渤中21-22構(gòu)造區(qū)斷裂演化及其對油氣的控制作用

胡賀偉， 李慧勇， 于海波， 石文龍， 許　鵬， 史盼盼

( 中海石油(中國)有限公司 天津分公司，天津　300452 )

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渤中21-22構(gòu)造區(qū)斷裂演化及其對油氣的控制作用

胡賀偉， 李慧勇， 于海波， 石文龍， 許鵬， 史盼盼

( 中海石油(中國)有限公司 天津分公司，天津300452 )

渤中21-22構(gòu)造區(qū)構(gòu)造活動活躍、斷裂系統(tǒng)復(fù)雜。利用地震、鉆井、地化和試油等資料，研究渤中21-22構(gòu)造區(qū)斷裂分布、斷裂演化等特征，分析斷裂系統(tǒng)對油氣成藏條件的控制作用。結(jié)果表明:古近紀(jì)早期強(qiáng)烈伸展作用控制渤中西南次洼的形成，進(jìn)而控制烴源巖的分布；在印支晚期、燕山早期、燕山中期和燕山晚期疊加作用控制下，研究區(qū)發(fā)育構(gòu)造圈閉、巖性—構(gòu)造圈閉、巖性—地層型圈閉等類型；印支晚期、燕山早期和燕山晚期等構(gòu)造運(yùn)動控制古生界碳酸鹽巖儲層物性；由斷裂、不整合面和砂(礫)巖層等共同組成研究區(qū)的疏導(dǎo)體系，其中斷裂占主導(dǎo)地位。已鉆井揭示研究區(qū)為油氣有利的優(yōu)勢聚集區(qū)，具有較大的勘探潛力。

斷裂演化； 斷裂特征； 渤中21-22構(gòu)造； 平衡剖面

0　引言

渤海灣盆地是一個以新生代沉積為主的大型板塊內(nèi)裂谷盆地，由海域和陸地部分組成，文中研究區(qū)指渤海灣盆地的海域部分[1]。自20世紀(jì)60年代以來，渤海海域經(jīng)歷多年勘探，已成為中國重要的原油產(chǎn)區(qū)。對渤海灣盆地勘探程度較高的地區(qū),人們在構(gòu)造特征及演化、油氣地質(zhì)條件、油氣成藏特征等方面進(jìn)行研究[1-17]，如候貴廷等分析渤海灣盆地的幾何形態(tài)、盆地結(jié)構(gòu)及沉積特征等，認(rèn)為渤海灣盆地為走滑拉分盆地[2]；任建業(yè)等以地震和鉆井資料為基礎(chǔ)，通過對濟(jì)陽坳陷深層進(jìn)行構(gòu)造—地層分析和構(gòu)造解析，認(rèn)為印支期逆沖斷裂系統(tǒng)控制濟(jì)陽坳陷晚中生代和新生代早期盆地發(fā)育，并探討盆地復(fù)雜的疊合結(jié)構(gòu)和山脈—盆地的轉(zhuǎn)換過程及機(jī)制[3]；漆家福等分析渤海灣盆地殘留的中生代地層分布及構(gòu)造變形特征等，認(rèn)為渤海灣地區(qū)中生代構(gòu)造演化時期分為5期[5]；余一欣等利用地震資料，對渤海灣地區(qū)廣泛發(fā)育的“X”型斷裂進(jìn)行構(gòu)造解析，認(rèn)為渤海灣地區(qū)“X”型正斷層可分為新生型和繼承型，并對其形成機(jī)制及其與油氣的關(guān)系進(jìn)行探討[7]；彭文緒等分析渤海海域黃河口凹陷近100口探井資料，得出黃河口凹陷成藏模式為近源晚期快速成藏[9]；周心懷等研究環(huán)渤中地區(qū)斷裂特征、斷裂活動性、斷距與區(qū)域蓋層厚度關(guān)系等，認(rèn)為斷裂活動速率小于25 m/Ma有利于油氣保存，斷裂活動速率大于25 m/Ma有利于油氣運(yùn)移[13]；牛成民分析萊州灣凹陷構(gòu)造特征及成藏等，認(rèn)為萊州灣凹陷演化分為早期斷陷、中期走滑和晚期活化階段，構(gòu)造演化控制黃河口凹陷各類圈閉的形成，沉積、沉降中心的遷移及烴源巖的演化同時促進(jìn)晚期成藏[15]；鄧運(yùn)華在分析渤海海域油氣勘探成功或失敗實(shí)例的基礎(chǔ)上，總結(jié)油氣運(yùn)移的“中轉(zhuǎn)站”模式[17]。

