杨 波, 杨海风, 周 平, 余 箐, 梁浩然, 刘 辉

(1.中海石油(中国)有限公司 天津分公司，天津 300452;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)

莱州湾凹陷位于渤海南部，凹陷内已钻的30多口探井，探明Ⅲ级石油储量约2.5×108t[1]。王根照等[2]提出了在莱州湾凹陷寻找商业性价值油田的思路(“近源成藏”条件)：①平面上接近生烃中心；②层位上近烃源岩层；③位于油气运移主通道附近。2008年发现北部陡坡带垦利10-1亿吨级油田，表明莱州湾凹陷北洼优质烃源岩发育，紧邻北洼的中央构造带亦为油气主要运移方向[3]。位于中央构造带上的垦利10-4油田为2013年钻探发现的油田，其紧邻北洼生油凹陷，储层临近烃源岩，符合“近源成藏”条件。2013年7月在垦利10-4构造10-4-1井古近系沙河街组第三段(简称“沙三段”，其他地层简称与此类似)钻遇45 m厚的油层[4]，表明位于莱州湾凹陷中央构造带上的垦利10-4构造具有较大的勘探潜力。

前人对莱州湾凹陷中央构造带及垦利10-4油田的油气成藏条件与成藏模式做了一定的研究[1-2,5-10]，王飞龙等[5]、王亮等[6]明确了沙三段烃源岩对研究区的油气充注作用，但对沙四段烃源岩是否存在贡献尚有疑问；牛成民[7]、王根照等[2]研究认为莱州湾凹陷油气藏的主成藏期为上新世以来。针对垦利10-4油田，主成藏期未有深入的研究，主力产层沙三段储集砂体空间分布、储盖组合及成藏模式等方面认识不清，制约着垦利10-4油田下一步的油气勘探。本文从油气来源、储集性能、储盖组合、圈闭特征等成藏条件入手，分析油气成藏期，建立垦利10-4油田的油气成藏模式，为该油田的进一步勘探与开发提供依据，并为莱州湾凹陷环北洼地区油气成藏规律的认识提供借鉴。

1 区域地质概况

莱州湾凹陷位于渤海南部海域，为郯庐走滑断裂带东支与西支所夹持的发育在中生界基底之上的新生代凹陷，面积约 1 780 km2[11]。莱州湾凹陷西与垦东凸起相邻，南北分别以潍北凸起和莱北低凸起为界，东部郯庐走滑断裂带东支凹陷与鲁东凸起分隔，为莱州湾凹陷东界，也是渤海湾盆地东南部的边界断裂[12]。凹陷可进一步划分为北部陡坡带、北洼、南洼、中央构造带及南部缓坡带等8个次级构造单元，研究区位于凹陷中部的中央构造带上(图1)。莱州湾凹陷构造上属于济阳拗陷次级构造单元，整体上表现为北断南超的构造样式[7]。

据钻井揭示，垦利10-4构造自上而下钻遇的地层分别为：新近系明化镇组下段(N1mL)、馆陶组(N1g)，古近系东营组第二段(E3d2)、东营组第三段(E3d3)、沙河街组第一段(E2s1)、第二段(E2s2)及沙河街组第三段上亚段(E2s3U)，完钻层位为沙三中亚段(E2s3M)。沙三段与沙四段为莱州湾凹陷2套重要的烃源岩层，且沙三段发育有利的储集层[2,13]。试油资料表明，垦利10-4油田的油层主要集中在沙三上亚段，杨波等的研究也表明沙三上亚段为垦利10-4油田的主要富集层位[1]。

2 油气成藏条件

2.1 油源条件

钻探表明莱州湾凹陷北洼的主力烃源岩层为沙三段和沙四段，而中央构造带的油气主要来源于北洼[3,5,14]。莱州湾凹陷北洼沙三段、沙四段烃源岩有机碳含量平均值明显高于东三段、沙一段及沙二段，有机碳质量分数(wTOC)在1.5%以上，为好-极好的烃源岩(图2-A)，有机质类型以Ⅰ-Ⅱ型为主，有机质成熟度(Ro)为0.35%～0.80%(图2-B)，显示沙三、沙四段烃源岩具有较高的资源潜力。

