惠民凹陷夏口走滑正斷層封堵能力差異性及其成因動(dòng)力學(xué)機(jī)制

王亞琳

(中國(guó)石化勝利油田分公司，山東 東營(yíng) 257015)

0 引 言

斷陷盆地中，斷層的封閉性能對(duì)油氣的運(yùn)移和聚集起重要的控制作用。關(guān)于斷層啟閉性，目前已經(jīng)有眾多的研究成果[1-7]，包括斷層側(cè)向封堵性和斷層垂向啟閉性2個(gè)方面。事實(shí)上，由于斷層成因機(jī)制的不同，正斷層、逆斷層、走滑斷層的封堵性存在明顯的差異；即使是同一條斷層，由于斷層面本身具有走向多變、凹凸不平、陡緩不同等三維幾何形態(tài)的差別，在不同的區(qū)段也表現(xiàn)出不同的啟閉性[8-11]，而濟(jì)陽(yáng)坳陷惠民凹陷夏口斷層即為不同區(qū)段具有不同三維幾何形態(tài)的走滑正斷層。前人對(duì)夏口斷層封閉性能的研究解釋了斷層兩盤油氣成藏的差異性現(xiàn)象，但沒(méi)有揭示斷層封堵能力差異性的本質(zhì)。該文試圖以濟(jì)陽(yáng)坳陷惠民凹陷夏口斷層為例，從斷層形成的動(dòng)力學(xué)角度分析入手，探討走滑正斷層封堵能力差異性的地質(zhì)原因，為走滑正斷層封堵能力的研究提供了新的思路和方法，對(duì)其他地區(qū)具有一定的的借鑒和指導(dǎo)作用。

1 斷層特征與成因機(jī)制

1.1 斷層幾何學(xué)特征

夏口斷層為惠民凹陷臨南洼陷與曲堤地壘的分界斷層(圖1)。斷層平面上呈向南凸出的弧形，總體走向?yàn)镹E向，由不同段的近EW向和NE向斷層組成，整體傾向NW。斷層?xùn)|西長(zhǎng)約為90 km，斷距為200～2 000 m，斷穿層位為中生界—新近系明化鎮(zhèn)組，且自下而上斷距逐漸變小。主斷層常與NEE向次級(jí)斷層斜交形成羽狀斷裂系統(tǒng)，顯示其具有右行走滑伸展斷層的特征。其派生的次級(jí)斷層以同向斷層為主，形成馬尾狀結(jié)構(gòu)[12]。

圖1惠民凹陷形成機(jī)制及夏口走滑斷層

夏口斷層是繼承性活動(dòng)斷層，古近系孔店組至沙四段沉積時(shí)期活動(dòng)較弱，主要控制了沙三段及其之后的地層沉積，對(duì)沙一段至東營(yíng)組的控制作用尤為明顯，表明夏口斷裂開(kāi)始活動(dòng)于沙三段沉積期，強(qiáng)烈活動(dòng)于沙一段—東營(yíng)組沉積時(shí)期[9-10]。

1.2 斷層成因機(jī)制

夏口斷層與北部的臨邑?cái)鄬咏M合成一個(gè)大型的負(fù)花狀構(gòu)造，具有走滑伸展性質(zhì)，自古近紀(jì)沙河街組沉積以來(lái)，控制了盆地的快速沉降。因此，臨南洼陷沙三段—東營(yíng)組沉積期的盆地原型為走滑伸展盆地，疊加在早期的伸展盆地之上。臨南洼陷的發(fā)育演化與新生代時(shí)期蘭聊斷裂的右行走滑有關(guān)(圖1)，夏口斷層、臨邑?cái)鄬涌梢钥醋鍪翘m聊斷層右行走滑的R剪切面同向走滑斷層。由于蘭聊斷層在新生代的持續(xù)活動(dòng)，形成了臨南洼陷現(xiàn)今的走滑—伸展盆地構(gòu)造特征[12-13]。

