西湖凹陷西斜坡斷層-巖性圈閉形成條件探討

李 倩，李 昆，莊建建，陳子健，王丹萍，王修平，晏玉環(huán)，劉名楊

（中國(guó)石油化工股份有限公司上海海洋油氣分公司勘探開發(fā)研究院，上海 200120）

東海陸架盆地西湖凹陷是一個(gè)面積達(dá)5.9×104km2的NNE走向的大型斷陷盆地。西湖凹陷的西部斜坡帶（以下簡(jiǎn)稱西斜坡）為一個(gè)西高東低、面積約2×104km2、整體呈NNE向展布的二級(jí)構(gòu)造帶（圖1）。西斜坡根據(jù)局部構(gòu)造的發(fā)育特征及成因機(jī)制，由北往南劃分出迎翠軒、木香榭、廣意亭、平湖、初陽(yáng)五個(gè)次級(jí)構(gòu)造帶，其中平湖構(gòu)造帶是目前西湖凹陷勘探的重點(diǎn)區(qū)帶。西斜坡所呈現(xiàn)的“東西分帶”特征是由平湖大斷裂、反向斷層將斜坡帶分割出高、中、低三個(gè)帶；而 “南北分塊”特征則是由于區(qū)域性張扭應(yīng)力促使斷裂體系自WS向NE散開的帚狀散開。西高東低的地貌背景為物源整體自西向東推進(jìn)創(chuàng)造條件，而自南向北差異性組合的張性正斷層與古地貌共同控制了地層充填樣式及砂體的富集規(guī)律。西斜坡的主要勘探層系——中上始新統(tǒng)平湖組為障壁海岸淺水近岸沉積體系，由潮控三角洲沉積體系、瀉湖/潮道體系交互構(gòu)成受海平面升降控制的垂向沉積演化序列[1-5]。早期勘探主要針對(duì)平湖組的斷鼻和斷塊圈閉，先后發(fā)現(xiàn)了孔雀亭、武云亭、寶云亭和團(tuán)結(jié)亭等油氣田[6]，以占構(gòu)造高點(diǎn)的常規(guī)構(gòu)造油氣勘探思路展開，發(fā)現(xiàn)的油氣藏具有“小、斷、貧、散”的特點(diǎn)[7-12]。近年來(lái)勘探成果表明：西斜坡具備發(fā)育斷層-巖性復(fù)合型油氣藏的石油地質(zhì)條件。自西北向東南展布三角洲前緣分支河道，以及自東南往西南、西北高部位方向尖滅的潮道砂體，進(jìn)一步被同生斷層復(fù)雜化，可形成一系列縱向疊合、橫向受斷層切割連片的斷層-巖性復(fù)合圈閉群。本文結(jié)合不同類型的斷裂發(fā)育特征及其控砂機(jī)制，探討西斜坡斷層-巖性復(fù)合圈閉的類型及其形成機(jī)理，進(jìn)一步推動(dòng)西湖凹陷勘探思路由構(gòu)造油氣藏向斷裂-巖性復(fù)合油氣藏的轉(zhuǎn)變。

1 西斜坡不同斷裂控制下的斷層-巖性圈閉類型及發(fā)育模式

1.1 順向主斷裂下降盤陡坡砂巖上傾尖滅-斷層側(cè)翼封堵的圈閉

平湖構(gòu)造帶平北地區(qū)南部的團(tuán)三東地區(qū)發(fā)育平湖主斷裂以及一系列伴生的次級(jí)斷層，地層呈向東逐漸下掉的特征（圖2），發(fā)育典型的扭張 （伸展-走滑）構(gòu)造樣式，表現(xiàn)為帚狀斷階。平面上斷層表現(xiàn)為斜交式帚狀組合，剖面上表現(xiàn)為順向翹傾斷塊（圖2～圖3）。

圖1 西湖凹陷西部斜坡帶構(gòu)造位置與地層、構(gòu)造演化Fig.1 The tectonic position,stratum and structural evolution of the western slope zone,Xihu Sag

圖2 團(tuán)結(jié)亭團(tuán)三東地區(qū)T33反射層深度構(gòu)造圖Fig.2 The depth structural map of T33 reflective layer of the third east area in Tuanjieting structure

