袁凌榮,孔令輝,曾曉華,商建霞,饒 資,劉東華

(中海石油(中國)有限公司 湛江分公司,廣東 湛江 524057)

斷層研究是裂陷盆地結(jié)構(gòu)研究的核心問題,也是油氣勘探的關(guān)鍵問題[1-2]。斷層在油氣輸導(dǎo)體系中起著關(guān)鍵性作用,其活動(dòng)強(qiáng)度的定量評價(jià)及其對油氣成藏的控制是當(dāng)前石油地質(zhì)研究的難點(diǎn)[3-4]。斷層的活動(dòng)強(qiáng)度與有效烴源巖大量生排烴時(shí)間的匹配關(guān)系直接決定油氣垂向運(yùn)移量,從而控制著油氣藏的富集程度和規(guī)模大小[5]。前人針對烏石凹陷主干斷層與油氣成藏關(guān)系做過一些相關(guān)研究,主要集中在斷層對儲(chǔ)集層、烴源巖、圈閉控制等方面的定性研究,缺乏定量評價(jià)[6-10]。筆者對烏石凹陷主干斷層的活動(dòng)強(qiáng)度進(jìn)行了定量評價(jià),并結(jié)合與生排烴期的匹配情況,對其與油氣成藏之間的關(guān)系進(jìn)行探討,以期指導(dǎo)該凹陷油氣的勘探與開發(fā)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

烏石凹陷位于北部灣盆地南部坳陷的東北部,是該盆地已發(fā)現(xiàn)的第二個(gè)油氣富集凹陷。該凹陷北部以企西隆起南緣為界,西部、南部與海頭北凹陷和邁陳凹陷被流沙凸起分隔,東部與徐聞隆起相鄰。凹陷內(nèi)部可進(jìn)一步劃分為東洼和西洼兩個(gè)次級構(gòu)造單元,其中東洼包括南部陡坡帶、中部洼陷帶、中央隆起帶和北部緩坡帶,西洼包括南部緩坡帶、中部洼陷帶、北部陡坡帶(圖1)。北部灣盆地是一個(gè)古近紀(jì)—新近紀(jì)裂谷盆地,盆地演化經(jīng)歷了斷陷、斷拗、拗陷3個(gè)階段。烏石凹陷在斷陷階段早期(早古新世)沉積范圍非常局限,主要在凹陷東部發(fā)育了以洪積—沖積扇為特征的長流組;快速裂陷期(始新世)湖盆擴(kuò)大,沉積了以中深湖相為主的流沙港組地層,是盆地的主要烴源巖層;斷拗(漸新世)湖水范圍繼續(xù)擴(kuò)大,但水體變淺,沉積了以沖積平原相和濱淺湖相為主的潿洲組,形成了區(qū)域性儲(chǔ)層和局部蓋層;拗陷階段(早中新世),盆地因熱沉降導(dǎo)致大規(guī)模海侵,沉積了一套以濱淺海相及淺海相為主的砂泥巖地層,是區(qū)域儲(chǔ)層和蓋層。烏石凹陷形成演化過程中,先后充填了古近系的長流組、流沙港組、潿洲組,新近系的下洋組、角尾組、燈樓角組、望樓港組以及第四系的地層[11-12]。

2 主干斷層的活動(dòng)性

2.1 斷層基本特征

烏石凹陷的形成演化受哀牢山-紅河斷裂活動(dòng)、太平洋板塊俯沖碰撞、深部地幔上涌等的共同作用,表現(xiàn)為控制凹陷主干斷裂的發(fā)育,進(jìn)而影響凹陷的基本結(jié)構(gòu)[13]。烏石凹陷斷裂體系按方向劃分為NEE向、NW向和近EW向3組(圖1):①NEE向斷裂,主要有6號(hào)斷層和7號(hào)斷層,是受近SN向盆地強(qiáng)烈拉張和哀牢山-紅河斷裂NW向左旋走滑作用疊加形成;②NW向斷裂,主要是NW向走滑斷層,是受哀牢山-紅河斷裂NW向左旋走滑作用形成;③近EW向斷裂,為凹陷內(nèi)發(fā)育數(shù)量最多的斷裂,包括WS21-1南斷層、WS16-1斷層、WS17-2北斷層、WS16-3南斷層和WS16-3西斷層,是受SN向盆地拉張形成的。其中,NEE向斷裂是烏石凹陷主要的控凹斷裂,6號(hào)斷層和7號(hào)斷層側(cè)接相向拉張,造就了烏石凹陷西洼北斷南超,東洼南斷北超,中部斜向背斜轉(zhuǎn)換的整體格局。

