渤中凹陷西北緣邊界斷層面特征與油氣成藏

龐小軍，王清斌，王飛龍，吳春新，張雪芳

(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300452)

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渤中凹陷西北緣邊界斷層面特征與油氣成藏

龐小軍，王清斌，王飛龍，吳春新，張雪芳

(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300452)

為解釋渤中凹陷西北緣陡坡帶邊界油氣分布的差異性并預(yù)測油氣藏的分布，利用三維地震、鉆井、測井和分析化驗等資料，探討了該地區(qū)斷層面形態(tài)對油氣運移和聚集的影響。結(jié)果表明：剖面上，渤中凹陷西北緣烴源巖之上的邊界斷層面形態(tài)主要以鏟式下凹型和座椅式下凸型為主，且均表現(xiàn)為上陡下緩的特征；平面上，邊界斷層面主要發(fā)育匯聚型、發(fā)散型、均勻型和復(fù)合型等4種類型。匯聚型和復(fù)合型的位置為油氣優(yōu)勢運移方向，當(dāng)匯聚型斷層面轉(zhuǎn)折帶的坡度小于33 °時，油氣易在古近系地層成藏；反之，油氣易在新近系地層成藏；而復(fù)合型斷層面以座椅式為主，油氣易被封堵在古近系并在座椅面附近及以下成藏。該研究對油氣分布的預(yù)測具有一定的指導(dǎo)意義。

渤中凹陷；陡坡帶；斷層；斷面形態(tài)；坡度；油氣

0 引 言

斷層對烴源巖、儲層、油氣運聚等控制方面的研究一直是石油地質(zhì)學(xué)的熱點[1-3]。斷層、不整合面和高孔滲砂體構(gòu)成油氣的優(yōu)勢運移通道[4-6]，斷層作為溝通烴源巖與儲層、淺層、深層的主要媒介，是油氣的主要運移通道之一，在油氣的二次運移和縱向分配過程中起著至關(guān)重要的作用。近年來，在渤中凹陷西北緣陡坡帶發(fā)現(xiàn)了大量油氣，油氣具有明顯的分帶性和分層性，淺層和深層均有發(fā)現(xiàn)，成藏條件復(fù)雜。由于鉆井少，且未發(fā)現(xiàn)大量的油氣，前人僅在層序地層、儲層展布、成巖演化等方面對該區(qū)進行了研究[7-9]，在斷層對油氣運聚方面的研究比較少。因此，在充分利用三維地震資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合鉆井等資料，探討了該區(qū)斷層面形態(tài)對油氣運聚的影響。

1 研究區(qū)概況

渤中凹陷為渤海海域內(nèi)的一個次級構(gòu)造單元，東部、南部、西部和北部依次與渤東低凸起、渤南低凸起、沙壘田凸起、石臼坨凸起相連，凹陷面積約為1.2×104km2[7-8]。研究區(qū)位于渤中凹陷的西部北緣，呈近南東向展布。鉆井揭示，該區(qū)新生界發(fā)育古近系孔店組、沙河街組(沙四段、沙三段、沙一段、沙二段)、東營組(東三段、東二下段、東二上段、東一段)、新近系館陶組(Ng)、明化鎮(zhèn)組(明下段、明上段)及第四系平原組[7-8]。

2014年，在渤中凹陷西北緣鉆探1口井，發(fā)現(xiàn)了厚層油氣；2015年開始對該區(qū)進行評價，最終發(fā)現(xiàn)了大型油氣田，顯示緊鄰?fù)蛊疬吔鐢鄬拥亩钙聨Ь哂芯薮蟮挠蜌獬刹貪摿Α?/p>

渤中凹陷油氣成藏條件分析認為，油氣主要來自沙三段的烴源巖，沙一、二段次之[10]，儲層和蓋層均較發(fā)育[7-8]，東二下段蓋層分布廣，為區(qū)域性蓋層。但該區(qū)斷層控制油氣成藏方面的研究欠缺，因此，從斷層面形態(tài)的角度出發(fā)，探討了該區(qū)斷層面形態(tài)與油氣成藏的關(guān)系。

