渤海灣盆地油氣成藏期差異性及其主控因素

蔣有錄，蘇圣民，劉華，趙鴻皓

渤海灣盆地油氣成藏期差異性及其主控因素

蔣有錄，蘇圣民，劉華，趙鴻皓

［中國石油大學（華東） 地球科學與技術學院，山東 青島 266580］

渤海灣盆地發(fā)育數(shù)十個油氣生成和運聚相對獨立的凹陷，各凹陷油氣大規(guī)模運聚成藏時期及期次不盡相同。以大量統(tǒng)計資料和烴源巖生烴演化史分析為基礎，綜合前人研究成果，對渤海灣盆地不同地區(qū)主力層系的油氣成藏時期及期次進行了系統(tǒng)研究，探討了油氣成藏期差異的主控因素。研究表明：渤海灣盆地源于古近系的油氣主要存在兩期成藏，即古近紀末期（早期）和新近紀中期—第四紀（晚期），以晚期成藏為主；從盆地邊緣凹陷向渤中凹陷，主成藏期逐漸變晚，由早期成藏為主演變?yōu)橥砥诔刹貫橹?，成藏期具有早期成藏—兩期成藏早期為主—兩期成藏晚期為主—晚期成藏的演變特征；縱向上，從下部至中部再至淺部含油氣層系，油氣主成藏期總體具有早期—兩期—晚期的變化特征。新生代凹陷沉降史控制了主力烴源巖生烴演化史，進而控制了不同地區(qū)油氣成藏期的差異，凹陷沉降類型與凹陷主成藏期類型相對應，古近紀末剝蝕厚度與新近紀-第四紀補償厚度控制了成藏期的主次，補償厚度越大，晚期成藏特征越明顯；主生烴期決定油氣主成藏期，來自孔店組、沙河街組一段-東營組三段烴源巖的油氣分別以早期、晚期成藏為主，而來自沙四上亞段、沙三段烴源巖的油氣多具有兩期成藏的特征。

早期成藏；晚期成藏；烴源巖演化；成藏期次；新近系；渤海灣盆地

成藏期是沉積盆地油氣成藏研究的熱點問題之一，成藏期的判定是認識油氣成藏過程與分布規(guī)律的基礎，對油氣地質(zhì)研究與勘探具有重要意義［1-5］。隨著技術的發(fā)展，油氣成藏期的確定逐漸由傳統(tǒng)的單一成藏要素確定法，發(fā)展到以烴源巖生烴史為基礎，結(jié)合流體充注歷史分析等多種方法綜合判定成藏期［6-9］。由于流體包裹體法具有操作方便、結(jié)果可靠等優(yōu)點，已成為目前運用最為廣泛的成藏期判定方法［4，6］。

在大型含油氣盆地中，不同地區(qū)及層系油氣藏形成的時期及期次不盡相同，不同時期形成的油氣藏分布特征具有較大差異性。因此，剖析渤海灣斷陷盆地不同地區(qū)主力層系油氣成藏期差異性及主控因素，對搞清不同凹陷油氣成藏過程與分布特征具有重要的理論及實際意義。前人對該盆地多個含油氣凹陷的成藏期做了研究［10-26］，深化了不同地區(qū)油氣成藏過程的認識，但對整個盆地不同地區(qū)成藏期的宏觀特征及演變規(guī)律、不同地區(qū)成藏期差異的影響因素等問題還缺乏系統(tǒng)研究。本文以筆者前期研究成果為基礎，并綜合前人研究成果，系統(tǒng)研究了渤海灣盆地不同凹陷源于古近系烴源巖的油氣成藏時期及期次，并探討了造成不同地區(qū)成藏期差異的主要地質(zhì)因素。

1　地質(zhì)背景

渤海灣盆地是中國東部重要的含油氣盆地，總面積約20×104km2，主要包括遼河、渤中、濟陽、黃驊、冀中、臨清、昌濰等7個坳陷和埕寧、滄縣、內(nèi)黃、邢衡等4個隆起。新生代為渤海灣盆地的主要成盆期，該階段構(gòu)造演化主要經(jīng)歷了裂陷沉降階段（古近紀）和后裂陷熱沉降階段（新近紀—第四紀）［27］。該盆地新生代裂陷作用由南向北、由西向東、由早到晚依次發(fā)生，致使沉積-沉降中心由西向東、由陸向海遷移，渤中坳陷成為漸新世以來整個盆地的沉積-沉降中心［28-29］。這種構(gòu)造及沉積充填演變特征，正是渤海灣盆地不同地區(qū)油氣成藏及富集差異的根本原因所在。

