溫宏雷，楊海風(fēng)，楊 波，王利良，涂 翔，李志強(qiáng)

中海石油(中國)有限公司 天津分公司 渤海石油研究院，天津 300459

近幾十年的勘探實踐證實，凸起(低凸起)是渤海海域的重點勘探領(lǐng)域，已發(fā)現(xiàn)油氣儲量超過60%分布在凸起區(qū)；自20世紀(jì)90年代以來，新近系已成為渤海海域重要的勘探層系，已發(fā)現(xiàn)油氣儲量超過70%分布在新近系中[1-8]。渤海海域共有13個凸起(低凸起)，其中萊北低凸起長期沒有商業(yè)發(fā)現(xiàn)。受北北東向走滑斷裂及近東西向伸展斷裂雙重控制，其構(gòu)造演化復(fù)雜，斷塊圈閉破碎，油氣成藏規(guī)律復(fù)雜。受限于較低的勘探程度，前人對萊北低凸起的研究，特別是對萊北低凸起油氣成藏規(guī)律的綜合研究較少[9-16]。王孝轅等[14]從斷裂體系特征、構(gòu)造樣式和地層厚度等方面，分析了萊北低凸起的構(gòu)造演化過程，以及在走滑斷裂作用下始新統(tǒng)沙河街組和漸新統(tǒng)東營組古溝谷構(gòu)造樣式對沉積體系的控制作用；王鑫等[8]通過對古水系方向、巖性分異特征、重礦物組合特性及地球物理屬性特征等方面的對比，認(rèn)為其物源方向來自西南部的墾東凸起。

近幾年，在萊北低凸起及周邊區(qū)域陸續(xù)實施了一些鉆井，在新近系明化鎮(zhèn)組下段(后文簡稱明下段)及館陶組頂部巖性圈閉中有了一些油氣發(fā)現(xiàn)，但對其成藏規(guī)律認(rèn)識仍不清晰，油氣差異富集現(xiàn)象明顯?；诮陙淼你@探成果，通過對萊北低凸起油氣匯聚、斷裂活動、砂體發(fā)育及斷砂接觸等方面的綜合分析，總結(jié)出新近系巖性油藏差異富集的主要控制因素，建立了萊北低凸起新近系巖性油藏的“匯—運—注”成藏模式。進(jìn)一步運用建立的成藏模式，對萊北低凸起新近系未鉆巖性圈閉進(jìn)行綜合分析，篩選出有利成藏砂體，并在后續(xù)的鉆探中獲得成功，指導(dǎo)了下一步的勘探部署，在萊北低凸起上獲得重大突破，找到了第一個億噸級商業(yè)性油田——墾利6-1油田。

1 地質(zhì)概況

萊北低凸起位于渤海灣盆地濟(jì)陽坳陷的東北部，渤海海域的南部，其南北分別為萊州灣凹陷和黃河口凹陷兩大富生烴凹陷所夾持，西側(cè)與萊西斜坡帶以郯廬斷裂帶中支為界，東側(cè)與廟西南洼受郯廬斷裂帶東支分割，總體呈現(xiàn)群洼環(huán)繞格局(圖1)。受郯廬斷裂帶東西兩支的構(gòu)造應(yīng)力作用，萊北低凸起呈北東向菱形展布，凸起北東方向傾沒于黃河口凹陷東次凹，南西方向則傾沒于萊州灣凹陷東北凹，總體表現(xiàn)為“一脊兩翼”的構(gòu)造格局[14]。整個凸起區(qū)可劃分為4個次級構(gòu)造單元：北部斷階帶、中央隆起區(qū)、西部走滑帶和東南斜坡帶(圖1)，其中近年新鉆探井主要分布在北部斷階帶及中央隆起區(qū)，是本次研究的重點區(qū)域。

