泌陽凹陷下二門地區(qū)生長斷層控砂作用研究

李智，李雙建，張志業(yè)，王雷，安艷君，王雪梅

（1.中國石化深部地質(zhì)與資源重點實驗室，北京 102206；2.中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京 102206；3.中國石化河南油田分公司，河南 南陽 473400）

生長斷層，又名同沉積斷層或同生斷層，是指沉積盆地內(nèi)隨沉積過程長期發(fā)育而逐漸“生長”起來的斷層（Hardin et al.，1961；Duffy et al.，2015；竇魯星等，2020）。生長斷層斷面形態(tài)在剖面上常呈上陡下緩、凹面向上的鏟狀；下降盤地層較上升盤相應地層厚度明顯增厚；斷距隨深度增加而累積增大。其成因主要與基底斷裂活動等構造運動因素和重力滑動、沉積壓實等重力因素有關。生長斷層規(guī)模大小不一，根據(jù)發(fā)育位置可分為盆緣生長斷層即控凹邊界斷裂和盆內(nèi)生長斷層即蓋層斷裂兩類。生長斷層的分段、分期差異活動對可容納空間、沉積速率、物源體系類型及展布特征均具控制作用，是斷裂活動與沉積活動同期進行而形成的特殊構造形式，包含了運動學和沉積學兩方面因素，是探索活動論構造-沉積耦合的理想對象（楊曉利等，2014；謝通等，2015）。在世界范圍內(nèi)，生長斷層主要發(fā)育在海相陸緣地區(qū)（被動大陸邊緣），而在中國則主要發(fā)育在東部斷陷盆地內(nèi)。

前人針對生長斷層的特征與分類、次生構造、研究方法、成因和演化機理等方面已開展了大量研究，在生長斷層控制沉積體系發(fā)育和砂體展布方面取得了大量成果（王苗等，2014；李占東等，2016；陳哲等，2020）。但目前的研究多集中在盆地邊緣的控凹邊界斷裂或盆地內(nèi)規(guī)模較大的二級斷裂，而對盆地內(nèi)影響水體遷移、古地貌形成和河道砂體展布的大量小規(guī)模低序級生長斷層則缺少研究。無論是邊界斷裂還是低序級斷裂，沿走向多具有分段性，其演化過程多是由多條小斷層連接而成，且斷層不同段的發(fā)育具差異性，其對河道砂體流向、疊置關系的控制作用應是一個分段、分區(qū)而不斷變化的動態(tài)過程（Mulrooney et al.，2018；劉玉虎等，2020；李智等，2020a）。因此，需要從低序級生長斷層精細刻畫、斷層活動性定量統(tǒng)計開始，分析其對砂體展布的控制作用。

筆者以泌陽凹陷下二門地區(qū)的3D 地震、鉆井、測井、巖心資料為基礎，以活動論構造控制沉積展布為指導，以古近系始新統(tǒng)核桃園組三段Ⅳ油組1 小層（Eh3Ⅳ1）為研究對象，井-震結合，刻畫下二門地區(qū)斷裂展布和構造特征；通過斷層兩盤Ⅳ油組1 小層厚度的精細統(tǒng)計，定量分析生長斷層活動性；綜合巖心、測井資料，建立Eh3Ⅳ1 小層各單層沉積模式，最終分析生長斷層對水下分流河道砂體發(fā)育展布的控制作用，對泌陽凹陷老區(qū)滾動勘探和探討復雜斷裂發(fā)育區(qū)生長斷層對砂體的控制作用均具有一定借鑒意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

泌陽凹陷是位于秦嶺-大別褶皺造山帶之上的南襄盆地次級富油氣斷陷，面積約為1 000 km2，形態(tài)呈南斷北超的扇狀（李智等，2020b，2023）。其南部和東部為桐柏山，西北部是社旗凸起，東北部是伏牛山，西部以唐河低凸起和南陽凹陷相隔（李智等，2020c，2022）。下二門地區(qū)位于泌陽凹陷南部陡坡帶東段，東臨泌陽-栗園邊界斷裂，北接泌陽凹陷北部斜坡帶，西部和南部靠近安棚-安店生油中心（圖1）。下二門地區(qū)整體為一寬緩背斜，發(fā)育一系列SW-NE 轉W-E向北傾正斷層，延伸距離為1.2～5.0 km，將其切割形成多個斷鼻或斷塊（圖2a）。