图1 莱州湾凹陷区域构造位置及地层综合柱状图Fig.1 Tectonic location and stratigraphic column of the Laizhouwan sag

图2 莱州湾凹陷北洼古近系烃源岩评价Fig.2 Evaluation of Paleogene source rocks in the northern depression of the Laizhouwan sag(A)有机碳平均含量; (B)有机质类型及成熟度划分

为了判断垦利10-4油田沙三段的油气来源，本次研究选用长链三环萜烷指数(ETR)、姥鲛烷/植烷(Pr/Ph)及伽马蜡烷指数(Gam/C30)作为油源对比的参数。ETR、姥鲛烷/植烷(姥植比)及伽马蜡烷指数能用于指示沉积介质条件，为反映有机质来源类型的参数，可作为油源对比的生标参数[15]。Hao等[16]对渤中凹陷烃源岩的研究证明了湖相烃源岩ETR与伽马蜡烷指数、姥植比存在着较好的相关性。根据莱州湾凹陷沙三段及沙四段烃源岩的ETR、Pr/Ph及Gam/C30的相关图(图3)可知，沙三段烃源岩具有中等的Pr/Ph值，其值一般大于0.6；伽马蜡烷指数为低-中值，总体低于0.15；ETR同样呈低-中值，一般小于0.35：其有机质来源于弱氧化-弱还原和低-中等盐度水体环境(图3-A)。沙四段烃源岩具有低的Pr/Ph值，其值一般小于0.45；伽马蜡烷指数为中-高值，总体高于0.35；ETR呈中-高值，一般大于0.35：其对应的有机质来源于强还原和中-高盐度水体环境(图3-B)。莱州湾凹陷沙三段烃源岩与沙四段烃源岩的ETR、姥植比及伽马蜡烷指数值差异明显，有机质来源的沉积环境与氧化-还原条件有一定的差异性。

通过对垦利10-4油田沙三段油样的地球化学分析，结果显示沙三段原油呈低-中等成熟度，具有中-低的Pr/Ph值，在0.6上下均有分布；伽马蜡烷指数中等，主要为0.07～0.45；ETR呈中等值，在0.35上下均有分布，主要为0.25～0.50：其对应的烃源岩沉积于弱氧化-强还原、半咸水-咸水的水体(图4)。

图3 莱州湾凹陷沙三、沙四段烃源岩生标参数相关图Fig.3 Correlation diagram of source-forming parameters of source rocks in the Sha 3 and Sha 4 Members, Laizhouwan sag

显而易见，垦利10-4油田沙三段原油与沙三段及沙四段烃源岩的生标组合均有较大的差异，表现出介于沙三段和沙四段烃源岩样品之间的特征，表明这类原油是由沙三段烃源岩与沙四段烃源岩生成的原油混合而成。因此，认为垦利10-4油田沙三段油气由临近北洼的沙三段和沙四段烃源岩混合供烃，为近源捕集成藏。

2.2 储集条件及储盖组合特征

2.2.1 储层岩性及物性

根据垦利10-4油田3口井的岩心及镜下薄片观察，原油主力产层沙三上亚段岩性主要为中-细粒岩屑长石砂岩、细粒石英砂岩，夹少量泥质粉砂岩、粉砂质泥岩，储集空间主要为粒间孔和粒内溶孔(图5)，粒间孔和粒内溶孔连通性良好。

对垦利10-4油田有限钻井岩心的分析表明，研究区主力储层段(沙三上亚段)孔隙度(q)为23.9%～36.6%，渗透率(K)为(230.7～3 795.8)×10-3μm2(图6)。根据王涛等对渤海盆地碎屑岩储层划分的标准[17]，该储层段属于高孔高中渗-高孔高渗型储层。这为形成规模型油田提供了优越的储集条件。

2.2.2 储层沉积体系及储盖组合

垦利10-4油田及邻区连通着物源区与沉积区，沉积物源主要来自其西部的垦东凸起东部古水系，也有少量来自其南部的潍北凸起古水系(图7-A)。潍北凸起物源规模小，垦东凸起物源主要为大规模的辫状河三角洲水下河道输入，且物源输入方向随时期变化。

