斷陷盆地構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶對砂體分布影響研究

劉子漩，吳 冬

(1.中國石化江蘇油田分公司采油一廠，江蘇 揚州 225265；2.中國石油大學(xué)(北京)地球科學(xué)學(xué)院，北京 昌平 102249)

斷陷盆地構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶對砂體分布影響研究

劉子漩1，吳 冬2

(1.中國石化江蘇油田分公司采油一廠，江蘇 揚州 225265；2.中國石油大學(xué)(北京)地球科學(xué)學(xué)院，北京 昌平 102249)

構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶是油氣勘探的重要地區(qū)，廣泛分布于各類擠壓和伸展盆地。斷陷湖盆構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶主要由2條同沉積正斷層構(gòu)成，包含3個要素：正斷層、位移和構(gòu)造變形。構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶可以按不同規(guī)模分級，反映了盆內(nèi)和盆間、構(gòu)造活動和沉積作用以及層序構(gòu)型和砂體分布的差異。按主干正斷層傾向和分布可以將構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶劃分為15種類型，不同類型中構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶和沉積砂體分布模式不同。構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶對油氣勘探的意義主要表現(xiàn)在對砂體富集的影響，也表現(xiàn)在對油氣運移和圈閉形成的影響。單純的構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶的刻畫不足以準確預(yù)測砂體分布，還應(yīng)該結(jié)合物源供給、波浪作用等分析。

斷陷盆地 構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶 構(gòu)造調(diào)節(jié)帶 構(gòu)造傳遞帶 砂體預(yù)測 油氣勘探

1 構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶研究歷史

目前學(xué)術(shù)界普遍認為，構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶的概念最早由Dahlstrom在1970年提出，旨在研究逆沖擠壓構(gòu)造背景內(nèi)的推覆體[1]。上世紀80年代以來，包括Morley和Faulds在內(nèi)的地質(zhì)學(xué)家對東非大陸裂谷盆地中伸展環(huán)境(走滑拉張)下形成的構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶開展研究，取得了重要認識和成果[2-3]。Peacock和Sanderson提出了“轉(zhuǎn)換斜坡”模型，而Gupta和Scholz則將構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶正斷層間的連接方式細分為“硬連接”和“軟連接”[4-5]。1991年，李士范將Morley等的研究成果引入國內(nèi)[6]。隨后，胡望水和王燮培、劉德來等較早地將構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶的概念運用到石油地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域，在松遼盆地開展研究[7-8]。近段時間在我國東部伸展盆地，構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶研究可謂“不溫不火”，每年發(fā)表的學(xué)術(shù)論文數(shù)量有限，但源源不斷，逐步推進。趙紅格等和劉劍平等對構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶相關(guān)術(shù)語開展討論[9-10]； 史文東等則指出斷層轉(zhuǎn)換帶和油氣富集密切相關(guān)[11]；孫向陽和任建業(yè)、王風(fēng)華和李榮權(quán)進一步指出構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶與儲集砂體分布具有良好對應(yīng)關(guān)系，將構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶研究和巖性—地層圈閉勘探結(jié)合[12-13]；周心懷等經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)換帶能夠改善儲層質(zhì)量[14]；劉恩濤等則發(fā)現(xiàn)構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶地區(qū)油氣成藏模式獨特[15]。

