金湖凹陷西斜坡阜寧期構(gòu)造-沉積演化與油氣聚集

商 琳，戴俊生，王霞田，王彤達(dá)，張宏國(guó)

(1.中國(guó)石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580;2.中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司新疆油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，新疆 克拉瑪依 834000;3.中國(guó)石化股份勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院，山東 東營(yíng) 257015;4.中海油天津分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，天津 300452)

1 區(qū)域地質(zhì)概況

金湖凹陷西部斜坡帶，簡(jiǎn)稱(chēng)西斜坡是金湖凹陷的一個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元(圖1)，為石港斷裂帶以西的斜坡帶，北西被建湖隆起所環(huán)繞，西南鄰張八嶺隆起，東接三河次凹，斜坡整體呈西抬東降、北東走向延伸，地理上跨越江蘇、安徽兩省，面積約1500km2，自北東向南西依次發(fā)育劉莊高集構(gòu)造帶、崔莊程莊構(gòu)造帶、南湖范莊安樂(lè)構(gòu)造帶、興旺莊泥沛構(gòu)造帶［1，2］。西斜坡石油聚集量占整個(gè)凹陷的70%以上，但是該區(qū)受多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，導(dǎo)致斷裂構(gòu)造發(fā)育，斷層活動(dòng)及沉積演化控制了油氣的生成、運(yùn)移與聚集，因此明確西斜坡的構(gòu)造-沉積演化與油氣成藏的關(guān)系，對(duì)西斜坡的油氣勘探與開(kāi)發(fā)具有重要意義。

金湖凹陷作為蘇北盆地東臺(tái)坳陷的一個(gè)組成部分，其發(fā)育與演化與全盆地相一致，強(qiáng)烈的燕山運(yùn)動(dòng)，使蘇北盆地下降而接受了白堊系至新近系地層沉積，開(kāi)始了斷陷盆地的發(fā)育與演化［2］。西斜坡古近系和新近系地層沉積過(guò)程中，受到吳堡運(yùn)動(dòng)、三垛運(yùn)動(dòng)和鹽城運(yùn)動(dòng)3次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的改造和控制，導(dǎo)致斜坡上斷層十分發(fā)育。斷層平面展布主要以北東、北北東向展布斷裂為主，近東西向展布斷裂為輔。南部范莊地區(qū)主要發(fā)育近北東走向斷層，中部崔莊及以西地區(qū)發(fā)育北北東走向和近東西走向斷層，北部劉莊、高集地區(qū)發(fā)育北東東走向斷層。對(duì)于北東、北北東向斷裂，主要以東抬西掉反向正斷層為主，對(duì)于近東西走向斷層主要以南掉北抬正斷層為主。斷層組合樣式在平面上以雁列式、平行式和分叉式等為主，在剖面上主要有階梯狀、地壘和地塹式、“Y”字形等類(lèi)型。

圖1 金湖凹陷西斜坡地理位置圖Fig.1 Location of the western slope of the Jinhu depression

2 阜寧期構(gòu)造-沉積演化

平衡剖面法可以對(duì)斷裂構(gòu)造進(jìn)行定量化研究，對(duì)認(rèn)識(shí)構(gòu)造演化史有重要意義［3，4］。筆者采用平衡剖面法在西斜坡地區(qū)選取了可反映主要構(gòu)造特征的地震剖面，編制了構(gòu)造演化剖面;應(yīng)用厚度分析法［5］，計(jì)算了研究區(qū)阜寧期活動(dòng)斷層的斷層落差及斷層活動(dòng)的平均速率分析阜寧期的斷層活動(dòng)強(qiáng)弱;通過(guò)對(duì)研究區(qū)取心井的巖心觀察、描述，結(jié)合錄井、測(cè)井及地震資料，采用單因素分析多因素綜合法［6］分析了阜寧組的沉積相類(lèi)型、特征及分布范圍。在分析了西斜坡阜寧期構(gòu)造演化與沉積特征的基礎(chǔ)上，明確了西斜坡阜寧期構(gòu)造-沉積演化格局。

