王芝堯, 蘇俊青,錢茂路,劉志英
(1.中國石油大港油田公司勘探開發(fā)研究院;2.中國石油渤海鉆探工程公司測井公司)
走滑斷裂作用對油氣成藏的控制
——以歧口凹陷新生代斷裂為例
王芝堯1, 蘇俊青1,錢茂路1,劉志英2
(1.中國石油大港油田公司勘探開發(fā)研究院;2.中國石油渤海鉆探工程公司測井公司)
大港油田的歧口富油氣凹陷形成于新生代右旋張扭應(yīng)力背景下,發(fā)育北北東—北東向和北北西—東西向?yàn)橹鞯?組斷裂帶,并伴生有雁行模式的帚狀斷裂。走滑斷裂作用引起斷塊走滑位移量變化,使得拉張斷陷作用和擠壓抬升作用并存,導(dǎo)致沉積中心由凹陷外區(qū)向凹陷內(nèi)區(qū)遷移,且與凹陷外區(qū)抬升、侵蝕作用同時(shí)發(fā)生,形成“凹中隆”的模式,易于形成自生自儲油氣藏。由走滑斷裂作用形成的斷裂坡折帶,構(gòu)成古構(gòu)造單元和沉積相域的分界,并控制著沉積體系的總體展布。該文應(yīng)用層序地層學(xué)的沉積體系域概念,將走滑斷裂控制的沉積相類型,歸為一個(gè)體系域進(jìn)行分析,論述了歧口凹陷陡坡帶、緩坡帶、洼陷帶具有良好的生、儲、蓋組合。結(jié)果表明,走滑斷裂控制著巖性-構(gòu)造圈閉的形成。
走滑斷裂;沉積體系;有利區(qū)帶;巖性油氣藏;歧口凹陷
大港探區(qū)斷裂眾多,地質(zhì)情況復(fù)雜,與構(gòu)造油氣藏相比,非構(gòu)造油氣藏空間分布范圍更廣,增儲上產(chǎn)的重點(diǎn)在于非構(gòu)造油氣藏勘探[1]。對斷塊區(qū)斷裂作用進(jìn)行研究,是為了弄清楚斷裂對油氣成藏條件的影響,為尋找隱蔽的非構(gòu)造油氣藏(主要為巖性圈閉油氣藏)提供參考。筆者以歧口凹陷新生代走滑斷裂為例,分析了斷裂因素對巖性油氣藏形成的影響。
大港油田勘探區(qū)域主要為渤海灣盆地黃驊坳陷,而黃驊坳陷又是華北地臺內(nèi)部的亞一級構(gòu)造單元,其構(gòu)造發(fā)育史伴隨著華北地臺發(fā)展的各個(gè)時(shí)期。黃驊坳陷在早元古代呂梁運(yùn)動(dòng)地臺基底形成后,經(jīng)歷了早元古代,中、晚元古代,古生代,中生代和新生代5個(gè)發(fā)展階段,形成了古生代、中生代和新生代組成的多層疊合盆地[1]。黃驊坳陷的斷陷經(jīng)歷了海西運(yùn)動(dòng)、印支運(yùn)動(dòng)、燕山運(yùn)動(dòng),使得斷裂活動(dòng)發(fā)育,斷陷作用明顯,同時(shí)受北西、南東向擠壓應(yīng)力作用,形成部分逆斷層。這些斷裂作用,使得地幔物質(zhì)上涌,對中生代的火山活動(dòng)起控制作用。新生代時(shí)期,印度洋板塊對亞歐板塊的俯沖碰撞,地殼拉張,黃驊坳陷整體處于拉張應(yīng)力背景之下,其斷裂作用使得黃驊坳陷發(fā)育一系列高角度正斷層控制的箕狀凹陷,歧口凹陷即為其中之一[2]。
黃驊坳陷斷裂走向以北北東—北東向和北西西—東西向?yàn)橹?,新生代時(shí)期在右旋剪切應(yīng)力場作用下,斷裂普遍具有右行走滑特征[3-5],剖面上表現(xiàn)為鏟狀正斷層,具有伸展斷裂的特征,平面上呈雁行排列(圖1)。根據(jù)斷裂活動(dòng)性、不同尺度和不同方向的斷層關(guān)系,將歧口凹陷古近系斷裂分為2個(gè)系統(tǒng):①滄東走滑斷裂系統(tǒng);②歧口走滑斷裂系統(tǒng)。兩大斷裂帶溝通深部斷層,構(gòu)成地幔物質(zhì)上升,并向垂向通道運(yùn)移,新生代玄武巖主要沿這兩大走滑斷裂帶分布。這些火成巖儲層孔滲性良好,在油氣持續(xù)注入下,形成油氣藏。大港油田南部,此類型的油氣藏已投入開發(fā)。
圖1 歧口凹陷區(qū)斷裂綱要圖Fig.1 The outline map of fault structure in Qikou Sag
