渤海西部沙壘田凸起東段構(gòu)造演化特征與油氣成藏

石文龍，張志強(qiáng)，彭文緒，王保全，郭 濤

［中海石油(中國)有限公司 天津分公司，天津300452］

沙壘田凸起位于渤海海域西部，被渤中、南堡、歧口和沙南4個生烴凹陷所包圍，整體分東西兩塊，東高西低，基底主體是元古界花崗巖，局部殘留古生界灰?guī)r。該凸起是渤海海域潛山面積最大的凸起。凸起主體主要披覆沉積了新近系地層，在凸起邊緣超覆沉積［1］了一定范圍的東營組地層。目前，沙壘田凸起已發(fā)現(xiàn)5個油田，主要含油層段為明化鎮(zhèn)組河流相砂體和館陶組中部的館二段儲層，在凸起邊部的曹妃店11－2和曹妃店12－1S油田還有東營組的油藏，均受巖性和構(gòu)造的雙重控制。目前，沙壘田凸起東段雖已發(fā)現(xiàn)數(shù)億噸的石油地質(zhì)儲量，但還有很大范圍的未鉆區(qū)域，仍然存在不少有利目標(biāo)，儲量規(guī)模有望進(jìn)一步擴(kuò)大，因此，了解沙壘田凸起構(gòu)造演化［2－5］對油氣的控制作用對挖掘凸起區(qū)勘探潛力具有指導(dǎo)意義。

1 斷裂特征分析

1.1 斷裂發(fā)育特征

沙壘田凸起是一個長期暴露遭受風(fēng)化剝蝕的古潛山，構(gòu)造上有多個高點(diǎn)，以早期走滑斷層為分隔，將沙壘田凸起分為東西兩段，在沙壘田凸東段主體區(qū)自西向東主要發(fā)育了4組北東向走滑斷層(圖1)，由于受走滑斷層的影響，在基底面上形成古溝道，晚期新近系披覆沉積在潛山之上，又由于晚期右旋走滑的影響，在新近系形成了一系列北東東或近東西走向的斷層，它們成雁列式展布，展布方向與早期走滑斷層一致(圖2)。

從走滑斷層的走滑強(qiáng)度看，分隔沙壘田凸起東西兩段的走滑斷層走滑作用最強(qiáng)，平面上具有西強(qiáng)東弱的特點(diǎn)，從走滑斷層的展布方向上看，南段主要為北東向，北段受北西向應(yīng)力的影響，走向轉(zhuǎn)為北東東向。②號走滑斷裂為北東向線性展布，走滑特征清楚，分支斷層和伴生斷層不發(fā)育(圖2)。在主走滑斷層?xùn)|北端，左邊斷層明顯比右邊斷層多，而且左邊的小斷層延伸相對較長，小斷層與主走滑斷層的夾角為40°～50°;右邊的小斷層延伸較短，斷層密度小，與主走滑斷層的夾角為25°左右。走滑斷層兩邊的小斷層展布方向不一樣，并沒有一一對應(yīng)的關(guān)系。垂直于北東向主走滑斷層的地震剖面上，可以清楚地見到負(fù)花狀構(gòu)造特征(圖3)，晚期斷層都收斂到主走滑斷層上。③，④和⑤號走滑斷層走滑作用相對較弱，走滑位移量較小，后期的走滑作用使新近系沿走滑位移方向形成一系列北東東走向的雁裂斷層組(圖2)。

圖1 沙壘田凸起斷裂發(fā)育特征Fig.1 Characteristics of fault development in the Shaleitian Salient

圖2 沙壘田凸起東段新近系地層方差切片F(xiàn)ig.2 Variance cube time slice of the Neogene in the eastern part of the Shaleitian Salient

圖3 過曹妃甸4－1構(gòu)造剖面特征(剖面位置見圖2)Fig.3 Seismic profile across the Caofeidian 4-1 structure(see profile position in the Fig.2)

圖4 渤海海域沙壘田凸起東段基底右旋走滑形成蓋層雁列斷層模式Fig.4 En echelon fault pattern of the cap rock resulted from dextral strike-slip of the basement in the eastern Shaleitian Salient，Bohai Sea

1.2 斷裂演化特征

渤海沙壘田凸起區(qū)斷裂特征［6］是早期基底走滑和晚期應(yīng)力方向改變兩者疊加的結(jié)果?；讛嗔岩员睎|向走滑斷裂為主要特征;新近系由于受右旋走滑的應(yīng)力作用，形成了在基底斷層之上的一系列北東東向的淺層斷層，以雁裂式展布為主要特征。這種基底變形引起淺層蓋層變形的機(jī)制可以歸結(jié)為3種:雁列斷層不連續(xù)機(jī)制、均勻變形剪切機(jī)制和里德爾剪切機(jī)制，3種機(jī)制形成的淺層斷層和相關(guān)走滑構(gòu)造有很大的差異，特別是在斷裂的密度和展布方向上都有一定的差異［7］。根據(jù)地震方差切片和地震剖面，可以確定渤海海域沙壘田凸起東段潛山基底和新近紀(jì)斷層演化的模式，該走滑斷層作用方式是里德爾剪切機(jī)制，其演化可以分為3個階段(圖4)。

