辽东凸起锦州23构造带油气成藏条件及成藏过程

陈 聪,徐国盛,吴 奎,徐长贵,王德英,罗小平,余 箐,梁家驹

(1.中国石油西南油气田公司 勘探开发研究院，成都 610041；2.油气藏地质及开发工程国家重点实验室(成都理工大学)，成都 610059；3.中海石油(中国)有限公司 天津分公司，天津 300452)

辽东湾拗陷自1979年勘探至今，一直是整个渤海海域油气勘探的热点区域。据前人研究成果证实，辽东湾拗陷油气藏大多分布在郯庐断裂带附近，低凸起带、陡坡带、缓坡带和凹中隆4种构造带均有油气藏发现，其中低凸起构造带是油气主要富集带，其次是凹中隆构造带[1]。随着辽东湾地区勘探开发的深入，主要构造带上的大油气田已有较高的勘探开发程度和较深入的地质认识，如辽西凸起上的锦州20-2油气田、锦州25-1油气田、绥中36-1油田、旅大5-2油田，辽中凹陷反转构造带上的锦州21-1油气田、锦西1-1油田、旅大6-2油田、旅大27-2油田等已经取得突破[2]。而作为重要构造带的辽东凸起目前勘探程度较低，具有紧邻辽中凹陷、辽中2号断层和辽东2号主干断层的控藏作用、东营组和馆陶组大型砂体、东营组和明化镇组厚层泥岩盖层等有利的成藏条件，可以作为辽东湾北部地区下一步的勘探目标。本文针对辽东凸起上已经取得勘探成效的锦州23构造带，从烃源岩、储集层、盖层、圈闭、输导体系等主要的成藏条件入手进行综合研究，对深化辽东凸起的油气勘探具有重要意义。

1 区域地质背景

辽东湾拗陷位于渤海海域东北部，由郯庐断裂带控制的5个凹凸相间的Ⅲ级构造单元构成。5个构造带呈北东-南西向平行排列，自西向东分别为辽西凹陷、辽西凸起、辽中凹陷、辽东凸起和辽东凹陷[1]，可进一步分为北、中、南3段。锦州23构造带位于辽东凸起北段，其西侧斜坡与辽中凹陷相邻，东侧与辽东凹陷相邻(图1)。以辽中2号断层为界，锦州23构造带分为锦州23-1和锦州23-2两个构造，分别位于辽中2号断层西侧的斜坡带和东侧的凸起带(图2-B)。由于所在构造位置不同，锦州23-1构造和锦州23-2构造的地层发育特征有较大差异，自上而下，锦州23-1构造的地层由新近系的明化镇组(N1m)和馆陶组(N1g)以及古近系的东营组(E3d)和沙河街组(E2s)构成(图2-A)，锦州23-2构造的地层由明化镇组和馆陶组以及东营组构成，其中东营组缺失第一段(简称“东一段”)和第二段(简称“东二段”)上亚段(图2-C)。锦州23构造带受辽东湾拗陷的构造演化影响，新生代经历了古近纪裂陷沉降阶段和新近纪—第四纪后裂陷沉降阶段[3-4]。

2 油气成藏条件

2.1 烃源条件

2.1.1 油-源对比

锦州23构造带的沙河街组第一、第三段(分别简称为“沙一段”、“沙三段”)以及东营组第三段(简称为“东三段”)的烃源岩埋藏浅，成熟度低，均不具备大规模生烃的能力，可以判断锦州23构造带油气主要来源于辽中凹陷。辽中凹陷主力烃源岩是沙一段、沙三段以及东三段湖相烃源岩，那么锦州23构造带油气来源于其中的哪套烃源岩。在此重点对锦州23构造带的原油与辽中凹陷的烃源岩进行生物标志化合物对比，分析其油源。

a.锦州23-1构造原油生物标志化合物特征

用于油源对比的生物标志化合物参数较多，目前学者主要是通过原油的母岩有机质成熟度、母岩有机质来源、母岩沉积环境等进行油源对比[5-6]。

图1 辽东凸起区域构造位置及锦州23构造带研究工区图Fig.1 The location of Liaodong uplift and the study area of Jinzhou 23 tectonic belt

