彰武斷陷東部陡坡帶斷裂特征與控儲(chǔ)模式

郭麗彬，杜學(xué)斌，李祥權(quán)

（1. 中國石油化工股份有限公司江漢油田分公司勘探開發(fā)研究院，湖北武漢 430223；2. 中國地質(zhì)大學(xué)（武漢），湖北武漢 430074）

松南斷陷群位于松遼盆地南緣，為早白堊世期間形成的眾多小規(guī)模斷陷盆地[1]。由于斷陷盆地具有“多階段演化和后期強(qiáng)烈改造”特征[2-4]，加上鉆井資料較少，整體上松南地區(qū)勘探程度仍較低。近年來隨著油氣勘探與開發(fā)強(qiáng)度加大，在彰武斷陷中部發(fā)現(xiàn)了彰武油田，提交石油地質(zhì)儲(chǔ)量1 996×104t，顯示該區(qū)具有一定的勘探潛力。近些年，對(duì)彰武斷陷重新開展了構(gòu)造-沉積-成藏再認(rèn)識(shí)，并于2019年底部署了彰武斜13井并成功獲得工業(yè)油流（義縣組），從而大大拓展了該區(qū)勘探領(lǐng)域。這一發(fā)現(xiàn)對(duì)松南地區(qū)具有相似特征小斷陷群的油氣勘探具有重要啟示和借鑒意義。本文通過對(duì)彰武斷陷主要斷裂的空間展布、活動(dòng)性、斷裂組合及斷裂對(duì)沉積的控制作用研究，闡明盆地?cái)嘞萜趹?yīng)力機(jī)制、原型盆地性質(zhì)及盆地陡坡帶有利儲(chǔ)集體發(fā)育模式，以期對(duì)盆地東部陡坡帶油氣進(jìn)一步勘探提供依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

彰武斷陷位于松南斷陷盆地群中部，勘探面積150 km2（圖1A），是松南地區(qū)勘探程度相對(duì)較高的次級(jí)構(gòu)造單元，到目前為止盆地整體處于評(píng)價(jià)勘探階段。盆內(nèi)充填以上白堊統(tǒng)斷陷期地層為主，坳陷期地層由于后期的構(gòu)造抬升剝蝕殆盡[5]。主要地層包括義縣組(K1y)、沙海組(K1sh)、九佛堂組(K1jf)、阜新組(K1f)等地層[6]。義縣組時(shí)期，整體為火山巖及其相關(guān)的巖相，是斷陷發(fā)育的前奏。九佛堂組沉積時(shí)期，為斷陷充填階段，東部為陡坡帶，西部為緩坡帶[7]。巖性為砂巖、頁巖及泥巖的組合，地層厚度350～800 m，是主要的目的層系。由上至下劃分出7個(gè)砂組。沙海組時(shí)期沉積范圍明顯擴(kuò)大，充填大套粗粒砂礫巖沉積物，地層厚度440～690 m[8]，屬于準(zhǔn)平原化階段。阜新組沉積時(shí)期，發(fā)育棕紅色泥巖夾雜色砂礫巖，具有明顯的平原化特征（圖1B）。

圖1 彰武斷陷九佛堂組斷裂體系圖（A）與綜合柱狀圖（B，數(shù)據(jù)來源于ZW2井）Fig. 1 Fault system map (A) and synthesis columnar chart (B, the data is from well ZW2) of Jiufotang Formation in Zhangwu Depression

2 斷裂發(fā)育特征

2.1 邊界斷裂空間展布厘定及活動(dòng)性分析

彰武斷陷東部邊界斷層為彰武斷裂，屬于基底斷裂，走向?yàn)镹NE-NW向。因后期隆升剝蝕、巖漿侵入及構(gòu)造變形等因素的影響導(dǎo)致盆地部分區(qū)段邊界斷裂地震響應(yīng)特征不明顯（圖2、圖3），在以往研究中均將其視為一條空間上連貫的斷裂（圖1A）。本次通過人工解釋投影及斷裂空間活動(dòng)性分析方法相結(jié)合對(duì)其開展研究，人工解釋好處是加入了人為主觀因素的分析、推斷和解釋，從而突破地震資料本身對(duì)于解釋工作的限制[9]。斷裂空間活動(dòng)性分析對(duì)于斷裂的空間展布特征、演化歷史及其對(duì)沉積、地貌的控制等方面具有重要意義[10-11]。

