渤海海域湖盆萎缩期浅水三角洲岩性油气藏差异成藏模式

王德英， 于海波， 王启明， 李 龙， 李 瑾

( 中海石油(中国)有限公司天津分公司 渤海石油研究院，天津 300459 )

0 引言

“浅水三角洲”的概念由Fisk H N提出[1]，河控三角洲分为深水和浅水两种类型。Postma G在低能盆地中识别8种浅水三角洲端元[2]。中国在浅水三角洲砂体储层发现丰富的油气资源，表明浅水三角洲砂体具有良好的勘探潜力，成为沉积研究和油气勘探的重点领域[3-5]。作为岩性油气藏勘探的重要目标，坳陷湖盆形成的大面积浅水三角洲砂体为大面积高丰度岩性油气田的形成提供良好的条件，油气勘探意义重大[6-7]。

渤海海域新近纪具有构造稳定、地形平缓、坡度小等特点，浅水三角洲沉积广泛发育[5、8]。有关渤海海域浅水三角洲砂体形成的岩性地层油气藏研究成果较多。孙和风等[9]提出“构造—断裂—层序”三要素控制黄河口凹陷浅水三角洲油气成藏；李慧勇等[10]提出古构造脊、构造圈闭与浅水三角洲砂体的组合样式，共同控制石臼坨凸起东斜坡带明化镇组油气富集；曾萱等[11]认为，渤海东部馆陶组浅水三角洲成藏受断层活动性、区域盖层厚度、砂岩相对含量的控制；王昕等[12]提出沟通古近系油源断裂的长期活动控制斜坡带浅层的油气成藏；徐春强等[13]认为，源岩发育特征、断裂展布特征及圈闭类型共同控制渤中凹陷西斜坡新近系油气成藏；郭瑞等[14]研究渤中凹陷西洼中央构造带新近系油气成藏，认为古隆起和断裂活动性控制油气宏观分布和富集层位。渤海海域围绕凸起区、斜坡区、洼陷区等区域开展新近系浅水三角洲岩性油气藏勘探取得良好效果[15-16]。

目前，有关渤海海域浅水三角洲的岩性油气藏的研究主要围绕单个次洼和构造区，缺乏对渤海海域浅水三角洲岩性油气藏成藏模式的系统总结[9-12]，对输导体系及油气差异成藏模式方面的研究较少[13-16]。笔者利用勘探资料，分析渤海海域浅水三角洲岩性油气藏类型和分布，结合新构造运动下成藏特征和差异富集规律研究，明确浅水三角洲岩性油气藏成藏主控因素，总结不同区带岩性油气藏差异成藏模式，对渤海海域浅水三角洲岩性油气藏油气勘探有指导和借鉴作用。

1 区域概况

渤海海域新近系构造演化以整体沉降为主，地形坡度十分平缓，渤中坳陷逐渐成为全盆地的沉积、沉降中心，是周缘陆区物源的汇水中心,海域范围主要受外物源的影响。新近纪明化镇组沉积时期，为湖盆发育的萎缩期，具有构造稳定、沉降缓慢、地形平缓的特征，浅水三角洲—湖泊沉积体系广泛发育[5、8]。

研究区位于渤海海域的中部及南部，主要包括石臼坨凸起、渤中凹陷、黄河口凹陷及向垦东凸起过渡区域(见图1)。石臼坨凸起向南与渤中凹陷相连，古近系表现为北缓南陡构造面貌，新近系主要发育近东西向断裂和北西向隐伏走滑断裂体系。新近系，渤中凹陷为沉积沉降中心，发育大面积湖泊相沉积。古近纪，黄河口凹陷构造面貌表现为北陡南缓、西深东浅和凹中反转；新近纪，受南北向拉张作用和北东向走滑双重影响,主要发育北北东向的主走滑断裂和近东西向的派生断裂[6]。黄河口凹陷以斜坡带向垦东凸起过渡，断裂新近系以来发育。研究区受新近纪新构造运动控制，张性断裂与走滑断裂相互交织,控制浅层多种类型的圈闭发育，且断裂活动极为活跃；断裂晚期非常发育，控制深层沙河街组和东营组生成油气向浅层馆陶组和明化镇组运移，并主导渤海海域晚期、快速、充注成藏，是渤海新近系油气大规模成藏的主导因素[17-19]。近年来,研究区如秦皇岛32-33、渤中19-4、渤中26-2、渤中28-34、垦利3-2、垦利9-1、垦利9-6等，发现以浅水三角洲为储集体的构造—岩性油气藏(见图1)，成为渤海油田油气增储上产的重要勘探区域。

