石臼坨凸起邊界斷層成藏期差異活動與成藏

江 濤，官大勇，李慧勇，胡安文，步少峰

(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300452)

0 引 言

石臼坨凸起西段邊界斷層受NE向滄東—蘭聊右旋走滑斷裂、NW向張家口—蓬萊左旋走滑斷裂的共同影響，是張性與剪性復(fù)合、平直形與弧形交互、活動時間各異的一條復(fù)雜斷層[1-2]，受邊界斷層控制，在陡坡帶發(fā)育大型鼻狀構(gòu)造。研究認(rèn)為，受邊界斷層控制的曹妃甸6-4油田不同斷塊圈閉的烴源條件、儲層發(fā)育特征及運(yùn)聚條件基本類似，但不同斷塊、不同層系油氣的富集程度存在較大的差異，油氣的分布與邊界斷層分段差異特征密切相關(guān)，特別是成藏期的斷層活動性對油氣成藏差異富集具有重要的控制作用。龔再升、鄧運(yùn)華、夏慶龍等研究認(rèn)為渤海新構(gòu)造運(yùn)動控制了晚期油氣成藏，盆地最晚一期的斷裂活動在調(diào)整控制油氣最終成藏中起了關(guān)鍵作用[3-8]，并直接指導(dǎo)了渤海油田多個大中型油氣田的發(fā)現(xiàn)[9-10]。現(xiàn)有研究主要是針對斷裂對烴源巖、構(gòu)造及儲層等基本成藏條件方面進(jìn)行研究，部分涉及斷層活動性與油氣差異運(yùn)聚關(guān)系的研究[11-13]，但針對成藏期斷層活動對先期聚集油氣的破壞作用以及差異控藏作用的研究相對較少。通過分析邊界斷層分段差異特征以及成藏期斷層活動強(qiáng)度，結(jié)合流體包裹體的均一溫度、包裹體豐度(GOI)以及單井埋藏史及熱演化史研究，研究成藏期斷層后期活動強(qiáng)度與油氣聚集的關(guān)系，對正確認(rèn)識陡坡帶曹妃甸6-4油田油氣成藏規(guī)律和指導(dǎo)類似地區(qū)油氣勘探具有意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況及油氣分布特征

石臼坨凸起邊界斷層整體呈北西向展布，位于渤海西部海域、渤中凹陷的西北緣，往西與冀東油田柏各莊斷層為同一斷裂體系，成藏條件良好[14](圖1)。目前在圍區(qū)已發(fā)現(xiàn)了渤中2-1、渤中8-4、曹妃甸12-6等油田。圍區(qū)鉆井揭示，該區(qū)地層發(fā)育較全，包括孔店組、沙河街組(沙三段，沙一、二段)、東營組(東三段、東二下段、東二上段)、新近系館陶組、明化鎮(zhèn)組及第四系平原組。渤中凹陷古近系發(fā)育3套優(yōu)質(zhì)烴源巖，即沙三段，沙一、二段和東三段，其中，沙三段是主要的烴源巖。從儲蓋組合條件來看，古近系和新近系均具有較好的儲蓋條件，其中，古近系沙河街組主要發(fā)育近源扇三角洲沉積，東營組發(fā)育辮狀河三角洲沉積，儲層發(fā)育，與上覆湖相泥巖形成良好儲蓋組合；新近系館陶組以辮狀河沉積為主，明化鎮(zhèn)組主要發(fā)育曲流河與淺水三角洲沉積，為砂巖和泥巖互層特征，儲蓋組合較好。綜上所述，曹妃甸6-4油田為受石臼坨凸起邊界斷層控制的大型鼻狀構(gòu)造，緊鄰渤中凹陷，古近系和新近系儲層發(fā)育，儲蓋組合較好，成藏條件十分有利。

圖1 研究區(qū)區(qū)域位置(據(jù)文獻(xiàn)[14]修改)