圖2 彰武斷陷AA′剖面構(gòu)造地層格架解釋（剖面位置見圖1A）Fig. 2 Structural stratigraphic framework interpretation of AA′ section in Zhangwu Depression (the section location is shown in Fig. 1A)

圖3 彰武斷陷BB′剖面構(gòu)造地層格架解釋（剖面位置見圖1A）Fig. 3 Structural stratigraphic framework interpretation of BB′ section in Zhangwu Depression (the section location is shown in Fig. 1A)

選取21條三維地震數(shù)據(jù)主測線對(duì)彰武斷裂進(jìn)行剖面解釋和九佛堂組頂T41界面平面投影（圖4）。根據(jù)這些剖面上彰武斷裂在T41界面上的投影點(diǎn)，可以將彰武斷裂在空間上大致分為四段，四段斷裂在空間上沿NE走向錯(cuò)開排列，整體呈右階式展布（圖4）。據(jù)此，我們推斷彰武斷裂在空間上并非是一條完整的斷裂，而是由多條呈右階式排列，空間上近于銜接的系列斷裂形成的盆緣控盆斷裂帶。

圖4 彰武斷陷T41界面彰武斷裂平面投影及展布圖Fig. 4 Fault plane projection and distribution of T41 interface in Zhangwu Depression

同沉積張性斷裂下降盤地層厚度的空間變化能夠反映該斷裂空間活動(dòng)性的差異，上述21條三維地震主測線上彰武斷裂下降盤九佛堂組和沙海組時(shí)間地層厚度的統(tǒng)計(jì)顯示九佛堂組和沙海組地層厚度在空間上具有明顯的分段性（圖5）。九佛堂組地層厚度在主測線L720線-L920線區(qū)間地層厚度最大，在主測線L300線附近、L600線-L720線、L920線-L980線出現(xiàn)三個(gè)地層厚度相對(duì)低值區(qū)段，以其為分隔可以將彰武斷裂空間上分為四段。沙海組地層斷距整體表現(xiàn)為南側(cè)數(shù)值大，北側(cè)數(shù)據(jù)小，同時(shí)與九佛堂組相似，在主測線L300線附近、L600線-L720線、L920線-L980線區(qū)段地層厚度值亦出現(xiàn)相對(duì)低值拐點(diǎn)區(qū)段。將彰武斷層的平面投影點(diǎn)所控制的斷裂平面展布形態(tài)與其下降盤地層厚度的空間變化進(jìn)行對(duì)比，地層厚度在L300線附近、L600線-L720線、L920線-L980線三個(gè)相對(duì)低值區(qū)段與彰武斷裂分段斷裂的銜接區(qū)段正好吻合，二者共同印證了彰武控盆斷裂在盆地?cái)嘞萜诰哂蟹侄位顒?dòng)的特征。

圖5 彰武斷陷九佛堂組、沙海組地層厚度-距離統(tǒng)計(jì)曲線圖Fig. 5 Statistical curve of the formation thickness-distance of Jiufotang Formation and Shahai Formation in Zhangwu Depression

2.2 盆內(nèi)斷裂空間展布特征及活動(dòng)性分析

彰武斷陷內(nèi)發(fā)育腰堡、孟堡-關(guān)家村及何西-何堡-關(guān)西3個(gè)主要次級(jí)斷裂帶(圖1A、圖4)，斷裂帶與斷裂帶或斷裂帶內(nèi)部次級(jí)斷裂之間具斜向排列或低角度相交關(guān)系[12]，在垂直盆地走向剖面上各斷裂帶以同向階梯式構(gòu)造樣式為主（圖2、圖3），其中腰堡、關(guān)西斷裂帶發(fā)育單條斷裂，孟堡-關(guān)家村斷裂帶由主斷裂和次級(jí)斷裂組成[13]。

