方正斷陷斷裂系統(tǒng)劃分及其控藏模式

仇恒遠(yuǎn)，鮑云杰，閆百泉，付 廣，孫 雨

（1.東北石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，黑龍江大慶 163318； 2.中國石化石油勘探開發(fā)研究院無錫石油地質(zhì)研究所，江蘇無錫 214151）

0 引言

方正斷陷位于依舒地塹北部，是走滑拉分形成的斷陷盆地［1-3］，為一個負(fù)向構(gòu)造單元，是大慶油田外圍油氣勘探的重點(diǎn)地區(qū).該斷陷從下至上發(fā)育有白堊系、古近系的新安村—烏云組、達(dá)連河組、寶泉嶺組、新近系富錦組和第四系地層，新安村—烏云組和寶泉嶺組是油氣勘探的主要目的層，在新安村—烏云組內(nèi)主要發(fā)育扇三角洲相、湖泊相及湖底扇相［4-5］；寶泉嶺組一段以下地層（包括白堊系）的暗色泥巖為該斷陷的有效烴源巖［6］.截至目前，該斷陷已在新安村—烏云組和寶泉嶺組獲得多口工業(yè)油流井，表明方正斷陷油氣資源具有勘探開發(fā)潛力.由于該斷陷斷裂發(fā)育，造成油氣成藏條件復(fù)雜、成藏規(guī)律認(rèn)識不清，給油氣勘探帶來困難.

人們對方正斷陷油氣成藏條件及油氣分布規(guī)律進(jìn)行研究，如曹成潤等研究方正斷陷主要斷裂構(gòu)造的發(fā)育與分布規(guī)律，將方正斷陷劃分為3個次級構(gòu)造單元、3個構(gòu)造層序及地塹期2個不同盆地樣式發(fā)育階段［7］.王允清等認(rèn)為方正斷陷主要斷裂分為長期發(fā)育、早期發(fā)育和晚期發(fā)育演化序列，發(fā)育的構(gòu)造樣式可歸納為“走滑型扭動構(gòu)造”、“臺階式斷塊型”和“掀斜反轉(zhuǎn)型”［1］.王孔偉等研究湯原斷陷和方正斷陷邊界斷裂，認(rèn)為方正斷陷東、西兩側(cè)邊界斷裂對盆地發(fā)展具有控制作用，西部邊界斷裂為主要控盆斷裂［8］.何星等研究方正斷陷沉積環(huán)境，認(rèn)為新安村—烏云組和寶二段時期該區(qū)發(fā)育扇三角洲—濱淺湖沉積體系，達(dá)連河組和寶一段時期該區(qū)發(fā)育扇三角洲—半深湖沉積體系［9］.董秀超等研究新安村組儲層孔隙結(jié)構(gòu)和物性特征，結(jié)果表明：儲層孔隙大小分布不均，具有低孔、特低滲特性；沉積環(huán)境和成巖作用是影響儲層物性的主要因素［10］.李秀琴等研究方正斷陷下第三系—白堊系烴源巖特征，認(rèn)為寶泉嶺組一段及以下地層的暗色泥巖為該區(qū)有效烴源巖［6］.胡少華等對方正斷陷方3井區(qū)三維地震資料和鉆井資料進(jìn)行構(gòu)造精細(xì)解釋，發(fā)現(xiàn)該區(qū)主要發(fā)育北東向和北西向兩組斷裂，兩組斷裂交叉形成斷塊圈閉，油氣藏為巖性封堵的地層—巖性油氣藏［11］.胡少華等對依舒地塹構(gòu)造格局進(jìn)行研究，結(jié)果表明：地塹整體表現(xiàn)為東西分帶、南北分塊的構(gòu)造格架，每個區(qū)塊的構(gòu)造—巖相組合方式不同，以南北分塊為主要構(gòu)造特征，湯原斷陷的東發(fā)、東興向斜和方正斷陷的柞樹崗向斜為最有利勘探區(qū)塊［12］.

