渤海海域莱北低凸起新近系岩性油藏成藏模式及勘探实践

温宏雷，杨海风，杨 波，王利良，涂 翔，李志强

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

近几十年的勘探实践证实，凸起(低凸起)是渤海海域的重点勘探领域，已发现油气储量超过60%分布在凸起区；自20世纪90年代以来，新近系已成为渤海海域重要的勘探层系，已发现油气储量超过70%分布在新近系中[1-8]。渤海海域共有13个凸起(低凸起)，其中莱北低凸起长期没有商业发现。受北北东向走滑断裂及近东西向伸展断裂双重控制，其构造演化复杂，断块圈闭破碎，油气成藏规律复杂。受限于较低的勘探程度，前人对莱北低凸起的研究，特别是对莱北低凸起油气成藏规律的综合研究较少[9-16]。王孝辕等[14]从断裂体系特征、构造样式和地层厚度等方面，分析了莱北低凸起的构造演化过程，以及在走滑断裂作用下始新统沙河街组和渐新统东营组古沟谷构造样式对沉积体系的控制作用；王鑫等[8]通过对古水系方向、岩性分异特征、重矿物组合特性及地球物理属性特征等方面的对比，认为其物源方向来自西南部的垦东凸起。

近几年，在莱北低凸起及周边区域陆续实施了一些钻井，在新近系明化镇组下段(后文简称明下段)及馆陶组顶部岩性圈闭中有了一些油气发现，但对其成藏规律认识仍不清晰，油气差异富集现象明显。基于近年来的钻探成果，通过对莱北低凸起油气汇聚、断裂活动、砂体发育及断砂接触等方面的综合分析，总结出新近系岩性油藏差异富集的主要控制因素，建立了莱北低凸起新近系岩性油藏的“汇—运—注”成藏模式。进一步运用建立的成藏模式，对莱北低凸起新近系未钻岩性圈闭进行综合分析，筛选出有利成藏砂体，并在后续的钻探中获得成功，指导了下一步的勘探部署，在莱北低凸起上获得重大突破，找到了第一个亿吨级商业性油田——垦利6-1油田。

1 地质概况

莱北低凸起位于渤海湾盆地济阳坳陷的东北部，渤海海域的南部，其南北分别为莱州湾凹陷和黄河口凹陷两大富生烃凹陷所夹持，西侧与莱西斜坡带以郯庐断裂带中支为界，东侧与庙西南洼受郯庐断裂带东支分割，总体呈现群洼环绕格局(图1)。受郯庐断裂带东西两支的构造应力作用，莱北低凸起呈北东向菱形展布，凸起北东方向倾没于黄河口凹陷东次凹，南西方向则倾没于莱州湾凹陷东北凹，总体表现为“一脊两翼”的构造格局[14]。整个凸起区可划分为4个次级构造单元：北部断阶带、中央隆起区、西部走滑带和东南斜坡带(图1)，其中近年新钻探井主要分布在北部断阶带及中央隆起区，是本次研究的重点区域。

莱北低凸起自新生界起由下而上发育古近系沙三、沙二、沙一段和东营组，新近系馆陶组、明化镇组及平原组，局部区域缺失东营组一段[14]。近期探井钻遇油气层主要集中在明下段，少量在馆陶组顶部地层中。莱北低凸起北部是黄河口凹陷中凹东南斜坡带，油气可顺莱北低凸起北部断阶带上的输导层及断层逐级运移至凸起上的明下段河道砂体中；其南部为莱北一号断裂，凸起上地层与断裂呈反向接触，莱州湾凹陷油气难以倒灌入凸起上的地层中。经油源对比分析，莱北低凸起上的油气主要来源于北部的黄河口凹陷中凹沙河街组烃源岩[15]，仅东南斜坡带上垦利B构造有少量油气来源于莱州湾凹陷。

