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        東營(yíng)凹陷王家崗構(gòu)造帶孔店組構(gòu)造特征及其控藏作用

        2013-11-10 10:15:26宋國(guó)奇李繼巖賈光華王東旭
        石油與天然氣地質(zhì) 2013年2期

        宋國(guó)奇,李繼巖,賈光華,王東旭

        (1.中國(guó)石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,山東青島266555;2.中國(guó)石化勝利油田分公司,山東東營(yíng)257000;3.中國(guó)石化勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院,山東東營(yíng)257000)

        伸展斷陷盆地中,在區(qū)域張扭或張性應(yīng)力背景下,受控于深部走滑斷層活動(dòng)影響,上覆地層會(huì)發(fā)育伴生構(gòu)造,主要包括褶皺變形構(gòu)造以及與褶皺相關(guān)的正斷層體系[1]。前人對(duì)該類(lèi)構(gòu)造帶進(jìn)行過(guò)相關(guān)研究,認(rèn)為它往往具有“斷層發(fā)育、斷層切割褶皺、數(shù)個(gè)斷鼻串珠狀分布”的特點(diǎn),對(duì)油氣輸導(dǎo)、圈閉形成及儲(chǔ)層分布都具有重要的影響,成為斷陷盆地中油氣運(yùn)聚的最有利指向區(qū),是油氣勘探工作者最為關(guān)注的靶區(qū)之一[2-3]。東營(yíng)凹陷孔店組勘探程度相對(duì)較低,多期構(gòu)造活動(dòng)形成的鼻狀構(gòu)造帶是油氣運(yùn)聚的重要指向區(qū),前人對(duì)該類(lèi)構(gòu)造帶沒(méi)有進(jìn)行過(guò)深入系統(tǒng)的分析,從而大大制約了東營(yíng)凹陷孔店組油氣勘探。因此,本文選取典型的王家崗構(gòu)造帶孔店組作為研究對(duì)象,主要利用石油地質(zhì)學(xué)與構(gòu)造地質(zhì)學(xué)基本原理,力求通過(guò)分析東營(yíng)凹陷王家崗構(gòu)造帶孔店組基本特征、構(gòu)造演化、形成機(jī)制,闡明構(gòu)造帶對(duì)儲(chǔ)層、油氣運(yùn)聚、油氣分布的控制作用,從而總結(jié)東營(yíng)凹陷同類(lèi)構(gòu)造帶油氣富集規(guī)律。

        1 地質(zhì)概況

        東營(yíng)凹陷位于濟(jì)陽(yáng)坳陷東南部,走向呈北東東,凹陷具有“北斷南超、北陡南緩”的構(gòu)造格局[4]。南部緩坡帶發(fā)育3個(gè)大型局部構(gòu)造帶,分別為王家崗構(gòu)造帶、純化-草橋鼻狀構(gòu)造帶、八面河斷裂鼻狀構(gòu)造帶(圖1)。其中王家崗構(gòu)造帶位于南部緩坡帶東段,東南接八面河鼻狀構(gòu)造帶,西北與牛莊洼陷相連,孔店組油氣成藏條件非常優(yōu)越,發(fā)現(xiàn)了王家崗油田(圖1)。

        2 王家崗構(gòu)造帶孔店組構(gòu)造特征

        2.1 斷層基本特征

        圖1 東營(yíng)凹陷緩坡帶構(gòu)造格局Fig.1 Structure framework of the slope zone in the Dongying Depression

        圖2 東營(yíng)凹陷主要斷層走向、傾向玫瑰花圖Fig.2 Strike and dip rose diagrams of the main faults in the Dongying Depression

        研究區(qū)孔店組斷層系統(tǒng)主要由一系列近東西向和北東向展布的正斷層組成,以近東西向斷層為主(圖2),前者主要發(fā)育在主構(gòu)造帶之上,后者分布于構(gòu)造帶兩翼。其中近東西向斷層以北傾最為發(fā)育,南傾次之,北東向斷層以南東傾較發(fā)育,北西傾次之(圖2)。根據(jù)生烴洼陷位置及斷層傾向配置關(guān)系[3],將南傾和南東傾斷層稱作反向斷層,北傾和北西傾斷層稱為順向斷層。

