葵南—龍王廟地區(qū)精細(xì)構(gòu)造解釋及地質(zhì)分析

鄒文海

(中石油遼河油田分公司勘探開發(fā)研究院，遼寧盤錦 124010)

遼河坳陷陸上區(qū)域作為遼河油田最主要的油氣產(chǎn)區(qū)，經(jīng)過近50年的勘探開發(fā)，勘探程度比較高，穩(wěn)產(chǎn)難度比較大。近年來，渤海灣盆地海域的油氣勘探取得了很大進(jìn)展，遼河灘海探區(qū)資源潛力大，勘探程度相對較低，為遼河油田重要的后備儲(chǔ)量接替區(qū)，油氣勘探工作也得到了高度重視。受地下及地表?xiàng)l件復(fù)雜、海上鉆井成本高、風(fēng)險(xiǎn)大等因素制約，灘海地區(qū)近年來的勘探工作未取得突破性進(jìn)展。

葵南—龍王廟地區(qū)是灘海地區(qū)油氣勘探的主要目標(biāo)區(qū)之一，勘探程度比較低，近年來研究成果表明該區(qū)具有雄厚的資源基礎(chǔ)，存在一系列有利勘探目標(biāo)，但是地震、地質(zhì)資料有限，構(gòu)造復(fù)雜、斷裂發(fā)育，斷層特別是小斷層進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別、解釋存在難度，斷裂組合關(guān)系及構(gòu)造樣式不清，勘探難度很大。針對該區(qū)存在的問題，以層位精細(xì)標(biāo)定、相干體分析、三維可視化顯示等技術(shù)為主要手段開展構(gòu)造精細(xì)解釋和構(gòu)造特征分析，最終以新的認(rèn)識(shí)指導(dǎo)該區(qū)油氣勘探，取得重大突破，部署的GN1和LW3井獲得高產(chǎn)工業(yè)油氣流，為進(jìn)一步深化勘探研究奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。本文旨在通過對本次構(gòu)造研究進(jìn)行總結(jié)，剖析該地區(qū)斷裂構(gòu)造特征，為油氣勘探工作提供依據(jù)；同時(shí)，探索出適合本區(qū)構(gòu)造精細(xì)解釋的技術(shù)方法，為遼河灘海及其他類似地區(qū)油氣藏勘探提供可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

圖1 研究區(qū)位置及構(gòu)造簡況Fig.1 Location of the study area and structure profile

1 工區(qū)地震地質(zhì)概況

葵南—龍王廟地區(qū)位于遼寧省盤錦市大洼區(qū)榮興屯南部的淺灘海地區(qū)(水深0～5 m)，構(gòu)造上處于遼河灘海東部凹陷，西起蓋州灘構(gòu)造，東至燕南構(gòu)造，北以LH18-1-1井為界，南至礦產(chǎn)登記線，研究區(qū)面積約300 km2，包括蓋南斷鼻構(gòu)造、龍北—龍王廟斷裂背斜構(gòu)造和葵東2號(hào)斷鼻構(gòu)造等二級(jí)構(gòu)造單元(圖1)。截至2009年6月，完鉆各類探井3口，全部見油氣顯示，但未獲工業(yè)油氣流，導(dǎo)致該地區(qū)勘探工作限于停滯狀態(tài)。之后，在該區(qū)進(jìn)行了三維地震資料的重新采集及處理，品質(zhì)得到一定改善，使得重新開展該區(qū)研究評(píng)價(jià)工作具有了基礎(chǔ)。

2 構(gòu)造精細(xì)解釋

構(gòu)造解釋是地震勘探最基礎(chǔ)的工作之一，因此精細(xì)的構(gòu)造解釋可以較大程度地提高油氣勘探成果的可靠性[1]。構(gòu)造精細(xì)解釋包括地層層序劃分、層位標(biāo)定、斷層解釋、層位解釋、速度分析、構(gòu)造成圖等環(huán)節(jié)，本次重點(diǎn)描述3個(gè)環(huán)節(jié)。