沙三段沉积前，垦利10-4油田区域坡度变化小，西部垦东凸起物源较易迁入；沙三段沉积时，研究区抬升明显，形成较大的坡降，南部潍北凸起物源向莱州湾凹陷南部湖内的迁移受阻，但其西部垦东凸起物源的输入未受影响；沙一段-沙二段沉积时期莱州湾凹陷湖盆面积增大，发育了区域性厚层泥岩，可作为研究区沙三段油藏的严密盖层。总之，工区内沙三段发育大规模的辫状河三角洲前缘沉积，提供了具有优良物性的储集砂体，与沙一段、沙二段深湖相泥岩共同构成了多套有利的储盖组合(图7-B)。

图4 莱州湾凹陷垦利10-4油田沙三段油样生标参数相关图Fig.4 Correlation diagram of oil sample biomarkers in Sha 3 Member, Laizhouwan sag

图5 莱州湾凹陷垦利10-4油田沙三上亚段样品镜下特征Fig.5 Microscopic characters of the upper portion of Sha 3 Member in Kenli 10-4 oilfield, Laizhouwan sag(A)中-细粒岩屑长石砂岩,KL10-4-a,深度2 183.04 m,(-); (B)粒间孔隙,KL10-4-a, 深度2 177.23 m, (-); (C)细粒石英砂岩, KL10-4-b, 深度2 040.50 m, 扫描电镜; (D)长石溶蚀产生粒内孔隙, KL10-4-b, 深度2 159.00 m, 扫描电镜

图6 莱州湾凹陷垦利10-4油田沙三上亚段储层物性分布图Fig.6 Distribution of reservoir physical properties in Upper Member of Sha 3 in Kenli 10-4 oilfield, Laizhouwan sag

图7 莱州湾凹陷垦利10-4油田沙三段沉积体系及储盖组合柱状图Fig.7 Sedimentary system and histogram of reservoir-cap combination of the Sha 3 Member in Kenli 10-4 oilfield, Laizhouwan sag

2.3 圈闭条件

郯庐断裂导致莱州湾凹陷在其东、西两支断裂内部及附近形成了深浅层均发育且类型丰富的构造圈闭，以断背斜、半背斜、断块和断鼻型圈闭为主[18-19]。构造作用下的区域应力场在局部地区存在差异性，形成的差异构造类型决定着圈闭及油气藏类型的多样性。

牛成民[7]、杨波等[1]认为莱州湾凹陷主要发育3种圈闭类型：断鼻和断块型圈闭、岩性-构造圈闭和岩性-地层圈闭。垦利10-4油田依附在重力滑脱断层之上，滑脱断层与沙一段、沙二段区域性厚层泥岩盖层的垂向封堵，使原油聚集于沙三段之中，为整体受东西向伸展断层控制、东西两侧受北东向走滑断裂影响而形成的断鼻和断块型圈闭，圈闭规模较大。吴国强等[19]的研究表明莱州湾凹陷深层沙河街组圈闭的形成时期为渐新世郯庐断裂主走滑活动期。正是这种类型多样、规模较大的圈闭为垦利10-4油田提供了足够的油气储存场所。

3 油气成藏模式

3.1 油气成藏期

对研究区油气包裹体丰度(GOI)的统计结果显示，在垦利10-4-b井东三段及以上层位未见油气包裹体显示，而于垦利10-4油田各井沙三段均观察到了油气包裹体，说明油气并没有运移至浅层(表1，图8)。通过观察垦利10-4油田储层包裹体照片，发现沙三段油气包裹体集中分布在石英颗粒裂纹中，透射光下呈褐色，荧光下呈黄色、黄白色，显示烃类具有较高的成熟度(图8-B)。

通过盆地模拟的方法分析莱州湾凹陷垦利10-4油田成藏期，结果也表明该油田呈现典型的晚期成藏的特点。对沙三段盐水包裹体和油包裹体均一温度的统计显示，包裹体均一温度绝大多数为60～90℃，主峰温度为70～80℃(图9)；垦利10-4油田沙三段自中新世末开始成藏，其主要成藏时期为2.6～0 Ma B.P.，即油气被包裹体捕获的时间较晚。可知垦利10-4油田具晚期成藏的特点，且至今仍处于成藏活动期，并开始逐渐减弱。

