埕北斷坡區斷層對油氣成藏的控制作用

高長海,查 明

(1.中國石油大學(華東)博士后流動站,青島 266555;2.中國石油大學(華東)地球資源與信息學院,青島266555)

0 引言

大量的研究表明,斷裂對沉積盆地中油氣藏的形成具有重要作用[1-6]。油氣沿斷層的運移可以分為垂向運移和穿越斷層的側向運移。垂向運移是由于斷層的通道作用使“油源”(包括油灶、主運載層和早期油氣藏)中的油氣沿開啟的斷層由深部地層向淺部地層運移,在合適的圈閉中聚集成藏;側向運移是指斷層兩側的砂體接觸,從而使油氣穿越斷層沿主運載層進行斜側向運移,并在合適的圈閉中聚集成藏。在陸相含油氣盆地,尤其是陸相斷陷盆地中,受斷層控制或與斷層有關的圈閉捕獲油氣成藏的比率很大,可以形成多種類型的斷層油氣藏。筆者以埕北斷坡區為例,說明斷層對油氣運聚成藏的控制作用。

1 地質概況

研究區位于歧口凹陷向埕寧隆起過渡的斜坡部位,北起歧口凹陷的歧東構造帶,南至埕寧隆起北斜坡,西起羊二莊—友誼地區,東至大港礦區登記線,勘探面積約1 200 km2,包括歧東、張東、張東東、趙東、關家堡及埕海等6個局部構造,北鄰歧口凹陷,西鄰歧南凹陷,具良好的油源條件(圖1)。

中生代晚期,在NW-SE向拉張的區域應力場背景下,伴隨埕寧隆起的發育,埕北斷坡區在整體抬升的基礎上,發育了歧東、張北、張東、海4井、趙北、羊二莊、羊二莊南等7條主要斷層,致使研究區由北向南呈節節抬升的斷階結構,形成了“三階一坡”的構造格局(圖1)。這些主控斷層控制了本區的構造框架、沉積作用、油氣的運移和圈閉的形成。以上主要斷層均為走向NE或近EW的正斷層,主要特征見表1。

2 斷裂構造特征

埕北斷坡區位于歧口凹陷的南部斜坡。因此,受持續不斷的區域張扭性構造應力場和箕狀斷陷盆地的控制,研究區的斷裂主要表現為張性斷裂,其中一級、二級斷裂為同沉積斷層,對地層展布具有較強的控制作用,而較低級別的斷裂和依附于主斷層的次級斷裂是形成斷層圈閉條件的有利因素。

表1 埕北斷坡區斷裂要素Table 1 The element of faults in Chengbei fault-ramp

圖1 埕北斷坡區油氣分布與斷裂關系Fig.1 Relation between hydrocarbon distribution and faults in Chengbei fault-ramp

2.1 平面分布特征

圖2為埕北斷坡區 T2反射層(相當于沙一段底)斷裂構造綱要圖。由圖可見,研究區內斷層十分發育,規模大小不一,其中歧東、張北、張東、海4井、趙北、羊二莊、羊二莊南等為二級主斷層,構造線走向呈NE或近 EW向為主,呈亞平行排列,傾向多為N傾,三、四級斷裂亦以N傾為主。主斷層之間在平面上盡管相互交切或連接,但總體上近似平行,并向歧口方向同傾下掉。次級斷層伴生于主斷層的兩側,與主斷層構成平行狀、帚狀、“入”字型和羽狀等組合關系。這些斷層均屬于古近紀發育、新近紀活動變弱的生長性斷層,構成了由埕寧隆起北斜坡向歧口凹陷中心節節下掉的斷階結構,這一特征在剖面上更為明顯(圖2)。

受上述主控斷層的控制,研究區發育了歧東、張東、張東東、趙東、關家堡及埕海等6個局部構造,每個構造又發育有背斜、斷鼻、斷塊、潛山、地層、巖性等多種類型圈閉,為油氣聚集提供了場所。

2.2 剖面特征

由圖2可見,研究區主控斷層的斷面通常較陡,斷面比較平直,甚至近于直立,剖面幾何形態主要有鏟狀和座椅狀兩種。向上斷開 T1反射層,向下穿過 T6反射層并一直延伸至深部地層中。