萊北低凸起自新生界起由下而上發(fā)育古近系沙三、沙二、沙一段和東營組，新近系館陶組、明化鎮(zhèn)組及平原組，局部區(qū)域缺失東營組一段[14]。近期探井鉆遇油氣層主要集中在明下段，少量在館陶組頂部地層中。萊北低凸起北部是黃河口凹陷中凹東南斜坡帶，油氣可順萊北低凸起北部斷階帶上的輸導(dǎo)層及斷層逐級運移至凸起上的明下段河道砂體中；其南部為萊北一號斷裂，凸起上地層與斷裂呈反向接觸，萊州灣凹陷油氣難以倒灌入凸起上的地層中。經(jīng)油源對比分析，萊北低凸起上的油氣主要來源于北部的黃河口凹陷中凹沙河街組烴源巖[15]，僅東南斜坡帶上墾利B構(gòu)造有少量油氣來源于萊州灣凹陷。

凸起及周邊地層中發(fā)育兩套穩(wěn)定的區(qū)域性輸導(dǎo)層：古近系沙河街組、東營組沉積時期的沉積扇砂體和新近系館陶組沉積時期的辮狀河河道砂體。沙河街組沙一、二段及東營組東三段沉積時期，研究區(qū)廣泛發(fā)育大型辮狀河三角洲沉積，鉆井資料揭示，辮狀河三角洲砂體厚度較穩(wěn)定，分布廣泛，連通性較好，是油層的有利運移通道。在館陶組沉積時期，研究區(qū)廣泛發(fā)育辮狀河沉積，地層整體含砂率較高，普遍在35%以上。辮狀河河道砂體疊置發(fā)育，相互切割，連通性較好，也是油氣側(cè)向運移的有利通道。

上新統(tǒng)明化鎮(zhèn)組沉積時期，研究區(qū)主要發(fā)育曲流河—淺水三角洲沉積，河道砂體呈北東—南西向條帶狀分布[16]。這一時期發(fā)育的河道砂體是油氣藏的有利儲層。2015年，在萊北低凸起北部的過渡帶上發(fā)現(xiàn)了深淺層復(fù)式成藏的渤中34-9油田，為后續(xù)在萊北低凸起上的鉆探樹立了信心。后續(xù)在萊北低凸起上陸續(xù)鉆探了7口探井，在新近系明下段及館陶組頂部有一定油氣發(fā)現(xiàn)，為本次研究提供了基礎(chǔ)資料。

2 巖性油氣藏形成條件與成藏模式

油氣從黃河口凹陷烴源灶運移至凸起區(qū)新近系砂體儲層中，首先需要沿古近系及新近系館陶組輸導(dǎo)層向凸起區(qū)側(cè)向運移，并在合適的區(qū)域匯聚，然后沿活動性斷裂從輸導(dǎo)層向新近系垂向運移，最后從斷層面向砂體儲層中進(jìn)行油氣充注。

通過對萊北低凸起上墾利A、墾利B、墾利C、墾利D四個構(gòu)造及凸起北部斜坡帶上的渤中34-9油田共計20余口鉆井、60余個已鉆砂體、60余條斷層各項參數(shù)的統(tǒng)計分析，對萊北低凸起新近系油氣成藏模式進(jìn)行總結(jié)，認(rèn)為“匯—運—注”三大成藏要素控制了新近系油藏的差異富集(圖2)：

“匯”，即匯聚類型決定了油氣在凸起上的富集區(qū)帶。萊北低凸起的東西段分別發(fā)育“斷層匯聚型”富集帶和“構(gòu)造脊匯聚型”富集帶。凸起西段為單斜形態(tài)(圖3，圖4a)，斷裂下降盤的圈閉是油氣的有利匯聚區(qū)，因此北部斷階帶上的墾利A構(gòu)造及凸起高部位的墾利D構(gòu)造均是油氣潛在富集區(qū)帶；東段整體為背斜形態(tài)(圖3，圖4b)，構(gòu)造脊高部位上的斷塊圈閉是油氣有利匯聚區(qū)，因此凸起東段構(gòu)造脊上發(fā)育的墾利B、墾利C構(gòu)造區(qū)是油氣的潛在富集區(qū)帶。

圖2 渤海灣盆地萊北低凸起新近系巖性油藏成藏模式

圖3 渤海海域萊北低凸起區(qū)新生界底面古地貌

圖4 “斷層匯聚型”富集帶(a)和“構(gòu)造脊匯聚型” 富集帶(b)示意

“運”，即油源斷裂活動性控制了油氣的垂向運移效率。當(dāng)油氣在優(yōu)勢匯聚區(qū)域富集后，需要沿油源斷裂運移至淺層(明下段)，斷層的活動性越強(qiáng)，對油氣的垂向運移效率就越高。通過對凸起周邊已鉆砂體及油源斷裂活動性統(tǒng)計的對比分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)已鉆井所在圈閉運移斷層的斷距大于80 m時，鉆井在淺層普遍能獲得較好油氣發(fā)現(xiàn)。

