金湖凹陷楊村斷裂及控藏作用研究

葛金虎，羅紅霞，陽(yáng) 芬，韋 祥，袁 魏

(中國(guó)石化江蘇油田分公司物探技術(shù)研究院，江蘇 南京 210046)

楊村斷裂為金湖凹陷邊界斷層，地跨蘇皖兩省，走向北東—北東東，傾向北西，長(zhǎng)約110 km。研究表明(據(jù)朱光等，2014)，楊村斷層為早期基底斷層復(fù)活產(chǎn)物，該斷層在印支期為華北與揚(yáng)子板塊碰撞造山形成的前陸變形帶上的逆沖斷層(據(jù)朱光等，2012)，隨后在燕山期郯廬斷裂帶大規(guī)模左行走滑過(guò)程中可能發(fā)生了走滑活動(dòng)，但該斷層的早期活動(dòng)性質(zhì)仍以逆沖活動(dòng)為主［1－2］。在古近紀(jì)近南北向拉張背景下，該斷層復(fù)活構(gòu)成金湖凹陷邊界斷層，同時(shí)控制了金湖凹陷構(gòu)造和沉積。

楊村斷裂走向與古近紀(jì)近南北向拉張方向存在一定的夾角，處于斜向拉張應(yīng)力環(huán)境下，沿走向不同部位楊村斷裂應(yīng)力性質(zhì)和活動(dòng)特征存在較大差異，這種差異的存在，也決定了楊村斷裂不同部位控制油氣的方式有所不同。

1 楊村斷裂構(gòu)造活動(dòng)特征

1.1 斷裂構(gòu)造樣式

楊村斷裂走向與區(qū)域南北向拉張應(yīng)力存在一定夾角，按照夾角角度的大小，可以將楊村斷裂分為東西兩段，西段楊村斷裂為北東走向，與區(qū)域應(yīng)力方向呈小角度相交(小于45°)，楊村斷裂走滑作用明顯，同時(shí)伴生大量的近東西向、北西向羽狀分支斷層;東段楊村斷裂為北東東走向，與區(qū)域應(yīng)力方向呈大角度(大于45°)相交，楊村斷裂拉張作用占主導(dǎo)，分支斷層相對(duì)不發(fā)育，主要伴生一些北東向羽狀斷層。

楊村斷裂西段，剖面上主干斷裂的斷層面總體具有相對(duì)平緩的傾角，且斷面較為平直，其下降盤往往發(fā)育與之近平行的同向正斷層。楊村斷裂東段，由于靠近凹陷的沉降中心，代表大型半地塹盆地內(nèi)強(qiáng)烈斷陷的區(qū)帶，主干斷裂具有上陡下緩的典型鏟狀構(gòu)造，其斷層組合往往是一些與之相交的同向正斷層，在剖面上構(gòu)成y狀、多級(jí)y狀剖面構(gòu)造樣式。楊村斷裂的東段與閔橋斷層相連的部位，主干斷層斷距突然變小，斷裂切割不深，斷面相對(duì)平直，形態(tài)由鏟型過(guò)渡為平直的板狀，斷裂對(duì)沉積的控制作用減弱。楊村斷裂帶主干斷層主體上具有鏟型正斷層的特征，在強(qiáng)烈控制沉積的龍崗—汊澗次凹位置，斷裂帶與下降盤多條同向正斷層組合，發(fā)育成斷階形式。通過(guò)對(duì)楊村斷裂剖面構(gòu)造特征分析，總結(jié)了楊村斷裂發(fā)育的主要剖面構(gòu)造樣式(圖1)。主要包括鏟狀、y狀、反y狀、多級(jí)y狀、順向平行狀、反向平行狀、地壘狀、地塹狀等樣式。

圖1 金湖凹陷楊村斷裂帶典型剖面構(gòu)造樣式

1.2 斷裂活動(dòng)特征

為更好地研究斷層活動(dòng)特征，引入“斷層活動(dòng)速率”的概念，其物理含義為斷層在某個(gè)時(shí)期活動(dòng)強(qiáng)度的大小，即為下降盤與上升盤厚度差與沉積時(shí)間的比值。

