網(wǎng)格狀斷裂對石臼坨凸起新近系油氣藏的控制作用

張參，牛成民，杜曉峰

(中海石油(中國)有限公司天津分公司渤海油田研究院，天津 300452)

余宏忠

(中海石油(中國)有限公司，北京 100018)

張宏國，蘇凱

(中海石油(中國)有限公司天津分公司渤海油田研究院，天津 300452)

網(wǎng)格狀斷裂對石臼坨凸起新近系油氣藏的控制作用

張參，牛成民，杜曉峰

(中海石油(中國)有限公司天津分公司渤海油田研究院，天津 300452)

余宏忠

(中海石油(中國)有限公司，北京 100018)

張宏國，蘇凱

(中海石油(中國)有限公司天津分公司渤海油田研究院，天津 300452)

利用石臼坨凸起及其鄰區(qū)現(xiàn)有鉆井、新三維地震等勘探資料，通過斷層分析、構(gòu)造樣式分析等手段，分析了石臼坨凸起新近系的斷裂特征及油氣運聚規(guī)律。研究結(jié)果表明，石臼坨凸起發(fā)育由北西向構(gòu)造變換帶與北東、北東東向斷層形成的網(wǎng)格狀斷裂，其對巖性圈閉的形成、油氣運聚具有控制作用，最終在石臼坨凸起淺層形成源外階梯式油氣運移模式。該認識直接指導了秦皇島33-1南億噸級油氣田的勘探發(fā)現(xiàn)，對于渤海其他類似凸起的勘探也具有重要指導意義。

構(gòu)造變換帶；網(wǎng)格狀斷裂；油氣運移模式；石臼坨凸起

斷裂是控制油氣生成、運移、聚集、保存和分布的根本原因[1]，尤其是斷裂的產(chǎn)狀對油氣的運聚成藏具有直接的控制作用，直接控制油氣藏的數(shù)量、儲量規(guī)模以及油氣的富集層系等[2,3]。張文佑等[4]研究認為黑魚泡-孤店斷裂控制了大慶長垣油田的形成，油氣沿斷裂帶運移和富集，形成具有不同特征和獨立系統(tǒng)的斷塊油田。李德生[5]指出渤海灣盆地具有不同油氣豐度和油氣組合的50多個古近系凹陷都是沿著郯廬斷裂帶分布的。此外，國內(nèi)還有眾多學者對斷裂的控藏作用開展了大量系統(tǒng)研究，總結(jié)了斷裂對油氣藏形成與分布的認識和觀點[6～8]。對于石臼坨凸起斷裂的控藏作用，前人多從單一NE或NEE走向的斷層來研究其控藏作用[9～11]，而筆者通過近年來新采集的大面積三維地震資料的精細解釋、新鉆井資料的重新認識，認為石臼坨凸起存在NW向隱性斷層與NEE向斷層構(gòu)成凸起的網(wǎng)格狀斷裂體系，網(wǎng)格狀斷裂對石臼坨凸起新近系油氣藏起控制作用，該認識直接指導了秦皇島33-1南億噸級巖性油氣藏的勘探發(fā)現(xiàn)，同時建立的油氣成藏模式對于渤海海域其他類似凸起新近系的油氣勘探具有重要的借鑒意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

石臼坨凸起位于渤海海域西北部，是渤海灣盆地的一個二級構(gòu)造單元，總體走向呈近EW向，北、西、南三面被秦南凹陷、南堡凹陷和渤中凹陷等3個富生烴凹陷所環(huán)繞。凸起整體形如地質(zhì)錘狀，其中錘體由EW走向的凸起主體和東傾沒端組成，錘柄為NW-SE走向的南傾沒端，可劃分為凸起主體、凸起南傾沒端和凸起東傾沒端3個部分，其中南傾沒端和東傾沒端分別向南和向東呈兩個狹窄的分支傾沒入渤中坳陷。石臼坨凸起以“斷層”或“超覆”的方式與周圍凹陷相接觸，但“斷層”或“超覆”的方向在不同地區(qū)有所不同。凸起主體南側(cè)以南傾斷層與渤中坳陷相接，北側(cè)與秦南凹陷以上超形式過渡。南傾沒端的西側(cè)和南側(cè)均以斷層為界，東側(cè)與渤中坳陷為超覆接觸關(guān)系，而東傾沒端南、北均以斷層與渤中凹陷和秦南凹陷相接觸。

