萊州灣西構(gòu)造帶斷裂特征及其對(duì)油氣成藏的控制

王永利,武 強(qiáng),姚長(zhǎng)華,王應(yīng)斌,楊在發(fā)

(1.中海石油(中國(guó)）有限公司天津分公司渤海油田勘探開(kāi)發(fā)研究院,天津 300452;2.中海油能源發(fā)展采油工程研究院,天津 300452）

萊州灣西構(gòu)造帶斷裂特征及其對(duì)油氣成藏的控制

王永利1,武 強(qiáng)1,姚長(zhǎng)華2,王應(yīng)斌1,楊在發(fā)2

(1.中海石油(中國(guó)）有限公司天津分公司渤海油田勘探開(kāi)發(fā)研究院,天津 300452;2.中海油能源發(fā)展采油工程研究院,天津 300452）

受古近紀(jì)萊州灣凹陷大規(guī)模斷陷、郯廬斷裂右旋走滑和墾東凸起大規(guī)模隆升三方面因素共同作用,萊州灣西構(gòu)造帶斷裂系統(tǒng)發(fā)育,根據(jù)斷裂性質(zhì)及發(fā)育規(guī)模將斷裂劃分為3組不同方向的斷裂組合,對(duì)油氣的運(yùn)移、聚集及保存都產(chǎn)生重要影響。根據(jù)萊州灣地區(qū)油氣成藏規(guī)律并結(jié)合渤海其他區(qū)域近年勘探成果綜合分析,萊北1號(hào)斷層、斜坡區(qū)東西向反向正斷層和走滑末端雁行式斷層三類大規(guī)模調(diào)節(jié)斷層對(duì)于油氣成藏影響作用較大,這三類斷層所控制的圈閉也是萊州灣凹陷及圍區(qū)下一步勘探獲得突破的重點(diǎn)區(qū)域。

斷裂特征;反向正斷層;走滑末端雁行式斷層;萊州灣西構(gòu)造帶

萊州灣地區(qū)位于渤海灣盆地南部,大部分水深位于5～20 m,主要包括萊州灣凹陷、墾東凸起、青東凹陷等幾個(gè)部分,郯廬斷裂分為東支和西支從該區(qū)穿過(guò)(圖1）。受郯廬斷裂多期次大規(guī)?；顒?dòng)的影響,萊州灣凹陷及圍區(qū)表現(xiàn)出極其復(fù)雜的構(gòu)造特征,中生代郯廬斷裂表現(xiàn)為強(qiáng)烈的左旋走滑,多人的研究成果證實(shí)該時(shí)期左旋走滑量超過(guò)150 km,最大可達(dá)700 km;而在新生代郯廬斷裂則表現(xiàn)為右旋走滑,走滑量相對(duì)中生代變得相對(duì)較小,最大不超過(guò)100 km[1]。由于左旋走滑和右旋走滑應(yīng)力的轉(zhuǎn)變,整個(gè)渤海灣盆地在中生代和新生代應(yīng)該表現(xiàn)為完全不同的構(gòu)造格局,對(duì)于萊州灣凹陷現(xiàn)今的構(gòu)造格局只能是新生代以來(lái)造就的。

萊州灣西構(gòu)造帶主要指萊州灣凹陷西支走滑斷層兩側(cè)的一系列構(gòu)造。經(jīng)過(guò)近些年中海油天津分公司和中石化勝利油田在該區(qū)的勘探實(shí)踐,先后在構(gòu)造帶兩側(cè)發(fā)現(xiàn)多個(gè)油田或含油氣構(gòu)造,三級(jí)石油地質(zhì)儲(chǔ)量已達(dá)3×108t以上,初步展示了該地區(qū)巨大的勘探潛力,另一方面由于該區(qū)缺乏區(qū)域性三維地震資料,尚處于勘探早期階段,仍有進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)大型油氣田的潛力。二維地震資料分析認(rèn)為本區(qū)斷裂系統(tǒng)發(fā)育,對(duì)油氣成藏起到了至關(guān)重要的作用,因此本文對(duì)該區(qū)的斷裂特征及斷裂對(duì)油氣成藏的影響進(jìn)行了分析,以期對(duì)該構(gòu)造帶勘探工作有所幫助。