2 斷層特征

2.1 斷層基本特征

渤中凹陷西北緣切穿沙三段和沙一、二段的斷層主要包括邊界斷層及次生斷層(圖1)。邊界斷層沿石臼坨凸起南緣分布，西側(cè)邊界斷層走向呈北西—南東向展布，傾向為南西；東側(cè)邊界斷層走向呈南西—北東向展布，傾向為南東。次生斷層主要呈南西—北東向展布，傾向為南東，局部次生斷層西側(cè)呈南西—北東向展布，東側(cè)呈北西—南東向展布。

圖1 研究區(qū)切穿油源的斷層平面分布

2.2 斷層面剖面形態(tài)特征

油氣從烴源巖排出后，沿著邊界斷層向上運移的過程中，受到斷層剖面形態(tài)制約。地震剖面上，邊界斷層主要以鏟式和座椅式斷層為主，邊界斷層的局部位置未切穿新近系。利用三維地震資料，對渤中凹陷西北緣邊界斷層22個位置淺層與深層之間轉(zhuǎn)折帶及新近系的斷層坡度進行了統(tǒng)計(圖2)，并分析了斷層剖面形態(tài)以及斷層坡度特征。

由圖2可知，渤中凹陷西北緣邊界斷層轉(zhuǎn)折帶主要發(fā)育在古近系、新近系斷層，坡度均比古近系轉(zhuǎn)折帶陡，具有鏟式下凹和座椅式下凸等2種斷層剖面形態(tài)。在L1、L12、L21、L22等4處新近系邊界斷層不發(fā)育，即上述4處的斷層僅在古近系發(fā)育。由西向東，沿斷層走向，斷層坡度具有陡—緩交替變化的特點。斷層轉(zhuǎn)折帶整體上表現(xiàn)為西陡東緩的特點，且東部與西部坡度差別較大；新近系亦具有西陡東緩的特點。以L9與L10之間為界，西部斷層坡度整體大于33.0 °，平均坡度為45.3 °；東部斷層坡度整體小于33.0 °，平均坡度為30.5 °。

圖2 研究區(qū)斷層剖面坡度

2.3 斷層面平面形態(tài)特征

斷層面在平面上具有凹凸不平的特征，根據(jù)斷層面在平面上的形態(tài)特征及其對油氣輸導(dǎo)的作用，在前人對斷層面平面形態(tài)劃分的基礎(chǔ)上[5-6]，將斷層面平面形態(tài)劃分為發(fā)散型、匯聚型、均勻型和復(fù)合型(圖3)。以凸起為參照對象，發(fā)散型的斷層面平面形態(tài)具有向上凸的特征，匯聚型的斷層面平面形態(tài)表現(xiàn)為向上凹的特點，均勻型的斷層面平面形態(tài)具有與斷層頂界面平行的特征，復(fù)合型的斷層面平面形態(tài)具有前3種形態(tài)中2種或2種以上的組合特征。按照斷層面剖面上部與下部的陡—緩關(guān)系，可進一步將發(fā)散型、匯聚型、均勻型斷層面對應(yīng)的剖面形態(tài)劃分為下凹型、平直型、上凸型；而復(fù)合型由于屬于發(fā)散型、匯聚型、均勻型之間的組合類型，斷層剖面上部和下部之間存在一個很明顯的過渡帶，往往以座椅型的形態(tài)發(fā)育。

圖3 斷層面平面形態(tài)與油氣運移的關(guān)系

在地震資料解釋的基礎(chǔ)上，對渤中凹陷西北緣沙三段烴源巖之上的斷層面進行追蹤，進而得到了斷層面在平面展布上的形態(tài)(圖4)。研究表明，渤中凹陷西北緣邊界斷層發(fā)育匯聚型、均勻型、發(fā)散型和復(fù)合型等4種斷層面平面類型。匯聚型、均勻型和發(fā)散型斷層面平面形態(tài)在剖面上發(fā)育上陡下緩的鏟式下凹型正斷層；復(fù)合型斷層面平面形態(tài)在剖面上發(fā)育上陡下緩且中間存在明顯臺階的座椅式正斷層。