淺部兩大走滑斷裂系統(tǒng)受深部斷裂走滑活動(dòng)的影響,發(fā)育大量的雁行排列斷裂。究其原因,主要為走滑斷裂活動(dòng)圍繞某一垂直軸發(fā)生旋轉(zhuǎn)而形成旋扭構(gòu)造。根據(jù)主體斷裂順著安德生和哈佛奈模式所給出的與主應(yīng)力有一定關(guān)系的方位發(fā)育。筆者分析認(rèn)為,附加在區(qū)域巖體上的應(yīng)力有2種:一種為作用在巖體底面上呈正弦曲線形狀的垂向應(yīng)力σ1;另一種為沿巖體底面作用的水平剪切應(yīng)力,即σ2和σ3的合力。在這2種附加應(yīng)力的作用下,易形成高角度正斷層,下降盤易形成深洼陷。隨著新生代右旋扭張作用的增大,產(chǎn)生新的斷裂面并控制著凹陷的發(fā)育,使斷陷中心從凹陷外邊緣向凹陷中心——歧口主凹方向(圖2)遷移。
從圖1可知,兩大斷裂系的平面組合具備帚狀斷層的形態(tài),斷層系由若干條弧形斷層組合而成,一端收斂,另一端撒開,主干斷層的走滑活動(dòng)導(dǎo)致帚狀斷層的形成。帚狀斷層受主干斷層控制,具有張扭性質(zhì),收斂中心即為旋扭中心;沿主干斷層派生出一系列次級斷層。具此可以推測新生代構(gòu)造主應(yīng)力軸為近東西向,北北東向和北西西向形成的右旋張扭,具有“S”型的扭動(dòng)構(gòu)造特征。
從力學(xué)角度分析,不均一走滑活動(dòng)派生的推隆作用是凸起形成的主要機(jī)制之一。在古近紀(jì)中后期,歧口凹陷經(jīng)歷了整體抬升并遭受不同程度的侵蝕。究其原因,一方面是燕山運(yùn)動(dòng)的抬升;另一方面是歧口凹陷的拉張活動(dòng)。受滄縣隆起和埕寧隆起的遮擋,它們阻止了凹陷向外推移運(yùn)動(dòng),使凹陷外帶推擠抬升,形成凹陷內(nèi)的凸起,“凹中隆”的構(gòu)造格局開始形成(圖2),這對于形成自生自儲油氣藏非常有利。
圖2 歧口凹陷構(gòu)造圖Fig.2 Geologic structure map of Qikou Sag
在歧口凹陷的走滑斷裂時(shí)期,砂體的發(fā)育形態(tài)直接與古地貌有關(guān),而古地貌又受到同沉積斷裂的控制。由于整個(gè)歧口凹陷持續(xù)受到斷陷活動(dòng)的影響,使得該區(qū)古地貌明顯受到走滑斷裂活動(dòng)的制約,控制著歧口凹陷內(nèi)沉積體系的分布[6-8]。
3.1.1 走滑斷裂控制著沉積體系的分布
由于歧口凹陷的走滑作用,形成了一系列的帚狀斷層,這些帚狀斷層因?yàn)閼?yīng)力易于集中而長期活動(dòng),導(dǎo)致明顯的差異沉降,構(gòu)成了古地貌單元的邊界。通常把規(guī)模較大、長期活動(dòng)的同沉積斷層作用形成的古地貌突變帶或斜坡帶稱為斷裂坡折帶[9-11],其主控?cái)鄬拥纳L系數(shù)一般為1.3~2.5(圖3)??碧綄?shí)踐表明,在斷陷湖盆中,對沉積體系域的發(fā)育分布起重要控制作用的坡折帶,往往是同沉積斷裂活動(dòng)所形成的斷裂坡折帶。其形態(tài)“有坡有折”,構(gòu)成了凸起、緩坡、洼陷、陡坡等古構(gòu)造單元的分界(圖2、圖3),它們的活動(dòng)程度和分布配置決定著凹陷的古構(gòu)造格架樣式和總的古地貌特征,從而對盆地充填樣式產(chǎn)生深刻影響。在深湖盆發(fā)育期,斷裂坡折帶控制著深湖區(qū)與淺湖區(qū)的沉積體系域分布。
圖3 沿歧口凹陷東西向三維地震剖面Fig.3 3D seismic section in EW direction of Qikou Sag
古近紀(jì)歧口凹陷區(qū)處于快速沉降的斷陷湖盆發(fā)育期,主要沉積體系和沉積相組合包括沖積扇、扇三角洲、水下扇或湖底扇、辮狀河三角洲、河流三角洲、深湖相重力流沉積等(圖4)。凹陷內(nèi)斷裂坡折帶決定著它們的總體分布。