2.1 地層層序劃分

由于工區(qū)鉆井分布很不均衡、井孔地質(zhì)剖面特征變化較大，為確保地質(zhì)界限劃分的客觀性和地層對比的等時(shí)性，選取以層序地層學(xué)為核心的地層劃分對比技術(shù)進(jìn)行層序劃分和對比，特別是針對LW1、JZ17-3-1、KD2井等低勘探程度區(qū)探井資料的分析，為構(gòu)造解釋提供盡可能多的控制和約束條件。

2.2 斷層解釋

本著先確定斷裂系統(tǒng)，后解釋地質(zhì)層位的原則，在本區(qū)三維地震資料解釋過程中，充分運(yùn)用了相干體(方差體)分析、三維立體顯示技術(shù)，以提高斷層解釋的精度和可靠性。研究區(qū)斷層非常復(fù)雜，除發(fā)育以北東向?yàn)橹鞯臄鄬油?，還發(fā)育大量的和近東西斷層和次生小斷層，斷層組合解釋難度比較大。首先在水平切片和方差體切片上解釋斷裂系統(tǒng)，然后再在垂直剖面上解釋斷層。從獲得的方差體上，能準(zhǔn)確定位斷點(diǎn)位置及斷層間的相互交割關(guān)系，確定斷裂的平面展布及組合關(guān)系(圖2)。從方差體切片中，很容易看出邊界斷層燕南斷層和蓋州灘斷層北東走向、雁列式排列的發(fā)育特點(diǎn)，龍北斷層由多條次級(jí)斷層相交組成，整體成帚狀展布。

還利用三維可視化技術(shù)進(jìn)行多體聯(lián)合三維顯示(圖3)，從而更清楚、更準(zhǔn)確地了解地質(zhì)體的空間展布特征，以確定斷層解釋在三維空間的合理性[2-3]，并對解釋工作進(jìn)行修改和完善，達(dá)到精細(xì)、準(zhǔn)確解釋的目的。

2.3 空間變速成圖

在構(gòu)造成圖過程中，速度選擇的合適與否直接影響到成圖的質(zhì)量與鉆探井位設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。本次研究的工區(qū)面積達(dá)到了300 km2，各構(gòu)造單元之間的速度在縱向上和橫向上都存在非常大的差異，因此在成圖的過程中必須建立一個(gè)比較準(zhǔn)確的速度場來進(jìn)行變速成圖。充分利用全區(qū)主要鉆井的速度資料，首先對研究區(qū)內(nèi)的所有井進(jìn)行逐一分析，剔除和校正不真實(shí)的異常數(shù)據(jù)，而有的井則是巖

圖2 方差體(a)及其與斷層解釋結(jié)果疊合圖(b)Fig.2 Variance body (a) and overlay of variance body and faults interpretation results (b)

圖3 地震數(shù)據(jù)、方差體數(shù)據(jù)和斷層解釋數(shù)據(jù)聯(lián)合顯示Fig.3 Joint show of seismic data, variance data and fault interpretation data

性變化引起的速度突變，是真實(shí)的地層速度，必須保留。將分析后的井的時(shí)深關(guān)系建立工區(qū)的空變速度場，再用建立的速度模型做變速的時(shí)深轉(zhuǎn)換，最后編制各主要目的層段的構(gòu)造圖(圖4)。

圖4 研究區(qū)目的層底界構(gòu)造Fig.4 Bottom boundary structure of target layer in the study area

3 構(gòu)造地質(zhì)分析

3.1 斷裂特征

3.1.1 斷層平面組合特征

根據(jù)平面構(gòu)造圖分析，研究區(qū)共有大小斷層40余條，其中主干斷層2條，即北東走向的燕南斷層和蓋州灘斷層。次級(jí)斷裂以近東西向?yàn)橹?，兼有北東向和北西向，近東西向斷層多發(fā)育于凹陷之中，發(fā)育較晚，斷至層位淺，一般在沙三段泥巖層中消亡，對東一、二段的控制作用更為明顯；北東向斷層主要發(fā)育于葵南地區(qū)，其發(fā)育時(shí)間較晚；北西向斷層分布局限，數(shù)量較少。這些多期發(fā)育、多方位展布的斷層，在平面上相互交錯(cuò)，相互或與主干斷層構(gòu)成多種平面組合類型(圖5)，主要有：