圖3 過團(tuán)結(jié)亭團(tuán)三東地區(qū)主測(cè)線方向地震剖面圖Fig.3 Seismic section of the main survey line of the third east area in Tuanjieting structure

圖4 團(tuán)三東 P12a2層反演屬性與古地貌疊合圖Fig.4 The inversion attribute overlaps with the ancient landform of P12a2 layer of the third east area in Tuanjieting structure

平湖主斷裂大距離位移，導(dǎo)致上盤地層劇烈下陷，形成團(tuán)結(jié)亭次洼，同時(shí)從西北方向來(lái)的三角洲物源攜帶大量砂體向東南方向沿羽狀正斷層逐級(jí)下掉，在團(tuán)結(jié)亭次洼匯聚區(qū)卸載（圖4），砂體類型主要包括三角洲前緣分支河道砂、河口壩砂和潮汐作用對(duì)三角洲砂體改造再沉積的潮汐砂壩砂（圖5）。

圖5 團(tuán)三東地區(qū)T-3與T-A5井砂體厚度對(duì)比圖Fig.5 The comparison of sandstone thickness between Well T-3 and T-A5

該類圈閉主要發(fā)育在團(tuán)三東地區(qū)平下段。平下段時(shí)期，平湖主斷裂劇烈活動(dòng)，形成單斷陡坡，其下降盤在地貌上表現(xiàn)為低洼區(qū)，并受上升盤的拖曳向西翹傾，西北部物源以三角洲形式向東南進(jìn)積在低洼區(qū)形成與平湖主斷裂垂直或斜交的條帶狀砂，同時(shí)受平下段高低起伏的地貌控制，條帶狀砂體兩側(cè)易形成尖滅，上傾方向既有平湖主斷裂坡折帶控制，也有潮汐環(huán)境向岸能量減弱的自然相變形成的砂巖尖滅封堵，側(cè)向上受羽狀正斷層封堵，形成斷裂-巖性復(fù)合圈閉（圖6）。這類圈閉近年來(lái)通過團(tuán)結(jié)亭地區(qū)鉆井獲得證實(shí)，例如T-3井靠近平湖主斷裂，鉆井揭示P12a2砂組發(fā)育泥質(zhì)粉砂巖、泥巖和煤的互層（泥坪沼澤組合），而其東部低部位鉆探的T-A5井卻揭示了多層潮間帶水道砂體，相應(yīng)砂組發(fā)現(xiàn)了垂厚10 m的氣層（圖5）。

圖6 團(tuán)三東地區(qū)斷層-巖性復(fù)合圈閉模式Fig.6 Fault-lithologic composite trap mode of the third east area in Tuanjieting structure

1.2 多級(jí)順向斷層下降盤斷層上傾封堵-砂巖側(cè)翼尖滅的圈閉

平湖構(gòu)造帶平北地區(qū)北部的孔雀亭構(gòu)造南翼主要發(fā)育伸展構(gòu)造樣式。剖面上發(fā)育順向翹傾斷塊形成節(jié)節(jié)下掉的斷階（圖7）；在平面上表現(xiàn)為一系列NE走向、SE傾的正斷層平行式排列 （圖8）。

圖7 過孔雀亭地區(qū)主測(cè)線方向的地震剖面Fig.7 Seismic section of the main survey line of Kongqueting area

圖8 孔雀亭地區(qū)T32反射層深度構(gòu)造圖Fig.8 The depth structural map of T32 reflective layer of Kongqueting area

