白廟氣田變換構(gòu)造與油氣關(guān)系研究

王 勇 鐘建華 陳 昊 黃新文

摘要:白廟氣田位于東濮凹陷東部蘭聊斷裂帶下降盤中段,為蘭聊斷裂和杜寨斷層共同控制的一個繼承性半背斜。應(yīng)用變換構(gòu)造理論,識別出白廟氣田發(fā)育有3種類型變換構(gòu)造,變換構(gòu)造類型以調(diào)節(jié)構(gòu)造為主,傳遞構(gòu)造少見且規(guī)模較小。受變換構(gòu)造控制,該地區(qū)主要發(fā)育粗粒的沖積扇、扇三角洲和濁積扇沉積。變換構(gòu)造產(chǎn)生地層、構(gòu)造及巖性圈閉,為油氣的聚集提供了場所,影響著該區(qū)油氣的分布。

關(guān)鍵詞:背斜;變換構(gòu)造;調(diào)節(jié)構(gòu)造;傳遞構(gòu)造;沖積扇;扇三角洲;白廟氣田

中圖分類號:TE121.2文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

引 言

變換構(gòu)造(Tectionic transfer)是指裂谷盆地中為保持區(qū)域伸展應(yīng)變守恒而產(chǎn)生的伸展變形構(gòu)造的調(diào)節(jié)體系,其在裂谷發(fā)展過程中對裂谷的分段具有重要作用,有效地連接各相對獨立的伸展體系域,傳遞伸展域間的不同應(yīng)變,使伸展盆地應(yīng)變達(dá)到區(qū)域守恒。變換構(gòu)造可以分為傳遞帶和調(diào)節(jié)帶2種類型,傳遞帶通常指走滑斷層或傳遞斷層,調(diào)節(jié)帶為調(diào)節(jié)側(cè)列正斷層之間應(yīng)變、位移的一類構(gòu)造[1]。變換構(gòu)造在油氣勘探中具有重要意義,不僅控制了沉積體系的分布,還可以控制圈閉的形成、類型及分布。近年中國部分盆地開展變換構(gòu)造研究,在認(rèn)識盆地構(gòu)造演化和指導(dǎo)油氣勘探中發(fā)揮了重要的作用[2-9]。白廟變換構(gòu)造類型以調(diào)節(jié)構(gòu)造為主,傳遞構(gòu)造少見且規(guī)模較小。

1 油氣田概況

白廟氣田位于東濮凹陷東部蘭聊斷裂帶下降盤中段,東靠蘭聊斷裂與魯西隆起相鄰,西與橋口構(gòu)造相望,南接葛崗集北洼,北連前梨園洼陷,為蘭聊斷裂和杜寨斷層共同控制的一個繼承性半背斜,軸向與蘭聊斷裂近垂直,地層向南、西、北3個方向傾伏。白廟構(gòu)造首先被杜寨斷層分割為杜寨斷層下降盤斷鼻和上升盤,又被近東西向的白12、白10斷裂切割復(fù)雜化,形成白廟北翼、白廟南翼、白廟二臺階主體、杜寨斷層下降盤等4個區(qū)塊(圖1)。白廟氣田已經(jīng)歷了20余年的勘探開發(fā),共完鉆各類井67口,投產(chǎn)井49口,已發(fā)現(xiàn)Es₂下、Es₃上、Es₃中和Es₃下4套含氣層系,探明天然氣地質(zhì)儲量153.19×10⁸m³,凝析油地質(zhì)儲量408.41×10⁴t,目前日產(chǎn)氣29×10⁴m³/d,累計產(chǎn)氣4.593×10⁸m³[10]。