圖4 歧口凹陷古近紀(jì)沉積體系分布圖Fig.4 Paleogene sedimentary system of Qikou Sag
在歧口凹陷的陡坡帶(圖3、圖4),主要發(fā)育沖積扇、扇三角洲或湖底扇沉積,由近端水上沖積扇砂礫巖和扇三角洲前緣砂質(zhì)沉積以及前三角洲砂泥質(zhì)沉積所組成。當(dāng)湖平面較高和沉積斜坡陡峭時(shí),大量粗碎屑以重力流方式搬運(yùn)至湖底堆積,形成以重力流沉積為主的近岸水下扇或湖底扇。近岸湖底扇主要由水下泥石流角礫巖、重力流水道砂礫巖以及發(fā)育遞變層的濁積巖等組成。在歧口主凹陡坡帶中,形成良好的儲蓋組合。
在歧口凹陷的緩坡帶(圖3、圖4),主要發(fā)育河流或辮狀河三角洲、濱淺湖和湖灣沉積等。在緩坡與凸起的過渡帶上,有時(shí)發(fā)育規(guī)模較小的同沉積斷裂,形成緩坡與凸起邊緣的斷裂坡折,控制著局部的沉積中心。在緩坡與洼陷過渡帶上,常發(fā)育洼陷邊緣斷裂坡折帶,構(gòu)成盆地充填早期或低水位期的沉積邊緣。由于差異沉降和脈沖式的斷裂活動(dòng),洼陷邊緣坡折帶可保持較大的可容空間和低洼地貌,導(dǎo)致沉積厚度、沉積旋回、砂體層數(shù)及厚度的明顯加大,控制著高位體系域三角洲前緣加厚帶和低位扇沉積楔狀體的發(fā)育部位。在歧北次凹與孔店凸起的過渡部位,緩坡帶發(fā)育,其控制的高位體系域三角洲前緣和低位扇是良好的儲集體。
歧口湖盆中部的洼陷帶(圖3、圖4),是由緩坡和陡坡洼陷邊緣斷裂帶所組成的相對深水、沉降較大的沉積區(qū)帶。以深湖、半深湖、湖底濁積扇及三角洲等沉積為主,沉積物來自盆地兩側(cè)。在洼陷帶內(nèi),也發(fā)育有多個(gè)次級斷裂或斷槽,這些次級斷裂或斷槽??刂浦柚胁恐亓α骰驖崃鞒练e的分布,特別是來自縱向砂體分散體系的堆積(圖3)。
在歧口凹陷的陡坡帶、緩坡帶、洼陷帶,沉積相的類型是形成砂巖上傾尖滅、透鏡體、斷層-巖性遮擋等巖性圈閉的重要因素。
3.1.2 由走滑斷裂控制的沉積體系對巖性圈閉形成的影響
歧口走滑斷裂、滄東走滑斷裂及其派生的次級調(diào)節(jié)斷裂,控制著“沉積相域”的分布。主力儲層砂體為低位湖底扇砂體,并沿洼陷邊緣斷裂坡折帶和與之垂直的次級斷裂形成的帚狀斷裂系分布(圖3、圖4)。該類型斷裂系為調(diào)節(jié)斷裂,控制水道發(fā)育部位,砂體分散體系一般沿次級同沉積斷裂向湖盆方向延伸。在剖面或平面上的斷坡低部位多發(fā)育較厚的砂體。
一般沿?cái)嗔训纳仙P,由于在最大斷距部位撓曲上升易形成最高的地形,沿?cái)嗔阎胁磕┒说匦巫兊?,形成斷裂末端的?gòu)造低洼部位,因此,在2條同沉積斷裂交匯處的斷裂轉(zhuǎn)換帶,通常是最大水系的注入位置[12-16]。水系攜帶的大量沉積物從轉(zhuǎn)換帶向盆底方向卸載,形成三角洲、扇三角洲沉積或湖底扇沉積。在斜列狀同沉積斷裂間的調(diào)節(jié)帶也為構(gòu)造低洼帶,易于水流斜向注入并在前方形成三角洲或湖底扇。在歧口凹陷區(qū),沿滄東斷裂的次級斷裂調(diào)節(jié)帶中發(fā)育有低位扇復(fù)合體。在沙二段期間,該調(diào)節(jié)帶發(fā)育的低位扇砂體總面積達(dá)120 km2。這類構(gòu)造的低洼部位,在走滑斷裂帶中常見。
帚狀斷裂系的主干斷裂常控制著粗碎屑供給水系的方向[12-16],帚狀發(fā)散部位形成構(gòu)造低地貌,一般控制著砂體的沉積中心。沿主斷裂的上游端其水系易于注入,碎屑物質(zhì)向洼陷區(qū)推進(jìn),易于形成砂巖上傾尖滅圈閉、透鏡體圈閉、古河道砂圈閉、不整合遮擋圈閉、斷層-巖性遮擋圈閉。低水位時(shí),斷裂帶明顯控制著下切河道和水下扇的分布,易形成河流沉積中心;高水位時(shí),斷裂帶控制著水下重力流的散布和堆積(圖4)。
