南陽凹陷西部地區(qū)同沉積斷裂與油氣聚集

羅 曦，羅家群，楊云飛，朱 顏，鄭凱文

（中國石化河南油田分公司勘探開發(fā)研究院，河南 鄭州 450018）

我國東部中新生代斷陷盆地普遍發(fā)育同沉積斷層，這種斷層對構(gòu)造圈閉的形成和油氣聚集具有明顯的控制作用［1］。南陽凹陷西部地區(qū)近年來是重要的儲量接替領(lǐng)域，勘探早期在東莊背斜構(gòu)造上發(fā)現(xiàn)了東莊油田，但東趙莊和陳營地區(qū)的相關(guān)研究較少，勘探程度相對較低。2019年南陽凹陷西部地區(qū)新采集的三維高精度地震資料為該區(qū)的勘探研究提供了新的基礎(chǔ)資料，為復(fù)雜斷裂系統(tǒng)研究提供了條件。

1 基本地質(zhì)特征

南陽凹陷屬于南襄盆地的一個(gè)次級構(gòu)造單元，面積約3 600 km2。南部為新野凸起，西北部為師崗?fù)蛊?，東北部為社旗凸起，東部以唐河低凸起與泌陽凹陷相隔，是一個(gè)中新生代的小型斷陷（圖1）。凹陷的構(gòu)造沉積演化可分為斷陷期（晚白堊世至古近紀(jì)）和坳陷期（新近紀(jì)和第四紀(jì)），其中，斷陷期可進(jìn)一步劃分為初始斷陷、強(qiáng)烈斷陷及萎縮消亡三個(gè)階段［2-3］。

圖1 南陽凹陷地理位置及構(gòu)造單元劃分

初始斷陷階段為上白堊統(tǒng)，古近系玉皇頂組及大倉房組沉積時(shí)期，沉積了一套河流相紅色碎屑巖；強(qiáng)烈斷陷階段為古近系核桃園組核三段及核二段沉積時(shí)期，該階段凹陷邊界斷層活動強(qiáng)烈，形成欠補(bǔ)償?shù)陌肷钏?深水湖盆，富含有機(jī)質(zhì)的泥巖發(fā)育，形成了凹陷的主要生油層系；萎縮消亡階段為核桃園組核一段及廖莊組沉積時(shí)期，該時(shí)期邊界斷層活動減弱，湖盆水體變淺，沉積范圍縮小，核一段形成了一套以淺灰色為主的砂泥巖沉積；廖莊組沉積時(shí)期，水體進(jìn)一步變淺，沉積范圍急劇縮小，以紅色砂泥巖為主，廖莊組沉積末期，凹陷整體抬升剝蝕［3-4］。

南陽凹陷西部地區(qū)不同級次、不同期次的斷層十分發(fā)育，構(gòu)造復(fù)雜，可以進(jìn)一步細(xì)分為4個(gè)構(gòu)造區(qū)塊，分別為東莊背斜、東趙莊地區(qū)、陳營地區(qū)及焦店地區(qū)。東莊背斜構(gòu)造是一個(gè)被南北對掉的兩組正斷層進(jìn)一步切割的正向構(gòu)造，是西部地區(qū)的油氣聚集區(qū)；東趙莊地區(qū)是一個(gè)被一系列北東向斷層切割復(fù)雜化的鼻狀構(gòu)造帶；陳營地區(qū)發(fā)育多條同沉積斷層及滑脫斷層，構(gòu)造破碎，繼承性較差；焦店地區(qū)地層平緩，構(gòu)造幅度較小，為一小的向斜。暗色泥巖主要分布在東莊背斜北部的東莊次洼，厚度80 m以上，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ1型和Ⅱ2型為主，有機(jī)碳含量0.7%以上，屬于中等-好烴源巖，具備良好的油源條件。西部地區(qū)儲層主要受沙堰-焦店三角洲砂體的控制，該三角洲砂體由北西向南東方向延伸至陳營及東莊背斜一帶，在東莊背斜發(fā)育三角洲前緣水下分流河道、河口壩等有利相帶，易形成有效的儲集體。

