渤海灣盆地南堡凹陷斷裂系統(tǒng)對油氣成藏的控制作用

范柏江，劉成林，龐雄奇，張　健，李曉輝，馬俊寶

（1.中國石油大學(xué)油氣資源與探測國家重點實驗室，北京102249；2.中國石油大學(xué)盆地與油藏研究中心，北京102249；3.中國石油冀東油田公司，河北唐山063004；4.中國石油長慶油田公司采氣三廠，內(nèi)蒙古烏審旗017300；5.北京眾博達石油科技有限公司，北京102200）

渤海灣盆地南堡凹陷斷裂系統(tǒng)對油氣成藏的控制作用

范柏江1，2，劉成林1，龐雄奇1，2，張健3，李曉輝4，馬俊寶5

（1.中國石油大學(xué)油氣資源與探測國家重點實驗室，北京102249；2.中國石油大學(xué)盆地與油藏研究中心，北京102249；3.中國石油冀東油田公司，河北唐山063004；4.中國石油長慶油田公司采氣三廠，內(nèi)蒙古烏審旗017300；5.北京眾博達石油科技有限公司，北京102200）

摘要：南堡凹陷斷裂發(fā)育，但斷裂與本區(qū)豐富的油氣有何關(guān)系還不明確。通過對地震資料的構(gòu)造解釋和斷裂統(tǒng)計來研究斷裂的基本特征。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合本區(qū)圈閉條件、儲層條件和油氣運移條件，來研究斷裂對油氣的控制作用。分析認為，南堡凹陷內(nèi)部的斷裂以NEE向或者近NE向斷裂為主，在剖面上形成了“坡坪式”、“鏟式”、“多米諾式”等多種構(gòu)造樣式。南堡凹陷內(nèi)部的斷裂可劃分為3個級次：一、二級斷裂發(fā)育于古近紀，一級控凹斷裂發(fā)育時間最早、持續(xù)時間長、活動強度大，二級斷裂控制局部構(gòu)造、發(fā)育時間稍晚；三級斷裂多為新近紀以來發(fā)育的次級斷裂，斷裂發(fā)育時間晚，活動強度小。在不同級次斷裂的控制下，本區(qū)形成了其特殊的石油地質(zhì)條件。本區(qū)斷裂系統(tǒng)對油氣成藏的控制作用表現(xiàn)在3個方面，即斷裂的發(fā)育有利于各類圈閉的形成；斷裂引起的裂縫擴大了油氣的儲集空間；斷裂封閉性的差異使得深部油氣運移至淺部聚集。

關(guān)鍵詞：斷裂特征；圈閉條件；儲層條件；斷裂封閉性；南堡凹陷；渤海灣盆地

南堡凹陷為渤海灣盆地的一個次級構(gòu)造單元，其北部與燕山相連，南部和東部毗鄰渤海，凹陷面積為1932km2［1－4］，自北向南分別為陸上的北堡構(gòu)造、老爺廟構(gòu)造、高尚堡—柳贊構(gòu)造；灘海的南堡5號、南堡1號、南堡2號、南堡3號、南堡4號構(gòu)造（圖1）。南堡凹陷油源充足，油氣儲量豐富，然而本區(qū)斷裂極其發(fā)育［5－6］，油氣似乎容易被斷裂破壞。為了探討斷裂有無破壞油氣的成藏或者破壞程度的大小，對凹陷全區(qū)的斷裂系統(tǒng)進行了綜合分析，并從油氣藏的形成條件著手，來探討斷裂對油氣成藏的控制作用，以利于認識斷陷盆地的油氣成藏特點。