2 邊界斷層分段特征與差異活動性分析

2.1 邊界斷層分段特征

石臼坨凸起邊界斷層長期活動，根據(jù)不同位置的斷面形態(tài)及構(gòu)造樣式的差異，可以分為東段、西段、中部過渡段3段(圖2a、b)。西段邊界斷層產(chǎn)狀較陡，呈“直立”狀，受晚期NW向強(qiáng)烈左旋走滑作用影響，晚期斷裂發(fā)育，在剖面上與邊界斷層組成“Y”字形結(jié)構(gòu)(圖2c)。中部過渡段受NW向和NE向雙向走滑作用的共同控制，邊界斷層產(chǎn)狀上陡下緩，整體為“座椅式”，與晚期斷層呈“似花狀構(gòu)造”特征(圖2d)。東段邊界斷層產(chǎn)狀相對較緩，呈“板式”，晚期NE向右旋走滑作用相對較弱，晚期斷層欠發(fā)育(圖2e)。整體來看，石臼坨凸起邊界斷層長期活動，受區(qū)域應(yīng)力變化的影響，東西段構(gòu)造樣式不同，整體表現(xiàn)為東緩西陡特征。

2.2 邊界斷層差異活動特征

控盆斷層的形成和演化存在階段性，區(qū)域應(yīng)力場的變化存在疊加性，不同時期斷層活動強(qiáng)度不同，不同構(gòu)造帶主干斷裂活動性也存在一定差異。渤海新生代構(gòu)造演化一般劃分為斷陷期(孔店期—沙三期)、斷拗期(沙二期—東營期)、坳陷期(新近系)3個大的演化階段。2013年，黃雷將渤海西部海域新生代構(gòu)造與演化進(jìn)一步劃分為6個階段(孔店期初始局部斷陷期、沙四期的區(qū)域抬升剝蝕期、沙三期廣泛強(qiáng)烈斷陷期、沙二期—沙一期—東營期斷坳過渡期、館陶組—明下段裂后坳陷期、明上段至今的構(gòu)造再活化期)，進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了沙三期強(qiáng)烈斷陷、明上段—第四紀(jì)的構(gòu)造再活化作用[15]。通過對石臼坨凸起邊界斷層不同沉積時期斷層平均活動速率統(tǒng)計(jì)，發(fā)育3個大的構(gòu)造變形期，沙三段沉積時期斷層活動速率最大，約為140 m/Ma，對凹陷的控制作用最大；其次是東營組時期和明上段—第四紀(jì)時期(主成藏期)，斷層活動速率分別為45、32 m/Ma，也是斷裂的主要活動期；其他時期的斷層活動速率相對較小，不是斷裂的主要活動時期，是斷裂活動相對靜止期(圖3a)。

圖2 石臼坨凸起西段邊界斷層分段及構(gòu)造樣式

圖3 石臼坨凸起邊界斷層活動速率

通過對石臼坨凸起邊界斷層明上段—第四紀(jì)時期(主成藏期)斷層活動速率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)可知，斷層的活動速率整體較大，平均斷層活動速率為32 m/Ma，最大為63 m/Ma，呈現(xiàn)“強(qiáng)—弱”交替變化的規(guī)律。按照斷層活動強(qiáng)度，可將其分為A、B、C、D、E、F、G 7個變化區(qū)。根據(jù)斷層活動性的整體變化規(guī)律，又可劃分為3段：西段、東段、中部過渡段，其中，西段包括A、B區(qū)，東段包括E、F、G區(qū)，過渡段包括C、D區(qū)(圖3b)。

從主成藏期斷層活動速率曲線來看，西段斷層活動速率明顯大于東段，最大活動速率大于50 m/Ma。而東段的活動速率盡管同樣較強(qiáng)，但整體相對于西段要弱，斷層活動速率為30～40 m/Ma。對于處于西段和東段之間的過渡帶，斷層活動速率大小適中，在30 m/Ma左右。