目前，石臼坨凸起歷經(jīng)多年的勘探，已發(fā)現(xiàn)QHD32-6油田、NB35-2油田、QHD33-1油田等多個大中型油氣田，證實石臼坨凸起是油氣運移的最終歸屬，成藏條件十分優(yōu)越(圖1)。隨著勘探程度的深入，石臼坨凸起上可供勘探的構(gòu)造圈閉變得越來越少，面積也越來越小。近年來，通過研究認為石臼坨凸起淺層的NE向和NW向兩組斷裂帶附近存在構(gòu)造變換帶，進而控制了凸起淺層的局部構(gòu)造應(yīng)力場和沉積體系的展布。在深入研究凸起油氣富集規(guī)律的基礎(chǔ)上，積極轉(zhuǎn)變勘探思路和創(chuàng)新技術(shù)組合，將勘探方向逐步轉(zhuǎn)向針對低幅構(gòu)造背景下的構(gòu)造-巖性油氣藏勘探的探索，最終通過鉆探證實了在構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶附近多個巖性砂體形成了巖性尖滅帶和轉(zhuǎn)換帶，對構(gòu)造-巖性、巖性油氣藏具有明顯的控制作用，該認識直接指導了石臼坨凸起中段QHD33-1南等油田巖性油氣藏的勘探發(fā)現(xiàn)。

圖1 研究區(qū)區(qū)域位置圖

2 斷裂特征

石臼坨凸起斷裂十分發(fā)育，其中顯性斷裂主要為伸展斷裂，發(fā)育于凸起的南部邊界和凸起內(nèi)部。從構(gòu)造背景上看，石臼坨凸起受到NE向郯廬走滑斷裂、NW向張家口-蓬萊走滑斷裂帶的共同影響，導致凸起晚期NE向斷裂存在分段性，存在NW向具有一定走滑性質(zhì)的隱性斷裂，最終兩組方向斷裂在凸起內(nèi)部形成網(wǎng)格狀斷裂體系。

2.1 凸起邊界斷層

石臼坨凸起的南側(cè)邊界主干斷層(石南一號斷層)控制著整個凸起的形成演化，對油氣的運聚和成藏也有很大的影響，同時石南一號斷層在不同構(gòu)造部位具有不同的展布特征，在凸起的中-東部主要為近EW走向或NEE走向，而在凸起的西部，其走向變化較大，既有NE向也有NW向。斷層硬聯(lián)接相互作用是指不同斷層主要通過相交、合并和分叉等硬聯(lián)接方式直接聯(lián)接在一起[12]。通過斷層分析相關(guān)方法來研究石南一號斷層的發(fā)育特征，結(jié)果表明石南一號斷層走向多變，是由多條斷裂硬聯(lián)接而成，其硬聯(lián)接方式包括側(cè)列式、帚狀式、斜交式等。石南一號斷層東段走向NEE，連續(xù)性較好，整體微呈反“S”型，西末端向南彎曲，東末端呈多支分叉(圖2)。在剖面上，東段斷裂整體表現(xiàn)出上陡下緩的鏟式正斷層特征，淺層發(fā)育有分支斷層，組合成“Y”字型。石南一號斷層西斷是凸起主體與南傾沒端的分界斷裂，走向自東向西由NW轉(zhuǎn)為NE，西末端呈馬尾狀。在剖面上呈上陡下緩的鏟式形態(tài)，淺層發(fā)育多條分支斷層(圖3)。石南一號斷層東西兩段呈帚狀聯(lián)接，表現(xiàn)為一條斷裂的端點疊置在另一條斷裂的中部，斷裂疊置部位為相對擠壓隆升區(qū)，發(fā)育斷背斜圈閉。