2 斷層兩盤油氣聚集差異性

以夏口斷層為界，下降盤形成臨南洼陷，上升盤形成曲堤地壘，兩者間的油氣成藏具有明顯差異性：下降盤油氣富集則上升盤油氣貧乏，下降盤貧油則上升盤富集(圖2)。以X26、X464井為界，劃分為西段(X26井以西)、中段(X26—X464井之間)、東段(X464井以東)等3個(gè)區(qū)段。

2.1 西段油氣發(fā)現(xiàn)

下降盤發(fā)現(xiàn)了X32、X326井等連片含油區(qū)帶，構(gòu)成臨南油田的一部分。而上升盤錢官屯地區(qū)僅探明Q4、Qx14、Qx141、Qx15、Qx19井等零星含油區(qū)塊。

2.2 中段油氣發(fā)現(xiàn)

上升盤發(fā)現(xiàn)了曲堤油田；而下降盤以X37井為界分成兩部分：西部的NE向區(qū)段僅發(fā)現(xiàn)X24、X16等較窄的含油條帶。東部近EW向區(qū)段發(fā)現(xiàn)了X961、X461、X223井等大面積含油區(qū)塊。

2.3 東段油氣發(fā)現(xiàn)

東段完鉆井較少。下降盤在X28、X95、X11井見(jiàn)油氣顯示或低產(chǎn)油流；上升盤的L1、Bg1、B2、B3、X553等井均鉆探落空。

西段和中段油氣差異分布的原因是夏口斷層不同區(qū)段封堵能力不同。臨南洼陷的油氣在向臨南斜坡運(yùn)移時(shí)：西段受到斷層的封閉而被阻止，在下降盤形成臨南油田；局部區(qū)段可能封閉能力差，油氣越過(guò)斷層在錢官屯地區(qū)聚集；中段斷層的封堵能力較差，油氣越過(guò)斷層到達(dá)上升盤，富集形成曲堤油田；東段未成藏的原因可能與生烴洼陷相距較遠(yuǎn)、油氣運(yùn)移路徑復(fù)雜等有一定關(guān)系。

3 走滑正斷層封堵能力差異性的動(dòng)力學(xué)機(jī)制

前人先后應(yīng)用模糊評(píng)價(jià)、泥巖涂抹系數(shù)等方法研究了斷層在縱、橫向上的封閉性，總結(jié)了斷層封閉能力演化過(guò)程[8，11，14-16]。

圖2夏口斷層扭張構(gòu)造與油氣運(yùn)聚關(guān)系

斷層的凹凸面控制油氣的運(yùn)聚，油氣沿夏口斷層向北突出的凸形斷面較陡處以匯聚流的形式運(yùn)移至曲堤地區(qū)，坡度較緩的凹形斷面處不是油氣運(yùn)移的優(yōu)勢(shì)方向[14]；同時(shí)，斷層活動(dòng)性控制油氣的運(yùn)聚，中段活動(dòng)性最強(qiáng)、西段次之、東段最弱，使得南斜坡油氣分布差異較大[11、16]；X26—X24井區(qū)段，斷層下降盤沙三段砂巖與上升盤沙四段砂巖大量對(duì)接，導(dǎo)致斷層的封閉性較差[16]。

3.1 走滑正斷層封堵能力差異性的動(dòng)力學(xué)成因模式

前人在研究大型走滑斷層的力學(xué)性質(zhì)時(shí)認(rèn)為：右行走滑斷層右階彎曲處表現(xiàn)為張性環(huán)境，可形成斷陷盆地，右行走滑斷層左階彎曲處局部表現(xiàn)為壓性環(huán)境(圖3a)，可形成斷塊隆起；相反，左行走滑斷層右階彎曲處局部表現(xiàn)為壓性環(huán)境，可形成斷塊隆起，左行走滑斷層左階彎曲處局部表現(xiàn)為張性環(huán)境，可形成斷陷盆地。