2.1 阜一期斜坡初始沉降-三角洲廣泛發(fā)育階段

根據(jù)構(gòu)造演化剖面分析，阜一期構(gòu)造作用較弱，地層產(chǎn)狀近乎水平，沒(méi)有明顯變化，僅在剖面的南東端發(fā)育兩條階梯狀組合的斷層(圖2)。根據(jù)斷層活動(dòng)速率分析，南部斷層平均活動(dòng)速率最大，為8m/Ma，中部次之，為5m/Ma，北部斷層平均活動(dòng)速率最小，為4m/Ma(圖3)。從落差值平面分布來(lái)看，斷層落差最大值出現(xiàn)在研究區(qū)南部的斷層，達(dá)87m，落差大于50m的主要分布在研究區(qū)南部，介于20-50m的主要分布于研究區(qū)的南部和中部，北部斷層發(fā)育數(shù)目少，落差值最小(圖4a)。由此可見(jiàn)，阜一期斷層活動(dòng)性弱，西斜坡處于受拉張下沉初始階段，屬于湖盆發(fā)育的早期階段，地形起伏大。沉積物粒度粗，砂巖相對(duì)含量高，水體渾濁，主要為三角洲沉積，具有三角洲平原亞相和前緣亞相(圖4a)。經(jīng)過(guò)重礦物分析以及砂巖百分含量分析，認(rèn)為研究區(qū)沉積物來(lái)源于西部的建湖隆起和西南部的張八嶺隆起兩個(gè)物源區(qū)［7］。在崔莊北部，安樂(lè)地區(qū)西南部距物源相對(duì)較近，為三角洲平原亞相，發(fā)育分流河道砂體;程莊以及安樂(lè)地區(qū)的大部分為三角洲前緣亞相，發(fā)育水下分流河道以及遠(yuǎn)砂壩砂體;湖泊相主要發(fā)育濱-淺湖亞相(圖4a)。來(lái)自西部的建湖隆起的三角洲朵體沿湖盆短軸方向沿斜坡走向向北東和南西方向伸展入湖，主要分布于南湖、范莊地區(qū)北部和崔莊、程莊、高集地區(qū)。在陸2井、崔2井、崔15井、程1井都沉積了含礫不等粒砂巖、粗砂巖等粒度較粗的沉積物。砂巖厚度最大可達(dá)90m，砂巖由西北向東南整體呈現(xiàn)為扇形散開(kāi)，向四周厚度變薄。砂巖百分含量較大，最大超過(guò)80%，沉積范圍大。來(lái)自西南部張八嶺隆起的三角洲朵體沿湖盆長(zhǎng)軸方向由西南方向向北東方向伸展入湖，主要分布于南湖范莊地區(qū)的南部和安樂(lè)地區(qū)，與來(lái)自建湖隆起的三角洲朵體相比距物源較遠(yuǎn)，沉積物粒度較細(xì)，沉積范圍較小。

圖2 金湖凹陷西斜坡阜寧期構(gòu)造演化剖面Fig.2 Tectonic evolution of the western slope of the Jinhu depression during the Funingian

圖3 阜寧期斷層活動(dòng)速率柱狀圖Fig.3 Bar chatrs showing the velocity of the faulting during the Funingian

圖4 阜寧期活動(dòng)斷層與沉積相時(shí)空關(guān)系圖Fig.4 Spatio-temporal correlation of the active faults and sedimentary facies during the Funingian

2.2 阜二期至阜三期斜坡穩(wěn)定沉降-灘壩發(fā)育階段

阜二期，構(gòu)造演化剖面東南先存的斷層繼續(xù)活動(dòng)，又新產(chǎn)生兩條活動(dòng)斷層，在剖面上與先存斷層呈“Y”型組合(圖2);斷層活動(dòng)速率值增大，北部最大，達(dá)到19m/Ma，中部次之為18m/Ma，南部最小為17m/Ma(圖3);由斷層落差值平面分布顯示(圖4b、圖4c、圖4d)，研究區(qū)內(nèi)活動(dòng)性斷層數(shù)目明顯增多，斷層落差最大值超過(guò)90m，出現(xiàn)在研究區(qū)北部和中部近東西走向的斷層，分別達(dá)93m和91m，總體上落差大于50m的主要分布在研究區(qū)南部，介于30-50m的主要分布于研究區(qū)的南部和中部，北部斷層發(fā)育數(shù)目少，落差值較小。由此可見(jiàn)，阜二期較阜一期斷層活動(dòng)性增強(qiáng)，北部斷層活動(dòng)性最強(qiáng)，中部次之，南部最弱。阜二期早期，與阜一期相比斷層活動(dòng)增強(qiáng)，西斜坡繼承性拉張下陷，湖盆范圍擴(kuò)大，水體加深，阜二段底部繼承性的發(fā)育了兩個(gè)三角洲朵體，但與阜一段相比，三角洲范圍明顯縮小，且沿湖岸延伸，受湖水改造明顯，研究區(qū)東部地區(qū)沉積了較厚的泥巖，為濱淺湖泥質(zhì)沉積(圖4b)。在阜二期的中晚期，斷層活動(dòng)保持穩(wěn)定，屬于湖盆發(fā)育的中期，氣候溫暖濕潤(rùn)，湖水開(kāi)闊清澈，生物繁殖［8］，沉積了范圍較廣的生物灰?guī)r、泥灰?guī)r以及灰質(zhì)泥巖，為碳酸鹽巖灘壩沉積［9］(圖4c、圖4d)。