2 白廟變換構(gòu)造

2.1 同向變換斜坡調(diào)節(jié)構(gòu)造

同向變換斜坡調(diào)節(jié)構(gòu)造通常簡稱為變換斜坡,是連接1條斷層上盤和另1條斷層下盤的重疊帶。在2條斷層的重疊帶上,1條斷層斷距逐漸減小消失,而另1條斷層逐漸產(chǎn)生或斷距逐漸增大,通過重疊段地層變形在2雁列斷層間傳遞應(yīng)變[11]。白廟構(gòu)造向北側(cè)呈斜坡狀伸入前梨園洼陷,由于蘭聊斷層活動具有分段性,白廟構(gòu)造處斷距較小,而向南北方向蘭聊斷層斷距逐漸增大形成洼陷。杜寨斷層與蘭聊斷層斜交,其斷距北小南大,向北逐漸消失,杜寨斷層和蘭聊斷層間形成北傾白廟轉(zhuǎn)斜坡(圖2)。受蘭聊斷層和杜寨斷層控制,白廟變換斜坡主要形成于下第三紀(jì)沙四段—沙三段沉積期。沙二段沉積期杜寨斷層基本停止活動,白廟構(gòu)造定型,沙二段沉積后,受蘭聊斷層小幅度活動影響,白廟構(gòu)造整體發(fā)生沉降,埋藏深度增加。

2.2 同向橫向半背斜調(diào)節(jié)構(gòu)造

同向橫向半背斜調(diào)節(jié)構(gòu)造通常有2種表現(xiàn)形式:一種表現(xiàn)形式為發(fā)育于同向延伸正斷層較小疊覆處,構(gòu)造走向垂直于斷層走向;另一種表現(xiàn)形式為發(fā)育于分段活動斷層系斷距極小處,具有分隔分段活動斷層和半地塹的作用。本質(zhì)上,2種表現(xiàn)形式的同向橫向半背斜調(diào)節(jié)構(gòu)造形成機(jī)制相同,均是斷層位移量沿走向變化形成的,但發(fā)育階段和規(guī)模不同;后者可以認(rèn)為是前者繼續(xù)發(fā)育、相互連接貫通后再次沉降的結(jié)果[12],研究區(qū)內(nèi)分布廣泛而典型,主要分布于蘭聊斷層下降盤(圖3)。白廟構(gòu)造主體為橫向調(diào)節(jié)構(gòu)造,南北兩側(cè)分別為前梨園和葛崗集半地塹,兩側(cè)半地塹處蘭聊斷層斷距很大,而橫向調(diào)節(jié)構(gòu)造處蘭聊斷層斷

距明顯縮小。與南北兩側(cè)洼陷比較,白廟構(gòu)造基底沉降量小2 000～4 000 m,反映明顯的主斷層活動強(qiáng)度低,斷距小,斷層活動速率也明顯低于2洼陷區(qū)(圖4)。在橫向調(diào)節(jié)構(gòu)造內(nèi),蘭聊斷層不僅斷距急劇減小,斷層產(chǎn)狀也明顯變緩,剖面上由陡傾單條主斷面演變?yōu)榫弮A的向上發(fā)散、向下收斂的多斷面形式。同樣,受蘭聊斷層及杜寨斷層控制,白廟同向橫向半背斜調(diào)節(jié)構(gòu)造的形成時間主要在下第三紀(jì)沙四—沙三段沉積期。從沙二期開始,蘭聊斷層的分段活動很弱。沙二與沙一期斷距沿走向的分布圖顯示出了蘭聊斷層開始形成了統(tǒng)一的沉降活動中心。白廟橫向調(diào)節(jié)帶開始整體沉降,沉降幅度同前梨園半地塹相比差別不大。

2.3 同向橫向傳遞構(gòu)造

同向橫向傳遞構(gòu)造主要是發(fā)育于2條傾向相同的正斷層間的具有傳遞應(yīng)變作用的走滑斷層,一般發(fā)育規(guī)模較小,常與其他橫向變換構(gòu)造伴隨發(fā)育。白廟橫向調(diào)節(jié)構(gòu)造上發(fā)育2組近EW向橫向斷層,具有左行斜滑性質(zhì),切割基底并控制沉積作用,使沿橫向褶皺傾伏方向地層厚度增加,而褶皺頂部地層變薄,同時具有傳遞物源的作用,使杜寨斷層下降盤發(fā)育濁流沉積,并將橫向半背斜調(diào)節(jié)帶切割成大小不等的斷塊(圖5)。

