魏真真, 王丙賢, 楊 靜

(1.中國石油大學(xué)勝利學(xué)院油氣工程學(xué)院，東營 257000；2.中石化石油工程設(shè)計(jì)有限公司，東營 257000；3.中國石油大港油田分公司采油工藝研究院，天津 300280)

“斷裂控藏”一直以來都是陸相斷陷盆地油氣差異聚集的重要研究內(nèi)容之一[1-2]。歧口凹陷作為黃驊坳陷中北區(qū)的主力生烴中心，斷裂構(gòu)造發(fā)育，目前已發(fā)現(xiàn)大量斷塊油氣藏，因此，斷裂構(gòu)造研究始終貫穿于油氣勘探過程，斷裂構(gòu)造對油氣的控制作用成為近年來諸多學(xué)者研究的熱點(diǎn)問題。前人對歧口凹陷的研究主要集中于凹陷形成、演化、板內(nèi)變形機(jī)制，以及物源、構(gòu)造對沉積體系的控制，新近系油氣富集成藏等方面[3-8]，也對帚狀斷裂及其油氣意義進(jìn)行過相關(guān)探討[9]，但尚缺少對全區(qū)斷裂構(gòu)造特征進(jìn)行系統(tǒng)、全面的研究，尤其缺少幾何學(xué)、運(yùn)動學(xué)方面的證據(jù)。因此，筆者結(jié)合歧口凹陷地質(zhì)、地震等實(shí)測資料，選取典型剖面進(jìn)行構(gòu)造解析，系統(tǒng)梳理區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造的平面、剖面幾何學(xué)特征，并利用斷層落差法對主要斷層活動性進(jìn)行定量分析，創(chuàng)新性地將模糊數(shù)學(xué)定量方法引入斷層封閉系數(shù)計(jì)算，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步確定了主要油源斷層及其對油氣的控制作用，以期為指導(dǎo)下一步油氣勘探提供重要依據(jù)。

圖2 歧口凹陷古近紀(jì)—新近紀(jì)斷層展布優(yōu)勢方向?qū)Ρ菷ig.2 Contrast of dominant directions of fault distribution between Paleogene and Neogene in Qikou Sag

1 區(qū)域地質(zhì)概況

圖1 歧口凹陷構(gòu)造簡圖Fig.1 Structural sketch of Qikou Sag

歧口凹陷構(gòu)造位置上位于渤海灣盆地黃驊坳陷中北區(qū)，以漢沽斷層與其北部的燕山褶皺帶相鄰，南部向上超覆于埕寧隆起，東側(cè)以沙壘田凸起與渤中坳陷相接，西側(cè)以滄東斷裂與滄縣隆起相鄰(圖1)。研究區(qū)受燕山隆起、滄縣隆起和埕寧隆起三大物源區(qū)的影響，基巖為太古界及下元古界變質(zhì)巖，上覆地層自下而上分別為中-上元古界、古生界、中生界和新生界，總厚度達(dá)14 000 m。古近系自下而上包括孔店組、沙三段-沙二段、沙一段、東營組，新近系在本區(qū)廣泛分布，除厚度差別外，各區(qū)巖相區(qū)別不大，是良好的儲集層。其中，沙河街組和新近系是主要勘探目的層。

2 歧口凹陷斷裂構(gòu)造特征

2.1 斷裂構(gòu)造平面特征

歧口凹陷斷裂構(gòu)造走向以NNE、NE、EW和近EW向4組方向?yàn)橹鳎也煌貐^(qū)斷裂帶走向差異性明顯。沿海岸構(gòu)造帶兩側(cè)，斷裂帶走向方位發(fā)生明顯變化，其中，西側(cè)陸上以濱海斷層、大張坨斷層、港東斷層、南大港斷層、羊二莊斷層等為代表，沿NEE、NE走向展布；東側(cè)海域以張東斷層、歧東斷層、歧中斷層、海河-新港斷層等為代表轉(zhuǎn)為NW和近EW向，以濱海1號構(gòu)造帶內(nèi)斷層為代表轉(zhuǎn)為NEE向。除走向變化，在斷層傾向上發(fā)生極性的改變，如歧中斷層、歧東斷層、張北斷層、張東斷層等均向北傾，而濱海斷層、港東斷層、南大港斷層等均向南傾。統(tǒng)計(jì)對比研究區(qū)內(nèi)不同構(gòu)造時(shí)期的斷層走向優(yōu)勢方位發(fā)現(xiàn)，古近系沙三段沉積時(shí)期斷層優(yōu)勢走向?yàn)镹EE和NE向，沙一段沉積時(shí)期斷層優(yōu)勢走向?yàn)榻麰W向，至新近系沉積時(shí)期，斷層優(yōu)勢走向?yàn)镹EE向(圖2)，反映不同構(gòu)造演化構(gòu)造應(yīng)力場的控制作用。

