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南堡凹陷3號(hào)構(gòu)造中—深層兩期斷裂特征及其對(duì)油藏的控制

2016-09-06 09:30張博明趙曉東喬海波
關(guān)鍵詞:南堡沙河東營(yíng)

張博明, 趙曉東, 劉 曉, 喬海波, 李 亮

( 中國(guó)石油冀東油田分公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院,河北 唐山 064300 )

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南堡凹陷3號(hào)構(gòu)造中—深層兩期斷裂特征及其對(duì)油藏的控制

張博明, 趙曉東, 劉曉, 喬海波, 李亮

( 中國(guó)石油冀東油田分公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院,河北 唐山064300 )

基于三維地震資料解釋和構(gòu)造幾何學(xué),研究南堡凹陷3號(hào)構(gòu)造中—深層兩期斷裂的油藏的控制作用。結(jié)果表明:南堡凹陷3號(hào)構(gòu)造中—深層具有構(gòu)造體系轉(zhuǎn)換界面和構(gòu)造反轉(zhuǎn)界面,沙河街組頂部是構(gòu)造體系轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵界面,早期以北東向伸展為主,晚期以南北向伸展兼右旋走滑為主;南堡凹陷3號(hào)構(gòu)造主斷層具有長(zhǎng)期發(fā)育、旋回式活動(dòng)特征,東西向斷層具有活動(dòng)時(shí)間晚、強(qiáng)度穩(wěn)定特征,存在3類區(qū)域構(gòu)造樣式和12類局部構(gòu)造樣式;沙河街組一期斷裂影響程度較小,造成深部斷層具有較好的斷層封閉性,而東營(yíng)組二期斷裂向下斷入沙河街組一段內(nèi)且與砂體連通,在伸展期極易開(kāi)啟并造成油氣沿著淺部斷層向上運(yùn)移,深部油氣聚集成藏非常有利,也為油藏聚集的有利場(chǎng)所。

構(gòu)造轉(zhuǎn)換; 兩期斷裂; 中—深層; 3號(hào)構(gòu)造; 南堡凹陷

0 引言

斷裂是重要的油氣運(yùn)移通道,對(duì)油氣的聚集成藏起重要作用[1-3]。南堡凹陷3號(hào)構(gòu)造自2007年中淺層勘探獲得發(fā)現(xiàn)以來(lái),在古近系沙河街組、寒武系潛山相繼獲得工業(yè)油流[4-5],研究認(rèn)為中—深層?xùn)|營(yíng)組二、三段也具有良好的油氣聚集條件,但未獲突破。南堡凹陷3號(hào)構(gòu)造油藏類型主要為構(gòu)造控制下的斷背斜油氣藏,斷裂系統(tǒng)是控制南堡凹陷3號(hào)構(gòu)造油氣成藏的主要因素之一。隨著南堡凹陷中—深層油氣勘探不斷深入,人們對(duì)構(gòu)造和成藏進(jìn)行研究,如黃曼寧等研究南堡凹陷構(gòu)造油氣藏分布,認(rèn)為地質(zhì)相控油氣作用的基本模式為優(yōu)地質(zhì)相—高孔滲控藏,流體勢(shì)控油氣作用的基本模式為低勢(shì)控藏,烴源灶控油氣作用的基本模式為近源控藏[6]。董月霞等研究南堡凹陷走滑斷層對(duì)油氣成藏的控制作用,認(rèn)為南堡凹陷古近紀(jì)成盆演化主要受柏各莊—西南莊基底斷裂左行走滑活動(dòng)控制,屬于走滑—伸展凹陷,斷層對(duì)沙河街組沉積有明顯的控制作用[7]。范柏江等研究南堡凹陷斷裂系統(tǒng)對(duì)油氣成藏的控制作用,認(rèn)為南堡凹陷內(nèi)部斷裂以NEE向或近NE向斷裂為主,剖面上形成"坡坪式""鏟式""多米諾式"等多種構(gòu)造樣式[8]。汪澤成等研究南堡凹陷源上成藏組合油氣勘探潛力,認(rèn)為南堡凹陷油氣成藏具有兩期充注,油源斷層是源上成藏組合油氣成藏的關(guān)鍵要素[9]。徐安娜等劃分南堡凹陷巖性—地層油氣藏區(qū)帶,將南堡凹陷縱向上發(fā)育源上、源內(nèi)、源下三個(gè)一級(jí)油氣成藏組合體[10]。童亨茂等研究南堡凹陷斷裂系統(tǒng)成因的構(gòu)造解析,認(rèn)為南堡凹陷是典型的斜向伸展變形樣式,縱向上劃分下部和上部?jī)蓚€(gè)斷裂系統(tǒng),斷層的平面組合有平行狀、平行交織狀、梳狀和帚狀4種形式[11]。這些研究在構(gòu)造發(fā)育特征、構(gòu)造成因機(jī)制及其對(duì)成藏控制作用方面缺乏系統(tǒng)認(rèn)識(shí),尤其是斷裂與油藏、深層上部?jī)?chǔ)層成藏等方面研究較少。筆者以構(gòu)造幾何學(xué)和構(gòu)造地質(zhì)學(xué)理論為指導(dǎo),根據(jù)三維地震資料開(kāi)展構(gòu)造精細(xì)解釋,分析南堡凹陷3號(hào)構(gòu)造中—深層斷裂系統(tǒng)發(fā)育特征及其對(duì)油藏的控制作用,研究南堡凹陷3號(hào)構(gòu)造儲(chǔ)量,為后續(xù)油藏勘探評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

