南堡凹陷3號構造中—深層兩期斷裂特征及其對油藏的控制

張博明, 趙曉東, 劉　曉, 喬海波, 李　亮

( 中國石油冀東油田分公司 勘探開發(fā)研究院，河北 唐山　064300 )

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南堡凹陷3號構造中—深層兩期斷裂特征及其對油藏的控制

張博明, 趙曉東, 劉曉, 喬海波, 李亮

( 中國石油冀東油田分公司 勘探開發(fā)研究院，河北 唐山064300 )

基于三維地震資料解釋和構造幾何學，研究南堡凹陷3號構造中—深層兩期斷裂的油藏的控制作用。結果表明：南堡凹陷3號構造中—深層具有構造體系轉換界面和構造反轉界面，沙河街組頂部是構造體系轉換的關鍵界面，早期以北東向伸展為主，晚期以南北向伸展兼右旋走滑為主；南堡凹陷3號構造主斷層具有長期發(fā)育、旋回式活動特征，東西向斷層具有活動時間晚、強度穩(wěn)定特征，存在3類區(qū)域構造樣式和12類局部構造樣式；沙河街組一期斷裂影響程度較小，造成深部斷層具有較好的斷層封閉性，而東營組二期斷裂向下斷入沙河街組一段內且與砂體連通，在伸展期極易開啟并造成油氣沿著淺部斷層向上運移，深部油氣聚集成藏非常有利，也為油藏聚集的有利場所。

構造轉換； 兩期斷裂； 中—深層； 3號構造； 南堡凹陷

0　引言

斷裂是重要的油氣運移通道，對油氣的聚集成藏起重要作用[1-3]。南堡凹陷3號構造自2007年中淺層勘探獲得發(fā)現(xiàn)以來，在古近系沙河街組、寒武系潛山相繼獲得工業(yè)油流[4-5]，研究認為中—深層東營組二、三段也具有良好的油氣聚集條件，但未獲突破。南堡凹陷3號構造油藏類型主要為構造控制下的斷背斜油氣藏，斷裂系統(tǒng)是控制南堡凹陷3號構造油氣成藏的主要因素之一。隨著南堡凹陷中—深層油氣勘探不斷深入，人們對構造和成藏進行研究，如黃曼寧等研究南堡凹陷構造油氣藏分布，認為地質相控油氣作用的基本模式為優(yōu)地質相—高孔滲控藏，流體勢控油氣作用的基本模式為低勢控藏，烴源灶控油氣作用的基本模式為近源控藏[6]。董月霞等研究南堡凹陷走滑斷層對油氣成藏的控制作用，認為南堡凹陷古近紀成盆演化主要受柏各莊—西南莊基底斷裂左行走滑活動控制，屬于走滑—伸展凹陷，斷層對沙河街組沉積有明顯的控制作用[7]。范柏江等研究南堡凹陷斷裂系統(tǒng)對油氣成藏的控制作用，認為南堡凹陷內部斷裂以NEE向或近NE向斷裂為主，剖面上形成"坡坪式""鏟式""多米諾式"等多種構造樣式[8]。汪澤成等研究南堡凹陷源上成藏組合油氣勘探潛力，認為南堡凹陷油氣成藏具有兩期充注，油源斷層是源上成藏組合油氣成藏的關鍵要素[9]。徐安娜等劃分南堡凹陷巖性—地層油氣藏區(qū)帶，將南堡凹陷縱向上發(fā)育源上、源內、源下三個一級油氣成藏組合體[10]。童亨茂等研究南堡凹陷斷裂系統(tǒng)成因的構造解析，認為南堡凹陷是典型的斜向伸展變形樣式，縱向上劃分下部和上部兩個斷裂系統(tǒng)，斷層的平面組合有平行狀、平行交織狀、梳狀和帚狀4種形式[11]。這些研究在構造發(fā)育特征、構造成因機制及其對成藏控制作用方面缺乏系統(tǒng)認識，尤其是斷裂與油藏、深層上部儲層成藏等方面研究較少。筆者以構造幾何學和構造地質學理論為指導，根據(jù)三維地震資料開展構造精細解釋，分析南堡凹陷3號構造中—深層斷裂系統(tǒng)發(fā)育特征及其對油藏的控制作用，研究南堡凹陷3號構造儲量，為后續(xù)油藏勘探評價提供依據(jù)。

