凹陷是油气生成、运移、聚集的独立单元^[1-3]，准确厘定凹陷中油气分布规律对于提升油气勘探成效具有关键作用。源控论^[4]、复式油气聚集带理论^[5-6]、隐蔽油气藏理论^[7-8]、满凹含油论^[9-10]等成藏理论的提出，加速了我国东部断陷盆地油气勘探的进程。随着油气勘探程度的不断增加，石油地质学者开始深入总结油气的分布规律，先后提出油气藏类型有序性^[11-13]、油气分布递变序列^[14]、源热共控油气田有序分布^[15]等认识，油气分布有序性的提出与应用取得了良好的勘探效果^[14-18]。

南堡凹陷是渤海湾盆地的主要富油气凹陷之一，具有复杂的油气成藏条件和油气运聚过程，不同构造带油气分布与富集层系及富集规律差异较大。前人通过研究南堡凹陷断裂对油气运聚成藏与分布的控制作用，提出正向局部构造和断层垂侧向封闭性共同控制油气富集^[19]。也有学者指出南堡凹陷油气成藏主要受烃源岩、断裂和储层控制，属于“源—断—储”耦合控藏模式^[20]。还有学者总结出源上常压断控、源内弱超压—相控、源侧超压断裂—不整合遮挡控藏3种常规油气成藏模式^[21]。虽然前人对南堡凹陷油气成藏及富集原因进行了研究，但是尚未明确不同构造带、不同层系的油气分布与富集差异规律，对空间油气藏分布、油气藏特征及油气成藏等方面的有序性研究很少。因此，基于油气分布有序性的理念，通过表征南堡凹陷油气分布有序性，揭示油气分布有序性的成因及油气差异富集的主控因素，以期有效指导该区及其类似地区的油气勘探实践。

南堡凹陷位于渤海湾盆地黄骅坳陷东北部，总体呈北北东走向，面积约为1932km^{2 [22-23]}。北部、东部分别以西南庄断层、柏各庄断层为界，南部与沙垒田凸起相邻，西部与北塘凹陷相接，总体为北陡南缓的箕状凹陷。南堡凹陷可以划分为林雀、曹妃甸、柳南、拾场4个次凹和南堡1号、南堡2号、南堡3号、南堡4号、南堡5号、老爷庙、高柳7个主要二级正向构造带（图 1），呈现出“凸凹间互”的构造格局^[24]，各次凹具有双断或单断的特点。

图 1

图 1 南堡凹陷构造特征与油气分布图 Fig. 1 Structural feature and distribution of oil and gas in Nanpu Sag

南堡凹陷以奥陶系等前古近系为基底，沉积了5000~9000m厚的新生代地层，自下而上可分为古近系沙河街组（Es）、东营组（Ed）和新近系馆陶组（Ng）、明化镇组（Nm）^[24]。东营组沉积末期遭受一定程度的剥蚀，高柳断层以北的高柳地区剥蚀强度相对较大，以南地区剥蚀量一般小于300m^[24]。勘探证实，南堡凹陷发育沙三段、沙一段和东三段3套烃源岩^{[23, 25]}，储层主要为古近系三角洲相、新近系河流相沉积的砂岩体^{[24, 26]}，已发现奥陶系、古近系沙河街组和东营组、新近系馆陶组和明化镇组等多套含油层系，石油探明储量达4.7×10⁸t，属于典型的“小而肥”凹陷^[27-28]。

南堡凹陷油气资源丰富，已揭示出构造、岩性、地层和复合等多种类型油气藏。受构造、沉积等因素的影响，从生烃次凹向构造带高部位，依次发育岩性、构造—岩性、构造、地层等油气藏类型（图 2），围绕林雀、曹妃甸等主要生烃次凹中心呈环带状分布。

图 2

图 2 南堡凹陷油气藏类型与原油性质有序分布图（剖面位置见图 1） Fig. 2 Orderly distribution of oil and gas reservoir types and crude oil properties in Nanpu Sag (section location is in Fig. 1)

南堡凹陷以轻质油和中质油为主，原油密度介于0.68~0.99g/cm³，黏度介于0.0009~4004.4mPa·s，原油性质变化范围较大，存在空间差异。以生烃次凹为中心向周围构造带高部位，原油密度、黏度整体呈增大的变化趋势（图 2）。受烃源岩热演化程度差异的影响，拾场次凹供烃为主的高柳构造存在轻质油、中质油和重质油3种类型的原油，以轻质油和中质油为主；林雀次凹、曹妃甸次凹供烃的原油以轻质油为主，少量为中质油。