        2.2 斷層平面展布特征

        通過(guò)解析斷層平面分布圖(圖3),研究區(qū)斷層主要形成3種組合型式,分別為梳狀、平行式和雁列式(圖4)。梳狀組合是指主構(gòu)造帶之上近東西向斷層終止于西翼北東向斷層,形成類(lèi)似梳狀形態(tài);平行式組合主要分布在王家崗主構(gòu)造帶之上,是該區(qū)普遍發(fā)育一種斷層組合形式,主要表現(xiàn)為近東西向斷層呈近似平行排列;雁列式組合發(fā)育于主構(gòu)造帶兩翼,分布局限,主要是四級(jí)北東向“毛毛”斷層的組合形式(圖 4)。

        斷層沿著走向主要有兩種特征:1)部分近東西向斷層呈弧形彎曲特征,成為斷鼻發(fā)育的有利區(qū);2)沿著走向,延伸長(zhǎng)度較大的斷層,傾向發(fā)生明顯變化(圖4)。

        2.3 斷層剖面組合樣式

        研究區(qū)斷層剖面組合有3種類(lèi)型,分別為階梯狀、“Y”字型及“屋脊”式。階梯狀是區(qū)內(nèi)普遍發(fā)育的剖面組合類(lèi)型,主要表現(xiàn)為數(shù)條近東西向展布、傾向一致的斷層組合而成,主要分布于主構(gòu)造帶之上(圖4);“Y”字型組合主要表現(xiàn)為次級(jí)斷層終止于規(guī)模較大的斷層之上,形成類(lèi)似“Y”字型特征(圖4);“屋脊式”斷層組合是研究區(qū)比較獨(dú)特的組合類(lèi)型,一般表現(xiàn)為南傾的斷層向上終止于北傾的較大規(guī)模斷層之上,形成多級(jí)類(lèi)似“屋脊”的樣式。

        圖3 東營(yíng)凹陷斷層平面分布和褶皺構(gòu)造帶形態(tài)Fig.3 Plane distribution of faults and geometry of the fold structural zone in the Dongying Depression

        2.4 褶皺帶特征

        褶皺構(gòu)造高點(diǎn)沿著王100—王斜131—王135—王斜133—王古100—王46井一直向北延伸。根據(jù)構(gòu)造幅度大小,該構(gòu)造帶可分為南部、北部及中部3個(gè)區(qū)塊,王斜133井以北為北部區(qū)塊,王斜133—王斜131井之間為中部區(qū)塊,王斜131井以南為南部區(qū)塊(圖3)。通過(guò)觀察大量垂直于構(gòu)造帶的地震剖面,北部和南部褶皺構(gòu)造具有相似的背景,表現(xiàn)為幅度較大,約100~150 m不等,波長(zhǎng)較寬,約3~4 km不等;中部褶皺幅度較小,約60~20 m不等,波長(zhǎng)約2~3 km左右,斷層較南北區(qū)塊更加發(fā)育(圖3)。該構(gòu)造帶主體發(fā)育近東西向斷層,兩翼發(fā)育少量的北東向斷層,近東西向斷層將其切割,表現(xiàn)出斷鼻呈北東向“串珠狀”分布的特點(diǎn)(圖3),這些斷鼻成為油氣聚集的有利圈閉。

        3 王家崗構(gòu)造帶演化過(guò)程和形成機(jī)制

        3.1 斷層演化過(guò)程和形成機(jī)制

        研究區(qū)斷層整體具有“形成機(jī)制決定斷層走向,不同走向斷層的活動(dòng)期次具有差異性”的特點(diǎn),主要表現(xiàn)為近東西向斷層形成與東營(yíng)凹陷主伸展方向的變遷有關(guān),北東向斷層發(fā)育受控于基底斷層再活動(dòng)。

        圖4 東營(yíng)凹陷斷層平面展布特征和剖面組合樣式Fig.4 Plane distribution features and profile configurations of faults in the Dongying Depression

        3.1.1 近東西向斷層

        近東西向斷層形成受控于東營(yíng)凹陷主伸展方向的變遷,新生代以來(lái),東營(yíng)凹陷先后經(jīng)歷了北北東-南南西向和北西-南東向區(qū)域引張作用的疊加及北東向右旋走滑作用的改造[4]??椎杲M沉積時(shí)期,研究區(qū)以北北東-南南西向拉張引力為主,在此力學(xué)背景下,形成近東西向的斷層。該類(lèi)斷層活動(dòng)期次如下:孔店組沉積時(shí)期開(kāi)始形成,生長(zhǎng)指數(shù)大部分小于1.05,對(duì)沉積無(wú)明顯的控制作用;館陶組沉積早期停止活動(dòng),活動(dòng)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),主要活動(dòng)期集中在沙河街組四段上亞段(沙四上亞段)、沙河街組二段—一段沉積時(shí)期(圖5a),生長(zhǎng)指數(shù)基本均大于1.10,對(duì)沉積具有一定的控制作用。由于牛莊洼陷沙三、四段烴源巖大量生排烴期為東營(yíng)組-明化鎮(zhèn)組沉積時(shí)期。因此,該類(lèi)斷層可成為溝通沙三、沙四段烴源巖的主要油源斷層,停止活動(dòng)后成為遮擋油氣的主要圈閉斷層。