凸起及周边地层中发育两套稳定的区域性输导层：古近系沙河街组、东营组沉积时期的沉积扇砂体和新近系馆陶组沉积时期的辫状河河道砂体。沙河街组沙一、二段及东营组东三段沉积时期，研究区广泛发育大型辫状河三角洲沉积，钻井资料揭示，辫状河三角洲砂体厚度较稳定，分布广泛，连通性较好，是油层的有利运移通道。在馆陶组沉积时期，研究区广泛发育辫状河沉积，地层整体含砂率较高，普遍在35%以上。辫状河河道砂体叠置发育，相互切割，连通性较好，也是油气侧向运移的有利通道。

上新统明化镇组沉积时期，研究区主要发育曲流河—浅水三角洲沉积，河道砂体呈北东—南西向条带状分布[16]。这一时期发育的河道砂体是油气藏的有利储层。2015年，在莱北低凸起北部的过渡带上发现了深浅层复式成藏的渤中34-9油田，为后续在莱北低凸起上的钻探树立了信心。后续在莱北低凸起上陆续钻探了7口探井，在新近系明下段及馆陶组顶部有一定油气发现，为本次研究提供了基础资料。

2 岩性油气藏形成条件与成藏模式

油气从黄河口凹陷烃源灶运移至凸起区新近系砂体储层中，首先需要沿古近系及新近系馆陶组输导层向凸起区侧向运移，并在合适的区域汇聚，然后沿活动性断裂从输导层向新近系垂向运移，最后从断层面向砂体储层中进行油气充注。

通过对莱北低凸起上垦利A、垦利B、垦利C、垦利D四个构造及凸起北部斜坡带上的渤中34-9油田共计20余口钻井、60余个已钻砂体、60余条断层各项参数的统计分析，对莱北低凸起新近系油气成藏模式进行总结，认为“汇—运—注”三大成藏要素控制了新近系油藏的差异富集(图2)：

“汇”，即汇聚类型决定了油气在凸起上的富集区带。莱北低凸起的东西段分别发育“断层汇聚型”富集带和“构造脊汇聚型”富集带。凸起西段为单斜形态(图3，图4a)，断裂下降盘的圈闭是油气的有利汇聚区，因此北部断阶带上的垦利A构造及凸起高部位的垦利D构造均是油气潜在富集区带；东段整体为背斜形态(图3，图4b)，构造脊高部位上的断块圈闭是油气有利汇聚区，因此凸起东段构造脊上发育的垦利B、垦利C构造区是油气的潜在富集区带。

图2 渤海湾盆地莱北低凸起新近系岩性油藏成藏模式

图3 渤海海域莱北低凸起区新生界底面古地貌

图4 “断层汇聚型”富集带(a)和“构造脊汇聚型” 富集带(b)示意

“运”，即油源断裂活动性控制了油气的垂向运移效率。当油气在优势汇聚区域富集后，需要沿油源断裂运移至浅层(明下段)，断层的活动性越强，对油气的垂向运移效率就越高。通过对凸起周边已钻砂体及油源断裂活动性统计的对比分析，发现当已钻井所在圈闭运移断层的断距大于80 m时，钻井在浅层普遍能获得较好油气发现。

“注”，即断砂配置关系制约了油气的充注效率。油气成藏的关键一步是从断层面向储层中充注，通过对莱北低凸起及周边60余个已钻砂体的统计，发现当断砂接触面积大于10 ×103m2时，明下段河道砂体储层中普遍能有较好的油气丰度及烃柱高度。

2.1 汇聚类型决定油气的富集区带

在沉积盆地内，油气自烃源岩内生成，初次运移到输导层后随之发生二次运移，最后在运移动力和阻力达到平衡的圈闭内聚集成藏[17]。而油气在输导层中的二次运移主要靠浮力的驱动，整体由相对高势区向周围相对低势区运移，在研究区范围内油气的运移趋势是从凹陷区向凸起区进行侧向运移。

