金湖凹陷石港斷裂帶構(gòu)造特征及控油作用

王新新，戴俊生，馬洪坤

（1.中國(guó)石油塔里木油田公司勘探開發(fā)研究院，新疆 庫(kù)爾勒 841000；2.中國(guó)石油大學(xué)（華東）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580）

金湖凹陷內(nèi)部斷裂活動(dòng)強(qiáng)烈，不同走向、不同性質(zhì)、不同時(shí)期的斷層交織在一起，共同控制了盆地內(nèi)油氣資源的形成和分布。前人對(duì)于金湖凹陷斷裂系統(tǒng)的研究主要集中在對(duì)伸展、走滑、擠壓構(gòu)造的識(shí)別上[1-2]，而對(duì)于在統(tǒng)一應(yīng)力場(chǎng)下局部構(gòu)造的形成及演化特征研究較少。本文在前人研究工作的基礎(chǔ)上，結(jié)合石港斷裂帶地區(qū)的地震、鉆井、測(cè)井等實(shí)測(cè)資料，進(jìn)行地震資料解釋，選取典型的地震剖面進(jìn)行構(gòu)造演化剖面編制。采用定量研究與定性分析相結(jié)合的方法，對(duì)石港斷裂帶阜寧期、戴南期和三垛期的斷層活動(dòng)性進(jìn)行定量計(jì)算，在此基礎(chǔ)上，總結(jié)出該區(qū)的構(gòu)造演化史。綜合分析各項(xiàng)研究成果，總結(jié)構(gòu)造對(duì)油氣成藏的控制作用，并預(yù)測(cè)出有利的含油區(qū)塊。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

金湖凹陷在構(gòu)造上位于蘇北盆地東臺(tái)坳陷的西部，是晚白堊世—新生代形成的南斷北超的箕狀斷陷盆地[3]。金湖凹陷內(nèi)部斷裂系統(tǒng)復(fù)雜，南部的楊村斷層作為凹陷主邊界斷層控制了箕狀凹陷的形態(tài)，石港斷層與銅城斷層作為凹陷內(nèi)二級(jí)斷層，控制了凹陷內(nèi)次凹的分布[4]。金湖凹陷的主要烴源巖為三河次凹和龍崗次凹的阜二段、阜四段湖相深色泥巖，于三垛末期—鹽城早期大量排烴，通過滲透性砂層及斷層，油氣運(yùn)移聚集，主要含油層系為阜寧組和戴南組。

石港斷裂帶位于金湖凹陷中部，三河次凹軸線以東，總體呈北東走向延伸，全長(zhǎng)約70 km，其中主干斷層的形態(tài)沿走向發(fā)生變化，并發(fā)育一系列分支斷層，使斷裂帶結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。石港主斷層為一長(zhǎng)期活動(dòng)的大斷層，產(chǎn)生于燕山運(yùn)動(dòng)末期，終止于三垛期，以吳堡期最為活躍。由于該構(gòu)造帶臨近生油深凹，尤其北部橋河口一帶應(yīng)是找油的有利地帶[5]。研究區(qū)在阜寧組和戴南組中發(fā)現(xiàn)的橋河口油田、石港油田和金南油田，均屬于斷裂帶背景上的復(fù)雜斷塊油田（見圖1）。

圖1 金湖凹陷構(gòu)造區(qū)劃

2 石港斷裂帶構(gòu)造樣式

2.1 石港斷裂帶的平面特征

本區(qū)主要發(fā)育2組斷層，以北東走向?yàn)橹?，近東西走向?yàn)檩o。北東走向的斷層主要由石港斷裂系組成，而近東西走向的斷層大多為石港斷裂系的伴生斷層或調(diào)節(jié)斷層組成，大多表現(xiàn)為橫斷層。平面上貫穿工區(qū)分布，向北延伸到寶應(yīng)斜坡西部。它實(shí)際是由一條主斷層和多條派生次級(jí)斷層組成石港斷裂系。