沿洼陷邊緣斷裂坡折帶可尋找到加厚的河流三角洲或扇三角洲前緣的沉積中心。由于低位扇或低位三角洲和湖底扇等沿洼陷邊緣斷裂坡折帶分布,因而常發(fā)育有良好的砂巖儲層,尤其是帚狀斷裂坡折帶,是極為有利的儲集砂巖發(fā)育部位。同時(shí),斷裂坡折帶內(nèi)的同沉積斷裂可成為重要的油氣通道,洼陷邊緣斷裂坡折帶的沉積砂體常直接與烴源巖接觸,因而具有良好的油源條件;斷裂的生長系數(shù)較大是造成側(cè)向巖性封堵的有利條件,易形成有利的斷層側(cè)向封堵[17-18](圖 3)。
巖性圈閉類型、規(guī)模與砂體分布形式有直接聯(lián)系,其受沉積相、古地貌的控制;而走滑斷裂又影響著沉積相的發(fā)育與古地貌的形成。
走滑斷裂對烴源巖催化成油的影響,主要體現(xiàn)在地溫催熟和油氣運(yùn)移的影響上[19-20]。其主干斷裂,斷穿地殼將引起莫霍面的相對升高,甚至使上地幔巖漿侵入地殼,形成地殼中的巖漿房,使沉積盆地的整體或區(qū)域出現(xiàn)高地溫場。放射性物質(zhì)存在于地幔,通過斷裂上涌,放射性物質(zhì)衰變,提供熱源,有助于油氣的催熟。因此,可以認(rèn)為深大主干斷裂控制高地溫場的分布,也就是說主干斷裂一方面控制有機(jī)質(zhì)和儲集層砂體的展布,另一方面控制有機(jī)質(zhì)向烴類轉(zhuǎn)化的熱條件分布。
在油氣運(yùn)移的動(dòng)力方面,綜合阻力最小的方向,是油氣運(yùn)移的指向,而走滑斷裂帶,因斷裂作用造成應(yīng)力集中釋放,是流體勢能的低勢區(qū),其斷層即為油氣運(yùn)移通道的指向區(qū)。
濱海Ⅰ號構(gòu)造帶(該構(gòu)造地理位置位于天津?yàn)I海新區(qū)行政區(qū)域內(nèi),故定此名)發(fā)育于緊鄰歧口生油凹陷以北的二級構(gòu)造帶,具有很好的油氣供給條件。受海河、新港邊界斷層及歧中斷層控制,該構(gòu)造在古近系發(fā)育,并被近東西向斷層分割為一系列的斷鼻、斷塊圈閉。斷裂為深部油源與淺部儲層的溝通創(chuàng)造了條件。該區(qū)勘探程度較低,其中白東2x1井,從東營組至明化鎮(zhèn)組共有11個(gè)層段見到油氣顯示,并在東一段獲低產(chǎn)油流;濱海24井、濱深3x1井從沙河街組一段中部至明化鎮(zhèn)組見到不同程度的油氣顯示,并于東三段獲工業(yè)氣流,顯示了該構(gòu)造具有良好的油氣勘探前景。
濱海Ⅰ號構(gòu)造整體形態(tài)為海河-新港斷裂系控制下形成的具有復(fù)式地塹結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的逆牽引背斜構(gòu)造。該構(gòu)造具有東西分區(qū)、南北分帶的特征。構(gòu)造西區(qū)為由南掉斷層組成的斷階構(gòu)造;東區(qū)為復(fù)式地塹結(jié)構(gòu),由北部斷鼻帶、中部地塹帶和南部斷塊、斷鼻圈閉帶組成;北部斷裂構(gòu)造圈閉類型主要為低幅度背斜、斷鼻,地層整體南高北低,向北傾伏,圈閉規(guī)模大,形態(tài)好;中部為背斜頂部的復(fù)式地塹區(qū),主要發(fā)育多條斷層控制的碎小斷鼻、斷塊,較破碎;南部構(gòu)造圈閉類型主要為斷塊圈閉,斷層相互搭接,圈閉幅度大,發(fā)育在切割深層斷裂兩翼,有利于油氣在斷裂帶兩翼富集。受2期構(gòu)造活動(dòng)影響,依托海河斷裂,伴隨歧口凹陷重力滑脫斷層的調(diào)整,構(gòu)造高點(diǎn)逐步向凹陷中心遷移。構(gòu)造類型由深到淺,由背斜圈閉轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)雜的斷鼻、斷塊圈閉。