歧口凹陷斷裂平面構(gòu)造樣式中，以帚狀平面組合樣式最為典型，如濱海斷裂東段、南大港斷裂東段，多條NW向弧形次級斷層與主干斷層構(gòu)成“帚狀”，西側(cè)收斂，向東側(cè)撒開(圖3中①、②)。此外，歧中斷層與歧東斷層中部可見一系列NWW向次級斷層呈明顯的雁列式平面組合樣式(圖3中③)，張北斷層主斷層兩側(cè)分別發(fā)育有一組平行式次級斷層與其相交，整體構(gòu)成羽列式平面組合樣式(圖3中④)，羊二莊斷層西側(cè)有近EW向的次級斷層與主斷層斜交，終止于羊二莊斷層，構(gòu)成典型的斜交式平面組合樣式(圖3中⑤)。

圖3 歧口凹陷T1 750 ms相干體切片解釋圖Fig.3 Interpretation of coherence slices of T1 750 ms

圖4 歧口凹陷斷裂剖面構(gòu)造樣式Fig.4 Profile structural style of fault in Qikou Sag

2.2 斷裂構(gòu)造剖面特征

以研究區(qū)三維地震資料為基礎(chǔ)，運(yùn)用幾何學(xué)、運(yùn)動學(xué)特征分析，對歧口凹陷斷裂構(gòu)造的剖面構(gòu)造樣式進(jìn)行系統(tǒng)研究。過歧口凹陷的南-北向剖面顯示，研究區(qū)發(fā)育典型的伸展構(gòu)造樣式、伸展-走滑構(gòu)造樣式，且自南向北表現(xiàn)出明顯的差異性。其中，南部埕北斷階帶發(fā)育典型的伸展構(gòu)造樣式，以羊二莊斷層、張東斷層、歧中斷層和歧東斷層等幾條規(guī)模較大的斷層為代表，剖面上均為北傾正斷層，斷面呈板狀或鏟狀，節(jié)節(jié)北掉，構(gòu)成南高北低的階梯狀斷層組合[圖4(a)]；中部歧北凹陷、北大港潛山均發(fā)育典型的伸展構(gòu)造樣式，岐北凹陷顯示半地塹結(jié)構(gòu)，北大港潛山構(gòu)造帶中段顯示地壘結(jié)構(gòu)[圖4(b)]；中北部北大港潛山東部發(fā)育典型的伸展構(gòu)造樣式，過該區(qū)NNW-SSE向剖面顯示，主干斷層和與其上盤的多條低級別斷層構(gòu)成復(fù)雜的多級Y字型組合樣式[圖4(c)]；北部新港潛山發(fā)育典型的伸展構(gòu)造樣式和伸展-走滑構(gòu)造樣式，過海河斷層的SN向剖面顯示典型的同向Y字型組合樣式[圖4(d)]；以新港斷層、海河斷層為主干走滑斷層，淺部表現(xiàn)為向上分叉、撒開的正斷層，構(gòu)成典型的負(fù)花狀構(gòu)造[圖4(e)]。