南堡凹陷油气分布层系广泛，不同构造位置的主力含油气层系存在差异，主要分布于奥陶系、沙三段、东营组、馆陶组和明化镇组等层系。高柳构造带北部以沙三段富集为主，南堡4号构造带和南堡5号构造带以东二段、东三段为主，南堡1号构造带和南堡2号构造带西部以东一段为主，而老爷庙构造带和高柳构造带南部则向上迁移至馆陶组富集为主（图 3）。综合来看，主力富油层系存在由凹陷中部或次凹内部向凹陷边缘逐渐上移的变化趋势。

图 3

图 3 南堡凹陷不同构造带探明石油地质储量分布层系对比图 Fig. 3 Correlation of different formations with proven oil reserves in different structural belts in Nanpu Sag

根据油气富集层系与烃源岩的位置关系，南堡凹陷可划分为源上富集型、源内—源上共同富集型和源内富集型3类油气富集样式。源上富集型主要分布于高柳构造带南侧、老爷庙构造带、南堡1号构造带、南堡2号西构造带，是研究区油气富集的主体样式；源内—源上共同富集型主要分布于南堡3号构造带、南堡4号构造带和南堡5号构造带东南部；源内富集型主要分布于高柳构造带北侧、南堡2号东构造带等（图 3）。综合来看，南堡凹陷边缘构造带油气表现出源上富集型，而凹陷中部或次凹内部以源内富集型为主。

凹陷的构造活动控制了沉积充填，从而控制了油气成藏条件、成藏过程，最终导致油气有序分布和差异富集的现状。

按照凹陷主体形成时间分析，南堡凹陷的控洼断层活动存在两个高峰，分别为沙三段沉积期、沙一段—东营组沉积期，属于晚期发育型凹陷^[29]，因此晚期构造活动不仅控制了凹陷的整体沉降和沉积体系的有序分布，还导致了林雀、曹妃甸、柳南、拾场等多个生烃次凹的形成，是研究区油气有序分布的根本原因所在。

受控于主控断裂活动性的差异，南堡凹陷发育两大类生烃次凹：林雀次凹、曹妃甸次凹和柳南次凹均具有继承性发育的特征，林雀次凹的沉降幅度在各时期均明显强于其他次凹；拾场次凹早期的沉降作用较强，但受东营构造运动影响，抬升剥蚀程度较高，新近纪的沉降量却明显弱于其他次凹，导致现今埋深相对较浅（图 4）。

图 4

图 4 南堡凹陷不同次凹构造演化对比图 Fig. 4 Comparison of tectonic evolution histories of different sub-sag in Nanpu Sag

受次凹演化类型及构造运动对沉降和沉积中心的控制影响，南堡凹陷烃源岩的分布与热演化存在一定的空间差异。沙河街组沉积时期，西南庄、柏各庄等边界断层以及凹陷内部二级断层强烈活动，控制了沙三段和沙一段烃源岩在各次凹广泛分布，且厚度中心主要分布于断层下降盘，在凹陷尺度上表现为整体北厚南薄的变化趋势。烃源岩厚度中心分布于受边界断层控制的拾场次凹、林雀次凹，从而造成这些次凹周边的高柳、南堡1号、南堡2号、老爷庙等构造带具有良好的油气供给条件。东营组沉积时期，高柳断层以北处于断层上升盘，东营组大部分缺失，而高柳断层以南则发生强烈沉降，在林雀、柳南和曹妃甸等次凹形成并分布了东三段烃源岩。

馆陶组—明化镇组沉积时期，南堡凹陷发生南强北弱的整体沉降，造成新近系厚度呈南厚北薄的分布特征，进而导致古近系烃源岩热演化中心随新近系沉积而逐渐向南迁移（图 5）。在烃源岩热演化程度方面，各次凹中心的沙三段烃源岩和部分沙一段烃源岩在东营组沉积末期进入生烃门限，林雀次凹中心达到生油高峰，而东三段烃源岩整体未进入生烃门限；明化镇组沉积末期，各次凹的各套烃源岩广泛生烃，其中沙三段烃源岩可达到生湿气—凝析气阶段，沙一段和东营组烃源岩较多达到生油高峰，为研究区大规模原油的运移和聚集奠定了基础。

图 5

图 5 南堡凹陷明化镇组沉积末期不同层段烃源岩成熟度分布图 Fig. 5 Maturity of various source rocks at the end deposition period of Minghuazhen Formation in Nanpu Sag