渤海灣盆地發(fā)育數(shù)十個含油氣凹陷，各個凹陷均具有良好的油氣地質(zhì)條件，并形成相對獨立的油氣生、運、聚單元［30］。古近系發(fā)育孔店組（E）、沙四段（E4）、沙三段（E3）、沙一段（E1）和東營組（E）等多套烴源巖層系，以沙四段、沙三段為主力供烴層系［31］。油氣主要賦存于前古近系基巖及碳酸鹽巖、古近系湖相三角洲砂體和新近系河流相砂體中，其中古近系儲量約占總儲量的60 %，在全區(qū)廣泛分布；新近系約占30 %，是環(huán)渤中地區(qū)主力含油氣層系；前古近系約占10 %，主要分布于冀中、遼河等坳陷［32-33］。主要發(fā)育兩套盆地級區(qū)域性蓋層，為沙一段與東營組泥巖蓋層，油氣保存條件良好，使得多數(shù)凹陷中的油氣主要富集于古近系及前古近系。

2　不同地區(qū)及層系成藏期差異性

2.1　不同凹陷成藏期演變特征

渤海灣盆地新生代構(gòu)造演化經(jīng)歷了古近紀裂陷伸展和新近紀—第四紀裂后坳陷沉降兩大階段，形成了一系列相對獨立的凹陷，每個凹陷都是相對獨立的油氣成藏及富集單元，因此凹陷中主力烴源巖的生烴演化史決定了凹陷的主成藏期。

根據(jù)烴源巖生烴演化史和大量統(tǒng)計資料，并綜合前人研究成果［10-26］，渤海灣盆地不同凹陷源于古近系烴源巖的油氣成藏期整體上可劃分為兩期：古近紀末期（早期）和新近紀中期—第四紀（晚期）（圖1；表1）。主成藏期為古近紀末期的凹陷主要包括濰北、東濮、廊固、大民屯、遼河東部和西部等凹陷［10-17］，這些凹陷主要分布于盆地邊緣地區(qū)；而渤中、歧口、南堡、東營、沾化、饒陽等富油凹陷［18-26］，主成藏期均為新近紀中期—第四紀。根據(jù)不同凹陷的統(tǒng)計結(jié)果，渤海灣盆地主成藏期為新近紀中期—第四紀的凹陷石油探明儲量約占總儲量的3/4，即整體上以晚期成藏為主（圖1；表1）。中國含油氣盆地具有晚期成藏的特點［34］，渤海灣盆地主成藏期為新近紀—第四紀，與中國含油氣盆地油氣成藏期較晚的趨勢一致。

圖1　渤海灣盆地不同凹陷主要成藏期分區(qū)示意圖

表1　渤海灣盆地主要含油氣凹陷主力層系成藏期統(tǒng)計

從區(qū)域上看，以渤中凹陷為中心，可將渤海灣盆地各凹陷劃分為盆地中心凹陷（內(nèi)帶）、中部凹陷（中帶）和邊緣凹陷（外帶）。盆地邊緣凹陷主要包括濰北、大民屯、西部、東部、東濮及廊固等凹陷；盆地中部凹陷包括東營、惠民、饒陽、霸縣、深縣、莘縣等凹陷；盆地中心凹陷位于環(huán)渤海地區(qū)，主要包括渤中、沾化、車鎮(zhèn)、歧口等凹陷，不同地區(qū)凹陷的油氣成藏期有明顯不同（圖1；表1）。

盆地邊緣凹陷的構(gòu)造演化受古近紀裂陷作用強烈，且發(fā)生較早，古近紀末抬升剝蝕量大，新近紀-第四紀構(gòu)造活動較弱。主要成藏時期集中于沙河街組沉積后期至東營組沉積末期［11-17］，呈現(xiàn)出早期成藏的特征。濰北、大民屯凹陷僅存在單期成藏，其余凹陷存在兩期成藏且以早期為主，以東濮凹陷為典型代表。