目前對勘探程度較低的地區(qū)研究較少，由于研究區(qū)目的層較深、探井較少、資料不全等，人們只對油氣運(yùn)移模擬和潛山儲層預(yù)測等方面做過研究[18-20]。研究區(qū)斷裂發(fā)育，演化復(fù)雜，斷裂對油氣富集成藏的控制作用不清楚，制約渤中21-22構(gòu)造區(qū)乃至渤中西南環(huán)油氣成藏機(jī)理研究和勘探進(jìn)程。筆者利用地震、鉆井、地化和試油等資料，分析研究區(qū)斷裂特征，總結(jié)斷裂演化模式，認(rèn)識斷裂對油氣運(yùn)聚的控制作用，為渤中21-22構(gòu)造區(qū)油氣勘探提供指導(dǎo)。

1　區(qū)域地質(zhì)概況

圖1　渤海灣盆地渤中21-22構(gòu)造區(qū)區(qū)域位置Fig.1 Regional location of the Bozhong 21-22 structure in Bohai bay basin

渤中21-22構(gòu)造區(qū)位于渤海灣盆地中南部海域，處于渤中凹陷西南斜坡帶，南與渤南低凸起毗鄰，西接沙南凹陷，是被渤中西南次洼和主洼夾持的具有洼中隆特征的背斜構(gòu)造[18](見圖1)。研究區(qū)斷裂發(fā)育，被劃分為多個次級構(gòu)造單元，如渤中21-1構(gòu)造、渤中21-2構(gòu)造和渤中22-1構(gòu)造等。已鉆井揭示該區(qū)地層豐富，自下而上發(fā)育地層主要包括太古宇泰山群、古生界上寒武統(tǒng)和中下奧陶統(tǒng)(O1-2)、中生界晚侏羅系(J3)和早白堊系(K1)、古近系沙河街組(Es，包括一、二、三、四段)和東營組(Ed，包括一、二、三段)、新近系館陶組(N1g)和明化鎮(zhèn)組(N2m，包括上段和下段)，以及第四系平原組(Qp)，其中古生界中下奧陶統(tǒng)(O1-2)碳酸鹽巖和古近系東營組(Ed)是油氣勘探的主要目的層。

渤中21-22構(gòu)造區(qū)勘探始于20世紀(jì)80年代初期，勘探結(jié)果證實(shí)該區(qū)具有復(fù)式成藏體系；90年代末期前，在渤中22-1和22-2等構(gòu)造古近系和潛山勘探層系未取得規(guī)模性發(fā)現(xiàn)，但在明化鎮(zhèn)組、東營組、沙河街組和中生界早白堊系火山巖等層系獲得較好油氣顯示；近年來，在渤中21-2和22-1等構(gòu)造古生界中下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖潛山發(fā)現(xiàn)規(guī)模性天然氣儲量，在東營組湖底扇發(fā)現(xiàn)可觀的石油地質(zhì)儲量，證實(shí)渤中21-22構(gòu)造區(qū)具有較大勘探潛力。

2　斷裂特征

2.1平面特征

根據(jù)斷裂平面分布，渤中21-22構(gòu)造區(qū)斷裂在全區(qū)較為發(fā)育，斷裂以近EW向和NE向?yàn)橹?；根?jù)斷裂活動強(qiáng)度、活動時期、斷距大小及其對構(gòu)造單元的控制作用，可將研究區(qū)斷裂分為長期活動斷裂(主控?cái)嗔?、潛山內(nèi)幕斷裂和晚期斷裂。

長期活動斷裂主要為F1、F2、F3、F4斷裂，走向近EW向和NE向。該類斷裂繼承性穩(wěn)定發(fā)育，斷裂活動強(qiáng)度大、活動時間長，控制渤中21-22構(gòu)造區(qū)的形成和演化，同時影響各次級構(gòu)造的發(fā)育。該類斷裂平面延伸距離為8～75 km，單條斷裂連續(xù)，但不同斷裂或同一條斷裂不同段具有明顯的差異，特征為：

(1)F1斷裂為渤中西南次洼與渤南低凸起的邊界斷裂，古近紀(jì)早期斷裂強(qiáng)烈活動，控制渤中西南次洼而形成北斷南超的單斷箕狀洼陷；斷裂西段較光滑，派生斷裂不發(fā)育，走向近EW向，東段走向?yàn)镹EE向，斷裂下降盤發(fā)育多條受F1斷裂控制的NE向晚期斷裂，派生斷裂與F1斷裂呈銳角相交，F(xiàn)1斷裂活動強(qiáng)度為東強(qiáng)西弱，東段受到郯廬斷裂右旋走滑影響，在新近紀(jì)晚期伴有一定走滑作用。

(2)F2斷裂為控制渤中22-1構(gòu)造古生代碳酸鹽巖圈閉形成的主控?cái)嗔?，斷裂西段走向近EW向，最西段消失在渤中西次洼東部，東段走向?yàn)镹NE向，東段消亡在F3走滑斷裂中段，并與F3斷裂呈大角度銳角相交；F2斷裂兩端較光滑，派生斷裂較少，中段派生斷裂較多，并與F2斷裂呈近平行或小角度相交，推測F2斷裂兩端活動弱，中段活動強(qiáng)，新近紀(jì)晚期受郯廬斷裂右旋走滑活動的影響。