“注”，即斷砂配置關(guān)系制約了油氣的充注效率。油氣成藏的關(guān)鍵一步是從斷層面向儲層中充注，通過對萊北低凸起及周邊60余個已鉆砂體的統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)當(dāng)斷砂接觸面積大于10 ×103m2時，明下段河道砂體儲層中普遍能有較好的油氣豐度及烴柱高度。

2.1 匯聚類型決定油氣的富集區(qū)帶

在沉積盆地內(nèi)，油氣自烴源巖內(nèi)生成，初次運移到輸導(dǎo)層后隨之發(fā)生二次運移，最后在運移動力和阻力達(dá)到平衡的圈閉內(nèi)聚集成藏[17]。而油氣在輸導(dǎo)層中的二次運移主要靠浮力的驅(qū)動，整體由相對高勢區(qū)向周圍相對低勢區(qū)運移，在研究區(qū)范圍內(nèi)油氣的運移趨勢是從凹陷區(qū)向凸起區(qū)進(jìn)行側(cè)向運移。

油氣的成藏需要合適的“匯聚區(qū)”，“匯聚區(qū)”是油氣的流入點[18]。斷層和構(gòu)造脊的高部位是油氣在輸導(dǎo)層中側(cè)向運移的兩種終點類型，這兩類終點分別控制的“匯聚區(qū)”就是油氣在萊北低凸起上的富集區(qū)帶，即“斷層匯聚型”富集帶和“構(gòu)造脊匯聚型”富集帶。

萊北低凸起的東西兩段有著不同結(jié)構(gòu)。以南邊的邊界大斷裂為界，西段地層由北向南整體呈抬升趨勢，為單斜形態(tài)(圖3，圖4a)，油氣持續(xù)向南側(cè)高點運移，斷層是油氣運移的終點類型，“斷層匯聚型”富集帶比較發(fā)育；東側(cè)地層則向南、北兩面的斜坡帶分別傾沒，整體呈背斜形態(tài)(圖3，圖4b)，構(gòu)造脊上的高部位是油氣側(cè)向運移的終點，“構(gòu)造脊匯聚型”富集帶較為發(fā)育。

萊北低凸起的西段，北部斷階帶上廣泛發(fā)育近東西向及北東—南西向伸展斷層(圖5)。在油氣沿深淺兩套輸導(dǎo)層向凸起南端運移過程中，斷層錯斷了輸導(dǎo)層砂體，對油氣起遮擋作用，斷層下降盤的圈閉就是油氣的有利匯聚區(qū)，油氣在圈閉中匯聚后，在斷層的活動開啟期運移至淺層巖性圈閉中富集成藏。墾利A構(gòu)造就位于北部斷階帶上，是油氣向高部位運移的必經(jīng)之路，“斷層匯聚型”富集帶比較發(fā)育(圖5)。從實際鉆探情況看，位于斷層下降盤，并且在深層均有良好的圈閉背景的KLA-1/2/4三口井也都取得了較好的油氣發(fā)現(xiàn)。而位于凸起南邊的墾利D構(gòu)造，依附于萊北低凸起邊界大斷層，是整個凸起上的最高部位、油氣側(cè)向匯聚的最終歸宿，也是“斷層匯聚型”富集帶的發(fā)育區(qū)，該構(gòu)造鉆探的KLD-1井也有不錯的儲量發(fā)現(xiàn)(圖6)。

