青東凹陷古近系斷層特征及其對油氣成藏的控制作用

鄭東孫，劉豪 （中國地質(zhì)大學(xué) （北京）海洋學(xué)院，北京100083）

黃忠明 （中海石油 （中國）有限公司湛江分公司，廣東 湛江524057）

李瑾，徐昊銘，趙春晨 （中國地質(zhì)大學(xué) （北京）海洋學(xué)院，北京100083）

斷層的作用貫穿于油氣的生、排、運(yùn)、聚以及調(diào)整與破壞的整個過程，斷層與油氣藏的關(guān)系一直是石油地質(zhì)學(xué)研究的熱點(diǎn)[1～5]。斷層既可以作為油氣運(yùn)移的通道，溝通烴源巖與儲集層，又可以作為遮擋板，阻止油氣運(yùn)移，使之聚集成藏。在陸相含油氣盆地，尤其是陸相斷陷含油氣盆地中，受斷層控制或與斷層有關(guān)的圈閉捕獲油氣成藏的比率很大，可以形成多種類型的斷層油氣藏[6～9]。目前，國內(nèi)學(xué)者對斷層在控制油氣成藏方面進(jìn)行了大量研究，并取得了豐碩的成果[6～12]。

青東凹陷是新生代伴隨郯廬斷裂活動而形成的凹陷，勘探程度不高[13，14]。凹陷邊緣和內(nèi)部都發(fā)育大量斷層，構(gòu)造破碎，目前在凹陷內(nèi)部發(fā)現(xiàn)的 “兩凸三洼”構(gòu)造均受斷層所控制[15]。為揭示青東凹陷內(nèi)部的含油氣情況，中海油在2003～2007年間先后在北部次凸和南部次凸構(gòu)造鉆探4口探井，其中在北部次凸構(gòu)造發(fā)現(xiàn)沙河街組三段、四段 （Es3、Es4）“自生自儲”型油氣藏。經(jīng)測試，在沙河街組三段下亞段獲得189m3/d的高產(chǎn)油氣流，從而證實(shí)了該凹陷具有良好的勘探前景。同時在該凹陷中，斷層在油氣儲集與運(yùn)聚成藏中的作用開始受到重視[16，17]。

因此，進(jìn)行深入研究凹陷內(nèi)部斷層系統(tǒng)構(gòu)造特征及其對油氣成藏的控制作用，對研究受斷層控制的復(fù)雜構(gòu)造及油氣勘探都具有重要意義。筆者在綜合三維地震資料與區(qū)域成藏條件的基礎(chǔ)上，通過對青東凹陷古近系具有代表性斷層的構(gòu)造樣式特征進(jìn)行系統(tǒng)分析，并對斷層與油氣生成、運(yùn)聚成藏之間的關(guān)系進(jìn)行了探討。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

青東凹陷位于濟(jì)陽坳陷東部，其西北以墾東－青坨子凸起為界，東南為濰北凸起，西部的北段向青坨子凸起上超覆 （頂部剝蝕），西南部通過廣利南洼陷與東營凹陷相連，面積約1100km2（圖1）。該凹陷北東走向，屬典型的 “東斷西超”型箕狀凹陷。青東凹陷內(nèi)部受主干斷裂的影響，發(fā)育2個凹中隆，總體上呈 “兩凸三洼”的構(gòu)造格局，加上東部陡坡帶，西南部緩坡帶總共可以劃分為7個次級構(gòu)造單元[18]。

根據(jù)鉆井及地震資料揭示，青東凹陷是發(fā)育在元古界基底之上的凹陷，新生界自下而上發(fā)育有孔店組 （Ek）、沙河街組 （Es）、東營組 （Ed）、館陶組（Eg）、明 化 鎮(zhèn) 組 （Em）和 平 原 組（Ep），Ed上部地層廣泛缺失 （圖2）。其中Es3、Es4為主要生油層段，母質(zhì)類型為Ⅱ2－Ⅱ1型干酪根，且處于低成熟－成熟階段，主要儲層為和沙河街組四段上亞段