對(duì)選取的AA′和BB′兩條地震測線（圖1A、圖2和圖3）九佛堂組和沙海組頂?shù)酌媛裆?、垂直斷距及斷層生長指數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析（圖6）。AA′線主要存在兩個(gè)斷層，從西至東依次為何堡斷層和腰堡斷層。其中腰堡斷層在九佛堂組和沙海組生長指數(shù)均大于1，表明其在九佛堂組和沙海組沉積時(shí)期均具有同沉積活動(dòng)性。相比較而言，九佛堂組的斷層生長指數(shù)大于沙海組的斷層生長指數(shù)，代表九佛堂組時(shí)期斷層的活動(dòng)性更強(qiáng)，從兩套地層頂界面斷距的增量來看，也反映了這一特征[14]。其中何堡斷層只斷穿T41和T42，表明其主要在九佛堂組時(shí)期活動(dòng)。橫向比較，九佛堂組地層腰堡斷層的生長指數(shù)和頂?shù)捉缑鏀嗑嘣隽孔畲螅硌鄬釉诰欧鹛媒M沉積時(shí)期是盆內(nèi)相對(duì)活動(dòng)較強(qiáng)的一個(gè)斷層，且在沙海組沉積時(shí)期持續(xù)活動(dòng)[15]。

圖6 九佛堂-沙海組斷層斷距-埋深曲線及生長指數(shù)統(tǒng)計(jì)圖(A-AA′線，B- BB′線，地震剖面及位置見圖1A）Fig. 6 The curve of fault distance-buried depth and the statistical chart of growth index of Jiufotang-Shahai Formation fault(A-AA′ line, B- BB′ line, seismic profile and location are shown in Fig. 1A)

BB′線主要經(jīng)過彰武斷陷內(nèi)的關(guān)西斷層和關(guān)家村斷層，因盆地晚白堊區(qū)域隆升活動(dòng)沙海組頂部地層遭受剝蝕。從斷層生長指數(shù)而言，關(guān)西斷層和關(guān)家村斷層在九佛堂組和沙海組生長指數(shù)均大于1，表明其在九佛堂組和沙海組沉積時(shí)期均具有同沉積活動(dòng)性。整體而言，九佛堂組的斷層生長指數(shù)大于沙海組的斷層生長指數(shù)，地層界面垂直斷距的增量也反映了上述特征。橫向比較，關(guān)西斷層的生長指數(shù)和地層界面的垂直斷距增量大于關(guān)家村斷層，代表同時(shí)期關(guān)西斷層的活動(dòng)性相對(duì)較強(qiáng)。

2.3 盆地同沉積地貌格局及其與斷裂展布的耦合關(guān)系

對(duì)彰武斷陷九佛堂組殘余地層厚度進(jìn)行剝蝕量恢復(fù)、古水深恢復(fù)和去壓實(shí)校正，恢復(fù)彰武斷陷九佛堂組沉積時(shí)期同沉積古地貌（圖7）。九佛堂組沉積期盆地西側(cè)緩坡帶和東側(cè)陡坡斷階帶地貌特征明顯，盆地最大沉積沉降中心并非緊靠盆地邊緣控盆斷裂展布，盆地自南至北發(fā)育Ⅰ～Ⅳ四個(gè)洼陷中心，其中Ⅰ洼、Ⅱ洼和Ⅳ洼的長軸走向與盆地整體構(gòu)造走向基本一致，為NNE -NE向，Ⅲ洼長軸方向?yàn)镹NW向。四個(gè)次洼中心長軸走向近斜列排列，Ⅰ洼和Ⅲ洼規(guī)模相對(duì)較大。盆地次洼中心與盆內(nèi)部分?jǐn)嗔丫哂休^好的對(duì)應(yīng)性，反映斷裂對(duì)次洼中心的控制作用。其中Ⅰ洼和關(guān)西斷層相對(duì)應(yīng)，Ⅱ洼和關(guān)家村斷層相對(duì)應(yīng)，Ⅲ洼和腰堡斷層及孟保斷層相對(duì)應(yīng)，Ⅳ洼和腰堡斷層相對(duì)應(yīng)。盆地軸線整體呈大角度“V”字形態(tài)，轉(zhuǎn)換帶位置位于中部近ZW1井-ZW2井-ZW8井一線，以該轉(zhuǎn)換帶位置為軸線在盆地緩坡帶形成伸入盆地洼陷內(nèi)的寬緩鼻狀背斜[16]，而使盆地的洼陷帶在該處變窄，形成盆地中部“束腰”形地貌特征，向南、北兩側(cè)盆地洼陷帶變寬，其中盆地南側(cè)洼陷區(qū)寬度大于北側(cè)洼陷區(qū)（圖7）。