圖3 走滑斷層彎曲處的受力性質(zhì)及露頭方解石充填特征

同理，一條規(guī)模相對(duì)較小的走滑斷層，在其彎曲處不具備形成斷陷或隆起的能力，但可以改變斷層兩盤地層接觸的緊密程度。通過(guò)對(duì)一條走滑微斷層的露頭觀察，發(fā)現(xiàn)方解石充填寬度明顯不同，有規(guī)律地呈現(xiàn)寬—窄—寬—窄……，寬的方解石脈充填說(shuō)明斷層是張開(kāi)的，處于拉張環(huán)境，充填前有利于油氣的運(yùn)移；窄的方解石脈充填或無(wú)充填代表構(gòu)造的壓性或弱張性環(huán)境，有利于油氣的聚集成藏(圖3b)。

走滑正斷層以正斷活動(dòng)為主要特征，但由于存在水平方向的走滑分量，不同位置斷層面走向與走滑方向的夾角不同，導(dǎo)致不同彎曲處的局部力學(xué)性質(zhì)有所不同，表現(xiàn)為局部的擠壓或局部拉張，進(jìn)而影響斷層的啟閉性。

3.2 夏口斷層不同區(qū)段力學(xué)性質(zhì)與啟閉性

惠民凹陷的主要成藏期為新近紀(jì)[17-19]。因此，研究新近系夏口斷層的應(yīng)力狀態(tài)，可以推斷斷層不同區(qū)段的封堵性。新近系研究區(qū)主要遭受近WE向的擠壓[20-23]。研究區(qū)內(nèi)X503井井壁崩落方向?yàn)榻黃N 向,誘導(dǎo)縫走向?yàn)镹EE向75 ℃,說(shuō)明新近紀(jì)至現(xiàn)今主應(yīng)力為NEE向壓應(yīng)力。夏口斷層承受的擠壓應(yīng)力可以分解為與斷層平行的走滑分量和與斷層垂直的擠壓分量，且走滑分量大于擠壓分量，斷層整體以右旋走滑壓扭為特征；在該走滑分量作用下，斷層發(fā)生一定程度的右旋走滑壓扭活動(dòng)。對(duì)該斷層的不同區(qū)段受力情況進(jìn)行分析，可以劃分出(強(qiáng))張段、走滑壓扭段和走滑扭壓段。

3.2.1 (強(qiáng))張段

近EW向和NEE向區(qū)段與區(qū)域主壓應(yīng)力場(chǎng)方向平行，處于右行走滑右階彎曲處，表現(xiàn)為局部強(qiáng)拉張環(huán)境，斷層封堵能力差，應(yīng)該是油氣穿過(guò)斷層向上升盤運(yùn)移的主要通道。

X30-X2—X36—X67區(qū)段：下降盤僅有X26井沙三段見(jiàn)顯示，而X36、X67井等無(wú)顯示。從上升盤錢官屯油田的展布方向來(lái)看，油氣應(yīng)該來(lái)自于該區(qū)段的西半段X30—X2井以東的X26—X36井區(qū)。

X962—X224—X223區(qū)段：下降盤僅有X224、X22井見(jiàn)油氣顯示，是上升盤曲堤油田的主要油氣來(lái)源通道。地球化學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，曲堤油田的原油來(lái)自2個(gè)途徑：一是從X50井往南東東方向到X24井經(jīng)過(guò)Qx104-Q102井，再向前一直到Qx8井；二是自X47井向西南方向經(jīng)Q15井，一直到Q10井，再向西南、南、東南方向至Q102、Qx9-Qx8井；且大部分油氣來(lái)自于東北部的X47井方向[12]，也證明夏口斷層在X962—X224—X223井區(qū)段是開(kāi)啟的。

X11—X553區(qū)段：距離臨南生烴洼陷比較遠(yuǎn)，至今在上、下盤均未發(fā)現(xiàn)油氣。

3.2.2 走滑壓扭段

NE向區(qū)段局部走滑分量略大于擠壓分量，斷層封堵性較好，下降盤構(gòu)造圈閉可以聚集油氣；當(dāng)油藏壓力大于斷層排替壓力時(shí)，部分油氣可以突破斷層的封堵，向上升盤運(yùn)移。