圖1 青東凹陷古近系主要斷裂分布圖

圖2 青東凹陷南北向構(gòu)造剖面圖

2 斷層構(gòu)造特征

青東凹陷是緊鄰郯廬斷裂帶發(fā)育的5個凹陷之一，位于郯廬斷裂帶西盤，在形成過程中經(jīng)歷了多期的構(gòu)造活動。由于受郯廬斷裂帶活動的影響，發(fā)育過程中存在著拉張和走滑并存的應(yīng)力場，主要發(fā)育伸展斷層和走滑斷層，這些斷層縱橫交錯，在平面和剖面上均表現(xiàn)出復(fù)雜多樣的變形特征，構(gòu)成了該區(qū)復(fù)雜的斷層系統(tǒng)。

2.1 斷層類別劃分

通過對斷層的解釋，并根據(jù)斷層的性質(zhì)，可將區(qū)內(nèi)斷層劃分為同沉積斷層、后期正斷層和基底走滑斷層3類。

同沉積斷層和基底走滑斷層，其共同點(diǎn)是發(fā)育時間早、斷距較大、規(guī)模大、延伸長、長期活動、切穿的層位多、數(shù)量相對較少。在區(qū)內(nèi)基本都貫穿了整個古近系，并以近EW向展布為主，是斷陷期長期繼承發(fā)育的，控制凹陷邊界及凹陷內(nèi)部次一級構(gòu)造分布的斷層，制約著整個青東凹陷的沉積發(fā)育和構(gòu)造演化，為凹陷內(nèi)的主干斷層。

后期正斷層，延伸短規(guī)模小，數(shù)量眾多，近EW向、近NW向和近NE向均有分布，同向和反向斷裂并存，大部分?jǐn)嗔严г贓g底部。該類斷層大部分為區(qū)內(nèi)主干斷層的伴生斷層，并與主干斷層形成多種空間組合樣式，主要集中于區(qū)內(nèi)2個凸起構(gòu)造中，對古近系沉積和構(gòu)造的形成沒有控制作用，僅使局部構(gòu)造復(fù)雜化，為凹陷內(nèi)的次級斷層。

2.2 斷層剖面特征

青東凹陷經(jīng)歷多期構(gòu)造運(yùn)動，早期和晚期斷層的剖面形態(tài)，組合特征都不一樣。東營運(yùn)動后期，邊界斷層持續(xù)活動，產(chǎn)生大量次級斷層，使青東凹陷的斷層系統(tǒng)更加復(fù)雜化。區(qū)內(nèi)主要發(fā)育有鏟式同沉積斷層、板狀正斷層、坡坪式正斷層等3種形態(tài) （圖2）。數(shù)量上以板狀正斷層居多，主要是一些次級斷層，包括蓋層小斷層和次級基底小斷層；鏟式同沉積斷層次之，斷層剖面主要表現(xiàn)為連續(xù)變化舒緩彎曲的形態(tài)，斷面傾角隨深度增大而減??；坡坪式正斷層最少，其中部分為走滑斷層，該類斷層剖面形態(tài)特征為上陡、中緩、向下又變陡，區(qū)內(nèi)多發(fā)育在潛山上部。部分主要斷層性質(zhì)、發(fā)育時代及活動強(qiáng)度見表1。

區(qū)內(nèi)斷層剖面組合較多，多見于主干斷層伴生的反向或同向調(diào)節(jié)斷層。主要有Y型、復(fù)合Y型、多米諾骨牌式、馬尾狀、梳狀、卷心菜型組合等 （圖3）。

1）Y型：傾向和主斷層相反的次級斷層搭在主干斷層上，且剖面上形態(tài)與字母 “Y”相似。研究區(qū)多發(fā)育Y型斷層，位于斷層上部，且集中在Es3－Es2沉積時期。

2）復(fù)合Y型：復(fù)雜型傾向相反的各次級斷層相互搭接，最后搭接在主斷層上。這種組合關(guān)系易形成背斜、斷鼻構(gòu)造，其平面組合為羽狀，剖面上斷層級次順序分明。

3）多米諾骨牌式：由一系列板狀斷層構(gòu)成的斷階帶，地層節(jié)節(jié)下掉，成階梯狀，主要形成于洼陷與斜坡的過渡帶。地層與斷層具有相反的傾向，是由于拉伸作用，斷塊發(fā)生旋轉(zhuǎn)而形成。林暢松等[22]認(rèn)為該種斷裂坡折帶是油氣成藏的極有利地帶。構(gòu)成這種樣式的斷層多以直線型為主，向深部消失，斷層之間大致平行。