2.2 凸起內(nèi)部斷層

石臼坨凸起內(nèi)部斷層十分發(fā)育，主要發(fā)育NE、NEE向呈條帶狀展布的斷裂帶。不同的層位上，斷裂展布特征有所不同，在新生界底面，斷裂數(shù)量較少，但規(guī)模一般都較大。在中部層位，由于地層已大多被剝蝕，斷裂較少，早期的基底斷裂一般都發(fā)生了繼承性的活動。館陶組開始沉積以后，淺層斷裂數(shù)量明顯增多，由于這些淺層斷裂的發(fā)育多受主干斷裂或區(qū)域應(yīng)力場的控制，發(fā)育規(guī)律也更為明顯，如西部受張家口-蓬萊走滑斷裂帶影響，具有明顯的收斂特征。

圖2 石臼坨凸起淺層相干切片圖

圖3 石臼坨凸起結(jié)構(gòu)圖(剖面位置見圖1)

石臼坨凸起中東部地區(qū)主要密集發(fā)育NE、NEE向斷層，大都切入館陶組地層，是凸起內(nèi)部重要的油源斷層，這些斷層多以平行、雁列和側(cè)列等方式發(fā)生軟聯(lián)接，軟聯(lián)接在斷層疊置區(qū)域形成多種類型的構(gòu)造變換帶，即形成NW向的隱性斷裂。其斷裂活動特征具有以下特點(圖4)：①在北西向隱性斷裂兩側(cè)的地層產(chǎn)狀發(fā)生突變，出現(xiàn)撓曲、變形、高低不平的地震反射特征；②NE向斷裂的活動強度在走向上具有明顯的分段式特征，且斷層的掉向明顯相反；③在兩組斷裂共軛錯動帶上，斷裂延伸方向在走向上發(fā)生突變。

2.3 網(wǎng)格狀斷裂體系

石臼坨凸起的新近紀構(gòu)造活動主要表現(xiàn)為近NE向與近NW向兩組方向的斷裂活動，其中NE向斷裂為顯性斷裂，具有發(fā)育早、斷距大和長期活動的特點，它是中國東部大型走滑斷裂(郯廬斷裂)的分支斷裂，控制了石臼坨凸起古地貌變化及凸起邊界范圍；而NW向斷裂在新近紀表現(xiàn)為隱形斷裂，具有活動性減弱、斷距小等特點，它是受新近系時期中國東部另外一條大型走滑斷裂(北京-蓬萊斷裂)的影響。近NE向與近NW向兩組方向斷裂在平面上呈現(xiàn)近90°相交的現(xiàn)象，構(gòu)成網(wǎng)格狀分布，整體表現(xiàn)為共軛走滑錯動特征(圖5)。

圖4 石臼坨凸起北西向構(gòu)造變換帶存在特征圖(剖面?、?，斷裂條帶?、?位置見圖1)

圖5 石臼坨凸起網(wǎng)格狀斷裂體系圖

3 網(wǎng)格狀斷裂對油氣藏的控制作用

3.1 對巖性圈閉的控制作用

石臼坨凸起中段新近系在古隆起背景上發(fā)育多個斷鼻、斷塊型構(gòu)造圈閉，單個圈閉面積較小、幅度較低，但是整體具有北、東、南三面下傾，向西逐漸抬升的低幅構(gòu)造背景，成藏條件十分優(yōu)越。在此構(gòu)造背景下，明化鎮(zhèn)組下段發(fā)育物源來自北部燕山褶皺帶的曲流河和極淺水三角洲沉積體[11]，向西沿上傾方向發(fā)生巖性尖滅，形成了多個構(gòu)造-巖性和巖性圈閉，這些圈閉縱向疊置、橫向連片，彌補了構(gòu)造圈閉面積較小的不足，具有較大的勘探潛力。