        3.1.2 北東向斷層

        國(guó)內(nèi)外學(xué)者的模擬實(shí)驗(yàn)研究表明,深部構(gòu)造控制淺部構(gòu)造發(fā)育演化過(guò)程,深部走滑斷層控制上覆地層產(chǎn)生伴生構(gòu)造,如雁行狀斷層或褶皺[5]。王家崗地區(qū)的中生界頂面發(fā)育數(shù)條北東向基底斷層,古近紀(jì),受控于北北東-南南西向和北西-南東向區(qū)域引張作用[4,6],基底斷層繼承性活動(dòng),從而使研究區(qū)孔店組發(fā)育北東向斷層??椎杲M沉積時(shí)期,北東向斷層開(kāi)始形成,生長(zhǎng)指數(shù)大都為1.05左右,基本不控制沉積,沙河街組三段沉積時(shí)期,大部分?jǐn)鄬右呀?jīng)停止活動(dòng),部分?jǐn)鄬映掷m(xù)活動(dòng)至沙二段,斷層主活動(dòng)期集中在沙四下亞段、沙三段沉積時(shí)期(圖5b)。該類(lèi)斷層活動(dòng)持續(xù)較短,分析可能由于東營(yíng)凹陷沙三段底部發(fā)育一套穩(wěn)定分布的10~20 m左右的泥巖段,基底繼承性活動(dòng)斷層產(chǎn)生的應(yīng)力大部分被塑性泥巖段吸收,這說(shuō)明基底斷層活動(dòng)影響蓋層中斷層發(fā)育的范圍是有限的。

        圖5 王家崗構(gòu)造帶斷層活動(dòng)時(shí)期Fig.5 Timing of faults in the Wangjiagang structual zone

        3.2 褶皺帶演化規(guī)律和形成機(jī)制

        同沉積作用和差異應(yīng)力造成地層彎曲表現(xiàn)為正斷層上盤(pán)地層發(fā)生彎曲,王家崗褶皺帶在斷層兩側(cè)都發(fā)生彎曲,且兩盤(pán)彎曲程度基本相似,并非差異壓實(shí)的結(jié)果,是橫向應(yīng)力造成的。自晚白堊世開(kāi)始,西太平洋型的古太平洋板塊北西向俯沖率先作用于中國(guó)大陸邊緣的北部地區(qū),一直持續(xù)到古近紀(jì),在郯廬斷裂帶中、北段誘發(fā)出下述的地幔上涌力,使其產(chǎn)生右旋拉張活動(dòng)[7],在研究區(qū)派生出近東西向擠壓力,從而控制王家崗褶皺帶形成。結(jié)合前人研究成果[6],通過(guò)平衡剖面分析,孔店組和沙四段沉積時(shí)期,地層平緩,未見(jiàn)褶皺形態(tài)(圖6a,b),王家崗褶皺帶形成演化分為3個(gè)階段:1)形成期:沙三段沉積期,郯廬斷裂帶活動(dòng)開(kāi)始強(qiáng)烈活動(dòng),主要表現(xiàn)為右旋張扭應(yīng)力,在研究區(qū)派生出近東西向擠壓應(yīng)力,王家崗地區(qū)發(fā)育褶皺變形,構(gòu)造擠壓帶顯現(xiàn)雛形,被早期斷層切割,形成多個(gè)斷鼻形態(tài)(圖6c);2)加劇期:沙二段—沙一段沉積時(shí)期,郯廬斷裂帶活動(dòng)逐漸加?。?],該褶皺帶幅度進(jìn)一步加劇,其上小規(guī)模斷層發(fā)育,褶皺構(gòu)造帶更加復(fù)雜化(圖6d,e);3)定型期:館陶組沉積時(shí)期,郯廬斷裂帶活動(dòng)逐漸減弱[7],對(duì)該構(gòu)造帶的改造作用消失,背斜構(gòu)造帶逐漸定性(圖6f),形成了“多個(gè)鼻狀構(gòu)造帶呈串珠狀”分布的特點(diǎn)(圖3)。

        圖6 王家崗褶皺帶構(gòu)造演化剖面Fig.6 Structural evolution profiles of the Wangjiagang fold zone