1　斷裂系統(tǒng)的基本特征

圖1　南堡凹陷區(qū)域構(gòu)造及斷裂分布

1.1斷裂分布特征

從斷裂平面分布上看，南堡凹陷內(nèi)部的斷裂在全區(qū)均較發(fā)育。以明化鎮(zhèn)組的斷裂分布為例（圖1），該區(qū)斷裂的走向以NEE向或者近NE向為主。按照斷裂的活動強度、斷距大小以及對構(gòu)造單元的控制作用，本區(qū)的斷裂大致可以分為三級。一級斷裂為西南莊、柏各莊等控凹邊界斷裂，該類斷裂呈繼承性穩(wěn)定發(fā)育，斷裂的活動強度大，活動時間長，控制了南堡凹陷的形成和演化，對各個次級構(gòu)造的發(fā)育具有影響。二級斷裂為南堡、蛤坨等控制次級構(gòu)造單元的斷裂，該類斷裂大致在古近紀中晚期開始發(fā)育，具有一定的繼承性，斷裂活動時間和強度足以控制臨近次級構(gòu)造單元的發(fā)育。三級斷裂數(shù)量最多，基本上是新近紀以來發(fā)育的次級小斷裂，對凹陷的構(gòu)造格局基本上沒有影響，但這類斷裂對局部圈閉的發(fā)育具有一定的控制作用。

圖2　南堡凹陷斷層方位分布

通過對南堡凹陷不同層位斷層方位分布的統(tǒng)計來看（圖2），發(fā)現(xiàn)沙河街組一段及其上覆地層其內(nèi)部發(fā)育的斷層走向具有高度的一致性，NEE向的斷層占據(jù)了絕對的主導(dǎo)地位。南堡凹陷深部沙河街組二段及三段內(nèi)部發(fā)育的NW向及NE向斷層占有較大的比例，這可能與深部斷裂發(fā)育的機制以及受早期構(gòu)造運動的影響有關(guān)。但就全區(qū)而言，南堡凹陷發(fā)育的斷裂系統(tǒng)具有很大的相似性，斷裂的發(fā)育具有繼承性的特征。

1.2斷裂幾何特征

空間展布上南堡凹陷內(nèi)部斷裂具有一定的幾何學(xué)分帶特征。根據(jù)各次級構(gòu)造單元構(gòu)造樣式的不同，可以把南堡凹陷分為3個帶：高尚堡構(gòu)造－柳贊構(gòu)造帶、北堡構(gòu)造－老爺廟構(gòu)造帶以及南部灘海構(gòu)造帶。高尚堡構(gòu)造與柳贊構(gòu)造帶發(fā)育“坡坪式”構(gòu)造樣式，具有明顯的斷坡（坡度較大）和斷坪（坡度較小）結(jié)構(gòu)（圖3）；北堡構(gòu)造—老爺廟構(gòu)造帶發(fā)育“鏟式”構(gòu)造樣式，具有地塹內(nèi)部斷層向深部主邊界斷層交匯的特征，高尚堡構(gòu)造的深部亦具備“鏟式”構(gòu)造樣式的特征（圖3）；南部灘海構(gòu)造帶多發(fā)育“多米諾式”構(gòu)造樣式，具有地層發(fā)生破裂旋轉(zhuǎn)、形狀類似多米諾骨牌的特征，由于多期構(gòu)造運動的影響，各期次的“多米諾式”構(gòu)造樣式容易發(fā)生疊加交錯，典型的如南堡2號構(gòu)造（圖3）。從斷裂的縱向組合上看，部分活動大斷裂延伸至深部后，容易收斂在主邊界斷裂之上，該類斷裂能很好地溝通深部烴源巖。在淺部，不同期次的次級斷裂相互切割，斷裂延伸范圍較小，只局限于一定的深度范圍發(fā)育，形成類似于網(wǎng)狀的塊斷結(jié)構(gòu)（圖3）。