圖1 萊州灣凹陷及圍區(qū)區(qū)域位置Fig.1 Sketch map of Laizhou Bay Sag and its outskirts

1 斷裂發(fā)育特征

1.1 斷裂類型及特征

受古近紀(jì)中國(guó)東部區(qū)域性大規(guī)模伸展斷裂活動(dòng)與郯廬斷裂在萊州灣地區(qū)長(zhǎng)時(shí)期活動(dòng)影響,萊西地區(qū)斷裂系統(tǒng)發(fā)育[2]。根據(jù)研究區(qū)斷裂性質(zhì)和規(guī)模特征,平面上主要有3組不同方向的斷裂組合(圖2）:

(1）北偏東向走滑斷裂:它是郯廬斷裂在萊州灣凹陷中的西支,表現(xiàn)為產(chǎn)狀陡傾,深切盆地基底和沉積層,一般延伸至新近系,在該區(qū)走滑斷層表現(xiàn)為馬尾狀雁行斷裂。

(2）大規(guī)模走滑調(diào)節(jié)斷層:該類斷層主要為深切穿至基底的大型伸展斷層,共有4條,其形成時(shí)代較早(T8）,活動(dòng)時(shí)期較長(zhǎng)(T8～T0）,包括萊北1號(hào)大斷層、走滑斷層兩側(cè)大規(guī)模東西向斷層,可能主要為早期凹陷形成時(shí)期形成后期伴隨走滑斷層進(jìn)一步運(yùn)動(dòng)所形成的。

(3）NNE向走滑伴生斷層:該類斷層形成時(shí)代較晚,規(guī)模較小,不能切穿基底,主要是走滑斷層右旋應(yīng)力場(chǎng)下形成的與走滑斷層小角度相交的斷層,夾角多在30～45°,延伸距離一般不超過(guò)4 km。

圖2 萊州灣西構(gòu)造帶斷裂分布特征Fig.2 Fault distribution in the western tectonic zone of Laizhou Bay Sag

1.2 斷裂發(fā)育期次

研究區(qū)斷層可以劃分為早期發(fā)育的斷層、中—晚期發(fā)育的斷層和長(zhǎng)期發(fā)育的斷層(圖3）,這些不同時(shí)期發(fā)育的斷層不僅影響了圈閉,也控制了油氣的縱向運(yùn)移,決定了油氣富集的層位和油藏規(guī)模。對(duì)萊州灣地區(qū),長(zhǎng)期發(fā)育的斷層對(duì)油氣的運(yùn)移和保存影響較大。

圖3 萊州灣西構(gòu)造斷裂發(fā)育期次Fig.3 Upgrowth stages of faults in the western tectonic zone of Laizhou Bay Sag

(1）早期發(fā)育的斷層:該類斷層斷開(kāi)T8層(古近系底）,主要見(jiàn)于斷陷早期,一般不能斷至新近系,對(duì)該區(qū)沉積地形具有一定的控制作用。

(2）中—晚期發(fā)育的斷層:該類斷層形成于沙河街組沉積之后,斷開(kāi)至 T0(明化鎮(zhèn)組底）,消失在第四系,向淺層斷距變小。此類斷層與油氣的形成期一致,利于油氣的縱向運(yùn)移。

(3）長(zhǎng)期發(fā)育的斷層:此類斷層形成時(shí)間較早,長(zhǎng)期活動(dòng),斷開(kāi) T8至 T0,主要包括走滑斷層和長(zhǎng)期大規(guī)模伸展斷層,該時(shí)期形成的斷層由于其長(zhǎng)期活動(dòng),因此既有利于油氣的運(yùn)移,又有可能破壞早期形成的圈閉。

1.3 對(duì)萊州灣郯廬斷裂新生代右旋走滑量的重新認(rèn)識(shí)

根據(jù)前人的研究[1,3],郯廬斷裂新生代在萊州灣地區(qū)走滑運(yùn)動(dòng)較為強(qiáng)烈,普遍認(rèn)為右旋走滑量可達(dá)40 km以上,最大量甚至可達(dá)近百千米。新一輪的二維區(qū)域地震精細(xì)研究認(rèn)為郯廬斷裂西支在萊州灣凹陷南部已不再為單一的一支,而是變成向南西展布的一系列馬尾狀雁行斷裂,同時(shí)二維地震資料證實(shí)斷裂在末端具有明顯的伸展特征,證實(shí)右旋走滑應(yīng)力場(chǎng)在該區(qū)的應(yīng)力得到釋放,右旋走滑量應(yīng)該不會(huì)達(dá)到前人研究的幾十千米。