图1 研究区构造Fig.1 Structure of study area

2 浅水三角洲砂体与岩性圈闭分布

2.1 浅水三角洲砂体特征

新近系，由于构造活动相对稳定，渤海海域缓慢沉降，地形平缓，水体很浅，通常不超过10 m，在凸起区、斜坡区、凹陷区广泛发育浅水三角洲沉积[5、8]。研究区浅水三角洲沉积主要以细砂岩、粉砂岩与泥质粉砂岩、泥岩互层沉积为主，砂岩厚度最大为6～8 m，泥岩颜色主要为灰色，少量为灰绿色。发育三角洲平原相带和前缘相带，且以后者为主要沉积环境。三角洲前缘相带以典型的反旋回为特征，发育少量的河口坝沉积，向上为钟型的水下分流河道沉积。由于水体较浅、地形平坦，浅水三角洲与正常三角洲相比表现出特有的沉积特征(见图2)，表现为水下分流河道砂岩相对发育、河口坝沉积不甚发育、席状砂分布广泛、垂向沉积层序不连续、类似于三角洲沉积的砂体形态等，以浅湖相为主的前三角洲沉积较少发育重力流性质的砂体。在凸起区或斜坡区，由于湖泊水体较浅，三角洲受河流作用影响大，河道化特征明显；在凹陷区，由于水体相对较深，河流作用明显减弱，砂体沉积和形态受湖泊及波浪作用改造增强，表现出浪控三角洲的沉积特征，三角洲前缘席状砂、砂坝等砂体分布范围较广，与湖相泥岩构成良好的储盖组合条件，呈现连片含油。在凸起区、凹陷区和斜坡区，构成浅水三角洲的分流河道砂体、河口坝等骨架砂体，具有较好的连续性和连通性，展布面积大，油气聚集丰度高。

图2 研究区浅水三角洲砂体沉积特征Fig.2 The lithological and electrical characteristics of the extremely shallow water delta

2.2 岩性圈闭类型及分布

渤海海域新近系浅水三角洲岩性油气藏分布于凸起区、斜坡区和凹陷区。根据岩性油气藏发育特征，主要集中于晚期断裂活跃带附近，具有正向构造背景(如洼中隆起带、构造脊等)的区带分布，以及明显的“沿脊汇聚”的特点，将浅水三角洲岩性油气藏划分为两类:河道型和砂坝型。已发现的河道型砂岩油气藏主要分布于斜坡倾没端、凸起区，如垦利9-5油田、渤中26油田，多为上倾尖灭或侧向尖灭型岩性油气藏。河道型砂岩油气藏多呈宽度窄、狭长的条带状，发育于三角洲平原分流河道沉积，横向变化大，油水关系复杂。在宽缓斜坡的构造背景和油气运移通畅的情况下，深部油气可运移到浅层的河道砂体中并聚集成藏[18]。各砂层呈枝状、透镜状零星分布，向河道两侧砂体厚度减薄至慢慢消失。砂坝型岩性油气藏主要受构造—岩性控制，洼中隆起带、斜坡带和部分凸起区多有发育，多与晚期新构造运动有关。如黄河口凹陷洼中隆起区的渤中28-34构造带、斜坡带的渤中29-35构造带等。砂坝型油气藏多呈朵叶状，发育于浅水三角洲前缘相带，砂体分布范围广，形成多期叠加连片的岩性油气藏。

3 岩性油气藏成藏主控因素

渤海海域新近系不具备生烃能力，运移是浅层油气聚集成藏的关键。油气输导体系被称为连接烃源岩和圈闭的桥梁和纽带，控制油气的优势运移路径和运移效率，影响油气成藏的规模[20-23]。在新构造运动分析的基础上，梳理岩性油气藏油气运移输导体系，明确控制渤海海域浅水三角洲岩性油气藏成藏主控因素，主要包括断裂性质及活动性、断裂—砂体耦合程度、大型砂岩体输导元等3个方面。