3 斷層面形態(tài)與油氣分布的關(guān)系

渤中凹陷西北緣在館陶組至明化鎮(zhèn)組下段時期，烴源巖逐漸由低熟進入成熟階段，在明化鎮(zhèn)組下段時期開始排烴[10]，而從明化鎮(zhèn)組上段至今，烴源巖進入高成熟階段，開始大量排烴[10]。油氣在幕式充注條件下，斷層面上承載著上覆地層壓力，不同斷層面剖面形態(tài)對油氣的封堵能力不同，因此，斷層面剖面形態(tài)的差異性對中淺層油氣運移具有重要影響[5]；斷層面平面形態(tài)的凹凸不平造成油氣沿斷層面運移時具有明顯差異性，油氣由高勢區(qū)向低勢區(qū)運移，且總是向勢能減小最快的方向運移，并在低勢區(qū)的圈閉內(nèi)聚集油氣[6]。

渤中凹陷西北緣邊界斷層面剖面發(fā)育鏟式下凹型和座椅式下凸型2種類型。平面形態(tài)具有匯聚型、均勻型、發(fā)散型和復(fù)合型等4種斷層面平面類型。

圖4 研究區(qū)邊界斷層面形態(tài)與油氣輸導(dǎo)類型的關(guān)系

剖面上，座椅式下凸型斷層對油氣向淺層的輸導(dǎo)能力最差，油氣主要在古近系地層成藏，并在椅面上較富集(圖5a)；鏟式下凹型斷層對油氣向淺層的輸導(dǎo)能力較強，油氣主要在新近系地層成藏(圖5b)。但鏟式下凹型斷層的下部轉(zhuǎn)折帶坡度具體影響著油氣的輸導(dǎo)能力，渤中凹陷西北緣邊界斷層?xùn)|部轉(zhuǎn)折帶坡度小于33.0 °，平均坡度為30.5 °，油氣主要分布在古近系地層，且在邊界斷層的上盤儲層中較富集(表1)；而西部轉(zhuǎn)折帶坡度大于33.0 °，平均坡度為45.3 °，斷層輸導(dǎo)能力非常強，油氣主要分布在新近系地層，且斷層面轉(zhuǎn)折帶的坡度越大，油氣越容易向淺層運移，在邊界斷層的下盤儲層中較富集，如B2井區(qū)(表1)。因此，斷層面剖面轉(zhuǎn)折帶的彎度越陡、越少，越有利于油氣向淺層運移并聚集；反之，有利于油氣在古近系地層聚集。平面上，當(dāng)斷層在油氣輸導(dǎo)中作為通道時，由于斷層面平面形態(tài)不同，導(dǎo)致油氣運移和聚集程度具有差異性。前人研究認為，油氣沿匯聚型斷面運移時的運移量較大，沿均勻型斷面運移時的運移量中等，而沿發(fā)散型斷面運移時的運移量較小[5-6]。對渤中凹陷西北緣邊界斷層面平面形態(tài)的研究認為，該區(qū)發(fā)育匯聚型、復(fù)合型、均勻型和發(fā)散型等4種斷層面平面形態(tài)類型(圖5)，其與油氣的分布均具有一定的對應(yīng)關(guān)系(表1)，匯聚型和復(fù)合型斷層面有利于油氣運移，成為油氣的主要輸導(dǎo)方向，在儲層中該組合較好的位置有利于油氣成藏。