這些研究主要集中在構(gòu)造、沉積、烴源巖發(fā)育及地化特征等方面，從斷裂對油氣成藏與分布控制作用方面進(jìn)行油氣成藏規(guī)律研究較少，不利于該區(qū)油氣勘探的深入.文中利用三維地震資料解釋結(jié)果，計(jì)算斷裂生長指數(shù)和活動速率，結(jié)合斷裂活動期次進(jìn)行斷裂系統(tǒng)劃分，進(jìn)而研究不同類型斷裂系統(tǒng)對方正斷陷油氣成藏與分布的控制作用.

1 斷裂發(fā)育及系統(tǒng)劃分

斷裂系統(tǒng)劃分將相同的成因、相近的發(fā)育歷史、相似的變形環(huán)境的斷層劃分為同一類斷裂系統(tǒng)，同類斷裂系統(tǒng)中斷層對油氣具有相同或相似控制作用［13］.三維地震資料解釋結(jié)果表明，方正斷陷發(fā)育不同規(guī)模和類型的斷裂，延伸長度一般為1～6km，邊界斷裂延伸長度較大，可超過10km；斷裂斷距大多小于100m，邊界斷裂斷距較大，可超過1km.斷陷層斷裂走向以北北東向和北東向?yàn)橹?，斷拗層斷裂走向以東西向和北西向?yàn)橹?斷陷層和斷拗層斷裂發(fā)育密度有一定差異，斷陷層斷裂密度相對較小，約為0.08條／km2，斷拗層斷裂密度相對較大，為0.15～0.25條／km2（見圖1）.

由方正斷陷斷裂生長指數(shù)和斷裂活動速率（見圖2）可知，方正斷陷斷裂主要在新安村—烏云組、寶一、二段和富錦組—第四系沉積時期活動，結(jié)合平衡剖面可知方正斷陷斷裂形成演化經(jīng)歷3個階段：斷陷期（新安村—烏云組時期）盆地伸展變形，東部邊界斷裂活動強(qiáng)烈，控制東斷西超的盆地結(jié)構(gòu)；斷拗期（寶泉嶺組時期）伊漢通斷裂強(qiáng)烈活動，對地層沉積控制明顯，邊界斷裂扭動變形，附近形成半生斷裂，剖面上具似花狀組合特征；斷陷萎縮期（富錦組時期）盆地?cái)D壓變形，呈現(xiàn)反轉(zhuǎn)褶皺，斷裂表現(xiàn)為壓扭性質(zhì).

根據(jù)斷裂變形期次、變形特征及形成演化機(jī)制，將方正斷裂劃分為6類系統(tǒng)（見圖3）：Ⅰ類：早期伸展斷裂系統(tǒng)，是在白堊系及基底發(fā)育的斷層在新安村—烏云組繼續(xù)發(fā)育，以及在新安村—烏云組和達(dá)連河組地層發(fā)育的斷裂，在該時期之后往往再次持續(xù)活動，主要分布在西部凹陷的柞樹崗次凹附近.Ⅱ類：中期張扭斷裂系統(tǒng)，主要為斷拗期活動的斷裂，只發(fā)育在寶泉嶺組內(nèi)部，主要呈東西向展布，為盆地右旋走滑過程中派生應(yīng)力場作用下形成的后生斷裂，主要分布在柞樹崗次凹附近.Ⅲ類：晚期壓扭斷裂系統(tǒng)，是斷陷萎縮期活動的斷裂，在方正斷陷幾乎不發(fā)育.Ⅳ類：早期伸展中期張扭斷裂系統(tǒng)，貫穿斷陷層與斷拗層的斷裂，為先伸展后走滑扭動活動的斷裂，主要分布在西部凹陷，其次是德善屯次凹.Ⅴ類：中期張扭晚期壓扭斷裂系統(tǒng)，是貫穿斷拗層與斷陷萎縮層的斷裂，為先張扭活動后壓扭變形的斷裂，這種類型斷裂較少，僅在東部大羅密構(gòu)造附近局部發(fā)育.Ⅵ類：早期伸展中期張扭晚期壓扭斷裂系統(tǒng)，是貫穿斷陷、斷拗和斷陷萎縮層的長期活動斷裂，為先伸展后走滑伸展、再張扭變形活動的斷裂，在方正斷陷廣泛分布.

