開魯盆地陸西凹陷早白堊世地層構(gòu)造演化及勘探潛力

梁治國，葉 青，張 丹，程俊生，呂德紅，倪有利

(中國石油長城鉆探工程有限公司，遼寧 盤錦 124010)

0 引 言

陸西凹陷位于開魯盆地陸家堡坳陷西側(cè)，區(qū)內(nèi)斷裂十分發(fā)育，以NNE、NE、近NS 3個方向斷裂為主。依據(jù)斷裂特征將研究區(qū)劃分為“三正兩負(fù)”5個二級構(gòu)造單元：即包日溫都斷裂帶、馬家堡高壘帶、馬北斜坡帶、五十家子廟洼陷、小井子洼陷[1]，其中，包日溫都斷裂帶斷層更為發(fā)育，將二級構(gòu)造帶進(jìn)一步復(fù)雜化。早期在馬家堡高壘帶、包日溫都斷裂帶等構(gòu)造圈閉取得了較大勘探突破，展現(xiàn)了良好的勘探前景，揭示了陸西凹陷是一個具有較大勘探潛力的富油氣凹陷，近幾年依據(jù)“下洼找油”的勘探思路，在馬家堡高壘帶、五十家子廟洼陷帶北段有一定勘探的發(fā)現(xiàn)，但是，在其他構(gòu)造單元未獲得有效的勘探突破，特別是東部陡坡帶上的B51、B10和B18井均未獲得理想的勘探效果。

通過對前期已發(fā)現(xiàn)的油藏進(jìn)行分析可知，研究區(qū)油藏受構(gòu)造控制作用明顯[2-3]，因此，斷裂的形成及演化對油氣的生成、運移、聚集具有重要意義。同時，構(gòu)造演化對扇體的發(fā)育及分布范圍也有控制作用[4]，通過已鉆井證實，沉降拗陷期，相當(dāng)于低位域和湖侵域時期[5]，扇體較為發(fā)育，且凹陷中心沉積厚層泥巖，與扇體形成良好的源儲配置關(guān)系。針對陸西凹陷油藏受控于斷裂特征及構(gòu)造演化這一特點，依托研究區(qū)高分辨率三維地震資料，運用地震剖面分析和相干體切片技術(shù)進(jìn)行斷層的識別和解釋，明確其斷裂系統(tǒng)發(fā)育特征和構(gòu)造演化規(guī)律及其對沉積地層的控制作用，旨在對陸西凹陷后續(xù)油氣勘探提供指導(dǎo)。

1 斷裂系統(tǒng)發(fā)育特征

研究區(qū)斷裂系統(tǒng)具有分區(qū)帶、多級別、多期次等特點[6]。就分區(qū)帶而言，受北東向展布控洼斷層控制，研究區(qū)分為東部陡坡帶、中部高壘帶、西部斜坡帶(圖1)。東部陡坡帶受北東向大型基底斷層影響，發(fā)育一系列NEE、NE向的調(diào)節(jié)斷層，從而導(dǎo)致洼槽帶構(gòu)造破碎；馬家堡高壘帶兩側(cè)分別發(fā)育控洼斷層及控洼調(diào)節(jié)斷層，形成不對稱的高壘帶，平面呈爪形；馬北斜坡帶則是以一系列雁列式排列的反向正斷層組合為主。多級別表現(xiàn)為：一級斷裂為包日溫都斷裂帶以及馬家堡高壘帶西側(cè)3條近NE—NNE向展布的斷裂，主要控制五十家子廟、小井子洼陷形成和發(fā)育，二級斷裂為控制洼陷帶二級構(gòu)造發(fā)育的斷裂，三級及以下級別斷層控制局部斷階、斷塊、壘塊等三級構(gòu)造單元的形成。多期次性表現(xiàn)為：早期斷裂由規(guī)模較大的NE—NNE向斷層組成，具有斷距大、延伸遠(yuǎn)和斷開層位深等特點，是盆地早期形成的控洼基底斷裂，后期繼承性活動，在斷層下降盤地層具有明顯增厚特征，如F1—F3斷層；中期斷層為規(guī)模相對較小的NE、近SN向斷層，九佛堂時期活動強烈，是研究區(qū)控洼和控帶斷層，沙?！沸缕诰哂欣^承性，大多斷穿義縣組，如f4—f9斷層；晚期斷層為規(guī)模較小的近NE、SN向小斷裂，斷開層位較淺，基本上局限于早期形成的斷塊內(nèi)。