應(yīng)用“斷層活動(dòng)速率”來(lái)研究斷層活動(dòng)性有2個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn):①由于加入了沉積時(shí)間的因素，因此它更能反映斷層在某個(gè)時(shí)期的活動(dòng)強(qiáng)弱;②可以更好地解決斷層兩盤有地層缺失或未沉積的情況。例如生長(zhǎng)指數(shù)，當(dāng)斷層下盤未沉積時(shí)，則無(wú)法計(jì)算。

設(shè)H層下降盤厚度為H1、沉積速度v1，上升盤厚度為H2、沉積速度v2，沉積時(shí)間為T，則斷層在該時(shí)期活動(dòng)速率=(H1－H2)/T=(v1*T－v2

*T)/T=v1－v2，則可理解為兩盤地層沉積速度差。楊村斷裂中部(龍崗—小關(guān)地區(qū))上升盤新生代地層缺失，則v2等于0，此時(shí)斷層活動(dòng)速率為v1，即下降盤地層沉積速率。

本次研究沿楊村斷裂共抽取50多個(gè)樣點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，明確了阜寧組、戴南組和三垛組三個(gè)主要地質(zhì)時(shí)期斷層活動(dòng)特點(diǎn)。

阜寧組(E1f)時(shí)期，楊村斷裂活動(dòng)速率在速率統(tǒng)計(jì)圖上表現(xiàn)為“單峰”，龍崗深凹部位對(duì)應(yīng)部位的斷裂活動(dòng)速率最大，峰值達(dá)260 m/Ma，活動(dòng)強(qiáng)度遠(yuǎn)高于其它地區(qū)。汊澗—汊西次凹部位對(duì)應(yīng)的活動(dòng)速率次之，為100 m/Ma，小關(guān)—閔南地區(qū)活動(dòng)速率最小，為50 m/Ma左右。各地區(qū)楊村斷層活動(dòng)速率由大到小排序是:龍崗—汊西—汊澗—夏家營(yíng)—秦營(yíng)—便宜集—小關(guān)—閔南，楊村斷層在龍崗、汊澗次凹地區(qū)的強(qiáng)烈活動(dòng)，控制了兩次凹的發(fā)育(圖2)。

戴南組(E2d)時(shí)期，楊村斷裂活動(dòng)速率整體大幅增大，龍崗深凹部位仍然是活動(dòng)速率極大值區(qū)，峰值達(dá)600 m/Ma。便宜集地區(qū)斷層活動(dòng)強(qiáng)度增大明顯，活動(dòng)速率達(dá)到200 m/Ma，汊澗—汊西地區(qū)為150 m/Ma。西段秦營(yíng)地區(qū)、東段小關(guān)—閔南地區(qū)活動(dòng)速率在100 m/Ma，沿走向楊村斷層活動(dòng)速率由大到小排序依次是:龍崗—便宜集—汊西—汊澗—夏家營(yíng)—小關(guān)—閔南—秦營(yíng)。該時(shí)期楊村斷層活動(dòng)特別強(qiáng)烈，進(jìn)一步控制龍崗、汊澗次凹演化(圖3)。