盆地中部凹陷古近紀末期遭受不同程度的剝蝕，新近紀以來持續(xù)沉降沉積，新近紀-第四紀補償厚度差異較大。各凹陷均呈現(xiàn)出兩期成藏、晚期為主的成藏特征［18-21］，第一期成藏集中于東營組沉積中晚期，第二期成藏集中于新近紀中期至第四紀，且以第二期為主，以東營凹陷為典型代表。

盆地中心的環(huán)渤中地區(qū)凹陷古近紀末未遭受大規(guī)模剝蝕，新近紀以來強烈沉降，新近紀-第四紀沉積厚度巨大，主力含油氣層系的主成藏時期集中于新近紀明化鎮(zhèn)期至第四紀，具有典型的晚期成藏特征［22-26］。該環(huán)帶中心的凹陷以兩期成藏、晚期為主，如沾化、歧口等凹陷，而最中心的凹陷以單期成藏為主，如渤中凹陷。主力層系新近系的油氣藏主要為上新世末—第四紀形成，多數(shù)成藏時期為5 Ma以來，沙河街組油氣主要成藏時期為中新世，但油氣藏最終在上新世末—第四紀定型［25，29］。

“太好了，比起騎著驢子去江南，我更愿意和宇晴姐姐一起騎大鵬去萬花谷！”上官星雨已經(jīng)高興得跳了起來，鯤的每一根羽毛，都像一把小扇子似的，或收攏或散開，她如果這樣揪著扇柄往上爬，鯤不會疼吧，會癢嗎？星雨喜滋滋地伸出手去摸鯤，沒想到它腹中咕嚕一聲雷鳴，身體往后一縮，靈巧地躲到了宇晴身后，這家伙，它還有一點認生呢！

綜上可見，渤海灣盆地不同凹陷主要存在古近紀末期和新近紀中期—第四紀兩期成藏，且以新近紀中期—第四紀成藏為主，具有“兩期成藏，晚期為主”的特征。由盆地邊緣凹陷到渤中凹陷，各凹陷的主成藏期逐漸變晚，總體呈現(xiàn)出“早期單期成藏—兩期成藏早期為主—兩期成藏晚期為主—晚期單期成藏”的演變特征。

2.2　不同層系油氣成藏期差異性

渤海灣盆地源于古近系烴源巖的油氣主要賦存于古近系、新近系和前古近系，在古近系、新近系含油氣層系中，以古近系孔店組、沙河街組和東營組—新近系分別作為新生界下部、中部和上部層系，不同層系油氣成藏期具有較大差異。

1）下部層系孔店組：油氣源于孔二中-下亞段烴源巖，成藏期集中于沙四段沉積中期至沙一段沉積期，呈現(xiàn)早期單期成藏特征，如濰北凹陷孔店組油氣藏。

2）中部層系沙河街組：油氣供烴層系以沙四段、沙三段為主，古近紀末為第一期成藏，新近紀—第四紀為第二期成藏。盆地邊緣凹陷以第一期成藏為主，中部凹陷則以第二期成藏為主。

3）上部層系東營組-新近系：油氣主要源于沙三段，沙一段、東營組烴源巖在中心凹陷也可提供大量油氣，主成藏期為新近紀明化鎮(zhèn)中期—第四紀，多為晚期單期成藏。

3　控制油氣成藏期差異的主要因素

油氣藏的形成過程受多種地質(zhì)因素的影響，不同凹陷及不同層系油氣藏的形成過程往往具有較大差異。渤海灣盆地不同凹陷油氣成藏期的差異主要受控于新生代凹陷沉降史及主力烴源巖生烴史。

3.1　凹陷沉降類型控制成藏期次

渤海灣盆地不同凹陷古近系烴源巖的生烴演化直接受控于凹陷沉降史，各凹陷古近紀末的剝蝕厚度和新近紀-第四紀沉積厚度（補償厚度）對其生烴演化的影響很大。沉降幅度控制了烴源巖的熱演化程度，各凹陷古近系主力烴源層系的埋深往往決定了其熱演化程度及主要生烴期。古近紀末較大規(guī)模的沉積間斷及剝蝕作用造成生烴過程停滯，古近紀末剝蝕厚度與新近紀-第四紀補償厚度對主生烴期有重要控制作用。凹陷沉降期次與成藏期次密切相關，新近紀以來的補償厚度控制了成藏期的主次。

