤中凹陷烃源岩大面积接触，可以作为油气运移的 “中转站”，在其高部位聚集大量初次运移的油气，伴随着边界断层的“幕式”活动，赋存在“中转站”中的油气主要通过石南一号断裂凸面脊向浅层垂向运移（见图4）。

3.2.2 馆陶组砂砾岩体

馆陶组在区域上为一套稳定的辫状河沉积，以大套砂砾岩为主，厚度可上千米，具有高孔、高渗的特征，是浅层重要的横向油气输导层。根据岩性特征，馆陶组可细分为2层，即馆上段和馆下段。馆上段位于馆陶顶部，为砂泥互层，地震剖面上表现为高频率、中连续、中—强振幅反射特征；馆下段为大套砂砾岩夹薄层泥岩，地震剖面上表现为弱振幅反射。切入馆下段的Ⅰ类断层具有更好的油气输导效率。

图4 石南一号边界断层下降盘沙一二段沉积相特征

已有的物理模拟实验表明，油气由边界断裂进入馆陶组后首先趋于在馆下段大套砂砾岩顶部富集，然后在浮力的作用下沿着馆陶组构造脊向构造高部位运移；切入馆陶组的晚期断裂截流部分油气，向上覆的明下段地层运移［20-21］。在该认识基础上，应用Petromod盆模软件，考虑边界断层断面形态以及活动性，对油气在馆下段顶面的运移进行模拟。结果表明：断面上活动性更大的a，b和c凸面脊是边界断层主力油气充注点；馆下段油气运移整体表现出“顶部汇聚、斜坡截流”的特征，凸起顶部是油气运移的最终归属，凸起斜坡可以截流油气，形成多个油气藏。结合石臼坨凸起实际油气分布来看，位于油气运移路径之上的A，B和C构造已钻探发现了油气藏，D构造不在油气运移路径之上，未能成藏。因此，位于油气运移路径之上的构造成藏可能性越大（见图5）。

图5 馆下段顶面油气运移路径模拟

3.2.3 明下段砂体

明下段沉积时，石臼坨凸起沉积环境具有水体浅、水底地形平坦、地貌斜坡不明显等特征，为典型的极浅水三角洲沉积，主要发育分支河道和分流砂坝2种砂体［22-24］。地质-地震综合研究表明：东南斜坡带明下段下部为分支河道型，砂体发育较为分散，平面上分布呈树枝状；上部为分流沙坝型，砂体席状程度高。砂体单层厚度一般不超过15 m，岩性以细砂岩为主，与滨浅湖泥岩形成良好的储盖组合。这些砂体又被大量断层切割，形成良好的构造-岩性圈闭，有利于油气的保存。

凸起斜坡带油气藏主要是通过晚期断层截流输导层中油气而形成，因此，与切入较深、活动性较大的Ⅰ类断层接触的明下段砂体成藏可能性相对较大。统计分析表明，明下段砂体与Ⅰ类断层接触长度越长，接触面积越大，油气藏烃柱高度越高。因此，在凸起斜坡带，位于馆陶组油气运移路径之上，且与Ⅰ类断层接触良好的构造-岩性圈闭具有较大的勘探潜力。

4 油气运聚模式

渤中凹陷油气由石南一号断裂垂向运移之后，有2种不同的运移路径，一种是进入馆陶组输导层向高部位运移，另一种是直接进入明下段成藏。因此，在凸起斜坡带形成“断控源仓型”和“断裂直控型”2种油气运聚模式。

4.1 “断控源仓型”

“断控源仓型”由边界断裂、晚期断裂与古近系扇体、馆陶组砂砾岩体、明下段砂体在空间上有序组合而成，边界断裂沟通古近系扇体和馆陶组砂砾岩体，晚期断裂沟通馆陶组砂砾岩体和明下段砂体。古近系油气生成之后，经过初次运移，在沿着边界断层下降盘发育的古近系扇体中暂时存储；伴随着边界断层的“幕式”活动，古近系扇体中聚集的油气沿断层凸面优势向上运移到馆陶组砂砾岩中；之后，油气汇聚在馆下段顶部，并沿着构造脊向高部位横向运移；在油气运移路径上，切入馆陶组的晚期断裂不断地截流油气，向明下段运移，在与断层接触良好的砂体中聚集成藏。该模式在远离边界断裂的区块勘探中发挥了重要作用，特别是成功指导了秦皇岛33-1南油田的评价（见图6a）。