阜三期，構(gòu)造演化剖面中部新增一條活動(dòng)斷裂，先存斷裂繼續(xù)活動(dòng)(圖2);南部斷層活動(dòng)速率最大，達(dá)25m/Ma，中部和北部為19m/Ma(圖3);從落差值平面分布可以看出(圖4e)，斷層落差最大值出現(xiàn)在研究區(qū)南部的斷層，達(dá)203m，落差大于50m的斷層主要分布在西斜坡的南部，落差介于30～50m的斷層主要分布于西斜坡中部，北部斷層發(fā)育數(shù)目明顯增多，但落差值相對(duì)較小。阜三期與阜二期相比，南部斷層活動(dòng)速率增強(qiáng)，為來(lái)自張八嶺的沉積物向前推進(jìn)提供能量，沉積物可以沿?cái)鄬幼呦蛳蚝柰七M(jìn)較遠(yuǎn)(圖5)，在南湖范莊地區(qū)的南部和安樂(lè)地區(qū)，三角洲由西南方向入湖向前伸展，安樂(lè)的西南地區(qū)沉積了較厚的粉、細(xì)砂巖，最大厚度達(dá)到80余米，砂巖百分含量為40%以上，為三角洲前緣沉積，與阜一期和阜二期早期相比三角洲范圍明顯縮小;中部和北部斷層活動(dòng)速率基本保持不變，水體持續(xù)加深，短軸物源供應(yīng)能力減弱，湖浪對(duì)三角洲進(jìn)行改造，在高集、崔莊地區(qū)，沉積了厚度較薄，不連續(xù)的粉砂巖，為濱-淺湖砂質(zhì)灘壩沉積。

2.3 阜四期斜坡西抬東降定型-半深湖泥巖發(fā)育階段

由構(gòu)造演化剖面分析，阜四期活動(dòng)性斷層數(shù)目又進(jìn)一步增多，地層明顯發(fā)生掀斜旋轉(zhuǎn)，西抬東降構(gòu)造格局最終定型(圖2);斷層活動(dòng)速率明顯增大，北部斷層平均活動(dòng)速率最大，為51m/Ma，中部次之，為40m/Ma，南部最小，為37m/Ma(圖3);斷層落差值平面分布顯示(圖4f)，最大值出現(xiàn)在研究區(qū)北部的斷層，達(dá)149m，落差大于50m的斷層主要分布在西斜坡北部，落差介于30～50m的斷層主要分布于西斜坡南部，中部斷層落差值相對(duì)較小。阜四期，斷層活動(dòng)速率達(dá)到最大，其中西斜坡南部斷層活動(dòng)速率增大較小，造成南部來(lái)自張八嶺隆起的三角洲范圍縮小;中部和北部斷層活動(dòng)速率急劇增大，水體加深，沉積了大套半深湖-深湖的暗色泥巖，厚度最大超過(guò)250m。

3 油氣聚集規(guī)律

3.1 構(gòu)造沉積對(duì)烴源巖的影響

構(gòu)造作用通過(guò)主要斷裂的活動(dòng)控制著凹陷的沉降作用，沉降作用又制約著沉積作用的發(fā)生和演化［10，11］，因此構(gòu)造作用和沉積作用共同控制著烴源巖的演化與生烴洼陷的分布。阜寧期，由于斷層強(qiáng)烈活動(dòng)，沉降沉積中心均位于斷層的下降盤(pán)，斷層的展布和活動(dòng)強(qiáng)烈程度控制了凹陷的展布和發(fā)育程度。阜二段的生物灰?guī)r、阜四段的暗色泥巖是金湖凹陷主要的烴源巖，這些烴源巖主要分布于靠近大斷裂的深凹帶，在沉積時(shí)期水體深，沉積物以細(xì)組分為主，厚度大，烴源巖演化程度高，是凹陷中主要油源區(qū)。烴源巖的熱演化除受構(gòu)造熱作用以外，沉積作用也起著非常重要的作用，在同樣的熱力作用下，沉積厚度越大，烴源巖埋深越深，熱演化程度越高，有利于油氣的生成。