根據(jù)構(gòu)造沉降及沉積充填的差異，將渤海灣盆地的凹陷沉降類型劃分為4類（圖2）：①持續(xù)沉降型（如渤中凹陷）；②間斷過補償Ⅰ型（如東營、惠民、歧口、饒陽等凹陷），補償厚度遠大于剝蝕厚度；③間斷過補償Ⅱ型（如遼河西部、遼河東部、東濮、廊固等凹陷），凹陷補償厚度略大于剝蝕厚度；④間斷欠補償型（如大民屯、濰北等凹陷），補償厚度小于剝蝕厚度。

圖2　渤海灣盆地凹陷沉降類型模式圖

凹陷

持續(xù)沉降型凹陷主要分布于盆地中心地區(qū)，地層持續(xù)沉降且基本未遭受剝蝕，過補償厚度最大。上部生烴層系貢獻較大，中部層系沙河街組在館陶期已充注成藏，但整體上主成藏期為新近紀明化鎮(zhèn)組沉積中期至第四紀。

間斷過補償型凹陷主要分布于盆地中部及邊緣地區(qū)，發(fā)生地層抬升剝蝕，補償厚度大于剝蝕厚度，且補償厚度自外圍向中心逐漸增大。該類凹陷供烴層系以沙四段和沙三段烴源巖為主，存在兩期生烴和成藏。間斷過補償Ⅰ型凹陷烴源巖在古近紀末已生烴，但提供油氣數(shù)量有限，主生烴期為新近紀至今，補償厚度較大，以晚期成藏為主；間斷過補償Ⅱ型凹陷在古近紀末期沉降幅度較大，主力烴源巖已進入生烴高峰，新近紀以來的補償厚度較小，至明化鎮(zhèn)組沉積末期再次生烴，生烴規(guī)模較古近紀末期的小，以早期成藏為主。

間斷欠補償型凹陷主要分布于盆地邊緣地區(qū)，古近紀末剝蝕厚度大于新近紀-第四紀補償厚度，油氣主要生成于古近紀晚期，新近紀以來烴源巖未進入大量生烴窗口，主成藏期集中于古近紀中晚期。

由間斷欠補償型凹陷到間斷過補償型凹陷，再到持續(xù)沉降型凹陷，新近紀-第四紀的補償沉積厚度逐漸變大，沙一段、東營組烴源巖的貢獻越來越大，主成藏期有逐漸變晚的趨勢，表現(xiàn)為“早期單期成藏—兩期成藏早期為主—兩期成藏晚期為主—晚期單期成藏”的變化特征。古近紀末剝蝕厚度與新近紀-第四紀沉積厚度控制了成藏期的主次，4種新生界沉降埋藏類型分別對應4種成藏期類型，且新近紀-第四紀的補償厚度越大，油氣晚期成藏的特征越明顯（圖3）。

3.2　烴源巖生烴演化差異控制成藏期次差異

渤海灣盆地不同凹陷主力烴源巖不同，其生烴演化期次直接控制著油氣成藏期次。凹陷主生烴期與主成藏期相對應，多數(shù)凹陷具有“兩期生烴、晚期為主”的生烴特征：第一期生烴為古近紀末期，與早期成藏相對應；第二期生烴為新近紀中期至第四紀，與晚期成藏相對應，主生烴期次與主成藏期次匹配關系良好（圖4）。

圖4　渤海灣盆地主要含油氣凹陷主生烴期與成藏期關系

不同凹陷主力烴源巖層系的空間分布特征及演化差異性是造成油氣成藏期次差異的主要原因。由盆地邊緣凹陷到渤中凹陷，隨著沉降沉積中心的遷移，不同凹陷的主力烴源巖層系呈現(xiàn)出逐漸增多、變新的遷移趨勢，上部沙一段、東營組烴源巖層系的貢獻逐漸增大［33］（圖5）?？椎杲M烴源巖主要分布于冀中坳陷西部饒南、廊固凹陷，黃驊坳陷孔南地區(qū)，濟陽坳陷南部的東營、惠民凹陷，以及昌濰坳陷的濰北凹陷；沙四段烴源巖主要分布在冀中坳陷、東濮凹陷、濟陽坳陷的惠民和東營凹陷、遼河坳陷的大民屯、西部凹陷；沙三段烴源巖在各凹陷均有分布；沙一段及東營組烴源巖主要分布在黃驊坳陷東部、濟陽坳陷北部和渤中坳陷地區(qū)。