4.2 “断裂直控型”

“断裂直控型”以边界断裂直接沟通古近系扇体和明下段砂体为特征，聚集在古近系扇体的油气沿着边界断裂直接进入明下段砂体聚集成藏。这种模式对于紧邻边界断层的区块勘探意义重大，增强了秦皇岛33构造区H构造的勘探信心（见图6b）。

图6 油气运聚模式

5 结论

1）石臼坨凸起油气主要来自渤中凹陷沙河街组烃源岩，为低成熟—成熟原油，油气由斜坡带向高部位运移效应特征明显；沙河街组烃源岩在距今12.2 Ma开始生油，距今5.2 Ma达到生油高峰，成藏时间为距今2.1 Ma，具有高效充注、晚期成藏的特征。

2）石南一号边界断裂在油气从古近系到新近系的垂向运移中起键作用，斜坡带晚期断裂沟通馆陶组输导层与明下段砂体，对油气聚集和成藏具有指向性意义；古近系近源扇体沿着边界断层呈裙边状发育，与烃源岩大面积接触，具有中转油气的作用；馆陶组砂砾岩是新近系油气横向输导层，油气趋于在馆下段顶部，主要沿着构造脊向高部位运移；明下段砂体发育，与断层组合构成构造-岩性圈闭，保存油气。在凸起斜坡带形成“断控源仓型”和“断裂直控型”2种油气运聚模式。

［1］朱筱敏，刘成林，曾庆猛，等.我国典型天然气藏输导体系研究：以鄂尔多斯盆地苏里格气田为例.石油与天然气地质，2005，26（6）：724-729.

［2］BOWEN B B，MARTINI B A，CHAN M A，et al.Reflectance spectroscopic mapping of diagenetic heterogeneities and fluid-flow pathways in the Jurassic Navajo Sandstone［J］.AAPG Bulletin，2007，91（2）：173-190.

［3］HINDLE A D.Petroleum migration pathways and charge concentration：a three-dimensional model［J］.AAPG Bulletin，1997，81（9）：1451-1481.

［4］陈欢庆，朱筱敏，张琴，等.输导体系研究进展［J］.地质论评，2009，55（2）：269-276.

［5］杜春国，郝芳，邹华耀，等.断裂输导体系研究现状及存在的问题［J］.地质科技情报，2007，26（1）：51-56.

［6］邓运华.断裂-砂体形成油气运移的“中转站”模式［J］.中国石油勘探，2005，10（6）：14-17.

［7］邓运华.裂谷盆地油气运移“中转站”模式的实践效果：以渤海油区第三系为例［J］.石油学报，2012，33（1）：18-24.

［8］李慧勇，周心怀，王粤川，等.石臼坨凸起中段东斜坡明化镇组“脊、圈、砂”控藏作用［J］.东北石油大学学报，2013，37（6）：75-81.

［9］蒋有录，刘培，刘华，等.渤海湾盆地不同凹陷新近系油气成藏条件差异性及聚集模式［J］.中国石油大学学报，2014，38（1）：14-21.

［10］包建平，张功成，朱俊章，等.渤中凹陷原油生物标志物特征与成因类型划分［J］.中国海上油气（地质），2002，16（1）：11-17.

［11］田金强，邹华耀，周心怀，等.辽东湾地区烃源岩生物标志物特征与油源对比［J］.中国石油大学学报，2011，35（4）：53-58.

［12］潘和顺，黄正吉，俞世明，等.原油 ααα-C29甾烷（20S）的运移效应［J］.中国海上油气（地质），1991，5（5）：19-24.

［13］陈斌，邓运华，郝芳，等．黄河口凹陷BZ34断裂带油气晚期快速成藏模式［J］.石油学报，2006，27（1）：37-41.

［14］彭文绪，孙和风，张如才，等．渤海海域黄河口凹陷近源晚期优势成藏模式［J］.石油与天然气地质，2009，30（4）：510-518.

［15］武强，王应斌，杨在发，等.莱州湾地区垦东凸起东斜坡输导体系与油气成藏模式［J］.中国石油勘探，2010，15（4）：31-35.

