濟陽坳陷斷層活動差異性與油氣富集關(guān)系

孫 波，陶文芳，張善文，王永詩

(1.中石化勝利油田分公司，山東 東營 257015；2.中海油深圳分公司，廣東 廣州 510240)

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濟陽坳陷斷層活動差異性與油氣富集關(guān)系

孫 波1，陶文芳2，張善文1，王永詩1

(1.中石化勝利油田分公司，山東 東營 257015；2.中海油深圳分公司，廣東 廣州 510240)

通過對濟陽坳陷斷層發(fā)育特征、活動性及其演化規(guī)律進行分析，結(jié)合不同凹陷油氣富集規(guī)律，研究了斷層活動差異性及其對油氣富集的影響。結(jié)果表明：研究區(qū)斷層活動性在沙二期前表現(xiàn)為“南強北弱”的特點，沙二期后則為“北強南弱”；將斷層分為控烴、控運和控藏3類?？責N斷層數(shù)量越多、古近紀活動強度越大，油氣富集程度越高；控運斷層數(shù)量越多、新近紀活動強度越大，淺層油氣所占比例越大；控藏斷層活動性及形態(tài)等決定構(gòu)造帶發(fā)育，控制圈閉聚油能力。

斷層活動；油氣成藏；富集規(guī)律；箕狀凹陷；濟陽坳陷

引 言

油氣勘探實踐表明，斷層與油氣的生成、運聚和分布都密切相關(guān)，尤其是在斷陷盆地中，斷層的發(fā)育狀況往往決定油氣的富集與分布情況[1-3]。濟陽坳陷位于華北平原東部，隸屬于渤海灣盆地的次一級構(gòu)造單元，包括車鎮(zhèn)、沾化、東營及惠民等凹陷和陳家莊、義和莊、濱縣及青城等凸起。研究區(qū)內(nèi)斷層發(fā)育，油氣資源豐富，與斷層相關(guān)的圈閉及油氣藏數(shù)量眾多且多樣化[3-5]，雖然前人已開展過關(guān)于斷層活動性的部分工作[5-10]，但對于不同凹陷斷層活動的差異性及其對油氣富集的影響還缺乏深入研究。分析了不同凹陷主干斷層新生代活動特征及其差異性，并對斷層活動與油氣富集的關(guān)系進行了探討，以期深化油氣勘探認識。

1 斷層活動及演化特征

1.1 斷層發(fā)育特征

濟陽坳陷內(nèi)斷層十分發(fā)育，各級斷層總計近2 000余條，平面上按走向可分為北西、北東及近東西3組，主干斷層以北東向為主[3]。根據(jù)斷層與構(gòu)造帶的關(guān)系，可分為控凹、控洼和控帶斷層，根據(jù)斷層對油氣成藏的作用，可分為控烴、控運和控藏斷層?？匕紨鄬佣酁殓P式或坡坪式，傾角較緩；東營、惠民凹陷的控洼、控帶斷層多為平板式或輕微鏟式，傾角相對較緩，車鎮(zhèn)、沾化凹陷的控洼、控帶斷層多為平板式，傾角相對較陡。沾化凹陷控凹(洼)斷層最多，但延伸長度較??；東營、惠民凹陷控凹(洼)斷層數(shù)量相對次之，延伸長度普遍較大；車鎮(zhèn)凹陷控凹(洼)斷層最少，但延伸長度最大?？匕?洼)斷層大多可以是控烴、控運和控藏斷層，而控帶斷層一般只能是控運和控藏斷層。

1.2 斷層活動及演化規(guī)律

斷層活動性研究方法主要有生長指數(shù)、斷距及斷層活動速率等[6]，該研究采用活動速率反映斷層活動強度。

不同凹陷斷層活動在時間上差異明顯，車鎮(zhèn)凹陷斷層孔店期不活動，沙四期是其活動高峰期，之后活動性逐漸減弱；沾化凹陷斷層在沙三期和沙一期出現(xiàn)2個活動高峰，新近紀活動性明顯較強；東營凹陷斷層在沙三期活動性最強，沙四、沙二期活動性較強；惠民凹陷斷層在沙二期活動強度最大，其次為沙三、沙四期(圖1)。

不同時期斷層活動在空間上存在一定的演變規(guī)律，孔店—沙四期，南部地區(qū)(惠民、東營凹陷)斷層數(shù)量及活動強度大于北部地區(qū)(沾化、車鎮(zhèn)凹陷)；沙三—沙二期，全區(qū)主干斷層基本發(fā)育完整，數(shù)量多，規(guī)模大，基本都處在活動期，活動強度表現(xiàn)出明顯的“南強北弱”；沙一—東營期，全區(qū)主干斷層數(shù)量和規(guī)模繼承了前期特征，大部分斷層仍有較強的活動性，但活動強度表現(xiàn)出“北強南弱”的特點；進入新近紀，活動斷層數(shù)量減少，強度普遍減弱，至館陶末期基本停止活動，沾化凹陷斷層數(shù)量及活動強度明顯大于其他凹陷(圖1)。