油气的成藏需要合适的“汇聚区”，“汇聚区”是油气的流入点[18]。断层和构造脊的高部位是油气在输导层中侧向运移的两种终点类型，这两类终点分别控制的“汇聚区”就是油气在莱北低凸起上的富集区带，即“断层汇聚型”富集带和“构造脊汇聚型”富集带。

莱北低凸起的东西两段有着不同结构。以南边的边界大断裂为界，西段地层由北向南整体呈抬升趋势，为单斜形态(图3，图4a)，油气持续向南侧高点运移，断层是油气运移的终点类型，“断层汇聚型”富集带比较发育；东侧地层则向南、北两面的斜坡带分别倾没，整体呈背斜形态(图3，图4b)，构造脊上的高部位是油气侧向运移的终点，“构造脊汇聚型”富集带较为发育。

莱北低凸起的西段，北部断阶带上广泛发育近东西向及北东—南西向伸展断层(图5)。在油气沿深浅两套输导层向凸起南端运移过程中，断层错断了输导层砂体，对油气起遮挡作用，断层下降盘的圈闭就是油气的有利汇聚区，油气在圈闭中汇聚后，在断层的活动开启期运移至浅层岩性圈闭中富集成藏。垦利A构造就位于北部断阶带上，是油气向高部位运移的必经之路，“断层汇聚型”富集带比较发育(图5)。从实际钻探情况看，位于断层下降盘，并且在深层均有良好的圈闭背景的KLA-1/2/4三口井也都取得了较好的油气发现。而位于凸起南边的垦利D构造，依附于莱北低凸起边界大断层，是整个凸起上的最高部位、油气侧向汇聚的最终归宿，也是“断层汇聚型”富集带的发育区，该构造钻探的KLD-1井也有不错的储量发现(图6)。

图5 渤海湾盆地莱北低凸起新近系明化镇组下段Ⅴ油组顶面断裂分布

图6 渤海海域莱北低凸起垦利A—垦利D构造油藏剖面剖面位置见图3。

莱北低凸起的东段在新生代以来继承性发育着背斜构造，“构造脊汇聚型”富集带比较发育。位于东段构造脊上的垦利B、垦利C构造区是油气侧向汇聚的有利区带(图3，图4b)，油气沿输导层运移而来之后，会在构造脊高部位发育的断块圈闭中富集成藏。在构造脊上钻探的两口探井也有不错的油气发现。

2.2 油源断裂活动性控制油气的垂向运移效率

当油气在优势汇聚区域富集后，需要沿油源断裂运移至浅层，断裂的活动性越强，对油气的垂向运移效率就越高。断裂是油气输导层与储层的连接通道，也是油气垂向运移的主要通道。油气只有在断层的活动开启期，才能沿断层面、破碎带进行垂向运移。断层的活动强度越大、活动期次越多，对油气的垂向运移能力就越大[19-21]。

目前对伸展断层活动性的研究中，落差法是使用较为广泛的一种方法。与其他方法相比，落差法不受上升盘地层是否缺失的限制，不受盆地整体沉降幅度的影响，地质含义明确，能直观断层的活动强度，方法简单、可操作性强[22]。落差法认为断层的活动强度反映在各地质历史时期的落差，即地层的断距上，地层断距是垂直于地层走向的剖面内、上下两盘同一岩层线的垂直距离，其表达式为：

ΔH=Hu-Hd

(1)

式中：ΔH为地层断距，m；Hu为某一地质时期断裂下降盘地层的海拔，m；Hd为某一地质时期断裂上升盘地层的海拔，m。

断层的活动具有阶段性，只有与油气的成藏期相匹配的断层活动才对油气充注有利。通过前人对黄河口凹陷及莱北低凸起周边烃源岩的生烃史及油气的充注史研究表明，烃源岩大规模生排烃及油气充注主要在新近纪以来，尤其是新构造运动(5.2 Ma)以来[23-25]。该时间对应的地质时期为明下段沉积末期，因此本文选择明下段地层断距作为研究重点。