图2 锦州23-1及锦州23-2构造剖面特征Fig.2 Characteristics of Jinzhou 23-1 and Jinzhou 23-2 structural sections(A)锦州23-1-C井综合柱状图; (B)锦州23构造剖面图(剖面位置见图1); (C)锦州23-2-A井综合柱状图

用来评价母岩有机质成熟度的参数主要有Ts/(Tm+Ts)、C29ααα20S/(S+R)和C29ββ/(αα+ββ)比值。从锦州23-1构造各地层原油样品分析结果来看(表1)，东二下亚段(E3d2L)的Ts/(Tm+Ts)、C29ααα20S/(S+R)和C29ββ/(αα+ββ)比值均较低，指示母岩有机质成熟度低；东三段原油混有高成熟度和低成熟度母岩的有机质，总体表现为低成熟；而Es1+Es2原油样品的成熟度较高，Ts/(Tm+Ts)接近平衡值(0.70)。

生物标志化合物特征反映了锦州23-1构造各地层原油的母岩有机质来源和沉积环境(表1)，规则甾烷指纹分布为C27>C28C27)呈不对称“V”字形分布(图3)，这表明在沉积时期陆源有机质的输入占有一定优势。C35/C34升藿烷的比值小于1.0时，显示原油所对应的烃源岩在沉积时细菌的活动并不强烈。三环萜烷/C30藿烷的值整体较低，介于0.03～0.17之间；甾烷/藿烷较低，介于0.08～0.34之间；C24四环萜烷/C26三环萜烷的比值较高，介于0.83～3.12之间：这样的组合指示较多陆源有机质，弱还原-弱氧化的沉积环境。Gam/C30藿烷值较低，介于0.03～0.14，且ETR较低(<0.35)，对应的烃源岩在沉积时水体的盐度较低(表2)。

b.锦州23-2构造原油生物标志化合物特征

锦州23-2构造原油生物降解较明显，发生降解的原油与正常原油的指标有所不同[7]。三环萜烷受生物降解影响较小[8]，由其所构成的C19三环萜烷/C23三环萜烷、C24四环萜烷/C26三环萜烷[9]、ETR指数可以反映母质类型和源岩沉积环境[10]，Ts/Tm和C30*/C29Ts(重排藿烷/新降藿烷)可以反映其成熟度，是良好的油-源对比参数。

成熟度评价使用Ts/(Tm+Ts)和C30重排藿烷/C29Ts新降藿烷。样品的Ts/(Tm+Ts)值接近平衡值，分布在0.50～0.63之间，C30*/C29Ts分布于0.48～4.14，原油样品总体表现高成熟度母岩有机质特征(表2)。

表1 锦州23构造带原油生物标志化合物参数统计表Table 1 Biomarker parameters of crude oil in the Jinzhou 23 structure

a.Ts/(Tm+Ts); b.Gam/C30藿烷; c. C27重排甾烷/ C27规则甾烷; d.C29ααα20S/(S+R); e.C29ββ/(αα+ββ); f.C30重排藿烷/C29Ts新降藿烷; g. C27∶C28∶C29规则甾烷的相对质量分数(%)

图3 锦州23-1-C井原油饱和烃质量色谱图Fig.3 Mass spectra of saturated hydrocarbons of crude oil from the Well Jinzhou 23-1-C(A)东三段,深度2 750～2 760 m; (B)东三段,深度3 280～3 290 m; (C)沙一段-沙二段,深度3 600～3 610 m; (D) 沙一段-沙二段,深度3 770～3 780 m