圖1 烏石凹陷斷裂體系

6號(hào)斷層:烏石凹陷北部邊界斷層,剖面形態(tài)以鏟式為主,控制了凹陷西洼古近系的沉積分布。斷層下降盤總體向南沉降,形成北斷南超的箕狀斷凹格局(圖2(a))。

7號(hào)斷層:烏石凹陷南部邊界斷層,剖面形態(tài)以坡坪式為主,控制了凹陷東洼古近系的沉積分布。斷層下降盤總體向北傾滑,形成南斷北超的箕狀斷陷(圖2(a)～(c))。

WS21-1南斷層:烏石凹陷中部背斜轉(zhuǎn)換帶的一條次級正斷層,形態(tài)相對簡單,剖面上表現(xiàn)為上部略陡下部稍緩的鏟式,主斷面北傾,與淺部反向次級斷層組合為“y”字型(圖2(a))。

NW向走滑斷層:烏石凹陷東部洼陷西側(cè)的一條次級正斷層,介于6號(hào)斷層和7號(hào)斷層之間,形態(tài)簡單,剖面上表現(xiàn)為上部略陡下部稍緩的鏟式,主斷面南傾,局部與淺層次級反向斷層組合為“y”字型(圖2(b))。

WS16-1斷層:烏石凹陷東部洼陷中部的一條次級正斷層,形態(tài)復(fù)雜,主斷面南傾,剖面上表現(xiàn)為近板式或局部與淺層次級反向斷層組合為“y”字型(圖2(b)和(c))。

WS17-2北斷層:烏石凹陷東部洼陷中東部的一條次級正斷層,形態(tài)相對簡單,剖面上表現(xiàn)為上部略陡下部稍緩的鏟式,主斷面南傾,局部與淺層次級反向斷層組合為“y”字型(圖2(b)和(c))。

WS16-3南斷層:烏石凹陷東部洼陷東北部的一條次級正斷層,形態(tài)相對簡單,剖面形態(tài)為上部略陡下部稍緩的鏟式,主斷面北傾,局部與淺層次級反向斷層組合為“y”字型(圖2(b)和(c))。

圖2 烏石凹陷南北向地質(zhì)剖面

WS16-3西斷層:烏石凹陷北部緩坡帶的一條次級正斷層,形態(tài)簡單,主斷面南傾,剖面形態(tài)為板式。

2.2 斷層活動(dòng)強(qiáng)度定量評價(jià)

前人針對斷層活動(dòng)強(qiáng)度定量評價(jià)研究采用的方法主要有斷層生長指數(shù)法、斷層落差法和斷層活動(dòng)速率法等14-16]。烏石凹陷內(nèi)不同位置的沉積特征差異較大,斷層生長指數(shù)法不能反映斷層之間活動(dòng)的相對強(qiáng)弱,此處僅采用了斷層落差法和斷層活動(dòng)速率法對主干斷層活動(dòng)性進(jìn)行定量評價(jià)。與斷層落差法相比,斷層活動(dòng)速率法還考慮了時(shí)間因素,便于對比不同時(shí)期斷層活動(dòng)性,因此筆者以斷層活動(dòng)速率法為主,斷層落差法為輔定量評價(jià)斷層的活動(dòng)性?？紤]斷層在不同位置活動(dòng)性存在差異,本次研究針對每條斷層選取多個(gè)斷點(diǎn)求取斷層落差和活動(dòng)速率,并根據(jù)平均值編制各地質(zhì)時(shí)期斷層落差與斷層活動(dòng)速率柱狀圖(圖3)。