圖1 陸西凹陷斷裂及構(gòu)造單元分布

2 斷裂構(gòu)造樣式分析

依據(jù)對整個凹陷構(gòu)造的梳理，并結(jié)合各斷裂平面及剖面組合特征，將研究區(qū)斷裂體系劃分為半地塹構(gòu)造、滾動背斜構(gòu)造、斷塊構(gòu)造3種樣式，各類構(gòu)造樣式在不同的構(gòu)造背景下發(fā)育形成，并且對油氣成藏有較大控制作用。

2.1 半地塹構(gòu)造

陸西凹陷主要是下白堊世裂陷形成的盆地，盆地邊緣受古生界基底卷入的大型正斷層控制，該斷層為控制凹陷沉積的主要邊界斷層，研究區(qū)五十家子廟洼陷為典型的東斷西超半地塹構(gòu)造，同時受馬家堡高壘帶抬升影響,在其西側(cè)小井子洼陷同樣表現(xiàn)為受基底卷入的控洼斷層控制，形成半地塹構(gòu)造樣式。自九佛堂期以來，盆地受邊界斷層控制，研究區(qū)東側(cè)持續(xù)沉降，造成地層厚度明顯增大，西側(cè)地層上超于西斜坡之上，同時由于沙海期馬家堡高壘帶持續(xù)抬升，分割成小井子和五十家子廟2個箕狀洼陷，直至中白堊期隨著整體構(gòu)造抬升遭受剝蝕，斷層不再活動。

控制半地塹構(gòu)造形成的主邊界F1斷層為高角度鏟式正斷層，在剖面上與其下降盤f4斷層形成“Y”字形組合樣式(圖2)。此類鏟式斷層中間位移量大，向兩側(cè)逐漸消失或以轉(zhuǎn)換斷層的方式傳遞到其他主邊界斷層[7]。

圖2 陸西凹陷半地塹構(gòu)造地震剖面

研究區(qū)2個主要生烴洼陷受此類邊界斷層控制，對洼陷烴源巖的發(fā)育與油氣成藏具有重要意義。在洼陷內(nèi)，砂體直接進(jìn)入烴源巖中，并與烴源巖呈指狀交互，形成良好的源儲配置關(guān)系，洼陷內(nèi)發(fā)現(xiàn)的B14塊巖性油氣藏為典型的例子。同時邊界斷層上盤常常發(fā)育一系列反向正斷層組成的掀斜斷塊，形成“洼中隆”的構(gòu)造圈閉，在扇中有利相帶位置先后發(fā)現(xiàn)了B1、B38塊構(gòu)造油氣藏。

2.2 滾動背斜構(gòu)造

滾動背斜是在生長斷層活動時由于上下兩盤之間差異壓實作用和下降盤的重力作用形成的弧形彎曲現(xiàn)象[8]。滾動背斜主要受2期構(gòu)造運動控制，先期受張力作用形成正斷層，后期在壓應(yīng)力作用下形成滾動背斜[9]。滾動背斜在斷陷盆地普遍發(fā)育，當(dāng)其進(jìn)入生烴洼陷時，可作為油氣運移的通道，經(jīng)后期壓應(yīng)力改造后成為封閉性好的結(jié)構(gòu)面，可作為油氣成藏的控藏斷層。