第一階段是早期基底斷裂走滑階段。由于研究區(qū)古近紀(jì)處于剝蝕時期，加上潛山內(nèi)幕地震反射特征不清楚，所以難以準(zhǔn)確判斷這個階段走滑活動開始和結(jié)束的時間。從潛山頂面北西向的溝道形成時間看，潛山內(nèi)部的走滑斷層活動時間至少在古近紀(jì)之前，因此，該階段結(jié)束的時間應(yīng)該在古近紀(jì)早期。從沙壘田凸起區(qū)蓋層斷層的分布特征看，新近紀(jì)晚期斷層的形成是基底走滑斷層右旋的結(jié)果。新近紀(jì)以來，渤海海域東部走滑斷層也表現(xiàn)為右旋走滑［8－10］。因此，可以肯定主走滑斷層現(xiàn)今表現(xiàn)是右旋，走滑位移量很小。前人針對郯廬走滑斷裂的研究大多數(shù)認(rèn)為古近紀(jì)之前的走滑運(yùn)動為左旋［11－12］，僅僅從沙壘田凸起潛山的巖性分布及凸起的形態(tài)看，潛山?jīng)]有左旋錯動的特征。

第二個階段是蓋層斷層的弱雁列化階段。這一階段特點(diǎn)是主走滑斷層依然清晰，伴生斷層極少，伴生斷層都收斂到主走滑斷層上，是主走滑斷層向上延伸后斷面扭動的結(jié)果。該演化階段的雁列作用是由基底走滑引起的。

第三階段是蓋層斷層強(qiáng)雁列化階段。表現(xiàn)為走滑斷層的垂向位移很小，局部被晚期斷層切割。從地震剖面上看，晚期斷層也有少量直接斷至潛山，表明晚期新構(gòu)造運(yùn)動形成的斷層并不局限于新近系中，而是一直依附于主走滑斷層發(fā)育，受著基底走滑斷層再活動的影響。

2 構(gòu)造演化對油氣的控制

2.1 控制圈閉的形成

沙壘田凸起東段受這種走滑斷層的控制，形成了新近系受走滑斷層控制的大型低幅披覆背斜圈閉;依附晚期走滑斷層形成的夾角式小型斷塊圈閉;凸起裙邊帶古近系東營組構(gòu)造－巖性復(fù)合圈閉3種類型。

2.1.1 新近系受走滑斷層控制的繼承性大型披覆背斜圈閉

在沙壘田凸起的東段，發(fā)育的4組走滑斷層，沿主走滑帶方向，基底受早期主走滑作用，在走滑位移帶形成溝道，受晚期走滑應(yīng)力的共同作用下，披覆之上的新近系地層在走滑帶形成負(fù)花狀構(gòu)造，兩走滑位移帶之間的區(qū)域由于受走滑應(yīng)力和沉積的共同作用成為構(gòu)造高點(diǎn)，這樣在兩走滑斷層間就形成了兩邊低中間高的大型背斜圈閉(圖5)。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的5個油田有4個是在兩個走滑斷層間形成的大型的構(gòu)造圈閉(圖1)。從整個沙壘田凸起油氣發(fā)現(xiàn)分布情況看，僅有②號走滑斷層附近沒有獲得大發(fā)現(xiàn)，近期新采集處理的三維資料，使整個沙壘田凸起東段實(shí)現(xiàn)了三維全覆蓋，從圈閉落實(shí)情況看，在②號走滑斷層兩側(cè)新近系形成了多層面積較大的構(gòu)造圈閉。而且，該區(qū)鉆探的3口探井(圖1)，在新近系具有油層和良好的油氣顯示，揭示了該區(qū)良好的勘探潛力。

2.1.2 依附晚期走滑斷層形成的夾角式小型斷塊圈閉

由于受早期基底走滑作用影響，沿主走滑位移帶方向附近發(fā)育的調(diào)節(jié)斷層，在新近系形成了一系列的雁裂斷層，這些雁裂斷層與主走滑斷層向配合，形成墻角式的斷塊圈閉。例如，在②號走滑斷層西盤北段的曹妃甸4－3構(gòu)造，在明下段形成了有多個斷塊組成的斷塊群。這些斷塊圈閉大多發(fā)育在大型構(gòu)造圈閉的附近，距離油田距離較近，為油田后期滾動勘探提供了儲量儲備。