3.1 断裂性质及活动性

断层对浅层油气成藏有重要的作用[24]。渤海海域新构造运动主要发育走滑断裂与伸展断裂体系，断层的性质对油气成藏起到不同的作用。张性应力环境下形成的伸展断裂深切油源断层开启性较好，有利于油气垂向运移并在浅层聚集成藏；压扭性应力环境下形成的走滑断裂虽然也深切油源，但开启性差，不利于油气向浅层大规模运移聚集[25]，更有利于形成有效圈闭。如在黄河口凹陷地区，郯庐走滑断裂西支在渤南段发育两条以上走滑断层，受多条走滑断层共同作用的影响，形成在构造变形中为保持区域上缩短量或伸展量守恒的调节构造带。在走滑转换带，多条走滑断层重叠区域形成叠覆型走滑转换带，如黄河口凹陷中部渤中28-34油田群和靠近垦东凸起的垦利9-1油田，多发育走滑转换带，右行左阶和右行右阶的“双阶”模式共存，控制挤压和伸展区域的形成。右行左阶断裂的叠覆区一般为挤压背景，派生断层具有压扭性质，不利于油气运移。右行右阶断裂叠覆区一般为拉张背景，派生断层具有拉张性质，有利于油气向浅层运移。

断裂活动的差异性控制区带层面的优势运移方向[26]，断裂活动强、数量多的区域是油气运聚的主要方向。在渤海海域走滑断裂带，受晚期新构造运动影响形成大规模的深切油源断裂及异常发育的调节断层，成为最为富集的浅层油气聚集带。渤海已发现的浅层大型油气田主要分布于断层活动强烈的区域，断裂活动的差异控制纵向上成藏部位的差异，如在石臼坨凸起秦皇岛33构造区，主要发育北东东向伸展断裂体系，断裂延伸较短，具有明显的分段性(见图3(a))。根据油气统计结果，秦皇岛33构造区西部的秦皇岛33-1南、秦皇岛33-2构造发现的油气主要位于明下段Ⅰ、Ⅱ油组；东部的秦皇岛33-3构造发现的油气主要位于明上段和明下段0、Ⅰ油组，油气聚集层位明显偏浅，油气纵向聚集层位差异明显(见图3(b))。统计F1、F2、F3、F4、F5、F6等6条断层明化镇组下段活动性，靠近秦皇岛33-3构造的F2、F3、F6断层的活动性，明显大于靠近秦皇岛33-1南、秦皇岛33-2构造的F1、F4、F5断层(见图3(c))，来自于同一凹陷的油气沿断裂垂向充注能力更强，油气聚集层位更加靠上。

图3 研究区明下段断裂活动性对成藏层位的控制

3.2 断裂—砂体耦合程度

图4 研究区断裂砂体接触长度与烃柱高度关系Fig.4 The relationship between the contact length of fault-and body and the oil column height in study area

断层作为油气垂向运移的主要通道，与浅层砂体耦合的发育程度直接影响新近系明化镇组的油气成藏。砂体与油气运移断层的接触程度控制岩性圈闭内油气的充满程度[27-28]。石臼坨凸起秦皇岛33-1S、秦皇岛33-1、秦皇岛33-2、秦皇岛33-3等4个构造浅水三角洲砂体，以及油气运移断层的接触长度、油气藏烃柱高度的半定量统计分析表明，断裂—砂体接触长度在一定程度上与烃柱高度呈正相关关系，但存在成藏阈值和峰值，当断裂—砂体接触长度为1～5 km时，烃柱高度一般为10～35 m(见图4)。当断裂—砂体接触长度大于5 km时，烃柱高度在20～30 m之间，两者没有明显的正相关关系。因此，分布规模较大的河口坝和水下分流河道砂体往往能与油源断裂形成有效的接触长度，形成较好的断裂—砂体耦合关系，有利于油气向砂体充注成藏，形成高丰度油气藏。

3.3 大型砂岩体输导元

馆陶组沉积时期，渤海海域发育的辫状河砂砾岩层及深大断裂附近发育的近源砂砾岩体，可以形成良好的油气运移通道，有利于油气的横向运移[29]，对浅层的油气成藏有重要的控制作用。