南堡凹陷北断南超、北陡南缓的开阔型地质结构，为不同方向、不同类型物源和沉积体系的发育奠定了基础。古近纪，南堡凹陷北部陡坡带受西南庄和柏各庄边界断层活动控制，发育北西方向和北东方向两个主要物源体系，包括冲积扇、扇三角洲、辫状河三角洲沉积；南部缓坡带则发育南西方向和正南方向两个物源体系，以曲流河三角洲沉积为主，洼陷带发育湖底扇、滑塌浊积岩。因此，从凹陷边缘到凹陷中央，研究区古近系储层呈现出扇三角洲、辫状河三角洲或曲流河三角洲到湖底扇和滑塌浊积岩的有序变化；纵向上多期沉积旋回相互叠加，不同期次的沉积体系类型可能发生变化，但总体规律不变。在储集体发育规模上，受控凹边界断层和控次凹二级断层对沉积充填的控制作用影响，各断裂带主体部位的储集体相对发育（图 6）。

图 6

图 6 南堡凹陷沉积储层与圈闭分布图（剖面位置见图 1） Fig. 6 Distribution of reservoirs and traps in Nanpu Sag (section location is in Fig. 1)

南堡凹陷在新近纪整体为坳陷型的冲积扇—河流沉积体系，其中馆陶组储层以辫状河道砂体为主，明化镇组下段以曲流河道砂体为主，二者在凹陷全区广泛分布。明化镇组沉积时期沿边界断层或二级断层形成了大量的分支断层，与浅层储集体相匹配，为浅层储层油气成藏提供了有利的输导和遮挡条件。受断层和储盖层空间分布差异影响，从凹陷边缘到凹陷中央，研究区圈闭类型也呈现出构造圈闭或地层圈闭、构造—岩性圈闭、岩性圈闭的有序变化（图 6）。

受多旋回的沉积体系影响，南堡凹陷垂向上发育多套储盖组合。按照储盖组合与烃源岩的配置关系，可以划分为源下型（前古近系—沙三段下部）、源内型（沙三段中上部—东三段）、源上型（东二段—明化镇组）3类储盖组合（图 7）。源下型储盖组合主要分布于南堡凹陷南部斜坡带的古隆起部位。源内型和源上型储盖组合在凹陷各构造带广泛分布，其中源内型储盖组合的数量和规模由次凹中心向构造带方向不断增加；有效的源上型储盖组合与断裂体系密切相关，主要分布于断裂构造带发育位置。可以看出，源上、源内型储盖组合广泛分布，为研究区油气多层系分布和富集奠定了物质基础。不同类型储盖组合的有效性受沉积砂体和有效油源断层控制，总体上由次凹中心向构造带方向不断变好，所以造成主力富油层系的富集程度也存在由凹陷中部或次凹内部凹陷边缘逐渐上移的变化趋势。

图 7

图 7 南堡凹陷生储盖组合类型 Fig. 7 Types of source rock-reservoir-cap rock assemblages in Nanpu Sag

油源对比结果表明，南堡凹陷各构造带油气主要来源于邻近的生烃次凹，奥陶系至东三段的深层油气主要来源于沙三段烃源岩，东二段至明化镇组的浅层油气存在沙三段、沙一段和东三段等多套烃源岩的贡献（图 8）。包括东三段在内的烃源岩在老爷庙构造、南堡5号构造带邻近的林雀次凹和南堡3号构造带邻近的曹妃甸次凹厚度大、热演化程度高，使得这3个构造带的浅层油气来源为沙三段、沙一段与东三段烃源岩共同贡献，而其他构造带的浅层油气则主要为沙三段和沙一段烃源岩贡献。可以看出，南堡凹陷深层油气来源单一，而浅层油气多为混源成藏。另外研究区油气成藏期包括东营组沉积末期和馆陶组—明化镇组沉积期，其中明化镇组沉积期为主要成藏期。输导体系是油气从烃源岩向储层运移的重要通道，输导体系演化对研究区油气来源、成藏期及运聚过程具有重要的控制作用，进而影响油气分布的有序性。

图 8

图 8 南堡凹陷不同层系油气来源与油源断层活动性对比图 Fig. 8 Map of oil sources from various formations and oil source faults activities in Nanpu Sag

烃源岩相邻层系砂体和油源断层是研究区油气横向和纵向运移的主要载体，由次凹向构造带方向，研究区油气输导体由砂体向断层转变，并导致油气运移方向由侧向运移向垂向运移变化，为深层和浅层不同类型油气藏的形成提供了有利条件。

南堡凹陷沙三段至东三段砂体受不同沉积体系影响，在垂向上叠加分布，构成油气由生烃灶向构造主体部位运移的重要通道，其中砂体顶面构造脊对油气运移方向和路径选择具有重要影响，在油气运移方向指向区遇到早期断层或侧向封堵性较好的断层可以使油气发生聚集，导致油气在深层源内成藏；同时如果油气进一步在断层输导作用下运移也有利于浅层油气的富集，如南堡凹陷2号西构造带，为烃源岩相邻层系砂体输导油气的主要方向之一，虽然该构造带远离主要生烃中心，但其浅层仍然成为油气的富集区。