圖5 渤海灣盆地萊北低凸起新近系明化鎮(zhèn)組下段Ⅴ油組頂面斷裂分布

圖6 渤海海域萊北低凸起墾利A—墾利D構(gòu)造油藏剖面剖面位置見圖3。

萊北低凸起的東段在新生代以來繼承性發(fā)育著背斜構(gòu)造，“構(gòu)造脊匯聚型”富集帶比較發(fā)育。位于東段構(gòu)造脊上的墾利B、墾利C構(gòu)造區(qū)是油氣側(cè)向匯聚的有利區(qū)帶(圖3，圖4b)，油氣沿輸導(dǎo)層運移而來之后，會在構(gòu)造脊高部位發(fā)育的斷塊圈閉中富集成藏。在構(gòu)造脊上鉆探的兩口探井也有不錯的油氣發(fā)現(xiàn)。

2.2 油源斷裂活動性控制油氣的垂向運移效率

當(dāng)油氣在優(yōu)勢匯聚區(qū)域富集后，需要沿油源斷裂運移至淺層，斷裂的活動性越強(qiáng)，對油氣的垂向運移效率就越高。斷裂是油氣輸導(dǎo)層與儲層的連接通道，也是油氣垂向運移的主要通道。油氣只有在斷層的活動開啟期，才能沿斷層面、破碎帶進(jìn)行垂向運移。斷層的活動強(qiáng)度越大、活動期次越多，對油氣的垂向運移能力就越大[19-21]。

目前對伸展斷層活動性的研究中，落差法是使用較為廣泛的一種方法。與其他方法相比，落差法不受上升盤地層是否缺失的限制，不受盆地整體沉降幅度的影響，地質(zhì)含義明確，能直觀斷層的活動強(qiáng)度，方法簡單、可操作性強(qiáng)[22]。落差法認(rèn)為斷層的活動強(qiáng)度反映在各地質(zhì)歷史時期的落差，即地層的斷距上，地層斷距是垂直于地層走向的剖面內(nèi)、上下兩盤同一巖層線的垂直距離，其表達(dá)式為：

ΔH=Hu-Hd

(1)

式中：ΔH為地層斷距，m；Hu為某一地質(zhì)時期斷裂下降盤地層的海拔，m；Hd為某一地質(zhì)時期斷裂上升盤地層的海拔，m。

斷層的活動具有階段性，只有與油氣的成藏期相匹配的斷層活動才對油氣充注有利。通過前人對黃河口凹陷及萊北低凸起周邊烴源巖的生烴史及油氣的充注史研究表明，烴源巖大規(guī)模生排烴及油氣充注主要在新近紀(jì)以來，尤其是新構(gòu)造運動(5.2 Ma)以來[23-25]。該時間對應(yīng)的地質(zhì)時期為明下段沉積末期，因此本文選擇明下段地層斷距作為研究重點。

萊北低凸起深部缺失成熟烴源巖，油氣從黃河口凹陷中凹烴源巖中階梯式運移至低凸起上。對萊北低凸起及周邊的主要斷裂進(jìn)行了分類后，認(rèn)為能溝通古近系砂體輸導(dǎo)層、新近系館陶組輸導(dǎo)層及明下段儲層的斷層為油源斷層，并篩選出了研究區(qū)內(nèi)的油源斷裂(圖5中紅色斷層)，對其在明下段末期的斷距進(jìn)行統(tǒng)計，再將統(tǒng)計結(jié)果與探井的實際勘探結(jié)果進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)明下段鉆遇油氣層較多的探井普遍緊鄰著活動性較強(qiáng)的油源斷裂。成藏情況較好的已鉆砂體大多與1到2條斷距相對較大的斷裂搭接，而未成藏或成藏情況較差的砂體大多沒有與運移斷層搭接，或搭接的運移斷層斷距較小。

