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        走滑-拉張斷裂活動性量化表征及控藏作用
        ——以東營凹陷南坡金家地區(qū)為例

        2021-06-07 16:00:46張云銀張偉忠毛振強陳丙申于正軍于景強
        斷塊油氣田 2021年2期
        關(guān)鍵詞:博興金家東營

        張云銀 ,張偉忠 ,毛振強 ,陳丙申 ,于正軍 ,于景強

        (1.中國石化勝利油田分公司物探研究院,山東 東營 257022;2.中國石化勝利油田分公司純梁采油廠,山東 博興 256504)

        0 引言

        走滑-拉張斷裂帶具有張性兼扭性的力學(xué)特性,是走滑與拉張共同作用的結(jié)果[1]。受太平洋板塊及印度洋板塊俯沖的影響,在我國含油氣盆地中,走滑與拉張共同作用形成了走滑-拉張斷裂帶[2-5]。國內(nèi)外學(xué)者對已發(fā)現(xiàn)的走滑-拉張斷裂帶的控藏作用進行了研究,認為走滑-拉張斷裂帶控制了含油氣盆地的儲層發(fā)育、圈閉條件、油氣成藏等,是油氣運移聚集的有利區(qū)帶[6-11]。

        由于走滑-拉張斷裂帶的靜態(tài)構(gòu)造樣式及動態(tài)構(gòu)造演化有差異,導(dǎo)致沉積儲層、油氣成藏等具有不同的控制作用,使得油氣富集程度相差甚大,顯示了油氣成藏的復(fù)雜性。目前,東營凹陷南坡走滑-拉張斷裂帶缺乏深入研究,控藏作用認識不明晰,制約了油氣勘探。本文基于三維地震資料,結(jié)合區(qū)域地質(zhì)特征,對金家走滑-拉張斷裂帶進行了系統(tǒng)研究,明確了該區(qū)油氣成藏的控制作用,指明了有利勘探區(qū),為金家地區(qū)乃至整個東營凹陷南坡中深層勘探提供了技術(shù)支撐。

        1 區(qū)域地質(zhì)概況

        東營凹陷位于渤海灣盆地濟陽坳陷帚狀構(gòu)造體系的東南部,新生代以來受到郯廬斷裂帶右旋走滑的控制,走滑-拉張斷裂帶在盆地內(nèi)廣泛發(fā)育。陡坡帶發(fā)育以帚狀構(gòu)造樣式為主的北東向走滑-拉張斷裂帶,緩坡帶發(fā)育以雁列構(gòu)造樣式為主的走滑-拉張斷裂帶。勘探實踐表明,緩坡帶的雁列走滑-拉張斷裂帶具有多層系含油的特點。八面河斷裂帶探明儲量1.62×108t,揭示了多層疊合的復(fù)式成藏特征。東營凹陷為典型的北斷南超箕狀斷陷盆地,受早期北西向斷層繼承性活動的影響,發(fā)育北西向和北東向2組斷層:北西向斷層主要有陳南斷層?xùn)|段、石村斷層等;北東向斷層主要有高青—平南斷層、陳南斷層西段、博興斷層和濱南斷層等。北部陡坡帶受高青、濱南—利津及勝北斷裂帶的控制,主要發(fā)育北東向右旋帚狀走滑-拉張斷裂帶;南部緩坡帶受基底斷裂帶以及郯廬斷裂帶右旋走滑的影響,主要發(fā)育北西向和北東向2組雁列走滑-拉張斷裂帶(見圖1)。

        圖1 東營凹陷南坡金家構(gòu)造帶區(qū)域位置

        研究區(qū)金家構(gòu)造帶位于東營凹陷西南部邊緣,鄰近博興生油洼陷,南部鼻狀構(gòu)造與魯西隆起相接。構(gòu)造整體呈北北東向展布,主要的構(gòu)造形變體現(xiàn)在中深層,淺層構(gòu)造活動逐漸減弱。本區(qū)地層發(fā)育較全,新生代地層向南逐漸超覆在魯西隆起之上。金家地區(qū)中淺層已經(jīng)上報探明儲量近億噸,勘探程度較高,而中深層沙四下孔店組勘探程度較低,一直未有規(guī)模儲量發(fā)現(xiàn)。通過研究金家走滑-拉張斷裂帶,以期推動本區(qū)中深層勘探進程,并帶動?xùn)|營凹陷南坡其他地區(qū)的油氣勘探。

        2 走滑-拉張斷裂帶構(gòu)造樣式

        金家走滑-拉張斷裂帶平面上呈北北東向,構(gòu)造特征從深層到中淺層差異明顯。深層主要為一條北東走向的走滑斷層,向北終止于博興斷層,向南一直延伸到魯西隆起,延伸長度為15~20 km。早期的走滑作用切割了東西向北傾斷層,斷層走滑位移量達1.7 km。中淺層表現(xiàn)為右旋左階雁列組合樣式,北東走向的次級斷層依次左階排列,組成了右旋特征的雁列組合樣式(見圖2)。新近紀晚期,金家走滑-拉張斷裂帶基本消亡。