(3)F3斷裂為郯廬斷裂渤南段西支，將渤南低凸起分為東、西部分，走向?yàn)镹E-NNE向，F(xiàn)3斷裂北段西側(cè)多條近EW向的晚期斷裂與F3斷裂呈大角度銳角相交，南段西側(cè)發(fā)育多條NE向晚期斷裂并與F3斷裂小角度銳角相交，但近F3斷裂相交的斷裂反而減少，與該斷裂南段西側(cè)發(fā)育巨厚中生代地層有關(guān)。

圖2　渤中21-22構(gòu)造區(qū)斷裂發(fā)育特征Fig.2 Characteristics of fault development in the Bozhong 21-22 structure

(4)F4斷裂為控制渤中21-2構(gòu)造古生代碳酸鹽巖圈閉形成的主控?cái)嗔?，走向?yàn)镹NE向。該斷裂上升盤發(fā)育的多條潛山內(nèi)幕斷裂與F4斷裂平行，周圍不發(fā)育晚期次級斷裂，控制渤中21-2構(gòu)造碳酸鹽巖圈閉的形成演化。該斷裂對潛山內(nèi)幕斷裂具有一定控制作用，古近紀(jì)至今活動微弱或不活動(見圖2)。

潛山內(nèi)幕斷裂為古生界和中生界內(nèi)部斷裂，向上未斷入新生界。該類斷裂整體走向?yàn)镹E向，平面差異分布較為明顯，以F2、F4斷裂走向?yàn)榻绶譃槟?、北部分：北部潛山?nèi)幕斷裂極為發(fā)育，走向主要為NE向，少數(shù)為近EW向或NW向，斷裂多數(shù)規(guī)模大、延伸長，與F2、F4斷裂平行或近平行，發(fā)育過程明顯受F2、F4斷裂控制；南部潛山內(nèi)幕斷裂僅在F3斷裂南段西側(cè)和渤中西南次洼以東區(qū)域零星發(fā)育，走向?yàn)镹E向，斷裂規(guī)模小、延伸短，與F3斷裂呈一定夾角，受F3斷裂走滑作用影響。北部潛山內(nèi)幕斷裂發(fā)育與北區(qū)碳酸鹽巖長期暴露地表有關(guān)，南部潛山內(nèi)幕斷裂不發(fā)育，受F3斷裂南段西側(cè)和渤中西南次洼以東區(qū)域覆蓋巨厚火山巖的影響(見圖2)。

晚期斷裂為新生界內(nèi)部斷裂，向下未斷穿新生界的底界面。該類斷裂密集發(fā)育，展布特征較為復(fù)雜，走向?yàn)榻麰W、NE向，平面分布具有明顯的區(qū)帶性。最典型特征為：離F3斷裂越近，斷裂越發(fā)育，斷裂密度越大、規(guī)模越大，延伸端走向?yàn)镹E向，與F3斷裂呈不同銳角相交；離F3斷裂越遠(yuǎn)，晚期斷裂越不發(fā)育，規(guī)模小，延伸端走向?yàn)镋W向，與F3斷裂近呈垂直相交。渤中西南次洼晚期斷裂不發(fā)育，F(xiàn)3斷裂右旋走滑活動控制晚期斷裂的形成，渤中西南次洼主要受F1斷裂控制，受F3斷裂影響較小，故晚期斷裂不發(fā)育(見圖2)。

根據(jù)各層斷裂平面展布，由潛山頂面到平原組斷裂越來越發(fā)育，單位面積內(nèi)斷裂數(shù)量顯著增多，平面延伸范圍明顯縮短。古近紀(jì)底面斷裂數(shù)量不到新近紀(jì)底面斷裂數(shù)量的一半，說明晚期構(gòu)造活動明顯增強(qiáng)、斷裂活動活躍。晚期斷裂區(qū)帶性明顯，最主要特征為晚期斷裂在主控?cái)嗔?如F3斷裂)附近發(fā)育最好，越靠近主控?cái)鄬?，斷層密度越大；反之，越小?/p>

2.2剖面特征

研究區(qū)斷裂主要受伸展、走滑作用控制，以及局部地區(qū)殘留擠壓作用的影響。相應(yīng)地，斷裂在剖面上主要發(fā)育伸展斷裂和走滑斷裂，局部地區(qū)發(fā)育逆斷裂。

伸展斷裂是研究區(qū)最主要的斷裂類型，在不同層系內(nèi)廣泛發(fā)育。伸展斷裂規(guī)模不一，傾向多變，可分為主控伸展斷裂和次級伸展斷裂，特征為：