［16］罗群，庞雄奇，姜振学.一种有效追踪油气运移轨迹的新方法：断面优势运移通道的提出及其应用［J］.地质论评，2005，51（2）：156-161.

［17］姜振学，庞雄奇，曾溅辉，等.油气优势运移通道的类型及其物理模拟实验研究［J］.地学前缘，2005，12（4）：507-515.

［18］徐长贵.渤海古近系坡折带成因类型及其对沉积体系的控制作用［J］.中国海上油气，2006，18（6）：365-371.

［19］徐长贵.陆相断陷盆地源、汇时空耦合控砂原理：基本思想、概念体系及控砂模式［J］.中国海上油气，2013，25（4）：1-11.

［20］张善文，王永诗，石砥石，等.网毯式油气成藏体系：以济阳坳陷新近系为例［J］.石油勘探与开发，2003，30（1）：1-10.

［21］张善文，王永诗，彭传圣，等.网毯式油气成藏体系在勘探中的应用［J］.石油勘探与开发，2008，29（6）：791-796.

［22］王德英，余宏忠，于海波，等.渤海海域新近系层序地层格架约束下岩性圈闭发育特征分析及精细刻画：以石臼坨凸起明下段为例［J］.中国海上油气，2012，24（增刊 1）：23-28.

［23］朱伟林，李建平，周心怀，等．渤海新近系浅水三角洲沉积体系与大型油气田勘探［J］.沉积学报，2008，26（4）：575-582.

［24］张昌民，尹太举，朱永进，等.浅水三角洲沉积模式［J］.沉积学报，2010，28（5）：933-944.

（编辑 赵旭亚）

Hydrocarbon translocation system and migration-accumulation patterns in southeastern slope area,Shijiutuo Uplift

YAO Cheng,ZHANG Xintao,YU Haibo,YANG Chuanchao,CHEN Lixiang,ZHU Yongchao
(Tianjin Branch of CNOOC Ltd.,Tianjin 300450,China)

Based on the integrating correlation of biomarker compounds,accurate description of fault plane,fault activity,distribution characteristics of sand body as well as comprehensive reservoir-forming analysis,the hydrocarbon migrationaccumulation patterns in the southeastern slope of Shijiutuo Uplift,hydrocarbon source favorable migration pathway and translocation system were determined.The following results are drawn in our research:(1)the hydrocarbon of the study area is low mature-mature oil which comes from the source rock of the first and second Members of Shahejie Formation in Bozhong Sag,showing good migration effect.(2)the period of the hydrocarbon reservoir formation(2.1 Ma)is matched with the hydrocarbon generation peak(5.2 Ma),which is characterized by later period,speediness and efficiency.(3)Shinan No.1 Fault controls hydrocarbon vertical migration from the deep layers in Bozhong Sag to the shallow layers in Shijiutuo Uplift,while late-stage faults control hydrocarbon vertical migration and accumulation in Shijiutuo Uplift;near-source fans developed in Paleogene distribute as skirt-like type along Shinan No.1 Fault,which could absorb most of the hydrocarbon because of the large contact plane with the source rock and serve as aquot;transfer stationquot;.(4)the glutenite in Guantao Formation is a significant lateral transportation layer,where hydrocarbon migrated to the higher part along the structure ridges;extremely shallow delta sands developed in lower Minghuazhen Formation along with faults form structure-lithology traps to conserve hydrocarbon.(5)quot;source-fault-storagequot;andquot;fault-controlledquot;migration-accumulation patterns were established and this model can effectively guide the exploration in slope areas in Shijiutuo Uplift and other comparable regions in Bohai Basin.

fault;sand body;translocation system;migration-accumulation patterns;Shijiutuo Uplift

TE122.3

A

10.6056/dkyqt201706005

2017-05-01；改回日期：2017-09-09。

姚城，男，1987年生，勘探地质工程师，硕士，主要从事油气成藏综合研究。E-mail：yaocheng@cnooc.com.cn。

姚城，张新涛，于海波，等.石臼坨凸起东南斜坡带输导体系与油气运聚模式［J］.断块油气田，2017，24（6）：755-759.

YAO Cheng，ZHANG Xintao，YU Haibo，et al.Hydrocarbon translocation system and migration-accumulation patterns in southeastern slope area，Shijiutuo Uplift［J］.Fault-Block Oilamp;Gas Field，2017，24（6）：755-759.