在對已鉆砂體油源斷裂斷距統(tǒng)計對比后，發(fā)現(xiàn)已鉆砂體的主要油源斷裂的斷距與已鉆井鉆遇的油氣層厚度有正相關(guān)關(guān)系(圖7)。從圖7可見，當(dāng)明下段斷距在120 m以上時，鉆井鉆遇油氣層厚度普遍在30 m以上，隨著斷距的減小，鉆遇油氣層厚度逐漸減??；當(dāng)明下段斷距在60 m以下時，鉆遇油氣層厚度均在10 m以下?？碧綄嵺`中普遍認(rèn)為，鉆遇油氣層厚度大于15 m的鉆井勘探效果較好，以此為標(biāo)準(zhǔn)，則當(dāng)已鉆井所在圈閉運移斷層的斷距大于80 m時，鉆井在淺層普遍能獲得較好油氣層發(fā)現(xiàn)。研究區(qū)內(nèi)主要運移層的斷距大多在幾十米至150 m之間，鉆遇油氣層厚度大于30 m的墾利A-2井及渤中34-9油田3井(圖7)，其所在圈閉的運移斷層F11、F2斷距均大于140 m；鉆遇油氣層厚度大于20 m的渤中34-9油田1井、墾利A-1井、墾利A-4井(圖7)，其主運移斷層F1、F6、F4斷距也均在100 m以上。與之相對應(yīng)，研究區(qū)內(nèi)的幾口失利探井中，渤中34-9油田4井、墾利A-3井在淺層鉆遇油層不足10 m，其主運移斷層F5、F8斷距均小于80 m；墾利A-5井的主運移斷層F12平均斷距不足40 m，并且該井處于F12斷層與F14斷層的搭接處，斷層活動性進(jìn)一步減弱，該井在淺層沒有鉆遇油層，僅鉆遇一套氣層。

圖7 渤海海域萊北低凸起斷裂斷距與已鉆井發(fā)現(xiàn)油氣層厚度對比

2.3 斷砂配置關(guān)系制約油氣向儲層充注的效率

油氣沿斷層面運移至淺層后，成藏的最后一步，也是關(guān)鍵一步是從斷層面向儲層中充注。斷層與砂體的配置關(guān)系制約油氣向儲層充注的效率，也決定了油氣藏的形成與分布[26-30]。

渤海海域近年的勘探結(jié)果證實，斷層與砂體的接觸面積對明下段油氣藏的成藏豐度有控制作用，而對斷砂配置關(guān)系進(jìn)行半定量描述是鉆探前預(yù)測砂體油氣豐度的一種常用方法[31]。此次用斷砂接觸面積來對斷砂配置關(guān)系進(jìn)行半定量描述，斷砂接觸面積的計算公式為：

S0=S1+S2+S3

(2)

S1=HL

(3)

(4)

式中：S0為多條斷層和砂體接觸面積之和，103m2；S1為F1斷層和砂體接觸面積，103m2；H為斷層和砂體接觸寬度，m；H1為井點鉆遇儲層厚度，m；α為斷層的傾角，(°)；β為砂體和水平基線的夾角，(°)；L為斷層和砂體接觸長度，km。

在萊北低凸起范圍內(nèi)4個構(gòu)造，對明下段地層中60余個砂體進(jìn)行了斷砂接觸面積的統(tǒng)計，將所有已鉆砂體的斷砂接觸面積與實際鉆探效果進(jìn)行對比后，結(jié)果顯示當(dāng)斷層與砂體的接觸面積越大時，砂體中油氣豐度越高，油氣烴柱高度也越大(圖8)。

圖8 渤海灣盆地萊北低凸起斷砂接觸面積與砂體儲量豐度、烴柱高度關(guān)系

斷砂接觸面積較大的砂體，如渤中34-9油田P井1771砂體，3井1680砂體，其斷砂接觸面積均在50×103m2以上，儲量豐度均在90×104t/km2以上，烴柱高度均在45 m以上；而斷砂接觸面積較小的砂體，如渤中34-9油田8井1654.6砂體、4井1642.5砂體，儲量豐度均只在20×104t/km2左右，烴柱高度均在20 m以下。墾利A-4井1534砂體，斷砂接觸面積為16.8×103m2，儲量豐度達(dá)到109.2×104t/km2，烴柱高度41 m；但同井鉆遇的、同一條油源斷裂控制的墾利A-4井1394砂體，其斷砂接觸面積為8.0×103m2，儲量豐度僅為9.0×104t/km2，烴柱高度為27 m。

綜合對比鉆探成功與失利砂體的各項參數(shù)值(圖8)，認(rèn)為當(dāng)斷砂接觸面積大于10×103m2時，砂體中油氣儲量豐度可超過80×104t/km2，烴柱高度普遍超過30 m；當(dāng)斷砂接觸面積小于6 ×103m2時，砂體中油氣儲量豐度一般低于60×104t/km2，烴柱高度低于20 m。

