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        隱性走滑斷裂識(shí)別標(biāo)志及其與油氣聚集的關(guān)系
        ——以青東—萊州灣構(gòu)造帶為例

        2017-07-10 10:26:25吳俊剛柴永波陳保柱
        關(guān)鍵詞:郯廬萊州灣墾利

        吳俊剛, 王 昕, 柴永波, 陳保柱, 朱 莎

        ( 1. 中海石油(中國)有限公司 天津分公司,天津 300459; 2. 大慶油田有限責(zé)任公司 第四采油廠,黑龍江 大慶 163511 )

        隱性走滑斷裂識(shí)別標(biāo)志及其與油氣聚集的關(guān)系
        ——以青東—萊州灣構(gòu)造帶為例

        吳俊剛1, 王 昕1, 柴永波1, 陳保柱1, 朱 莎2

        ( 1. 中海石油(中國)有限公司 天津分公司,天津 300459; 2. 大慶油田有限責(zé)任公司 第四采油廠,黑龍江 大慶 163511 )

        為了研究郯廬斷裂帶隱性走滑斷裂特征和發(fā)育機(jī)制,確定它對(duì)油氣成藏的控制作用,利用青東—萊州灣構(gòu)造帶高精度三維地震和鉆井資料,研究隱性走滑斷裂的構(gòu)造特征、識(shí)別標(biāo)志、斷裂樣式及成因機(jī)制,分析它與油氣聚集關(guān)系。結(jié)果表明:研究區(qū)隱性走滑斷裂可歸納5種識(shí)別標(biāo)志:(1)斷裂走向一致、傾向相反;(2)斷裂平面變形明顯、兩側(cè)地層產(chǎn)狀突變;(3)斷裂兩側(cè)地層厚度、地震相差異大;(4)斷裂呈直立“柵欄狀”特征;(5)斷裂兩側(cè)油水關(guān)系不統(tǒng)一。包括潛山直立型、盆緣調(diào)節(jié)型、盆內(nèi)末端型和盆內(nèi)橋連型四類構(gòu)造樣式。該區(qū)隱性走滑斷裂的大量發(fā)育與喜山運(yùn)動(dòng)向東擠出、太平洋板塊向西俯沖的共同作用有關(guān);隱性走滑斷裂對(duì)圈閉形成、沉積特征和油氣的運(yùn)聚具有明顯控制作用。該結(jié)果可以有效指導(dǎo)研究區(qū)油氣二次勘探,為走滑斷裂帶的精細(xì)勘探提供參考。

        隱性走滑斷裂; 識(shí)別標(biāo)志; 油氣聚集; 二次勘探; 郯廬斷裂; 青東—萊州灣構(gòu)造帶

        0 引言

        走滑斷裂為地層受扭應(yīng)力作用發(fā)生水平位移而形成的一類斷裂體系,又稱平移斷裂[1]。人們研究走滑斷裂的成因機(jī)制、識(shí)別標(biāo)志、構(gòu)造樣式及其與油氣成藏關(guān)系[2]。胡德勝等認(rèn)為走滑斷裂的形成受控于純剪切、單剪切兩類動(dòng)力學(xué)機(jī)制[3];楊克基等認(rèn)為走滑斷裂對(duì)構(gòu)造形成、油氣聚集具有明顯控制作用,它不僅能直接形成斷塊、背斜等圈閉,還能間接誘發(fā)泥底辟構(gòu)造,影響烴源巖的成熟演化、儲(chǔ)層發(fā)育、油氣運(yùn)移和保存[4]。走滑構(gòu)造帶是油氣成藏的有利場所,在渤海灣盆地、松遼盆地和塔里木盆地等發(fā)現(xiàn)與走滑斷裂有關(guān)的油氣藏,獲得豐富的石油資源[5-6]。