通過拆分方正斷裂斷穿層位可以得出，方正斷裂主要目的層新安村—烏云組和寶泉嶺組主要發(fā)育早期伸展、早期伸展中期張扭和早期伸展中期張扭晚期壓扭3類斷裂系統(tǒng)，東部以發(fā)育早期伸展中期張扭晚期壓扭斷裂系統(tǒng)為主，西部以發(fā)育早期伸展和早期伸展中期張扭斷裂系統(tǒng)為主（見圖4）.

2 斷裂系統(tǒng)對油氣成藏與分布的控制作用

研究方正斷陷不同斷裂系統(tǒng)與油氣分布之間關(guān)系，結(jié)果表明，Ⅰ、Ⅳ和Ⅵ類斷裂系統(tǒng)控制油氣成藏與分布，不同類斷裂在方正斷陷東部和西部對油氣運(yùn)移、聚集的作用不同.

2.1 Ⅵ類斷裂

2.1.1 油氣運(yùn)移的輸導(dǎo)通道

方正斷陷新安村—烏云組和寶一段油氣來自新安村—烏云組源巖，在寶泉嶺組末期—富錦組沉積時期開始大量向外排出油氣［6］.由方正斷陷斷裂系統(tǒng)特征可知，早期伸展中期張扭晚期壓扭斷裂系統(tǒng)成為該區(qū)油氣運(yùn)移的輸導(dǎo)斷裂，原因是只有位于早期伸展中期張扭晚期壓扭斷裂附近的斷層圈閉，才能通過斷裂從新安村—烏云組源巖處獲得油氣聚集成藏.由方正斷陷油氣分布與斷裂類型關(guān)系（見圖5）可知，方正斷陷東部已發(fā)現(xiàn)的工業(yè)油氣流井均分布在早期伸展中期張扭晚期壓扭斷裂附近.

2.1.2 油氣聚集的有利部位

方正斷陷東部新安村—烏云組源巖生成的油氣，沿早期伸展中期張扭晚期壓扭斷裂由下至上運(yùn)移過程中，向斷裂兩側(cè)地層發(fā)生側(cè)向運(yùn)移，當(dāng)上覆未被錯開蓋層阻擋時更為顯著.當(dāng)斷裂活動開啟時，運(yùn)移進(jìn)入斷裂兩側(cè)附近斷層圈閉中的油氣，受斷裂控制形成的斷層圈閉（斷層遮擋、斷層—巖性和斷塊圈閉）使油氣沿?cái)嗔堰\(yùn)移散失，無法形成油氣聚集.由于鼻狀構(gòu)造具有一定幅度，當(dāng)斷裂活動開啟時，沿?cái)嗔堰\(yùn)移的油氣側(cè)向分流進(jìn)入該類圈閉后聚集；斷裂停止活動后，斷裂側(cè)向封閉油氣形成油氣藏.此類油氣聚集形成于早期伸展中期張扭晚期壓扭斷裂下盤，由于斷裂下盤較上盤側(cè)向封閉性更好，更有利于油氣聚集［14-15］.如方正斷陷方12井、方15井新安村—烏云組和方x14井寶一段油氣藏均有此類油氣聚集方式.

2.2 Ⅰ、Ⅳ類斷裂

2.2.1 油氣聚集的有利遮擋條件

由方正斷陷油氣分布與反向斷裂關(guān)系（見圖6）可以看出，方正斷陷發(fā)現(xiàn)的油氣分布在反向Ⅰ、Ⅳ類斷裂附近.這是因?yàn)榉聪颌?、Ⅳ類斷裂錯斷易使上盤泥巖蓋層下降，與下盤儲層對接形成側(cè)向遮擋，有利于油氣在下盤儲層中聚集成藏.如方402井新安村—烏云組氣藏，即為反向斷裂使下盤新安村—烏云組儲層與上盤上部泥巖蓋層對接而形成的斷層遮擋氣藏.