X321—X326—X32—X30-X2區(qū)段：下降盤目前發(fā)現(xiàn)了受斷層封堵作用控制的構(gòu)造油藏，主要含油層系為古近系沙三段中—上亞，同時(shí)也是錢官屯油田的油氣來(lái)源之一。

X24-7—X24—X16—Xx961—X962區(qū)段：該帶下降分布沙三段構(gòu)造油藏，探明儲(chǔ)量為120×104t；部分油氣突破斷層的封堵，成為曲堤油田的油氣來(lái)源之一[14、16]。

X223—X464—X28—X95區(qū)段：X223井古近系發(fā)育受夏口斷層控制的構(gòu)造油藏，沙三段試油3層，均獲工業(yè)油流；X28井沙三段下亞段測(cè)試日產(chǎn)油為1.86 t/d、日產(chǎn)水為12.40 m3/d，X28井沙三段試油大量出水，說(shuō)明油氣源不夠充足，油氣不具備越過(guò)斷層繼續(xù)在上升盤運(yùn)移的條件，由于鉆探落空，上升盤的梁1井沙二段錄井見(jiàn)2層2 m油斑。

3.2.3 走滑扭壓段

NNE向區(qū)段擠壓分量明顯大于走滑分量，處于右行走滑左階彎曲處，表現(xiàn)為局部強(qiáng)烈擠壓作用，斷層封堵性最強(qiáng)。

X57—X321區(qū)段：根據(jù)失利原因分析，下降盤的多口井未見(jiàn)油氣顯示的原因是油氣輸導(dǎo)問(wèn)題，而與斷層封堵性無(wú)關(guān)。

X95—X11區(qū)段：該段雖然封堵性較好，但遠(yuǎn)離生烴洼陷，油氣源條件較差。下降盤X95井古近系沙三段中亞段日產(chǎn)油為3.18 t/d；X11井在古近系沙四段解釋油水同層1層2.4 m。上升盤的白古1、白2、白3井均鉆探落空。

4 結(jié) 論

(1) 走滑正斷層不同區(qū)段局部受力性質(zhì)的差別是造成斷層封閉能力存在差異的主要地質(zhì)原因。

(2) (強(qiáng))張段對(duì)應(yīng)斷層開(kāi)啟段，是油氣通過(guò)斷層向曲堤地壘運(yùn)移的主要通道。

(3) 局部走滑壓扭段對(duì)應(yīng)斷層封堵段，是斷層下降盤油氣成藏的主要區(qū)帶，當(dāng)下降盤的油藏壓力大于斷層的突破壓力時(shí)，也可以成為上升盤油氣運(yùn)移的通道之一。

(4) 走滑扭壓段封閉能力極強(qiáng)，不利于油氣的橫向和垂向運(yùn)移。

(5) 該研究為走滑正斷層封堵能力的研究提供了新的思路和方法，該方法既可以用于斷層封堵性的研究，也可以對(duì)它源淺層圈閉的油氣來(lái)源進(jìn)行預(yù)測(cè)，對(duì)油氣勘探具有一定的指導(dǎo)作用。

[1] 呂延防，李國(guó)會(huì)，王躍文.斷層封閉性的定量研究方法[J].石油學(xué)報(bào)，1996，17(3)：39-45.

[2] 呂延防，張發(fā)強(qiáng).斷層涂抹層分布規(guī)律的物理模擬實(shí)驗(yàn)研究[J].石油勘探與開(kāi)發(fā)，2001，28(1)：30-33.

[3] 孫波，陶文芳，張善文，等.濟(jì)陽(yáng)坳陷斷層活動(dòng)差異性與油氣富集關(guān)系[J].特種油氣藏，2015，22(4):18-21.