斷裂特征:①斷裂走向總體為北東東向,呈平行、近平行斜列式展布,具有左列北東向和右列北西向斷裂構(gòu)造特征。南北兩翼斷裂延伸長、規(guī)模大,塹心斷層延伸短。②斷裂結(jié)構(gòu)具有分段性。西段結(jié)構(gòu)不對稱,塹心位于南側(cè),兩翼斷層切割深、規(guī)模大;中段結(jié)構(gòu)對稱,兩翼斷層切割深、規(guī)模大;東段結(jié)構(gòu)不對稱,塹心位于南側(cè),兩翼斷層切割深,北翼斷層新近系沉積時(shí)期活動(dòng)弱。
濱海Ⅰ號構(gòu)造帶位于歧口凹陷湖盆坡折部位,在歧口凹陷構(gòu)造背景與沉積環(huán)境下,廣泛發(fā)育巖性圈閉;位置處于歧口主凹,斷裂系溝通油源,具備巖性油氣藏的形成條件。在濱海Ⅰ號構(gòu)造帶上,布置南北向與東西向2條地震測線。由圖5可以看出,地層整體表現(xiàn)為東厚西薄,北厚南薄的趨勢。受北部物源及古地貌控制,砂體沿凹槽區(qū)分布,平面上呈現(xiàn)出北西、北東2個(gè)主砂體帶,且向高部位減薄直至尖滅。由北至南發(fā)育蓋層滑脫引起的背斜形態(tài)與斷階區(qū),符合歧口凹陷構(gòu)造背景;由西向東,地震相呈楔形發(fā)散,形成上傾巖性尖滅,靠近歧口凹陷油源,該斜坡區(qū)內(nèi)巖性地層圈閉位于油氣優(yōu)勢運(yùn)移通道上(濱海斷裂系中多數(shù)斷層為油氣運(yùn)移通道)。由圖6可以看出,沙一下板3油組和沙一中板0油組振幅屬性分區(qū)明顯,推測為強(qiáng)振幅砂巖,弱振幅泥巖,巖性存在相變。在濱海斜坡緩坡折處、巖性相變區(qū),部署預(yù)探井濱深3x1,井區(qū)砂體主要來自于北東方向,沿凹槽區(qū)分布,向西、向東均存在變薄直至尖滅的趨勢,主體帶預(yù)測砂體最厚可達(dá)25 m,完鉆層位沙一下。全井沙一中、沙一下油氣顯示總計(jì)67 m/18層,綜合解釋油氣同層14.6 m/2層,氣層26.6 m/6層,油水同層21.6 m/5層。板3油組縱向揭示上、下2套氣層,頂部發(fā)育的12.3 m氣層為主力氣層,該層測試日產(chǎn)油48.3 t和日產(chǎn)氣123600 m3的工業(yè)油氣流,獲得高產(chǎn)。
圖5 濱海斜坡區(qū)NS方向(上)和WE方向(下)地震響應(yīng)特征Fig.5 The seismic response characteristics in NS direction (upper) and WE direction (lower) in Binhai slope area
圖6 濱海斜坡區(qū)板3油組振幅屬性(a)及板0油組氣層振幅屬性(b)Fig.6 Amplitude attributes of Ban 3 oil group (a)and Ban 0 oil group (b)in Binhai slope area
(1)走滑斷裂作用形成的斷裂坡折帶,影響古地貌形態(tài),控制湖底扇、水下扇、河流三角洲等沉積體系的沉積中心,是斷層發(fā)育區(qū)尋找?guī)r性油氣藏的有利區(qū)帶。
(2)走滑斷裂作用的發(fā)育、活動(dòng)歷史、組合樣式?jīng)Q定著盆地古構(gòu)造的空間樣式,進(jìn)而制約著沉積物的分布和儲層砂體的展布模式。
(3)對走滑斷裂形成機(jī)理的研究,可揭示構(gòu)造古地貌的成因,闡明盆地內(nèi)沉積體系和沉積相帶的分布規(guī)律,有效預(yù)測巖性油氣藏的分布。
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Control action of strike-slip faulting on hydrocarbon accumulation:A case study from Cenozioc fault in Qikou Sag
WANG Zhi-yao1, SU Jun-qing1, QIAN Mao-lu1, LIU Zhi-ying2