研究区二级断层在各次凹斜坡带广泛分布，多数向下切割沙三段、沙一段和东三段各套有效烃源岩，构成油源断层，在明化镇组沉积期这一关键成藏期断层活动速率介于10~17m/Ma（图 8），而且全区范围内不同二级油源断层的活动性差别不大，构成研究区浅层油气运移的主要通道。受继承性隆起和晚期断层活动影响，研究区浅层形成了多个断控背斜型构造带、负花状构造带和持续断阶带，并与油源断层有效连通，而且构造带内的多套储盖组合叠合分布，控制了浅层源上油气的富集。

南堡凹陷烃源岩层系及源上封隔层的封堵能力对于油气纵向分布具有重要的控制作用。在烃源岩层系内部，由于泥质烃源岩厚度大、孔渗性差，对于砂岩储层油气聚集起到重要的封堵作用，有利于生烃区及其附近油气的聚集，从而在凹陷中央区及其附近形成源内岩性油气藏、构造—岩性和构造油气藏。

南堡凹陷源上东二段泥岩封隔层紧邻下部生烃层系，为研究区的重要区域性盖层，厚度介于0~400m。根据东二段盖层与二级断层断距之间的关系，计算了不同位置的断接厚度，结果表明在凹陷中部或次凹内部的南堡1号构造带东部、南堡2号东构造带、南堡3号构造带断接厚度较大，而凹陷边缘的老爷庙构造带、南堡1号构造带、高柳构造带、南堡2号西构造带等区域断接厚度明显减小。研究区浅层源上油气富集程度与断接厚度表现出很好的相关性，已发现油气主要聚集于断接厚度小于40m的部位（图 9），这是造成凹陷边缘构造带多层系分布、源上富集，而凹陷中部或次凹内部源下相对富集的主要原因。

图 9

图 9 南堡凹陷东二段盖层断接厚度与相邻层系油气分布图 Fig. 9 Juxtaposition thickness of cap rock in the second member of Dongying Formation and hydrocarbon distribution in its adjacent formations in Nanpu Sag

油气勘探实践表明，南堡凹陷不同构造之间油气资源量差距较大，其中南堡1号构造地质资源量最为丰富，达4×10⁸t，其次为高柳、南堡4号、南堡2号、南堡5号构造带，老爷庙构造资源量较少，仅为0.8×10⁸t。按照南堡凹陷油气有序分布规律及控制因素的研究结果，南堡凹陷深层岩性、构造—岩性油气藏勘探潜力较大，浅层仍存在较多的构造油气藏，特别是断块油气藏的有利勘探区带，如南堡2号西构造带浅层、南堡2号东构造带深层、南堡4号构造带浅层及南堡5号构造带南部深层等具有较为优越的油气成藏条件，勘探潜力较大。其中，南堡2号构造带西部为林雀次凹、曹妃甸次凹双源供烃且供烃能力强，油源断层活动性强而东二段断接厚度小，其浅层构造油气藏仍具有较大勘探空间；南堡2号东构造带同样为双源供烃，但东二段断接厚度大，有利于深层油气的封盖，而且近期在该构造带深层也获得了新的油气发现，揭示了深层的较大勘探潜力；另外，南堡4号构造带浅层、南堡5号构造带南部深层也分别具有与南堡2号西构造带、南堡2号东构造带相似的良好成藏条件，同样是未来的重要勘探方向。

（1）南堡凹陷存在多种油气藏类型，从凹陷（次凹）中心向边缘部位，油气藏类型呈现出岩性油藏、构造—岩性油藏、构造油藏和地层油藏的有序变化；而且原油黏度、密度也呈现出整体增大的趋势。

（2）构造活动差异性是控制油气分布有序性的基础，其中控（次）凹断层活动和整体沉降分别控制烃源岩分布与热演化程度，构造演化控制沉积体系进而影响储盖空间分布及圈闭条件，它们控制了油气宏观分布、油气藏类型和油气性质的有序变化。

（3）断层输导体系是南堡凹陷油气运聚的重要通道，与多套储盖组合叠加，控制了油气运聚过程；凹陷中部、凹陷边缘构造带的断—盖配置关系存在差异，造成关键封堵层封堵油气能力的不同，控制了油气在凹陷中部或次凹内部源下相对富集、凹陷边缘源上相对富集的变化规律。

（4）南堡凹陷油气表现出凹陷边缘构造带多层系分布、源上富集，而凹陷中部或次凹内部构造带多层系分布、源内富集的特点；从次凹中心向各构造带，油气富集层系表现出由源内富集逐渐向源上富集变化。