斷層規模、幾何形態等的差異和復雜性造成本區斷層的剖面組合形態復雜多樣,主要包括:①臺階式或階梯式組合:該類組合是本區最發育的類型,除歧東、張東、海4井斷層、趙北、羊二莊(南)斷層構成了本區總體斷階結構外,次級斷層與主斷層也多形成此類組合(圖2,圖3);②地塹式組合:在盆地的裂陷期,這種類型的斷裂特別發育,典型的實例為關家堡構造,該構造就是夾持于羊二莊和羊二莊南斷層之間的一個地塹式組合(圖3);③地壘式組合:如張參1井構造就是由張東斷層與上升盤次級斷層形成的地壘式組合;④“Y”字型組合:包括同傾“Y”字型和反傾“Y”字型2種,如張東斷層與次級斷層往往構成同傾“Y”字型(圖2,圖3),而海4井區和羊二莊地區發育反傾“Y”字型;⑤花狀組合:如張東斷層在主測線張東東三維inline 150測線以西,斷面較為陡直,與小型正斷層組成花狀構造形態,向東至inline 260測線附近,該斷層斷面變得更陡直,花狀構造形態消失。這種構造的存在反映了區域扭動應力場的影響。

圖2 埕北斷坡區南北向結構剖面圖Fig.2 The NS structural section of Chengbei fault-ramp

圖3 埕北斷坡區inline70測線現今構造演化剖面圖Fig.3 Structure evolution profile of inline 70 of Chengbei fault-ramp

3 斷層對油氣運移的控制作用

流體沿斷層向上運移的過程是間歇性的[5,7-8]。當斷層活動時,它們通?？梢宰鳛橛蜌獾倪\移通道;當斷層不活動時,油氣沿斷層的運移便受到限制。

3.1 油氣分布特征

研究區內的油氣來源于歧口凹陷和歧南凹陷。平面上,油氣在各個區帶均有分布,且主要分布于主斷層兩側(圖1);縱向上,油氣主要分布于新近系、沙河街組及侏羅系,由于特殊的斷階結構,以及各區帶油氣成藏條件的差異,導致其含油氣層位存在一定的差異,張東—張東東地區油氣主要分布于沙河街組和侏羅系,趙東地區油氣主要分布于新近系,關家堡—埕海地區油氣主要分布于沙河街組和侏羅系,南部斜坡區油氣則主要分布于新近系和二疊系。研究區內發育的多條主斷層均為正斷層,且發育時間較長,這在客觀上為油氣沿斷層進行斜側向和垂向運移提供了條件。

3.2 斷層活動期次分析

油氣能否沿斷層進行垂向和斜側向的運移,關鍵在于斷層的活動期與成藏期的配置關系。一般來說,在油氣運移期已經停止活動的斷層,特別是停止活動時間較長的斷層,在多數情況下都有較好的封閉性,這時斷層對油氣運移起封堵作用;相反,在油氣大規模運移期仍強烈活動的斷層,一般來說在縱向上常常具有開啟性,油氣沿斷裂自深部向淺部運移,在淺層適當的圈閉中聚集成藏。

圖4 埕北斷坡區斷層活動期與油氣成藏期配置關系Fig.4 The configuration between active periods of faults and hydrocarbon accumulation in Chengbei fault-ramp

對研究區斷層的生長指數統計表明,本區主斷層在整個第三紀均有不同程度的活動,其中3期活動較為強烈,分別對應于沙河街期、東營末期和明下段沉積末期—現今。將本區3期大規模的斷層活動與成藏期進行對比分析表明(圖4),沙河街期斷層活動發生在油氣大規模排烴之前,對本區 油氣的運聚成藏是無效的;東營末期斷層活動時,盡管此時沙三段已進入排烴階段,但規模較小,因而斷層活動對油氣的輸導作用有限;而明下段沉積末期開始的斷層活動與主要排烴高峰期的配置關系好,故該期是本區最有效的油氣運聚成藏時期,這有利于油氣沿斷層進行垂向和斜側向運移。因此,該時期仍處于活動的斷層有可能成為油氣運移的間歇性通道。

3.3 油氣沿斷層運移的證據

油氣運移地球化學指標及區域流體勢研究顯示埕北斷坡區的油氣是同源的,均來源于歧口凹陷(包括歧南次凹)。原油物性在縱向和橫向上也顯示出一定的規律性?？v向上,隨著埋藏深度的減小,原油密度增加(0.83↗0.94 g/cm3)、黏度增高(6.3↗175 mPa·s),沙河街組原油密度和黏度均小于上覆地層。平面上,自北向南原油物性具有密度、黏度逐漸增加,含蠟量、瀝青+膠質以及含硫量、凝固點逐漸降低的特點,如張東地區、張東東地區原油物性好于南部的趙東、關家堡地區,位于北部的張東構造的張海6井沙河街組原油密度為0.841 8 g/cm3,南部的莊海8井沙河街組原油密度高達0.926 g/cm3;而含蠟量正好相反,自北向南明顯變低,說明油源來自北東方向。而自(南)西向(北)東原油物性具有變差的特點,如歧南2井沙二段原油密度為0.844 9 g/cm3,向北側的張8井沙二段原油密度升高為0.878 8 g/cm3,含蠟量正好與原油密度相反,說明油源來自南西方向。