        通常認(rèn)為,剖面上斷面清晰(地震同相軸被錯(cuò)斷),產(chǎn)狀近似直立,發(fā)育“海豚效應(yīng)”“絲帶效應(yīng)”“花狀構(gòu)造”等伴生構(gòu)造,并卷入基底的斷裂為走滑斷裂[7]。走滑斷裂一般具有平移斷距和垂向斷距,平移斷距遠(yuǎn)大于垂向斷距。有的走滑斷裂規(guī)模較小,只有平移斷距,沒有垂向斷距,表現(xiàn)為地震同相軸的錯(cuò)斷不明顯甚至完全消失,以及走滑斷裂的斷面消失、隱伏。綜合渤海油田近年走滑斷裂帶油氣勘探成果,根據(jù)走滑斷裂地震資料識(shí)別難度,將走滑斷裂劃分為顯性走滑和隱性走滑兩類。顯性走滑斷裂是指平移斷距和垂向斷距較大,在地震資料上具有明顯的變形行跡,地震同相軸被錯(cuò)斷,走滑相關(guān)伴生構(gòu)造發(fā)育,且易于識(shí)別的斷裂。隱性走滑斷裂主要發(fā)育于走滑應(yīng)力減弱帶[8],其活動(dòng)可影響上覆地層的破裂變形[9]。隱性走滑斷距較小,垂向斷距不發(fā)育,地震同相軸錯(cuò)斷不明顯,在地震剖面上不易識(shí)別,但它對(duì)構(gòu)造、沉積及成藏具有明顯控制作用,與圈閉級(jí)走滑斷裂[7]類似。隱性走滑斷裂在常規(guī)地震資料上不易識(shí)別,研究困難,文獻(xiàn)較少。

        青東—萊州灣構(gòu)造帶位于渤海海域南部,郯廬走滑斷裂以北東—南西向貫穿其中,受走滑、伸展兩大動(dòng)力源作用[10],地質(zhì)構(gòu)造條件復(fù)雜,是渤海海域油氣勘探的難點(diǎn)地區(qū)。在顯性走滑斷裂研究成果[7,11]的基礎(chǔ)上,筆者利用研究區(qū)三維地震和已鉆鉆井資料,通過精細(xì)地震解釋,建立隱性走滑斷裂及其圈閉識(shí)別方法,總結(jié)隱性走滑斷裂的構(gòu)造樣式、成因機(jī)制及其與油氣成藏的關(guān)系,擴(kuò)大對(duì)郯廬斷裂帶內(nèi)潛在圈閉規(guī)模的識(shí)別,推動(dòng)研究區(qū)隱伏走滑構(gòu)造的油氣勘探。2012年至今,應(yīng)用隱性走滑斷裂研究與識(shí)別技術(shù),重新劃分青東—萊州灣構(gòu)造帶斷裂體系,擴(kuò)大識(shí)別構(gòu)造圈閉約為30 km2,發(fā)現(xiàn)墾利A、墾利C/D及墾利B構(gòu)造等有利成藏區(qū),獲得三級(jí)石油地質(zhì)儲(chǔ)量超億噸。

        1 區(qū)域構(gòu)造背景

        青東—萊州灣構(gòu)造帶位于渤海海域南部,是被郯廬斷裂控制的新生代凹陷,構(gòu)造上屬于渤中坳陷的一個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元。構(gòu)造帶自西至東分別為青東凹陷、萊西構(gòu)造帶、萊州灣凹陷及萊東構(gòu)造帶(見圖1)。受貫穿青東和萊州灣凹陷的郯廬走滑斷裂活動(dòng)的影響,區(qū)域構(gòu)造演化復(fù)雜,可分為新生代前左旋走滑(Pre-cenozoic)[12]、早期斷陷(E2k-E2s3)、中期右旋走滑(E2s1-2-E3d)和晚期活化(N1g-Qp) 4個(gè)階段[13-14]。新生代以前,西太平洋板塊向歐亞板塊以NNW向俯沖,受其影響,郯廬走滑斷裂開始發(fā)育,并以左旋運(yùn)動(dòng)為主,萊西、萊東構(gòu)造帶開始隆升,其凹凸構(gòu)造格局基本形成。早期斷陷階段,太平洋板塊俯沖受阻,由NNW向轉(zhuǎn)為NW向正面俯沖,使區(qū)域巖石圈上拱[15-16],進(jìn)入斷陷階段,開始形成青東凹陷和萊州灣凹陷“北斷南超”的箕狀結(jié)構(gòu)。該階段沉積充填孔店組、沙河街組四段和三段地層,厚度上呈“北厚南薄”特征。中期右旋走滑階段,太平洋板塊俯沖方向由NW向轉(zhuǎn)為NWW向,同時(shí)印度洋板塊向北俯沖, 與歐亞板塊強(qiáng)烈擠壓碰撞, 在兩者共同作用下,華北地區(qū)產(chǎn)生右旋走滑剪切應(yīng)力場[17],走滑活動(dòng)強(qiáng)烈,大量發(fā)育NE向次級(jí)走滑斷裂,區(qū)域主要沉積沙河街組一、二段和東營組地層。晚期活化階段,新近系—第四紀(jì)以來,由于印度洋板塊與歐亞板塊持續(xù)碰撞而發(fā)生青藏高原向東擠壓作用,使渤海灣盆地形成新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)[18],先期NE向走滑斷裂、EW向伸展斷裂開始活化,共同控制新近系沉積演化。該階段主要沉積館陶組、明化鎮(zhèn)組及以上地層。