圖3　南堡凹陷南堡2號構(gòu)造－高尚堡構(gòu)造斷裂發(fā)育剖面

1.3斷裂發(fā)育過程

南堡凹陷作為典型的斷陷構(gòu)造，其斷裂系統(tǒng)的發(fā)展演化歷史也即是古近紀、新近紀兩個階段。古近紀，受強烈構(gòu)造活動的影響，本區(qū)進入斷陷發(fā)育階段，區(qū)內(nèi)形成大量具有同生性質(zhì)的正斷裂，西南莊、柏各莊等控凹一級斷裂在沙河街組三段沉積時期亦開始發(fā)育。沙河街組一段沉積期，在構(gòu)造活動及先期同生斷裂的雙重影響下，區(qū)內(nèi)二級斷裂如南堡斷裂、蛤坨斷裂開始發(fā)育，此時本區(qū)開始具備箕狀斷陷的雛形。經(jīng)過長期的斷裂活動，在東營組二段沉積期，南堡凹陷內(nèi)的一級斷裂已經(jīng)具備了鏟式形態(tài)，受其控制凹陷開始形成“北斷南超”的構(gòu)造格局，在一級和二級斷裂共同作用下，高尚堡、老爺廟、北堡構(gòu)造均開始成型。新近紀，南堡凹陷構(gòu)造活動減弱，基本呈繼承性發(fā)育，凹陷發(fā)育已經(jīng)不受一、二級斷裂控制，由此，凹陷的沉積中心亦逐漸向南轉(zhuǎn)移。新近紀以來，較快的沉積、伸展速率導(dǎo)致沉積地層迅速加厚。受上覆地層重力載荷的影響，各級構(gòu)造坡折帶產(chǎn)生眾多次級正斷層［7］，由于發(fā)育期次的差異，該類斷層往往相互疊加切割，部分斷層甚至延伸至深部被大斷裂所切，次級斷層對斷層類圈閉的形成和對油氣的輸導(dǎo)均有影響。

2　斷裂系統(tǒng)對油氣成藏的控制作用

2.1對圈閉條件的控制

南堡凹陷是在斷裂活動控制下形成的箕狀斷陷構(gòu)造，內(nèi)部斷裂相當(dāng)發(fā)育，與斷裂相關(guān)的圈閉有滾動背斜、逆牽引背斜、斷塊、斷鼻、斷背斜以及巖性圈閉等多種類型［8－9］（表1）。受斷裂活動以及沉積、沉降作用的影響，不同構(gòu)造帶發(fā)育不同類型的圈閉且在形成時間上存在差異。平面上，高尚堡－柳贊、老爺廟、北堡等構(gòu)造帶的圈閉發(fā)育時間較早，一般在第一主沉積地層形成初期即形成雛形，圈閉定型時間也較早，如高尚堡－柳贊構(gòu)造在沙河街組沉積時期發(fā)育并定型，而南部灘海地區(qū)圈閉定型時間主要在東營組沉積時期。

古近紀是南堡凹陷的裂陷發(fā)育期。該時期，老爺廟、北堡等陸上構(gòu)造，由于深部基底大斷裂發(fā)育且斷裂在深部具有滑脫性質(zhì)，因而在靠近深大斷裂的上盤部位，容易受重力滑塌作用而產(chǎn)生剩余空間，從而導(dǎo)致地層變形形成滾動背斜，該類背斜通常具有圈閉閉合面積大、圈閉閉合度高的特點。而在深大斷裂的下盤，受逆牽引力的作用，地層則容易變形形成逆牽引背斜，相對于斷裂上盤的滾動背斜而言，其彎曲變形程度較小，圈閉面積亦較小，伴生斷層的發(fā)育也較弱。在多米諾式構(gòu)造樣式發(fā)育的南堡2、南堡4號構(gòu)造，斷裂在垂向分量上的活動性最為強烈，這為砂礫巖滑塌濁積體和深水濁積扇的發(fā)育創(chuàng)造了條件。沙河街組一段沉積時期，在邊界斷層的作用下，凹陷構(gòu)造格局變化，沉降中心向灘海遷移。該時期，南堡凹陷為湖相沉積環(huán)境，烴源巖厚度大，成熟度高，油氣運移動力大，因而滑塌濁積體較緩坡帶滑塌濁積巖容易得到油源供給，利于形成巖性油氣藏。

表1　南堡凹陷各構(gòu)造單元斷裂發(fā)育情況與圈閉類型對比Table 1　Com parison of trap types and fault styles in different structural units of the Nanpu Sag