4）馬尾狀：次級斷層搭接并收斂于主斷層上，且次級斷層與主斷層傾向一致。由于受到主斷層的拆離滑脫作用，位于上盤的分支斷層傾向和主斷層傾向基本一致。

5）梳狀：在強(qiáng)拉張作用下形成一系列與主斷層呈銳角相交的次級斷層，次級斷層位于下降盤且傾向與主斷層相反，與Y型斷層相比，梳狀組合次級斷層數(shù)量較多，形態(tài)上成梳子狀，主斷層基本為鏟式斷層。

表1 青東凹陷古近系主要斷層性質(zhì)及活動強(qiáng)度

6）卷心菜型：多條斷層組成的復(fù)雜斷裂系，外部為傾向相反的平滑的鏟式斷層包圍，內(nèi)部由傾向相反的斷層相互搭接，左右兩邊斷層數(shù)目大致相同。該類斷層組合一般是由于塑性張拱作用，導(dǎo)致上覆地層減薄和斷裂。中央隆起區(qū)斷層時代較新，在核心處對滑式斷裂分布較為密集。

圖3 青東凹陷古近系斷層剖面組合樣式

2.3 斷層平面展布特征

根據(jù)斷層平面組合資料顯示，青東凹陷古近紀(jì)期間主要發(fā)育了3組平面方向斷層，分別為近EW向、近NW向和近NE向。在數(shù)量上以近EW向最多，其次為近NW向，近NE向最少。近NW向斷層主要分布在凹陷的西部，向東斷層數(shù)量減少，規(guī)模也變小。近NE向斷層主要分布在凹陷東部，自東向西斷層數(shù)量減少，規(guī)模變小。遠(yuǎn)離盆地東部和西部邊界的中部洼陷帶及凸起構(gòu)造帶地區(qū)，以發(fā)育大量近EW向斷層為特征。通過對大量地震剖面的觀察可以看出，大型近NW向斷層多進(jìn)入凹陷基底，而大型近EW向斷層多為古近紀(jì)新生斷層，控制區(qū)內(nèi)洼陷分布。單條斷層平面形態(tài)以弧形、S型為主，而根據(jù)斷層不同等級、平面展布及組合形態(tài)，可以將其劃分為平行斷層系、斜交斷層系和雁列斷層系（圖4）。東部斷層分布比較集中，受郯廬斷裂走滑作用影響，呈雁列排列，北部和南部斷層呈平行系，部分斜交排列。

圖4 青東凹陷古近系斷層平面組合形式

3 斷層的形成發(fā)育

青東地區(qū)復(fù)雜多樣的斷裂系統(tǒng)與之伴生的構(gòu)造組合都與郯廬斷裂帶所經(jīng)歷的構(gòu)造運(yùn)動有關(guān)，郯廬斷裂帶多期次的運(yùn)動與區(qū)內(nèi)古近系斷層的形成及發(fā)育在時間上有著較好的一致性[14，23]。

Es3沉積末期至古近紀(jì)晚期 （喜馬拉雅運(yùn)動中期），郯廬斷裂帶持續(xù)右旋走滑運(yùn)動，區(qū)內(nèi)發(fā)育了大量走滑伴生斷層，同時一些大型基底同沉積斷層的再次活動也派生了大的量新生斷層，這些斷層主要屬于后期活動的次級斷層，使凹陷內(nèi)局部構(gòu)造進(jìn)一步復(fù)雜化。

4 斷層與油氣成藏

青東凹陷古近系斷層極為發(fā)育，分布廣泛，是控制地層展布、構(gòu)造發(fā)育、沉積演化和圈閉的形成的重要因素，對油氣的生成、運(yùn)移、聚集和保存的控制作用也十分明顯。

4.1 斷層控制烴源巖分布

在斷陷盆地中，主干斷層的活動情況影響著地層的發(fā)育[24]。Es4－Es3沉積時期，受郯廬斷裂帶活動的控制影響，凹陷內(nèi)部大型的近NW向和近EW向南傾基底正斷層持續(xù)活動，由南向北各斷層活動性逐漸增強(qiáng)，其中北部邊界斷層活動最為強(qiáng)裂，導(dǎo)致3個洼陷均呈北厚南薄的地層分布模式。由于北部主干斷層活動最為強(qiáng)烈，從而形成了以北部洼陷為主的沉積中心 （圖2），有利于烴源巖的發(fā)育，且發(fā)育的厚度最大，比中部洼陷和南部洼陷要大得多，良好的生油條件使其成為青東凹陷生油潛力最大的地區(qū)。該時期水體較深且穩(wěn)定安靜，為深湖、半深湖相，暗色泥巖廣泛發(fā)育，富含介形蟲、藻類等化石，生油母質(zhì)為Ⅱ2－Ⅱ1型干酪根[20]。