圖5 目的層底界三維立體顯示Fig.5 Three dimensional display of bottom boundary of target layer

(1)分支式組合：它是主干斷層和多條蓋層斷層斜交組成分支狀，比如蓋州灘斷層與次級(jí)相交斷層。

(2)雁列式組合：多條斷層首尾重疊構(gòu)成雁列狀，主干斷層和蓋層斷層均可見此類型。

(3)階狀式組合：由多條不同期或同期發(fā)育的同向斷層構(gòu)成斷階狀，每個(gè)斷階可以形成局部圈閉，比如龍王廟構(gòu)造。

3.1.2 斷裂發(fā)育級(jí)次

研究區(qū)發(fā)育了各種不同尺度、不同產(chǎn)狀和不同性質(zhì)的斷層。根據(jù)斷層的規(guī)模、活動(dòng)強(qiáng)度及其對構(gòu)造、沉積的控制作用，可將研究區(qū)斷層劃分為3個(gè)級(jí)次：控凹、控帶和伴生斷層(圖6)。從平面構(gòu)造圖(圖4)很容易看出北東向和近東西向兩組斷裂構(gòu)成研究區(qū)的基本斷裂體系，同時(shí)發(fā)育南北向次級(jí)斷裂。

圖6 研究區(qū)典型地震剖面Fig.6 Typical seismic profiles in the study area

北東走向的蓋州灘斷層和燕南斷層為控凹斷層，控制了區(qū)內(nèi)的沉積、構(gòu)造形成與演化。燕南斷層為基底主斷層，具有早期伸展晚期走滑改造的特征。新生代早期為伸展(正)斷層，漸新世中后期，斷裂活動(dòng)以右旋走滑作用為主，斷裂以壓扭作用為主，斷層由正轉(zhuǎn)逆，斷面傾向發(fā)生轉(zhuǎn)變，形成現(xiàn)今上正下逆的特征，漸新世末期，構(gòu)造反轉(zhuǎn)，基本形成現(xiàn)今的構(gòu)造格局。蓋州灘斷層早期為一條伸展(正)斷層，表現(xiàn)為沙三段沉積期為單條斷層，后期由于走滑作用的影響轉(zhuǎn)化為多條雁列式排列的斷裂系，并在斷層下降盤形成一系列斷鼻。其在活動(dòng)期次和運(yùn)動(dòng)學(xué)特征上與燕南斷層相似，但在活動(dòng)強(qiáng)度、時(shí)空展布上存在明顯的差異[4]。其中燕南斷層早期活動(dòng)強(qiáng)度大，致使沙三段沉降中心靠近東側(cè)，而蓋州灘斷層后期(東營期)活動(dòng)強(qiáng)度大，使得東營組沉降中心靠西側(cè)[5-6]，早晚兩期的沉降中心在平面上具有扭旋的特點(diǎn)，即東部凹陷長軸方向由北東東向變?yōu)楸睎|向。

近東西向斷層為控帶斷層，屬于蓋層斷層，其為主干斷裂派生斷層，在葵南地區(qū)表現(xiàn)為繼承性發(fā)育的斷層，在沙一沉積期活動(dòng)比較強(qiáng)烈，消失于館陶組地層中，向東交于燕南斷層，在接近于燕南斷層處斷距變??；龍北斷層發(fā)育于龍王廟地區(qū)，為龍北構(gòu)造和龍王廟構(gòu)造的分界斷層，由4條繼承發(fā)育的斷層相交組成，斷面中間寬兩頭窄，整體成帚狀展布。

少量近南北向斷裂為走滑主干斷層的伴生斷裂，其斷層性質(zhì)多為逆沖斷層，受燕南斷層右旋走滑應(yīng)力的作用，產(chǎn)生東西向壓應(yīng)力，形成傾向北東東，走向南北與燕南斷層斜交的逆斷層，該斷層上盤發(fā)育擠壓構(gòu)造。

