“硬連接”斷層圈閉發(fā)育部位及形成時(shí)期預(yù)測(cè)

劉峻橋，姚志純，張成宇，張 銘，胡 罡

(1.廣東石油化工學(xué)院，廣東 茂名 525000； 2.廣東省非常規(guī)能源工程技術(shù)研究中心，廣東 茂名 525000； 3.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司，陜西 西安 710018； 4.中國(guó)石油遼河油田分公司，遼寧 盤錦 124010)

0 引 言

隨著油氣勘探的不斷深入，斷層分段生長(zhǎng)在油氣成藏過程中起著越來越重要的作用[1-3]，“硬連接”斷層圈閉是由于裂陷盆地?cái)鄬由L(zhǎng)過程中位移變化導(dǎo)致地層變形形成的圈閉構(gòu)造，是斷層生長(zhǎng)進(jìn)入“硬連接”階段在其分段生長(zhǎng)連接部位形成的圈閉。斷層生長(zhǎng)過程中，2條斷層連接部位通常表現(xiàn)為砂體發(fā)育程度高、伴生裂縫和小規(guī)模斷層有效改善儲(chǔ)集空間和較強(qiáng)水動(dòng)力條件等特征[4-6]。因此，分段生長(zhǎng)連接部位發(fā)育的“硬連接”斷層圈閉通常是有利的油氣聚集帶。關(guān)于斷層分段生長(zhǎng)對(duì)油氣成藏的作用前人曾做過大量的研究和探討，主要集中在斷層分段生長(zhǎng)對(duì)沉積相帶展布、儲(chǔ)層改造以及油氣運(yùn)移輸導(dǎo)等方面[1-6]，而“硬連接”斷層圈閉作為裂陷盆地重要的圈閉類型，關(guān)于其發(fā)育部位識(shí)別及形成時(shí)期預(yù)測(cè)對(duì)油氣成藏控制作用的研究較少。文中從“硬連接”斷層圈閉的形成機(jī)制和斷層生長(zhǎng)演化歷史入手，結(jié)合冀中坳陷文安斜坡勘探資料，探討“硬連接”斷層圈閉發(fā)育部位及形成時(shí)期的識(shí)別方法，對(duì)于正確認(rèn)識(shí)裂陷盆地油氣分布規(guī)律和指導(dǎo)油氣勘探具有重要的意義。

1 地質(zhì)背景

議論堡構(gòu)造帶位于渤海灣盆地霸縣凹陷東側(cè)文安斜坡南部，該區(qū)新生代以來經(jīng)歷了古近紀(jì)早期(孔店組—沙三段沉積時(shí)期)、古近紀(jì)晚期(沙二段—東營(yíng)組沉積時(shí)期)和新近紀(jì)(館陶組沉積時(shí)期至今)3期較為明顯的構(gòu)造演化階段，其中，沙二段—東營(yíng)組沉積時(shí)期為主要的斷層活動(dòng)時(shí)期[7]。議論堡地區(qū)自西向東依次發(fā)育有馬西斷層、梁召斷層和王仙莊斷層3條規(guī)模較大的斷層，其中，王仙莊斷層整體近北北東走向，平面延伸長(zhǎng)度約為27 km，斷面西傾，是議論堡地區(qū)重要的控圈斷層。油氣勘探顯示：議論堡地區(qū)的油氣主要來自西側(cè)緊鄰的霸縣洼漕和馬西—鄚州洼槽沙三段和沙一段烴源巖[8]；該地區(qū)不同斷層和同一斷層不同部位油氣富集程度具有明顯的差異性，油氣主要沿王仙莊斷層走向呈“牙刷狀”富集，而距離油源較近的馬西斷層油氣富集相對(duì)較少，梁召斷層附近則無油氣富集(圖1)。