1　區(qū)域地質概況

南堡凹陷3號構造西與南堡2號構造、東與南堡4號構造相接，東南部和西北部分別緊鄰生烴凹陷曹妃甸次凹和林雀次凹，位于兩個次凹中間的隆起區(qū)，構造內次級斷層多為北東向，構造面積為240 km2，整體呈東西向展布(見圖1)。南堡凹陷3號構造為發(fā)育在寒武系古潛山的一個斷背斜油藏，之上依次發(fā)育古近系沙河街組、東營組，新近系館陶組、明化鎮(zhèn)組和第四系平原組，缺失古生界至中生界大段地層。研究目的層主要為古近系沙河街組一段(沙一段)和東營組三段(東三段)，地層沉積厚度大，主要發(fā)育辮狀河三角洲、湖泊及深水砂質碎屑流等地層沉積，沉積盆地形成的物源供給主要來自沙壘田凸起，具有典型斷陷盆地的沉積特征[12-15]。目前，在中—淺層、中—深層古近系和寒武系潛山發(fā)現(xiàn)油藏，有利勘探面積約為200 km2，具有巨大的勘探開發(fā)潛力。

圖1　南堡凹陷3號構造區(qū)域位置Fig.1 Regional location of No.3 structure in Nanpu sag

2　斷裂特征

2.1斷裂發(fā)育特征

南堡凹陷3號斷裂以沙河街組頂為界，存在兩期斷裂系統(tǒng)，在沙一段交叉，將沙河街組沉積時期斷裂定義為沙河街組一期(沙一期)斷裂，東營組斷裂定義為東營組二期(東二期)斷裂。

研究區(qū)地震剖面顯示復雜的“X”字型斷層組合(地震測線依次從研究區(qū)的東部到西部相間排列)，西部主要由南傾的主斷層控制，北傾深部斷層斷距不明顯。東二期斷裂發(fā)育不明顯的地塹構造，中部井區(qū)斷裂系統(tǒng)左下支主要由一條斷距較大的北傾斷層構成，而“X”字型斷層組合的其余分支分別由多條較密集的小斷層構成，斷距在百米以內，先存主斷層對該“X”字型斷層組合的形成有重要影響[16]。東部地區(qū)斷層剖面構型十分復雜，中東部由東部、西部的“X”字型斷層體系逐漸變?yōu)殡A梯狀斷層樣式，由多個北傾型斷層復合而成，斷距相當。總體上，兩套斷層體系特征在中部地區(qū)最為明顯，向兩側逐漸減弱(見圖2)。

中部的沙河街組三段(沙三段)及沙河街組二段(沙二段)地層厚度比兩側的大，說明研究區(qū)存在構造反轉或古地貌。南堡凹陷早新生代構造活動與晚新生代構造活動具有明顯差異[17-18]，并且多認為在始新世末—漸新世早期存在構造反轉，尤其在東部地區(qū)，整個上覆地層呈現(xiàn)背斜特征，下部地層呈現(xiàn)向斜特征，中間以東營組三段上亞段(東三上亞段)—東營組二段(東二段)為構造反轉零線。

圖2　南堡凹陷3號構造地震解釋斷層特征Fig.2 Fault characteristics by seismic interpretation of No.3 structure in Nanpu sag

2.2斷裂差異特征

2.2.1活動程度

斷裂平面延伸長度反映斷裂的規(guī)模大小，統(tǒng)計斷層在平面上的延伸長度，發(fā)現(xiàn)沙一期斷裂延伸長度為2.0～6.0 km(見圖3(a))，10.0 km以上的斷裂比例較少；東二期斷裂延伸長度為2.5～11.0 km(見圖3(b))，斷拗構造層內10 km以上的斷裂比例自下而上有逐漸減小的趨勢，表明東營組二期的斷裂活動程度強于沙河街組一期的。統(tǒng)計各構造層內斷裂延伸長度，自下而上斷裂規(guī)模逐漸增大，反映應力逐漸變化的過程，并且晚期構造變形強度相對早期增大。

2.2.2活動范圍

文獻[19]將南堡凹陷斷裂劃分為一級、二級和其他等3個級別斷裂，南堡凹陷3號構造主要發(fā)育二級和其他級別斷裂。為研究不同斷裂不同時期的活動范圍差異，將沙一期斷裂和東二期斷裂進行層位細分，并利用生長指數(shù)進行分析，生長指數(shù)越大，反映斷層活動范圍越大。設定南堡凹陷3號構造生長指數(shù)≥1.15表示斷層正?；顒?；0.85≤生長指數(shù)<1.15表示未斷層活動；生長指數(shù)<0.85表示斷層反轉，發(fā)生擠壓作用，并且將斷層正?；顒臃秶眉t色區(qū)域表示出來。

圖3　南堡凹陷3號構造主要沉積時期斷層延伸長度Fig.3 Fault length in main sedimentary periods of No.3 structure in Nanpu sag