南堡凹陷3號(hào)構(gòu)造西與南堡2號(hào)構(gòu)造、東與南堡4號(hào)構(gòu)造相接,東南部和西北部分別緊鄰生烴凹陷曹妃甸次凹和林雀次凹,位于兩個(gè)次凹中間的隆起區(qū),構(gòu)造內(nèi)次級(jí)斷層多為北東向,構(gòu)造面積為240 km2,整體呈東西向展布(見(jiàn)圖1)。南堡凹陷3號(hào)構(gòu)造為發(fā)育在寒武系古潛山的一個(gè)斷背斜油藏,之上依次發(fā)育古近系沙河街組、東營(yíng)組,新近系館陶組、明化鎮(zhèn)組和第四系平原組,缺失古生界至中生界大段地層。研究目的層主要為古近系沙河街組一段(沙一段)和東營(yíng)組三段(東三段),地層沉積厚度大,主要發(fā)育辮狀河三角洲、湖泊及深水砂質(zhì)碎屑流等地層沉積,沉積盆地形成的物源供給主要來(lái)自沙壘田凸起,具有典型斷陷盆地的沉積特征[12-15]。目前,在中—淺層、中—深層古近系和寒武系潛山發(fā)現(xiàn)油藏,有利勘探面積約為200 km2,具有巨大的勘探開(kāi)發(fā)潛力。

圖1 南堡凹陷3號(hào)構(gòu)造區(qū)域位置Fig.1 Regional location of No.3 structure in Nanpu sag

2 斷裂特征

2.1斷裂發(fā)育特征

南堡凹陷3號(hào)斷裂以沙河街組頂為界,存在兩期斷裂系統(tǒng),在沙一段交叉,將沙河街組沉積時(shí)期斷裂定義為沙河街組一期(沙一期)斷裂,東營(yíng)組斷裂定義為東營(yíng)組二期(東二期)斷裂。

研究區(qū)地震剖面顯示復(fù)雜的“X”字型斷層組合(地震測(cè)線依次從研究區(qū)的東部到西部相間排列),西部主要由南傾的主斷層控制,北傾深部斷層斷距不明顯。東二期斷裂發(fā)育不明顯的地塹構(gòu)造,中部井區(qū)斷裂系統(tǒng)左下支主要由一條斷距較大的北傾斷層構(gòu)成,而“X”字型斷層組合的其余分支分別由多條較密集的小斷層構(gòu)成,斷距在百米以內(nèi),先存主斷層對(duì)該“X”字型斷層組合的形成有重要影響[16]。東部地區(qū)斷層剖面構(gòu)型十分復(fù)雜,中東部由東部、西部的“X”字型斷層體系逐漸變?yōu)殡A梯狀斷層樣式,由多個(gè)北傾型斷層復(fù)合而成,斷距相當(dāng)??傮w上,兩套斷層體系特征在中部地區(qū)最為明顯,向兩側(cè)逐漸減弱(見(jiàn)圖2)。