新進紀以來，南堡凹陷進入拗陷發(fā)育期，斷裂活動減弱，整體沉降，凹陷沉積速率亦增加。受重力均衡作用影響，在先期發(fā)育同生斷裂的基礎(chǔ)上發(fā)育眾多次級斷裂，沿次級斷裂帶形成了斷塊、斷背斜、斷鼻、低幅度背斜等多種類型的圈閉。該類圈閉的形成與展布明顯受到斷裂活動的控制，如柳贊構(gòu)造東營組、館陶組其斷鼻、斷塊圈閉發(fā)育，在平面上，該類圈閉往往是由兩條或兩條以上的斷層相交形成構(gòu)造封閉或向下傾方向敞開；在剖面上，該類圈閉在儲層的上傾方向往往會被斷層切割封堵。

2.2對儲集條件的控制

晚白堊世末—古新世，南堡凹陷整體上遭受隆升剝蝕，沙河街組底部形成一區(qū)域不整合。盡管遭受長期的風(fēng)化剝蝕形成風(fēng)化殼，但在針對不整合面之下的古生界（尤其是奧陶系）油氣勘探中，發(fā)現(xiàn)只有少數(shù)井存在放空現(xiàn)象，其原因是暴露時間太長，導(dǎo)致孔洞空間充填嚴重，孔滲性變差［10］。但對古生界潛山油藏的勘探表明，構(gòu)造裂縫能增加油氣的賦存空間。

圖4　南堡凹陷古生代碳酸鹽巖中的構(gòu)造裂縫

對于構(gòu)造裂縫的研究，前人更偏重于從應(yīng)力場的角度來進行分析或者模擬［11－13］。但從應(yīng)力場作用結(jié)果上分析，構(gòu)造裂縫是在斷裂錯動引起的局部差異誘導(dǎo)力條件下，斷裂內(nèi)及其附近巖石沿斷裂面沒有發(fā)生明顯位移而形成的一種伴生或誘導(dǎo)構(gòu)造［14］。這也即是說，構(gòu)造裂縫的發(fā)育往往伴隨有斷裂的發(fā)育。南堡凹陷斷裂極其發(fā)育，本區(qū)斷裂對構(gòu)造裂縫的控制作用亦表現(xiàn)明顯。從南堡1號、南堡2號構(gòu)造與北堡構(gòu)造對比情況上看，南堡1號及南堡2號構(gòu)造深大斷裂較北堡構(gòu)造發(fā)育，其古生界灰?guī)r中的張性構(gòu)造裂縫發(fā)育情況明顯較好，而北堡構(gòu)造的溶蝕裂縫具備一定規(guī)模。南堡凹陷古生界碳酸鹽巖（以灰?guī)r為主）主要發(fā)育高角度的構(gòu)造裂縫。通過對南堡1號構(gòu)造和南堡2號構(gòu)造的統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)本區(qū)古生界灰?guī)r中的構(gòu)造裂縫以NW向裂縫為主，裂縫基本上呈未被充填（圖4a）或者被方解石充填（圖4b）狀態(tài)，未被充填的裂縫無疑為油氣提供了潛在的儲存空間（圖4c，d）。由于遭受多期構(gòu)造運動的改造，南堡凹陷發(fā)育的構(gòu)造裂縫具有一定的期次性，常見的是兩組高角度裂縫交錯發(fā)育（圖4b），局部還可以見到3組裂縫交錯發(fā)育，但裂縫發(fā)育的期次性在平面分布上并沒有分區(qū)性，這可能與空間上受力分布不均勻有關(guān)。本區(qū)碳酸鹽巖中的油氣賦存與構(gòu)造裂縫的發(fā)育相關(guān)，儲集油氣的孔、洞、縫空間往往與構(gòu)造裂縫共存，如南堡280井奧陶系灰?guī)r中（4 497.43m），在其構(gòu)造裂縫路徑上發(fā)育有溶蝕孔洞，而在溶蝕孔洞及構(gòu)造縫中含油（圖4c）。綜合取心情況分析表明，溶蝕孔洞發(fā)育的部位往往也是裂縫比較發(fā)育的部位。溶蝕孔洞縫沿著裂隙發(fā)育，這充分說明構(gòu)造裂縫的形成時間相對較早，而溶蝕孔洞縫則是在后期、由烴類流體對構(gòu)造裂縫進行改造而形成的［15－16］。