2 “硬連接”斷層圈閉發(fā)育部位

斷層分段生長(zhǎng)是裂陷盆地的一種常見的斷層生長(zhǎng)模式，斷層生長(zhǎng)一般經(jīng)歷孤立生長(zhǎng)、“軟連接”和“硬連接”3個(gè)階段[9]。不同生長(zhǎng)階段，沿?cái)鄬幼呦蛭灰谱兓煌瑢?dǎo)致其附近地層變形特征存在差異。孤立生長(zhǎng)階段，斷層位移通常表現(xiàn)為中部大，兩端逐漸減小至零的特征，導(dǎo)致了在斷層上盤表現(xiàn)為向斜特征，斷層下盤表現(xiàn)為背斜特征，褶皺軸向垂直于斷層走向[10]；斷層生長(zhǎng)進(jìn)入“軟連接”階段，斷層間開始相互作用，形成多種類型的轉(zhuǎn)換帶[11]，由于此階段斷層并未連接，分段生長(zhǎng)部位的斷層不能形成有效的遮擋，無法形成圈閉；斷層生長(zhǎng)進(jìn)入“硬連接”階段，斷層間的相互作用增強(qiáng)，2條斷層之間形成橫斷層，最終連接形成完整的大斷層，多條斷層以“硬連接”方式連接為一條斷層，其發(fā)生連接的部位位移最小[12]，兩側(cè)斷層中部的位移逐漸增大，在斷層上盤分段生長(zhǎng)點(diǎn)發(fā)育部位形成軸向垂直于斷層走向的橫向背斜構(gòu)造，該類橫向背斜構(gòu)造受斷層遮擋形成的圈閉即為“硬連接”斷層圈閉(圖2)。

圖1 議論堡地區(qū)構(gòu)造特征及油氣分布

3 “硬連接”斷層圈閉識(shí)別方法

“硬連接”斷層圈閉發(fā)育在斷層分段生長(zhǎng)部位，通過分段生長(zhǎng)點(diǎn)的識(shí)別可以確定該類圈閉的發(fā)育部位。斷距-距離曲線作為一種常用的斷層演化規(guī)律研究方法，可以有效識(shí)別斷層分段性和斷層分段生長(zhǎng)部位，斷層斷距-距離曲線存在位移低值點(diǎn)表明斷層為分段生長(zhǎng)斷層，該位移低值點(diǎn)位置即為斷層分段生長(zhǎng)部位，斷層生長(zhǎng)過程中，由于斷距與位移之間存在正相關(guān)關(guān)系，因此，斷距-距離曲線中斷距低值點(diǎn)也可識(shí)別斷層分段生長(zhǎng)部位[13]。文中基于斷距(D)和距離(S)2個(gè)參數(shù)建立的斷層平面組合模式判別標(biāo)準(zhǔn)可以有效識(shí)別斷層生長(zhǎng)階段(圖3)。

圖2 “硬連接”斷層圈閉形成演化模式

圖3 斷層分段生長(zhǎng)階段定量判別標(biāo)準(zhǔn)

應(yīng)用斷層斷距-距離曲線研究議論堡地區(qū)王仙莊斷層分段性及分段生長(zhǎng)點(diǎn)發(fā)育部位。研究結(jié)果表明，王仙莊斷層共發(fā)育7個(gè)分段生長(zhǎng)點(diǎn)，表現(xiàn)為8段式生長(zhǎng)特征(圖4)。根據(jù)“硬連接”斷層位移變化規(guī)律，分段生長(zhǎng)點(diǎn)處形成軸向垂直于斷層走向的橫向背斜構(gòu)造?；跀鄬悠矫娼M合模式定量判別標(biāo)準(zhǔn)，王仙莊斷層的7個(gè)分段生長(zhǎng)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換位移與距離的比值均大于1.00，表明王仙莊斷層的7個(gè)分段生長(zhǎng)點(diǎn)均處于“硬連接”階段(表1)。同時(shí)，王仙莊斷層傾向與地層傾向一致，在斷層上盤分段生長(zhǎng)點(diǎn)發(fā)育部位形成的橫向背斜構(gòu)造受王仙莊斷層遮擋，能夠形成“硬連接”斷層圈閉。

4 “硬連接”斷層圈閉形成時(shí)期確定

若圈閉形成時(shí)期早于油氣成藏期，則有利于油氣聚集?！坝策B接”斷層圈閉形成時(shí)期主要受地質(zhì)歷史時(shí)期斷層斷距變化的影響，通過識(shí)別古斷距能夠確定圈閉形成時(shí)期。常見的古斷距恢復(fù)方法為垂直斷距相減法和最大斷距相減法，前者是指沿?cái)鄬友由旆较蛳虏繉游粩嗑鄿p去對(duì)應(yīng)測(cè)線上部層位斷距，后者是指沿?cái)鄬友由旆较蛳虏繉游粩嗑鄿p去上部層位對(duì)應(yīng)斷層段的最大斷距。一般情況下，斷層生長(zhǎng)過程中斷層最大位移與其延伸長(zhǎng)度呈線性遞增關(guān)系，而垂直斷距相減法所表現(xiàn)出的是“斷距累積，長(zhǎng)度固定”的斷層生長(zhǎng)模式，因此，相較于垂直斷距相減法，最大斷距相減法恢復(fù)古斷距更能真實(shí)反映斷層生長(zhǎng)演化歷史。