洼中隆起带，油气除沿通源断裂高效直接向浅层明下段圈闭充注外，馆陶组良好的构造背景也为油气的运聚提供保障，使洼中隆起带的成藏条件更有利。如黄河口凹陷洼中隆起带的、渤中28-34油田群的、明下段浅水三角洲油气藏与馆陶组砂砾岩体构造背景具有良好的叠合性，油气通过深大断层先运移到馆陶组网毯层，再通过馆陶组区域砂砾岩层进行横向输导，最后通过晚期的垂向断裂再分配，向明下段圈闭里充注并聚集成藏。在沿馆陶组区域厚层砂砾岩横向疏导的过程中，油气优先选择构造背景好的低势区高速运移。

在斜坡断阶带，大型同沉积断裂下降盘发育“中转站”砂体[30]，“中转站”砂体的发育程度对油气的优势运移方向产生影响，砂体越发育，越有利于油气向浅层运聚成藏。如黄河口凹陷南斜坡垦利3-2油田群的、沉积大断裂附近的、沙河街组具有大型“中转站”砂体，是浅层大规模岩性油气藏发育原因之一，使油气沿大断裂向上高效运聚，在浅层富集成藏。

对于远离油源的凸起区，油气无法直接垂向充注到浅层圈闭，馆陶组的构造背景更加重要。如石臼坨凸起浅层油气勘探已证实，明下段油气成藏受馆陶组构造背景控制明显(见图5)，油气主要分布于馆陶组构造背景较好的秦皇岛32和秦皇岛33构造区，而相对较低幅度的秦皇岛27构造区不利于捕获油气，油气发现相对较少。

图5 石臼坨凸起馆陶组顶部构造背景Fig.5 Tectonic setting at the top of the Guantao formation in Shijiutuo uplift

4 岩性油气藏差异成藏模式

渤海海域浅水三角洲岩性油气藏具有晚期快速成藏的特点，综合油气成藏的控制因素，结合区带断裂发育特征及构造背景，总结渤海海域不同构造位置浅水三角洲油气藏3种差异成藏模式。

4.1 洼陷带走滑—伸展复合区垂向强注型

洼陷带走滑—伸展复合区垂向强注型成藏模式主要发育在生油洼槽内，处于断裂活动强烈区，以黄河口中央构造脊渤中28-34油田群为最典型(见图6)。该区走滑断裂继承性活动，且晚期构造活动强烈，贯通浅层和烃源岩的长期活动性断裂比较发育，成为油气高效垂向输导的通道。受走滑断裂的影响，渤中28-34构造区处于凹中反转带，具有明显的构造脊特征，浅层继承发育，馆陶组发育的大套厚层砂砾岩可以形成良好的油气运移通道，良好的构造脊构造背景更有利于油气的汇聚及再分配。新近纪沉积的浅水三角洲砂体可作为良好的储集层，发育三角洲前缘沉积砂体，以水下河道、河口坝砂体为主，储层连通性较好，浅水三角洲规模比较大，且与晚期新构造运动形成的大量断裂匹配良好：一方面新构造运动形成大量的晚期断层，切割封堵砂体，形成断层—岩性圈闭；另一方面新构造运动产生强烈的反转作用，改变砂体倾向而形成岩性圈闭。黄河口地区渤中28-34构造区油源充足，油气主充注期为5.1 Ma，具有晚期快速充注的特点[20]，有利于油气在构造—岩性、岩性圈闭内充注[28]。总之，大量沟通油源断裂的长期继承性发育和浅水三角洲砂体耦合控制浅层油气藏的富集。

图6 洼陷带走滑—伸展复合区垂向强注型成藏模式(位置见图1剖面A)Fig.6 Hydrocarbon vertical strong injection model in strike slip-stretching compound area within the source of sub-sag belt(the specific location is shown in section A of fig.1)