網(wǎng)格狀斷裂對巖性圈閉具有控制作用，主要體現(xiàn)在兩個方面。一方面由于凸起中段存在多條NW向的構(gòu)造變換帶，控制了其兩側(cè)斷塊的構(gòu)造形態(tài)，形成轉(zhuǎn)換斜坡、斜向背斜和地壘等[13，14]，影響和控制凸起的古地貌形態(tài)，進而影響新近系淺水三角洲砂體的平面展布，砂體展布具有明顯分區(qū)性，同斷裂的分區(qū)性具有較好的一致性，即構(gòu)造變換帶附近是形成巖性砂體尖滅的有利場所(圖6)，導致多種類型的構(gòu)造-巖性圈閉形成。另一方面斷裂與砂體有效配置形成凸起淺層的重要圈閉類型有兩種：一種是斷裂遮擋-砂體尖滅型巖性圈閉，在上傾方向上，巖性圈閉發(fā)生尖滅，同時在低部位，巖性圈閉被晚期斷層遮擋；一種是斷裂間切割砂體型巖性圈閉。斷-砂產(chǎn)狀配置主要有反向、順向、屋脊式以及逆牽引式等4種。從油氣聚集的角度來看，反向型的上盤、順向型下盤、逆牽引式的上盤均有利于油氣的聚集，屋脊式不利于油氣聚集，最終形成了油氣富集的有效斷層-巖性圈閉。上述結(jié)論在QHD33-1南油田的勘探過程中得到了充分證實。總之，石臼坨凸起斷層-砂體多種匹配關(guān)系的共同存在，更有利于研究區(qū)油氣聚集成藏。

圖6 石臼坨凸起北西向構(gòu)造變換帶控制沉積模式圖

在上述兩個有利條件基礎(chǔ)上，石臼坨凸起被秦南凹陷、南堡凹陷和渤中凹陷等3個富生烴凹陷所環(huán)繞，油氣來源充足，凹陷晚期生成的油氣沿館陶組砂礫巖輸導層向凸起大規(guī)模運移的同時，構(gòu)造區(qū)斷至館陶組的晚期活動斷層比較發(fā)育，有利于將油氣運移至與之接觸的有效圈閉中聚集或繼續(xù)向高部位有效圈閉運移，最終在石臼坨凸起形成疊合含油面積較大的構(gòu)造-巖性和巖性油氣藏。

3.2 對油氣運聚的控制作用

石臼坨凸起斷裂對油氣運聚的控制作用主要體現(xiàn)在兩個方面。一方面斷裂活動性強導致油氣主要沿垂向運移。古近紀，凸起邊界斷裂石南一號斷層長期活動，且該斷層在走向上的變化會形成凸凹相間的斷面，其中表現(xiàn)為凸面的斷面與作為古近系油氣中轉(zhuǎn)站的凸起邊界斷層下降盤發(fā)育的近源扇體直接接觸，利于凹陷烴源巖生成的油氣匯聚，然后再向凸起方向發(fā)生垂向運移。對于凸起新近系而言，館陶組頂部和底部發(fā)育疊合連片的辮狀河砂體與切入其中的晚期斷層就構(gòu)成了凸起區(qū)內(nèi)部油氣橫向和縱向運移的立體輸導體系。沿邊界斷層凸面匯聚運移上來的油氣注入館陶組砂體，油氣最終沿著館陶組的頂面砂體和與之配置好的晚期斷裂向更淺層的明化鎮(zhèn)組圈閉聚集。另一方面在斷層活動性弱的凸起內(nèi)部，由于弱活動性斷層對油氣的運移主要起封閉作用，油氣主要靠垂向輸導浮力機制向更淺層垂向輸導，最終油氣沿著在浮力機制驅(qū)動下砂-砂對接所形成的“Z”字型路線運移至圈閉成藏(圖7)，主要有2種：①砂體與砂體對接的穿越斷層“Z”字型油氣運移模式；②遠離斷層的砂-砂側(cè)接型“Z”字型油氣運移模式[15]。凸起內(nèi)部的這兩種“Z”字型油氣運移模式相互聯(lián)合和補充，最終導致石臼坨凸起內(nèi)部的油氣富集區(qū)的形成。

兩組方向網(wǎng)格狀斷裂活動在不同的斷裂帶網(wǎng)格內(nèi)表現(xiàn)不同的力學性質(zhì)，形成了相對擠壓或相對拉張等不同力學性質(zhì)的區(qū)帶，將石臼坨凸起分割成相對獨立的幾個區(qū)塊，如QHD32區(qū)、QHD33區(qū)和QHD27區(qū)等。因此，斷裂活動性差異對新近系油氣藏的油氣運移和富集影響巨大，形成了具有“格子雙晶”控制下油氣藏成藏及富集模式。