3 成藏模式的應(yīng)用與后續(xù)勘探成效

在“匯—運—注”成藏模式指導(dǎo)下，萊北低凸起明下段巖性油氣藏下一步的評價思路應(yīng)該是 “聚焦優(yōu)勢區(qū)域，圍繞優(yōu)質(zhì)斷層，緊抓潛力砂體”。

萊北低凸起有三大油氣優(yōu)勢匯聚區(qū)域——構(gòu)造脊上的墾利B、墾利C構(gòu)造區(qū)，凸起高部位的墾利D構(gòu)造以及北部斜坡帶上的墾利A構(gòu)造。對3個優(yōu)勢匯聚區(qū)域內(nèi)的一百余條斷層進(jìn)行了分類及活動性統(tǒng)計，篩選出其中活動性較強(qiáng)，能溝通東營組、館陶組砂體輸導(dǎo)層及明下段儲層的47條斷層作為油源斷裂(圖9中紅、黑色斷層)，其中19條斷層斷距在80 m以上，可以起到大規(guī)模油氣運移作用的優(yōu)質(zhì)油源斷層(圖9中黑色加粗?jǐn)鄬?。在優(yōu)質(zhì)油源斷層周邊明下段地層中追蹤描述了46個未鉆砂體，對砂體與斷層進(jìn)行了配置關(guān)系分析，斷砂接觸面積統(tǒng)計結(jié)果(表1)顯示，共有23個砂體的斷砂接觸面積大于10×103m2，是淺層油氣成藏的有利目標(biāo)。

后續(xù)的油田評價中，陸續(xù)對構(gòu)造脊上的墾利B、墾利C構(gòu)造，凸起高部位的墾利D構(gòu)造及斜坡帶上墾利A構(gòu)造共17個斷砂接觸面積大于10×103m2砂體進(jìn)行了鉆探(圖9)，平均單井鉆遇油層達(dá)15 m以上，疊合含油面積超過80 km2，證實了“匯—運—注”成藏模式的有效性，并在萊北低凸起上首次取得重大突破，找到了一個億噸級商業(yè)性油田——墾利6-1油田。

圖9 渤海灣盆地萊北低凸起后續(xù)鉆井勘探成效

表1 渤海海域萊北低凸起部分砂體斷砂接觸面積統(tǒng)計

4 結(jié)論

(1)萊北低凸起新近系巖性油氣藏的成藏主控因素是油氣匯聚類型、油源斷裂活動性和斷砂配置關(guān)系，其中匯聚類型決定了油氣在凸起上的富集區(qū)帶，油源斷裂活動性控制油氣的垂向運移效率，斷砂配置關(guān)系制約油氣的充注效率。

(2)建立了萊北低凸起新近系油藏“匯—運—注”成藏模式。油氣沿輸導(dǎo)層向凸起上運移的過程中，北部斷階帶上的墾利A構(gòu)造及凸起高部位的墾利D構(gòu)造是“斷層匯聚型”富集帶，凸起東段的墾利B、墾利C構(gòu)造區(qū)是 “構(gòu)造脊匯聚型” 富集帶；油氣沿油源斷裂運移至淺層的過程中，斷裂的活動性越強(qiáng)，對油氣的垂向運移效率就越高，當(dāng)油源斷裂的斷距大于80 m時，淺層砂體普遍能獲得較好油氣發(fā)現(xiàn)；油氣從斷層面向儲層中充注時，斷砂接觸面積越大，油氣的充注效率越高，當(dāng)砂體與斷層面接觸面積大于10×103m2時，普遍能有較好的油氣豐度及烴柱高度。

(3)應(yīng)用“匯—運—注”成藏模式，對萊北低凸起3個優(yōu)勢匯聚區(qū)域內(nèi)接觸油源斷裂的潛力砂體進(jìn)行了成藏分析， 篩選出23個斷砂接觸面積大于10×103m2的優(yōu)質(zhì)明下段未鉆砂體。后續(xù)勘探評價中對其中17個砂體進(jìn)行了鉆探，平均單井鉆遇油層厚度15 m以上，疊合含油面積超過80 km2，證實了該成藏模式的有效性，并在萊北低凸起上找到了第一個億噸級商業(yè)性油田——墾利6-1油田。