(1)主控伸展斷裂(F1、F2、F4)在剖面上主要表現(xiàn)為上陡下緩鏟式特征，傾向?yàn)镹NE、NW向，向上斷入平原組，向下深入太古界花崗巖，斷距下大上小，最大可達(dá)1 200 m，主控?cái)嗔雅c次級斷裂可以組成“y”型、反“y”型、似花狀構(gòu)造、地壘和地塹等構(gòu)造樣式，對盆地內(nèi)部凸起和凹陷的形成有控制作用，具有發(fā)育早、活動時間長、斷距大的特點(diǎn)。

(2)次級伸展斷裂以新生界底部為界，可分為深(潛山內(nèi)幕斷裂)、淺(晚期斷裂)斷裂系統(tǒng)，深層斷裂系統(tǒng)傾向?yàn)镹NW向，延伸短、斷距小，組合樣式主要為“y”型、反“y”型和階梯狀等。該類斷裂對古生界碳酸鹽巖潛山儲層物性具有極大地改善作用。淺層斷裂系統(tǒng)傾向?yàn)镹-NNW向，延伸較長、斷距上大下小，由下向上呈樹枝狀發(fā)散并向上延伸至海底，且數(shù)量逐漸增多，斷裂組合樣式主要為“y”型、反“y”型、階梯狀、地壘和地塹等。該類斷裂主要形成于主控?cái)嗔迅浇?，不影響次級洼陷的結(jié)構(gòu)特征和沉積相展布，對局部構(gòu)造具有一定調(diào)節(jié)作用。因此，主控?cái)嗔衙黠@制約晚期斷裂，密集發(fā)育的晚期斷裂是新構(gòu)造運(yùn)動的活動證據(jù)之一(見圖(3-5))。

圖3　研究區(qū)A-A′測線剖面特征(剖面位置見圖2)Fig.3 Profile characteristics of the A-A′ line(see profile position in the Fig.2) in study area

圖4　研究區(qū)B-B′測線剖面特征(剖面位置見圖2)Fig.4 Profile characteristics of the B-B′ line(see profile position in the Fig.2) in study area

走滑斷裂(F3)主要發(fā)育在研究區(qū)東部，為郯廬斷裂帶渤南段西支，傾向?yàn)镾E或NW向，具有明顯的“絲帶效應(yīng)”[5]，斷面近于直立，沙河街組斷距較大，可達(dá)1 200 m，館陶組斷距幾乎為零。該斷裂在古近紀(jì)沙河街組沉積時期以伸展作用為主，新近紀(jì)晚期以右旋走滑作用為主，F(xiàn)3斷裂與晚期伸展斷裂組成典型的半花狀、正花狀和負(fù)花狀構(gòu)造樣式特征(見圖5)。

逆斷裂為印支運(yùn)動、燕山早期運(yùn)動殘留產(chǎn)物，主要發(fā)育在研究區(qū)中部渤中21-2和22-1構(gòu)造等局部地區(qū)。如F5斷裂，傾向?yàn)镹NW向，向下斷入太古界潛山，向上斷至新生界底面(未斷開T8面)，斷面較緩，斷裂下降盤殘留晚寒武—早中奧陶世地層，上升盤殘留太古代地層，表現(xiàn)為逆斷層，于印支晚期逆沖形成、燕山早期停止活動并保存至今(見圖4)。

圖5　研究區(qū)C-C′測線剖面特征(剖面位置見圖2)Fig.5 Profile characteristics of the C-C′ line(see profile position in the Fig.2) in study area

2.3斷裂演化

根據(jù)渤海灣盆地構(gòu)造活動特征研究成果[1-7]，結(jié)合渤中21-22構(gòu)造區(qū)斷層形成時代、活動期次及地層展布特征，運(yùn)用平衡剖面法研究，認(rèn)為該區(qū)斷裂演化可分為印支運(yùn)動早期(T1-2)、印支運(yùn)動晚期(T3)、燕山運(yùn)動早期(J1-2)、燕山運(yùn)動中期(J3-K1)、燕山運(yùn)動晚期(K2-E1k)、館陶組沉積前期(E2-3s-E3d)和現(xiàn)今構(gòu)造(N1g-Qp)等7個階段。

(1)印支運(yùn)動早期，渤中21-22構(gòu)造區(qū)與華北地臺的演化一樣，遭受長時間剝蝕，達(dá)到準(zhǔn)平原化狀態(tài)，構(gòu)造主要表現(xiàn)為近東西向分布的寬緩背向斜構(gòu)造，斷裂不發(fā)育[3](見圖6(a)、圖7(a))。