3 變換構(gòu)造與油氣關(guān)系

3.1 變換構(gòu)造控制沉積

下第三紀(jì)白廟調(diào)節(jié)構(gòu)造形成發(fā)育過程中,沿蘭聊斷層發(fā)育了一系列山谷和河口,為白廟構(gòu)造提供了大量碎屑物質(zhì),沿變換斜坡發(fā)育一系列沖積扇和扇三角洲沉積。扇體規(guī)模和形態(tài)受蘭聊斷層物源方向及斜坡南高北低的構(gòu)造形態(tài)控制,扇體向斜坡偏轉(zhuǎn),南北向扇體交錯,沉積巖性主要為礫巖、含礫砂巖、砂巖及泥巖,其中以砂巖最為發(fā)育,平面上東粗西細(xì);這些碎屑物質(zhì)一部分沿橫向傳遞斷層推移到杜寨斷層下降盤形成一系列深水濁積扇(圖6)。

鉆探證實,靠近蘭聊斷層根部1～3 000 m范圍內(nèi)沉積礫巖、含礫砂巖等粗碎屑,滲透能力差,形成橫向封堵;南北方向上,單砂層連續(xù)性差,常見巖性尖滅。因此,白廟油氣藏縱向上多層含油氣,橫向上疊加連片,連通性較差,非均質(zhì)性強(qiáng)。開發(fā)實踐表明,天然氣分布主要受沉積相控制,已探明天然氣儲量主要分布于扇三角洲前緣水下分流河道和前緣席狀砂,主要開發(fā)層段Es₃上天然氣儲量占總儲量的43%,其中,65%的天然氣儲量分布于扇三角洲前緣水下分流河道砂體中,32%的天然氣儲量分布于前緣席狀砂中,其他微相沉積砂體天然氣儲量僅占總儲量3%[12]。

白廟氣田構(gòu)造主體為橫向調(diào)節(jié)帶,橫向調(diào)節(jié)帶發(fā)育期的蘭聊斷層下降盤為相對的低勢區(qū),是東部物源通道,也是富砂質(zhì)沖積扇和扇三角洲的發(fā)育場所。沙三段沉積期是蘭聊斷層活動最強(qiáng)烈的時期,也是其上盤橫向調(diào)節(jié)帶形成期。因此,沙三段沉積期白廟橫向調(diào)節(jié)構(gòu)造成為該時期東部物源進(jìn)入前梨園和葛崗集凹陷的通道,該時期也是碎屑沉積物匯集的主要時期。沙二段沉積期,蘭聊斷層分段活動減弱,最大位移開始遵守長度—位移比例關(guān)系,橫向調(diào)節(jié)帶附近斷層下盤低地形逐漸消失,通道作用隨之逐漸減弱。而白廟地區(qū)蘭聊斷層低地形未能迅速改變,因此,沙二段沉積早期白廟地區(qū)仍可作為東部物源通道,但輸送能力逐漸減小直到下盤成為隆起。