2 油氣分布特點(diǎn)

南陽凹陷西部地區(qū)的東莊次洼，是該區(qū)的生油中心，東莊背斜正是發(fā)育在其中的一個(gè)斷裂背斜構(gòu)造，具有“凹中隆”的有利成藏條件。該區(qū)的油藏類型以背斜構(gòu)造上的斷鼻、斷塊油藏為主，砂巖上傾尖滅油藏和斷層-巖性油藏次之。油氣縱向上主要分布在核二段，核二段Ⅱ砂組分布最廣，占東莊油田儲量的70%，其次為核二段Ⅲ砂組，核三段發(fā)現(xiàn)極少。平面上油氣呈片狀分布，主要位于背斜北翼，距離東莊次洼油源較近的區(qū)域，背斜南翼相對較少。

3 同沉積斷層發(fā)育及活動性特征

同沉積斷層是指斷層作用和沉積作用同時(shí)發(fā)生的一類斷層［6］。中國東部斷陷湖盆中，同沉積斷層的發(fā)育演化是引起盆地發(fā)生拉張與沉降作用的主要因素，其活動性的強(qiáng)弱也是影響或控制斷裂活動期沉積充填演化的重要因素［5］。南陽凹陷西部地區(qū)共發(fā)育4條南掉同沉積斷層，分別為F1、F2、F3、F4，走向?yàn)楸睎|向，平面上呈雁列式展布，地震剖面上斷點(diǎn)清晰，為該區(qū)Ⅱ級斷裂，控制了西部地區(qū)構(gòu)造格局。由南東向北西4條斷層同沉積作用逐漸減弱，斷距逐漸減小。位于最南部的F1斷層斷距最大達(dá)到800 m，平面延伸長度約6 100 m，對東莊次洼的形成起決定性的作用。F2斷層走向?yàn)楸睎|向，傾向?yàn)槟蠔|向，斷距最大達(dá)340 m，平面延伸距離約2 500 m；F3斷層走向?yàn)楸睎|轉(zhuǎn)北東東向，傾向?yàn)槟蠔|轉(zhuǎn)南南東向，最大斷距約500 m，平面延伸距離約3 100 m，F(xiàn)4斷層走向?yàn)楸蔽魑飨颍瑑A向南南西向，最大斷距120 m，平面延伸距離約3 900 m（圖2、圖3）。

圖2 南陽凹陷西部地區(qū)北西-南東向地震剖面（位置見圖1）

圖3 南陽凹陷西部地區(qū)同沉積斷裂活動強(qiáng)度分析

依據(jù)平衡剖面恢復(fù)原理，對過F1同沉積斷層的地震剖面進(jìn)行構(gòu)造演化分析，結(jié)果表明：Eh3Ⅰ-Eh2Ⅲ沉積時(shí)期，南陽凹陷西部地區(qū)是一個(gè)斷坳式的洼陷，斷層基本不發(fā)育，東莊次洼的范圍可向北延伸至陳營地區(qū)，沉積的暗色泥巖造成東莊、陳營地區(qū)Eh3Ⅰ、Eh2Ⅲ整體均有油氣顯示；Eh2Ⅱ沉積時(shí)期，包括F1斷層在內(nèi)的南傾同沉積斷裂開始強(qiáng)烈發(fā)育并控制了沉積作用；到Eh2Ⅰ沉積末期，東莊次洼一直受F1斷層的控制，沉積中心與沉降中心位于F1斷層上盤附近（圖4），造成Eh2Ⅱ油氣集中在F1斷層以南，F(xiàn)1斷層以北有效烴源巖不發(fā)育，油氣顯示差。