1.4 斷裂演化分析

對(duì)于萊州灣凹陷西界斷層為郯廬走滑斷層過(guò)萊州灣地區(qū)的西支已得到公認(rèn),但對(duì)于斷層在新生代的右旋走滑量一直是爭(zhēng)議的焦點(diǎn),也是研究的熱點(diǎn)。對(duì)于郯廬斷裂在新生代的構(gòu)造演化普遍的認(rèn)識(shí)為古近紀(jì)末期發(fā)生較大規(guī)模的右旋走滑,而在古近紀(jì)早期和新近紀(jì)走滑運(yùn)動(dòng)相對(duì)微弱[4,5],但仍存在一定幅度的右旋走滑分量,主要表現(xiàn)為墾東凸起東斜坡發(fā)育一系列負(fù)花狀構(gòu)造。

該區(qū)的大規(guī)模伸展斷裂活動(dòng)主要發(fā)生在古近紀(jì)早期即古新世—始新世,表現(xiàn)為在本地區(qū)這一時(shí)期形成的地層孔店組、沙四、沙三段中廣泛發(fā)育正斷層,而且斷距較大,這也與中國(guó)東部區(qū)域性伸展活動(dòng)相吻合,這一時(shí)期是萊州灣凹陷的主要形成期。而到漸新世末期,右旋走滑占據(jù)優(yōu)勢(shì),同時(shí)伸展活動(dòng)變?nèi)?大的板塊構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使得區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)變?yōu)槲⑷醯臄D壓。到新近紀(jì)以后,走滑和伸展應(yīng)力都相對(duì)微弱,區(qū)域上處于穩(wěn)定的沉降階段。

2 斷裂對(duì)成藏控制和有利區(qū)帶分析

含油氣盆地中斷裂對(duì)于構(gòu)造形成、油氣輸導(dǎo)、油藏側(cè)封均有著重要的意義[6,7]。根據(jù)萊州灣地區(qū)油氣成藏規(guī)律并結(jié)合渤海其他區(qū)域近年勘探成果綜合分析,長(zhǎng)期發(fā)育的大規(guī)模走滑調(diào)節(jié)斷層對(duì)油氣成藏影響較大,決定了大型油氣藏的形成。其中長(zhǎng)期發(fā)育的大規(guī)模調(diào)節(jié)斷層主要有:①大型控凹斷層,主要指萊北1號(hào)大斷層;②斜坡區(qū)東西向反向正斷層,主要指走滑斷層兩側(cè)東西向伸展斷層;③走滑末端雁行式斷層。這些斷層共同的特征為:活動(dòng)時(shí)期早,均斷穿基底;活動(dòng)時(shí)期長(zhǎng),一直延續(xù)至第四紀(jì)。正是這三類調(diào)節(jié)斷層控制了萊州灣西構(gòu)造帶有利勘探區(qū)帶的分布。

2.1 大型控凹斷層——萊北1號(hào)大斷層

近幾年渤海海域先后在遼西凹陷發(fā)現(xiàn)錦州25-1油田、秦南凹陷發(fā)現(xiàn)秦皇島29-2油田均為依附于大型控凹斷層下降盤的大中型油田,這也充分說(shuō)明了控凹斷層下降盤是形成大型油氣田的有利區(qū)域。受大型控凹斷層影響所形成的構(gòu)造最有利的一類即為逆牽引構(gòu)造,這也是我國(guó)東部油田較為常見(jiàn)油氣圈閉類型之一[8,9]。大型控凹斷層與沉積凹陷同期發(fā)育,控制和影響著凹陷沉積和構(gòu)造的發(fā)展,因此和油氣的生成、運(yùn)移、聚集均有著密切的關(guān)系。由于萊北1號(hào)斷層主要生長(zhǎng)期剛好也是萊州灣凹陷的主要發(fā)育期,因此直接控制著生油凹陷的分布,而且由于斷裂發(fā)育時(shí)期早、延續(xù)時(shí)間長(zhǎng),早期形成的構(gòu)造長(zhǎng)期處于油氣運(yùn)移、聚集的主要指向上,且側(cè)向上多為中生界基巖并置,側(cè)封條件優(yōu)越,因此易于形成深、淺部含有層疊合連片形成多種圈閉類型疊合的復(fù)式油氣聚集帶,新發(fā)現(xiàn)的墾利10-1油田即為依附于萊北1號(hào)大斷層的億噸級(jí)油田(圖4）。