        圖1 青東—萊州灣構(gòu)造帶區(qū)域位置Fig.1 Regional location of Qingdong-Laizhouwan tectonic belt

        2 識(shí)別標(biāo)志及斷裂樣式

        2.1 識(shí)別標(biāo)志

        斷裂是在地層特定應(yīng)力場作用下的響應(yīng)。大型走滑斷裂中,顯性走滑斷裂發(fā)育規(guī)模大、地震剖面易于識(shí)別,可根據(jù)斷裂產(chǎn)狀、剖面斷裂組合特征及其“絲帶效應(yīng)”和“海豚效應(yīng)”進(jìn)行判別。隱形走滑斷裂發(fā)育規(guī)模小,斷面延伸多為幾公里到十幾公里,特征不明顯,識(shí)別難度較大。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)分析及顯性走滑斷裂研究成果,建立研究區(qū)5種隱性走滑斷裂識(shí)別標(biāo)志(見圖2),為研究區(qū)走滑斷裂帶圈閉精細(xì)解釋,提供“可見”的標(biāo)準(zhǔn)。

        圖2 研究區(qū)隱性走滑斷裂平面展布特征及時(shí)間切片證據(jù)(2 300 ms)

        2.1.1 斷裂走向一致、傾向相反

        青東—萊州灣構(gòu)造帶靠近郯廬走滑斷裂,受伸展和走滑兩大應(yīng)力場控制,平面上主要發(fā)育兩組斷裂:一組為近EW向的伸展斷裂體系;另一組為SN向的走滑斷裂體系。其中近EW向的伸展斷裂主要發(fā)育于早期斷陷階段,數(shù)量較多,規(guī)模較大;SN向的走滑斷裂主要發(fā)于中期右旋走滑階段,成組發(fā)育,但規(guī)模較小,延伸較短。由圖2(a)可見,隱性走滑斷裂兩側(cè)的伸展斷裂走向相近,但傾向截然相反,西側(cè)主要表現(xiàn)為斷面南傾,東側(cè)表現(xiàn)為斷面北傾。研究區(qū)EW向的伸展斷裂傾向分帶性明顯,反映存在南北向走滑應(yīng)力轉(zhuǎn)換帶,控制東西向斷裂發(fā)育。該隱性走滑斷裂構(gòu)造特征與新莊油田的[19]類似。

        2.1.2 斷裂平面變形明顯、兩側(cè)地層產(chǎn)狀突變

        基于地質(zhì)應(yīng)力場、斷裂傾向差異性特征分析,利用顯性走滑斷裂識(shí)別方法,分析隱性走滑斷裂的時(shí)間切片證據(jù)。由圖2(b)可見,隱性走滑斷裂兩側(cè)的地層產(chǎn)狀和地震相特征不如顯性的明顯,但可見SN向變形明顯,兩側(cè)地層產(chǎn)狀也存在突變。如中間一條較短的隱性走滑斷裂南北長約為3 km,但其兩側(cè)的地層產(chǎn)狀完全不同,西側(cè)較陡,東側(cè)較為平緩。

