北部灣盆地福山凹陷構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶及其油氣富集規(guī)律

劉恩濤 ，王華，林正良，李媛 ，馬慶林,

(1. 中國地質(zhì)大學(xué)(武漢) 構(gòu)造與油氣資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢，430074；2. 中國地質(zhì)大學(xué)(武漢) 資源學(xué)院，湖北 武漢，430074；3. 中國石化石油物探技術(shù)研究院，江蘇 南京，210014；4. 中國石油南方石油勘探開發(fā)公司，廣東 廣州，510240)

1970 年Dahlstrom在研究擠壓變形中褶皺逆沖斷層的幾何形態(tài)時(shí)，首次提出轉(zhuǎn)換帶(Transfer Zone)的概念[1]。構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶是發(fā)育于區(qū)域伸展背景之下，具有一定規(guī)模和延伸方向的調(diào)節(jié)構(gòu)造體系。構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶通常發(fā)育轉(zhuǎn)換斷層，轉(zhuǎn)換斷層與區(qū)域斷層相交，并起到調(diào)節(jié)位移和構(gòu)造變形作用，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換帶兩側(cè)構(gòu)造特征異同，限制著凹陷延伸范圍[2]。隨著構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶大量油氣田和含油氣構(gòu)造的發(fā)現(xiàn)[3?4]，其成為眾多學(xué)者研究的熱點(diǎn)。構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶砂體發(fā)育，儲(chǔ)層物性良好，斷層發(fā)育有利于油氣疏導(dǎo)成藏，為油氣的重要產(chǎn)區(qū)[3,5?6]。國外學(xué)者對(duì)構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶成因及其特征研究較多，認(rèn)為其成因與區(qū)域應(yīng)力轉(zhuǎn)變、基底走滑、巖漿活動(dòng)、地層巖性等因素相關(guān)[7?10]。近年來，國內(nèi)學(xué)者對(duì)這一領(lǐng)域也展開了的研究[11?14]，主要偏向于特征描述和識(shí)別，對(duì)油氣富集規(guī)律研究較少，尚未有學(xué)者在福山凹陷識(shí)別出構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶或針對(duì)轉(zhuǎn)換開展研究工作。福山凹陷中部花場油氣田油氣富集，但區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜，地震品質(zhì)較差，成藏規(guī)律認(rèn)識(shí)不清，因而構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶的識(shí)別和油氣富集規(guī)律研究對(duì)于指導(dǎo)該區(qū)油氣勘探具有重要意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

北部灣盆地主體位于中國南海西北部的北部灣，是一個(gè)中新生代板內(nèi)斷塊盆地[15?16]。福山凹陷為北部灣盆地東南緣的一個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元，總體是一個(gè)南超北斷的中、新生代箕狀斷陷，其西北以臨高斷裂與臨高凸起相接，南部為海南隆起，東部以徐聞斷裂與云龍凸起相鄰[15?17](見圖 1)。福山凹陷斷裂系統(tǒng)較為特殊，縱向上發(fā)育深、淺兩套產(chǎn)狀和活動(dòng)歷史等特征截然不同的斷裂系統(tǒng)[15?17]。

盆內(nèi)下第三系從老到新為長流組(SQEch)、流沙港組(SQEls)及潿洲組(SQEwz)，其中流沙港組為該盆地油氣重點(diǎn)勘探的目的層位。利用地質(zhì)和地球物理資料,依據(jù)層序界面特征, 進(jìn)一步將流沙港組劃分為3個(gè)三級(jí)層序，從老到新為流三段(SQEls3)、流二段(SQEls2)和流一段(SQEls1)。每個(gè)層序進(jìn)一步劃分為低位域、湖侵域和高位域等3個(gè)體系域。

圖1 福山凹陷構(gòu)造綱要圖(據(jù)石彥民等[16]圖件修編)Fig.1 Tectonic district partition of Fushan Sag

流沙港組整體為一套巨厚的湖相三角洲沉積，主要由深灰色—灰黑色泥巖、頁巖和淺灰色—灰白色砂巖、含礫砂巖組成。流一段和流三段辮狀河三角洲、扇三角洲和湖相泥巖發(fā)育。流二段以湖相暗色泥巖沉積為主，為本區(qū)最厚的烴源巖層。構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶油氣主要分布于流一段和流三段，分屬2個(gè)油氣系統(tǒng)，以流二段巨厚泥巖為間隔，其成因與深、淺兩套斷裂系統(tǒng)相關(guān)。流三段油氣來源于本層段烴源巖，油氣的運(yùn)移、聚集和封存主要受控于深層反向斷裂體系。流一段油氣主要來源于流二段烴源巖，主要受控于淺層斷裂體系。