圖4 墾利10-1油田油藏剖面Fig.4 Reservoir profile of Kenli 10-1 oilfield

先前對(duì)于萊北1號(hào)斷層的認(rèn)識(shí)多為萊州灣凹陷北部邊界,新采集的三維地震資料證實(shí)萊北1號(hào)斷層在凹陷西側(cè)由東西向變?yōu)槟媳毕?圖2）,雖然其成因機(jī)制及演化特征尚不十分明確,但由于萊北1號(hào)控凹斷層的進(jìn)一步延伸,也使得沿萊州灣凹陷西側(cè)形成一系列與墾利10-1相類似的構(gòu)造,現(xiàn)已識(shí)別出多個(gè)構(gòu)造,個(gè)別構(gòu)造還有較明顯的逆牽引背景(圖5）,這也是萊州灣凹陷及墾利10-1油田下一步勘探的重點(diǎn)目標(biāo)。

2.2 斜坡區(qū)東西向反向正斷層

圖5 依附于萊北1號(hào)斷層的逆牽引構(gòu)造特征Fig.5 Characteristics of reverse drag structure on Laibei No.1 fault

濟(jì)陽(yáng)凹陷近幾十年的勘探實(shí)踐證實(shí),箕狀凹陷緩坡區(qū)反向正斷層比同向正斷圈閉條件要好[10]。這主要因?yàn)榉聪驍鄬有纬傻臄鄩K位于斷層的上升盤,一般壓力比斷塊邊部和下降盤斷塊低,并且圈閉形成早,成為油氣聚散平衡的方向,因此有利于油氣聚集。萊州灣西側(cè)墾東凸起上的新灘油田處于黃河口凹陷向南抬升的斜坡上,已發(fā)現(xiàn)的絕大多數(shù)油藏如墾東1-30、墾東12等中型以上油藏等均賦存于反向正斷層遮擋形成的圈閉中[11](圖6）。新灘油田在黃河口斜坡區(qū)的成功實(shí)踐為萊州灣西構(gòu)造帶的勘探成功提供了現(xiàn)實(shí)依據(jù)。

萊州灣西構(gòu)造帶走滑斷層西部處于墾東高凸起低部位,同處于黃河口凹陷向南抬升的斜坡區(qū),依附于兩條長(zhǎng)期反向生長(zhǎng)斷層,形成多個(gè)有利構(gòu)造,易于捕獲黃河口凹陷生成的油氣,部分構(gòu)造與墾東1-30、墾東12等油藏同處于一條反向斷層遮擋,更加證實(shí)了走滑斷層西側(cè)巨大的勘探潛力。

圖6 新灘油田南北向綜合剖面(據(jù)付兆輝,2008）Fig.6 Composite profile of the Xintan oilfield from south to north

走滑斷層?xùn)|部的萊州灣凹陷屬于典型的北斷南超的箕狀凹陷,其南部以斜坡帶過(guò)渡到濰北凸起,在斜坡區(qū)發(fā)育兩條較大型東西向伸展斷層,其中一條為同向斷層,另一條為反向斷層(圖2）,沿兩條東西向伸展斷層發(fā)育多個(gè)有利構(gòu)造,是萊州灣凹陷油氣聚集的有利區(qū)域。經(jīng)過(guò)近幾年的勘探實(shí)踐已先后在同向正斷層控制的構(gòu)造上鉆探多口探井,僅發(fā)現(xiàn)薄層油層,未見(jiàn)商業(yè)油氣藏。結(jié)合濟(jì)陽(yáng)凹陷緩坡區(qū)和墾東凸起新灘油田成功勘探經(jīng)驗(yàn),認(rèn)為缺乏長(zhǎng)期大規(guī)模運(yùn)動(dòng)的反向正斷層遮擋是失利的主要原因,而南部的長(zhǎng)期大規(guī)模反向正斷層則是油氣可能賦存的有利區(qū)域,也是下一步萊州灣進(jìn)一步突破的重點(diǎn)區(qū)域。

2.3 走滑末端雁行式斷層

走滑斷層在渤海海域多表現(xiàn)為壓扭性質(zhì),這對(duì)于油氣運(yùn)移相對(duì)不利[12]。然而走滑斷層末端由于走滑量逐漸減小,壓扭應(yīng)力得到釋放,走滑斷裂逐漸變?yōu)檠阈惺綌鄬?應(yīng)力特征也逐漸變?yōu)閺埮ば陨煺箶鄬?這為油氣的運(yùn)移和聚集提供了條件。一方面雁行式伸展斷層為油氣運(yùn)移提供了良好的縱向運(yùn)移通道,而另一方面由于主干走滑斷層的壓扭性為油氣提供了良好的保存條件,這就使得走滑斷層末端具有優(yōu)越的成藏條件。遼西凹陷的錦州25-1油田東盤即為走滑末端雁行式斷層控藏的典型實(shí)例(圖7）,正是由于雁行式斷層對(duì)油氣運(yùn)移、聚集和保存的作用,使得JZ25-1-A井 T5地震反射層以下主要目的層段見(jiàn)砂即見(jiàn)油。