整個(gè)平湖組沉積時(shí)期，孔雀亭地區(qū)經(jīng)歷了完整的海進(jìn)-海退過程，海進(jìn)時(shí)期海平面震蕩升高，平下下段沉積末期，海進(jìn)范圍接近最大；平下上段-平中上段為海退時(shí)期沉積，平下上段開始，海平面逐漸轉(zhuǎn)換為震蕩下降的變化過程，下降過程中伴隨短時(shí)海侵，到平中上段開始，海平面整體下降，孔雀亭地區(qū)以三角洲沉積為主，三角洲前緣砂體受潮汐改造作用較少，分支河道形態(tài)得到保存。海進(jìn)階段，三角洲逐漸向岸后退，沉積層序呈清晰的退積特征，碎屑沉積整體偏細(xì)，主要發(fā)育由潮汐作用控制的沉積微相，潮坪相帶也進(jìn)一步向岸遷移。海退階段，發(fā)育加積或進(jìn)積特征為主的大型三角洲前緣沉積，主要發(fā)育由河流作用控制的沉積微相。在整個(gè)平湖組沉積期隨著海平面周期性有規(guī)律地演化，低位體系域-海侵體系域-高位體系域在各個(gè)層序內(nèi)部構(gòu)成良好的沉積旋回。

這類圈閉主要發(fā)育在孔雀亭地區(qū)南翼平中上段，孔雀亭南翼張扭正斷層強(qiáng)烈發(fā)散，形成一系列向東傾的順向斷階，西北海礁凸起物源體系形成的NW-SE向延伸的多條三角洲前緣分支河道砂體在各級(jí)NE走向順向斷層下降盤逐級(jí)卸載，而三角洲不斷進(jìn)積向盆內(nèi)推進(jìn)的過程中，三角洲分支河道側(cè)向尖滅，同時(shí)西北側(cè)斷層錯(cuò)斷河道砂體進(jìn)行遮擋，形成NW-SE向延伸的斷層-巖性復(fù)合圈閉 （圖9）。按照斷層上傾封堵-砂巖側(cè)翼尖滅的模式，在孔雀亭南翼部署的K7-1井，在無(wú)構(gòu)造背景的平中段P8砂組鉆遇2層21.1 m的氣層（圖8、圖10），證實(shí)P8層圈閉為NW-SE向三角洲前緣分支河道向西南方向尖滅，西北側(cè)受斷層遮擋而成，證實(shí)了多級(jí)順向斷層下降盤斷層上傾封堵-砂巖側(cè)翼尖滅圈閉群的存在并可成藏。

圖9 孔雀亭南翼平中段斷層-巖性圈閉發(fā)育模式圖Fig.9 Fault-lithologic composite trap mode of middle section of Pinghu Group in Kongqueting area

圖10 K7-1井P8層單井相圖Fig.10 Single well sedimentary phase of P8 layer of well K7-1

1.3 反向斷層下降盤砂巖上傾尖滅-斷層側(cè)翼封堵的圈閉

平湖構(gòu)造帶平北地區(qū)中部武云亭地區(qū)（圖1）發(fā)育一系列西傾為主的三級(jí)伸展斷裂，主要呈NNE、NE走向，少量NW走向，斷面低緩，剖面上表現(xiàn)為平行排列的多個(gè)箕狀斷陷，每一斷陷地層?xùn)|厚西薄，形成了典型的反向半地塹構(gòu)造 （圖11）。受斷層控制，形成了具逆牽引特征的武云亭鼻狀構(gòu)造，發(fā)育產(chǎn)生了多個(gè)受反向斷層控制的斷鼻、斷塊（圖12）。NE走向的反向斷層，與寶云亭古鼻隆形成多個(gè)NE走向的平行斷槽，斷槽在平下段時(shí)期，由于斷距大，限制了物源前進(jìn)方向以NE向?yàn)橹?。武云亭地區(qū)主要為潮坪-局限海灣背景下發(fā)育潮控三角洲前緣沉積（以P11為例）（圖13）。

圖11 過武云亭地區(qū)主測(cè)線方向地震剖面圖Fig.11 Seismic section of the main survey line of Wuyunting area

這類圈閉主要發(fā)育武云亭地區(qū)平下段，武云亭地區(qū)發(fā)育的多條NE走向的反向斷層形成了多個(gè)北東走向的斷槽，來(lái)自西南方向的物源受斷槽控制，沿著大斷裂在斷槽較低部位聚集，向西北部斷槽較高部位砂體減薄尖滅，形成砂巖上傾尖滅圈閉（圖14）。W-1井位于翹傾斷塊較高部位，平下段砂體欠發(fā)育，僅在P11砂層組鉆遇7 m細(xì)砂巖；位于斷槽較低部位的W-2、W-3、W-5井均鉆遇較厚砂體，其中W-2井在P11層鉆遇了累計(jì)厚達(dá)60 m的砂體（圖15）。證實(shí)了武云亭地區(qū)斷槽低部位砂體富集，向翹傾高部位減薄的砂體分布規(guī)律，平下段發(fā)育反向斷層下降盤砂巖上傾尖滅-斷層側(cè)翼封堵的圈閉。