圖3 烏石凹陷流二期～下洋期斷層落差和斷層活動(dòng)速率柱狀分布

流二期:NEE向斷層強(qiáng)拉張,垂向活動(dòng)性強(qiáng),斷層活動(dòng)速率大于120 m/Ma,7號(hào)斷層活動(dòng)速率大于6號(hào)斷層。近EW向及NW向斷層弱拉張,垂向活動(dòng)性弱,斷層活動(dòng)速率小于50 m/Ma。

流一期:NEE向斷層持續(xù)強(qiáng)拉張,但垂向活動(dòng)性較流二期減弱,斷層活動(dòng)速率約80 m/Ma,7號(hào)斷層與6號(hào)斷層活動(dòng)速率近于相同。近EW向及NW向斷層仍呈弱拉張狀態(tài),垂向活動(dòng)性較流二期整體變化不大,斷層活動(dòng)速率仍小于50 m/Ma。

潿三期:NEE向斷層仍然強(qiáng)拉張,垂向活動(dòng)性強(qiáng),斷層活動(dòng)速率大于100 m/Ma,6號(hào)斷層垂向活動(dòng)性大于7號(hào)斷裂垂向活動(dòng)性。近EW向及NW向斷層仍處于弱拉張狀態(tài),垂向活動(dòng)性普遍較弱,斷層活動(dòng)速率小于25 m/Ma,但WS16-1斷層垂向活動(dòng)性明顯增強(qiáng),斷層活動(dòng)速率約100 m/Ma。

潿二、潿一期:NEE向斷層垂向活動(dòng)性強(qiáng)度存在差異,其中6號(hào)斷層仍保持強(qiáng)拉張狀態(tài),斷層活動(dòng)速率大于110 m/Ma,而7號(hào)斷層垂向活動(dòng)性逐漸減弱,至潿一期斷層活動(dòng)速率僅10 m/Ma。近EW向及NW向斷層垂向活動(dòng)性普遍較弱,斷層活動(dòng)速率小于40 m/Ma。

下洋期:NEE向斷層活動(dòng)性明顯減弱(斷層活動(dòng)速率小于50 m/Ma),近EW向及NW向斷層活動(dòng)性也極弱(斷層活動(dòng)速率小于10 m/Ma),烏石凹陷整體進(jìn)入拗陷期。

研究表明,6號(hào)斷層和7號(hào)斷層活動(dòng)性最強(qiáng),且活動(dòng)期持續(xù)時(shí)間長,貫穿整個(gè)裂陷期;WS21-1斷層、NW向走滑斷層、WS16-1斷層和WS17-2北斷層活動(dòng)性次之,斷層活動(dòng)速率介于15～50m/Ma之間;WS16-3南斷層和WS16-3西斷層活動(dòng)性最弱,斷層活動(dòng)速率一般小于15 m/Ma。

3 主干斷層的輸導(dǎo)性

斷層的垂向輸導(dǎo)性與斷層的活動(dòng)時(shí)期和強(qiáng)度密切相關(guān)。在活動(dòng)時(shí)期,斷裂呈開啟狀態(tài),導(dǎo)致超壓流體釋放,且由于斷裂帶周邊剩余壓力降低,流體會(huì)往斷裂帶方向匯聚,呈“管流”運(yùn)移[17]。斷層是溝通深部烴源巖與淺部儲(chǔ)層的重要通道,其作為油源斷層必須滿足:①斷層活動(dòng)與生排烴時(shí)期相匹配;②斷層與有效烴源巖連通。

3.1 斷層活動(dòng)與生排烴期的匹配關(guān)系

烏石凹陷烴源巖生烴始于古近紀(jì)流二期,但總量很少,至流一期生烴有明顯增加,一直到潿洲期,生烴量持續(xù)緩慢增加。新近紀(jì)下洋期開始,烏石凹陷進(jìn)入整體沉降階段,烴源巖進(jìn)入大規(guī)模生烴期,并一直持續(xù)到現(xiàn)在[8,10,17]。