圖2 楊村斷層E1f沉積時(shí)期活動(dòng)速率

圖3 楊村斷層E2d沉積時(shí)期活動(dòng)速率

圖4 楊村斷層三垛組(E2s)沉積時(shí)期活動(dòng)速率

E2s時(shí)期，楊村斷層活動(dòng)速率整體大幅降低，在10～80 m/Ma，活動(dòng)速率統(tǒng)計(jì)圖表現(xiàn)為“三峰”特點(diǎn)，分別對(duì)應(yīng)于龍崗、便宜集、秦營(yíng)地區(qū)。龍崗深凹部位依然是楊村斷層活動(dòng)最強(qiáng)地區(qū)，峰值為80 m/Ma，汊澗次凹主體部位(便宜集地區(qū))斷層活動(dòng)速率次之，峰值為60 m/Ma，秦營(yíng)地區(qū)對(duì)應(yīng)活動(dòng)速率在35～50 m/Ma之間，小關(guān)—閔橋地區(qū)斷層活動(dòng)趨緩—停滯，活動(dòng)速率小于10 m/Ma。受楊村斷層控制，龍崗、汊澗次凹最終演化成金湖凹陷第二、三大生烴次凹(圖4)。

總的來(lái)講，楊村斷裂時(shí)空活動(dòng)速率存在明顯差異，時(shí)間上，E2d沉積期楊村斷層活動(dòng)強(qiáng)度最大，E1f次之，E2s最弱，這也與蘇北盆地構(gòu)造沉降演化規(guī)律相一致;空間上，龍崗、汊澗深凹帶活動(dòng)強(qiáng)度一直很大，龍崗深凹部位是楊村斷層活動(dòng)速率極大值區(qū)，小關(guān)—閔南地區(qū)一直最小。

2 楊村斷裂控圈、控藏特征

2.1 斷裂控圈特征

楊村斷裂可能發(fā)育的圈閉類型可分為構(gòu)造類型和非構(gòu)造類型兩大類［3］。

2.1.1 構(gòu)造類型圈閉

該類圈閉主要包括兩種類型:①楊村斷層及其分支斷層控制的“斷塊型”圈閉;②由地層逆牽引形成的“背斜型”圈閉。

斷塊型圈閉在楊村斷層西段特別發(fā)育，該區(qū)發(fā)育大量近東西向—北西向羽狀斷層，與北東向楊村斷層共同控制形成呈北東向展布的斷塊圈閉群，目前發(fā)現(xiàn)的Q2、T95、Q5等含油塊均屬于該構(gòu)造類型。另外在楊村東段發(fā)育一些由多條斷裂和楊村斷層共同控制的呈階梯狀分布的斷塊圈閉，如G5、G6塊油藏。

背斜型圈閉主要是由于逆牽引作用而形成的具有一定構(gòu)造背景的圈閉，在局部地區(qū)發(fā)育，小關(guān)地區(qū)的G1－1油藏就屬于該類型。

2.1.2 非構(gòu)造類型圈閉

該類圈閉主要包括三種類型:①扇控型;②砂體上傾尖滅型;③古潛山型(楊村上升盤)。

扇控型圈閉是由于楊村斷裂上升盤事件性物源向下降盤推進(jìn)而形成的巖性圈閉，該類圈閉分布相對(duì)局限，平面上呈點(diǎn)狀分布，砂體橫向變化快。夏家營(yíng)—便宜集地區(qū)的X1、B1井均鉆探到大量近源礫巖、角礫巖，證實(shí)局部地區(qū)存在扇控型圈閉形成的基本條件，該類圈閉是楊村斷裂勘探挖潛的重點(diǎn)方向之一。

砂體上傾尖滅型是指砂體隨地層往楊村斷層快速尖滅而形成的巖性圈閉，該類圈閉主要發(fā)育在地層強(qiáng)烈正牽引區(qū)，楊村斷裂下降盤發(fā)育正牽引的地區(qū)均可能發(fā)育該類型圈閉，是楊村斷裂勘探拓展的重點(diǎn)方向之一。

古潛山圈閉主要是指楊村斷裂上升盤發(fā)育的古生界潛山構(gòu)造，但受制于地震資料品質(zhì)，該類圈閉勘探難度很大。

2.2 斷裂控藏特征

斷裂控藏作用是一個(gè)非常復(fù)雜的、多因素控制的動(dòng)態(tài)過(guò)程［4－5］，本次研究著重從斷層活動(dòng)性、應(yīng)力狀態(tài)、斷面形態(tài)等幾個(gè)方面來(lái)分析楊村斷裂對(duì)油氣運(yùn)聚的控制作用，總結(jié)斷裂體系與現(xiàn)今油藏分布的關(guān)系，共有以下四點(diǎn)認(rèn)識(shí):