        4 王家崗構(gòu)造帶控藏作用

        4.1 構(gòu)造帶不同位置儲(chǔ)層物性的差異性

        儲(chǔ)集層壓實(shí)效應(yīng)的分異主要取決于顆??箟簩?shí)效應(yīng)、埋藏壓實(shí)效應(yīng)和構(gòu)造壓實(shí)效應(yīng),在儲(chǔ)集層物性其他影響因素(沉積相類(lèi)型、顆??箟簩?shí)效應(yīng)、埋藏?zé)嵫莼绞降?相近的情況下,背斜軸部產(chǎn)生的張應(yīng)力補(bǔ)償差異直接造成了儲(chǔ)集物性的局部分異,這種張應(yīng)力在背斜軸部表現(xiàn)的最強(qiáng),向兩翼方向變?nèi)酰?-9]。本次選取位于研究區(qū)主構(gòu)造帶和兩翼的代表性探井,位于主構(gòu)造帶之上的王100井、王135井和王斜131井,翼部的王96井和王111井,通過(guò)研究其壓實(shí)效應(yīng),對(duì)構(gòu)造帶不同部位儲(chǔ)集物性進(jìn)行對(duì)比。巖心常規(guī)分析和測(cè)井解釋結(jié)果表明,王100井、王135井和王斜131井儲(chǔ)集層所表現(xiàn)出的壓實(shí)效應(yīng)明顯強(qiáng)于王96井和王111井(表1)。利用Worden[10]提出的鏡下砂巖成分及成巖特征統(tǒng)計(jì)方法,對(duì)樣品進(jìn)行鏡下碎屑組分及成巖特征數(shù)點(diǎn)統(tǒng)計(jì),顆粒中石英平均含量為47%;長(zhǎng)石含量平均為38.5%,且以石英和長(zhǎng)石顆粒為主的剛性抗壓實(shí)顆粒成分較為相近,表明顆??箟簩?shí)效應(yīng)并非上述儲(chǔ)集層壓實(shí)分異的主控因素,并且王家崗構(gòu)造帶經(jīng)歷了弱壓實(shí)-弱溶蝕成巖改造過(guò)程,成巖事件差異并非儲(chǔ)層壓實(shí)分異的控制因素。因此,儲(chǔ)集層垂向壓實(shí)減孔量主要通過(guò)最大模擬埋深來(lái)表示,前人估算求得研究層段埋藏壓實(shí)率的經(jīng)驗(yàn)值為0.63每百米[11],從而求得這幾口井的垂向壓實(shí)減孔量(表1),由于儲(chǔ)層段存在垂向和側(cè)向雙重壓實(shí),利用鏡下薄片中統(tǒng)計(jì)所得的總壓實(shí)減孔量,減去垂向壓實(shí)減孔量,即為非垂向壓實(shí)減孔量(表1)。由此可見(jiàn),幾口井之間非垂向壓實(shí)減孔量存在明顯差異,這表明構(gòu)造帶不同部位儲(chǔ)集層物性差異可能由于局部應(yīng)力變化造成。

        4.2 對(duì)油氣運(yùn)移聚集的控制作用

        4.2.1 運(yùn)移條件

        研究區(qū)近東西向斷層活動(dòng)時(shí)期早,且具有持續(xù)活動(dòng)的特點(diǎn),大多數(shù)持續(xù)到館陶組沉積時(shí)期,與牛莊洼陷生排烴期有很好的匹配關(guān)系,且王家崗褶皺帶在沙三段已經(jīng)開(kāi)始形成,館陶組沉積時(shí)期定型,油氣運(yùn)移期可成為有利的指向區(qū)。利用各種反映封閉性的參數(shù)[12-17],對(duì)研究區(qū)斷層封閉性進(jìn)行研究,整體來(lái)說(shuō),順向斷層封閉性較差,反向斷層封閉性能好(表2)。因此,近東西向的順向斷層可以為油氣向構(gòu)造帶上聚集提供良好的通道(表2),如王古100井南順向斷層(圖3),走向?yàn)榻鼥|西向,斷距大約200 m,其活動(dòng)時(shí)期從孔店組一段(孔一段)持續(xù)到館陶組早期,斷層封閉性差(表2),可以為油氣向構(gòu)造帶大規(guī)模運(yùn)移提供良好的通道。