锦州23-2构造原油样品的C35/C34升藿烷的比值接近1.0时，显示这些原油所对应的烃源岩在沉积时细菌的活动较强。这些样品的Gam/C30藿烷值较高，平均为0.55，最高可达1.15，且ETR较高(>0.35)，对应的烃源岩沉积在较高盐度水体中。样品的三环萜烷/C30藿烷的值整体较低，平均为0.85，低-中C24四环萜烷/C26三环萜烷的比值为0.54～1.88，低-中C19三环萜烷/C23三环萜烷的比值平均为0.35(表2)，这样的组合指示其对应的烃源岩母质为还原和咸水环境的有机质，具较少的陆源有机质贡献。

c.锦州23构造带原油与辽中凹陷烃源岩生物标志化合物对比

从原油生物标志化合物特征来看，锦州23-1和锦州23-2构造原油样品所对应的烃源岩母质类型、沉积水体环境以及成熟度均有较大差别。锦州23-1构造样品母岩有机质成熟度较低，对应的烃源岩母质为弱还原-弱氧化和淡水-半咸水沉积环境，具较多陆源有机质贡献。锦州23-2构造原油样品所对应的母岩有机质成熟度较高，为还原和咸水环境有机质，具较少的陆源有机质贡献。结合前人对辽东湾地区主要烃源岩生物标志化合物特征分析[11-12]，锦州23-1构造东营组原油主要来自辽中凹陷东三段与沙一段烃源岩，锦州23-2构造馆陶组原油主要为沙一段和沙三段烃源岩的混合油。

表2 锦州23构造带原油生物标志化合物参数统计表Table 2 Biomarker parameters of crude oil in the Jinzhou 23 structure

h.三环萜烷/C30藿烷; i.Pr/Ph; j.C24四环萜烷/C26三环萜烷; k.ETR; l.甾烷/藿烷; m.C19三环萜烷/C23三环萜烷; n.C35/C34升藿烷

图4 辽中凹陷北段锦州16-4-B井地球化学剖面图Fig.4 Geochemical cross section for Well Jinzhou16-4-B in North Liaozhong sag(据中海油天津分公司勘探开发研究院资料修改)

2.1.2 烃源岩生烃条件

锦州23构造带油气主要来自于辽中凹陷北段，且主要油源为沙三段、沙一段、东三段烃源岩。辽中凹陷沙三段烃源岩为一套半深湖相暗色泥岩，厚度约100 m；沙一段烃源岩为一套浅湖相的暗色泥岩和灰褐色油页岩，厚度较薄(<50 m)；东三段烃源岩主要为浅湖相深灰色泥岩，厚度150～200 m。

本文选取了处于辽中凹陷北段的锦州16-4-B井地球化学剖面对锦州23构造带烃源岩特征进行分析。由于岩心样品限制仅做了东三段及其以上层位的烃源岩分析，如图4所示 。辽中凹陷北段主力烃源岩之一的东三段绝大多数样品的有机碳质量分数(wTOC)>1.0%，S1+S2(质量分数)>6‰，有机质类型主要为Ⅱ1型和Ⅱ2型，Ⅰ型和Ⅲ型很少，大部分属于好烃源岩和较好烃源岩范畴，说明其具备很强的生烃能力。其上东二段烃源岩生烃能力不强。

据前人研究，整体来看沙三段烃源岩具有有机质丰度高、厚度大的特点[12-14]，且沙三段烃源岩埋藏较深，大多进入了成熟演化阶段。沙一段烃源岩在本地区厚度较薄，但其具有比另两套烃源岩更高的有机质丰度和更好的有机质类型，且全面进入成熟阶段。东三段烃源岩属于优质烃源岩且洼陷中心部位也已进入成熟阶段。锦州23构造带油气主要来自于辽中凹陷北段，烃源优质，供烃充足。