(1)斷裂活動(dòng)性決定了斷層垂向啟閉性，強(qiáng)活動(dòng)斷裂利于油氣垂向疏導(dǎo)，弱活動(dòng)則利于油氣垂向保存。

周心懷等通過(guò)對(duì)我國(guó)東部斷陷性盆地—渤海海域斷裂的活動(dòng)性研究發(fā)現(xiàn):斷裂的活動(dòng)速率＞25 m/Ma則具有很強(qiáng)的輸導(dǎo)能力，可以起到油氣垂向運(yùn)移的通道作用，而其本身往往不具備控制油氣的能力，油氣則主要聚集在活動(dòng)速率較低(活動(dòng)速率＜10 m/Ma)的次級(jí)斷裂附近。表明斷層活動(dòng)速率與油氣聚集存在一定關(guān)系，油氣主運(yùn)移期斷層活動(dòng)速率大小決定了其垂向溝通油氣的能力。據(jù)前人研究，金湖凹陷大規(guī)模生排烴期是在三垛末期(據(jù)唐焰等，2005)，那么該時(shí)期斷層的活動(dòng)性，也就決定了其油氣溝通能力。

楊村斷層三垛期活動(dòng)速率在龍崗、便宜集地區(qū)相對(duì)應(yīng)部位活動(dòng)速率大，在50～80 m/Ma(圖4)，屬于中等—強(qiáng)烈活動(dòng)性質(zhì)，垂向疏導(dǎo)能力強(qiáng)，油氣更容易通過(guò)斷層在垂向上作長(zhǎng)距離運(yùn)移。例如小關(guān)地區(qū)鉆探的G5井，其在上含油氣系統(tǒng)E2d2、E2d1油氣顯示活躍，顯示井段近600 m，并發(fā)現(xiàn)多套油層，便宜集地區(qū)雖然還沒(méi)發(fā)現(xiàn)油藏，但該區(qū)鉆井油氣顯示活躍，層系多。相對(duì)來(lái)說(shuō)，楊村斷裂其它部位三垛期活動(dòng)速率偏低，斷層活動(dòng)活動(dòng)速率小于40 m/Ma，屬于中等活動(dòng)—弱活動(dòng)性質(zhì)，斷層垂向溝通油氣能力很弱，油氣主要沿?cái)鄬幼鞫叹嚯x運(yùn)移。例如楊村斷裂秦營(yíng)地區(qū)，目前所發(fā)現(xiàn)的油藏層系上主要集中在下含油氣系統(tǒng) E1f4+3、E1f2，油氣總體表現(xiàn)為“近源短聚”的成藏特點(diǎn)。

楊村斷層與分支斷層共同控制的斷塊型圈閉是楊村下降盤最發(fā)育的圈閉類型，其分支羽狀斷裂的活動(dòng)強(qiáng)度也影響了油氣的聚集。以楊村西段為例，該區(qū)羽狀斷層三垛期的活動(dòng)速率基本在10 m/Ma以下，屬于弱活動(dòng)—不活動(dòng)的性質(zhì)，對(duì)油氣主要起保存作用(圖5)。

圖5 楊村斷層西段羽狀斷層不同時(shí)期活動(dòng)速率

楊村主、次斷層差異性活動(dòng)特點(diǎn)，為下降盤羽狀圈閉提供了很好的油氣運(yùn)聚運(yùn)聚模式，即楊村斷層垂向疏導(dǎo)油氣，分支斷層聚集保存油氣，目前發(fā)現(xiàn)的T95塊、Q2塊、Q5塊都是基于該成藏模式。