[4] 付曉飛，呂延防，付廣，等.逆掩斷層垂向封閉性定量模擬實(shí)驗(yàn)及評(píng)價(jià)方法[J].地質(zhì)科學(xué)，2004，39(2)：223-233.

[5] 付曉飛，方德慶，呂延防，等.從斷裂帶內(nèi)部結(jié)構(gòu)出發(fā)評(píng)價(jià)斷層垂向封閉性的方法[J].地球科學(xué)-中國(guó)地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，30(3)：328-336.

[6] STEVEN D KNOTT.Fault seal analysis in the North Sea[J].AAPG Bulletin，1993；72(5)：778-792.

[7] 廖飛燕,馬慶林,孫新銷,等.北部灣盆地福山凹陷古近系流沙港組巖性油氣藏勘探[J].中國(guó)石油勘探，2015, 20(2)：43-50.

[8] 王韜，張衛(wèi)海，李婷，等.金湖凹陷同城斷裂帶斷層活動(dòng)與油氣富集關(guān)系[J].特種油氣藏， 2017，24(5):65-71

[9] 付金華,劉玉亮,劉金,等.臨南地區(qū)斷層輸導(dǎo)體系與油氣成藏模式[J].油氣地質(zhì)與采收率,2002,9(3):55-58.

[10] 高先志,杜玉民,張寶收.夏口斷層封閉性及對(duì)油氣成藏的控制作用模式[J].石油勘探與開(kāi)發(fā).2003,30(3):76-78.

[11] 趙密福,劉澤容,信荃麟,等.惠民凹陷臨南地區(qū)斷層活動(dòng)特征及控油作用[J].石油勘探與開(kāi)發(fā),2000,27(6):9-11.

[12] 蔡希源.成熟探區(qū)油氣精細(xì)勘探理論與實(shí)踐[M].北京:地質(zhì)出版社,2014：15-20.

[13] 封東曉,田美榮,張輝彩,等.惠民凹陷西部張扭地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征與油氣成藏研究[J].上海地質(zhì)，2010,31(增刊):217-221.

[14] 杜玉民.夏口斷層對(duì)臨南斜坡區(qū)油氣分布及運(yùn)移方向的影響[J].新疆石油地質(zhì)，2005，26(5):525-528.

[15] 李響.錢官屯地區(qū)斷層封閉性研究[J].內(nèi)蒙古石油化工,2008,34(9):159-162.

[16] 李繼巖,宋國(guó)奇,趙仲祥,等.惠民凹陷南部地區(qū)斷層輸導(dǎo)與封閉性能研究[J].油氣地質(zhì)與采收率,2011,18(4):17-20.

[17] 朱芒征，陳建渝.惠民凹陷臨南洼陷下第三系烴源巖生烴門限[J].油氣地質(zhì)與采收率，2002，9(2)：35-37.

[18] 朱光友，金強(qiáng)，張水昌，等.惠民斷陷湖盆演化過(guò)程與油氣生成[J].新疆石油地質(zhì)，2006,27(1)：27-32.

[19] 劉超英，閆相賓，徐旭輝，等.應(yīng)用流體包裹體研究惠民凹陷南斜坡油氣充注史[J].石油與天然氣地質(zhì)，2008,19(4)：507-510.

[20] 朱光，劉國(guó)生，牛漫蘭，等.郯廬斷裂帶晚第三紀(jì)以來(lái)的擠壓活動(dòng)與深部過(guò)程[J].地震地質(zhì)，2002，24(2)：265-277.

[21] 湯有標(biāo)，姚大全.郯廬斷裂帶赤山段晚更新世以來(lái)的活動(dòng)性[J].中國(guó)地震，1990，6(2)：63-69.

[22] 陳希祥.郯廬斷裂(中段)挽近時(shí)期的新活動(dòng)[J].海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì)，1985，5(1)：91-97.

[23] 趙釗,張功成,紀(jì)沫,等.沿層相干斷裂分析技術(shù)及其在白云凹陷南緣的應(yīng)用[J].中國(guó)石油勘探,2017,22(5)：102-110