圖1 研究區(qū)位置圖Fig.1 Location map of study area

圖2 下二門地區(qū)斷層展布及Eh3Ⅳ1 小層柱狀圖（泌189 井）Fig.2 Fault distribution and Eh3Ⅳ1 sublayer histogram in Xiaermen area

下二門地區(qū)鉆遇地層層序自下而上依次為古近系大倉房組、核桃園組（自下而上劃分為核三段、核二段、核一段）、廖莊組，新近系鳳凰鎮(zhèn)組和第四系平原組，含油氣層位分布在核桃園組-廖莊組。其中核桃園組三段自下而上細分為9 個油組（Eh3Ⅸ-Eh3Ⅰ油組），巖性主要為含礫砂巖、細砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、白云質(zhì)砂巖與泥巖、鈣質(zhì)泥巖、泥質(zhì)白云巖、頁巖、油頁巖呈不等厚互層。筆者主要研究目的層為核三段Ⅳ油組1 小層（Eh3Ⅳ1），其內(nèi)部又可細分為6 個單層（圖2b）。下二門地區(qū)物源主要來自北部社旗凸起（張建光等，2011；李智等，2020b），發(fā)育自北向南的侯莊辮狀河三角洲沉積體系，區(qū)內(nèi)發(fā)育前緣亞相，其中水下分流河道及前緣席狀砂為主要微相類型。

下二門地區(qū)具有“前緣砂體控儲、斷層-巖性控圈、近源聚集控藏”的有利成藏條件，近年來鉆探發(fā)現(xiàn)的泌426、泌437 和泌449 等多個高效油氣藏均為斷層-巖性油氣藏，可見砂體的精細刻畫是該區(qū)高效滾動勘探的關鍵。但辮狀河三角洲前緣亞相的水下分流河道砂體縱向厚度薄、橫向遷移快，有效儲層表征難度大。因此，從同生斷層精細刻畫和活動性分析入手，分析其對河道砂體流向和展布的控制作用，對該區(qū)滾動勘探開發(fā)具有重要意義。

2 生長斷層對砂體展布的控制

2.1 生長斷層活動性分布

文中使用2019 年下二門3D 地震資料高精度成像處理成果，地震資料信噪比高、斷點清楚、斷面清晰可靠，地震反射波組特征清楚，可追蹤性好。通過對3D 地震資料精細解釋，時深轉換成圖，并利用鉆井分層進行了深度校正，準確落實了該區(qū)的斷裂系統(tǒng)及局部構造特征，編制了Eh3Ⅳ1 小層頂面構造圖（圖2a）?？梢娤露T地區(qū)自南向北、自西向東逐漸抬升，西部發(fā)育的NE-SW 向和中東部發(fā)育的SWWNEE 向和近E-W 向正斷層將研究區(qū)切割為多個斷鼻、斷塊。

在低井控地區(qū)，可通過多井時-深轉換聯(lián)合標定Eh3Ⅳ1 小層頂?shù)捉缑?，全區(qū)追蹤解釋，通過斷層兩盤地層厚度關系來識別生長斷層。從地震剖面可見，研究區(qū)發(fā)育的多條北傾正斷層上盤地層厚度均厚于下盤地層厚度，斷層生長特征明顯（圖3）。在高井控地區(qū)，也可以通過斷層兩盤鉆井的連井地層對比剖面刻畫生長斷層并分析其活動性。例如，F(xiàn)12號斷層上盤的泌160-2 井Eh3Ⅳ1 小層厚度明顯大于下盤的泌200 井，且各單層亦繼承性呈這種特征，說明F12號斷層在Eh3Ⅳ1 小層沉積期“生長”特征明顯（圖4）。