2 構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶與油氣分布

2.1 構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶識(shí)別特征與成因

本文基于三維地震資料追蹤、解釋、閉合，對(duì)福山凹陷進(jìn)行構(gòu)造精細(xì)解釋，并結(jié)合東西部構(gòu)造差異特征，在福山凹陷中部地區(qū)識(shí)別出一個(gè)構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶。轉(zhuǎn)換帶主要發(fā)育于古近紀(jì)流沙港組沉積時(shí)期，位于花場低凸起之上，繼承早期地壘式低凸起構(gòu)造格局，整體呈一背形，向北寬度變窄(見圖2)。

2.1.1 轉(zhuǎn)換帶兩側(cè)斷裂具有差異性

福山凹陷平面展布具有南北分帶、東西分塊的特征，流沙港組沉積時(shí)期構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶附近發(fā)育3套斷裂體系(見圖2)：西部伸展斷裂體系、東部伸展走滑斷裂體系和中部轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)斷裂體系。東西部斷裂體系斷層走向存在差異性：西部斷層體系受控于臨高斷層，走向?yàn)楸睎|—東向，斷層活動(dòng)速率高；東部斷層體系受控于長流段層，帶有走滑特征，斷層活動(dòng)速率低，走向?yàn)榻鼥|西向。構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶位于西部伸展斷裂體系和東部伸展走滑斷裂體系接壤部位，并發(fā)育一系列北西—南東向調(diào)節(jié)斷層。

2.1.2 轉(zhuǎn)換帶兩側(cè)構(gòu)造樣式異同

調(diào)節(jié)區(qū)域構(gòu)造變形、分割構(gòu)造帶是構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶的主要功能。轉(zhuǎn)換兩側(cè)構(gòu)造格局差異明顯(見圖3)，凹陷東部普遍發(fā)育深層反向和淺層順向兩大斷裂系統(tǒng)，2套斷裂系統(tǒng)在形成時(shí)間、走向和對(duì)沉積控制作用等方面存在很大差異，被眾多學(xué)者形象的稱之為“雙層結(jié)構(gòu)”[17]?！半p層結(jié)構(gòu)”在構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶西側(cè)的皇桐凹陷不發(fā)育，只有在靠近構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶部位可見。構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶起著調(diào)節(jié)東西部構(gòu)造樣式差異的作用。也正是由于這種調(diào)節(jié)作用，才使得兩側(cè)的構(gòu)造變形達(dá)到協(xié)調(diào)統(tǒng)一，限制了凹陷的發(fā)育范圍，造成“東西分帶”的構(gòu)造格局。

2.1.3 構(gòu)造復(fù)雜，花狀構(gòu)造發(fā)育

從東西向地震剖面解釋成果發(fā)現(xiàn)，構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶位于花場低凸起之上，構(gòu)造復(fù)雜，花狀構(gòu)造發(fā)育(見圖4)。正花狀構(gòu)造是由向上擴(kuò)展的一束多數(shù)為逆離距的走滑斷層所限定的淺層背形[18]。構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶發(fā)育正花狀構(gòu)造，斷層密集、陡峭且相互穿插，向上擴(kuò)展至流沙港組，從而導(dǎo)致地層破碎，有利于轉(zhuǎn)換帶脊部斷塊油氣藏發(fā)育。花狀構(gòu)造是走滑構(gòu)造剖面上的典型特征[18]，反應(yīng)研究區(qū)存在走滑作用，構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶的發(fā)育與此走滑作用相關(guān)。福山凹陷花東地區(qū)的流沙港組三段鉆井的巖心中發(fā)現(xiàn)大量近直立的小斷裂存在，其斷面傾角較陡，均大于 85°，也反應(yīng)區(qū)域基底走滑作用的存在。

圖2 福山凹陷構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶流一段斷層分布圖(區(qū)域位置見圖1)Fig.2 Fault distribution map of transfer zone (Els1) in Fushan Sag

圖3 福山凹陷構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶兩側(cè)地震解釋剖面(剖面位置見圖1)Fig.3 Seismic interpretation profiles on both sides of transfer zone in Fushan Sag

圖4 福山凹陷構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶東西向地震剖面解釋成果(剖面位置見圖1)Fig.4 Seismic interpretation results in east-west section of transfer zone in Fushan Sag