2 構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶概念定義

總體來說伸展盆地中構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶是主干正斷層伸展位移誘導(dǎo)出的調(diào)節(jié)性構(gòu)造變形帶[16]，該論述包含了至少3個方面的要素：正斷層、位移、調(diào)節(jié)性構(gòu)造變形。王家豪等直接將Morley等提出的概念翻譯成“變換帶”[17]，而孫向陽和任建業(yè)則翻譯成“轉(zhuǎn)換帶”[12]。趙紅格等認為，構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶是平行于拉張方向具走滑和斜滑斷層作用的不連續(xù)帶，而調(diào)節(jié)帶是多個斷層疊覆終止的區(qū)帶[9]。劉劍平等則認為伸展構(gòu)造背景下發(fā)育調(diào)節(jié)帶和傳遞帶[10]，但從模型來看，該處傳遞帶就是趙紅格等提出的轉(zhuǎn)換帶。張亞敏和陳發(fā)景借Mull的分類方案，在中非蘇丹Muglad盆地識別出9種調(diào)節(jié)帶[18]；竇立榮在蘇丹Melut盆地將調(diào)節(jié)帶劃分為高斜坡、低斜坡和傳遞斷坡等3大類[19]；回到Muglad盆地，Wu等識別出3大類構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶，并結(jié)合物源供給輸入方向建立起9種地質(zhì)模型[20]。通過上述概念分析與討論，筆者認為“構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶”和“構(gòu)造變換帶”具備同一涵義，單純而宏觀地強調(diào)了構(gòu)造中繼(relay)和變形(deformation)，并未特指某種力學(xué)屬性。“構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶”可細分為“調(diào)節(jié)帶(accommodation zone)”和“傳遞帶(transfer zone)”(圖1)[9-10]，強調(diào)了構(gòu)造變形的特定屬性。

圖1 斷陷盆地中典型傳遞帶和調(diào)節(jié)帶

(據(jù)趙紅格等，2000，修改)[9]

漆家福指出前者是主干正斷層產(chǎn)狀、位移沿斷層傾向變化導(dǎo)致發(fā)育的構(gòu)造變形，后者是主干正斷層位移沿走向發(fā)生變化及多條正斷層相互作用導(dǎo)致發(fā)育的構(gòu)造變形[16]。筆者認為斷陷盆地中斷層普遍發(fā)育，斷層平面組合多樣復(fù)雜，詳細分類雖存在學(xué)術(shù)必要，但實際工作中很難非常清晰地定義什么是調(diào)節(jié)帶，什么是傳遞帶，為方便起見，本文依然統(tǒng)稱這一類構(gòu)造變形地區(qū)為“構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶”。

3 構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶規(guī)模分級

吳康軍等根據(jù)盆地尺度將構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶劃分為盆間轉(zhuǎn)換帶和盆內(nèi)轉(zhuǎn)換帶[21]。盆間轉(zhuǎn)換帶影響著不同半地塹的物源供給和地層發(fā)育，沉積物多經(jīng)由長軸方向進入盆地，又有盆間山脊、共軛轉(zhuǎn)換斜坡、轉(zhuǎn)換斷層和同向轉(zhuǎn)換斜坡4類。盆內(nèi)轉(zhuǎn)換帶包括盆內(nèi)轉(zhuǎn)換斷層和盆內(nèi)轉(zhuǎn)換斜坡，主要影響了局部相帶的分布。筆者認為，盆間轉(zhuǎn)換帶和盆內(nèi)轉(zhuǎn)換帶的劃分，其內(nèi)涵在于“源”和“渠”的差異，大規(guī)模的盆間轉(zhuǎn)換帶控制著沉積“物源”供給口，小規(guī)模的盆內(nèi)轉(zhuǎn)換帶控制著碎屑物質(zhì)在盆內(nèi)的搬運“渠道”。

圖2 蘇丹Muglad盆地Unity凹陷與Bamboo凹陷及其轉(zhuǎn)換帶構(gòu)造(據(jù)童曉光等，2004)[23]

張林等根據(jù)同沉積斷層發(fā)育規(guī)模將濟陽坳陷構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶劃分為一級和二級[22]。研究認為一級構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶對坳陷起到了構(gòu)造分區(qū)的作用，強調(diào)了對“構(gòu)造”的影響，而二級構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶調(diào)節(jié)凹陷內(nèi)局部斷塊，進一步影響砂體平面分布樣式，強調(diào)了對“沉積”的影響。