圖3 下二門地區(qū)過生長斷層地震剖面（剖面位置見圖2）Fig.3 Seismic profile of over growth fault in Xiaermen area

圖4 下二門地區(qū)過F12 生長斷層的連井剖面Fig.4 Well connection profile passing through F12 growth fault in Xiaermen area

井-震結合開展斷層生長特征定性分析的基礎上，在古落差法、斷層活動速率法、滑距法和位移-長度關系分析等斷層活動性分析方法中（王燮培等，1990；李勤英等，2000；趙勇等，2003；董進等，2004；盧異等，2010），優(yōu)選生長指數(shù)法，即斷層兩盤厚度比進行下二門地區(qū)生長斷層活動性定量分析。通過研究可以看出，下二門地區(qū)主要發(fā)育三級和四級生長斷層，斷面多北傾，延伸長度為0.9～4.9 km，斷層落差為10～140 m（表1）。沿斷層走向，可見斷層活動性存在分段變化特征，整體而言下二門地區(qū)東部斷層活動性較弱，西部活動性偏強；同一斷層內(nèi)部活動性也呈現(xiàn)強弱相間變化趨勢（圖5）。

表1 下二門地區(qū)Eh3Ⅳ油組生長斷層要素統(tǒng)計表Tab.1 Statistical table of growth fault elements of Eh3Ⅳ in Xiaermen area

圖5 下二門地區(qū)Eh3Ⅳ1 小層生長斷層活動性定量分布圖Fig.5 Quantitative distribution map of growth fault activity of Eh3Ⅳ1 in Xiaermen area

2.2 沉積微相類型

通過對研究區(qū)巖心觀察和測井相分析（圖6），并結合前人研究成果認為該區(qū)主要發(fā)育侯莊辮狀河三角洲沉積的前緣亞相和前三角洲亞相（陳亮等，2006；蔡佳等，2009；朱筱敏等，2011；廖紀佳等，2012；董艷蕾等，2015）。

圖6 下二門地區(qū)核三段典型巖心照片F(xiàn)ig.6 Typical core photos of Eh3 in Xiaermen area

辮狀河三角洲前緣亞相主要發(fā)育水下分流河道、河口壩、前緣席狀砂和分流間灣等微相。水下分流河道巖性為中、厚層至塊狀礫巖、礫質(zhì)砂巖、砂巖，發(fā)育平行層理、交錯層理、浪成波痕，底面為凹凸不平?jīng)_刷面，顆粒分選中等，磨圓差到中等，自然電位曲線多呈箱狀、刺刀狀。累計粒度概率曲線主要表現(xiàn)為典型的兩段式、一跳一懸加過渡式和高斜多跳一懸加過渡式3 種類型（圖7）。河口壩巖性為中、厚層細砂巖和粉砂巖，發(fā)育交錯層理、壓扁層理、波狀層理、浪成波痕，自然電位曲線呈漏斗形。分流間灣巖性為泥巖、泥質(zhì)粉砂巖，發(fā)育水平層理。

圖7 下二門地區(qū)單井相圖及水下分流河道砂體粒度曲線圖（據(jù)廖紀佳等，2012 修改）Fig.7 Phase diagram of single well and grain size curve of underwater distributary channel sand body in Xiaermen area

前三角洲亞相巖性為泥巖夾薄層砂巖、粉砂巖，發(fā)育水平層理和生物擾動構造，自然電位曲線為低幅度鼓包狀或鋸齒狀。

2.3 生長斷層控制沉積微相展布規(guī)律

在地層細分對比、巖心觀察的基礎上，采用地震波形指示反演算法開展相控約束反演研究，綜合刻畫河道砂體展布特征（圖8）。以Eh3Ⅳ16單層為例，紅色和黃色色調(diào)代表水下分流河道砂體發(fā)育區(qū)，綠色色調(diào)代表席狀砂發(fā)育區(qū)，結合單井砂體厚度統(tǒng)計，刻畫各單層沉積微相特征。