中部的沙河街組三段(沙三段)及沙河街組二段(沙二段)地層厚度比兩側(cè)的大,說(shuō)明研究區(qū)存在構(gòu)造反轉(zhuǎn)或古地貌。南堡凹陷早新生代構(gòu)造活動(dòng)與晚新生代構(gòu)造活動(dòng)具有明顯差異[17-18],并且多認(rèn)為在始新世末—漸新世早期存在構(gòu)造反轉(zhuǎn),尤其在東部地區(qū),整個(gè)上覆地層呈現(xiàn)背斜特征,下部地層呈現(xiàn)向斜特征,中間以東營(yíng)組三段上亞段(東三上亞段)—東營(yíng)組二段(東二段)為構(gòu)造反轉(zhuǎn)零線。

圖2 南堡凹陷3號(hào)構(gòu)造地震解釋斷層特征Fig.2 Fault characteristics by seismic interpretation of No.3 structure in Nanpu sag

2.2斷裂差異特征

2.2.1活動(dòng)程度

斷裂平面延伸長(zhǎng)度反映斷裂的規(guī)模大小,統(tǒng)計(jì)斷層在平面上的延伸長(zhǎng)度,發(fā)現(xiàn)沙一期斷裂延伸長(zhǎng)度為2.0~6.0 km(見(jiàn)圖3(a)),10.0 km以上的斷裂比例較少;東二期斷裂延伸長(zhǎng)度為2.5~11.0 km(見(jiàn)圖3(b)),斷拗構(gòu)造層內(nèi)10 km以上的斷裂比例自下而上有逐漸減小的趨勢(shì),表明東營(yíng)組二期的斷裂活動(dòng)程度強(qiáng)于沙河街組一期的。統(tǒng)計(jì)各構(gòu)造層內(nèi)斷裂延伸長(zhǎng)度,自下而上斷裂規(guī)模逐漸增大,反映應(yīng)力逐漸變化的過(guò)程,并且晚期構(gòu)造變形強(qiáng)度相對(duì)早期增大。

2.2.2活動(dòng)范圍

文獻(xiàn)[19]將南堡凹陷斷裂劃分為一級(jí)、二級(jí)和其他等3個(gè)級(jí)別斷裂,南堡凹陷3號(hào)構(gòu)造主要發(fā)育二級(jí)和其他級(jí)別斷裂。為研究不同斷裂不同時(shí)期的活動(dòng)范圍差異,將沙一期斷裂和東二期斷裂進(jìn)行層位細(xì)分,并利用生長(zhǎng)指數(shù)進(jìn)行分析,生長(zhǎng)指數(shù)越大,反映斷層活動(dòng)范圍越大。設(shè)定南堡凹陷3號(hào)構(gòu)造生長(zhǎng)指數(shù)≥1.15表示斷層正?;顒?dòng);0.85≤生長(zhǎng)指數(shù)<1.15表示未斷層活動(dòng);生長(zhǎng)指數(shù)<0.85表示斷層反轉(zhuǎn),發(fā)生擠壓作用,并且將斷層正?;顒?dòng)范圍用紅色區(qū)域表示出來(lái)。

圖3 南堡凹陷3號(hào)構(gòu)造主要沉積時(shí)期斷層延伸長(zhǎng)度Fig.3 Fault length in main sedimentary periods of No.3 structure in Nanpu sag