2.1.3 凸起裙邊帶古近系東營組構(gòu)造－巖性復(fù)合圈閉

受走滑作用的影響，沿著走滑應(yīng)力的方向基底母巖容易破碎，破碎的母巖經(jīng)過風(fēng)化搬運(yùn)提供物源供給，同時沿著走滑斷層方向也形成了一個良好的物源供給通道，在沙壘田凸起的南北兩側(cè)古近系沉積的地層容易形成構(gòu)造－巖性復(fù)合圈閉。另外，在沙壘田凸起東側(cè)，古近系沉積以前為斜坡區(qū)，受構(gòu)造運(yùn)動的影響還發(fā)育了多級的構(gòu)造坡折，東營組地層形成了多個構(gòu)造－巖性圈閉。

2.2 控制新近系和古近系的沉積與儲層分布

沙壘田凸起東段基底為元古界花崗巖和變質(zhì)巖，局部殘留下古生界碳酸鹽巖。自古生代以來，該凸起長期處于繼承性抬升狀態(tài)，至古近紀(jì)晚期開始下沉，在凸起邊緣地帶接受東營組三角洲相沉積，東營組后期，凸起中心一度抬升成陸，至新近紀(jì)，凸起整體沉降，大面積接受館陶組和明化鎮(zhèn)組河流相沉積(圖6)。

在早期主走滑作用的影響下，凸起上各個走滑斷層兩側(cè)基底發(fā)生相對滑動，沿著走滑帶巖石發(fā)生破裂，破裂帶巖巖容易受到剝蝕，在潛山之上形成了多條溝道，同時，在潛山頂面發(fā)育了多個高點(diǎn)，這些構(gòu)造高點(diǎn)遭受風(fēng)化剝蝕，在為凸起區(qū)的低洼地帶提供物源供給的同時，通過這些早期的溝道，又為下降盤提供了物源供給。這樣就為在走滑斷層兩端的斜坡帶古近系形成良好的儲層提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。

2.3 控制油氣運(yùn)移和聚集

圖6 沙壘田凸起帶北東向構(gòu)造演化示意剖面Fig.6 Schematic NE section showing tectonic evolution of the Shaleitian Salient belt

受早期走滑應(yīng)力的作用，斷層兩盤相互錯動形成的走滑裂縫直接和兩側(cè)生烴凹陷的烴源巖接觸，為油氣提供了良好的運(yùn)移通道。早期的走滑斷裂形成了流體運(yùn)移通道，晚期的斷裂活動促使了油氣向圈閉再分配，油氣通過這些走滑斷層和不整合面運(yùn)移到凸起后發(fā)生垂向運(yùn)移，走滑帶斷層的調(diào)節(jié)斷層對油氣具有側(cè)向再分配的作用。這樣油氣通過“走滑斷層以及不整合面—雁列斷層—輸導(dǎo)砂體”形成一個完整的輸導(dǎo)體系，為走滑斷層間大型背斜圈閉提供了良好的油氣輸導(dǎo)通道，為形成這些大規(guī)模較的油氣田提供了基礎(chǔ)。

目前在沙壘田凸起東段上發(fā)現(xiàn)的油田都具有相似的油氣輸導(dǎo)條件，如曹妃甸11－1油田，兩側(cè)被兩個早期基底走滑晚期雁列化的走滑斷層夾持，具有數(shù)十個平方公里的構(gòu)造背景，單井油層厚度近百米，儲量規(guī)模超過1×108t，充分說明了走滑斷層對該區(qū)油氣的成藏起到良好的輸導(dǎo)作用。

3 油氣分布規(guī)律

從目前在沙壘田凸起東段油氣分布情況看，油氣主要分布在明下段，其次是館陶組，東營組油氣藏主要分布在靠近斜坡區(qū)的區(qū)域，儲量規(guī)模相對較小，潛山還沒有油氣發(fā)現(xiàn)，僅有少數(shù)幾口井在潛山鉆遇油氣顯示。受沙壘田凸起東段構(gòu)造和沉積演化等因素的控制，該區(qū)主要存在3種油氣成藏模式。

3.1 東營組油氣成藏模式

在沙壘田凸起東段東營組沉積時期，水體還沒有完全淹沒凸起區(qū)主體部分，東營組地層主要在凸起區(qū)的裙邊帶及凸起區(qū)的洼陷區(qū)域沉積，雖然分布范圍相對較小，良好的物源供給和水體條件仍為凸起東營組形成良好的儲蓋組合條件提供了基礎(chǔ)。這樣，在構(gòu)造和儲層匹配好的地方就形成構(gòu)造－巖性油氣藏，在具有一定上傾構(gòu)造背景的儲層和泥巖側(cè)向封堵理想的情況下形成巖性油氣藏(圖7)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的曹妃甸12－1南油田和曹妃甸11－2油田東營組為構(gòu)造－巖性油氣藏。目前鉆遇東營組的探井基本都有油氣發(fā)現(xiàn)。在沙壘田凸起的東段針對東營組為主要目的層的鉆探還很少，尤其是在凸起的東南側(cè)斜坡區(qū)域，面向渤中富生烴凹陷具有良好的油氣供應(yīng)條件，同時也是形成上傾尖滅圈閉的有利區(qū)域，勘探潛力很大。