表1 莱州湾凹陷垦利10-4-b井GOI统计Table 1 GOI statistics for Well KL10-4-b in Laizhouwan sag

3.2 输导体系与成藏模式

莱州湾凹陷环北洼地区为油气发现主要分布区之一，油气藏分布表现为源控的特征[7]。紧邻北洼的垦利10-4油田，其油气主要来源于北洼的沙三段和沙四段烃源岩，具典型的近源捕集、晚期快速充注的特点。王根照等认为莱州湾凹陷主要存在2种油气输导：一种是以垂向运移为主的断裂通道，另一种为以横向输导油气为主的古近系沉积砂体及新近系馆陶组砂层[2]。沙三段发育的大规模辫状河三角洲前缘砂体与沙四段顶部的不整合面为油气的横向输导体系。鉴于垦利10-4油田断裂发育和“近源成藏”的特点，研究区断裂的垂向运移作用在油气成藏过程中起重要作用。垦利10-4油田发育的断裂体系很好地沟通了烃源岩与上部储集层，形成了通畅的垂向输导通道；而后期压扭性的主走滑断裂还起到了很好的侧向封堵作用，原油并未突破断裂的封堵进入上覆东营组、馆陶组及明化镇组，形成了断裂垂向输导作用下油气近源捕集的深层原位油藏(图10)。

图8 莱州湾凹陷垦利10-4油田烃类包裹体特征Fig.8 Characteristics of hydrocarbon inclusions of the Kenli 10-4 oilfield(A)东三段细砂岩,KL10-4-b,深度1 793 m,壁芯,20 ×; (B)沙三上亚段细砂岩,KL10-4-b,深度2 126 m,岩心,20 ×

图9 莱州湾凹陷垦利10-4油田埋藏史及沙三上亚段包裹体均一温度分布Fig.9 The burial history of the Kenli 10-4 oilfield and the homogenous temperature distribution of the inclusions in the Upper Member of Sha 3, Laizhouwan sag

综合前文对成藏条件及成藏期的分析，将莱州湾凹陷垦利10-4油田成藏模式总结为：以邻近北洼沙三段和沙四段为生油层，油气通过沙三段辫状河三角洲前缘砂体与不整合面进入垦利10-4油田，并沿重力滑脱断层运移至沙三上亚段高孔高中渗-高孔高渗型储层中，与沙一段、沙二段深湖相泥岩共同构成了多套有利的储盖组合，再加上断裂的侧向封堵作用形成了近源捕集的深层原位油藏。油气自中新世末开始成藏，并在距今约2.6 Ma(上新世)进入主成藏期，与渐新世郯庐断裂主走滑活动期形成的断鼻和断块型圈闭匹配良好，至今仍处于成藏活动期，并开始逐渐减弱。

图10 莱州湾凹陷垦利10-4油田输导体系与成藏模式图Fig.10 Diagram showing the transport system and hydrocarbon accumulation model of the Kenli 10-4 oilfield in the Laizhouwan sag(剖面位置见图1)

4 结 论

a.莱州湾凹陷北洼沙三段、沙四段烃源岩有机碳质量分数平均值在1.5%以上，有机质类型以Ⅰ-Ⅱ型为主，有机质成熟度主要为0.35%～0.80%，显示出较高的烃源岩品质。沙三段和沙四段烃源岩为垦利10-4油田共同的供烃层，垦利10-4油田具有油气近源捕集成藏的先天条件。

b.沙三上亚段岩性主要为中-细粒岩屑长石砂岩、细粒石英砂岩，储集空间主要为粒间孔和粒内溶孔，且孔隙连通性良好。工区内沙三段发育的大规模辫状河三角洲前缘沉积，提供了具有优良物性的储集砂体，与沙一段、沙二段深湖相泥岩共同构成了多套有利的储盖组合。

c.沙三段发育的辫状河三角洲前缘砂体与沙四段顶部的不整合面构成了油气的横向输导体系，形成了断裂垂向输导作用下油气近源捕集的深层原位油藏。垦利10-4油田沙三段自中新世末开始成藏，与渐新世郯庐断裂主走滑活动期形成的断鼻和断块型圈闭匹配良好，至今仍处于成藏活动期，并开始逐渐减弱。具有“近源捕集，短距运移，晚期快速充注，深层原位成藏”的特点。