3.2 變換構(gòu)造產(chǎn)生圈閉

白廟調(diào)節(jié)構(gòu)造頂部為橫向低凸起調(diào)節(jié)構(gòu)造,調(diào)節(jié)帶內(nèi)斷裂系間應(yīng)變不均,不僅次級斷層非常發(fā)育,斷層走向也較復(fù)雜,形成與走向平行和垂直的2組斷層,將調(diào)節(jié)帶切割成大量斷塊,形成大量構(gòu)造圈閉或構(gòu)造-巖性圈閉(圖7)。橫向調(diào)節(jié)帶作為斷層下盤物源進(jìn)入盆地的通道,其地勢相對較高,常常發(fā)育很深的沖溝,沖溝中往往充填顆粒較粗的碎屑沉積,水流也可以沿沖溝將粗碎屑物質(zhì)直接搬運(yùn)至半地塹較深處。因此,橫向調(diào)節(jié)帶不僅頂部可發(fā)育地層圈閉,翼部也很可能發(fā)育有利的地層圈閉。另外,二臺階基底地層遭受剝蝕,地層存在不整合接觸,風(fēng)化剝蝕作用使不正面以下形成風(fēng)化淋濾帶,可以成為良好的儲集空間[13]。根據(jù)自生礦物伊利石同位素測年,白廟地區(qū)油氣主要可以分為3期:第1期發(fā)生在距今38.0 Ma,為沙河街組沙三段沉積期;第2期發(fā)生于距今28.0～31.4 Ma,為東營組沉積期;第3發(fā)生于距今25.4～20.4 Ma,相當(dāng)于東營組沉積后的抬升剝蝕時期,由于東營組沉積后的抬升剝蝕期壓力下降,斷裂活動強(qiáng)度變小,有利于油氣成藏,是天然氣藏的主要形成時期[14],晚于區(qū)內(nèi)變換構(gòu)造圈閉形成期(沙一段沉積期),有利于先期形成圈閉聚集油氣成藏。

3.3 變換構(gòu)造影響油氣藏形成與分布

橫向調(diào)節(jié)帶和變換斜坡為油氣的運(yùn)移和聚集提供了優(yōu)越的條件。橫向調(diào)節(jié)帶縱向連接著前梨園和葛崗集2個生油洼陷,而變換斜坡一端直接與生油洼陷相連接,生油洼陷內(nèi)生成的油氣能夠順輸導(dǎo)層運(yùn)移至高部位,并在局部圈閉中聚集。相對于經(jīng)斷層運(yùn)移,油氣沿儲層運(yùn)移不受斷層開閉影響,同時避免了斷層“通天”造成油氣散失的風(fēng)險,因此,儲層的發(fā)育既有利于油氣長期、長距離運(yùn)移,又有利于油氣的局部聚集,同時為油氣提供了有利的運(yùn)移和聚集條件。白廟沙三段大型油氣藏是一個受構(gòu)造、巖性雙重作用控制的隱蔽油氣藏[13],頂部主要為氣,翼部主要為油,根據(jù)原油密度由北部前梨園凹陷向白廟二臺階逐漸變小推斷[15],該油氣藏為沙三—沙四段生成油氣順儲層沿斜坡由北向南運(yùn)移、聚集的結(jié)果(圖5)。另外,蘭聊斷裂和杜寨斷層沙四—沙三段沉積期強(qiáng)烈斷陷導(dǎo)致沉降速率很高,南北2個生油洼陷內(nèi)古近系沉積速率超過0.26 mm/a,導(dǎo)致主要生油巖區(qū)Es₃、Es₄頂面埋深達(dá)4 000～5 000 m,巨大的上覆地層壓力為油氣初次運(yùn)移提供了強(qiáng)大動力[15]。

4 結(jié) 論

(1) 白廟變換構(gòu)造類型以調(diào)節(jié)構(gòu)造為主,傳遞構(gòu)造少見且規(guī)模較小,主要發(fā)育同向疊覆型變換斜坡調(diào)節(jié)構(gòu)造、同向橫向半背斜調(diào)節(jié)構(gòu)造和同向橫向傳遞構(gòu)造3種變換構(gòu)造類型。

(2) 白廟變換斜坡發(fā)育的一系列沖積扇、扇三角洲及順橫向傳遞斷層推移到杜寨斷層下降盤的一系列深水濁積扇,為白廟氣藏成藏提供了儲集條件;調(diào)節(jié)帶內(nèi)發(fā)育的斷裂將該帶切割成大量構(gòu)造或構(gòu)造-巖性圈閉,為白廟氣藏成藏提供了圈閉條件;變換斜坡發(fā)育的砂體為前梨園和葛崗集2生油洼陷油氣的運(yùn)移提供了通道。

致謝:中原油田勘探開發(fā)研究院為本次工作提供了大量基礎(chǔ)資料,在此表示衷心感謝!

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編輯 董志剛