(2)印支運(yùn)動晚期，揚(yáng)子板塊由南至北向華北板塊俯沖，形成SN向擠壓應(yīng)力場。研究區(qū)已鉆井揭示，該區(qū)沙河街組地層直接覆蓋在奧陶系地層之上(印支運(yùn)動晚期不整合界面)，地震剖面顯示下伏晚奧陶世地層被上伏晚侏羅世—早白堊世地層底界面削截，露出的印支晚期運(yùn)動不整合界面非常清晰。研究區(qū)在地層結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)為從次洼沉積中心到緩坡區(qū)，新生代地層(E)由厚變薄，古生代地層由薄變厚，表現(xiàn)地層“負(fù)向結(jié)構(gòu)”特征，在地震剖面上識別出印支晚期運(yùn)動的逆斷層構(gòu)造行跡(見圖3-4)。印支運(yùn)動晚期，研究區(qū)EW向主干斷裂(F2、F4)和潛山內(nèi)幕斷裂由南向北強(qiáng)烈逆沖，相對隆起區(qū)古生代遭受較強(qiáng)烈剝蝕，相對低洼區(qū)剝蝕較弱，與相對隆起區(qū)呈東西向相間排列趨勢，構(gòu)造格局為南高北低、向SE向傾伏的斜坡形態(tài)(見圖6(b)、圖7(b))。

(3)燕山早期，揚(yáng)子板塊由南至北向華北板塊俯沖并逐漸減弱，太平洋板塊開始由NNW向歐亞大陸俯沖并逐漸增強(qiáng)，研究區(qū)處于SN向弱擠壓環(huán)境。該時期為中生代相對平靜期。地震剖面上未見早—中侏羅世地層，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造背景推測，該時期研究區(qū)繼承印支晚期的構(gòu)造格局，主干斷裂(F2、F4)和潛山內(nèi)幕斷裂由南向北微弱逆沖，相對隆起區(qū)古生代地層被剝蝕殆盡，出露太古代地層；相對低洼區(qū)殘留在古生代地層，構(gòu)造格局為南高北低、向SE向傾伏的斜坡形態(tài)(見圖6(c)、圖7(c))。

(4)燕山中期，受太平洋板塊由NNW向歐亞大陸俯沖影響，揚(yáng)子板塊與華北板塊SN向擠壓并逐漸消失，研究區(qū)NW-SE向張扭性應(yīng)力逐漸占主導(dǎo)作用，主控?cái)嗔袴4下降盤發(fā)育一套楔形、靠近斷裂附近巨厚、向凸起區(qū)逐漸變薄的晚侏羅世—早白堊世地層(見圖4)。該套地層下覆一套晚寒武世—早奧陶世殘留地層，靠近斷裂附近的低部位地層薄，位于凸起區(qū)附近的高部位殘留地層厚，與晚侏羅世—早白堊世殘留地層厚度分布相反，表現(xiàn)為負(fù)向結(jié)構(gòu)特征。地層配置關(guān)系表明，燕山中期運(yùn)動期間，印支晚期—燕山早期的逆沖斷裂發(fā)生負(fù)反轉(zhuǎn)并形成正斷裂，控制晚侏羅世—早白堊世洼陷的發(fā)育；主控?cái)嗔袴3斷裂兩盤地震反射不同，斷層下降盤地震反射軸連續(xù)，上升盤雜亂反射(見圖5)，渤南低凸起被F3斷裂切割成兩部分，現(xiàn)今表現(xiàn)為左旋走滑特征(見圖2)，水平切片上走滑斷層發(fā)育部位反射軸呈直線狀平直錯斷，走向?yàn)镹NE向。該時期主干斷裂(F2、F4)和潛山內(nèi)幕斷裂沿原產(chǎn)狀反轉(zhuǎn)為正斷裂，F(xiàn)2斷裂沿NNE向發(fā)生左旋走滑并伴生近SN向伸展作用，構(gòu)造格局為西南高、北東低(見圖6(d)、圖7(d))。

圖6　研究區(qū)A-A′剖面構(gòu)造演化

圖7　研究區(qū)B-B′剖面構(gòu)造演化

(5)燕山晚期，由于太平洋板塊的洋中脊與歐亞大陸東緣碰撞并向歐亞大陸俯沖，研究區(qū)應(yīng)力場為NW-SE向壓扭應(yīng)力。已鉆井揭示，沙河街組地層覆蓋在中生界地層之上(燕山晚期不整合界面)，地震剖面T8界面上一系列地震反射界面表現(xiàn)為由北向南上超(見圖3-4)，T8界面下削截反射特征清晰；殘余厚度資料顯示，研究區(qū)由北西至南東依次出露太古界、古生界和中生界地層，形成“三層式”結(jié)構(gòu)，說明研究區(qū)表現(xiàn)為明顯的擠壓構(gòu)造及抬升剝蝕，形成中生界與上覆新生界地層明顯的角度不整合界面。該時期主控?cái)嗔?F2、F4)和潛山內(nèi)幕斷裂遭受擠壓作用，但表現(xiàn)為正斷裂特征，潛山內(nèi)幕斷裂定型，F(xiàn)3斷裂發(fā)生繼承性左旋走滑運(yùn)動，并伴隨壓扭作用，構(gòu)造格局為西南高、北東低(見圖6(e)、圖7(e))。