萊州灣西構(gòu)造帶南端處于郯廬走滑應(yīng)力釋放區(qū),走滑量相對(duì)較小,應(yīng)力性質(zhì)也從走滑斷層的壓扭性質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)閺埮ば再|(zhì),雁行式斷層主要向青東凹陷伸展,這為青東凹陷生成的油氣向構(gòu)造區(qū)運(yùn)移提供了良好的運(yùn)移通道。同時(shí)構(gòu)造主要目的層段多與濰北凸起中生界對(duì)接,這使得該區(qū)構(gòu)造具有良好的保存條件。現(xiàn)已識(shí)別出多個(gè)有利構(gòu)造,同時(shí)繼續(xù)沿走滑斷層往南部青東凹陷,也發(fā)育多個(gè)依附于走滑末端雁行式斷層的圈閉,該類圈閉如若獲得成功將拓展青東凹陷勘探領(lǐng)域,進(jìn)一步打開(kāi)青東凹陷勘探局面。

圖7 錦州25-1構(gòu)造東盤與萊西構(gòu)造帶南部構(gòu)造特征對(duì)比Fig.7 Contrast between the east block of Jinzhou 25-1 structure and the western tectonic zone of Laizhou Bay Sag

3 結(jié)論

(1）受古近紀(jì)中國(guó)東部區(qū)域性大規(guī)模伸展斷裂活動(dòng)與郯廬斷裂在萊州灣地區(qū)長(zhǎng)時(shí)期活動(dòng)影響,萊西地區(qū)斷層較為發(fā)育,平面上主要有3種不同方向的斷裂組合。

(2）萊州灣西構(gòu)造帶斷層可以劃分為早期發(fā)育的斷層、中—晚期發(fā)育的斷層和長(zhǎng)期發(fā)育的斷層,長(zhǎng)期發(fā)育的斷層對(duì)油氣成藏的作用和影響較大。

(3）根據(jù)渤海海域及鄰近油田勘探經(jīng)驗(yàn),萊北1號(hào)控凹斷層、東西向反向正斷層和走滑末端雁行式斷層所控制的圈閉是萊州灣凹陷及圍區(qū)下一步勘探獲得突破的重點(diǎn)區(qū)域。

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Characteristics of faults and their control to hydrocarbon accumulation in the western tectonic zone of Laizhou Bay Sag

Wang Yongli1,Wu Qiang1,Yao Changhua2,Wang Yingbin1,Yang Zaifa2

(1.Bohai Oilf ield Exploration&Production Research Institute,CNOOC Limited,Tianjin 300452;2.Oilf ield Engineering Research Institute,CNOOC Energy Technology&Services,Tianjin 300452）

Faults were well developed in the western tectonic zone of Laizhou Bay Sag affected by rift of Laizhou Bay Sag in Peleogene period,Tanlu dextral strike-slip fault and large scale rise of Kendong uplift.Two kind of faults including strike-slip fault and extensional faults are identified based on faults nature and developed scale,which affected hydrocarbon migration,accumulation and preservation.Based on hydrocarbon accumulation in Laizhou Bay area and exploration result in other area of Bohai Sea,3 kind of faults make a good effect to hydrocarbon accumulation in the western tectonic zone including Laibei No.1,reverse normal fault with E-W trending in slope area and echelon faults in the distal end of strike-slip fault.The traps controlled by these 3 kind of faults are the favorable regions in Laizhou Bay Sag and its surrounding areas.

characteristics of faults;reverse normal fault;echelon faults in the distal end of strike-slip fault;western tectonic zone of Laizhou Bay Sag

TE121.2

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2011.01.028

1008-2336(2011）01-0028-05

2010-10-19;改回日期:2010-10-28

武強(qiáng),男,1981年生,工程師,2006年畢業(yè)于中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢）獲碩士學(xué)位,主要從事油氣地質(zhì)綜合研究。E-mail:wuqiang2@cnooc.com.cn。