        2.1.3 斷裂兩側(cè)地層厚度、地震相差異大

        隱性走滑斷裂發(fā)育規(guī)模小,水平位移短,垂向位移小,兩側(cè)地震同相軸在地震剖面上無明顯錯(cuò)斷,但地層厚度及地震相特征具有較大差異(見圖3)。由圖3可見,隱性走滑斷裂西側(cè)沙三段底部地震相呈空白弱反射,東側(cè)呈連續(xù)強(qiáng)反射。在孔店組地震剖面上也可見走滑扭動(dòng)形成的“屋脊式”產(chǎn)狀地層。

        2.1.4 斷裂呈直立“柵欄狀”特征

        受晚期活化階段新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響,先期走滑斷裂發(fā)生活化作用,控制新近系的沉積演化。在主走滑斷裂附近,地震剖面上可見多條直立的、呈“柵欄”狀的隱性走滑斷裂發(fā)育(見圖4)。

        2.1.5 斷裂兩側(cè)油水關(guān)系不統(tǒng)一

        斷裂是控制油水關(guān)系的主要因素,根據(jù)常規(guī)地震資料不易識(shí)別一些小斷層,但是小斷層分割含油斷塊并使其油水關(guān)系復(fù)雜化,可以采用地球物理新技術(shù)及井震結(jié)合的方法加以識(shí)別[20-21]。在墾利A構(gòu)造鉆探過程中,井間砂體橫向?qū)Ρ容^好,鉆探KLA-1井基本不含油氣,而KLA-2、KLA-3和KLA-4井為大面積油氣成藏,表明該構(gòu)造油水關(guān)系不一致。在油水界面處,基底發(fā)育多條直立隱性走滑斷裂,受新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響,斷裂晚期再次活動(dòng),雖然活動(dòng)強(qiáng)度較弱,但使新生界地層發(fā)生短距離水平位移,在KLA-1井附近形成局部擠壓區(qū)域,影響油氣的運(yùn)移成藏(見圖5)。因此,隱性走滑斷裂兩側(cè)的油水關(guān)系的一致性也是判斷隱性斷裂發(fā)育的間接證據(jù)。

        圖3 研究區(qū)隱性走滑斷裂地震響應(yīng)特征Fig.3 Seismic response characteristics of subtle strike slip faults in the study area

        圖4 研究區(qū)隱性走滑斷裂柵欄狀特征剖面Fig.4 Paliform seismic profile of subtle strike slip faults in the study area

        2.2 斷裂樣式

        隱性走滑斷裂發(fā)育主要受基底結(jié)構(gòu)和走滑應(yīng)力場位置的控制,根據(jù)發(fā)育位置及表現(xiàn)特征,可將青東—萊州灣構(gòu)造帶隱性走滑斷裂的構(gòu)造樣式分為四類(見表1)。

        (1)潛山直立型。一般發(fā)育于走滑反轉(zhuǎn)帶和凸起區(qū),受新生代前左旋走滑應(yīng)力場的影響,基底塊體發(fā)生強(qiáng)烈運(yùn)動(dòng),地層產(chǎn)狀變化較大,“屋脊”“反屋脊”產(chǎn)狀交替出現(xiàn)。晚期活化階段,先期基底走滑斷裂開始活動(dòng),雖然強(qiáng)度小,但對(duì)晚期構(gòu)造演化及沉積起控制作用。受郯廬走滑斷裂影響,墾利A構(gòu)造基底發(fā)育多條幾乎直立的斷裂,產(chǎn)狀變化較大。新生界隱性走滑痕跡雖不明顯,但可控制區(qū)域油氣成藏,表明斷裂的存在。在萊北低凸起也常見此類斷裂樣式發(fā)育。

        圖5 墾利A構(gòu)造含油面積疊合圖Fig.5 Oil-bearing area superposition graph of KLA tectonic

        (2)盆緣調(diào)節(jié)型。一般發(fā)育于走滑斷裂側(cè)翼,受主走滑應(yīng)力場的影響,其側(cè)翼往往形成隱性調(diào)節(jié)型走滑斷裂。該類斷裂斷距小,控制地層產(chǎn)狀及構(gòu)造圈閉,在地震剖面上,斷裂兩側(cè)地震相特征和地層厚度、產(chǎn)狀不協(xié)調(diào)。青東凹陷東部邊界斷裂為郯廬走滑斷裂的西分支,具有明顯的走滑性質(zhì)[22],受主走滑應(yīng)力場的影響,發(fā)育一條與它近乎平行的隱性走滑斷裂,地震剖面上呈明顯的“反屋脊”狀,地震同相軸亦微有錯(cuò)斷。