2.3對運移條件的控制

斷層的封閉能有效遮擋下伏油氣的運移。斷層的開啟能使油氣發(fā)生運移或者發(fā)生再次運移，也能導(dǎo)致油氣散失［17－19］。從南堡凹陷已發(fā)現(xiàn)的油氣看，靠近凹陷中部，其淺層油氣相對較少；凹陷中部向外，其淺層油氣相對較多。例如高尚堡、柳贊、老爺廟等構(gòu)造，其淺層油氣是現(xiàn)今油氣開發(fā)的主力。究其根本原因，凹陷中部，深大斷裂（尤其是一級控凹斷裂）對其的控制作用較弱，深部油氣難通過大斷裂直接進入淺層，而在環(huán)凹陷帶，受深大斷裂長期持續(xù)活動的影響，深部油氣可經(jīng)斷裂直接向上運移。

3　結(jié)論

南堡凹陷斷裂極其發(fā)育且以NEE向斷裂為主，斷裂的分布以“階梯式”、“鏟式”和“多米諾式”3種構(gòu)造樣式呈分帶性分布。受各級斷裂的控制，斷裂相關(guān)類圈閉發(fā)育；斷裂活動產(chǎn)生的構(gòu)造裂縫改善了儲層儲集條件；斷裂封閉性的差異變化使得運移的油氣免遭完全破壞。因此，盡管南堡凹陷斷裂發(fā)育，但對油氣成藏仍具有一定的促進作用。

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（編輯張亞雄）

中圖分類號：TE122.1

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：0253－9985（2011）02－0192－07

收稿日期：2010－11－12。

第一作者簡介：范柏江（1983—），男，博士研究生，油氣藏形成機理與分布規(guī)律。

基金項目：國土資源部、國家發(fā)改委和財政部聯(lián)合組織的國家重大專項（zp－002）

Control of fault system on hydrocarbon accumulation in Nanpu Sag，the Bohai Bay Basin

Fan Bojiang1，2，Liu Chenglin1，Pang Xiongqi1，2，Zhang Jian3，Li Xiaohui4，Ma Junbao5
（1.State Key Laboratory of Petroleum Resource and Prospecting，China University of Petroleum，Beijing 102249，China；2.Research Center for Basin and Reservoir，China University of Petroleum，Beijing 102249，China；3.Jidong Oilfield Company，PetroChina，Tangshan，Hebei063004，China；4.Changqing Oilfield Company，PetroChina，Wushenqi，Neimongol 017300，China；5.Beijing Polydoctor Petroleum Technology Co.，Ltd.，Beijing 102200，China）

Abstract：Nanpu Sag haswell developed faults，yet the relationship between the faults and abundantoil and gas is not clear in the study area.The paper studied the basic characteristics of faults through seismic interpretations of structures and statistical analysis of the fault distribution.On this basis and combing with the conditions of trap，reservoir and hydrocarbonmigration，the paper researched the controlling effects of the faults on the oil and gas accumulation in Nanpu Sag.The results indicate that themajority of the faults trending NEE or NE in the Nanpu Sag，showing structural styles such as“flatand ramp style”，“l(fā)istric style”and“domino style”and so on in the section.The faultswithin the Nanpu Sag can be classified into three orders，with the first-and second-order faults being developed in the Paleogene.The first-order faults control the formation of the sag and are characterized by the earliest development，long duration and strong intensity.The second-order faults control the local structures，and were developed later than the first-order faults.The third-order faults aremostly secondary faults formed since the Neogene with weak intensity.Unique petroleum geological conditions occur in the studyarea due to the control of faults of different orders.The controlling effects of the fault system on hydrocarbon accumulation are represented in three aspects，that is，the occurrence of faults benefits for the formation of various types of traps，the fractures caused by faults enlarge the reservoir space for oil and gas accumulation，the diversity of sealing ability of faults prompts hydrocarbons tomigrate from the deep to shallow reservoirswhere they accumulate.

Key words：fault characteristics，trap condition，reservoir condition，fault sealing ability，Nanpu Sag，Bohai Bay Basin