圖1 濟陽坳陷不同凹陷主干斷層活動性

2 斷層活動與油氣富集

2.1 古近紀斷層活動對烴源巖條件的控制

2.1.1 控烴斷層與源巖發(fā)育

控烴斷層活動及演變規(guī)律對烴源巖的展布范圍及體積等起決定性作用?？椎辍乘钠?，南部地區(qū)地層沉積厚度大，東營、惠民凹陷為研究區(qū)的沉積中心；沙三—沙二期，全區(qū)地層厚度普遍較大，出現(xiàn)多個沉積中心；沙一—東營期，沉積中心明顯開始向北遷移，沾化凹陷為沉積中心。

沉積中心的遷移導致了烴源巖發(fā)育和展布的變化，孔店、沙四烴源巖主要分布于東營、惠民凹陷，沙三段烴源巖全區(qū)均有發(fā)育，而沙一段烴源巖主要分布在沾化凹陷。控烴斷層的數(shù)量影響生烴洼陷的數(shù)量，車鎮(zhèn)凹陷僅埕南斷層為控烴斷層，因其走向的變化形成了3個生烴洼陷；惠民、東營凹陷控烴斷層分別為7個和6個，其生烴洼陷數(shù)量均為4個，沾化凹陷控烴斷層有8個，且走向變化較多，導致其發(fā)育近10個生烴洼陷。

2.1.2 斷層活動與油氣富集程度

油氣的富集程度首先與凹陷的資源量有關(guān)，生烴洼陷的數(shù)量及其發(fā)育規(guī)模往往影響凹陷資源量的多少。綜合分析4個凹陷生烴量、控烴斷層數(shù)量及其古近紀平均活動速率發(fā)現(xiàn)，東營凹陷生烴量位居各凹陷之首，其古近斷層活動強度最大，平均活動速率超過40 m/Ma，斷層數(shù)量也較多；沾化凹陷生烴量次之，其斷層活動強度相對較小，但主要控烴斷層數(shù)量多，利于形成眾多的生烴洼陷；惠民、車鎮(zhèn)凹陷生烴量總體較少，其斷層活動性總體較弱，斷層數(shù)量也較少。斷層活動強度與數(shù)量共同影響凹陷的生烴量，斷層活動強度越大、數(shù)量越多，凹陷生烴量越大，而生烴量越大，油氣探明儲量越高。因此，控烴斷層數(shù)量及古近紀活動強度影響油氣富集程度，活動強度越大、數(shù)量越多，油氣越富集。

2.2 新近紀斷層活動對輸導條件的控制

研究表明，新近紀是濟陽坳陷油氣主力運聚期，該時期斷層活動及開啟是油氣運聚的前提。斷層活動強度越大，輸導能力越強，油氣垂向上遠距離運移可能性越大，由此影響油氣富集層系[5]。

分析不同凹陷控運斷層新近紀活動性發(fā)現(xiàn)，惠民、東營凹陷控運斷層停止活動時間較早，一般在館陶末期就停止活動，而車鎮(zhèn)、沾化凹陷斷層停止活動時間相對更晚，部分至明化鎮(zhèn)末期才停止活動(圖1)；在斷層活動強度及數(shù)量上，沾化凹陷控運斷層新近紀平均活動速率最大，接近10 m/Ma，數(shù)量最多；車鎮(zhèn)凹陷斷層活動強度較大，但數(shù)量相對較少；惠民、東營凹陷斷層平均活動速率較為接近，總體較低，但東營凹陷略大于惠民凹陷，斷層數(shù)量東營凹陷也略多于惠民凹陷(圖2)。

圖2 不同凹陷控運斷層新近紀活動性與油氣富集

從各凹陷油氣藏分布層系來看，控運斷層數(shù)量較少、新近紀活動強度較低的惠民、東營凹陷，中層的沙河街組油氣占絕對優(yōu)勢，淺層油氣所占比例較低；新近紀活動強度中等的車鎮(zhèn)凹陷，以中、淺層的沙河街組、新近系油氣為主，淺層油氣儲量所占比例接近1/3；控運斷層數(shù)量多、新近紀活動強度大的沾化凹陷，以淺層新近系油氣為主，淺層油氣儲量所占比例超過2/3(圖2)。由此可知，控運斷層數(shù)量越多、新近紀活動強度越大，淺層油氣所占的比例越大，斷層新近紀活動強度決定油氣的富集層系。