2.1.4 構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶成因初探

根據(jù)區(qū)域構(gòu)造背景研究，構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶的成因可以描述為：由于基底結(jié)構(gòu)的差異和基底走滑斷層的活動(dòng)，導(dǎo)致凹陷東、西部引張應(yīng)力差異，西部地區(qū)伸展量比東部的大。西部斷裂體系在轉(zhuǎn)換帶附近主要受北西—南東向伸展作用的影響，東部斷裂體系在轉(zhuǎn)換帶附近主要受近南北向伸展作用和長流斷裂走滑作用的影響，且東部斷層斷距及斷層活動(dòng)速率比西部的大(圖2)。當(dāng)東西部兩套具有差異活動(dòng)性的伸展斷層接近或者發(fā)生疊覆時(shí)，為保持區(qū)域應(yīng)變守恒，實(shí)現(xiàn)位移轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生伸展斷層調(diào)節(jié)體系，兩伸展斷裂體系之間以走滑斷層相接，發(fā)育一系列北西—南東向調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換斷層，該伸展斷層調(diào)節(jié)體系即為構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶。

2.2 油氣分布規(guī)律研究

經(jīng)過對(duì)研究區(qū)235口鉆井油氣統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)位于構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶處的花場油氣田為福山凹陷最大的油氣富集區(qū)，油氣產(chǎn)量占福山凹陷的49%(見圖5)。油氣縱向分布也具有一定規(guī)律性，主要賦存于流三段高位體系域(44%)、流一段高位體系域(33%)和流二段低位體系域(23%)。統(tǒng)計(jì)中發(fā)現(xiàn)，油氣田分布受構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶控制明顯，沿北西南東向調(diào)節(jié)斷層和東西部斷層呈帶狀分布，在斷層交匯部位油氣最為富集。陸相斷陷盆地油氣分布規(guī)律受斷裂組合樣式、層序發(fā)育模式和沉積相時(shí)空展布等要素聯(lián)合控制[6,17]?；▓鲇蜌馓镒鳛楦Ｉ桨枷葑畲蟮挠蜌猱a(chǎn)地和未來勘探的重點(diǎn)，構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶作為一典型的富油氣構(gòu)造，對(duì)其油氣分布規(guī)律控制因素展開分析，對(duì)于指導(dǎo)油氣勘探具有重要意義。

圖5 福山凹陷油氣分布與運(yùn)移方向示意圖Fig.5 Schematic diagram of distribution and migration directions of oil and gas in Fushan Sag

3 構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶對(duì)油氣的控制及油藏模式構(gòu)建

3.1 構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶對(duì)砂體控制作用

在斷陷盆地中，構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶對(duì)沉積體系和砂體控制首先表現(xiàn)為對(duì)物源通道的控制(見圖6)。凹陷南部安定斷層斷距大小不等，斷層下降盤呈一向形，在構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶處地勢(shì)最高，斷距最小。主水系在地勢(shì)較低、斷距最小的部位匯聚，構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶作為山間河流進(jìn)入盆地的入口，碎屑物質(zhì)沿著構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶注入盆地。依據(jù)大量的鉆井資料編繪的流沙港組體系域沉積相平面圖和砂體厚度圖，均顯示沉積物沿構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶注入盆地這一規(guī)律，本文以流沙港組一段高位體系域平面沉積相圖為例加以說明(圖6)。

構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶通過構(gòu)造古地貌和轉(zhuǎn)換斷層進(jìn)一步控制砂體或沉積體系的運(yùn)移方向和展布范圍(圖6)。沉積物通過構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶進(jìn)入盆地后，在轉(zhuǎn)換斷裂不發(fā)育地帶，主要受控于轉(zhuǎn)換帶低凸起地貌的分隔作用，沉積物向變換帶兩側(cè)凹陷分散。而在辮狀河三角洲前緣轉(zhuǎn)換斷層發(fā)育，北西—南東向的轉(zhuǎn)換斷層對(duì)砂體的運(yùn)移具有很好的疏導(dǎo)作用，砂體向兩側(cè)分散作用減弱。轉(zhuǎn)換斷層斷距雖然不大，但對(duì)古水流的流向具有很好的控制作用[14]。斷層發(fā)育處常常是水下分流河道發(fā)育地帶，沉積物在轉(zhuǎn)換斷層的疏導(dǎo)作用下向凹陷推進(jìn)，并沿著東、西部斷層斷距最小處向兩側(cè)輸送砂體，形成脊?fàn)钚螒B(tài)，扇體的延伸方向與斷層走向基本一致(圖 6)。