斷距作為判定斷層活動性的指標(biāo)之一，可反映斷層縱向活動性，可作為對比同一構(gòu)造活動期不同斷裂活動強(qiáng)度的依據(jù)［6］。本次研究中，由時(shí)深關(guān)系轉(zhuǎn)換所確定的不同時(shí)期斷裂活動強(qiáng)度（圖3）可知，沿走向斷層活動性差異明顯，Eh2Ⅱ沉積時(shí)期，同沉積斷層上下盤地層厚度差異明顯，以F1斷層為例，局部地區(qū)斷層上下盤厚度最大相差150 m。橫向上4條同沉積斷層均具有中間活動強(qiáng)較的特征，具有分段性；縱向上4條同沉積斷層在Eh2Ⅱ沉積時(shí)期活動強(qiáng)度略大于Eh2Ⅲ沉積時(shí)期，Eh2Ⅰ沉積時(shí)期活動強(qiáng)度最弱。

4 同沉積斷裂對油氣的控制作用

4.1 控制東莊次洼優(yōu)質(zhì)烴源巖分布

同沉積斷層的活動強(qiáng)度對可容空間和沉積速率有影響，對不同時(shí)期的烴源巖及儲層具有明顯的控制作用［7-9］。斷層活動較強(qiáng)的時(shí)期，斷距較大的區(qū)域，優(yōu)質(zhì)烴源巖較發(fā)育。Eh2Ⅲ沉積時(shí)期，同沉積斷層開始形成，但同沉積作用相對較弱，斷層上下盤地層厚度相差不大，整個(gè)西部地區(qū)湖盆范圍最廣。該砂組暗色泥巖厚度約100～120 m，有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ2型，有機(jī)質(zhì)豐度為0.6% ～2.4%，鏡質(zhì)體反射率為0.6%～0.9%，為優(yōu)質(zhì)烴源巖，主要分布在東莊-東趙莊地區(qū)，面積約112 km2。Eh2Ⅱ沉積時(shí)期，F(xiàn)1斷層以南同沉積作用最強(qiáng)，同沉積斷裂對優(yōu)質(zhì)烴源巖的控制作用尤為明顯。受F1同沉積斷層發(fā)育的影響，優(yōu)質(zhì)烴源巖主要分布在F1斷層下降盤局部地區(qū)。該區(qū)Eh2Ⅱ砂組地層厚度400～550 m，暗色泥巖的厚度120～240 m，有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅱ2型，有機(jī)質(zhì)豐度為0.6% ～1.2%，鏡質(zhì)體反射率為0.6% ～0.8%，有效烴源巖主要分布在F1斷層以南、東莊背斜以北地區(qū)，面積約45 km2，暗色泥巖厚度大，是該區(qū)的一套主力生油巖。

4.2 控制儲層分布

同沉積斷裂的活動控制著古地貌形態(tài)，因此對儲層的展布具有控制作用［8-11］。根據(jù)構(gòu)造演化特征分析，Eh2Ⅱ沉積時(shí)期，同沉積斷層劇烈活動，4條雁列式北東向展布的同沉積斷層形成了斷層轉(zhuǎn)換帶，成為來自西北方向沙堰-焦店三角洲進(jìn)入湖盆的主要通道［12］。砂體沿?cái)嗑嘧钚〉牡筒课痪徠孪蚝柚行耐七M(jìn)，呈朵狀或指狀展布。同沉積斷層的下降盤控制了砂體運(yùn)移方向及前緣朵頁體的展布方向，優(yōu)質(zhì)儲層相對發(fā)育。優(yōu)質(zhì)儲層主要分布在東莊背斜主體及翼部，處于三角洲前緣相帶，主要發(fā)育水下分流河道、河口壩及席狀砂微相，砂體平面展布隨河道遷移不斷擺動（圖5）。Eh3Ⅰ至Eh2Ⅲ沉積時(shí)期，同沉積斷層尚不發(fā)育，根據(jù)東莊地區(qū)已鉆井資料分析，優(yōu)質(zhì)儲層主要分布在東莊背斜北翼至F1號斷層以南地區(qū)，單砂體厚度約2～4 m，總體上屬于中低孔、低滲透儲層，其中，目的層段儲層孔隙度為8.3% ～24.9%，滲透率為7×10-3～347×10-3μm。