研究區(qū)東側(cè)洼槽帶普遍發(fā)育東傾正斷層，在其下降盤地層受摩擦力的牽引，發(fā)生拖拽和拉伸而形成與斷層傾向相同的構(gòu)造形態(tài)。阜新組時期包日溫都背斜構(gòu)造進(jìn)一步抬升而形成壓應(yīng)力作用，阜新組地層發(fā)生彎曲變形，形成滾動背斜構(gòu)造形態(tài)(圖3)，沿NE向呈現(xiàn)串珠分布。由滾動背斜形態(tài)及地層褶皺程度可知，地層在壓應(yīng)力作用下沿著滑脫面發(fā)生大幅度塑性變形，形成小型背斜構(gòu)造。阜新組末期，隨著構(gòu)造整體抬升，上覆地層遭受剝蝕，形成明顯的角度不整合。受構(gòu)造抬升作用影響，滾動背斜下部斷層表現(xiàn)為上陡下緩特征，向下收斂到控邊斷層F1之上，剖面上常呈“Y”型構(gòu)造樣式。

圖3 陸西凹陷滾動背斜地震剖面

受同生斷層控制，下伏九佛堂組時期地層砂體普遍發(fā)育，且地層傾向與伴生斷層相反，形成反向屋脊形態(tài)。該類伴生斷層受上覆滾動背斜構(gòu)造壓應(yīng)力作用，具有較好的封堵性，對下伏地層形成反向正斷層遮擋，可形成較好的構(gòu)造型圈閉[10]。目前沿滾動背斜帶下伏地層已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一系列油藏，依據(jù)這一成藏規(guī)律認(rèn)為洼槽帶南側(cè)仍有較大的勘探潛力。

2.3 斷塊構(gòu)造

受馬家堡高壘帶和包日溫都背斜構(gòu)造帶抬升的影響，兩者間挾持的洼槽帶發(fā)育一系列斷塊構(gòu)造。洼槽帶為2組NE向斷層控制地塹構(gòu)造，一組是控制五十家子廟洼陷沉積的西掉F2斷層，另一組是馬家堡高壘帶東側(cè)與其共軛的東掉f4斷層(圖3)，2條斷層共同作用控制一條北東向展布的洼槽帶，洼槽帶內(nèi)斷裂發(fā)育，構(gòu)造破碎，斷塊規(guī)模小，發(fā)育一系列與伸展構(gòu)造相關(guān)的斷階和斷塊。

同時，受阜新組時期滾動背斜構(gòu)造壓應(yīng)力作用，洼槽帶內(nèi)屋脊形斷階或斷塊圈閉具有較好的成藏條件，形成一系列構(gòu)造油氣藏，主要含油層段為九佛堂組(包括上段和下段)，目前在洼槽帶內(nèi)不同層段發(fā)現(xiàn)4個油藏，表現(xiàn)為受構(gòu)造控制的斷塊油氣藏。依據(jù)此類油藏的特征，洼槽帶內(nèi)受反向斷層控制的斷階或斷塊是未來勘探的主要區(qū)帶[11]。

3 構(gòu)造演化

陸西凹陷是早白堊世形成的單斷箕狀凹陷，其構(gòu)造演化在時間上具有分期性，空間上具有構(gòu)造遷移的特點[12]。整體構(gòu)造演化可分為4期：初始裂陷期、沉降拗陷期、穩(wěn)定沉降期和回返萎縮期，形成2個不整合面。利用剖面平衡技術(shù)，對陸西凹陷進(jìn)行了構(gòu)造演化分析(圖4)。