3.2 斷層組合樣式對(duì)儲(chǔ)集體分布的控制

不同的斷層組合樣式對(duì)盆地的充填樣式和儲(chǔ)集體分布具有不同的控制作用，反映了斷層組合樣式對(duì)水系和沉積物堆積過(guò)程的控制［12，13］。對(duì)于砂巖儲(chǔ)集體的控制按照水系伸展方向與斷層走向的關(guān)系，可分為兩類(lèi):一類(lèi)是物源水系伸展近平行于斷層走向，西斜坡主要體現(xiàn)為雁列式(或平行式)斷層組合控砂;另一類(lèi)是物源水系伸展方向近垂直于斷層走向，西斜坡主要有順向斷層斷階控砂和反向斷層斷階控砂。

圖5 金湖凹陷西斜坡阜寧期構(gòu)造-沉積模式Fig.5 Tectonic-sedimentary model for the western slope of the Jinhu depression during the Funingian

圖6 斷層組合樣式控砂示意圖Fig.6 Sketch to show the controls of fault patterns on the sandstone reservoirs

西斜坡南部發(fā)育若干條雁列式排列的生長(zhǎng)斷層，斷層走向控制著水道的發(fā)育，碎屑體系沿著這些生長(zhǎng)斷層的下降盤(pán)一側(cè)向前推進(jìn)(圖5)，優(yōu)先在鄰近下降盤(pán)的坡腳處沉積較厚的砂體，尤其在斷層落差較大的部位，其下降盤(pán)發(fā)育的砂體更厚，如位于南湖范莊安樂(lè)地區(qū)幾條走向北北東的斷層控制著三角洲主體的水下分流河道砂體發(fā)育，砂體厚度大，孔滲性較好，可以成為良好的儲(chǔ)層。

崔莊地區(qū)發(fā)育一系列與短軸物源水系近于垂直同斜坡傾向相同的順向斷層，在剖面上呈階梯狀組合樣式或者單一的順向生長(zhǎng)斷層與古地貌一起控制著沉積砂體的展布，階梯狀順向斷層下降盤(pán)地層節(jié)節(jié)下掉，加大了斜坡區(qū)古地貌的重力勢(shì)能，整個(gè)斷層的下降盤(pán)位置地勢(shì)逐漸較低，普遍易于發(fā)育較厚砂體，鄰近斷層下降盤(pán)一側(cè)坡腳處砂體相對(duì)較厚(圖6a)。

范莊、高集地區(qū)發(fā)育一系列與短軸物源水系近于垂直同斜坡傾向相反的反向斷層，在剖面上呈階梯狀組合樣式或者單一的反向生長(zhǎng)斷層與古地貌一起控制著沉積砂體的展布，斷層控制地層發(fā)生掀斜旋轉(zhuǎn)，降低了斜坡區(qū)古地貌的重力勢(shì)能，來(lái)自下降盤(pán)方向的物源水系的碎屑物質(zhì)優(yōu)先充填整個(gè)下降盤(pán)斷塊，尤其是鄰近斷層的下降盤(pán)一側(cè)坡腳處地勢(shì)較低，優(yōu)先發(fā)育較厚的砂體，然后再向斜坡方向推進(jìn)，因此在整個(gè)下降盤(pán)斷塊易于發(fā)育楔狀形態(tài)的砂體(圖6b)。

圖7 金湖凹陷西斜坡油氣運(yùn)移及成藏示意圖Fig.7 Sketch to show the hydrocarbon migration and accumulation on the western slope of the Jinhu depression

3.3 構(gòu)造沉積控制油氣運(yùn)移指向及分布

西斜坡緊鄰三河次凹和東陽(yáng)深凹的阜二段烴源巖，阜寧期繼承性活動(dòng)斷層以及新生斷層，為油氣在垂向上運(yùn)移提供了通道，同時(shí)在橫向上，由于緊貼阜二段烴源巖的下部發(fā)育了一套濱淺湖亞相碳酸鹽巖灘壩、砂質(zhì)灘壩沉積，其上發(fā)育了一套阜三段的三角洲砂體沉積，為油氣在橫向上的運(yùn)移也提供了滲透性輸導(dǎo)層，同時(shí)阜二段沉積晚期和阜四段沉積期為一套半深湖-深湖厚層泥巖沉積可以作為良好的區(qū)域性蓋層(圖7)。西斜坡已發(fā)現(xiàn)的油氣藏主要圍繞深凹或次凹呈半環(huán)帶狀分布，從沉積特征來(lái)看，這些環(huán)繞次凹分布的油氣田中，分別是與三角洲前緣分流河道、遠(yuǎn)砂壩砂體以及濱淺湖灘壩對(duì)應(yīng)的;構(gòu)造形態(tài)上為緊鄰大斷層分布的斷鼻或復(fù)雜斷塊構(gòu)造。因此具有良好的構(gòu)造、沉積背景的西斜坡成為油氣運(yùn)移的有利指向區(qū)，尤其是斜坡上發(fā)育的一系列北北西向構(gòu)造高帶包括劉莊高集構(gòu)造、崔莊程莊構(gòu)造、范莊南湖安樂(lè)構(gòu)造和興旺莊泥沛構(gòu)造更是斜坡帶上油氣運(yùn)移有利指向區(qū)中的優(yōu)選區(qū)。