(6)館陶組沉積前期，發(fā)生地幔柱底辟活動和太平洋板塊NWW向俯沖，研究區(qū)以NW-SE向伸展作用為主，F(xiàn)1、F3斷裂下降盤沉積巨厚的沙河街—東二下亞段地層(見圖3)，洼陷結(jié)構(gòu)為北段南超，同時派生的晚期斷裂與F3組成“似花狀”樣式，方差切片顯示F3斷裂為右旋走滑。該時期主干斷裂F1強(qiáng)烈活動，控制西南次洼形成，F(xiàn)3斷裂強(qiáng)烈伸展，并由早期左旋走滑轉(zhuǎn)為右旋走滑，晚期斷裂開始大量形成，構(gòu)造格局為東南和中部高、西南和北部低(見圖6(f)、圖7(f))。

(7)現(xiàn)今構(gòu)造，研究區(qū)應(yīng)力為NE-SW向右旋扭壓應(yīng)力，處于斷拗轉(zhuǎn)換階段，F(xiàn)1和F2斷裂持續(xù)活動且強(qiáng)度逐漸減弱，整體熱沉降作用開始增強(qiáng)。地震剖面顯示館陶組和明化鎮(zhèn)組地層覆蓋整個研究區(qū)，地層厚度趨于穩(wěn)定，F(xiàn)3斷裂發(fā)生持續(xù)性強(qiáng)烈右旋走滑運(yùn)動，走滑強(qiáng)度較始新世的強(qiáng)，在主干斷裂活動影響下，淺層次級斷裂活動強(qiáng)度增強(qiáng)，斷裂密度變大，并與主干斷裂在剖面上形成“y”型或“似花狀”構(gòu)造樣式(見圖6(g)、圖7(g))。

3　斷裂活動對油氣的控制作用

斷裂的形成演化過程對油氣聚集成藏有控制作用[6-17,21-25]，主要表現(xiàn)在：(1)控制沉積環(huán)境，進(jìn)而控制烴源巖的展布范圍和質(zhì)量；(2)控制構(gòu)造、巖性圈閉的形成，改善儲層物性，使圈閉成為有效圈閉；(3)溝通烴源巖和圈閉，進(jìn)而控制油氣運(yùn)移。另外，斷裂活動對油氣聚集產(chǎn)生不利影響，如破壞已成藏的油氣藏，使油氣運(yùn)移至淺層再聚集或運(yùn)移至地表散失。

3.1烴源巖

根據(jù)斷裂演化過程，分析斷裂活動控制渤中西南次洼的形成及沉積過程。始新統(tǒng)沙三段—早漸新世東三段沉積期，由于渤南低凸起北部邊界斷裂(F1)發(fā)生強(qiáng)烈伸展活動，渤中西南次洼下沉，形成北斷南超的箕狀凹陷，研究區(qū)處于半深湖環(huán)境，沉積較厚且穩(wěn)定分布的沙三段、沙一段—沙二段和東三段三套烴源巖，斷裂活動強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)顯示F1斷裂兩端活動弱、中間活動強(qiáng)，沉積的三套烴源巖也有兩端薄、中間厚的特點(diǎn)。漸新世晚期—現(xiàn)今的斷裂活動引發(fā)的沉降作用、熱作用加速烴源巖的成熟演化。熱演化史模擬結(jié)果表明，渤中西南次洼沙三段地層在東營組末期溫度高達(dá)160～190 ℃，到明化鎮(zhèn)組末期，溫度已達(dá)200 ℃以上。渤中凹陷勘探成果和渤中21-2-A井烴源巖熱演化史模擬結(jié)果表明，渤中主凹和西南次洼沙三段烴源巖在東營組末期開始大量生烴，館陶組時期進(jìn)入生烴高峰期，現(xiàn)今烴源巖進(jìn)入生氣階段；沙一段—沙二段、東三段烴源巖在館陶組時期進(jìn)入生烴期，館陶組末期進(jìn)入主生烴階段，明化鎮(zhèn)組時期至今，部分沙一段—沙二段烴源巖進(jìn)入大量生氣階段[9-10,15,18,21](見圖8)。已鉆井揭示，研究區(qū)南側(cè)渤中26-2油田潛山油氣來自渤中西南西洼，證實(shí)渤中西南次洼具有較大供烴能力。

圖8　渤中21-2-A井烴源巖熱演化史模擬分析Fig.8 BZ21-2-A well source rock thermal evolution history modeling and analysis