4.2 斷層控制沉積體系

斷層的平面和剖面組合對沉積體系的展布具有重要控制作用，斷層活動強(qiáng)度控制古地貌形態(tài)，不同古地貌具有不同的沉積響應(yīng)[18]。林暢松等[22]提出的 “構(gòu)造坡折帶”對盆地充填的可容納空間和沉積作用可產(chǎn)生重要影響，制約著盆地沉積相域的空間分布。在凹陷東部，發(fā)育有梳狀斷裂系，次級斷層與主干斷層在平面上成垂直關(guān)系。次級斷層控制著水道的主要發(fā)育部位以及碎屑體系的推進(jìn)方向。在沙河街組三段中亞段沉積時期，沿著梳狀斷裂系發(fā)育有大量的扇三角沉積[18]。在凹陷北、南部邊緣形成了多個斷階帶，如多米諾骨牌式的斷裂系。由于斷層持續(xù)活動，地層因拉伸作用發(fā)生旋轉(zhuǎn)，砂巖首先在斷層下降盤附近沉積。隨著上覆地層不斷增厚，旋轉(zhuǎn)幅度逐漸加大。在低水位時期，斷裂坡折帶控制著低水位沉積體系。當(dāng)水深越過坡折帶后，上覆海進(jìn)時期的泥巖，形成蓋層。因此，該種坡折帶是非常適合成藏的。此外，次級凸起同沉積斷層的活動也對沉積體系的發(fā)育存在一定影響。在凹陷內(nèi)部，同沉積斷層下降盤發(fā)育深湖、半深湖相，斷層上升盤則多發(fā)育有鈣質(zhì)淺灘。

4.3 斷層為有效的油氣運(yùn)移通道

從已發(fā)現(xiàn)的油氣藏來看，區(qū)內(nèi)油氣多集中在斷裂構(gòu)造帶內(nèi)，說明了斷層對該區(qū)的油氣富集起到明顯的控制作用。輸導(dǎo)層、不整合面和斷層 （裂縫）是油氣運(yùn)移的3個主要途徑[25]。由于青東凹陷斷層系統(tǒng)非常發(fā)育，斷層就成了重要的運(yùn)移通道，油氣通過斷層多以垂向運(yùn)移為主。區(qū)內(nèi)各種斷層組合在空間上形成了復(fù)雜的三維輸導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)，深層基底同沉積斷層和基底走滑斷層以及插入基底的一些正斷層有溝通油源與儲層的作用，中淺層正斷層可連接深層基底斷層和破壞深層油藏使油氣繼續(xù)運(yùn)移或二次運(yùn)移至更淺的圈閉中成藏。同時斷層控制形成局部構(gòu)造高區(qū)域，是油氣垂向運(yùn)移的有利指向區(qū) （圖2）。

青東凹陷為早斷陷晚拗陷盆地，晚期構(gòu)造較穩(wěn)定，沒有發(fā)育大規(guī)模淺層斷層和有效圈閉，而Es儲層孔滲性保存較好，并在持續(xù)活動的深層基底斷層溝通之下，成為油氣運(yùn)移的有利指向，KL20－1－2井鉆遇的砂體中高油氣充滿度 （砂體近200m油柱高度）可充分證明該點(diǎn)。通過油源對比結(jié)果表明，該構(gòu)造油氣主要來源于北部洼陷Es3、Es4烴源巖，油氣主要通過側(cè)向、垂直運(yùn)移至斷層兩側(cè)砂體，形成巖性－斷塊及斷背斜油氣藏。

4.4 斷層控制構(gòu)造圈閉的發(fā)育

斷裂帶是青東凹陷古近系構(gòu)造圈閉發(fā)育的主要部位。從斷層平面和剖面組合樣式看，凹陷在發(fā)育演化過程中，在斷層的控制下形成了多種類型圈閉，以斷背斜、單一斷層控制的斷鼻圈閉、2條或多條斷層控制的斷塊或斷鼻圈閉等為主要類型 （圖5）。