Wu等根據(jù)同沉積斷層對Muglad盆地Fula凹陷內(nèi)部層序構(gòu)型影響與否將凹陷內(nèi)構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶劃分為大規(guī)模(中央)構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶和小規(guī)模構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶[20]。Fula凹陷中央構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶宏觀上并未體現(xiàn)出對沉積砂體分布的影響，但直接造成了Fula凹陷層序構(gòu)型的南北差異。Fula凹陷北部為簡單箕狀層序，往南逐漸由轉(zhuǎn)換帶層序轉(zhuǎn)變?yōu)榈貕q式層序，地層分布亦發(fā)生顯著變化。類似的情況發(fā)生在Muglad盆地1/2/4區(qū)，大規(guī)模構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶的存在使得北部的Bamboo凹陷整體呈東斷西超，南部的Unity凹陷整體呈西斷東超(圖2)[23]。另一方面，小規(guī)模構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶的發(fā)育雖未造成凹陷層序構(gòu)型整體尺度的改變，但往往控制著沉積砂體的搬運路徑，形成油氣儲集體富集區(qū)，這一部分將在下面詳細介紹。

4 構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶類型劃分

對構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶類型的劃分，又由于依據(jù)不同有多種分類方法。根據(jù)規(guī)模分類前段已經(jīng)提及，還可根據(jù)力學(xué)成因[21]、正斷層幾何關(guān)系分類[2，16]等。這其中，按照正斷層幾何關(guān)系分類對研究沉積物平面分布、刻畫砂體最具意義。通過對不同學(xué)者公開發(fā)表的學(xué)術(shù)文獻調(diào)研[16，20，24]、歸納分析，根據(jù)正斷層傾向以及平面組合關(guān)系，筆者將斷陷盆地構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶類型劃分為同向共線直線型、同向共線凹型、同向共線凸型、同向趨近型、對向趨近型、背向趨近型、同向疊覆型、對向疊覆型、背向疊覆型、同向傳遞型、對向傳遞型、背向傳遞型、同向平行型、對向平行型和背向平行型等15種(圖3)。

同向共線型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶出現(xiàn)在2個斷層尖滅點并未相互疊覆的情況下，這兩條斷層傾向相同，延伸方向在同一直線或者弧線。如圖3所示，同向共線型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶又可以進一步分為同向共線直線型、同向共線凹型和同向共線凸型3小類，正斷層下盤斷塊的旋轉(zhuǎn)形成了構(gòu)造高部位(例如山脈)，始于下盤的早期沉積物流受到這些構(gòu)造高部位的阻礙，進而發(fā)生變道，從斷層尖滅點處搬運出來，這些斷層尖滅點往往位于構(gòu)造低部位(圖3A-C)。

圖3 斷陷盆地構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶類型與沉積砂體分布(據(jù)Wu等，2015，修改)[20]

趨近型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶是由2條相對獨立的同沉積正斷層組成，斷層尖滅點相互之間存在一定距離，彼此趨近，故而得名。根據(jù)正斷層傾向以及平面分布特征不同，趨近型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶又可以進一步細分為同向趨近型、對向趨近型、背向趨近型3小類。趨近型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶斷層尖滅點之間的低勢區(qū)是沉積物通過的有利地區(qū)(圖3D-F)。

當2條斷層尖滅點相互重疊時，便形成了疊覆型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶，此時2條斷層的位移量發(fā)生疊加，往往在轉(zhuǎn)換帶區(qū)域內(nèi)形成構(gòu)造(缺口)斜坡(圖4)。其中，對向疊覆型和背向疊覆型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶2條主干斷層其中1條的下盤與另1條的上盤直接連接，沉積物自發(fā)地從高地勢的下盤運移到低地勢的上盤，而不一定穿過構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶區(qū)。如果想讓沉積物穿過斷層尖滅點之間的區(qū)域，這對2個因素存在一定要求：沉積物流搬運的方向與斷層走向的匹配度、斷面的構(gòu)造地貌特征。另一方面，同向疊覆型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶斜坡是沉積物搬運的有利通道，碎屑物質(zhì)從下盤而來，經(jīng)過構(gòu)造斜坡在地勢較低的上盤沉積，形成辮狀河三角洲或曲流河三角洲(圖3G-I)。

D=斷層位移；L=斷層長度

圖4 正斷層演化階段和位移疊加示意

(據(jù)Gawthorpe等，2000)[25]