圖5　渤海灣盆地現(xiàn)今（a）、東營組沉積末期（b）、沙河街組沉積末期（c）不同生油氣凹（洼）陷沉降及主力烴源巖演化差異

不同凹陷主力烴源巖層系的遷移性是不同地區(qū)成藏期差異的主要原因。由盆地邊緣到中心，不同凹陷的主力烴源巖進入生烴高峰的時間逐漸變晚，造成成藏期由早到晚的演變特征。盆地邊緣的濰北、東濮、大民屯、遼河西部等凹陷主力烴源巖自沙河街組沉積中后期開始生烴，在東營后期整體進入生烴高峰，與之對應，油氣成藏期開始于沙河街組沉積后期，主要集中于東營組沉積中后期。

盆地中部東營、惠民、饒陽、歧口、霸縣等凹陷，烴源巖于古近紀末發(fā)生一次大量生烴及成藏過程，但古近紀構(gòu)造抬升使生烴過程中止，新近紀館陶組沉積末期或明化鎮(zhèn)組沉積早期進入生烴高峰，對應兩期成藏，即東營組沉積末期和新近紀中期—第四紀，以晚期成藏為主。

盆地中心地區(qū)的渤中凹陷及渤海海域，烴源巖在新近紀明化鎮(zhèn)期進入生烴高峰，持續(xù)至第四紀，主成藏期集中于明化鎮(zhèn)期—第四紀。

烴源巖層系及含油氣層系對成藏時期也存在一定影響。大多數(shù)情況下，烴源巖及含油氣層系越老，且埋藏越深，成藏期越早，反之成藏期則越晚。渤海灣盆地各含油氣凹陷早期生烴（E—E）主要為孔店組、沙四段—沙三段烴源巖，晚期生烴（N—Q）主要為沙四段-沙三段及沙一段-東營組烴源巖系。隨主力烴源巖層系由沙四段-沙三段過渡到沙一段-東營組，主生烴期由早期過渡到晚期，生烴期次由兩期過渡到單期（圖6）。

圖6　渤海灣盆地主要含油氣凹陷主力烴源巖層系與主生烴期關系

自盆地邊緣凹陷至中心凹陷，主力生烴層系由下部孔店組為主，到以沙四上亞段-沙三段為主，再到上部沙一段-東營組具有重要貢獻，主力含油氣層系也由下部層系為主過渡至上部層系為主；新生代強烈裂陷期依次變晚，致使烴源巖層系逐漸變多、變新，主力生儲組合也隨之向上變遷；沙一段、東營組等烴源巖的貢獻逐漸增大，主要生烴期和成藏期逐漸變晚，主生烴層系與油氣富集層系緊密相關（圖7）。

圖7　渤海灣盆地不同凹陷主力烴源巖層系與含油氣層系縱向演變規(guī)律

渤海灣盆地主力含油氣層系集中于前古近系、古近系孔店組、沙三段-沙二段、東營組和新近系，其中孔店組、沙三段-沙二段油氣主要來源于E，E4和E3烴源巖；沙一段及東營組油氣來源以E4和E3烴源巖為主，以E1和E烴源巖為輔；新近系油氣由多源供烴，來源于沙三段、沙一段、東營組等多套生烴層系。主生烴期決定油氣主成藏期，來自孔店組、沙一段-東三段烴源巖的油氣分別以早期成藏和晚期成藏為主，而來自沙四上亞段、沙三段源巖的油氣多具有兩期成藏或晚期成藏的特征。

4　結(jié)論

1）渤海灣盆地源于古近系的油氣主要存在兩期成藏，即古近紀末期（早期）和新近紀中期—第四紀（晚期），以晚期成藏為主。不同凹陷主力含油氣層系成藏期歸為4種基本類型，即早期、兩期成藏早期為主、兩期成藏晚期為主和晚期成藏，大多數(shù)油氣藏為晚期成藏為主或晚期成藏。