(1.Exploration and Development Research Institute, PetroChina Dagang Oilfield Company, Tianjin 300280, China;2.Well Logging Company, CNPC Bohai Drilling Engineering Company Limited, Tianjin 300280,China)
Qikou Sagin DagangOilfield formed at the right lateral tensor shear background in Cenozoic,and developed twogroupsoffault(NNE-NE and NNW-EWtrending),accompanyingechelon brush structurefault.Thechangesofstrikeslip displacement caused bystrike-slip faultingmake the extension rift faultingcoexist with the compression uplift and result in that the depocenter moved from outside to inside of the sag,and uplift and erosion outside of the sag occur simultaneously,which forms the model of“uplift in sag” that is easy to form self-generation and self-accumulation reservoir.The faulted slope break belts formed bystrike-slip faultingconstitutes the palaeostructure units and sedimentary facies boundary,and dominates the general depositional system distribution.Based on the concept of depositional systemtract in sequence stratigraphy,the sedimentaryfacies controlled bystrike-slip fault is analyzed under one system tract.The favorable source-reservoir-cap assemblages in actic region,gentle slope and sub-depression ofQikou Sagare discussed.The result shows that strike-slip fault controls the formingoflithologic-structural traps.
strike-slip fault; depositional system; favorable zones; lithologic reservoirs; Qikou Sag
TE121.3
A
2010-12-09;
2011-01-25
中國石油天然氣集團(tuán)公司科技專項(xiàng)(編號:2008ZX05001)“歧口富油氣凹陷大油氣田勘探及綜合配套技術(shù)研究”部分研究成果。
王芝堯,1981年生,男,碩士,工程師,主要從事地質(zhì)構(gòu)造及儲層研究工作。地址:(300280)天津市大港油田勘探開發(fā)研究院702 室。 E-mail:lantaizi@sina.com
1673-8926(2011)04-0035-06
楊琦)