        圖2 金家走滑-拉張斷裂帶平面分布

        金家斷層剖面上傾向北西,斷面的傾角較大,在55°~65°,具有由淺層到深層、由北部到南部斷層傾角逐漸加大的特點。垂向斷距在50~100 m,局部地區(qū)垂向斷距不明顯。剖面組合樣式由北向南逐漸從負花狀構(gòu)造過渡到單條直立斷層,負花狀構(gòu)造在淺層較為明顯,深層表現(xiàn)為直立斷層,斷層傾向正西,也有傾向變化的現(xiàn)象。金家走滑-拉張斷裂帶兩側(cè)的地層厚度差異較小,沙三段沉積之后,局部有地層加厚現(xiàn)象。整體來看,金家走滑-拉張斷裂帶對地層沉積的控制作用不明顯(見圖3)。

        圖3 金家走滑-拉張斷裂帶地震剖面

        3 走滑-拉張斷裂活動性量化表征

        3.1 量化表征方法

        斷層活動性是指生長斷層在某一地質(zhì)歷史時期的活動強度。伸展構(gòu)造的斷層活動性評價方法相對較成熟,目前常用方法主要有生長指數(shù)[12]、斷層落差[13]、斷層活動速率[14]及滑動速率[15]等,但是走滑-拉張斷裂活動性尚未有系統(tǒng)研究。幾何學(xué)特征表明,走滑-拉張斷裂帶在同一時期具有走滑與拉張雙重作用,斷裂活動性評價要同時考慮走滑和拉張兩方面。

        斷層活動速率法可以表征走滑強度和拉張強度。為了更好地表征斷層在地質(zhì)歷史時期內(nèi)走滑作用與拉張作用的相互關(guān)系,本文提出了走滑-拉張斷裂活動性量化表征參數(shù)——走滑比率SSR(Strike Slide Ratio)。走滑比率是沿斷層走向活動強度與斷層總活動強度的比值(見式(1)),表征了在同一歷史時期內(nèi)斷層某處走滑作用所占的比重,計算式為

        式中:S為走向斷距,m;H為斷層落差,m;α為斷面傾角,(°)。

        當(dāng)走滑比率等于0時,為純拉張斷層;當(dāng)走滑比率等于1.00時,為純走滑斷層;當(dāng)走滑比率在0~0.71時,拉張作用占主導(dǎo),為扭張構(gòu)造;當(dāng)走滑比率在0.71~1.00時,走滑作用占主導(dǎo),為張扭構(gòu)造。

        走滑比率僅能表征同一時期不同位置走滑作用與拉張作用的相互關(guān)系,在斷裂活動性評價過程中還需同時考慮走滑強度和拉張強度。

        3.2 斷裂活動性評價

        綜合考慮金家走滑-拉張斷裂帶的走滑強度和拉張強度,基于走滑比率開展了走滑-拉張斷裂活動性評價。利用金家斷層兩側(cè)東西向次級斷層的交切關(guān)系,分析了不同時期沿斷層走向的走滑斷距及沿斷層傾向的垂直斷距,并分析了不同時期的活動強度,建立了金家走滑-拉張斷裂活動性評價圖(見圖4,藍線和紅線的寬度分別代表走滑量和伸展量大?。?。

        圖4 金家走滑-拉張斷裂活動性評價

        研究表明:孔店期金家斷層走滑量最大達1.7 km,斷層在平面上為一條連續(xù)的走滑斷層,垂向斷距較小,兩側(cè)地層厚度差異不大,以走滑作用為主;沙四期沿斷層走向的活動強度減弱,走滑量減小,垂向活動強度逐漸增強,伸展量增大,下降盤地層增厚,平面上斷層組合為一系列北東東向小斷層組成的雁列式組合樣式。金家走滑-拉張斷裂帶早期以走滑作用為主,發(fā)育單條直立斷層,后期隨著盆地的整體拉張作用,斷層垂向活動逐漸加強,形成了右旋左階雁列式組合樣式。

        3.3 構(gòu)造演化特征

        目前,構(gòu)造演化的研究方法以平衡剖面居多[16-18]。針對走滑-拉張斷裂帶要同時考慮伸展量和走滑量的特點,常用的二維平衡剖面分析方法難以全面表征走滑-拉張斷裂的時空演化特征。本文在二維構(gòu)造演化的基礎(chǔ)上,利用三維地震拉平技術(shù),將金家地區(qū)三維相干地震數(shù)據(jù)體分別沿古生代、孔店期、沙三期頂部進行拉平(見圖5)?;谌S體顯示技術(shù),開展3個時期空間斷裂組合特征研究,明確了金家走滑-拉張斷裂帶的構(gòu)造演化特征。