圖7 彰武斷陷九佛堂組同沉積古地貌及其與盆地主要斷裂疊合圖Fig. 7 Superimposed map of synsedimentary paleogeomorphology and main faults in the basin of Jiufotang Formation in Zhangwu Depression

3 原型盆地應(yīng)力機(jī)制分析及斷裂控砂模式

3.1 原型盆地應(yīng)力機(jī)制分析

盆地同沉積期斷裂體系及地貌格局是分析成盆期應(yīng)力體制的主要內(nèi)容。九佛堂組沉積期彰武斷陷盆內(nèi)斷裂均為伸展正斷層，斷裂以右階斜列式為主[17]，結(jié)合該時(shí)期彰武控盆斷裂與盆內(nèi)斷裂的運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系及盆地次洼中心的展布，不難看出其具有典型的左旋右階式扭動(dòng)伸展應(yīng)力體制特征（圖8）。盆地在斜向伸展應(yīng)力作用下，派生與彰武斷裂近平行的NE向左旋張扭應(yīng)力，彰武控盆斷裂具分段式左旋右階式展布，盆內(nèi)次級(jí)斷裂主體走向?yàn)镹NE-NNW向，與彰武斷裂呈斜列派生關(guān)系，而盆地中部構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶推測其成因先存的NW向的盆地基底隱伏斷裂形成的構(gòu)造調(diào)節(jié)活動(dòng)有關(guān)[18]。早白堊世彰武斷陷周緣深大斷裂如嫩江-八里罕斷裂、孫吳-大慶阜新斷裂、佳木斯-伊通斷裂、敦化-密山斷裂在發(fā)生左旋錯(cuò)動(dòng)[19]，彰武斷裂九佛堂組沉積時(shí)期所表現(xiàn)出來的左旋張扭應(yīng)力體制與該時(shí)期的區(qū)域應(yīng)力背景相吻合?；谏鲜鎏卣?，本次研究將九佛堂組沉積時(shí)期的原型盆地稱之為“分隔斜列轉(zhuǎn)換伸展盆地”。

圖8 彰武斷陷九佛堂組時(shí)期成盆應(yīng)力機(jī)制分析圖Fig. 8 Analysis of basin forming stress mechanism during sedimentary period of Jiufotang Formation in Zhangwu Depression

3.2 陡坡帶斷裂體系控砂模式

在斷裂精細(xì)研究的基礎(chǔ)上，選取了目的層段九佛堂四砂組來研究沉積體系與斷裂的匹配關(guān)系。圖9A是該時(shí)期沉積體系空間展布格局（借助單井分析、砂巖厚圖、地震屬性等完成）?？梢钥吹?，在東部陡坡帶，存在很明顯的轉(zhuǎn)換帶物源，即大的沉積朵體均沿?cái)鄬雍蛿鄬拥你暯硬课贿M(jìn)入。這些轉(zhuǎn)換帶物源在盆地實(shí)際上可以推進(jìn)很遠(yuǎn)。這種砂體空間分布格局實(shí)際上改變了原來認(rèn)為砂體只能在斷層下降盤近源堆積的認(rèn)識(shí)，為有利儲(chǔ)集體的預(yù)測提供了一種新的思路。結(jié)合古地貌格局、斷裂格局、沉積格局，提出了陡坡帶“轉(zhuǎn)換控砂”儲(chǔ)層發(fā)育模型（圖9B）。盆地陡坡帶物源入口主要受盆地邊界斷裂（彰武斷層）轉(zhuǎn)換帶控制[20]，邊界斷裂的斜列分段式形成多個(gè)地貌上的構(gòu)造轉(zhuǎn)換斜坡，成為控制盆地陡坡帶物源入口的主要通道。

圖9 彰武斷陷九佛堂組斷層控砂模式（A：九佛堂組沉積體系圖；B：斷裂控砂模式圖）Fig. 9 Sand control model of Jiufotang Formation fault in Zhangwu Depression (A: Sedimentary system map of Jiufotang Formation; B: sand control model map of fault)

4 有利區(qū)預(yù)測的啟示

彰武東部陡坡帶鉆探了彰武13井在九佛堂組鉆遇扇端砂巖132 m/39層，其中油層4.6 m/1層，在義縣組頂部風(fēng)化殼火成巖儲(chǔ)層中鉆遇油層23 m/2層，不僅證實(shí)了陡坡帶物源體系的存在，同時(shí)，也表明了油氣順著運(yùn)移到了斷階帶，結(jié)合“轉(zhuǎn)換控砂”的認(rèn)識(shí)，增強(qiáng)了陡坡帶勘探的信心。