3.2圈閉

渤中21-22構(gòu)造區(qū)受多期構(gòu)造運(yùn)動疊加作用影響，主要發(fā)育三種類型圈閉：(1)斷塊型和斷背斜型圈閉，為研究區(qū)最主要圈閉類型，其中渤中21-2和22-1構(gòu)造古生界碳酸鹽巖潛山斷背斜型圈閉，受印支晚期、燕山早期運(yùn)動造成的斷裂與反轉(zhuǎn)地層共同控制，其余圈閉主要受斷裂控制；(2)巖性—構(gòu)造圈閉，主要位于新近系明化鎮(zhèn)組下段，受淺水三角洲沉積與斷裂晚期活動共同影響，在淺層產(chǎn)生復(fù)雜斷塊，如渤中21-1和21-4構(gòu)造明化鎮(zhèn)組圈閉等；(3)巖性—地層型圈閉，位于渤中21-2構(gòu)造中部東二下亞段繼承性發(fā)育的同沉積坡折帶附近，儲集體類型為湖底扇成因的巖性體，由于地層向湖方向減薄尖滅，形成巖性—地層型圈閉。渤中21-22構(gòu)造區(qū)圈閉具有構(gòu)造形態(tài)好、圈閉面積大、構(gòu)造幅度適中，以及深淺層圈閉疊合性較好的特點(diǎn)。

3.3碳酸鹽巖潛山儲層物性

碳酸鹽巖潛山儲層基質(zhì)孔隙度一般小于2%，依靠孔隙型儲層不能形成有效儲層，中—大型斷裂的發(fā)育促進(jìn)縫、洞形成，并對縫、洞分布有明顯控制作用，對改善碳酸鹽巖潛山物性效果顯著[22-23]。印支晚期、燕山早期及燕山晚期，渤中21-22構(gòu)造區(qū)經(jīng)歷三次強(qiáng)烈的擠壓運(yùn)動，使碳酸鹽巖潛山抬升，暴露地表遭受剝蝕，并在潛山頂面形成風(fēng)化殼。在有利于巖溶作用的水動力環(huán)境和古地貌條件下，經(jīng)過長期風(fēng)化剝蝕，研究區(qū)常發(fā)育非均質(zhì)層狀巖溶性儲層。燕山中期和古近紀(jì)以來的劇烈構(gòu)造運(yùn)動，使長期活動斷裂(F1、F2和F3等)和潛山內(nèi)幕斷裂活動頻繁且強(qiáng)烈，地表水沿開啟的長期活動斷裂和潛山內(nèi)幕斷裂滲入碳酸鹽巖潛山并發(fā)生溶蝕作用，溶蝕孔洞沿?cái)嗔蜒由旆较蚍植迹瑢嗔阎車妓猁}巖地層的儲集物性有很好的改善作用；同時印支晚期、燕山早期、燕山晚期的劇烈擠壓運(yùn)動，使長期活動斷裂和潛山內(nèi)幕斷裂附近產(chǎn)生大量構(gòu)造裂縫。這些裂縫經(jīng)過地表水長期淋濾、溶蝕作用，可形成大量形態(tài)各異、大小不一的次生裂縫、溶孔，與原生的孔、洞、縫連通，組成復(fù)雜的相互連通的空間網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，明顯改善碳酸鹽巖儲集性能，使之成為優(yōu)質(zhì)儲層(見圖9)。巖心觀察結(jié)果顯示，渤中21-2-A井碳酸鹽巖儲層儲集空間類型以裂縫、溶蝕孔洞等為主，局部地區(qū)發(fā)育方解石脈充填的節(jié)理(見圖10)。

圖9　渤中21-22構(gòu)造區(qū)碳酸鹽巖覆蓋區(qū)均方根振幅屬性Fig.9 Root mean-square amplitude attributes of carbonate rocks covered area at Bozhong 21-22 structure

圖10　渤中21-2-A井碳酸鹽巖潛山巖心照片

Fig.10 Core photo of carbonate buried-hill of BZ21-2-A well

3.4油氣運(yùn)移

油氣的跨層運(yùn)移主要通過斷裂和不整合面疏導(dǎo)進(jìn)行，在成藏關(guān)鍵時刻活動的斷裂成為油氣運(yùn)移的疏導(dǎo)通道[24-25]。油氣勘探結(jié)果表明，研究區(qū)油氣大規(guī)模運(yùn)聚成藏時期主要發(fā)生在明上段—第四紀(jì)[8-9,14]。該時期活動斷裂主要為長期活動斷裂和晚期活動斷裂，渤中21-22構(gòu)造油氣運(yùn)移的有效疏導(dǎo)系統(tǒng)由斷裂、不整合面和砂(礫)巖層三部分構(gòu)成。研究區(qū)油氣疏導(dǎo)方式主要分為三種類型：