2.2.2 油氣聚集的側(cè)向封閉能力

方正斷陷除了方6井新安村—烏云組為巖性上傾尖滅油藏外，其他油氣藏為斷層油氣藏.斷層側(cè)向封閉是油氣藏形成的重要影響因素，斷裂側(cè)向封閉不取決于上下盤砂泥是否對接，而取決于斷層巖排替壓力與油氣運(yùn)移盤儲層巖石排替壓力的相對大小，如果斷層巖排替壓力大于油氣運(yùn)移盤儲層巖石排替壓力，則斷裂側(cè)向封閉；反之，斷裂側(cè)向不封閉，即斷層巖排替壓力是反映斷層側(cè)向封閉能力的根本參數(shù).斷層巖排替壓力和斷裂側(cè)向封閉能力主要受泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)影響［10］，體積分?jǐn)?shù)越大，則排替壓力越大、斷裂側(cè)向封閉能力越強(qiáng)；反之，排替壓力越小、斷裂側(cè)向封閉能力越弱.

由方4井新安村—烏云組遮擋斷裂斷層巖泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)與油氣分布關(guān)系（見圖7）可以看出，方正斷陷方4井處遮擋斷層巖泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)與油氣分布有較好對應(yīng)關(guān)系.新安村—烏云組油層鉆遇位置對應(yīng)的斷層巖泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)相對較高，多大于50%，表明斷層側(cè)向封閉能力相對較強(qiáng)，有利于油氣在反向斷裂遮擋圈閉中聚集與保存；水層和干層鉆遇位置對應(yīng)的斷層巖泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)相對較低，一般小于46%，表明斷層側(cè)向封閉能力相對較弱，不利于油氣在反向斷裂遮擋圈閉中聚集與保存.因此，方正斷陷斷層側(cè)向封閉能力控制反向斷裂遮擋圈閉中油氣的聚集與保存.

3 斷裂系統(tǒng)控藏模式

結(jié)合油氣藏解剖，分析方正斷陷不同斷裂系統(tǒng)對油氣成藏與分布的控制作用，該區(qū)斷裂系統(tǒng)具有2種控藏模式（見圖8）.

3.1 Ⅵ類斷裂輸導(dǎo)下盤斷鼻構(gòu)造控藏模式

該類斷裂控藏模式主要發(fā)育在方正斷陷東部，新安村—烏云組源巖生成的油氣在沿早期伸展中期張扭晚期壓扭斷裂向上運(yùn)移過程中，由于受上覆蓋層阻擋，油氣向斷裂兩側(cè)側(cè)向分流，并在下盤斷鼻構(gòu)造中聚集成藏（見圖8（a））.如方12井基巖油氣藏，方15井新安村—烏云組油氣藏和方x14井寶一段油氣藏為此類控藏模式.

3.2 反向Ⅰ、Ⅳ類斷裂遮擋下盤圈閉控藏模式

該類斷裂控藏模式主要發(fā)育在方正斷陷西部，新安村—烏云組源巖生成的油氣在沿砂體或不整合面?zhèn)认蜻\(yùn)移過程中，遇到反向早期伸展和早期伸展中期張扭斷裂遮擋，在下盤斷層圈閉中聚集成藏（見圖8（b））.如方4、方6、方402、方401、方3井新安村—烏云組油氣藏為此類控藏模式.

4 結(jié)論

（1）方正斷陷新安村—烏云組和寶泉嶺組主要發(fā)育早期伸展、早期伸展中期張扭和早期伸展中期張扭晚期壓扭3類斷裂系統(tǒng).東部以早期伸展中期張扭晚期壓扭斷裂系統(tǒng)為主，西部以早期伸展和早期伸展中期張扭2類斷裂系統(tǒng)為主.

（2）方正斷陷斷裂系統(tǒng)對油氣成藏與分布的控制作用主要表現(xiàn)為：（1）Ⅵ類斷裂系統(tǒng)為東部油氣運(yùn)移提供輸導(dǎo)通道，下盤斷鼻構(gòu)造為油氣聚集的有利部位；（2）反向Ⅰ、Ⅳ類斷裂系統(tǒng)為西部油氣聚集提供遮擋條件，封閉能力控制該區(qū)油氣聚集.

（3）方正斷陷斷裂系統(tǒng)控藏存在2種模式：（1）Ⅵ類斷裂輸導(dǎo)下盤斷鼻構(gòu)造控藏模式；（2）反向Ⅰ、Ⅳ類斷裂遮擋下盤圈閉控藏模式.

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