沙三段沉積時(shí)期,F(xiàn)2西段、F4斷層正?;顒?dòng),即南堡3號(hào)構(gòu)造中部、東部活動(dòng),東南端F3斷層受二級(jí)斷層F2上升盤影響,發(fā)生逆轉(zhuǎn)(見(jiàn)圖4(a))。沙二段沉積時(shí)期,活動(dòng)區(qū)域明顯增多,斷層大多屬于正?;顒?dòng),說(shuō)明該時(shí)期區(qū)域拉張作用增強(qiáng)(見(jiàn)圖4(b))。沙河街組一段下亞段(沙一下亞段)湖侵域沉積時(shí)期,斷層活動(dòng)特征和沙河二段沉積時(shí)期差別不大,僅西北部F1斷層發(fā)生逆轉(zhuǎn),區(qū)域拉張作用有減弱的趨勢(shì)(見(jiàn)圖4(c))。沙一下亞段湖退域沉積時(shí)期,相比沙一下亞段湖侵域沉積時(shí)期活動(dòng)區(qū)域明顯縮減,研究區(qū)僅中間區(qū)域F2南段影響的范圍繼續(xù)活動(dòng),說(shuō)明此對(duì)應(yīng)時(shí)期拉張作用明顯減弱(見(jiàn)圖4(d))。沙河街組一段中亞段(沙一中亞段)湖侵域沉積時(shí)期,F(xiàn)6、F8斷層控制的范圍內(nèi)正常活動(dòng),F(xiàn)2北段、F5斷層交接的部位斷層正?;顒?dòng)(見(jiàn)圖4(e))。分析沙一中亞段湖退域和東營(yíng)組三段下亞段(東三下亞段)湖侵域沉積時(shí)期,在東三下亞段湖侵域沉積時(shí)期,南堡3號(hào)構(gòu)造內(nèi)斷層大面積正?;顒?dòng),比前一時(shí)期正?;顒?dòng)范圍強(qiáng)烈增大,表明區(qū)域拉張作用再次增強(qiáng),這個(gè)時(shí)期也是斷層活動(dòng)轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵時(shí)期。從東三下亞段湖退域到東二段低位域沉積時(shí)期,斷層的正?;顒?dòng)范圍逐漸減小,部分?jǐn)鄬影l(fā)生逆轉(zhuǎn),尤其是東三上亞段湖退域沉積時(shí)期對(duì)應(yīng)F2、F8、F9斷層(見(jiàn)圖4(f-i))。東二段湖侵域和高位域沉積時(shí)期,相比東二段低位域沉積時(shí)期,斷層正常活動(dòng)范圍有所增大(見(jiàn)圖4(j-l))。研究區(qū)主要發(fā)育的二級(jí)斷裂和其他斷裂的活動(dòng)范圍具有分期分段的特點(diǎn),總體呈現(xiàn)“強(qiáng)—弱—強(qiáng)—弱—強(qiáng)”的趨勢(shì)。

圖4 南堡凹陷3號(hào)構(gòu)造主要沉積時(shí)期斷層活動(dòng)范圍Fig.4 Fault range in main sedimentary periods of No.3 structure in Nanpu sag

2.2.3斷層組合

在南堡凹陷3號(hào)構(gòu)造主要存在3類區(qū)域構(gòu)造樣式和12類局部構(gòu)造樣式,3類構(gòu)造樣式體系分別為走滑伸展構(gòu)造、伸展構(gòu)造和反轉(zhuǎn)構(gòu)造,其中東營(yíng)組為走滑伸展斷層系統(tǒng),沙河街組為伸展斷層系統(tǒng),沙河街組—東營(yíng)組為反轉(zhuǎn)斷層系統(tǒng)[11](見(jiàn)圖5)。

圖5 南堡凹陷3號(hào)構(gòu)造斷層構(gòu)造樣式Fig.5 Fault tectonic style of No.3 structure in Nanpu sag