在流沙港組沉積時(shí)期，凹陷南部海南隆起物源供給豐富，主要發(fā)育辮狀河三角洲沉積體系，單層砂巖厚度達(dá)120 m。在斜坡帶，河流下切作用較強(qiáng)，水下分流河道發(fā)育，并且多期次相互疊加，在辮狀河三角洲前緣還沉積了河口壩和遠(yuǎn)砂壩沉積微相。隨著砂體向南推進(jìn)，坡度變陡，水體加深，在凹陷中心處演化為濁積扇沉積，單層砂巖厚度達(dá)70 m。轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)斷層對(duì)扇體的疏導(dǎo)作用，為尋找濁積扇體等隱蔽油氣藏提供方向。

3.2 構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶對(duì)圈閉控制作用

縱向上，構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶發(fā)育深、淺兩套斷裂系統(tǒng)，深層反向斷層向南傾，為非同沉積斷層，淺層斷層向北傾，為同沉積斷層[15,17]。兩組斷裂系統(tǒng)的差異還表現(xiàn)在對(duì)油氣成藏的控制作用上，深層反向斷層為非同沉積斷層，消失于流二段泥巖之中，具有很好的封堵性[17]。它不僅利于油氣疏導(dǎo)和運(yùn)移，還有利于封堵來自下傾方向的油氣，形成眾多與斷層相關(guān)的構(gòu)造圈閉和斷層?不整合圈閉。淺層正向同沉積斷層具有良好的開啟性，油氣封堵作用相對(duì)較差，疏導(dǎo)能力強(qiáng)，有利于油氣疏導(dǎo)富集。雙層結(jié)構(gòu)發(fā)育過程中易于形成裂縫，可以改善儲(chǔ)層的儲(chǔ)集物性，同時(shí)為油氣的運(yùn)移提供驅(qū)動(dòng)力。

圖6 福山凹陷構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶流沙港組一段高位體系域沉積相圖及控砂模式圖Fig.6 Sedimentary facies distribution and sand controlling model in HST of Els1 of transfer zone in Fushan Sag

平面上，流沙港組沉積時(shí)期構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶附近發(fā)育3套斷裂體系(圖2)，斷層相互切割，在不同斷裂體系之間斷層交互部位油氣富集，沿?cái)鄬映蕩罘植?，受?gòu)造控制作用顯著，易于形成斷塊、斷鼻、斷壘等構(gòu)造圈閉。

此外，福山凹陷流沙港組發(fā)育2個(gè)大型的區(qū)域不整合界面T4和T5，在地震剖面上可以看到較大規(guī)模的削截現(xiàn)象。不整合面的發(fā)育對(duì)于不整合相關(guān)油氣藏的發(fā)育具有控制作用，油氣沿?cái)鄬酉蛏线\(yùn)移，在不整合界面附近，形成地層不整合和斷層?地層圈閉。在辮狀河三角洲前緣坡度變陡，易于形成濁積扇型圈閉?；谝陨戏治?，福山凹陷構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶圈閉類型可以歸納為構(gòu)造圈閉、巖性圈閉、地層圈閉和復(fù)合圈閉4類(見表 1)。

3.3 構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶具有雙向油源特征

作為下生上儲(chǔ)式油氣藏類型，烴源巖對(duì)油氣成藏起著至關(guān)重要的作用。福山凹陷發(fā)育兩個(gè)油氣成藏子系統(tǒng)，分別為東部白蓮成藏子系統(tǒng)和西部皇桐成藏子系統(tǒng)，兩者以構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶相隔。在2個(gè)油氣成藏子系統(tǒng)中均發(fā)育流一段、流二段和流三段三套潛在烴源層，其中流三段和流二段烴源巖有機(jī)質(zhì)含量最高，有機(jī)質(zhì)含量平均值分別為 1.52%和 1.29%。流沙港組烴源巖為Ⅱ1?Ⅱ2型較好—好烴源巖，均進(jìn)入生烴門限。經(jīng)烴源巖模擬，得到東部和西部生烴門限分別為2.5 km和2.7 km，進(jìn)而統(tǒng)計(jì)已知鉆井烴源巖厚度，得到西部皇桐子系統(tǒng)有效烴源巖(Ro＞0.5)最大厚度為1.7 km，東部白蓮子系統(tǒng)有效烴源巖最大厚度為2.1 km(圖5)。