(2)楊村斷裂側(cè)向封閉性好，分支斷裂側(cè)向封堵能力影響了油氣富集程度。

前文已述，斷裂活動(dòng)決定斷層垂向啟閉性，而一個(gè)圈閉是否能夠成藏，與斷層側(cè)向封堵密切相關(guān)［6－7］，斷裂側(cè)向封堵能力直接影響了油氣的富集程度。楊村斷裂下降盤主要圈閉類型為斷塊型，楊村斷裂及其分支斷裂側(cè)向封堵條件均對(duì)油氣富集有影響。

研究表明，復(fù)雜斷裂帶隨著活動(dòng)強(qiáng)度的變化，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生明顯的變化，即當(dāng)斷裂活動(dòng)強(qiáng)度增大到一定程度時(shí)，斷裂帶內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生明顯“斷層泥”(圖6)，從而阻礙了油氣的側(cè)向運(yùn)移。因此，我們認(rèn)為楊村斷層具有較好的側(cè)向封閉性，在活動(dòng)強(qiáng)度大的地區(qū)，“斷層泥”更發(fā)育，側(cè)向封閉性可能更好，那么其分支斷層的側(cè)向封閉性則直接影響了油氣的富集程度。

圖6 斷裂帶內(nèi)部隨活動(dòng)強(qiáng)度變化示意圖(據(jù)吳智平，2008)［8］

以楊村西段T95塊、Q4塊為例:T95塊T31羽狀分支斷層斷距約80～100 m，小于該區(qū)E1f4泥巖厚度，E1f4下部?jī)?chǔ)層與封擋盤泥巖段對(duì)接，側(cè)向封擋條件好，含油層段長(zhǎng);T30圈閉斷距約80 m，對(duì)盤E2d砂巖百分含量為30%，側(cè)向封堵條件差，導(dǎo)致鉆探落空。Q4塊T31斷距約120～180 m，對(duì)接于E1f3上部，對(duì)接盤砂巖含量約21%，側(cè)向封擋存在隨機(jī)性，該井雖取得成功，但含油層系較少，主要原因就是其側(cè)向封擋隨機(jī)影響了油氣的富集規(guī)模。

(3)斷面形態(tài)控制了油氣有利運(yùn)聚方向。

斷面按其形態(tài)劃分，可分為平面、凹面、凸面三種(圖7)，不同的斷面形態(tài)影響油氣的運(yùn)聚，當(dāng)斷面為平面，油氣呈平行式運(yùn)移;當(dāng)主斷面為凹面，油氣呈發(fā)散式運(yùn)移;當(dāng)主斷面為凸面，油氣呈匯聚式運(yùn)聚，為油氣運(yùn)聚最有利的斷面形態(tài)。

通過(guò)楊村斷裂斷面三維可視化顯示發(fā)現(xiàn)，楊村斷裂西段的秦營(yíng)、便宜集、夏家營(yíng)地區(qū)主斷面均表現(xiàn)為凸面形態(tài)(圖8)，是油氣有利的匯聚區(qū)，而這些地區(qū)也是楊村斷裂近幾年勘探亮點(diǎn)地區(qū)。

(4)斷裂強(qiáng)活動(dòng)區(qū)是尋找扇控型巖性油藏有利地區(qū);

楊村斷裂不同部位、不同時(shí)期斷層活動(dòng)速率均有差異，在活動(dòng)劇烈的部位往往容易形成沖積扇、水下扇等局部沉積體系，向下降盤推進(jìn)。夏家營(yíng)地區(qū)的X1、B1井，小關(guān)地區(qū)的G5、G6井在戴南組均鉆遇大套反映近源沉積的粗礫、細(xì)礫巖等，與正常沉積巖性差異明顯，這些扇體與楊村斷層活動(dòng)特點(diǎn)有很好的對(duì)應(yīng)性，縱向上，楊村斷層戴南組時(shí)期活動(dòng)強(qiáng)度最大，橫向上，龍崗深凹、夏家營(yíng)地區(qū)一直是活動(dòng)最強(qiáng)烈的地區(qū)。