4 結(jié)論

(1)金湖凹陷西斜坡在阜寧期開(kāi)始形成并最終定型，構(gòu)造-沉積演化主要經(jīng)歷了阜一期斜坡初始沉降-三角洲廣泛發(fā)育階段、阜二期至阜三期斜坡穩(wěn)定沉降-灘壩發(fā)育階段以及阜四期斜坡西抬東降定型-半深湖泥巖發(fā)育階段。

(2)阜二段烴源巖分布范圍較廣，為西斜坡提供了充足的油源，油氣運(yùn)移的主要通道由滲透性儲(chǔ)集層和斷層縱橫交錯(cuò)組合而成，其中儲(chǔ)集層為橫向運(yùn)移通道，活動(dòng)性斷層為油氣的垂向運(yùn)移的主要通道，阜二段上段和阜四段厚層泥巖沉積可以作為良好的區(qū)域性蓋層，綜合以上條件形成西斜坡的油氣聚集規(guī)律，即油氣主要圍繞深凹或次凹呈半環(huán)帶狀分布。

(3)金湖凹陷西斜坡上發(fā)育的一系列北北西向構(gòu)造高帶包括劉莊高集構(gòu)造、崔莊程莊構(gòu)造、范莊南湖安樂(lè)構(gòu)造和興旺莊泥沛構(gòu)造具有良好的構(gòu)造、沉積背景，是西斜坡油氣成藏的優(yōu)選區(qū)。

［1］王霞田.金湖凹陷西斜坡阜寧組構(gòu)造沉積演化研究［D］.青島:中國(guó)石油大學(xué)，2011.

［2］張宏國(guó)，戴俊生，王霞田等.蘇北盆地金湖凹陷西斜坡構(gòu)造特征及構(gòu)造演化［J］.地球科學(xué)與環(huán)境學(xué)報(bào)，2011，33(4):349－353.

［3］DAHLSTROM C D A.Balanced cross section［J］.Canadian Journal of Earth Sciences，1969，6:743 －757.

［4］MOUNT V.A forward modeling strategy for balancing cross section［J］.AAPG.Bull.1990，74(5):521 －531.

［5］戴俊生，李理.油區(qū)構(gòu)造分析［M］.東營(yíng):石油大學(xué)出版社，2002:86 －89，92 －95.

［6］馮增昭.單因素分析多因素綜合作圖法-定量巖相古地理重建［J］.古地理學(xué)報(bào)，2004，6(1):3 －19.

［7］張立強(qiáng).饒陽(yáng)凹陷新近系館陶組物源方向分析［J］.吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(地球科學(xué)版)，2012，42(2):321 －326.

［8］趙澄林.油區(qū)巖相古地理［M］.東營(yíng):石油大學(xué)出版社，2001:17－ 45.

［9］姜在興.沉積學(xué)［M］.北京:石油工業(yè)出版社，2003:375－392.

［10］單敬福，王峰，孫海雷，等.蒙古國(guó)境內(nèi)貝爾湖凹陷早白堊世沉積充填演化與同沉積斷裂的響應(yīng)［J］.吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(地球科學(xué)版)，2010，40(3):509 －518.

［11］馮建偉，戴俊生，鄢繼華，等.準(zhǔn)噶爾盆地烏夏前陸沖斷帶構(gòu)造活動(dòng)-沉積響應(yīng)［J］.沉積學(xué)報(bào)，2009，27(3):494 －501.

［12］張凡芹，王偉鋒，張晶，等.沾化凹陷斷層對(duì)沉積的控制作用［J］.石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2005，29(5):1 －6.

［13］張建林，林暢松，鄭和榮.斷陷湖盆斷裂、古地貌及物源對(duì)沉積體系的控制作用［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2002，9(4):24－27.