圖7 “Z”字型油氣運聚模式圖

3.3 石臼坨凸起油氣成藏模式

斷裂是凸起油氣聚集成藏的關(guān)鍵因素之一?；趯ν蛊鹁W(wǎng)格狀斷裂研究的基礎(chǔ)之上，再結(jié)合古近系邊界斷裂附近的近源扇三角洲沉積體、館陶組底部橫向展布范圍廣泛的砂礫巖體以及明化鎮(zhèn)組下段斷-砂匹配關(guān)系的分析，認為石臼坨凸起淺層油氣運聚模式為源外階梯式運移模式(圖8)：第一級階梯為古近系沙河街組烴源巖和邊界斷裂附近的近源扇三角洲砂體；第二級階梯為館陶組厚度大、分布廣泛的砂礫巖輸導層；第三級階梯為油氣聚集成藏的明化鎮(zhèn)組構(gòu)造-巖性、巖性圈閉。邊界斷裂與晚期斷裂將三級階梯連貫溝通，形成立體有效的油氣輸導體系，主要是指邊界斷裂下降盤沙河街組發(fā)育的沉積體捕獲了來自凹陷烴源巖生成的油氣，伴隨著斷層的“幕式”活動，沉積體中的油氣沿斷層凸面優(yōu)勢向上運移到館陶組砂礫巖輸導層中，進一步沿館陶組構(gòu)造脊進行橫向運移，再由切入館陶組的晚期斷層將油氣向上運移至明化鎮(zhèn)組砂體中聚集成藏。該種成藏模式直接指導了QHD33-1南億噸級油田群的發(fā)現(xiàn)，實現(xiàn)了在億噸級油田周邊(QHD32-6油田)再現(xiàn)億噸級油田的壯觀場面，另外該模式還對于渤海其他類凸起淺層的油氣勘探具有重要的借鑒意義。

圖8 源外階梯式油氣運移模式

4 結(jié)論

1)石臼坨凸起內(nèi)部存在北西向的構(gòu)造變換帶，其與凸起南部邊界斷層以及凸起內(nèi)部的NE、NEE向斷層形成石臼坨凸起網(wǎng)格狀斷裂體系。

2)網(wǎng)格狀斷裂對巖性圈閉的控制作用體現(xiàn)在兩個方面：一方面NW向的構(gòu)造變換帶影響凸起的古地貌形態(tài)，巖性砂體易在變換帶附近尖滅，形成多種樣式的構(gòu)造-巖性圈閉；另一方面斷裂與砂體耦合是構(gòu)成石臼坨凸起新近系巖性有效圈閉的要素之一，巖性圈閉低部位往往在一個或多個方向上被晚期斷層切割或遮擋，形成斷層-巖性圈閉。

3)石臼坨凸起斷裂對油氣運聚的控制作用主要體現(xiàn)在兩個方面：一方面斷層活動強度大的地區(qū)，油氣主要沿著大斷層的斷面向上運移；另一方面弱斷層活動區(qū)凸起內(nèi)部“Z”字型油氣運移模式。

4)石臼坨凸起淺層油氣運聚模式為源外階梯式運移模式：邊界斷層和凸起晚期斷層溝通古近系邊界斷裂附近的近源扇三角洲沉積體、館陶組底部橫向展布范圍廣泛的砂礫巖體以及明化鎮(zhèn)組下段砂體等三級階梯。

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[編輯] 宋換新

2016-11-20

國家科技重大專項(2011ZX05023-006-002)。

張參(1982- )，男，碩士，工程師，主要從事石油地質(zhì)綜合研究工作，zhangcheng0302@126.com。

TE122.12

A

1673-1409(2017)7-0008-07

[引著格式]張參，牛成民，杜曉峰，等.網(wǎng)格狀斷裂對石臼坨凸起新近系油氣藏的控制作用[J].長江大學學報(自科版), 2017,14(7):8～14.