3 油氣成藏期

3.1 儲層流體包裹體均一溫度特征

均一溫度是指流體包裹體捕獲時的最小溫度條件。不同均一溫度范圍的流體包裹體代表了不同的流體活動期次[16-17]。曹妃甸6-4油田儲層流體包裹體均一溫度測試結(jié)果表明，新近系、古近系儲層流體包裹體均一溫度峰值存在一定差異。古近系東二上段儲層樣品包裹體均一溫度大致可分為2個峰值區(qū)間(70～75 ℃和85～110 ℃)，第Ⅰ期油包裹體捕獲溫度峰值為75 ℃，第Ⅱ期油包裹體捕獲溫度峰值為95 ℃，表明存在2期油氣充注；另外，第Ⅱ期烴包裹體豐度比第Ⅰ期高，表明構(gòu)造區(qū)第Ⅱ期油氣運(yùn)移充注能力最強(qiáng)。而新近系館陶組儲層樣品包裹體均一溫度只有1個峰值區(qū)間(70～80 ℃)，只存在1期油氣充注，其油包裹體捕獲溫度峰值為80 ℃。

3.2 單井埋藏史及熱演化史分析

包裹體均一溫度能有效地反映油藏調(diào)整充注信息，在此基礎(chǔ)上結(jié)合埋藏-熱史曲線可以確定油氣充注時間[18]。CFD61井包裹體均一溫度特征顯示，東二上段包裹體均一溫度集中分布在70～75 ℃和85～110 ℃，館陶組包裹體均一溫度集中分布在70～80 ℃，對應(yīng)的包裹體形成時期大致為距今3.6～8.5 Ma和3.6 Ma至今。根據(jù)夏慶龍2012年研究成果，石臼坨凸起及圍區(qū)的原油主要來自沙三段烴源巖，深凹區(qū)沙三段烴源巖主生油期為14.0～20.0 Ma(館陶組早期)，斜坡帶沙三段烴源巖主生油期為5.0～10.0 Ma(明化鎮(zhèn)組早期)[9-10]。因此，曹妃甸6-4油田油氣充注時間應(yīng)該為6.0～8.5 Ma(明化鎮(zhèn)組早期)和3.6 Ma至今(明化鎮(zhèn)組晚期以來)(圖4)。

圖4CFD61井埋藏史及熱演化史

3.3 儲層含油包裹體豐度與古油藏

勘探實(shí)例顯示，油層與水層的GOI具有明顯差別，油層GOI一般大于5%，部分樣品GOI大于10%，水層GOI一般小于1%。在運(yùn)移通道層段，GOI一般為1%～5%[16-21]。研究表明，該區(qū)存在高GOI值的含油水層、油水同層。如西段的CFD67井含油水層GOI為5%～6%，CFD64井油水同層的GOI為6%～8%，而中段CFD61井水層、油水同層GOI小于2%。該區(qū)東二上段具有較好的構(gòu)造及儲蓋組合條件，同時存在2期油氣充注，但未成藏，直接指示構(gòu)造區(qū)存在某種因素導(dǎo)致東二上段早期形成的古油藏遭受破壞調(diào)整，致使古油層變成高GOI的含油水層、油水同層。

4 成藏期斷層活動與油氣成藏關(guān)系分析

曹妃甸6-4油田的鉆探揭示，不同構(gòu)造圈閉、不同層系油氣富集程度具有較大的差異，西段油氣主要富集在淺層新近系明下段，東段油氣主要富集在深層古近系東三段，淺層新近系館陶組也有一定的油氣發(fā)現(xiàn)，而中部過渡段油氣在中深層古近系東三段、東二段，淺層新近系館陶組均有較好的油氣發(fā)現(xiàn)，具有復(fù)式成藏特征(圖5)。

