新构造运动对渤海凸起区、斜坡—洼陷区浅层油气最终成藏的控制作用.pdf
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1、中 国 石 油 勘 探CHINA PETROLEUM EXPLORATION2024 年 1 月第 29 卷第 1 期新构造运动对渤海凸起区、斜坡洼陷区浅层油气最终成藏的控制作用米立军1,2 徐建永1,2 刘志峰1,2 朱文奇1,2 吴斌1,2(1中海油研究总院有限责任公司;2海洋油气勘探国家工程研究中心)摘要:浅层新近系馆陶组明化镇组为渤海的主力含油气层系。新构造运动是渤海新生代晚期发生的对油气成藏影响最为深刻的构造事件,对浅层油气成藏的影响远大于深层,控制了渤海浅层油气最终成藏。研究表明,新构造运动导致的凹陷晚期快速生排烃、多种类型圈闭发育、油气运移活跃等,整体上调整、控制了浅层油气藏的定
2、型和分布,但对不同构造带浅层油气成藏的控制作用存在差异。根据构造位置和油气成藏特点,可将渤海浅层油气藏归为两大类:凸起区浅层油气藏、斜坡洼陷区浅层油气藏。通过系统分析两类构造带浅层油气的成藏特点,明确新构造运动对两类构造带油气最终成藏的控制作用与富集模式差异,并构建了相应成藏模式。凸起区的浅层具有“晚期油源断层+浅层稳定储盖组合”的“台阶”型油气成藏模式;斜坡洼陷区的浅层具有“洼中隆+晚期断层”“深层运移脊+晚期断层”两种“倒漏斗”型油气成藏模式。渤海浅层已进入了以岩性油气藏为主的勘探阶段,应加强新构造运动控制下的“晚期运移断层+岩性圈闭”组合勘探。关键词:新构造运动;渤海;浅层油气藏;凸起区
3、;斜坡洼陷区;成藏模式;“倒漏斗”型中图分类号:TE121 文献标识码:A DOI:10.3969/j.issn.1672-7703.2024.01.007 Control of Neotectonic movements on the ultimate hydrocarbon accumulation in shallow formations in bulge and slope-subsag areas in Bohai SeaMi Lijun1,2,Xu Jianyong1,2,Liu Zhifeng1,2,Zhu Wenqi1,2,Wu Bin1,2(1 CNOOC Research
4、 Institute Co.,Ltd.;2 National Engineering Research Center of Offshore Oil and Gas Exploration)Abstract:The shallow Neogene Guantao-Minghuazhen Formations are the main hydrocarbon-bearing series in Bohai Sea.The Neotectonic movements in the late Cenozoic were the most profound tectonic events in Boh
5、ai Sea,which had much greater influence on hydrocarbon accumulation in shallow formations than that in deep formations,and controlled the ultimate hydrocarbon accumulation in shallow formations.The study results show that the Neotectonic movements resulted in the rapid hydrocarbon generation and exp
6、ulsion in the late sag subsidence period,development of various types of traps,and active hydrocarbon migration,which adjusted and controlled the ultimate hydrocarbon accumulation and determined the distribution of shallow oil and gas reservoirs in Bohai Sea.However,the control effect of the Neotect