沙三段沉積時期，F(xiàn)2西段、F4斷層正常活動，即南堡3號構造中部、東部活動，東南端F3斷層受二級斷層F2上升盤影響，發(fā)生逆轉(見圖4(a))。沙二段沉積時期，活動區(qū)域明顯增多，斷層大多屬于正常活動，說明該時期區(qū)域拉張作用增強(見圖4(b))。沙河街組一段下亞段(沙一下亞段)湖侵域沉積時期，斷層活動特征和沙河二段沉積時期差別不大，僅西北部F1斷層發(fā)生逆轉，區(qū)域拉張作用有減弱的趨勢(見圖4(c))。沙一下亞段湖退域沉積時期，相比沙一下亞段湖侵域沉積時期活動區(qū)域明顯縮減，研究區(qū)僅中間區(qū)域F2南段影響的范圍繼續(xù)活動，說明此對應時期拉張作用明顯減弱(見圖4(d))。沙河街組一段中亞段(沙一中亞段)湖侵域沉積時期，F(xiàn)6、F8斷層控制的范圍內正?；顒樱現(xiàn)2北段、F5斷層交接的部位斷層正?；顒?見圖4(e))。分析沙一中亞段湖退域和東營組三段下亞段(東三下亞段)湖侵域沉積時期，在東三下亞段湖侵域沉積時期，南堡3號構造內斷層大面積正?；顒樱惹耙粫r期正?；顒臃秶鷱娏以龃螅砻鲄^(qū)域拉張作用再次增強，這個時期也是斷層活動轉換的關鍵時期。從東三下亞段湖退域到東二段低位域沉積時期，斷層的正常活動范圍逐漸減小，部分斷層發(fā)生逆轉，尤其是東三上亞段湖退域沉積時期對應F2、F8、F9斷層(見圖4(f-i))。東二段湖侵域和高位域沉積時期，相比東二段低位域沉積時期，斷層正?；顒臃秶兴龃?見圖4(j-l))。研究區(qū)主要發(fā)育的二級斷裂和其他斷裂的活動范圍具有分期分段的特點，總體呈現(xiàn)“強—弱—強—弱—強”的趨勢。

圖4　南堡凹陷3號構造主要沉積時期斷層活動范圍Fig.4 Fault range in main sedimentary periods of No.3 structure in Nanpu sag

2.2.3斷層組合

在南堡凹陷3號構造主要存在3類區(qū)域構造樣式和12類局部構造樣式，3類構造樣式體系分別為走滑伸展構造、伸展構造和反轉構造，其中東營組為走滑伸展斷層系統(tǒng)，沙河街組為伸展斷層系統(tǒng)，沙河街組—東營組為反轉斷層系統(tǒng)[11](見圖5)。

圖5　南堡凹陷3號構造斷層構造樣式Fig.5 Fault tectonic style of No.3 structure in Nanpu sag

東營組單斷層類型為板狀和鏟狀，其中板狀活動時間短，鏟狀相對發(fā)育時間長。在剖面上呈“y”字或“反y”字型、平面上呈斜交式的斷層在全區(qū)發(fā)育；在剖面上呈同向斷階組合類型，平面上呈雁列式的斷層主要在西南部地區(qū)發(fā)育；在剖面上呈反向斷階組合類型，平面上呈平行式的斷層在中部、東部地區(qū)發(fā)育；在剖面上呈地塹或白菜心式，平面上呈平行式或斜交式的斷層在中部井區(qū)或潛山頂部發(fā)育；在斷層剖面上呈調節(jié)型，平面上呈正交或分叉式的斷層在中部潛山頂部發(fā)育；在剖面上呈逆牽引組合類型，平面上呈弧形類型的斷層在主斷層發(fā)育；在剖面上呈差異壓實型，平面上呈雜亂型的斷層在潛山頂部東營組地層發(fā)育。

沙河街組單斷層類型為鏟狀和躺椅狀，躺椅狀類型比鏟狀的活動時間長。沙河街組中在剖面上呈“入”字型，在平面上呈斜交式類型的斷層主要在中東部地區(qū)、潛山核部沙河街地層發(fā)育；在剖面上呈地壘型，在平面上呈平行式的斷層在中西部地區(qū)、潛山核部沙河街地層發(fā)育；在剖面上呈韌性剪切帶，在平面上呈斷續(xù)式的斷層在西北部主斷層發(fā)育；在剖面上呈垂向剪切型，在平面上呈雁列式的斷層在東南部主斷層發(fā)育。

沙河街—東營組單斷層類型為鏟狀，其斷層在剖面上呈反轉型，在平面上呈“S”字型的斷層主要發(fā)育在西南部東三段、西北部東三段、中部沙一段、東部東二段和東部東三段(見圖5)。