        表1 研究區(qū)隱性走滑斷裂樣式及特征

        Table 1 Fault patterns and characteristics of subtle strike slip faults in the study area

        (3)盆內(nèi)末端型。一般發(fā)育于走滑斷裂末端,在盆地中心,受主走滑應(yīng)力場強(qiáng)度減弱的影響,主走滑斷裂尾部常發(fā)育末端型隱性走滑斷裂。郯廬走滑斷裂東支貫穿萊州灣凹陷東部,雁列發(fā)育的三條走滑分支斷裂對(duì)萊州灣凹陷的沉積充填、構(gòu)造演化具有明顯控制作用。受地層平移距離調(diào)節(jié)的影響,在主走滑斷裂末端,地應(yīng)力作用較小,斷裂剖面、平面走滑特征不明顯、垂向斷距較小,但斷裂兩側(cè)地層產(chǎn)狀不協(xié)調(diào),局部地層受擠壓而變形。渤海海域渤南低凸起北側(cè)的傾末端走滑構(gòu)造帶,也發(fā)育一系列隱性走滑斷裂控制的花狀構(gòu)造[23]。

        (4)盆內(nèi)橋連型。主要發(fā)育于走滑斷裂之間,在兩條以上大型走滑斷裂平移過程中,走滑斷裂的發(fā)育位置及平移量不一致,地層受拖拽的應(yīng)力不均衡,在大型走滑斷裂中間,常發(fā)育一類與主走滑斷裂斜交的次級(jí)走滑斷裂,主要起走滑應(yīng)力調(diào)節(jié)作用。該類走滑斷裂受力較小,發(fā)育規(guī)模不大,在地震剖面上難以識(shí)別,為盆內(nèi)橋連型隱性走滑斷裂。該類斷裂在墾利C/D構(gòu)造較為常見,對(duì)圈閉具有一定控制作用。

        在研究區(qū)隱性走滑斷裂構(gòu)造樣式中,潛山直立型、盆內(nèi)末端型受走滑應(yīng)力影響較小,規(guī)模發(fā)育不大,橫向發(fā)育距離只有幾公里,在地震剖面上無明顯走滑痕跡,識(shí)別難度大;盆緣調(diào)節(jié)型和盆內(nèi)橋連型受走滑應(yīng)力影響較大,根據(jù)區(qū)域地應(yīng)力場分布和地震資料分析較易識(shí)別。

        3 形成機(jī)制

        受多期次太平洋板塊俯沖及印度洋板塊碰撞的共同影響,青東—萊州灣構(gòu)造帶受走滑應(yīng)力場影響強(qiáng)烈,研究區(qū)除了發(fā)育郯廬斷裂渤南段東支和西支等大型的走滑斷裂外,還發(fā)育數(shù)量眾多的隱性走滑斷裂。根據(jù)區(qū)域地應(yīng)力場和構(gòu)造演化分析結(jié)果,隱性走滑斷裂發(fā)育主要分為兩個(gè)階段:第一階段為中期右旋走滑演化階段,受主走滑運(yùn)動(dòng)的影響,研究區(qū)走滑應(yīng)力場使地層受力而發(fā)生形變,產(chǎn)生隱性走滑斷裂;第二階段主要為晚期活化階段,早期形成的走滑斷裂發(fā)生活化作用,使上覆地層產(chǎn)狀發(fā)生變化。受多期次、多數(shù)量隱性走滑斷裂發(fā)育的影響,研究區(qū)構(gòu)造及其對(duì)油氣成藏的控制作用也趨于復(fù)雜。

        4 與油氣聚集的關(guān)系

        郯廬走滑斷裂在新生代的活動(dòng)控制研究區(qū)盆地的發(fā)育、沉積充填、源巖排烴、圈閉形成和油氣運(yùn)移。其中,隱性走滑斷裂對(duì)油氣聚集的控制作用體現(xiàn)在三個(gè)方面。