2）不同地區(qū)及不同層系油氣成藏期具有一定的演變特點：平面上，由邊緣凹陷向中部凹陷再到中心凹陷，主力含油氣層系主成藏期逐漸變晚，成藏期次呈現(xiàn)出“早期成藏—兩期成藏早期為主—兩期成藏晚期為主—晚期成藏”的變化規(guī)律；縱向上，新生界下部層系孔店組以早期成藏為主，中部層系沙河街組主要為兩期成藏，而上部層系東營組、新近系以晚期成藏為主。

3）不同地區(qū)油氣成藏期的差異及演變與新生代凹陷沉降史和主力烴源層系生烴演化特征密切相關。不同沉降類型凹陷的空間演化特征控制著凹陷成藏期次差異，新生界凹陷沉降類型與成藏期類型相對應，古近紀末剝蝕厚度與新近紀-第四紀補償厚度直接影響油氣成藏期的主次，補償厚度越大，晚期成藏特征越明顯。

4）主烴源巖層系的演化和時代控制著成藏期的差異性及演化特征，烴源巖層系的時代影響生烴時期，主力烴源巖主生烴時期控制主成藏期。大多數(shù)凹陷主力烴源巖具有“兩期生烴，晚期為主”的生烴演化特征，對應“兩期成藏，晚期為主”的成藏特征。

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Differences in hydrocarbon accumulation stages and main controlling factors in the Bohai Bay Basin

Jiang Youlu，Su Shengmin，Liu Hua，Zhao Honghao

［，（），，266580，］

The Bohai Bay Basin hosts dozens of sags with relatively independent petroleum systems，in which large-scale hydrocarbon migration and accumulation occurred at various geologic times and stages. A systematic investigation is conducted on the timing of hydrocarbon accumulation as well as the main controlling factors on the differences in geologic times and stages of hydrocarbon accumulation in the major reservoirs of these sags in the basin through combining a large number of statistical data and the analyses of hydrocarbon generation history of source rocks with previous studies. Results show that hydrocarbons generated by the Paleogene source rocks probably accumulated in two stages，namely the end of Paleogene （early stage） and middle Neogene-Quaternary （late stage but more important），respectively. During the whole process，the predominance of early accumulation has been gradually taken over by the late accumulation from the basin edge sag inward to the Bozhong sag，and the accumulation stages feature in changing from single stage of early accumulation to two stages with early accumulation predominance，to two stages with late accumulation predominance，and to single stage of late accumulation. Vertically from deep to middle and further to shallow reservoirs，hydrocarbon accumulation stages change from single stage of early accumulation to two stages and further to single stage of late accumulation. The subsidence patterns of the sags during the Cenozoic are suggested to be the major control over the thermal evolution of source rocks，which in turn controls the differences of hydrocarbon accumulation stages，resulting in a good correspondence between the subsidence patterns and the dominant accumulation stages. The denuded thickness at the end of Paleogene and the sedimentary thickness of Neogene-Quaternary are believed to be the determining factor on which accumulation stage being predominant. Observation shows that the greater the compensation thickness，the more obvious the characteristics of late accumulation stage. The main hydrocarbon generation periods determine the main hydrocarbon accumulation stages. Hydrocarbons sourced from the Kongdian Formation source rocks is likely to accumulate mainly in the early stage，while that from the source rocks in the first member of Shahejie Formation to the third member of the Dongying Formation is more likely to be related to the late accumulation. Hydrocarbons from source rocks in the upper fourth and third members of Shahejie Formation shows characteristics of two stage accumulation.

early stage accumulation，late stage accumulation，evolution of source rock，hydrocarbon accumulation stage，Neogene，Bohai Bay Basin

TE122.3

A

0253-9985（2021）06-1255-10

10.11743/ogg20210602

2021-08-13；

2021-10-06

蔣有錄（1959—），男，博士、教授、博士生導師，油氣藏形成與分布規(guī)律。E?mail： jiangyl@ upc.edu.cn。

國家科技重大專項（2016ZX05006-003）。

（編輯張亞雄）