7、onic movements on hydrocarbon accumulation in shallow formations varied in various structural belts.Based on the structural position and hydrocarbon accumulation characteristics,shallow oil and gas reservoirs are classified into two major categories,i.e.,shallow oil and gas reservoirs in bulge area,
8、and shallow oil and gas reservoirs in the slope-基金项目:中国海洋石油有限公司“十四五”重大科技项目“中国近海新区新领域勘探技术”(KJGG-2021-0300)。第一作者简介:米立军(1965-),男,天津人,博士,2007 年毕业于中国石油大学(北京),教授级高级工程师,现主要从事海洋油气勘探管理和综合研究工作。地址:北京市朝阳区太阳宫南街 6 号院中海油大厦 B 座,邮政编码:100028。E-mail:通信作者简介:刘志峰(1982-),男,吉林公主岭人,硕士,2008 年毕业于中国石油大学(北京),高级工程师,现主要从事中国近海石油地质
9、条件研究及新区、新领域勘探研究工作。地址:北京市朝阳区太阳宫南街 6 号院中海油大厦 A 座,邮政编码:100028。E-mail:收稿日期:2023-08-28;修改日期:2023-12-12引用:米立军,徐建永,刘志峰,等新构造运动对渤海凸起区、斜坡洼陷区浅层油气最终成藏的控制作用 J.中国石油勘探,2024,29(1):92-105.Mi Lijun,Xu Jianyong,Liu Zhifeng,et al.Control of Neotectonic movements on the ultimate hydrocarbon accumulation in shallow forma
10、tions in bulge and slope-subsag areas in Bohai SeaJ.China Petroleum Exploration,2024,29(1):92-105.米立军等:新构造运动对渤海凸起区、斜坡洼陷区浅层油气最终成藏的控制作用93第 1 期subsag area.By analyzing hydrocarbon accumulation characteristics of shallow oil and gas reservoirs in these two structural belts,the control effect of the Neot
11、ectonic movements on the ultimate hydrocarbon accumulation and enrichment patterns of shallow oil and gas reservoirs in different structural belts are identified,and the corresponding hydrocarbon accumulation patterns are established.Among them,the hydrocarbon accumulation in shallow bulge area is c
12、haracterized by a“stepped”pattern controlled by“late fault connecting source rock+stable shallow reservoir-cap rock combination”.The hydrocarbon accumulation in shallow slope-subsag area shows“inverted funnel”pattern controlled by“uplift in subsag+late fault”and“deep ridge for gas migration+late fau