通過油藏解剖、烴源巖位置及輸導(dǎo)體系分析認(rèn)為彰武地區(qū)油氣成藏模式可歸納為源內(nèi)-側(cè)向多期運(yùn)聚成藏、源外-側(cè)向-垂向多期運(yùn)聚成藏模式（圖10）。

圖10 彰武斷陷油氣成藏模式圖Fig. 10 Hydrocarbon accumulation model map of Zhangwu Depression

（1）源內(nèi)-側(cè)向-多期運(yùn)聚成藏模式

此種油藏主要分布在西部緩坡帶。九佛堂組是主力生油層，烴源條件好，西緩坡、東部陡坡兩大物源體系砂體延伸至洼陷帶與烴源巖直接接觸，烴源巖成熟之后生成的油沿砂體向高部位側(cè)向運(yùn)移，在烴源巖層內(nèi)的砂體中受構(gòu)造或自身巖性干帶封堵形成巖性油氣藏，含油層系主要為九佛堂組。

（2）源外-側(cè)向-垂向多期運(yùn)聚成藏模式

此類油藏在東部陡坡帶和西部緩坡帶都有分布。東部陡坡帶含油層系主要為九佛堂組、義縣組，西部緩坡帶含油層位為沙海組。斷階帶九佛堂組埋藏淺、演化程度不夠，不具備生油能力，盆內(nèi)的沙海組、義縣組也不具備生油能力。盆內(nèi)九佛堂組生成的油氣通過砂體、斷層輸導(dǎo)才能運(yùn)移至斷階帶或者斷上盤成藏，如彰武13井發(fā)育東部陡坡帶轉(zhuǎn)換帶發(fā)育扇三角洲砂體，砂巖厚度大，埋藏淺物性好，九佛堂組烴源巖生成的油氣沿著砂體側(cè)向運(yùn)移然后順延斷層垂向運(yùn)移至圈閉中，受反向斷層封堵形成油藏。

通過新一輪的構(gòu)造精細(xì)解釋，剩余的構(gòu)造圈閉主要分布在東部陡坡帶，同時(shí)，根據(jù)研究區(qū)油源、輸導(dǎo)體系、圈閉發(fā)育程度等因素[21]，提出下一步勘探兩大方向。①轉(zhuǎn)換帶九佛堂組勘探領(lǐng)域，在臺(tái)階帶構(gòu)造圈閉領(lǐng)域找到優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)，就有望在九佛堂組發(fā)現(xiàn)厚油層；同時(shí)，如果轉(zhuǎn)換帶物源延伸距離比較遠(yuǎn)，扇三角洲前緣砂體伸到生烴次洼內(nèi)部，則油氣容易沿著砂體向高部位運(yùn)移，如果有比較好的封隔條件，則也可以形成巖性油氣藏；②臺(tái)階帶義縣組勘探領(lǐng)域，由于斷層的錯(cuò)斷，使得東部陡坡帶義縣組頂部早期遭受風(fēng)化的地層被抬升到相對(duì)高部位，從而形成優(yōu)質(zhì)的風(fēng)化殼火成巖儲(chǔ)層，分布廣泛，斷層成為溝通油源和儲(chǔ)層的關(guān)鍵要素，彰武斜13義縣組油藏有望繼續(xù)擴(kuò)大。

5 結(jié)論

（1）彰武盆地邊界斷裂在空間上并非一條完整的斷裂，而是由四條平面呈右階式排列，空間上近于銜接的系列斷裂形成的盆緣控盆斷裂構(gòu)造帶。

（2）彰武斷陷九佛堂組沉積時(shí)期所表現(xiàn)出來的左旋張扭應(yīng)力體制與該時(shí)期的區(qū)域應(yīng)力背景相吻合，從而造就了該時(shí)期的原型盆地為“分隔斜列轉(zhuǎn)換伸展盆地”。

（3）結(jié)合陡坡帶彰武13井勘探成功實(shí)例，建議可在彰武斷陷東部陡坡帶按照“轉(zhuǎn)換帶九佛堂組”和“上升盤義縣組”兩個(gè)層次開展下一步立體勘探工作。