圖5 南陽凹陷不同時(shí)期西部地區(qū)沉積模式

4.3 具有油氣輸導(dǎo)及封諸雙重作用

斷層活動期和靜止期與成藏期的匹配關(guān)系，決定了斷層對油氣的控制作用。南陽凹陷西部地區(qū)的同沉積斷層，在不同時(shí)期對油氣起封堵或輸導(dǎo)作用［13-17］。斷層形成于核二段Ⅲ砂組沉積末期，在核二段Ⅱ砂組至Ⅰ砂組沉積時(shí)期，具有明顯的同沉積作用，此時(shí)，烴源巖尚未進(jìn)入生排烴高峰期，因此，斷層對油氣控制作用不明顯。核一段沉積末期（距今約22～28 Ma），是凹陷烴源巖第一個(gè)主要的生排烴高峰期，同沉積斷層由活動期轉(zhuǎn)入靜止期，斷層封閉性好，形成了第一期的原生油藏，該區(qū)大部分油藏均屬于原生油藏。廖莊組沉積時(shí)期（距今約10～22 Ma），強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動導(dǎo)致地層抬升，同沉積斷層發(fā)生活動，斷層開啟成為油氣運(yùn)移的通道，成為調(diào)整成藏期，但是，由于未發(fā)生強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動，縱向和平面上的調(diào)整運(yùn)移均較弱，因此，油氣主要分布在距離烴源巖較近的區(qū)域（圖6）。

4.4 形成東莊背斜控制油氣聚集

東莊背斜的形成與F1同沉積斷層的活動密切相關(guān)，F(xiàn)1斷層與新野斷層的活動對東莊背斜的形成和演化具有控制作用。核桃園組核三段至核二段沉積時(shí)期，在兩組對向正斷層劇烈活動所生的巨大應(yīng)力的擠壓作用下，斷層所夾持的地層上拱，并且在背斜頂部產(chǎn)生地塹式張性斷裂。廖莊組沉積末期，地殼上升，地塹斷裂進(jìn)一步發(fā)育，剖面上呈“蓮花狀”特征，基本形成了現(xiàn)今的構(gòu)造（圖6）。構(gòu)造特征為一個(gè)幅度較大的短軸背斜，背斜長軸方向?yàn)楸睎|-南西向，長軸長約5 800 m，短軸長約2 700 m。東莊地區(qū)整體構(gòu)造背景有利，受北東向斷層切割易形成斷鼻、斷塊構(gòu)造圈閉，是油氣的有利聚集區(qū)域，西部地區(qū)已發(fā)現(xiàn)的油氣幾乎全部分布在東莊背斜構(gòu)造帶。

圖6 南陽凹陷西部地區(qū)成藏模式

5 結(jié)論

（1）南陽凹陷西部地區(qū)同沉積斷層平面上呈雁列式展布，由南向北4條同沉積斷層的同沉積作用及活動性逐漸降低，其中位于最南部的F1斷層與東莊次洼及東莊背斜的形成有直接關(guān)系。

（2）同沉積斷層對西部地區(qū)烴源巖、儲層、油氣分布具有重要的控制作用。油氣主要分布在東莊背斜構(gòu)造帶，縱向上主要分布在核二段Ⅱ砂組，與該時(shí)期同沉積斷層的活動緊密相關(guān)。

（3）南陽凹陷西部地區(qū)生油條件有限，因此，圍繞同沉積斷層下降盤的生烴中心尋找有利的構(gòu)造圈閉，是凹陷西部地區(qū)的重要勘探方向。