該類扇體一般緊貼大斷裂、斷階帶分布，可以形成巖性—斷層復(fù)合型圈閉，油氣可以通過(guò)斷層垂向調(diào)整，聚集成藏，在地震剖面上表現(xiàn)為楔形、反射增多、地層局部加厚等現(xiàn)象。目前該類油藏尚未取得發(fā)現(xiàn)，是楊村斷裂勘探挖潛的重點(diǎn)方向之一。

圖8 楊村斷裂主斷面三維顯示

3 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

(1)楊村斷裂整體處于斜向拉伸應(yīng)力背景下，西段走滑作用占主導(dǎo)，東段拉張作用占主導(dǎo)，剖面構(gòu)造樣式主要包括鏟狀、y狀、反y狀、多級(jí)y狀、順向平行狀、反向平行狀、地壘狀、地塹狀等樣式。

(2)楊村斷裂時(shí)空上活動(dòng)差異明顯，時(shí)間上，E2d沉積期楊村斷層活動(dòng)強(qiáng)度最大，E2f次之，E2s最弱;空間上，龍崗、夏家營(yíng)、汊澗地區(qū)活動(dòng)強(qiáng)度一直很大，龍崗深凹部位是楊村斷層活動(dòng)速率極大值區(qū)，小關(guān)—閔南地區(qū)一直最小。

(3)斷裂活動(dòng)性決定了斷層垂向啟閉性，強(qiáng)活動(dòng)斷裂利于油氣垂向疏導(dǎo)，弱活動(dòng)則利于油氣垂向保存，楊村斷裂主次斷層活動(dòng)性匹配為斷塊型圈閉提供了很好的油氣成藏模式;楊村斷裂側(cè)向封閉性好，分支斷裂側(cè)向封堵情況影響了油氣富集程度;斷面形態(tài)控制了油氣有利運(yùn)聚方向。

(4)楊村斷層強(qiáng)烈活動(dòng)區(qū)應(yīng)堅(jiān)持E2d、E1f多層系主體勘探，同時(shí)探索扇控型巖性圈閉，尋求隱蔽油藏突破;在楊村斷裂弱活動(dòng)區(qū)則應(yīng)堅(jiān)持“主攻E1f，兼探E2d”的思路，重點(diǎn)尋求E1f油藏的新發(fā)現(xiàn)。

［1］ 陳安定.蘇北箕狀斷陷形成的動(dòng)力學(xué)機(jī)制［J］．高校地質(zhì)學(xué)報(bào)，2001，7(4):408 －418.

［2］ 朱光，謝成龍，陳娟，等.金湖凹陷復(fù)雜斷裂帶構(gòu)造演化特征及構(gòu)造樣式分析［R］．江蘇油田，2014，177－182.

［3］ 邱旭明.蘇北盆地?cái)鄩K圈閉分類及油氣成藏特征［J］．石油與天然氣地質(zhì)，2003，24(4):371 －374.

［4］ 趙文智，何登發(fā)，翟輝.復(fù)合含油氣系統(tǒng)中油氣運(yùn)移流向研究的意義［J］．石油學(xué)報(bào)，2001，22(4):7 －13.

［5］ 張文華.關(guān)于斷層在斷陷盆地中對(duì)油氣運(yùn)聚作用的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)［J］．現(xiàn)代地質(zhì)，1994，8(2):194 －197.

［6］ 劉玉瑞．蘇北盆地?cái)鄬臃舛骂愋图岸吭u(píng)價(jià)．石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)［J］．2009，31(5):531 －536．

［7］ 王來(lái)斌，徐懷民.斷層封閉性研究進(jìn)展［J］．新疆石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2003，15(1):11 －15.

［8］ 吳智平，陳偉，薛雁，等．?dāng)嗔褞У慕Y(jié)構(gòu)特征及其對(duì)油氣的輸導(dǎo)和封堵性．地質(zhì)學(xué)報(bào)［J］．2010，84(4):570 －577．