石港主斷裂沿走向明顯呈3段，即北段、中段、南段（見圖2）。南段為石4塊以南，斷裂向南逐漸向西甩開呈北東向，甚至呈近東西向分布，組合形態(tài)為帚狀；北段為L(zhǎng)ine1400以北，構(gòu)造走向明顯發(fā)生變化，主斷裂近南北走向，派生雁列斷裂北東—北東東走向；南段、北段之間為中段，主斷層走向北東—西南向，派生雁列斷層北東—北東東走向。從水平斷距上來講，由南往北斷距逐漸減小，尤其在Line1400以北，斷層上下盤斷距很小，剖面上顯示斷裂對(duì)沉積的控制作用由南往北逐漸減弱。

受石港斷層在不同地區(qū)活動(dòng)的不均衡性及地層巖性特征的變化，在斷層的左右兩側(cè)派生了一系列的近東西走向的拉張橫斷層。在石港斷層的下降盤一側(cè)，這些橫斷層大多呈北傾特征，主要斷開層位E1f—E2s，自主斷層根部向西側(cè)延伸數(shù)千米后消失，自南向北上盤的羽狀斷層數(shù)量減少，規(guī)模也漸小。這些斷層主要起到了調(diào)節(jié)石港斷層斷距自北向南減小的應(yīng)力平衡。

圖2 石港地區(qū)斷裂系統(tǒng)分布

2.2 石港斷裂帶的剖面特征

過石港斷層剖面顯示，石港斷層整體表現(xiàn)出正斷層的性質(zhì)，靠近石港斷層處形成深凹帶，凹陷內(nèi)部地層呈北西方向翹起形成斜坡帶，受斷層的控制逐漸向隆起區(qū)過渡。南—北部剖面反映了石港斷層不同部位結(jié)構(gòu)上的差異：南部剖面切過石港斷層南端尾部的分支斷層，在石港斷層的控制下發(fā)育了一系列次級(jí)斷層；中部剖面斜坡處發(fā)育反向斷層切割上部構(gòu)造層；中北部剖面石港斷層上盤斜坡處發(fā)育一系列次級(jí)反向斷層和同向斷層，主要切割上部構(gòu)造層，并形成了典型的負(fù)花狀構(gòu)造（見圖3）。

通過三維地震資料的重新研究，結(jié)合前人工作，運(yùn)用幾何學(xué)及運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，對(duì)石港斷裂帶構(gòu)造樣式進(jìn)行了研究。石港斷裂帶發(fā)育典型的走滑構(gòu)造樣式、伸展構(gòu)造樣式、走滑-伸展構(gòu)造樣式及反轉(zhuǎn)構(gòu)造樣式。沿走向構(gòu)造樣式有所不同，北部發(fā)育典型的走滑構(gòu)造樣式，以發(fā)育負(fù)花狀構(gòu)造為主要特征；中部發(fā)育走滑-伸展構(gòu)造樣式，在伸展、走滑共同作用下形成帚狀，表現(xiàn)為在深部聚斂為1條主斷層，往上分為2～3條次級(jí)斷裂分叉中撒開，但傾向與主斷裂一致；南部發(fā)育典型伸展構(gòu)造樣式，剖面上呈鏟式或階梯狀。另外，在每一期裂陷結(jié)束時(shí)，地幔物質(zhì)冷卻收縮，發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)。單條斷裂呈鏟式，多條鏟式斷裂近平行組成構(gòu)造階梯狀組合，斷裂對(duì)地層控制作用明顯。

3 構(gòu)造演化

3.1 構(gòu)造演化剖面的編制

平衡剖面的概念是由Dahlstrom首先詳細(xì)討論的，后來國(guó)內(nèi)外一些學(xué)者的進(jìn)一步研究，日益豐富和完善了平衡剖面技術(shù)和理論[6-11]。本文采用旋轉(zhuǎn)法，以現(xiàn)今構(gòu)造剖面圖為依據(jù)，遵循沉積界面和剝蝕界面的水平原理，由新到老逐個(gè)地質(zhì)時(shí)期進(jìn)行恢復(fù)。