通過對烏石凹陷主干斷層各地質(zhì)時(shí)期的活動(dòng)強(qiáng)度與烴源巖生排烴強(qiáng)度分析表明:古近紀(jì)時(shí)期,各主干斷層活動(dòng)強(qiáng)度與生排烴有較好的對應(yīng)關(guān)系,可作為良好的油源斷層(圖4)。新近紀(jì)下洋時(shí)期,6號(hào)斷層、WS21-1南斷層、NW向走滑斷層和WS17-2北斷層與排烴期吻合程度一般,為中等油源斷層;7號(hào)斷層和WS16-1斷層活動(dòng)性較弱,為差油源斷層。WS16-3南斷層和WS16-3西斷層僅在流二期有較弱的活動(dòng)強(qiáng)度,難于作為油源斷層。所有主干斷層在新近紀(jì)下洋期以后基本停止活動(dòng),作為油源斷層的概率極低。

圖4 斷層活動(dòng)與生排烴期的匹配關(guān)系

3.2 斷層與有效烴源巖的連通性

烏石凹陷主力烴源巖是流二段油頁巖,烴源巖生烴門限深度為2 000 m,且深度大于2 900 m才開始大量生烴。斷層與烴源巖的連通性是其作為油源斷層的前提條件。前述斷層基本特征研究表明,所有主干斷層與流二段烴源巖都直接溝通,可作為油源斷層。但古近紀(jì)時(shí)期,6號(hào)斷層、WS17-2北斷層、WS16-3西斷層和WS16-3南斷層斷至的流二段地層埋深小于2 900 m,還未開始大量生烴。7號(hào)斷層、WS21-1南斷層、NW向走滑斷層和WS16-1斷層斷至的流二段地層埋深大于2 900 m,處于大量生排烴階段,是良好的油源斷層。

結(jié)果表明,烏石凹陷7號(hào)斷層、WS21-1南斷層、NW向走滑斷層和WS16-1斷層在古近紀(jì)—新近紀(jì)下洋期與有效烴源巖直接溝通,具有良好的垂向輸導(dǎo)性。

4 對油氣分布的控制作用

烏石凹陷主干斷層在古近紀(jì)時(shí)期整體處于活動(dòng)期,呈開啟狀態(tài),可以作為油氣垂向運(yùn)移的通道,但由于此時(shí)烏石凹陷烴源巖整體仍處于生烴的早期階段,生烴數(shù)量有限,因此只有少量油氣進(jìn)入上覆地層的有利圈閉聚集成藏,油氣藏儲(chǔ)量規(guī)模相對較小,主要位于7號(hào)斷層、WS21-1南斷層、NW向走滑斷層和WS16-1斷層附近烴源巖的上覆地層。

新近紀(jì)以來,隨著埋深的進(jìn)一步增加,烴源巖開始大量生烴,且此時(shí)主干斷層活動(dòng)微弱甚至停止,不再具有垂向輸導(dǎo)能力,而是成為油氣藏形成的遮擋條件。6號(hào)斷層、7號(hào)斷層、WS21-1南斷層、NW向走滑斷層、WS16-1斷層附近流二段地層埋深均大于成熟生烴門限,大量生烴,油氣運(yùn)聚主要發(fā)生在流二段地層內(nèi)部,可形成儲(chǔ)量規(guī)模較大的自生自儲(chǔ)型油氣藏。

5 結(jié) 論

(1)主干斷層活動(dòng)時(shí)期主要在古近紀(jì)—新近紀(jì)下洋期,且斷層活動(dòng)強(qiáng)度隨時(shí)間推移逐漸減弱。

(2)古近紀(jì)—新近紀(jì)下洋期,7號(hào)斷層、WS21-1南斷層、NW向走滑斷層和WS16-1斷層具有良好的垂向輸導(dǎo)性;新近紀(jì)下洋期以后,所有主干斷層活動(dòng)基本停止,不具有垂向輸導(dǎo)性。

(3)油氣勘探最有利方向是流二段內(nèi)部自生自儲(chǔ)型油氣藏;其次在7號(hào)斷層、WS21-1南斷層、NW向走滑斷層和WS16-1斷層附近流二段上覆地層也有一定的勘探潛力。