13、lt”.At present,the exploration target in shallow formations in Bohai Sea is dominated by lithologic oil and gas reservoir,and the exploration should be focused on“late fault for gas migration+lithologic trap”combination controlled by the Neotectonic movements.Key words:Neotectonic movement,Bohai Sea
14、,shallow oil and gas reservoir,bulge area,slope-subsag area,hydrocarbon accumulation pattern,inverted funnel type0 引言渤海湾盆地海域部分(简称渤海)是中国近海油气资源最富集的地区。截至 2021 年底,在渤海发现的油气地质储量中,浅层(新近系馆陶组明化镇组)储量占比约为 70%,是渤海的主力含油气层系。21 世纪初,米立军曾在系统分析渤海浅层油气成藏主控因素的基础上,提出在影响渤海浅层大中型油气田形成的诸多因素中,上新世全新世的新构造运动起到了关键作用1,即渤海浅层的油气分布受控
15、于新构造运动,并阐明了 3 个主要原因:(1)渤海湾盆地“向心式”构造演化及新近纪以来盆地热流值降低使得渤海生排烃晚;(2)新构造运动形成了众多圈闭,为油气聚集提供了有利场所;(3)新构造运动形成的大量晚期断层与不整合面、砂体沟通构成良好的油气运移通道。在此后的油气勘探实践中,新构造运动理论指导渤海浅层不断获得勘探突破。渤海浅层油气藏在凸起区和斜坡洼陷区皆有分布,且均有大中型油气田发现。迄今,针对新构造运动控制或影响凸起区浅层油气成藏论述较多1-7,主要阐述了新构造运动所导致的地层差异升降在浅层形成的众多圈闭、晚期断裂与储盖组合配置有利于油气向凸起区浅层运移输导,并富集成藏。随着勘探程度提高,
16、渤海浅层油气勘探已从凸起区向斜坡洼陷区过渡,斜坡洼陷区的浅层油气勘探突破也日益增多,然而有关新构造运动对斜坡洼陷区浅层油气成藏的影响或控制的研究仍然相对较少。与凸起区相比,斜坡洼陷区的整体勘探程度相对低,且晚期断裂发育程度总体上不如凸起区密集,两者浅层油气成藏的主控因素必然存在一定的差异,但斜坡洼陷区的勘探潜力相对较大,是未来浅层油气勘探的主要区带。因此,开展有关新构造运动对浅层油气成藏的控制作用的研究,尤其是明确新构造运动对斜坡洼陷区浅层油气成藏的控制机理,对于未来渤海的浅层油气勘探意义十分重大。本文在详细论述新构造运动对浅层油气成藏控制影响因素的基础上,系统分析和对比渤海凸起区和斜坡洼陷区
17、的油气成藏特征及其差异性,并分别建立了油气成藏模式。新构造运动控制渤海浅层油气最终成藏的认识及建立的油气成藏模式,对国内外同类地区或类似盆地油气勘探具有参考和借鉴价值。1 地质背景渤海位于渤海湾盆地东部,面积约为7.3104km2,一级构造单元主要包括埕宁隆起(海域)、渤中坳陷、辽东湾坳陷(海域)、济阳坳陷(海域)和黄骅坳陷(海域),是渤海湾盆地重要的组成部分(图 1)。渤海湾盆地主要经历 3 期构造演化:(1)前裂谷期,中生代晚期区域穹曲,地幔上隆,伴随强烈火山活动;(2)裂陷期,主要表现为古近纪铲式正断层发育及掀斜断块隆起和地堑沉降;(3)裂后期,主要表现为新近纪热衰减的坳陷幕。根据动力学
18、机制的差异,在裂后期以 5.3Ma 为界,划分出裂后热沉降幕和新构造运动幕(图 2)。在新构造运动时期,板块碰撞、岩石圈减薄以及华北克拉通的破坏,使渤海湾盆地普遍发生了早期断裂再活化、晚期断裂大量发育、地层褶皱变形和凹陷区加速异常沉降等8-9。这些新构造运动整体受控于印度欧亚板块的陆陆碰撞作用、太平洋板块相对欧亚板块向西的俯冲作用10-11和华北克拉通破坏及岩石圈的减薄作用12-13。对渤海湾盆地而言,渤中凹陷是该盆地构造演化的“归宿”,是晚期构造活动最强烈的地区,因此新构造运动在渤中凹陷及其周缘的表现更为明显。中 国 石 油 勘 探942024 年第 29 卷蓬莱旅顺唐山秦皇岛2111222
19、31311211222242321221111131223121314211122251624151423132322211112030kmAABBCCGGFFDDEEHHBZ6-A-APL19-C-DPL14-C-ABZ25-A-EKL16-A-DBZ34-A-B二级构造单元分界线地名凹陷一级构造单元分界线低凸起盆地边界断层海岸线凸起剖面位置井位图 1渤海构造单元划分图Fig.1 Division of structural units in Bohai Sea埕宁隆起(海域):11埕子口凸起;12埕北低凸起;13沙垒田凸起;14石白坨凸起;15马头营凸起;16秦南凸起;21埕北凹陷;22沙