圖5 青東凹陷古近系構(gòu)造圈閉發(fā)育模式剖面示意圖

斷陷早期，由于古凸起的抬升作用，使其本身形成了潛山塊狀圈閉，而隨后沉積的Es，在古凸起上形成了地層超覆、披覆背斜圈閉，同時期凹陷內(nèi)一系列控洼的近NW向和近NE向張性正基底斷層持續(xù)活動也形成了一系列以單條斷層控制的斷塊－巖性圈閉。至Es3沉積時期，南傾正斷層活動相對減弱，隨之發(fā)育了一系列近EW向的北傾正斷層，形成了正、反向斷層成對出現(xiàn)的構(gòu)造面貌，在剖面上往往與南傾斷層組合成Y型和梳狀等構(gòu)造，形成2條或多條斷層控制的斷塊或斷鼻圈閉。在Ed沉積時期，由于郯廬斷裂右旋持續(xù)走滑活動的影響，使得凹陷內(nèi)派生出許多新生斷層，形成了一系列復(fù)雜的斷層系統(tǒng)，導(dǎo)致許多披覆背斜圈閉轉(zhuǎn)變?yōu)閿鄩K、斷背斜圈閉等。

5 典型油氣藏實(shí)例

青東凹陷KL20－1構(gòu)造位于凹陷北部凸起，北部斷層的持續(xù)強(qiáng)烈活動使得北部洼陷可容納空間快速增大，在Es3、Es4沉積時期暗色泥巖發(fā)育，形成大量有效烴源巖。F51斷層在Es3－Es4時期發(fā)育，后期停止。該斷層前期比較活躍，溝通了北部洼陷Es3、Es4的烴源巖。油氣通過層序界面附近向斜坡運(yùn)移，并通過F51斷層向上運(yùn)移。同時，KL20－1構(gòu)造在Es3、Es4發(fā)育大套扇三角洲前緣、湖底扇和灘壩，多為砂泥巖薄互層。由于后期斷裂活動減弱，新近系沉積較薄，Es地層壓實(shí)較弱，孔滲性較好，如KL20－1－2井實(shí)測孔隙度可以達(dá)到20%～25%。油氣運(yùn)移到斷層附近，由于斷層活動減弱，斷層兩盤砂泥巖相互耦合配置構(gòu)成封堵，從而在斷層下降盤形成巖性－斷塊油氣藏，斷層上升盤則形成斷背斜油氣藏。良好的運(yùn)聚體系，以及斷層活動的影響，使得KL20－1構(gòu)造富含大量油氣。目前，KL20－1構(gòu)造的3口探井經(jīng)測試已獲得高產(chǎn)油氣流 （圖6）。

圖6 青東凹陷KL20－1構(gòu)造油藏剖面圖

6 結(jié)論

1）青東凹陷可識別出同沉積斷層、后期正斷層和基底走滑斷層3類，平面上可劃分出近EW向、近NW向和近NE向3組，以近EW向最多，其次為近NW向，近NE向最少。單條斷層形態(tài)，剖面上發(fā)育有板狀、鏟狀和坡坪式；平面上以弧形和S型為主。按照主干斷層和次級斷層的組合形態(tài)，剖面上劃分有Y型，復(fù)合Y型，馬尾狀，多米諾骨牌式，梳狀，卷心菜型等6種樣式；平面上劃分出平行斷層系、斜交斷層系和雁列斷層系等3種形式。

2）青東凹陷復(fù)雜多樣的斷裂系統(tǒng)及與之伴生的構(gòu)造組合均與郯廬斷裂帶所經(jīng)歷的構(gòu)造運(yùn)動有關(guān)，郯廬斷裂帶多期次的運(yùn)動與區(qū)內(nèi)古近系斷層的形成發(fā)育在時間上有著較好的一致性。

3）主干斷層對區(qū)內(nèi)的盆地構(gòu)造格局、沉積以及烴源巖展布等具有明顯的控制作用。同時，斷層的空間展布形態(tài)及組合構(gòu)造樣式控制了多種類型圈閉的發(fā)育，區(qū)內(nèi)以斷背斜、單一斷層控制的斷鼻，2條或多條斷層控制的斷塊及斷鼻圈閉等為主要類型。

4）區(qū)內(nèi)主干斷層與次級斷層共同構(gòu)成了復(fù)雜的三維輸導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)，為油氣的垂向運(yùn)聚成藏提供了有效通道，尤其是受斷層控制形成的北部次凸和南部次凸構(gòu)造高部區(qū)域，是油氣垂向運(yùn)移的有利指向區(qū)。

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