石港斷層在阜寧期之前形成，活動(dòng)至今，是一條長(zhǎng)期活動(dòng)的同沉積斷層。石港斷層在阜寧期活動(dòng)性較弱，戴南期斷層數(shù)量增多，活動(dòng)性增強(qiáng)。石港斷層控制盆地邊緣，由盆地邊緣到盆地中心，地層厚度增大。三垛期，在石港斷層的控制下，形成一系列北傾斷層及傾向相反的斷層，并構(gòu)成了典型的負(fù)花狀構(gòu)造，向下與主斷層合并，主斷層下部切入盆地基底，次級(jí)反向斷層主要切割上部構(gòu)造層。隨后的地質(zhì)歷史時(shí)期中，大斷層持續(xù)活動(dòng)直至構(gòu)造格局穩(wěn)定。

通過構(gòu)造演化剖面（見圖4）可以看出，石港斷裂帶古近紀(jì)經(jīng)歷了由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的演化過程，阜寧期在主斷層活動(dòng)過程中兩側(cè)斷層發(fā)育，戴南、三垛期負(fù)花狀構(gòu)造形成，斷層落差急劇擴(kuò)大，早期伸展活動(dòng)明顯，晚期走滑活動(dòng)強(qiáng)烈。

圖3 石港斷層不同部位地震剖面

3.2 斷層活動(dòng)性分析

斷層活動(dòng)性分析是斷層運(yùn)動(dòng)學(xué)研究的主要內(nèi)容，目前定量表征斷層活動(dòng)性的參數(shù)主要有斷層生長(zhǎng)指數(shù)、斷層落差、斷層活動(dòng)速率等，定量分析斷層活動(dòng)強(qiáng)度為研究斷層的發(fā)育期次、組合樣式、成因機(jī)制及斷層活動(dòng)對(duì)油氣成藏的控制等提供了很好的基礎(chǔ)[12-14]。本文采用斷層落差法對(duì)研究區(qū)阜寧期、戴南期、三垛期的斷層活動(dòng)性進(jìn)行了研究。

圖4 石港斷裂帶構(gòu)造演化剖面

分析斷層落差可以看出，石港斷裂帶戴南三垛期活動(dòng)強(qiáng)度大于阜寧期。阜寧早期伴隨主斷層活動(dòng)的還有南、北2段的次級(jí)斷層，阜二期活動(dòng)強(qiáng)度大于阜一期；阜寧晚期次級(jí)斷層活動(dòng)弱，自阜三期至阜四期主斷層強(qiáng)烈活動(dòng)段由南向北遷移。戴南期到三垛期強(qiáng)烈活動(dòng)斷層由負(fù)花狀構(gòu)造的西部擴(kuò)展到東部，垛二期斷層活動(dòng)強(qiáng)度達(dá)到峰值，整體表現(xiàn)為南強(qiáng)北弱。

平面上，斷層的發(fā)育是不均衡的：一方面指同一條斷層在不同地段的活動(dòng)程度不同。由戴一期斷層落差平面圖可以看出，主干斷層石港斷層南部斷層落差大于50 m，中部斷層落差在30～50 m，北部斷層落差小于30 m。南部斷層活動(dòng)性大于中部，中部斷層活動(dòng)性又大于北部。石港斷層的活動(dòng)性整體上表現(xiàn)為自南向北逐漸減小，表明斷層對(duì)沉積的控制作用自南向北減弱。另一方面則是指在同一地段不同斷層的活動(dòng)程度也有所差異[15-17]。由于石港斷層帶中，主斷層與分支斷層交切關(guān)系復(fù)雜，斷層活動(dòng)性產(chǎn)生部分異常值。如圖5所示，次級(jí)斷層與主干斷層的活動(dòng)時(shí)期既存在一致性，又存在差異性；南部的次級(jí)斷層與主干斷層的活動(dòng)時(shí)期一致。石港斷層在戴二期和垛二期最活躍，而中部及北部的次級(jí)斷層的主要活動(dòng)時(shí)期是三垛期。