3 主要斷層活動性分析

斷層既是油氣垂向運(yùn)移的主要通道，也是構(gòu)造圈閉的重要遮擋條件，而斷層活動性成為其中重要的控制因素[10-12]。因此，通過主要斷層活動性分析，定量表征斷層運(yùn)動學(xué)特征，對進(jìn)一步深入探討其控油作用具有關(guān)鍵意義。目前，用于定量表征斷層活動性的方法有斷層落差、斷層生長指數(shù)、斷層活動速率等[13]，這里主要通過斷層落差計(jì)算來表征岐口凹陷斷層活動性。其基本原理為：在沉積補(bǔ)償前提下，不考慮沉積壓實(shí)，斷層兩盤同一巖層厚度之差即為斷層活動造成的構(gòu)造沉降[14]。選取歧口凹陷3條典型構(gòu)造剖面(圖5)，編制構(gòu)造演化平衡剖面，以此為基礎(chǔ)，采用斷層落差方法對研究區(qū)內(nèi)12條主要控洼斷層Es3—Nm沉積時(shí)期的斷層活動性進(jìn)行定量分析(表1)。研究表明，歧口凹陷斷層的活動性具有明顯的分段特征，其中，Es3時(shí)期、Es1時(shí)期和Ed時(shí)期斷層活動性強(qiáng)，Ng時(shí)期以來斷層活動性明顯減弱。

圖5 歧口凹陷典型地質(zhì)剖面(剖面位置詳見圖1)Fig.5 Typical geological section of Qikou Sag (section location detailed as Fig.1)

表1 歧口凹陷主要斷層活動性分析

續(xù)表1

4 油源斷層確定及其控油氣作用

4.1 主要油源斷層的確定

斷層是溝通深部源巖與淺部儲層的重要通道，其垂向輸導(dǎo)性存在多種影響因素。成為油源斷層需同時(shí)滿足：具有高孔、高滲的斷裂帶物質(zhì)結(jié)構(gòu)；斷層活動時(shí)期與生排烴時(shí)期相匹配；斷層連通主要源巖層系或與連通源巖層系的斷層相連通，三者缺一不可[15-17]。岐口凹陷以沙三段(Es3)、沙一段(Es1)和東三段(Ed)為主力烴源巖層系。前述12條控洼斷層中，除南部的羊二莊斷層、趙家堡斷層和扣村斷層外，均斷至沙三段(Es3)，均有可能成為直接油源斷層。當(dāng)斷層對應(yīng)生排烴期活動時(shí)，常具有開啟性，成為縱向上油氣運(yùn)移的重要通道，運(yùn)移至淺層圈閉成藏，而斷層對應(yīng)生排烴期已停止活動時(shí)，斷層帶中常被礦物充填或膠結(jié)，縱向上對油氣具有封堵作用。因此，只有活動時(shí)期與油氣生排烴時(shí)期相匹配的斷層，才有可能成為油源斷層[18-20]。岐口凹陷具有長期成藏的特點(diǎn)，存在Es1末—Ed、Ng—Nm兩個(gè)生排烴期。結(jié)合前述斷層活動性分析發(fā)現(xiàn)，Es1末—Ed期，斷層活動性較強(qiáng)(圖6)，油氣可從沙三段烴源巖系運(yùn)移至沙二段、沙一段和東營組，不利于油氣聚集，未成為研究區(qū)主要成藏期。至Ng—Nm時(shí)期，僅港東斷層、歧中斷層、南大港斷層、張東斷層和歧東斷層活動性較強(qiáng)，成為油氣縱向運(yùn)移的重要通道，而研究區(qū)其他斷層整體活動性減弱。同時(shí)，斷層活動較弱有利于油氣聚集成藏，使此階段成為研究區(qū)主要的成藏期。基于此，筆者依據(jù)木桶理論的“短板效應(yīng)”原理，分別從斷層與沙二段、沙一段和東營組源巖的溝通情況、斷層活動與生排烴期的匹配關(guān)系(圖7)等方面對岐口凹陷12條主要斷層進(jìn)行了綜合評價(jià)，最終確定出岐口凹陷油氣藏的主要油源斷層為澗南斷層、海河斷層、大張坨斷層、港東斷層、歧中斷層、南大港斷層、歧東斷層。

4.2 斷層對油氣的控制作用

斷層垂向輸導(dǎo)為油氣由深部向淺部運(yùn)移提供了重要通道，而斷層側(cè)向封堵是斷層油氣藏及斷層復(fù)合油氣藏成藏不可缺少的條件[21-23]。岐口凹陷油氣藏中，斷層油氣藏占有重要地位，因此，斷層對油氣的側(cè)向封堵成為研究區(qū)油氣成藏的關(guān)鍵因素。