2.2 储集条件

锦州23-1和锦州23-2构造的主要含油层系分别为东营组和馆陶组。

锦州23-1构造产油层主要为东三段(图2-A)；储层为扇三角洲砂体，以黄色细砂岩为主，储集空间以次生粒间孔为主，见少量粒内溶孔；主要含油层系为东二段和东三段。其中东二段物性较好，孔隙度(q)为20%～30%、渗透率(K)为(200～500)×10-3μm2，储层类型以高孔-高渗储层为主；东三段孔隙度为7%～20%，渗透率为(1～100)×10-3μm2，以中孔-低渗储层为主(图5-A)。

锦州23-2构造油层主要为馆陶组(图2-B)，储层为辫状河砂体，黄色中砂岩(部分含砾)，为胶结程度低的疏松砂岩，储集空间为原生粒间孔。锦州23-2构造的主要含油层系为馆陶组和明化镇组，馆陶组为主要产层。从图5-B中可以看出，馆陶组和明化镇组砂体的孔隙度主要在20%～40%，渗透率>100×10-3μm2，其中馆陶组为中孔-高渗和高孔-高渗储层，明化镇组为高孔-高渗和特高孔-特高渗储层。

图5 锦州23构造砂体孔隙度和渗透率随深度变化散点图Fig.5 Scatter diagram showing porosity and permeability with reservoir depth in Jinzhou 23 structure(A)锦州23-1构造; (B)锦州23-2构造

锦州23构造带除锦州23-1构造的东三段有部分低渗储层之外，其他储层均有较好的储集性能，具备形成大中型油气田的储集条件。

2.3 生储盖组合

锦州23构造带东营组砂体和馆陶组砂体展布范围广，自辽中凹陷至辽东凸起带连续分布。沙河街组至东营组沉积时期辽中凹陷与辽东凸起相邻，凹陷区中部发育湖相沉积，凹陷区边缘和凸起区发育三角洲沉积。由于近邻关系，东营组三角洲砂体和沙河街组湖相沉积体垂向上直接接触 (图6)。三角洲砂体物性较好，是油气从烃源岩至储集层的有利运移通道和优质储层，源储匹配良好。

锦州23构造带具有2套时空匹配关系良好的生储盖组合。上组合位于锦州23-2构造，储层为馆陶组辫状河高孔-高渗储层，盖层为馆陶组和明化镇组下段陆源河流相泥岩。上组合的储层厚度300～500 m(图2-C)，厚度大、物性好，储集条件好。河流相泥岩虽然不是巨厚的区域盖层，但在圈闭形态良好的条件下，仍然有较强的封闭能力，李慧勇等[15]和徐长贵等[16]在前期研究中已有此认识。另外，辽中凹陷南段的旅大27-2构造馆陶组泥岩和辽中凹陷中段的锦西1-1构造东三段泥岩也为此类局部盖层。下组合位于锦州23-1构造，储层为东三段中孔-低渗储层，盖层为东三段和东二段湖相泥岩(图2-A)。下组合的储层物性相对较差，砂岩层较薄且多为砂泥岩互层，东三段和东二段深色湖相泥岩为封闭条件好的区域盖层。

2.4 圈闭类型

目前辽东湾拗陷已发现有半背斜、断背斜、断鼻、断块、潜山、岩性和构造-岩性等圈闭，这些圈闭形成于沙河街组、东营组、馆陶组和明化镇组沉积时期，多为同沉积构造圈闭，不同时代圈闭的形成时间早于相应的油气运移时间，均为有效圈闭，因此在各类圈闭中均发现了油气田[17]。

锦州23构造带圈闭类型以半背斜和断背斜为主(图7)，其中锦州23-1构造圈闭类型为半背斜控制下的断块圈闭，锦州23-2构造为典型的断背斜圈闭。据东二下亚段(底)界面计算，锦州23-1构造圈闭面积>10 km2；据明化镇组(底)界面计算，锦州23-2构造圈闭面积>50 km2。锦州23构造带圈闭面积大，有利于形成较大规模的油气藏。