莱北低凸起深部缺失成熟烃源岩，油气从黄河口凹陷中凹烃源岩中阶梯式运移至低凸起上。对莱北低凸起及周边的主要断裂进行了分类后，认为能沟通古近系砂体输导层、新近系馆陶组输导层及明下段储层的断层为油源断层，并筛选出了研究区内的油源断裂(图5中红色断层)，对其在明下段末期的断距进行统计，再将统计结果与探井的实际勘探结果进行对比，发现明下段钻遇油气层较多的探井普遍紧邻着活动性较强的油源断裂。成藏情况较好的已钻砂体大多与1到2条断距相对较大的断裂搭接，而未成藏或成藏情况较差的砂体大多没有与运移断层搭接，或搭接的运移断层断距较小。

在对已钻砂体油源断裂断距统计对比后，发现已钻砂体的主要油源断裂的断距与已钻井钻遇的油气层厚度有正相关关系(图7)。从图7可见，当明下段断距在120 m以上时，钻井钻遇油气层厚度普遍在30 m以上，随着断距的减小，钻遇油气层厚度逐渐减小；当明下段断距在60 m以下时，钻遇油气层厚度均在10 m以下。勘探实践中普遍认为，钻遇油气层厚度大于15 m的钻井勘探效果较好，以此为标准，则当已钻井所在圈闭运移断层的断距大于80 m时，钻井在浅层普遍能获得较好油气层发现。研究区内主要运移层的断距大多在几十米至150 m之间，钻遇油气层厚度大于30 m的垦利A-2井及渤中34-9油田3井(图7)，其所在圈闭的运移断层F11、F2断距均大于140 m；钻遇油气层厚度大于20 m的渤中34-9油田1井、垦利A-1井、垦利A-4井(图7)，其主运移断层F1、F6、F4断距也均在100 m以上。与之相对应，研究区内的几口失利探井中，渤中34-9油田4井、垦利A-3井在浅层钻遇油层不足10 m，其主运移断层F5、F8断距均小于80 m；垦利A-5井的主运移断层F12平均断距不足40 m，并且该井处于F12断层与F14断层的搭接处，断层活动性进一步减弱，该井在浅层没有钻遇油层，仅钻遇一套气层。

图7 渤海海域莱北低凸起断裂断距与已钻井发现油气层厚度对比

2.3 断砂配置关系制约油气向储层充注的效率

油气沿断层面运移至浅层后，成藏的最后一步，也是关键一步是从断层面向储层中充注。断层与砂体的配置关系制约油气向储层充注的效率，也决定了油气藏的形成与分布[26-30]。

渤海海域近年的勘探结果证实，断层与砂体的接触面积对明下段油气藏的成藏丰度有控制作用，而对断砂配置关系进行半定量描述是钻探前预测砂体油气丰度的一种常用方法[31]。此次用断砂接触面积来对断砂配置关系进行半定量描述，断砂接触面积的计算公式为：

S0=S1+S2+S3

(2)

S1=HL

(3)

(4)

式中：S0为多条断层和砂体接触面积之和，103m2；S1为F1断层和砂体接触面积，103m2；H为断层和砂体接触宽度，m；H1为井点钻遇储层厚度，m；α为断层的倾角，(°)；β为砂体和水平基线的夹角，(°)；L为断层和砂体接触长度，km。

在莱北低凸起范围内4个构造，对明下段地层中60余个砂体进行了断砂接触面积的统计，将所有已钻砂体的断砂接触面积与实际钻探效果进行对比后，结果显示当断层与砂体的接触面积越大时，砂体中油气丰度越高，油气烃柱高度也越大(图8)。

图8 渤海湾盆地莱北低凸起断砂接触面积与砂体储量丰度、烃柱高度关系

断砂接触面积较大的砂体，如渤中34-9油田P井1771砂体，3井1680砂体，其断砂接触面积均在50×103m2以上，储量丰度均在90×104t/km2以上，烃柱高度均在45 m以上；而断砂接触面积较小的砂体，如渤中34-9油田8井1654.6砂体、4井1642.5砂体，储量丰度均只在20×104t/km2左右，烃柱高度均在20 m以下。垦利A-4井1534砂体，断砂接触面积为16.8×103m2，储量丰度达到109.2×104t/km2，烃柱高度41 m；但同井钻遇的、同一条油源断裂控制的垦利A-4井1394砂体，其断砂接触面积为8.0×103m2，储量丰度仅为9.0×104t/km2，烃柱高度为27 m。