東營(yíng)組單斷層類型為板狀和鏟狀,其中板狀活動(dòng)時(shí)間短,鏟狀相對(duì)發(fā)育時(shí)間長(zhǎng)。在剖面上呈“y”字或“反y”字型、平面上呈斜交式的斷層在全區(qū)發(fā)育;在剖面上呈同向斷階組合類型,平面上呈雁列式的斷層主要在西南部地區(qū)發(fā)育;在剖面上呈反向斷階組合類型,平面上呈平行式的斷層在中部、東部地區(qū)發(fā)育;在剖面上呈地塹或白菜心式,平面上呈平行式或斜交式的斷層在中部井區(qū)或潛山頂部發(fā)育;在斷層剖面上呈調(diào)節(jié)型,平面上呈正交或分叉式的斷層在中部潛山頂部發(fā)育;在剖面上呈逆牽引組合類型,平面上呈弧形類型的斷層在主斷層發(fā)育;在剖面上呈差異壓實(shí)型,平面上呈雜亂型的斷層在潛山頂部東營(yíng)組地層發(fā)育。

沙河街組單斷層類型為鏟狀和躺椅狀,躺椅狀類型比鏟狀的活動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)。沙河街組中在剖面上呈“入”字型,在平面上呈斜交式類型的斷層主要在中東部地區(qū)、潛山核部沙河街地層發(fā)育;在剖面上呈地壘型,在平面上呈平行式的斷層在中西部地區(qū)、潛山核部沙河街地層發(fā)育;在剖面上呈韌性剪切帶,在平面上呈斷續(xù)式的斷層在西北部主斷層發(fā)育;在剖面上呈垂向剪切型,在平面上呈雁列式的斷層在東南部主斷層發(fā)育。

沙河街—東營(yíng)組單斷層類型為鏟狀,其斷層在剖面上呈反轉(zhuǎn)型,在平面上呈“S”字型的斷層主要發(fā)育在西南部東三段、西北部東三段、中部沙一段、東部東二段和東部東三段(見(jiàn)圖5)。

3 斷裂對(duì)油藏的控制作用

南堡凹陷沙三段烴源巖在沙一段開(kāi)始生烴,東二段末期進(jìn)入排烴高峰;沙一段烴源巖在東一段末期開(kāi)始生烴,館陶組開(kāi)始排烴,明化鎮(zhèn)中期進(jìn)入排烴高峰[20-22]。南堡凹陷3號(hào)構(gòu)造沙一段油氣為混源特征,主要來(lái)自于自身烴源巖和少量沙三段烴源巖,說(shuō)明自沙一下亞段晚期延續(xù)至今3號(hào)構(gòu)造一直排烴,且3號(hào)構(gòu)造在沙河街組沉積時(shí)期處于盆地強(qiáng)烈伸展階段的斷塊掀斜活動(dòng)狀態(tài),東營(yíng)期處于裂陷盆地弱伸展階段的弱掀斜狀態(tài),經(jīng)歷明化鎮(zhèn)早期構(gòu)造活動(dòng)期后,新構(gòu)造不斷形成,早期構(gòu)造得到改造,從而形成大量構(gòu)造圈閉。由此可見(jiàn),構(gòu)造圈閉的形成期和發(fā)育期或早于主排烴期,或者與主排烴期同步,具有良好的時(shí)間配置關(guān)系[23-24]。