2.5 输导体系

受郯庐断裂带影响，辽东湾拗陷的输导体系以断层为主[18-19]。断层一方面是油气运移的重要通道，另一方面，休眠期封闭性好的断层也能阻挡油气运移，有利于油气聚集成藏[20]。另外，砂体和不整合面也是油气输导体系的重要组成，与断层配合构成复合输导体系[21]。

锦州23构造带断裂系统发育，其中辽中2号和辽东2号断层为主干断裂，断裂系统贯穿于东营组大型三角洲砂体。该套砂体由南北向辽河水系以及东西向复州水系共同形成，临近辽中凹陷北部沙河街组湖相烃源岩。断层的输导性以及断层和砂体的有效配合决定了锦州23-1构造的东营组油藏和锦州23-2构造的馆陶组油藏优良的输导条件。另外，辽中凹陷发育的超压作为排烃动力，保证了油气的长距离运移能力[22]。

图6 锦州22-1-A井和锦州23-1-A井过井地质剖面图Fig.6 Geological section of Well Jinzhou 22-1-A and Well Jinzhou 23-1-A锦州22-1-A井位于辽中凹陷北段生油区，锦州23-1-B井位于辽东凸起斜坡带

图7 锦州23构造带圈闭平面分布图Fig.7 The plane distribution of structural traps in the Jinzhou 23 structural belt(A)锦州23-1构造东二下亚段(底)构造图; (B)锦州23-2构造明化镇组(底)构造图

油气来源于西侧较深较远的辽中凹陷，油气由下往上充注，自西向东油气运聚节节攀升，差异聚集，运移途中遇到合适的圈闭即聚集成藏。为此，受充注动力、方向和输导体系的影响，原油优先充注下伏厚而延伸远的锦州23-1构造东三段储层。经过辽东2号断层的输导，原油运移进入锦州23-2构造，优先充注馆陶组储层，剩余原油再充注上覆明化镇组。

3 油气成藏过程

3.1 油气充注期次

根据EasyRo动力学模型[23]，恢复了辽中凹陷和锦州23-1构造的埋藏史和热演化史(图8-B、C)。从锦州16-2S-1井的热演化史来看(图8-B)，辽中凹陷沙三段烃源岩从距今25 Ma开始大量生油(Ro>0.7%)，沙一段烃源岩从距今12.5 Ma开始大量生油，东三段从距今10 Ma开始大量生油，以上3套烃源岩至今仍在持续生烃。

锦州23-1-C井东三段中的油气包裹体均一温度分布呈单峰特征(图8-C)，主峰温度介于90～100℃。将主峰温度投在热史图上可以看出，锦州23-1构造东三段主要成藏时期大概距今10～2 Ma，属于晚期成藏。图8-D、E为锦州23-1-C井东三段油气包裹体照片，油气包裹体集中分布在石英加大期以后，在后期形成的切穿石英加大的裂隙中呈串状分布，油气包裹体被捕获的时间较晚，可以佐证锦州23-1构造为晚期成藏。

3.2 断层活动性与油气成藏

姜丽娜等[24]通过对郯庐断裂带(渤中-渤南段)断层活动速率与油气运聚的关系研究量化了二者的关系：在断层活动速率>25 m/Ma时，有利于油气运移，对油气起到垂向输导作用；在断层活动速率<15 m/Ma时，活动性较弱，有利于油气保存，此时主干断裂及其派生断层附近是油气的有利富集区。

据地震剖面断层断点统计，在东营组沉积时期(距今30.3～24.6 Ma)，辽中2号和辽东2号断层处于剧烈活动期。其中辽中2号断层活动速率超过100 m/Ma，且垂向贯穿了沙河街组和东营组，起油气输导作用，油气从深层烃源岩运移至浅层，可能造成油气逸散；到馆陶组沉积(距今12 Ma)之后，断层活动性减弱，辽中2号断层活动速率约为6 m/Ma，对油气起侧向遮挡作用，有利于油气沿砂体侧向运移[25]与聚集，形成锦州23断背斜和断块型油气藏。