3　斷裂對油藏的控制作用

南堡凹陷沙三段烴源巖在沙一段開始生烴，東二段末期進入排烴高峰；沙一段烴源巖在東一段末期開始生烴，館陶組開始排烴，明化鎮(zhèn)中期進入排烴高峰[20-22]。南堡凹陷3號構造沙一段油氣為混源特征，主要來自于自身烴源巖和少量沙三段烴源巖，說明自沙一下亞段晚期延續(xù)至今3號構造一直排烴，且3號構造在沙河街組沉積時期處于盆地強烈伸展階段的斷塊掀斜活動狀態(tài)，東營期處于裂陷盆地弱伸展階段的弱掀斜狀態(tài)，經(jīng)歷明化鎮(zhèn)早期構造活動期后，新構造不斷形成，早期構造得到改造，從而形成大量構造圈閉。由此可見，構造圈閉的形成期和發(fā)育期或早于主排烴期，或者與主排烴期同步，具有良好的時間配置關系[23-24]。

“X”字型斷層體系存在于沙一段，中間砂體的有效溝通是斷層作為油氣運移有效通道的關鍵，并以“X”字型斷層的相交區(qū)域為界，與圍巖構成深層及淺層有效圈閉控制油氣成藏[15]。如控壘的3條反向斷層溝通沙三段烴源巖，但后期的繼承性活動破壞沙一段烴源巖，使油氣繼續(xù)向上運移。一方面，夾限區(qū)地層通常發(fā)生較明顯的變形，形成一定幅度的背斜或單斜，當“X”字型斷層封閉性良好時成為有利圈閉；另一方面，深部地層距油源較近，或其本身是油源，具有優(yōu)先油氣捕獲機會，能夠形成油氣聚集規(guī)模[23]。結合斷層活動特征與排烴時間研究，3條控壘斷層活動時間晚，基本在沙一段中期開始活動，結束時間較早；3條斷層基本是在早期北東向斷層發(fā)育的基礎上形成，沙一段至東三段早期受區(qū)域轉換應力場的作用，近于東西向發(fā)育，然后停止活動，在縱向上屬于兩套斷層體系。盡管后期的南北向拉伸和右旋走滑控制產(chǎn)生大量近東西向斷層，但作為深層控壘斷層受影響較小，即晚期的坳陷活動對于垂向上不連續(xù)的兩套斷層系統(tǒng)影響程度差異大，最終造成深部斷層較好的斷層封閉性，但東營組二期斷裂向下斷入沙一段內，且與砂體相連通，在伸展期極易開啟，造成油氣沿著淺部斷層向上運移(見圖6)。另外，東三段晚期—東營組二段(東二段)早期也存在明顯的構造反轉現(xiàn)象，對圈閉發(fā)育和油氣運移有重要影響，由于早期為正斷層，晚期為逆斷層，形成下凹上凸的橢球特征，對深部油氣的向上運移和聚集成藏非常有利，使東營組成為油藏聚集的有利場所。2014年8月東營組獲得突破，南堡306x9井試油日產(chǎn)油7.679 m3，證實南堡凹陷3號構造東營組具有良好勘探前景。

圖6　南堡凹陷3號構造兩期斷裂與油氣聚集關系Fig.6 Relationship of two phase fault and oil gathering of No.3 structure in Nanpu sag

4　結論

(1)南堡凹陷3號構造以沙河街組頂為界存在兩期斷裂系統(tǒng)，沙河街組一期斷裂以北東向伸展為主，東營組二期斷裂以南北向伸展兼右旋走滑為主。

(2)兩期斷裂在活動程度、活動范圍、斷裂組合差異等方面具有明顯差異：東營組二期的斷裂活動程度要強于沙河街一期的；活動范圍具有分期分段的特點，總體上呈現(xiàn)出“強—弱—強—弱—強”的趨勢；主要存在3類區(qū)域構造樣式和12類局部構造樣式。

(3)沙河街組一期斷裂溝通沙三段烴源巖，晚期的坳陷活動對于垂向上不連續(xù)的兩期斷層系統(tǒng)影響程度差異大，沙河街組一期斷裂影響程度較小，造成深部斷層具有較好的斷層封閉性，而東營組二期斷裂向下斷入沙一段內且與砂體相連通，在伸展期極易開啟，造成油氣沿著淺部斷層向上運移。另外，在東三晚期—東二早期構造反轉，由于早期為正斷層，晚期為逆斷層，形成下凹上凸的橢球特征，對深部油氣的向上運移和聚集成藏非常有利，使東營組成為油藏聚集的有利場所。

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2015-12-21；編輯：張兆虹

國家科技重大專項(2011ZX05006-06)；中石油股份公司科技重大專項(2014E-050211)

張博明(1983-)，男，工程師，主要從事構造地質學及沉積儲層方面的研究。

趙曉東，E-mail: zhaoxiaodong1984_1@126.com

10.3969/j.issn.2095-4107.2016.01.008

TE122.1

A

2095-4107(2016)01-0072-08