        4.2.2 圈閉作用

        王家崗褶皺帶形成過(guò)程中由于斷層切割,會(huì)形成多個(gè)斷鼻串珠狀分布的特點(diǎn),這些斷鼻在牛莊洼陷大量生排烴期已經(jīng)形成,往往為油氣聚集提供良好的圈閉。斷鼻能否成為圈閉主要取決于斷層的封閉性能[18],反向斷層封閉性好,更易遮擋油氣,順向斷層不易成為油氣聚集的圈閉,僅在斷層弧形彎曲處封閉性較好,形成圈閉,反向斷層封閉性好,容易成為油氣聚集的場(chǎng)所(圖4)。通過(guò)統(tǒng)計(jì)構(gòu)造帶已鉆遇15個(gè)典型的斷鼻圈閉,其中13個(gè)成藏的圈閉中僅1個(gè)為順向斷鼻,其余的均為反向斷鼻,未成藏的2個(gè)圈閉為順向斷鼻(表3)。

        4.3 對(duì)油氣平面和空間分布規(guī)律的控制作用

        平面上,油氣主要沿構(gòu)造帶主體部位的斷鼻處呈“串珠狀分布”,兩翼僅部分井有油氣顯示,且顯示層段較少(表4)。因此,斷層長(zhǎng)度、褶皺帶寬度以及儲(chǔ)層物性決定了油氣平面分布范圍。

        空間上,由于褶皺構(gòu)造帶從孔一下亞段到孔一上亞段具有不同的幅度,可以作為油氣聚集的有利指向區(qū)。“屋脊式”組合、階梯狀組合斷層處油氣容易貫穿上下層位運(yùn)移聚集,導(dǎo)致研究區(qū)油氣顯示深度長(zhǎng),從孔一下亞段到孔一上亞段均有分布(表4)。因此,斷層組合類(lèi)型和構(gòu)造帶幅度成為決定油氣空間分布的主要因素。

        綜上所述,東營(yíng)凹陷該類(lèi)構(gòu)造帶對(duì)油氣具有以下控制作用:構(gòu)造帶主體部位儲(chǔ)層物性好于兩翼;斷層封閉性能是決定油氣成藏的關(guān)鍵因素,輸導(dǎo)性斷層為油氣提供良好的運(yùn)移條件,封閉性斷層是形成圈閉的首要條件。斷層長(zhǎng)度、構(gòu)造帶寬度和儲(chǔ)層物性共同決定了油氣平面展布規(guī)律,導(dǎo)致構(gòu)造帶主體部位油氣顯示豐富、兩翼較少的分布特征,斷層組合類(lèi)型和構(gòu)造帶幅度控制了油氣空間分布規(guī)律,一般情況下,油氣具有“多層系、長(zhǎng)深度”的分布特點(diǎn)。

        表1 研究區(qū)構(gòu)造擠壓帶不同部位研究層段儲(chǔ)集層壓實(shí)減孔量Table 1 Porosity loss caused by compression of the Kongdian Formation at different structural locations in the study area

        表2 東營(yíng)凹陷王家崗地區(qū)斷層封閉性評(píng)價(jià)Table 2 Evaluation of fault sealing capacity in Wangjiagang area,the Dongying Depression

        表3 東營(yíng)凹陷王家崗地區(qū)孔店組斷鼻圈閉統(tǒng)計(jì)Table 3 Fault-nose type traps of the Kongdian Formation in Wangjiagang area,the Dongying Depression

        表4 東營(yíng)凹陷王家崗地區(qū)油氣平面顯示Table 4 Plane distribution of oil and gas shows in Wangjiagang area,the Dongying Depression

        5 結(jié)論

        1)研究區(qū)孔店組發(fā)育近東西向和北東向斷層,斷層形成于孔店組沉積時(shí)期;斷層主要有梳狀、平行式和雁列式平面組合類(lèi)型,剖面上,斷層主要有階梯狀、地塹式、“Y”字型、“屋脊”式組合。受控于郯廬斷裂帶而形成的王家崗褶皺構(gòu)造帶經(jīng)歷了形成期、加劇期和定型期3個(gè)演化階段,根據(jù)褶皺幅度和斷層發(fā)育情況,被分為南部、中部、北部3個(gè)區(qū)塊。

        2)王家崗構(gòu)造帶對(duì)油氣成藏具有很重要的控制作用,構(gòu)造帶軸部物性好于兩翼。近東西向的順向斷層可以為油氣運(yùn)移提供良好的通道,封閉性能好的斷層和構(gòu)造匹配形成的斷鼻成為油氣聚集的最佳場(chǎng)所。

        致謝:編輯和審稿專(zhuān)家對(duì)本文提出了很多有益的建議與意見(jiàn),在此一并表示感謝!

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