3.3 油气成藏过程

通过油源对比、油气充注期次以及断层活动性与油气成藏之关系分析，恢复了锦州23-1构造和锦州23-2构造油气成藏过程如下。

锦州23-1构造位于辽中凹陷至辽东凸起的斜坡带，主力油层是东三段扇三角洲砂体，圈闭类型为辽中2号断层及其伴生断裂控制下的断背斜圈闭，原油主要来自辽中凹陷的沙一段和东三段湖相烃源岩，2套烃源岩分别在距今12.5 Ma、10 Ma开始进入生油高峰，此时控藏的辽中2号断层活动性减弱，起侧向封堵作用，油气在辽中凹陷北段超压的驱动下沿砂体向锦州23-1构造运移，在辽中2号断层的封堵下，在东三段扇三角洲砂体中聚集成藏，形成锦州23-1构造的东营组油藏(图8-A)。

图8 辽东湾拗陷北段油气成藏过程综合图版Fig.8 Comprehensive diagrams showing oil and gas accumulation process in northern Liaodong Bay depression(A)辽东湾拗陷北段油气成藏模式图; (B)锦州16-2南A单井埋藏史-热史图; (C)锦州23-1-C单井埋藏史-热史图; (D)锦州23-1-C井东三段储层油气包裹体照片,深度2 283 m，单偏光;(E)锦州23-1-C井东三段储层油气包裹体照片，深度2 283 m,正交偏光

在明化镇组和第四系平原组沉积之后(距今5 Ma之后)，各主力烃源岩持续生烃，东营组砂体和深层的烃源岩层有很好的沟通，断层和砂体的组合作为有效的输导体系，深层的油气在辽中凹陷沙河街组高压的驱动下，通过与沙河街组烃源岩直接接触的东营组砂体，再经辽东2号断层(图5)向辽东凸起陡坡带的馆陶组砂体运移，在明化镇组薄层泥岩的封盖下聚集成藏，形成锦州23-2构造浅层馆陶组油藏(图8-A)。

锦州23构造带是有利的油气指向区且具有良好的成藏条件，成藏各要素之间有很好的动态耦合关系，与目前发现的大型油气田如锦州25-1、锦州20-2、绥中36-1等具有相似的成藏过程[1，22，26]，即都位于大型超压生烃凹陷两侧的凸起区，都具有大型断裂和砂体组合的输导体系，原油在超压的动力下向凸起区域运移，在有利的圈闭中聚集成藏。辽东凸起比辽西凸起坡度更陡，更有利于沙河街组等深层烃源岩的油气垂向运移，油气在锦州23构造带上砂体物性好，加之断层实时的侧向封堵和泥岩的有效封盖，成藏条件更加有利。辽东凸起整体勘探程度较低，因此可以作为辽东湾拗陷下一步勘探的重点区域。

4 结 论

a.锦州23构造带具备有利的成藏条件，位于大型生烃凹陷辽中凹陷东侧的辽东凸起上，原油主要来自东三段、沙一段和沙三段优质的湖相烃源岩。发育物性良好且分布范围广的东三段扇三角洲砂体和馆陶组辫状河砂体。砂体与断层组合构成有效的油气输导体系。断背斜、断块圈闭规模较大且形成时间早于油气运移期。

b.锦州23构造带主力烃源岩从距今25～2 Ma持续生烃；控藏的辽中2号和辽东2号断层在生油高峰中后期(距今12 Ma以来)活动速率减弱，起侧向封堵作用；深层的沙河街组和东三段原油向凸起区垂向运移，分别在斜坡区的锦州23-1构造和凸起区的锦州23-2构造聚集成藏。

c.锦州23构造带是有利的油气运移指向区，具备广阔的油气勘探前景。研究与实践初步证实渤海湾勘探程度较低的辽东凸起将为今后的勘探新区域。