3.2 構(gòu)造特征

3.2.1 構(gòu)造平面組合特征

葵東2號(hào)構(gòu)造位于研究區(qū)東南部，是受燕南斷層右旋走滑活動(dòng)控制，沿燕南斷層下降盤形成的晚期擠壓性的地層產(chǎn)狀較陡的斷鼻。中、淺層主要以斷鼻構(gòu)造為主，深層為逆沖斷層控制形成的斷塊構(gòu)造，由于斷層數(shù)量增加，構(gòu)造更加破碎。

龍王廟構(gòu)造位于工區(qū)的中部，為在一定基底背景下，經(jīng)后期走滑改造形成的構(gòu)造，屬于洼中之隆，構(gòu)造軸向?yàn)楸睎|向，整體呈背斜形態(tài)，由于受不同期次近東西向斷層切割，表現(xiàn)為塌頂背斜的特征。主要發(fā)育于沙一段上部及其上覆地層中，東二段以上，構(gòu)造高點(diǎn)向北遷移，且面積有所擴(kuò)大，但更加破碎。

龍北構(gòu)造位于龍王廟構(gòu)造北部，發(fā)育于沙一段上部及其上覆地層中，整體為斷鼻構(gòu)造。東三段及其以上地層，構(gòu)造高點(diǎn)向東北遷移，且形態(tài)完整、面積變大。

蓋南構(gòu)造位于研究區(qū)的西北部，受蓋州灘斷層控制，整體形態(tài)為斷鼻，被近東西向小斷層分割為多個(gè)小斷塊。該構(gòu)造主要形成期為東營期，東二上段以上形態(tài)已不完整，面積變小，至館陶組基本已無圈閉。

3.2.2 構(gòu)造樣式

遼河灘海東部凹陷在古近紀(jì)經(jīng)歷了伸展、走滑和反轉(zhuǎn)等多種構(gòu)造作用，研究區(qū)以伸展、走滑構(gòu)造樣式為主，伴生局部構(gòu)造反轉(zhuǎn)[7-9]。

3.2.2.1 伸展構(gòu)造樣式

根據(jù)拉張構(gòu)造的分布以及正斷層的組合狀況，研究區(qū)主要發(fā)育滑動(dòng)斷階和逆牽引背斜。

(1)滑動(dòng)斷階：在蓋州灘斷層下降盤，由于重力作用，滑塌體沿一系列向上分叉、向下合并的鏟形正斷層節(jié)節(jié)向斷凹一側(cè)下掉滑移，形態(tài)上似馬尾狀，且次級(jí)斷層傾向與主斷層傾向一致形成順向滑動(dòng)斷階(圖7)。

圖7 滑動(dòng)斷階Fig.7 Sliding fault terrace

(2)逆牽引背斜：發(fā)育于蓋州灘斷層下降盤，背斜軸向與斷裂走向近平行，斷裂在剖面上呈鏟狀，沿基底面向洼陷帶滑落，下降盤的地層向斷層面方向回傾，形成背斜，后期并被次級(jí)斷層切割(圖8)。

圖8 蓋州灘斷層逆牽引背斜Fig.8 The inverse of traction anticline of Gaizhoutan fault

3.2.2.2 走滑構(gòu)造樣式

走滑構(gòu)造包括走滑斷裂及其伴生構(gòu)造[10-12]。本區(qū)的走滑構(gòu)造樣式主要有雁列構(gòu)造和帚狀構(gòu)造。

(1)雁列構(gòu)造：主要為雁列式斷層，在燕南斷層下降盤，這些斷層走向近東西向，與主干斷層斜交，成一定夾角，為張扭性的右旋走滑右行雁列斷層(圖4)。

(2)帚狀構(gòu)造：主要發(fā)育在蓋州灘斷層和龍北斷層附近，一系列斷層一端向蓋州灘斷層和龍北斷層收斂，另一端向東撒開，形狀呈帚狀，斷層的西段走向均為北東向，向東由一條發(fā)散為多條，走向逐漸過渡到東西向，西段規(guī)模大，向東逐漸減小(圖4)。