傳遞型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶2條主干正斷層之間通過傳遞斷層相互連接，可以進一步分為同向傳遞型、對向傳遞型、背向傳遞型3小類。研究認為，還可以根據(jù)2條主干斷層尖滅點是否疊覆進一步細分出同向傳遞型Ⅰ類和同向傳遞型Ⅱ類(圖3J-K)，對向傳遞型Ⅰ類和對向傳遞型Ⅱ類以及背向傳遞型Ⅰ類和背向傳遞型Ⅱ類，由于篇幅有限后4種模型在此不列出?？傮w來看，傳遞型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶對沉積砂體搬運和沉積的影響集中在了其中1條主干正斷層和傳遞斷層之上。傳遞型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶對沉積物輸入和搬運的影響類似于趨近型和疊覆型，但又由于傳遞斷層的存在而有所不同。

平行型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶由一系列彼此平行的正斷層組成，鑒于正斷層的傾向不同，平行型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶又可以進一步分為3小類：同向平行型、對向平行型和背向平行型。平行型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶多見于斷陷盆地的斷階帶，受構(gòu)造應(yīng)力場影響，該區(qū)域既可發(fā)育一小類平行型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶，也可發(fā)育多個小類，進而組成復(fù)合型(圖3L)。這3小類構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶的樣式不同，但其對于沉積物流的控制作用幾乎一樣：正斷層彼此相互平行，上下盤的錯斷形成了構(gòu)造位移，進而為碎屑物質(zhì)搬運和沉積提供了可容空間。筆者認為，平行型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶對沉積物的影響應(yīng)該是順著正斷層走向的，當沉積物搬運方向垂直正斷層走向時，正斷層的影響應(yīng)該算作同向共線型或者斷裂坡折帶范疇。

值得注意的是，在建立構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶沉積物供給、搬運和堆積模型的時候，必須注意構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶自身的地勢高低和沉積物流流體勢之間的關(guān)系。以同向共線型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶為例，沉積物流的方向不是單向的，沉積物流既可以從正斷層下盤搬運至上盤，亦可以從正斷層上盤搬運至下盤，這主要和2個斷盤地勢高低有關(guān)(圖3M-O)。例如在蘇丹Muglad盆地Fula凹陷東部斷階帶，反向同沉積斷層在控制沉積物流、影響沉積分布等方面扮演了重要角色[20]。此時同向共線凸型比同向共線直線型和同向共線凹型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶更容易匯聚沉積物流，正是由于這3類構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶的存在，沉積物才可以跨越一系列反向斷層搬運到凹陷中央。

5 構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶油氣意義

絕大多數(shù)研究中，構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶與油氣富集的關(guān)系體現(xiàn)在其與儲集砂體發(fā)育存在一定聯(lián)系。構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶正斷層本身可以充當斷裂破折(如前所述這更應(yīng)該視為斷裂坡折帶的研究范疇)，在坡折帶之上發(fā)育高位三角洲砂體，是良好的儲集層，坡折帶之下發(fā)育滑塌濁積扇，可作為巖性—地層圈閉勘探的重點目標。從平面上來看，構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶對沉積物以及儲集砂體分布的影響主要集中在對物源輸入和搬運通道的控制作用[15]。

此外，近幾年來不同學(xué)者在對渤海灣盆地、北部灣盆地以及東海盆地研究指出，構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶往往地形較高，加之斷層頻繁開啟、相互切割，是良好的油氣運移指向區(qū)，對于油氣疏導(dǎo)和富集意義重大。同時構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶多與不整合面配置，形成一系列構(gòu)造圈閉、地層—巖性圈閉[15，26]。