综合对比钻探成功与失利砂体的各项参数值(图8)，认为当断砂接触面积大于10×103m2时，砂体中油气储量丰度可超过80×104t/km2，烃柱高度普遍超过30 m；当断砂接触面积小于6 ×103m2时，砂体中油气储量丰度一般低于60×104t/km2，烃柱高度低于20 m。

3 成藏模式的应用与后续勘探成效

在“汇—运—注”成藏模式指导下，莱北低凸起明下段岩性油气藏下一步的评价思路应该是 “聚焦优势区域，围绕优质断层，紧抓潜力砂体”。

莱北低凸起有三大油气优势汇聚区域——构造脊上的垦利B、垦利C构造区，凸起高部位的垦利D构造以及北部斜坡带上的垦利A构造。对3个优势汇聚区域内的一百余条断层进行了分类及活动性统计，筛选出其中活动性较强，能沟通东营组、馆陶组砂体输导层及明下段储层的47条断层作为油源断裂(图9中红、黑色断层)，其中19条断层断距在80 m以上，可以起到大规模油气运移作用的优质油源断层(图9中黑色加粗断层)。在优质油源断层周边明下段地层中追踪描述了46个未钻砂体，对砂体与断层进行了配置关系分析，断砂接触面积统计结果(表1)显示，共有23个砂体的断砂接触面积大于10×103m2，是浅层油气成藏的有利目标。

后续的油田评价中，陆续对构造脊上的垦利B、垦利C构造，凸起高部位的垦利D构造及斜坡带上垦利A构造共17个断砂接触面积大于10×103m2砂体进行了钻探(图9)，平均单井钻遇油层达15 m以上，叠合含油面积超过80 km2，证实了“汇—运—注”成藏模式的有效性，并在莱北低凸起上首次取得重大突破，找到了一个亿吨级商业性油田——垦利6-1油田。

图9 渤海湾盆地莱北低凸起后续钻井勘探成效

表1 渤海海域莱北低凸起部分砂体断砂接触面积统计

4 结论

(1)莱北低凸起新近系岩性油气藏的成藏主控因素是油气汇聚类型、油源断裂活动性和断砂配置关系，其中汇聚类型决定了油气在凸起上的富集区带，油源断裂活动性控制油气的垂向运移效率，断砂配置关系制约油气的充注效率。

(2)建立了莱北低凸起新近系油藏“汇—运—注”成藏模式。油气沿输导层向凸起上运移的过程中，北部断阶带上的垦利A构造及凸起高部位的垦利D构造是“断层汇聚型”富集带，凸起东段的垦利B、垦利C构造区是 “构造脊汇聚型” 富集带；油气沿油源断裂运移至浅层的过程中，断裂的活动性越强，对油气的垂向运移效率就越高，当油源断裂的断距大于80 m时，浅层砂体普遍能获得较好油气发现；油气从断层面向储层中充注时，断砂接触面积越大，油气的充注效率越高，当砂体与断层面接触面积大于10×103m2时，普遍能有较好的油气丰度及烃柱高度。

(3)应用“汇—运—注”成藏模式，对莱北低凸起3个优势汇聚区域内接触油源断裂的潜力砂体进行了成藏分析， 筛选出23个断砂接触面积大于10×103m2的优质明下段未钻砂体。后续勘探评价中对其中17个砂体进行了钻探，平均单井钻遇油层厚度15 m以上，叠合含油面积超过80 km2，证实了该成藏模式的有效性，并在莱北低凸起上找到了第一个亿吨级商业性油田——垦利6-1油田。