圖12 武云亭地區(qū)T33反射層深度構(gòu)造圖Fig.12 The depth structural map of T33 reflective layer of Wuyunting area

圖13 武云亭地區(qū)P11砂層組沉積微相圖Fig.13 The sediments of microphase of P11 layer of Wuyunting area

圖14 武云亭平下段斷層-巖性圈閉發(fā)育模式圖Fig.14 Fault-lithologic composite trap mode of lower section of Pinghu Group in Wuyunting area

1.4 反向斷層上升盤斷層上傾封堵-砂巖側(cè)翼尖滅的圈閉

武云亭地區(qū)平湖組中上部（以P 4為例）處于海退時(shí)期，盆地水體逐漸變淺，同時(shí)西部物源供給強(qiáng)烈，西南和西北兩個(gè)方向的點(diǎn)物源轉(zhuǎn)變?yōu)槲?西北方向的線物源，主要以潮控三角洲前緣沉積為主（圖16）。

這類圈閉主要發(fā)育武云亭地區(qū)平中上段斷坳轉(zhuǎn)換期，由于斷距較小，斷裂和古鼻隆對(duì)沉積控制作用減弱，西部和西北部物源為主，形成NW-SE向展布的潮控三角洲前緣分支河道砂體（圖16），潮汐改造作用往往改變了砂體分布特征，使砂體向上傾方向因?yàn)槌毕芰康臏p弱而減薄，有利于形成斷裂-巖性復(fù)合圈閉（圖17）。以W-1井和W-3井為例，兩口井井間距較小，只有約800 m，但是W-3井鉆后平中上段井上砂地比明顯高于W-1井，油氣顯示層數(shù)也明顯增加（圖18），通過沉積微相研究和儲(chǔ)層精細(xì)刻畫認(rèn)為，兩井所處的潮控三角洲微相不同，W-3井處三角洲前緣分支河道主體，因潮汐改造而增厚；而W-1井則位于潮汐能量減弱方向，砂體減薄。

圖15 連井W-1、W-3、W-5、W-2井P11砂體厚度對(duì)比圖Fig.15 The comparison of sandstone thickness among well W-1、W-3、W-5、W-2

圖16 武云亭地區(qū)P4砂層組沉積微相圖Fig.16 The sediments of microphase of P4 layer of Wuyunting area

2 西斜坡斷層-巖性圈閉形成的成因探討

2.1 斷層-巖性圈閉形成的構(gòu)造背景

構(gòu)造背景能夠反映盆地演化的動(dòng)力學(xué)背景，控制沉積物的充填模式及相帶展布，也決定了油氣圈閉的類型。西斜坡斷裂以NNE和NE向?yàn)橹?、NW向?yàn)檩o，NNE和NE向斷層約占95%，NW向斷層僅占5%（圖19），總體上表現(xiàn)為自WS向NE撒開的帚狀體系，斷層全部為張性正斷層，在西斜坡不同區(qū)斷層構(gòu)造樣式存在差異。

（1） 團(tuán)結(jié)亭地區(qū)發(fā)育平湖大斷裂及一系列伴生次級(jí)斷層，地層呈向東南逐級(jí)下掉特征。發(fā)育典型的扭張（伸展-走滑）構(gòu)造樣式，表現(xiàn)為帚狀斷階。平面上斷層表現(xiàn)為斜交式帚狀組合，剖面上表現(xiàn)為順向翹傾斷塊。

圖17 武云亭平上段圈閉發(fā)育模式圖Fig.17 Fault-lithologic composite trap mode of upper section of Pinghu Group in Wuyunting area

圖18 武云亭地區(qū)W1、W3井P4層砂體厚度對(duì)比圖Fig.18 The comparison of sandstone thickness between well W-1 and W-3