總之，福山凹陷具有有利的烴源條件，對(duì)構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶油氣富集起到重要作用。前人利用油藏地球化學(xué)方法研究了福山凹陷花場油氣田油氣充注方向，發(fā)現(xiàn)油氣來自于花場次凹和黃桐次凹，其中花場次凹占主導(dǎo)地位[19]，因而構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶具有雙向油源條件(圖5)。流二段厚套烴源巖，單層泥巖厚度達(dá)230 m，作為穩(wěn)定的區(qū)域蓋層，對(duì)流二段低位體系域和流三段高位體系域的油氣藏保存起到良好的封閉作用。

表1 構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶油氣圈閉類型分類Table 1 Classification of hydrocarbon trap types of transfer zone in Fushan Sag

圖7 福山凹陷構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶油氣成藏模式圖(剖面位置見圖1)Fig. 7 Oil and gas accumulation mode of transfer zone in Fushan Sag

3.4 構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶油藏模式構(gòu)建

結(jié)合福山凹陷構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶構(gòu)造特征及其各種類型油氣藏分布規(guī)律，總結(jié)了構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶油氣成藏模式(見圖7)。該模式可以預(yù)測油氣藏尤其是巖性油氣藏分布，指導(dǎo)構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶油氣勘探。構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶西側(cè)皇桐次凹和東側(cè)白蓮次凹烴源巖都很發(fā)育，且成熟度較高。構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶處于構(gòu)造高部位，兩側(cè)次凹中形成的油氣在斷裂的疏導(dǎo)作用下向轉(zhuǎn)換帶運(yùn)移，轉(zhuǎn)換帶具有雙向油源條件(圖7)。轉(zhuǎn)換帶發(fā)育于花場低凸起之上，轉(zhuǎn)換帶兩側(cè)的斜坡成為上超尖滅發(fā)育的有利部位。在轉(zhuǎn)換帶兩翼低位體系域和高位體系域頂部，多期次砂體上超尖滅，利于形成砂巖上傾尖滅型油氣藏。深層反向斷層既具有油氣疏導(dǎo)油氣的作用，又起到了封堵遮擋的作用。隨著油氣沿著反向斷層向上運(yùn)移，運(yùn)至構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶脊?fàn)畈课?，由于轉(zhuǎn)換帶構(gòu)造復(fù)雜，流二段泥巖起到蓋層作用，易于形成斷塊油氣藏、斷鼻油氣藏和斷壘油氣藏。在辮狀河三角洲前緣，受構(gòu)造轉(zhuǎn)換斷層控制，深湖的低位域和湖擴(kuò)域(以流二段最為顯著)發(fā)育濁積扇。透鏡狀的濁積砂體被烴源巖包圍，形成“自生自儲(chǔ)自蓋”型的前緣濁積扇型油氣藏。T4和T5這2個(gè)大型的不整合界面為油氣運(yùn)移起到了遮擋的作用，有利于形成地層不整合油氣藏及斷層?不整合油氣藏。

5 結(jié)論

(1) 福山凹陷中部花場地區(qū)發(fā)育一個(gè)構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶，位于凹陷東西部接壤部位，兩側(cè)分屬2個(gè)伸展構(gòu)造體系，斷層走向和構(gòu)造樣式異同。轉(zhuǎn)換帶發(fā)育花狀構(gòu)造和北西—南東向調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換斷層，其成因與基底結(jié)構(gòu)的差異和基底走滑斷層活動(dòng)相關(guān)。

(2) 構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶具有雙向油源條件，對(duì)砂體展布、圈閉發(fā)育以及油氣聚集具有很好的控制作用。轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)斷層對(duì)扇體的疏導(dǎo)作用，為找尋前緣濁積扇體等隱蔽油氣藏提供方向。

(3) 福山凹陷構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶為該凹陷最大的油氣田所在地，發(fā)育獨(dú)特油氣成藏模式，形成多種油氣成藏類型：在轉(zhuǎn)換帶兩翼低位體系域和高位體系域頂部，形成砂巖上傾尖滅型油氣藏；在構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶脊部，形成斷塊、斷鼻和斷壘油氣藏；在辮狀河三角洲前緣，形成“自生自儲(chǔ)自蓋”型的濁積扇型油氣藏；在不整合面附近形成地層不整合油氣藏及斷層?不整合油氣藏。

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