前人對歧口凹陷構(gòu)造應(yīng)力場特征進(jìn)行了系統(tǒng)研究，研究表明，Es1時(shí)期、Ed時(shí)期、Nm時(shí)期和Q時(shí)期的主壓應(yīng)力方向分別為NE87°、NE77°、SE178°、NE71°[24-25]。前已述及，歧口凹陷的斷層走向主要有NNE、NE、EW和近EW向4組方向，但不同地區(qū)斷層走向差異性較大?；诖耍P者采用模糊定量統(tǒng)計(jì)方法，即主壓應(yīng)力方向與斷層展布方向夾角越小，則斷層開啟性越強(qiáng)、封閉性越差，用較小的系數(shù)表示；反之，主壓應(yīng)力方向與斷層展布方向夾角越大，則斷層開啟性越差、封閉性越好，用較大的系數(shù)表示(表2)。前述歧口凹陷內(nèi)主要斷層均具有繼承性活動，可依據(jù)斷層與主壓應(yīng)力之間的夾角換算出Es1時(shí)期、Ed時(shí)期、Nm時(shí)期和Q時(shí)期的封閉系數(shù)，進(jìn)而得出新生代以來的平均封閉系數(shù)(表3)。結(jié)果表明， NNE向斷層封閉性最好，封閉系數(shù)為3.50；其次為NE向斷層，封閉系數(shù)為2.50；EW向和NEE向斷層封閉性較差，封閉系數(shù)小于2.0。

圖6 岐口凹陷主要斷層最大古落差直方圖Fig.6 Histogram of maximum paleo-drop of main faults in Qikou Sag

圖7 岐口凹陷斷裂活動與油氣成藏事件匹配關(guān)系圖Fig.7 Matching diagram of fault activity and oil-gas accumulation events in Qikou Sag

表2 最大主壓應(yīng)力與斷裂走向夾角所對應(yīng)的封閉系數(shù)取值

表3 岐口凹陷主要斷層封閉系數(shù)測算表

5 結(jié)論

(1)地震資料解釋研究表明，歧口凹陷斷裂構(gòu)造平面上以NNE、NE、EW和近EW向4組走向?yàn)橹鳎煌瑯?gòu)造時(shí)期優(yōu)勢方位差異性明顯，Es3時(shí)期NEE和NE向?yàn)橹?，Es1時(shí)期以近EW向?yàn)橹?，新近紀(jì)時(shí)以 NEE向?yàn)橹?；剖面上發(fā)育典型的伸展構(gòu)造樣式、伸展-走滑構(gòu)造樣式，南部發(fā)育階梯狀斷層組合，中部發(fā)育半地塹和地壘，中北部發(fā)育多級Y字型組合樣式，北部發(fā)育同向Y字型組合樣式和負(fù)花狀構(gòu)造。

(2)斷層落差分析定量描述了歧口凹陷斷層的活動性。歧口凹陷斷層分段性明顯，總體表現(xiàn)為沙三段、沙一段和東營組沉積時(shí)期活動性較強(qiáng)。其中，大神堂斷層、澗南斷層、大張坨斷層、港東斷層、南大港斷層、歧東斷層、張東斷層和趙家堡斷層在Es3時(shí)期達(dá)到峰值，海河斷層、扣村斷層在Ed時(shí)期達(dá)到峰值，歧中斷層、羊二莊斷層在Ed時(shí)期達(dá)到峰值，館陶組沉積以來總體活動性減弱。

(3)斷層綜合評價(jià)研究確定出岐口凹陷油氣藏的主要油源斷層為澗南斷層、海河斷層、大張坨斷層、港東斷層、歧中斷層、南大港斷層、歧東斷層。

(4)模糊定量統(tǒng)計(jì)明確了歧口凹陷主要斷裂構(gòu)造的控油作用。Es1—Ed時(shí)期歧口凹陷主要斷層的封閉系數(shù)均較低，不利于油氣成藏；Ng—Nm時(shí)期主干斷層封閉系數(shù)均較高，以4～6為主，明顯優(yōu)于Ed時(shí)期，成為歧口凹陷油氣成藏與分布的主控因素。