圖19 西斜坡平湖構(gòu)造帶斷裂分布圖Fig.19 Fracture distribution on T32 reflective layer,Pinghu area,West slope,Xihu Sag

（2）武云亭地區(qū)位于反向斷層主體部位，多個(gè)半地塹結(jié)構(gòu)構(gòu)成了斜坡結(jié)構(gòu)。剖面上主要表現(xiàn)為反向翹傾斷塊、多級(jí)y字型等組合，平面上表現(xiàn)為平行式組合，且武云亭地區(qū)扭張構(gòu)造發(fā)育的特征極為明顯，平面上斷層組合表現(xiàn)為帚狀或馬尾狀，剖面上斷層組合表現(xiàn)為多級(jí)y字型（反y字型）。

（3）孔雀亭地區(qū)以伸展構(gòu)造樣式為主，兼有扭張構(gòu)造樣式，表現(xiàn)為翹傾斷塊和多級(jí)y字型組合。平面上該區(qū)斷層NE走向、SE傾為主，兼有發(fā)育弧形斷層；平面上以平行式、斜交式為主；剖面上高帶、中帶、低帶一次發(fā)育順向翹傾斷塊、多級(jí)y字型、反向翹傾斷塊。

2.2 斷層巖性-圈閉形成的沉積條件

始新世時(shí)期，斜坡帶處在有河流注入的半封閉海灣的沉積環(huán)境，發(fā)育了潮坪和潮控三角洲共生的沉積體系，識(shí)別出12種沉積微相，多種有利的砂體類型（表1）。

表1 沉積相類型Table1 Type of sedimentary phase

從始新世地層演化看，西斜坡經(jīng)歷了完整的海進(jìn)-海退沉積過程。其中寶石組-平下下段為海進(jìn)時(shí)期沉積，平下上段-平上段為海退期沉積。海進(jìn)時(shí)期海平面震蕩升高，低位域主要表現(xiàn)為潮控三角洲前緣沉積，海侵域主要表現(xiàn)為潮坪-局限海灣沉積，平下下段沉積末期，海進(jìn)范圍接近最大，此時(shí)平北斜坡主要為潮坪-局限海灣相。平下上段時(shí)期，海平面開始下降，下降過程中發(fā)生短時(shí)海侵，表現(xiàn)為潮坪-局限海灣相向潮控三角洲相過渡。平中上段開始，海平面整體下降，斜坡帶主要發(fā)育潮控三角洲相。

平面上看，巖相分布還呈現(xiàn)明顯的東西分帶，南北分區(qū)的特征。東西向受潮汐作用影響發(fā)育不同的沉積相組合，沉積微相和砂體類型發(fā)生分異；在潮上帶，沉積環(huán)境為地表環(huán)境，受潮汐影響較弱，三角洲主要表現(xiàn)為平原亞相，砂體類型主要為平原分支河道砂體；在潮間帶，潮水在海陸之間頻繁往復(fù)，主要沉積三角洲前緣，前緣水下分支河道受潮汐改造，沉積砂體主要為前緣分支河道砂，河口壩砂和潮坪砂；在潮下帶，潮汐作用更加強(qiáng)烈，三角洲砂體不發(fā)育，主要砂體類型為潮汐改造的三角洲前緣再沉積的潮汐砂壩和潮汐水道。從南至北，沉積體系具有明顯差異性。主要表現(xiàn)在南部受潮汐作用影響較大，而北部受河道注入的影響較大。砂體類型南部主要發(fā)育為受潮汐作用反復(fù)淘洗的砂體，物性較好；中部主要發(fā)育共生的潮成砂體和三角洲砂體，類型多樣；北部主要發(fā)育河控砂體，主要表現(xiàn)為三角洲前緣砂體分布較廣，砂體連續(xù)性變好。