20、南凹陷;23秦南凹陷;24乐亭凹陷;25昌黎凹陷。辽东湾坳陷(海域):11辽东凸起;12辽西凸起;13辽西南凸起;21辽东凹陷;22辽中凹陷;23辽西凹陷。渤中坳陷:11渤东低凸起;12渤南低凸起;13庙西北凸起;14庙西南凸起;21渤中凹陷;22渤东凹陷;23庙西凹陷。济阳坳陷(海域):11淮北凸起;12垦东青坨子凸起;13莱北低凸起;21莱南凹陷;22青东凹陷;23莱州湾凹陷;24黄河口凹陷。黄骅坳陷(海域):11老王庄凸起;21北塘凹陷;22南堡凹陷;23歧口凹陷米立军等:新构造运动对渤海凸起区、斜坡洼陷区浅层油气最终成藏的控制作用95第 1 期2 新构造运动对油气成藏的控制作用新构造运
21、动在不同地区有不同的内涵,一般是指地质历史上发生时间较晚的构造运动,在渤海主要特指上新世(5.3Ma)以来发生的晚期构造运动。新构造运动有多种表现形式,对油气成藏也表现出建设性和破坏性两方面的作用。2.1 新构造运动的内涵新构造运动的概念最早由苏联地质学者 V.A.Obruchev 于 1948 年提出,并将其定义为新近纪晚期至第四纪中期的构造运动14。随后,国内外学者针对世界不同地区的新构造运动开展了系统分析,并逐渐发展为一门新的地球科学分支学科14-15。迄今,新构造运动所涵盖的时间范围在不同地区存在认识差异,但对其内涵则形成了统一认识,即在某区域经历重大构造重组事件后、建立现代应力场的过
22、程中所伴随的构造变形和运动16-17。针对中国的新构造运动,普遍认为其开始于中新世中期(距今 1510Ma),受控于印度板块与欧亚板块碰撞及造成的块体侧向挤出18-20。板块碰撞引起的青藏高原隆升是中国最新一期重大构造重组事件。在随后的侧向挤出作用下,中国在东部太平洋板块和菲律宾海板块俯冲作用的综合影响下具有了现今的挤压构造应力场。这期构造应力场的转变在中国东、西部的沉积盆地内均有所记录,例如:塔里木盆地中新世以来发生的 4 幕构造活动19;柴西地区上新统顶部形成的区域不整合及相应的挤压构造20;东海陆架盆地中新世晚期龙井运动造成的西湖凹陷中央背斜带的形成21;南海中央海盆在早中新世末期停止扩
23、张18。2.2 新构造运动表现形式及影响新构造运动在不同的地区有不同的表现形式。在中新世厚度/mN2mUN1mLN1gE3d1E3d2E3d3E3s1E3s2E2s3E2s4E1-2k前新生代前新生界2.0时间/Ma地质年代地层系统351686地震界面岩性构造演化沉降速率/(mMa-1)动力学机制第四纪 平原组明化镇组馆陶组东营组沙河街组孔店组上新世渐新世始新世古新世新近纪古近纪34081018122855915270330.5011360168053002120499021604295.312.016.624.627.430.332.836.038.042.050.554.965.0TQT0
24、1新构造运动幕岩石圈热沉降新构造近东西向挤压伴随右旋走滑扭动岩石圈热沉降右旋走滑拉分伴随幔隆和地壳非均匀不连续伸展北北西南南东向拉张伸展伴随幔隆裂后期裂陷期第二裂后热沉降幕裂陷幕裂陷2幕第一裂后热沉降幕裂陷1幕中生代末古新世构造挤压,强烈剥蚀304060501001001908080220150150T0T2T3UT3MT3T7T6T5T4T8Qp前裂谷期泥岩砂岩砂砾岩碳酸盐岩结晶基底图 2渤海地层综合柱状图Fig.2 Comprehensive stratigraphic column in Bohai Sea中 国 石 油 勘 探962024 年第 29 卷渤海,其表现形式主要有凹陷晚期快
25、速沉降、晚期断裂极其发育、浅层挤压褶皱变形强烈、晚期岩浆活动明显、近现代天然地震活跃等。渤海新构造运动的这些表现对油气成藏产生重要影响,其中晚期断裂大量发育、早期断裂晚期再活化以及早晚期断裂所形成的各种断层组合,决定了浅层油气最终成藏的部位和层位。(1)凹陷晚期快速沉降。新构造运动促进凹陷晚期快速沉降。在渤海湾盆地新生代构造沉积演化过程中,盆地的沉降和沉积中心具有从边缘向中部的渤中凹陷迁移的特征,即“向心式”演化。渤中凹陷是渤海湾盆地中心区晚期快速沉降的典型凹陷,在渐新世中晚期第四纪期间,渤中凹陷的沉降速率是其周边陆区凹陷的 4 倍以上。渤中凹陷中新统上新统厚 30003500m,第四系厚 6
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