議論堡地區(qū)王仙莊斷層面向油源，有充足的油源供給，生烴主力洼槽與王仙莊斷層附近沙二段油藏具有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。霸縣洼陷和馬西—鄚州洼槽生成的油氣向王仙莊斷層運(yùn)移過程中，斷裂和砂體構(gòu)成了斜坡帶“階梯型”輸導(dǎo)格架，砂體分布廣，連通性好，輸導(dǎo)體系良好的配置關(guān)系構(gòu)成了油氣向議論堡地區(qū)王仙莊斷層附近運(yùn)移聚集的有利條件。此外，該地區(qū)沙二段地層砂體發(fā)育程度高，儲(chǔ)集性能良好，沙一下亞段厚度為100 m左右的濱淺湖相泥巖夾碳酸鹽巖區(qū)域性蓋層為油氣在沙二段聚集成藏提供了良好的封蓋條件。

圖4 文安斜坡王仙莊斷層斷距-距離曲線

表1 王仙莊斷層轉(zhuǎn)換位移與距離關(guān)系

油氣勘探表明，文安斜坡油氣成藏期為東營(yíng)組沉積末期[8]，因此，王仙莊斷層圈閉在東營(yíng)組末期或更早時(shí)期形成，則有利于聚集油氣。通過最大斷距相減法恢復(fù)王仙莊斷層在東營(yíng)組末期沙二段頂面的古斷距(圖5)，研究結(jié)果表明：館陶組沉積前，1182、1438、1534和1646測(cè)線處即為王仙莊斷層分段生長(zhǎng)部位，圈閉已經(jīng)形成，其形成時(shí)期與成藏期匹配良好，有利于油氣聚集成藏，文117、文121、文86和文6油藏分別位于斷層圈閉①、③、④和⑤內(nèi)，含油氣性較好。而東營(yíng)組末期，在1246、1790和1990測(cè)線處斷層尚未形成，相應(yīng)圈閉也不發(fā)育，不能有效聚集油氣，導(dǎo)致了位于斷層圈閉②、⑥和⑦內(nèi)的文123、文107和蘇88井鉆探失利。文123井和文107井為油氣顯示井，說明1246和1790測(cè)線處曾發(fā)生過油氣運(yùn)移，圈閉尚未形成是導(dǎo)致油氣不能聚集的根本原因，進(jìn)一步證實(shí)了該類圈閉的有效性受其形成時(shí)期控制。

5 結(jié) 論

(1) “硬連接”斷層圈閉是指斷層處于“硬連接”階段時(shí)，由于斷層位移沿走向的變化導(dǎo)致地層變形，在其分段生長(zhǎng)點(diǎn)處發(fā)育的橫向背斜受斷層遮擋作用形成的圈閉，圈閉發(fā)育受斷層位移影響。

(2) 斷距-距離曲線和斷層分段生長(zhǎng)階段定量表征是識(shí)別“硬連接”斷層圈閉的重要方法，王仙莊斷層為典型的分段生長(zhǎng)斷層，共發(fā)育7個(gè)分段生長(zhǎng)點(diǎn)，均處于“硬連接”階段，發(fā)育7個(gè)“硬連接”斷層圈閉。

(3) 最大斷距相減法可以有效地恢復(fù)斷層生長(zhǎng)歷史，從而判斷圈閉形成時(shí)期。王仙莊斷層形成的①、③、④、⑤號(hào)“硬連接”斷層圈閉在東營(yíng)組末期已經(jīng)形成，早于油氣成藏期，有利于油氣的聚集成藏，而②、⑥、⑦號(hào)斷層圈閉在成藏期尚未形成，不能形成有效圈閉。

圖5 東營(yíng)組沉積后王仙莊斷層斷距-距離曲線