圖8 下二門地區(qū)Eh3Ⅳ16 單層生長斷層控制的砂體展布圖Fig.8 Sand body distribution controlled by growth fault of Eh3Ⅳ16 in Xiaermen area

由于下二門地區(qū)主要發(fā)育掉向與物源方向相同的北傾正斷層，南掉正斷層基本不發(fā)育。因此，生長斷層對砂體的控制作用主要受斷層沿走向活動性差異的影響，具體表現(xiàn)為2 個方面（圖8、圖9）。

圖9 下二門地區(qū)Eh3Ⅳ1 小層沉積微相展布圖Fig.9 Distribution of sedimentary microfacies of each single layer of Eh3Ⅳ1 in Xiaermen area

（1）在北掉生長斷層活動性較弱部位，由于斷層南北盤間古地形高差較小，可形成優(yōu)勢水流方向，有利于水下分流河道砂體從此通過。這種情況，河道水流方向及形態(tài)變化均不大。例如，在下二門地區(qū)東部，生長斷層活動性較弱或基本不發(fā)育生長斷層，則各單層水下分流河道順直通過斷層向南，分流河道砂體流向及形態(tài)變化不大。

（2）在北掉生長斷層活動性較強部位，由于斷層生長活動在下降盤產(chǎn)生相對較低地勢，斷層兩盤古地形落差大，形成低洼區(qū)攔截水體流動，導致河道水體方向被偏轉，由各斷層的軟連接部位通過，且生長斷層兩盤河道砂體厚度和形態(tài)差異較大。例如，在下二門地區(qū)西部的F10、F9和F6等斷層活動性較強，在斷層的北盤形成地勢相對低洼區(qū)，水下分流河道砂體受阻隔不易通過，其方向只能發(fā)生偏轉，由各斷層的軟連接部位通過。由于斷層活動性較強導致可容納空間增大，斷層北盤砂體展布方向與斷層走向近似平行，且厚度增大。

2.4 生長斷層對砂體垂向發(fā)育的控制作用

通過對過生長斷層兩盤連井剖面的精細對比可以看出，生長斷層對辮狀河三角洲前緣砂體垂向發(fā)育的控制作用主要表現(xiàn)在砂體疊置樣式和砂體厚度變化上（圖10）。

圖10 下二門地區(qū)過生長斷層的連井剖面Fig.10 Connecting-well profiles passing through growth faults in the Xiaermen area

統(tǒng)計生長斷層上、下兩盤鉆井的Eh3Ⅳ1 小層各單層單砂體個數(shù)和累計厚度可知，生長斷層上、下盤差異較大。在斷層活動性較弱地區(qū)，下盤可容納空間略大，砂體層數(shù)增多、厚度加厚。而在斷層活動性較強地區(qū)，在斷層上盤形成較大可容納空間，有利于砂體堆積，砂體疊置、加厚。例如，位于活動性較強的F5斷層段上盤的泌454 井，Eh3Ⅳ1 小層單砂體16 層，累計厚度為39.8 m；其下盤的泌431 井Eh3Ⅳ1 小層單砂體8 層，累計厚度為14.3 m；過斷層砂體間歇分散、厚度減薄。F1斷層活動性較弱，下盤的下16 井Eh3Ⅳ1 小層單砂體9 層，累計厚度16.7 m；相比較F1斷層上盤的泌431 井砂體疊置發(fā)育、厚度增加。

3 生長斷層控砂模式及意義

綜上所述，對生長斷層的精細刻畫、斷層活動性統(tǒng)計及其對砂體平面、縱向展布規(guī)律的控制作用分析可見，生長斷層對辮狀河三角洲前緣分流河道砂體的控制作用明顯。下二門地區(qū)主要發(fā)育斷層傾向與物源方向相同的北傾生長斷層，在斷層附近水下分流河道砂體形態(tài)特征表現(xiàn)為兩個方面。