圖5 不同地區(qū)次級(jí)斷層的斷層落差均值

剖面上不同地質(zhì)時(shí)期斷層活動(dòng)性也存在差異。由斷層落差均值直方圖（見圖6）可以看出，阜寧組沉積時(shí)期石港斷層活動(dòng)性較弱，戴南組沉積時(shí)期斷層的活動(dòng)性增強(qiáng)；三垛期，斷層分段活動(dòng)的影響導(dǎo)致垛一期垂向斷層落差較小，垛二期石港斷層垂向活動(dòng)性強(qiáng)。

圖6 不同時(shí)期石港斷層落差均值

3.3 構(gòu)造演化階段劃分

依據(jù)構(gòu)造演化剖面的特征，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造背景和斷層古落差的計(jì)算和分析，石港斷裂帶地區(qū)構(gòu)造演化可分為3個(gè)階段。

1）阜寧期伸展主斷層活動(dòng)階段。蘇北盆地早期斷—坳陷階段，地表區(qū)域性快速坳陷下沉，石港斷層開始發(fā)育，表現(xiàn)為伸展斷裂，成為金湖凹陷內(nèi)部的次級(jí)正斷層。

2）戴南、三垛期強(qiáng)伸展走滑負(fù)花狀構(gòu)造發(fā)育階段。戴南期區(qū)域上處于中期斷陷階段，吳堡運(yùn)動(dòng)使原有的生長(zhǎng)斷層進(jìn)一步活動(dòng)，石港斷層演化成為控制三河次凹的主邊界斷層。三垛期，斷層的分段性質(zhì)明顯。北段、中段、南段各不相同。北段以走滑作用為主，垂向上的斷層活動(dòng)性減弱；南段仍以伸展作用為主，垂向上斷層活動(dòng)性較強(qiáng)；而中段居于兩者之間。

3）新近紀(jì)—第四紀(jì)構(gòu)造穩(wěn)定階段。新近紀(jì)和第四紀(jì)是蘇北盆地裂陷期后的坳陷階段，進(jìn)入新近系鹽城組沉積初期，此時(shí)斷裂活動(dòng)基本停止，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)緩和，地殼發(fā)生均衡調(diào)節(jié)，表現(xiàn)為整體下陷。

4 構(gòu)造控制油氣成藏

構(gòu)造對(duì)油氣藏分布的影響首先體現(xiàn)在對(duì)生油次凹的影響，構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)決定了生油次凹的沉降中心。石港斷層形成以后，深凹帶內(nèi)迅速沉降，出現(xiàn)了生油次凹和構(gòu)造高帶交替出現(xiàn)的現(xiàn)象。構(gòu)造作用控制油氣的運(yùn)移體現(xiàn)在構(gòu)造作用產(chǎn)生的不整合面和斷裂是油氣運(yùn)移的主要通道。三垛期尤其是垛二期，深凹帶內(nèi)四級(jí)斷層活動(dòng)數(shù)量增多，活動(dòng)性增強(qiáng)，先前形成的二級(jí)、三級(jí)斷層均有較強(qiáng)的活動(dòng)性，縱向上溝通了不同層位的儲(chǔ)集層，并與阜四段烴源巖的生烴排烴時(shí)間一致，非常有利于油氣的運(yùn)移。深凹帶在石港斷層拉張走滑作用下，在其下降盤產(chǎn)生雁列式排列次級(jí)斷層的同時(shí)，又在斜向擠壓分量的作用下，形成斷鼻構(gòu)造與復(fù)雜斷塊圈閉[18]。