圖5 埕北斷坡區油氣沿斷層運移模式圖Fig.5 The model of hydrocarbon migration through faults in Chengbei fault-ramp

由以上分析可以看出,研究區油氣的運移是受活動斷裂控制的,在此基礎上,對油氣藏進行解剖,建立了本區油氣沿斷層運移的模式圖(圖5)。

4 斷層與油氣藏類型的關系

研究區內斷層的存在及其活動決定了構造格架,進一步控制了圈閉的形成、演化和分布,同時也控制了油氣的運移,致使本區內油氣藏的類型大多與斷層有關。該區以與斷層有關的構造油氣藏為主:①斷塊油氣藏,如張東構造的張海6斷塊、張18-1井北斷塊等,張東東構造的張海7斷塊、張海11斷塊等;②斷鼻油氣藏,如張東構造的張海3斷鼻、張海5斷鼻等,張東東構造的張海4斷鼻、張海9斷鼻等,關家堡構造的莊海8斷鼻、莊海9×2斷鼻、莊海4×1斷鼻等,埕海構造的埕海6斷鼻等;③逆牽引背斜油氣藏,如趙東C-1、C-3井、關家堡莊海8井等;④斷背斜油氣藏,如張東構造張參1井、張海5井、關家堡構造莊海804井等;⑤斷層遮擋油氣藏,如張東構造張參1-4井、張海501井、關家堡構造莊海808×1井等。

5 有利區帶預測

通過對研究區作為運移通道的斷層的研究,結合生、排烴模擬和運聚模擬結果,對研究區進行了有利區域預測。

(1)加強歧東斷層和張東斷層之間、張北斷層和張東斷層之間以及海4井斷層和羊二莊斷層之間區域的綜合研究和勘探。這些區帶臨近油源豐富的歧口凹陷,運聚模擬結果也顯示這些區帶位于油氣運移的主方向上,由主斷層派生的次級斷層易于形成多種與斷層有關的圈閉。斷層封閉性綜合評價結果表明,張東、張北斷層現今處于封閉狀態,而歧東、海4井斷層處于開啟狀態。因此,歧口凹陷生成的油氣可穿過歧東斷層向南運移,受張東斷層遮擋在下降盤合適的圈閉中聚集成藏,亦可在張東斷層與張北斷層之間的斷塊或斷鼻中聚集成藏;油氣可沿海4井斷層發生垂向運移,在中淺部圈閉 中聚集成藏,或穿過斷層在上升盤的圈閉中聚集成藏。

(2)重視關家堡—埕海地區。本區具有歧口凹陷和歧南凹陷雙向供油的特征,且沙三至館陶期發育辮狀河三角洲、沖積平原沉積以及灘壩砂體,

加上長期活動的趙北斷層、羊二莊(南)作為運移通道,在該區應考慮沿油氣運移方向由低到高,先斷塊(鼻)、再巖性逐次開展勘探。

整體上看,研究區具有油氣沿斷層垂向運移為主,側向運移為輔,油氣藏類型多與斷層有關的特征。

[1] 羅群,白新華.斷裂控烴理論與實踐——斷裂活動與油氣聚集研究[M].武漢:中國地質大學出版社,1998.

[2] 方向,江波,張永庶.柴達木盆地西部地區斷裂構造與油氣聚集[J].石油與天然氣地質,2006,27(1):56-61.

[3] England W A,Mackenzie A S,Mann D M,et al.The movement and entrapment of petroleum fluids in the subsurface[J].Journal of Geological Society,1987,144:327-347.

[4] 郭旭升,梅廉夫,湯濟廣,等.揚子地塊中、新生代構造演化對海相油氣成藏的制約[J].石油與天然氣地質,2006,27(3):295-304.

[5] Steven Losh,Lorraine Eglinton,Martin Schoell,et al.Vertical and lateral fluid flow related to a large growthfault,South Eugene Island Block 330 Field,OffshoreLouisiana[J].AAPG Bull,1999,83:244-276.

[6] 鄧廣君,趙錫奎,張小兵.塔里木盆地孔雀河地區斷層研究及其控油意義[J].地質找礦論叢,2005,20(1):47-52.

[7] 付廣,王朋巖,付曉飛.塔中地區石炭系主要斷層的側向封閉性[J].新疆石油地質,1998,19(5):362-365.

[8] Hooper E C D.Fluid migration along growth fault incompacting sediments[J].Journal of Petroleum Geology,1991,14:161-180.