（1）在多條生長斷層的連接部位或同一生長斷層活動性較弱部位，此處上、下盤古地形高差小，對水下分流河道砂體的阻礙小，是砂體通過斷面的主要部位。相對而言，其下盤表現(xiàn)為古地勢的低點，有利于通過斷面后砂體的匯聚。因此，這類生長斷層相對而言控制砂體平面匯聚和縱向疊合、加厚（圖11a、圖11b）。

圖11 下二門地區(qū)河道砂體過生長斷層前后樣式圖（據(jù)竇魯星等，2020 修改）Fig.11 Pattern of channel sand body passing through growh fault in Xiaermen area

（2）在生長斷層活動性較強部位，此處上、下盤古地形高差大，對水下分流河道砂體的阻礙大，導致砂體不易從該處通過斷面。且該處上盤地形相對低洼，形成較大可容納空間，導致水下分流河道砂體偏轉、轉向在此匯聚；而其下盤地形相對較高，為古地形高點，不利于砂體沉積。因此，在斷層活動性較強處由上盤到下盤，砂體在平面轉向和縱向分散、減?。▓D11c）。

綜上所述，建立了下二門地區(qū)生長斷層控制辮狀河三角洲前緣水下分流河道砂體分布的模式（圖12）。與傳統(tǒng)的三角洲前緣水下分流河道沉積模式相比，該方案綜合考慮了在斷陷盆地斜坡帶普遍發(fā)育的大量低序級次生斷裂對砂體展布的控制，分析了生長斷層對河道砂體平面和縱向展布的影響，更具實用性。例如，在傳統(tǒng)的三角洲前緣沉積微相研究中，水下分流河道砂體均由高到低呈發(fā)散狀均勻延伸；而在生長斷層控砂模式中，則綜合考慮了斷層活動性差異導致的古地形差異對砂體分布的控制作用。活動性差異導致河道砂體在平面易通過斷面或在斷層上盤轉向、匯聚；縱向上的疊置和厚薄關系也發(fā)生變化。

圖12 下二門地區(qū)生長斷層控砂模式圖Fig.12 Sand control model map of growth fault in Xiaermen area

從上述分析可以看出，在復雜斷陷盆地勘探開發(fā)過程中，基于活動論構造-沉積耦合觀點的生長斷層控砂模式分析具有重要意義。例如，下二門地區(qū)緊鄰泌陽凹陷深凹區(qū)，油源豐富，生成的油氣遇到有效圈閉幾乎均可成藏。該地區(qū)地形自南向北逐漸抬升。因此，生長斷層的南側即下盤圈閉類型以斷層-巖性圈閉和斷鼻、斷塊等構造圈閉為主，那么在斷層活動性較弱地區(qū)則更易尋找水下分流河道的主河道。而在斷層北側即上盤，河道砂體則更易在斷層活動性較強地區(qū)匯聚、加厚。因此可見，開展低序級斷裂的活動性統(tǒng)計和控砂模式分析，對復雜斷塊區(qū)勘探開發(fā)仍具模式意義。

4 結論

（1）泌陽凹陷下二門地區(qū)Eh3Ⅳ1 小層沉積期主要發(fā)育一系列NE-SW 轉近E-W 走向的北傾生長正斷層，剖面形成階梯狀斷層組合。整體而言，西部地區(qū)斷層活動性強，而東部地區(qū)較弱，且各條斷層沿走向活動性差異明顯。

（2）研究區(qū)主要發(fā)育來自北部的侯莊辮狀河三角洲前三角洲亞相和前緣亞相的水下分流河道、前緣席狀砂、河口壩和分流間灣等微相。

（3）平面上來自北部的水下分流河道砂體在斷層轉換帶或同一斷層活動性較弱部位易通過，而在活動性較強部位受到限制或轉向。垂向上，通過活動性較弱區(qū)域砂體相對而言在垂向連續(xù)疊置、加厚發(fā)育，通過活動性較強區(qū)域砂體相對而言在垂向間歇分散、減薄發(fā)育。