對比研究發(fā)現(xiàn)，成藏期斷層活動性對油氣的富集區(qū)帶和層系具有重要的控制作用。強(qiáng)活動斷裂利于油氣垂向疏導(dǎo)，有利于油氣淺層油氣聚集，弱活動則利于油氣保存，對深層油氣成藏相對有利。石臼坨凸起西段邊界斷層西段A區(qū)，成藏期斷層活動速率為53～56 m/Ma，CFD67井在東二段僅見油氣顯示，油氣主要在淺層新近系明下段富集；過渡段的D區(qū)，成藏期斷層活動速率為23～28 m/Ma，斷層活動性相對適中，CFD61井在深層的東三段以及淺層新近系館陶組均有油氣發(fā)現(xiàn)，為復(fù)式油氣聚集區(qū)；東段F區(qū)，成藏期斷層活動速率23～37 m/Ma，斷層活動性相對于CFD61井所在的D區(qū)較強(qiáng)，CFD65井盡管同樣在東三段和館陶組均獲得油氣發(fā)現(xiàn)，但東三段的富集程度較CFD61井明顯低，油藏高度也較小，進(jìn)一步說明斷層活動性增強(qiáng)，會影響深層油氣成藏的豐度。另外，在西段B區(qū)，成藏期斷層活動速率為35～40 m/Ma，斷層活動性強(qiáng)，有利于淺層油氣聚集，該區(qū)鉆探的CFD64井，淺層未有油氣發(fā)現(xiàn)是由于構(gòu)造圈閉不發(fā)育；過渡段C區(qū)，成藏期斷層活動速率為30～35 m/Ma，斷層活動性相對較弱，理應(yīng)為復(fù)式油氣聚集，CFD62井在館陶組獲得較好油氣發(fā)現(xiàn)，深層失利的原因是深層儲層發(fā)育、斷層側(cè)封失利，CFD66井僅見油氣顯示，淺層構(gòu)造圈閉不發(fā)育，深層斷層側(cè)封失利(圖6)。

圖5 曹妃甸6-4油田油氣成藏模式

圖6 成藏期斷層活動性與油氣成藏關(guān)系

5 結(jié) 論

(1) 受NE向滄東—蘭聊右旋走滑斷裂、NW向張家口—蓬萊左旋走滑斷裂的共同影響，石臼坨凸起邊界斷層是張性與剪張性復(fù)合、平直形與弧形交互、活動時間各異的一條復(fù)雜斷裂帶。分段性明顯，可以分為東段、西段、中部過渡段3段，不同段的構(gòu)造樣式不同，整體表現(xiàn)為東緩西陡特征。

(2) 邊界斷層成藏期斷層活動速率分段特征明顯，整體表現(xiàn)為西強(qiáng)東弱的特征。西段斷層最大活動速率大于50 m/Ma；中部過渡帶斷層活動速率為30 m/Ma左右；東段斷層活動速率為30～40 m/Ma。按照斷層活動速率變化規(guī)律，進(jìn)一步可將邊界斷層細(xì)分為A、B、C、D、E、F、G 7個變化區(qū)，呈現(xiàn)“強(qiáng)—弱”交替變化的規(guī)律。

(3) 曹妃甸6-4油田區(qū)存在2期油氣充注，分別為3.6～8.5 Ma(明化鎮(zhèn)組早期)和3.6 Ma至今(明化鎮(zhèn)組晚期以來)。古近系、新近系油氣充注存在一定差異，其中，古近系存在2期油氣充注，新近系發(fā)育自3.6 Ma至今(明化鎮(zhèn)組晚期以來)的一期油氣充注。

(4) 成藏期斷層活動性對油氣成藏具有重要的控制作用。成藏期斷層活動速率為20～30 m/Ma時，斷層活動性相對較小，油氣在古近系相對富集；成藏期斷層活動速為率30～40 m/Ma時，斷層活動性相對適中，具有復(fù)式成藏特征；斷層活動速率為40～60 m/Ma，斷層活動性強(qiáng)，油氣垂向疏導(dǎo)能力強(qiáng)，有利于淺層油氣聚集，對深層油氣保存不利。