通過對(duì)石港斷裂帶石油地質(zhì)條件和已知油藏的分析，石港斷裂帶戴南組主要為下生上儲(chǔ)型油藏。以三河次凹阜四段暗色泥巖為生油巖，戴南組砂巖為儲(chǔ)層，戴南組內(nèi)部泥巖為蓋層。阜四段烴源巖生成的油氣經(jīng)過初次運(yùn)移進(jìn)入上部阜寧組頂部不整合面或者上部輸導(dǎo)層，然后側(cè)向運(yùn)移至相對(duì)低勢(shì)區(qū)石港斷裂帶，在石港斷裂帶發(fā)生垂向運(yùn)移與側(cè)向運(yùn)移，進(jìn)入圈閉聚集成藏。斷層、儲(chǔ)層和不整合面為油氣運(yùn)移通道（見圖7）。

圖7 石港斷裂帶成藏模式

石港斷裂帶戴南組的油氣藏整體上主要受構(gòu)造的控制，儲(chǔ)蓋組合是油氣成藏的必備條件，斷裂封閉性是本區(qū)油氣成藏的關(guān)鍵。石港主控?cái)鄬釉诓煌恢玫姆忾]性存在很大的差異，具有“南開北閉”特征，表現(xiàn)為斷層在南部開啟，在北部閉合，從而有效地封閉油氣。北部的次級(jí)派生斷層封閉性較好，在局部形成斷層遮擋油氣藏。結(jié)合裂縫預(yù)測(cè)結(jié)果，裂縫在阜寧晚期古應(yīng)力場(chǎng)下產(chǎn)生，在現(xiàn)今應(yīng)力場(chǎng)中被改造。石港斷層附近裂縫最為發(fā)育，裂縫優(yōu)勢(shì)發(fā)育方向與NNE向斷裂一致。石港地區(qū)裂縫密度、開度、孔隙度和滲透率高值區(qū)主要分布于石3—石10斷塊與石4斷塊西北部（見圖8、圖9）。石港斷裂系的東側(cè)斷裂夾縫帶、石港和橋河口地區(qū)是油氣的主要富集區(qū)。

圖8 石港地區(qū)東西向現(xiàn)今裂縫開度

圖9 石港地區(qū)東西向現(xiàn)今裂縫滲透率

5 結(jié)論

1）地震資料解釋石港斷裂帶構(gòu)造樣式，平面上，具有分段性，南段表現(xiàn)為帚狀，中段為羽狀斷裂組合，北段為雁列狀；垂向上，具有分層性，在阜寧組表現(xiàn)為斷階狀，在戴南組和三垛組表現(xiàn)為負(fù)花狀構(gòu)造。

2）分析斷層落差可以看出，石港斷裂帶戴南、三垛期活動(dòng)強(qiáng)度大于阜寧期。阜寧早期斷層數(shù)量較少，斷層活動(dòng)強(qiáng)度較弱，自阜三期至阜四期主斷層強(qiáng)烈活動(dòng)段由南向北遷移。戴南期到三垛期強(qiáng)烈活動(dòng)斷層由西部擴(kuò)展到東部，垛二期斷層活動(dòng)強(qiáng)度達(dá)到峰值，整體表現(xiàn)為南強(qiáng)北弱。

3）綜合分析地層厚度、構(gòu)造演化剖面、斷層活動(dòng)規(guī)律等，石港斷裂帶的構(gòu)造演化可分為3個(gè)階段：阜寧期走滑伸展主斷層活動(dòng)階段，戴南、三垛期強(qiáng)伸展走滑負(fù)花狀構(gòu)造發(fā)育階段，新近紀(jì)第四紀(jì)構(gòu)造穩(wěn)定階段。

4）石港斷裂帶成藏模式主要為下生上儲(chǔ)型，戴南組的油氣藏整體上主要受構(gòu)造的控制，結(jié)合斷層封閉性及裂縫預(yù)測(cè)結(jié)果，認(rèn)為石港斷裂系的東側(cè)斷裂夾縫帶、石港和橋河口地區(qū)是油氣的主要富集區(qū)。

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