        首先,渤海多年的油氣勘探證實(shí)隱性走滑斷裂對(duì)圈閉具有明顯的控制作用,尤其是渤海南部,發(fā)育南北向隱性走滑斷裂和東西向伸展斷裂兩類斷裂體系,由于斷裂發(fā)育方向不同,當(dāng)兩者時(shí)空關(guān)系匹配時(shí),可形成受兩類斷裂共同控制的構(gòu)造圈閉。如墾利B構(gòu)造,應(yīng)用隱性走滑斷裂識(shí)別技術(shù)發(fā)現(xiàn)面積較大的隱性構(gòu)造圈閉,為油氣勘探提供有利靶區(qū)。

        其次,古地貌對(duì)沉積具有重要的控制作用[24]。在盆緣附近,隱性走滑斷裂控制微古地貌,進(jìn)而控制沉積體系的入湖方向、沉積厚度。楊池銀等認(rèn)為顯性走滑斷裂的河道化對(duì)沉積物的搬運(yùn)和卸載具有明顯的控制作用[25],隱性走滑斷裂具有同樣的砂體控制作用。萊西構(gòu)造帶墾利A構(gòu)造鉆探結(jié)果表明,橫切物源方向的KLA-1 、KLA-2、KLA-3和KLA-4井,在明下段地層多數(shù)砂體井間連續(xù)性較差,展布方向?yàn)槟媳毕?,與隱性走滑斷裂走向相同。這表明微古地貌的形成受隱性走滑斷裂控制,形成的溝—梁相間地形成為物源區(qū)輸砂通道(見圖6)。

        圖6 墾利A構(gòu)造連井油藏剖面Fig.6 Connected wells' profile of KLA tectonic

        最后,受郯廬走滑斷裂活動(dòng)的影響,先期斷裂發(fā)生晚期活化作用,形成并改造大量圈閉,有效溝通油源,形成油氣疏導(dǎo)體系,促使油氣晚期成藏[26]。如萊西構(gòu)造帶墾利A構(gòu)造,基底發(fā)育多條直立型隱性走滑斷裂,作為油氣的運(yùn)移通道,將油氣運(yùn)移至淺層聚集成藏。

        5 結(jié)論

        (1)青東—萊州灣構(gòu)造帶隱性走滑斷裂識(shí)別標(biāo)志主要包括:隱性走滑斷裂兩側(cè)斷裂走向一致、傾向相反;時(shí)間切片上變形行跡明顯,斷裂兩側(cè)地層產(chǎn)狀突變;地震剖面上同相軸無錯(cuò)斷,但兩側(cè)地層厚度、地震相差異較大;地震剖面上斷裂多具直立“柵欄狀”特征;斷裂兩側(cè)油水關(guān)系不統(tǒng)一等。這為隱性走滑斷裂的識(shí)別提供“可見”的標(biāo)準(zhǔn)。

        (2)根據(jù)隱性走滑斷裂的發(fā)育位置及表現(xiàn)特征,可將研究區(qū)隱性走滑斷裂分為潛山直立型、盆緣調(diào)節(jié)型、盆內(nèi)末端型和盆內(nèi)橋連型4種類型,為 “小尺度、大數(shù)量”走滑斷裂系統(tǒng)發(fā)育及其空間展布規(guī)律研究,以及走滑圈閉形成機(jī)理的解釋提供指導(dǎo)。

        (3)研究區(qū)隱性走滑斷裂對(duì)圈閉形成、沉積特征和油氣保存有明顯控制作用。在渤海南部油氣勘探過程中,在隱性走滑斷裂研究成果的指導(dǎo)下,對(duì)渤海南部墾利A、墾利C/D構(gòu)造和青東凹陷墾利B構(gòu)造的油氣勘探獲得突破和進(jìn)展,發(fā)現(xiàn)近億噸三級(jí)石油地質(zhì)儲(chǔ)量,推動(dòng)郯廬斷裂帶的二次勘探。

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        2017-01-21;編輯:張兆虹

        國家科技重大專項(xiàng)(2016ZX05024-003)

        吳俊剛(1981-),男,碩士,工程師,主要從事地球物理方面的研究。

        TE122.1

        A

        2095-4107(2017)03-0001-08

        DOI 10.3969/j.issn.2095-4107.2017.03.001

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