圖5 研究區(qū)邊界斷層剖面形態(tài)與油氣富集層位關(guān)系

井區(qū)斷層類型斷層面形態(tài)剖面類型坡度/°平面類型顯示層段分布位置分布及規(guī)模B1邊界斷層鏟式下凹52.1匯聚型沙二段斷層上盤沙二段(薄)B2邊界斷層鏟式下凹44.2匯聚型明下段斷層下盤明下段(中等)B3邊界斷層鏟式下凹50.1匯聚型明下段斷層下盤明下段(中等)B6邊界斷層鏟式下凹34.3均勻型東二段至明下段斷層上盤明下段(薄)B7邊界斷層鏟式下凹31.2匯聚型東二段至館陶組斷層上盤東二上段(薄)B8邊界斷層鏟式下凹32.1匯聚型東三頂至館陶組斷層上盤東二段(薄)B11邊界斷層鏟式下凹36.9發(fā)散型東三上至館陶組斷層上盤館陶組(薄)B12邊界斷層座椅式下凸20.3復(fù)合型東三段至館陶組斷層上盤東三段(厚),東二上段和館陶組(薄)B15邊界斷層鏟式下凹32.1發(fā)散型東三頂至東一段、明下段斷層上盤東二段(厚)

研究區(qū)的B15井區(qū)具有發(fā)散型斷層面平面形態(tài)，在古近系地層發(fā)現(xiàn)了油氣，且油層厚度較大(表1)，主要原因是該井區(qū)斷層面轉(zhuǎn)折帶的坡度均小于33.0 °，斷層轉(zhuǎn)折帶對油氣的封堵能力較強，且離烴源巖比較近，有利于油氣在古近系地層聚集。斷層的斷面剖面形態(tài)和平面形態(tài)組合共同影響著油氣的運移和聚集(表1)，座椅式下凸型—復(fù)合型、坡度小于33.0 °的鏟式下凹型—匯聚型組合部位斷層面受到上覆地層壓力大，對油氣的封堵能力較強，油氣在古近系最為富集，如B12井區(qū)；坡度大于33.0 °的鏟式下凹型—匯聚型組合部位斷層面受到的上覆地層壓力較小，斷層對油氣的封堵能力弱，油氣在新近系地層較為富集，如B2井區(qū)；坡度小于33.0 °的鏟式下凹型部位斷層面受到的上覆地層壓力較大，下部烴源巖中油氣經(jīng)過該組合位置較難向周圍發(fā)散，向淺層運移的能力弱，因此，油氣易在古近系地層富集，如B15井區(qū)。

4 結(jié) 論

(1) 渤中凹陷西北緣西側(cè)邊界斷層走向呈北西—南東向展布，傾向為南西；東側(cè)邊界斷層走向呈南西—北東向展布，傾向為南東。次生斷層走向主要呈南西—北東向展布，傾向為南東，局部次生斷層西側(cè)呈南西—北東向展布，東側(cè)呈北西—南東向展布。

(2) 研究區(qū)邊界斷層具有西陡東緩的特點，剖面上，烴源巖之上的邊界斷層面發(fā)育鏟式下凹型和座椅式下凸型2種剖面形態(tài)，具有古近系緩、新近系陡和東緩西陡的特點，東部坡度小于33.0 °，西部坡度大于33.0 °；平面上，發(fā)育匯聚型、發(fā)散型、均勻型和復(fù)合型等4種斷層面平面形態(tài)。

(3) 斷層轉(zhuǎn)折帶的坡度、剖面類型和平面形態(tài)組合共同影響著油氣的運移和聚集，座椅式下凸型—復(fù)合型、坡度小于33.0 °的鏟式下凹型—匯聚型斷層面組合對油氣的封堵作用較強，最有利于油氣在古近系地層富集；坡度大于33.0 °的鏟式下凹型—匯聚型組合部位斷層面有利于油氣向淺層輸導(dǎo)，最有利于油氣在新近系地層富集；坡度小于33.0 °的鏟式下凹型斷層面對油氣具有明顯的封堵作用，有利于油氣在古近系地層聚集成藏。

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編輯 王 昱

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.05.010

20160406；改回日期：20160705

國家科技重大專項“近海隱蔽油氣藏勘探技術(shù)”課題部分研究成果(2011ZX05023-002)

龐小軍(1985-)，男，工程師，2008年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(華東)地質(zhì)學(xué)專業(yè)，2011年畢業(yè)于該校地質(zhì)學(xué)專業(yè)，獲碩士學(xué)位，現(xiàn)從事石油地質(zhì)方面的研究。

TE121.3

A

1006-6535(2016)05-0043-05