必須指出的是，雖然不同類型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶的識別和劃分相對清晰明確，但由于斷陷盆地斷裂極為發(fā)育，斷層組合又具有一定的主觀性，因此實際工作中，構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶的刻畫存在一定難度。另一方面，即便能夠較為成功地刻畫構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶分布特征，對沉積物的分布依然所知甚少。然而通過對現(xiàn)代沉積考察發(fā)現(xiàn)，雖然說構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶形成的斜坡對沉積物的控制作用毋庸置疑，但三角洲扇體的形態(tài)卻不盡然。現(xiàn)實環(huán)境中，圖5D中三角洲的外形存在不穩(wěn)定性，當然也可能發(fā)育，但應(yīng)該不易保存。盡管三角洲主物源方向受到了轉(zhuǎn)換帶的調(diào)節(jié)和改變，三角洲砂巖仍能夠保持均勻分布(圖5C)。再者，從現(xiàn)代沉積考察實例還可以發(fā)現(xiàn)，即便構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶類型不同，其前端發(fā)育的三角洲砂體形態(tài)仍可相似(圖5C)。這個實例告訴我們斷陷盆地中沉積物的分布不僅僅受控于構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶，還受控于沉積物供給和波浪作用。因此，發(fā)現(xiàn)并很好地刻畫了構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶，也不能認為就確定了砂巖的分布特征，部署勘探井位。如果缺少物源供給，即便是發(fā)育構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶，也不會沉積任何扇體。反之，在深入探討構(gòu)造控制作用的基礎(chǔ)之上，綜合考慮物源供給、波浪作用等一系列因素，便能夠很好地預(yù)測沉積物分布，刻畫有利砂體，部署井位。

(A)青海省勒斜武擔湖位置；(B)Google Earth衛(wèi)星照片顯示構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶對勒斜武擔湖的控制作用；(C)對圖B的簡筆素描；(D)構(gòu)造作用控制下的扇體形態(tài)

圖5 現(xiàn)代構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶和沉積扇體關(guān)系(據(jù)Wu等，2015)[20]

6 結(jié)論

目前學(xué)術(shù)界對于構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶的概念、模型以及其與油氣富集、圈閉勘探之間的關(guān)系存在爭論。本文試圖通過文獻調(diào)研，綜合國內(nèi)外研究實例，對上述問題展開討論，并提出相應(yīng)的解決方法。在轉(zhuǎn)換帶類型劃分方面，通過建立一系列構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶和沉積砂體分布模型，強調(diào)構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶研究離不開對沉積物源供給的匹配性分析。進一步指出，構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶類型和沉積扇體性質(zhì)、分布關(guān)系不大，其對于沉積物的影響更多地局限于對沉積物輸入點的控制，單純依賴構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶直接預(yù)測砂體存在一定風(fēng)險，需要結(jié)合更多因素(物源、波浪)分析才能較為準確地刻畫沉積相帶，預(yù)測油氣富集帶和勘探有利區(qū)。

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(編輯 曹征遠)

The effect of structural transform zone on sandbody distribution in a fault basin

Liu Zixuan1，Wu Dong2

(1.No.1OilProductionPlantofJiangsuOilfieldCompany，SINOPEC，Yangzhou225265，China；2.CollegeofGeosciences，ChinaUniversityofPetroleum，Beijing102249，China)

The structural transform zones，widely distributed in various types of compressional and extensional basins，are important areas for oil and gas exploration.The structural transform zone in a fault basin is mainly composed of two synsedimentary normal faults，with three elements of normal faults，displacement，and structural deformation.The structural transform zone can be classified by different scale，reflecting the differences between inside of basin and inter- basin，tectonic activity and deposition，as well as sequence stratigraphic architecture and sandbody distribution.According to the dip direction and distribution of main normal faults，the structural transform zone can be divided into 15 types.There are various structural transform zones and sandbody distributions in each type.The structural transform zone is favor of sandstone accumulation，as well as hydrocarbon migration and trap formation.A simple description is insufficient to accurately predict sandbody distribution.The source supply，wave action and other factors also should be taken into account.

fault basin；structural transform zone；accommodation zone；transfer zone；sandbody prediction；oil and gas exploration

2015-12-15；改回日期：2015-12-30。

劉子漩(1988—)，助理工程師，主要從事油氣田綜合研究。電話：0514-86763690，E-mail：liuzixuan.jsyt@sinopec.com。

10.16181/j.cnki.fzyqc.2016.01.004

121.2

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