3.2.2.3 反轉(zhuǎn)構(gòu)造樣式

反轉(zhuǎn)構(gòu)造樣式主要表現(xiàn)為逆沖斷階構(gòu)造。在太平洋板塊俯沖作用的影響下，漸新世時(shí)期區(qū)域應(yīng)力場由張性變?yōu)閺埮ば?，主干斷層做走滑性伸展運(yùn)動(dòng)，斷層彎曲部位是斷層位移受阻或釋放應(yīng)變的局部位置，其走滑位移常轉(zhuǎn)變?yōu)榇怪辈町愇灰?，造成局部?yīng)力場的改變。研究區(qū)燕南斷層增壓彎曲部位，斷層位移受阻，造成局部的擠壓應(yīng)力，燕南潛山遭受擠壓而隆升，發(fā)育逆沖斷階構(gòu)造(圖9)。

圖9 燕南斷層逆沖斷階構(gòu)造Fig.9 Thrust fault terrace structure of Yannan fault

3.2.2.4 伸展—走滑疊加構(gòu)造

蓋州灘斷層及其伴生斷層在沙河街期為伸展變形，東營中晚期一新近紀(jì)，走滑變形疊加在伸展變形之上，并改造伸展變形，在平面上表現(xiàn)為帚狀和雁列斷層，形成了伸展—走滑疊加構(gòu)造。龍王廟斷裂背斜構(gòu)造為斷層對向式活動(dòng)，在側(cè)向重力滑動(dòng)作用下，上部地層受到拉張陷落而形成塹背斜構(gòu)造，在剖面上為下擠、上張、頂部陷落的呈“包心菜”式斷裂背斜構(gòu)造，平面上組成這種塹背斜構(gòu)造的斷層表現(xiàn)為全區(qū)廣泛發(fā)育的雁列和帚狀斷層，說明該地區(qū)古近紀(jì)伸展拉張運(yùn)動(dòng)中注入了扭應(yīng)力因素，也為伸展—走滑疊加構(gòu)造(圖10)。

4 勘探效果

在該區(qū)開展構(gòu)造精細(xì)解釋和構(gòu)造地質(zhì)特征分析，優(yōu)選構(gòu)造有利部位部署了GN1井和LW3井，鉆探獲得了成功。GN1井試油獲得高產(chǎn)油氣流，10 mm油嘴自噴，日產(chǎn)油45.6 m3，日產(chǎn)氣23.5×104m3，折合油氣當(dāng)量272 t/d；LW3井10 mm油嘴求產(chǎn)，日產(chǎn)氣4.863 6×104m3。這兩口井的鉆探成功，展示了灘海東部地區(qū)中深層良好的勘探前景，開辟了新的勘探領(lǐng)域。

5 認(rèn)識(shí)及結(jié)論

(1)葵南—龍王廟地區(qū)斷裂系統(tǒng)復(fù)雜，構(gòu)造破碎，加之部分區(qū)域地震資料品質(zhì)差，常規(guī)地震解釋已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足勘探的需要，充分利用各種地震解釋方法進(jìn)行精細(xì)構(gòu)造解釋，在實(shí)際應(yīng)用中對這些技術(shù)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整優(yōu)選，尋找出了適合本區(qū)構(gòu)造精細(xì)解釋的方法。

(2)相干體(方差體)分析技術(shù)應(yīng)用在斷層解釋和斷裂組合方面效果顯著，它不僅可以有效地識(shí)別出常規(guī)構(gòu)造解釋難以發(fā)現(xiàn)的斷層，準(zhǔn)確定位斷點(diǎn)位置，還可以準(zhǔn)確判斷出復(fù)雜斷層之間的交切關(guān)系，使斷層平面組合合理化。

(3)研究區(qū)發(fā)育多種類型的斷層，主要發(fā)育北東向和近東西向兩組斷裂，斷層平面組合形式多樣，主要?jiǎng)澐譃榭匕肌⒖貛Ш桶樯鷶鄬?個(gè)級(jí)次。

(4)受區(qū)域應(yīng)力場及主干斷裂控制，研究區(qū)發(fā)育斷鼻、斷裂背斜及斷塊等構(gòu)造類型，發(fā)育伸展、走滑、反轉(zhuǎn)和伸展—走滑疊加構(gòu)造樣式。