(1)不整合面和裂縫組成疏導(dǎo)體系，印支晚期、燕山早期及燕山晚期等多次構(gòu)造運(yùn)動，使古生界潛山頂面長期暴露地表而遭受剝蝕、淋濾，形成大型不整合面，并產(chǎn)生大量縫、洞等，地表水沿縫、洞和潛山內(nèi)幕斷裂溶蝕，使不整合面下的孔、縫、洞連通性大幅增強(qiáng)，沙河街組和東三段烴源巖與古生界碳酸鹽巖直接接觸，供油窗口大，油氣沿不整合面向碳酸鹽巖儲層大量聚集成藏。

(2)長期活動斷裂和砂體組成疏導(dǎo)體系，直接溝通凹陷烴源巖和中淺層圈閉，斷層下降盤發(fā)育湖相砂巖體，與烴源巖呈“指狀”大面積接觸，烴源巖生成的油氣先運(yùn)移至砂體中聚集，當(dāng)砂體內(nèi)油氣達(dá)到一定飽和度并伴隨斷層活動加強(qiáng)時，油氣沿?cái)嗝鎻纳绑w內(nèi)運(yùn)移至上部合適圈閉而聚集成藏。

(3)長期活動斷裂、晚期斷裂和砂(礫)巖組成疏導(dǎo)體系，油氣沿長期活動斷層垂向運(yùn)移至館陶組，然后沿館陶組大套砂(礫)巖橫向運(yùn)移至低勢區(qū)，晚期斷裂對油氣具有側(cè)向再分配作用。

綜上所述，斷裂在油氣疏導(dǎo)體系中占核心地位。渤中21-22構(gòu)造區(qū)發(fā)現(xiàn)的含油氣構(gòu)造具有三種類型油氣疏導(dǎo)方式，如渤中21-2構(gòu)造碳酸鹽巖潛山成藏疏導(dǎo)體系屬于第一種類型，渤中26-2N油田東營組和館陶組成藏疏導(dǎo)體系屬于第二種類型，渤中21-1構(gòu)造館陶組和明化鎮(zhèn)組成藏疏導(dǎo)體系屬于第三種類型(見圖11)。

圖11　渤中21-22構(gòu)造區(qū)油氣運(yùn)移模式Fig.11 The oil and gas migration model of Bozhong 21-22 structure area

4　結(jié)論

(1)渤中21-22構(gòu)造區(qū)斷裂主要發(fā)育長期活動(主干)、潛山內(nèi)幕和晚期三種類型；按形成機(jī)制，主要發(fā)育伸展斷裂、走滑斷裂和逆斷裂三種類型。

(2)渤中21-22構(gòu)造區(qū)斷裂經(jīng)歷六期活動：①印支晚期渤中21-22構(gòu)造區(qū)劇烈壓擠作用發(fā)育大型逆沖斷裂；②燕山早期渤中21-22構(gòu)造區(qū)繼承印支晚期構(gòu)造格局；③燕山中期伸展作用使印支晚期大型逆斷裂反轉(zhuǎn)為正斷裂并伴隨F3斷裂發(fā)生強(qiáng)烈左旋走滑運(yùn)動；④燕山晚期受弱擠壓作用多數(shù)斷裂逆沖反轉(zhuǎn)，但表現(xiàn)為正斷層特征，潛山內(nèi)幕斷裂定型；⑤館陶組沉積前強(qiáng)烈的伸展作用使F1斷裂發(fā)育，并控制渤中西南次洼形成，F(xiàn)3斷裂變?yōu)橛倚呋樯罅客砥诖渭墧嗔?；⑥館陶組沉積至現(xiàn)今，F(xiàn)3斷裂發(fā)生強(qiáng)烈右旋走滑運(yùn)動并伴隨弱伸展作用，晚期斷裂依附于主干斷裂強(qiáng)烈活動。

(3)渤中21-22構(gòu)造區(qū)斷裂控制油氣成藏主要表現(xiàn)在四個方面：①斷裂活動控制渤中西南次洼形成，進(jìn)而控制烴源巖展布和熱演化；②斷裂活動控制研究區(qū)發(fā)育斷背斜和斷塊型背斜、巖性—構(gòu)造、巖性—地層等三種類型圈閉；③斷裂活動改善古生界碳酸鹽巖儲層物性；④斷裂、不整合面和砂(礫)巖層等組成研究區(qū)油氣運(yùn)移的有效疏導(dǎo)體系，其中斷裂占主導(dǎo)地位。

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2015-11-03；編輯：張兆虹

國家科技重大專項(xiàng)(2011ZX05023-006-002)

胡賀偉(1986-)，男，碩士，工程師，主要從事石油地質(zhì)勘探方面的研究。

10.3969/j.issn.2095-4107.2016.02.005

TE122.1

A

2095-4107(2016)02-0036-11