2.3 斷層活動與油氣富集區(qū)帶

油氣賴以依存的場所是圈閉，圈閉形成的基礎是構(gòu)造帶，構(gòu)造帶的類型往往決定圈閉的類型，同時圈閉的聚油能力也影響著構(gòu)造帶的油氣富集?；畎枷輼?gòu)造帶一般分為陡坡帶、緩坡帶、凹陷帶及中央隆起帶(或潛山披覆帶)，但并非所有的箕狀凹陷都發(fā)育上述4類構(gòu)造帶，凹陷中構(gòu)造帶的不同組合形式對油氣的富集區(qū)帶具有重要影響。

車鎮(zhèn)凹陷的邊界斷層在裂陷期活動性相比東營、惠民凹陷較弱，且傾角較陡、形態(tài)為板式，凹陷為窄盆，發(fā)育陡坡帶、緩坡帶、凹陷帶；沾化凹陷的邊界斷層在裂陷期活動性相比東營、惠民凹陷較弱，且潛山基巖凸起發(fā)育，拗陷期斷層活動性相比其他凹陷最強，凹陷為窄盆，發(fā)育陡坡帶、緩坡帶、凹陷帶和潛山披覆帶；東營、惠民凹陷的邊界斷層在裂陷期活動性相比車鎮(zhèn)、沾化凹陷較強，且傾角較緩、形態(tài)為鏟式或坡坪式，凹陷為寬盆，發(fā)育陡坡帶、緩坡帶、凹陷帶、中央隆起帶。

從研究區(qū)油氣藏分布區(qū)帶來看，車鎮(zhèn)凹陷的緩坡帶、沾化凹陷的潛山披覆帶、東營和惠民凹陷的中央隆起帶為油氣最佳富集區(qū)帶(圖3)。車鎮(zhèn)凹陷由緩坡帶、凹陷帶、陡坡帶組成，在油源充足的情況下，油氣可不斷向凹陷外圍的緩坡帶、陡坡帶運聚，但緩坡帶與成熟烴源巖接觸面積最大，且構(gòu)造活動相對寧靜，對油氣的封蓋保存更為有利，因而緩坡帶的斷鼻圈閉是最佳的聚油圈閉。東營、惠民凹陷由緩坡帶、凹陷帶、陡坡帶、中央隆起帶組成，中央隆起帶常被多個生烴洼陷包圍，油氣源極為充足，被各類斷層復雜化的中央斷裂背斜圈閉能源源不斷匯聚油氣。沾化凹陷由緩坡帶、凹陷帶、陡坡帶、潛山披覆帶組成，潛山披覆背斜帶與控運斷層聯(lián)系緊密，斷層晚期活動性導致其有較強的輸導能力，可將油氣不斷的運移至上部圈閉，此時，與該類斷層相關(guān)聯(lián)的披覆背斜圈閉成為油氣最有利的聚集場所。

3 結(jié) 論

(1) 濟陽坳陷新生代斷層活動強度在沙二期前表現(xiàn)為“南強北弱”，沙二期以后總體具有“北強南弱”的特點；活動斷層數(shù)量在孔店-沙四期南部多于北部，沙三—東營期全區(qū)普遍發(fā)育，數(shù)量達到最多，而進入新近紀北部數(shù)量明顯多于南部。

(2) 控烴斷層影響烴源巖的發(fā)育與展布，決定油氣的富集程度，斷層數(shù)量越多、古近紀活動強度越大，油氣富集程度越高，從車鎮(zhèn)、惠民、沾化到東營凹陷，斷層活動性增強，油氣探明儲量增大；控運斷層為油氣運移提供優(yōu)越的通道條件，控制油氣的富集層系，斷層數(shù)量越多、新近紀活動強度越大，油氣富集層系越淺，從惠民、東營、車鎮(zhèn)到沾化凹陷，斷層活動性增強，淺層油氣所占比例增大。

(3) 控藏斷層為油氣聚集提供有效的圈閉條件，影響油氣的富集區(qū)帶，斷層活動強度及形態(tài)等決定構(gòu)造帶發(fā)育，凹陷內(nèi)構(gòu)造帶的組合形式影響圈閉聚油能力；車鎮(zhèn)、沾化、東營—惠民凹陷最佳聚油圈閉分別為斷鼻、潛山披覆背斜和中央斷裂背斜圈閉，油氣最佳富集區(qū)帶分別是緩坡帶、潛山披覆帶及中央隆起帶。

圖3 不同凹陷圈閉發(fā)育類型及油氣富集區(qū)帶對比

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編輯 朱雅楠

20150213；改回日期：20150325

國家科技重大專項“渤海灣盆地精細勘探關(guān)鍵技術(shù)”(2011ZX05006-003)

孫波(1986- )，男，2007年畢業(yè)于中國石油大學(華東)資源勘查工程專業(yè)，2013年畢業(yè)于該校地質(zhì)資源與地質(zhì)工程專業(yè)，獲博士學位，現(xiàn)從事油氣成藏機理與勘探研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.03.004

TE122.1

A

1006-6535(2015)03-0018-04