3.2 館陶組油氣成藏模式

在沙壘田凸起東段館陶組主要為辮狀河沉積，大致可以分為3個沉積階段，早期和晚期沉積階段發(fā)育了厚層的砂礫巖儲層，中期水體范圍擴(kuò)大，沉積了一段區(qū)域分布穩(wěn)定的泥巖，為該區(qū)館陶組油藏提供了良好的蓋層條件。館陶組中期發(fā)育的泥巖蓋層與下部砂礫巖儲層相配合形成良好的儲蓋組合條件，油氣進(jìn)入館陶組下段輸導(dǎo)層后，在構(gòu)造圈閉發(fā)育的區(qū)域形成構(gòu)造塊狀油藏(圖7)。在沙壘田凸起已發(fā)現(xiàn)的5個油田中在館陶組都有油氣成藏，目前，在沙壘田凸起東段②號走滑斷裂和③號走滑斷裂間的曹妃甸4－1構(gòu)造(圖2)以及沙壘田凸起東段南側(cè)均發(fā)育一定數(shù)量面積較大的館陶組構(gòu)造圈閉，分析認(rèn)為這些圈閉發(fā)育較好的儲蓋組合條件和運(yùn)移條件，具有較大勘探潛力。

3.3 明化鎮(zhèn)組下段油氣成藏模式

圖7 沙壘田凸起東段油氣成藏模式Fig.7 Hydrocarbon accumulation pattern in the eastern part of the Shaleitian Salient

目前在沙壘田凸起發(fā)現(xiàn)的油氣主要分布在明下段，明下段為曲流河沉積，從區(qū)域巖性組合特征上看，明下段又可以分為上、下兩個亞段。下亞段為泥包砂的沉積特征，砂體單層厚度較薄，砂巖含量25%左右，單個砂體橫向尖滅較快，是形成巖性油氣藏的理想儲蓋組合條件和界巖條件。上亞段砂體較發(fā)育，砂體單層厚度較大，縱向上儲層比較發(fā)育，但砂體橫向分布不穩(wěn)定。

明下段油藏主要類型為受構(gòu)造圈閉控制下的巖性油藏。兩走滑斷層間形成的大面積的構(gòu)造圈閉為明下段油氣提供了良好的保存條件，雖然單個河道砂體的橫向分布范圍小，但是在同一時期在同一大型圈閉內(nèi)可以發(fā)育多個河道。在這種構(gòu)造圈閉背景下，運(yùn)移到這里的油氣可以在多個砂體形成多個巖性油藏。另外，由于明下段整體沉積比較穩(wěn)定，地層產(chǎn)狀上下基本相同，明下段構(gòu)造圈閉的面積一般都比較大，因此，在明下段容易形成大規(guī)模的油田。曹妃甸油田群后期開發(fā)情況表明，在這些油田范圍內(nèi)后期又發(fā)現(xiàn)了多個河道砂體，增加了相當(dāng)多的探明儲量，從鉆井對比情況看，即使是相鄰較近的井，相同深度的砂體也可能具有不同的油水界面。這充分證明了明下段油藏是在這種大的構(gòu)造背景下形成的巖性油藏。

由于目前沙壘田凸起探井較少，勘探程度相對較低，明下段的和東營組的構(gòu)造－巖性油氣藏仍存在巨大的勘探潛力。

4 結(jié)論

1)沙壘田凸起的走滑斷裂可以分為3個期次，古近紀(jì)前基底斷裂走滑階段、新近紀(jì)早期蓋層T張性斷裂弱雁列化階段、新近紀(jì)晚期蓋層張扭性斷裂強(qiáng)雁列化階段。

2)受走滑和沉積的作用，在新近系兩個走滑斷裂帶之間形成大型的低幅構(gòu)造背斜圈閉，為新近系形成規(guī)模性油氣田奠定了基礎(chǔ)。

3)“走滑斷層以及不整合面—雁列斷層—輸導(dǎo)砂體”組成一個有效的輸導(dǎo)體系，為凸起區(qū)油氣田油氣的運(yùn)移和聚集提供了輸導(dǎo)條件。

4)沙壘田凸起區(qū)東營組和館陶組以構(gòu)造油氣藏為主，明下段主要為構(gòu)造背景下的巖性油氣藏。

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