圖4 陸西凹陷早白堊世構(gòu)造演化

3.1 初始裂陷期

裂陷期為九佛堂組下段沉積時期。受區(qū)域構(gòu)造運動的影響，整個陸家堡地殼經(jīng)歷了強烈的拉張和減薄造山運動，伴隨著大量火山活動，義縣組發(fā)育大套火山巖、火山碎屑巖[13]。裂陷初期開始形成的一系列NE和NNE向基底斷層控制著小型地塹、半地塹洼陷，湖盆范圍較小，沉積中心在凹陷北部，沉積物展布受基底構(gòu)造起伏影響，沉積物主要以半深湖相泥巖為主，夾薄層凝灰質(zhì)粉砂巖。中期發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)，沉積中心向南偏移，主要沉積物為泥巖、油頁巖夾薄層砂巖。晚期隨著構(gòu)造活動相對穩(wěn)定，東部控凹斷層沿著斷裂面活動，形成一級控凹斷裂，控制了陸西凹陷的構(gòu)造格局，沉積物的空間展布受邊界斷層影響，主要分布有沖積扇、扇三角洲及湖相沉積體系組合，沉積物普遍含灰質(zhì)成分。在地震剖面上，界面之下為明顯的頂超反射特征，界面之上為上超的反射特征(圖5)，這種地震反射組合特征表現(xiàn)為2期地層不整合接觸關(guān)系[14]，反映出九佛堂組下段晚期退積的沉積環(huán)境，整個裂陷晚期相當(dāng)于填平補齊的過程，造成局部與上覆地層(九佛堂組上段地層)呈現(xiàn)明顯的角度不整合。

圖5 九佛堂組上段與下段間不整合界面地震反射特征

3.2 沉降拗陷期

隨著九佛堂組下段晚期構(gòu)造回返，整個沉積地層填平補齊，受差異升降運動影響，湖盆進(jìn)入沉降拗陷期，早期活動弱，沉積范圍小，湖盆范圍主要集中在凹陷中部，晚期隨著控凹斷層進(jìn)一步活動，水體不斷擴大加深，表現(xiàn)為整體下降沉積的規(guī)律。該期沉積速率達(dá)到最大化，在東部陡坡帶和西部斜坡帶的湖盆邊緣扇體較為發(fā)育，主要以砂礫巖、礫巖為主的扇三角洲體系，湖盆中心以半深湖—深湖相泥巖、油頁巖沉積為主。陸西凹陷的整體構(gòu)造格局基本形成。

3.3 穩(wěn)定沉降期

沙海期斷裂活動強度減弱，繼承了九佛堂組時期的構(gòu)造格局。開始進(jìn)入穩(wěn)定沉降期，為沉降拗陷期的進(jìn)一步發(fā)展，水體進(jìn)一步擴大加深，達(dá)到最大湖侵期，沉積速率小于可容空間，物源供給不足，廣泛發(fā)育富有機質(zhì)的泥巖、油頁巖。

3.4 回返萎縮期

沙海組末期發(fā)生短暫構(gòu)造回返，湖盆邊緣構(gòu)造抬升遭受剝蝕，形成局部不整合。阜新組早期，斷裂活動增強，以水平伸展方式構(gòu)造運動為主，研究區(qū)北部抬升，沉積中心向南遷移。阜新組晚期，凹陷發(fā)生區(qū)域性抬升，地層局部遭受不同程度剝蝕，受壓扭性左旋力影響，湖盆逐漸收縮，可容納空間減少，物源供給不足，沉積物以泥巖為主，含少量砂巖，局部發(fā)育薄層煤層。阜新組末期，凹陷發(fā)生整體抬升，地層遭受大面積剝蝕，形成與上覆中白堊世地層明顯的角度不整合[15]。

4 有利勘探方向

陸西凹陷東部陡坡帶已探明石油儲量占整個凹陷的63.6%，有利的油氣聚集和成藏位置主要位于邊界斷層控制的下降盤。良好的烴源巖、儲集層、蓋層條件導(dǎo)致靠近陡坡帶油氣資源富集，此外，優(yōu)勢的構(gòu)造特征也是該地區(qū)油氣富集的主要條件之一。構(gòu)造演化對油氣的形成和分布也具有控制作用，沉降拗陷期物源穩(wěn)定，發(fā)育規(guī)模扇體，同時在洼陷中心沉降了巨厚泥巖，形成了較好的烴源巖條件[16]。