2.3 控砂模式

始新世時(shí)期，西斜坡地貌平面上整體呈現(xiàn) “西高東低，南陡北緩”的格局，地貌繼承性明顯，縱向上表現(xiàn)為從“深洼高隆”向“淺洼低隆”逐漸過渡，構(gòu)造起伏逐步變緩。西部海礁凸起長(zhǎng)期遭受剝蝕，是主要的物源區(qū)。西部物源通過古地貌上溝、谷等物源通道及斷裂轉(zhuǎn)換帶于低洼區(qū)卸載，物源自西向東推進(jìn)過程中，受斷裂和地貌雙重控制，砂體在低洼區(qū)卸載，向周緣高部位尖滅，同時(shí)側(cè)向受斷層封堵，形成斷裂-巖性圈閉。綜合斷裂、古地貌特征和砂體展布的規(guī)律，將西斜坡的控砂機(jī)制總結(jié)為順向斷層單斷控砂、順向斷階控砂和反向斷層斷槽控砂三種模式。

（1）順向斷層單斷控砂是單一斷層控制的斷層下降盤形成巨大的地層落差，高部位斜交斷層方向物源形成大量三角洲砂體匯聚在下降盤形成的低洼處，該類控砂模式主要發(fā)生在西斜坡南部，以平湖大斷裂之下的團(tuán)結(jié)亭-平湖地區(qū)為主。

（2）順向斷階控砂是在順向斷階發(fā)育，地層坡度較陡區(qū)域，由于可容納空間較小，形成沉積物的過路區(qū)，砂體無(wú)法大規(guī)模聚集，僅在大斷裂下盤地層坡度變緩的低洼區(qū)形成大規(guī)模堆積，該類控砂模式主要發(fā)育在西斜坡中帶和低帶，以孔雀亭順向斷階區(qū)為主。

（3）反向斷層斷槽控砂是反向大斷裂捕獲上游的沉積物，使沉積物沿限定型半地塹的大斷裂根部向前推進(jìn)，沿著斷裂形成條帶狀的厚層砂體富集區(qū)，垂直于斷裂，沿翹傾方向砂體逐漸減薄尖滅。每個(gè)三級(jí)反向斷裂控制一個(gè)半地塹，形成一個(gè)沉積中心。這種類型的砂體一般規(guī)模較大，可以形成規(guī)模儲(chǔ)集體。該類控砂模式主要發(fā)生在西斜坡武云亭地區(qū)平下段。

3 結(jié)論

綜上分析，西湖凹陷西斜坡多重因素促成了該地區(qū)具有斷層-巖性圈閉的良好條件：

（1）有利的構(gòu)造條件：西湖凹陷西斜坡地貌整體“西高東低、南陡北緩”，且具備明顯繼承性，由深到淺表現(xiàn)為“深洼高隆”向“淺洼低隆”的逐漸過渡。在這種構(gòu)造背景下，西斜坡易形成斷裂坡折，有利于砂體尖滅，而帚狀張性斷裂體系先張后壓（中新世末轉(zhuǎn)為壓性）演化特征增強(qiáng)了復(fù)合圈閉中斷層封堵能力。

（2）有利的巖相條件：西斜坡主要發(fā)育潮坪-潮道與潮控三角洲的共生的沉積體系，并且在海平面升降過程中，有利于發(fā)育與細(xì)粒巖相（泥炭沼澤、泥坪、三角洲前緣、三角洲間灣）頻繁交互的側(cè)向分布不穩(wěn)定的砂體（分流河道、河口壩、潮道、潮汐砂壩）。

上述兩點(diǎn)的結(jié)合，形成了現(xiàn)今已經(jīng)揭示的復(fù)合圈閉中的三種控砂模式：順向斷層單斷控砂模式、順向斷層斷階控砂模式和反向斷層斷槽控砂模式。在西斜坡的不同地區(qū)發(fā)育不同類型的斷層巖性復(fù)合圈閉。其中團(tuán)結(jié)亭地區(qū)發(fā)育順向主斷裂下降盤陡坡砂巖上傾尖滅-斷層側(cè)翼封堵圈閉；孔雀亭南翼發(fā)育多級(jí)順向斷層下降盤斷層上傾封堵-砂巖側(cè)翼尖滅的復(fù)合圈閉群；武云亭地區(qū)平下段發(fā)育反向斷層下降盤砂巖上傾尖滅-斷層側(cè)翼封堵的圈閉；武云亭地區(qū)平中上段發(fā)育反向斷層上升盤斷層上傾封堵-砂體側(cè)翼尖滅的圈閉。