4.2 斜坡带走滑—伸展复合区“H”型

走滑—伸展复合区“H”型油气成藏模式主要发育于黄河口凹陷南斜坡区域，受两条NE向展布的走滑断裂和东西向延伸的大型伸展断裂的控制，在平面上表现为“H”型的构造样式(见图1)。以黄河口凹陷南部斜坡带垦利9-1、9-5和9-6明下段浅水三角洲岩性油田群为典型代表。由于远离生烃洼陷，油气的大规模侧向运聚是关键。受两条走滑断层的影响，形成的构造挤压区和伸展区影响区域的油气成藏。走滑—伸展复合区油气运移通道良好，可规模聚集，而走滑—挤压复合区断层具有较好的封堵性，油气难以运移成藏。生油洼陷的油气首先通过深大断层运移到馆陶组网毯层，再通过馆陶组区域砂砾岩层进行横向输导，优先选择馆陶组构造背景好的低势区高速运移，最后通过晚期的垂向断裂再分配，向明下段走滑—伸展复合区的圈闭里充注并聚集成藏(见图7)。因此，晚期活动的大型伸展断裂良好的构造背景，以及浅水三角洲砂体展布方向共同控制油气藏的富集。

图7 斜坡带走滑—伸展复合区“H”型成藏模式(位置见图1剖面B)Fig.7 "H" type of hydrocarbon accumulation model in strike slip-stretching compound area outside of slope belt source(the specific location is shown in section B of fig.1)

4.3 凸起带走滑叠加区“格子双晶”型

图8 石臼坨凸起带秦皇岛33构造区“格子双晶”型断裂特征(位置见图5)Fig.8 The characteristics of "lattice double crystal" fracture in 33 tectonic zones of Qinhuangdao of Shijiutuo uplift(the specific location is shown in fig.5)

走滑叠加区“格子双晶”型油气成藏模式主要发育于石臼坨凸起区，受郯庐断裂和张家口—蓬莱两组断裂的影响，新近纪构造活动主要表现为近北东向(显性断裂)和近北西向(隐性断裂)两组方向的断裂活动[31]，在平面上表现为近90°相交，呈“格子双晶”状分布(见图8)。受走滑叠加作用的影响，石臼坨凸起区形成多个具有背斜形态的构造背景，成为油气侧向运聚的优势指向区，来自于凹陷烃源岩的油气通过凸起边界断裂向上运移到馆陶组后，沿网毯砂砾岩体向具有背斜形态的区域侧向运聚。石臼坨凸起主要发育河道型浅水三角洲，由于新近纪受近北东向(显性断裂)和近北西向(隐形断裂)两组方向断裂活动的影响，网格状断裂与浅水三角洲砂体耦合控制凸起区的构造、构造—岩性和岩性圈闭及油气藏的形成。进而形成馆陶组网毯砂砾岩体和明下段浅水三角洲大面积砂体的有效沟通，最终油气主要在明下段富集成藏(见图9)。

图9 源外走滑叠加区“格子双晶”型成藏模式(位置见图1剖面C)Fig.9 "Lattice double crystal" type of advantage hydrocarbon accumulation model of the superposition of strike-slip area outside source(the specific location is shown in section C of fig.1)

5 结论

(1)渤海海域新近系浅水三角洲岩性油气藏分布于凸起区、斜坡区和凹陷区，主要集中分布于晚期断裂活跃带附近、具有正向构造背景(如洼中隆起带、构造脊等)的区带，具有明显的“沿脊汇聚”的特点。主要发育河道型和砂坝型岩性油气藏，前者主要分布于斜坡倾没端、凸起区，后者主要分布于洼陷带和斜坡带。

(2)断层性质和活动性控制油气向浅层垂向运移能力和油气富集层位，活动性强的张性断裂有利于油气向越浅的层位富集。断裂—砂体耦合程度控制油气的充满度，断裂—砂体接触长度可作为控制烃柱高度的阈值，当接触长度为1～5 km时，烃柱高度可达10～35 m，两者呈正相关关系，当接触长度大于5 km时，相关关系不明显；馆陶组古构造脊及辫状河砂砾岩层、深大断裂附近发育的近源砂砾岩体等大型输导元有利于油气横向运移。

(3)渤海海域湖盆萎缩期浅水三角洲岩性油气藏发育3种差异成藏模式，主要为洼陷带走滑—伸展复合区垂向强注型、斜坡带走滑—伸展复合区“H”型和凸起带走滑叠加区“格子双晶”型。

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