“X”字型斷層體系存在于沙一段,中間砂體的有效溝通是斷層作為油氣運(yùn)移有效通道的關(guān)鍵,并以“X”字型斷層的相交區(qū)域?yàn)榻?,與圍巖構(gòu)成深層及淺層有效圈閉控制油氣成藏[15]。如控壘的3條反向斷層溝通沙三段烴源巖,但后期的繼承性活動(dòng)破壞沙一段烴源巖,使油氣繼續(xù)向上運(yùn)移。一方面,夾限區(qū)地層通常發(fā)生較明顯的變形,形成一定幅度的背斜或單斜,當(dāng)“X”字型斷層封閉性良好時(shí)成為有利圈閉;另一方面,深部地層距油源較近,或其本身是油源,具有優(yōu)先油氣捕獲機(jī)會(huì),能夠形成油氣聚集規(guī)模[23]。結(jié)合斷層活動(dòng)特征與排烴時(shí)間研究,3條控壘斷層活動(dòng)時(shí)間晚,基本在沙一段中期開(kāi)始活動(dòng),結(jié)束時(shí)間較早;3條斷層基本是在早期北東向斷層發(fā)育的基礎(chǔ)上形成,沙一段至東三段早期受區(qū)域轉(zhuǎn)換應(yīng)力場(chǎng)的作用,近于東西向發(fā)育,然后停止活動(dòng),在縱向上屬于兩套斷層體系。盡管后期的南北向拉伸和右旋走滑控制產(chǎn)生大量近東西向斷層,但作為深層控壘斷層受影響較小,即晚期的坳陷活動(dòng)對(duì)于垂向上不連續(xù)的兩套斷層系統(tǒng)影響程度差異大,最終造成深部斷層較好的斷層封閉性,但東營(yíng)組二期斷裂向下斷入沙一段內(nèi),且與砂體相連通,在伸展期極易開(kāi)啟,造成油氣沿著淺部斷層向上運(yùn)移(見(jiàn)圖6)。另外,東三段晚期—東營(yíng)組二段(東二段)早期也存在明顯的構(gòu)造反轉(zhuǎn)現(xiàn)象,對(duì)圈閉發(fā)育和油氣運(yùn)移有重要影響,由于早期為正斷層,晚期為逆斷層,形成下凹上凸的橢球特征,對(duì)深部油氣的向上運(yùn)移和聚集成藏非常有利,使東營(yíng)組成為油藏聚集的有利場(chǎng)所。2014年8月東營(yíng)組獲得突破,南堡306x9井試油日產(chǎn)油7.679 m3,證實(shí)南堡凹陷3號(hào)構(gòu)造東營(yíng)組具有良好勘探前景。

圖6 南堡凹陷3號(hào)構(gòu)造兩期斷裂與油氣聚集關(guān)系Fig.6 Relationship of two phase fault and oil gathering of No.3 structure in Nanpu sag

4 結(jié)論

(1)南堡凹陷3號(hào)構(gòu)造以沙河街組頂為界存在兩期斷裂系統(tǒng),沙河街組一期斷裂以北東向伸展為主,東營(yíng)組二期斷裂以南北向伸展兼右旋走滑為主。

(2)兩期斷裂在活動(dòng)程度、活動(dòng)范圍、斷裂組合差異等方面具有明顯差異:東營(yíng)組二期的斷裂活動(dòng)程度要強(qiáng)于沙河街一期的;活動(dòng)范圍具有分期分段的特點(diǎn),總體上呈現(xiàn)出“強(qiáng)—弱—強(qiáng)—弱—強(qiáng)”的趨勢(shì);主要存在3類區(qū)域構(gòu)造樣式和12類局部構(gòu)造樣式。

(3)沙河街組一期斷裂溝通沙三段烴源巖,晚期的坳陷活動(dòng)對(duì)于垂向上不連續(xù)的兩期斷層系統(tǒng)影響程度差異大,沙河街組一期斷裂影響程度較小,造成深部斷層具有較好的斷層封閉性,而東營(yíng)組二期斷裂向下斷入沙一段內(nèi)且與砂體相連通,在伸展期極易開(kāi)啟,造成油氣沿著淺部斷層向上運(yùn)移。另外,在東三晚期—東二早期構(gòu)造反轉(zhuǎn),由于早期為正斷層,晚期為逆斷層,形成下凹上凸的橢球特征,對(duì)深部油氣的向上運(yùn)移和聚集成藏非常有利,使東營(yíng)組成為油藏聚集的有利場(chǎng)所。

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2015-12-21;編輯:張兆虹

國(guó)家科技重大專項(xiàng)(2011ZX05006-06);中石油股份公司科技重大專項(xiàng)(2014E-050211)

張博明(1983-),男,工程師,主要從事構(gòu)造地質(zhì)學(xué)及沉積儲(chǔ)層方面的研究。

趙曉東,E-mail: zhaoxiaodong1984_1@126.com

10.3969/j.issn.2095-4107.2016.01.008

TE122.1

A

2095-4107(2016)01-0072-08

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