目前明顯的構(gòu)造油藏均已發(fā)現(xiàn)[17]，洼槽帶是陸西凹陷增儲上產(chǎn)的重要領(lǐng)域(圖1)，B38塊構(gòu)造油氣藏的發(fā)現(xiàn)預(yù)示著在主生烴洼陷內(nèi)部具有良好的勘探前景。洼槽帶斷層發(fā)育，構(gòu)造破碎，既有早期西傾的反向正斷層控制的局部高塊，又有晚期滾動背斜構(gòu)造形成的封堵性作用，在斷塊構(gòu)造和滾動背斜構(gòu)造樣式疊加作用下，洼槽帶內(nèi)微幅度構(gòu)造圈閉有利于油氣聚集成藏，是一個潛在的勘探領(lǐng)域[18]。通過此次精細(xì)構(gòu)造梳理，在洼槽帶梳理出一系列“洼中隆”的微幅度有利構(gòu)造圈閉。

在早白堊世演化過程中，九佛堂組時期烴源巖最為發(fā)育，且達(dá)到生烴門限[19]，洼槽帶中的有利構(gòu)造處于油氣運移的指向區(qū)[20]，油氣沿九佛堂組下段頂界不整合面進(jìn)行運移成藏。沉降拗陷期發(fā)育多期規(guī)模扇體，砂體直接進(jìn)入生烴洼陷，與九佛堂組時期烴源巖形成良好的源儲配置關(guān)系。圈閉的定型期為阜新組沉積期，與陸西凹陷油氣大規(guī)模的排/聚期相匹配[21-22]。陸西凹陷在九佛堂組形成多套生-儲-蓋組合，構(gòu)造演化控制油氣的形成與分布，構(gòu)造圈閉控制油氣的聚集，有利沉積相帶控制油氣的富集程度。因此，在構(gòu)造和沉積認(rèn)識的基礎(chǔ)上，依據(jù)“下洼找油”的勘探理念，針對洼槽帶中有利構(gòu)造圈閉實施有效勘探，是未來增儲上產(chǎn)的重要領(lǐng)域。

5 結(jié) 論

(1) 陸西凹陷具有不同的構(gòu)造特征，各洼陷斷裂發(fā)育特征存在時空差異。陸西凹陷斷裂系統(tǒng)具有分區(qū)帶、多級別、多期次等特點。

(2) 陸西凹陷斷裂體系劃分為半地塹構(gòu)造、滾動背斜構(gòu)造、斷塊構(gòu)造3種樣式。整體構(gòu)造格局是受控邊斷層所形成的半地塹構(gòu)造，斷層上盤發(fā)育的一系列伴生斷層控制著局部斷塊構(gòu)造，壓扭力作用形成的滾動背斜構(gòu)造為其下伏斷塊圈閉提供較好的保存條件。

(3) 陸西凹陷早白堊世構(gòu)造演化可分為4個階段：九佛堂下段時期為初始裂陷期，構(gòu)造活動劇烈，形成多個沉積中心，末期湖水退卻，形成局部沉積間斷面；九佛堂上段時期進(jìn)入沉降拗陷期，物源充足，扇體發(fā)育；沙海組時期進(jìn)入穩(wěn)定沉降期，水體進(jìn)一步擴大加深，達(dá)到最大湖侵期；阜新組時期進(jìn)入回返萎縮期，早期以水平伸展運動為主，末期構(gòu)造抬升，地層遭受嚴(yán)重的剝蝕，與上覆地層形成明顯的角度不整合。

(4) 陸西凹陷馬家堡高壘帶東側(cè)的洼槽帶是有利的勘探目標(biāo)區(qū)；洼槽帶緊鄰生烴洼陷，處于油氣運移的有利指向區(qū)，成藏條件較好，油氣資源富集；“洼中隆”構(gòu)造提供較好的圈閉條件，配合上覆滾動背斜形成的斷層遮擋，成為油氣聚集和富集的有利區(qū)。