        圖5 金家走滑-拉張斷裂帶構(gòu)造演化模式

        研究表明:在金家走滑-拉張斷裂帶的構(gòu)造演化早期,發(fā)育了一條北東向的走滑斷層,斷面陡直,傾角70°~80°,向北終止于博興斷層,切割了東西向次級斷層,形成了以扭應(yīng)力為主的構(gòu)造格局。隨著盆地進入整體斷陷階段,金家走滑-拉張斷裂帶在沙三期和沙四期,由單條連續(xù)走滑斷層演化為雁列式組合斷層,斷層由一系列北東東向的分支斷層構(gòu)成,向北的一條分支斷層與博興斷層相接。與孔店期相比,沙三期扭應(yīng)力逐漸減小,張應(yīng)力增大,但整體上還是以扭應(yīng)力為主,對沉積地層控制作用有限。隨著東營凹陷整體進入新近紀弱扭動演化階段,金家走滑-拉張斷裂帶在館陶期也表現(xiàn)為雁列式組合特征,次級斷層的分布以及組合特征與沙三期基本一致。

        4 油氣成藏的控制作用

        4.1 走滑-拉張斷裂帶對圈閉的控制作用

        研究區(qū)圈閉的發(fā)育受金家走滑-拉張斷裂帶的控制作用明顯,深層孔店組受金家主斷裂扭應(yīng)力較強作用的影響,靠近走滑斷層發(fā)育了一系列與主斷裂平行的扭張脊,與主斷裂共同形成斷鼻圈閉群[19-21]。金家走滑-拉張斷裂帶東側(cè)受東西向分支斷層控制,形成一系列平行分布的斷塊圈閉,這些圈閉由東西向被切割的斷層以及近南北向的小斷層共同形成。

        從圈閉有效性分析來看:靠近走滑斷層,應(yīng)力相對收斂,斷面傾角大,應(yīng)力場以扭應(yīng)力為主,斷面緊閉,封閉性較好;遠離走滑斷層,應(yīng)力相對分散,斷面傾角相對減小,應(yīng)力場以張應(yīng)力為主,扭應(yīng)力為輔,斷面開啟性增強,平面上油氣運移距離增大。

        4.2 走滑-拉張斷裂帶對油氣藏分布的控制作用

        通過分析金家地區(qū)所有層系的探明儲量可以發(fā)現(xiàn):中淺層已發(fā)現(xiàn)油藏均位于金家走滑-拉張斷裂帶附近,走滑-拉張斷裂帶與博興斷層相接,形成了南北向主要的油氣輸導(dǎo)通道;油氣沿博興斷層進入金家走滑-拉張斷裂帶之后,主要沿扭張脊向高部位運移,同時也沿砂體和被切割的東西向斷層向東西兩側(cè)運移(見圖6)。含油高度受金家走滑-拉張斷裂帶構(gòu)造應(yīng)力場的差異性及距離油源主通道遠近的雙重控制,靠近博興斷層及金家走滑-拉張斷裂帶收斂端的圈閉,含油高度達120 m。金家走滑-拉張斷裂帶東西向發(fā)散端的含油高度由北向南逐漸降低,一方面受油源遠近的影響,另一方面受發(fā)散端張應(yīng)力的影響,斷層封閉性較收斂端差,油氣側(cè)向輸導(dǎo)距離較遠,由北向南含油高度由100 m減小到40 m。

        圖6 金家走滑-拉張斷裂帶油氣分布平面疊合

        4.3 油氣成藏模式

        金家走滑-拉張斷裂帶原地不具備生油條件,油氣來源于北部的博興洼陷。構(gòu)造特征研究表明,走滑-拉張斷裂帶一側(cè)形成扭張凸起,另一側(cè)形成扭張溝谷,同時多期斷裂相互切割,形成了塹壘、切割式斷塊圈閉群。骨架砂體是油氣側(cè)向運移的主要通道,斷層側(cè)向封堵是主要的控藏因素,增壓區(qū)斷層以封堵作用為主,釋壓區(qū)以側(cè)向輸導(dǎo)為主。走滑斷層形成的扭張溝谷分割儲層,油氣沿骨架砂體側(cè)向運移,受走滑斷層側(cè)向封堵油氣的影響,形成雁列分割式成藏模式(見圖7)。

        圖7 金家走滑-拉張斷裂帶油氣成藏模式

        5 結(jié)論

        1)金家走滑-拉張斷裂帶的斷層組合樣式在不同時期差異明顯:早期為一條北東向走滑斷層,斷面陡直,走滑位移量較大;后期逐漸演化為右旋左階的雁列式組合樣式,剖面上表現(xiàn)為負花狀構(gòu)造。

        2)金家走滑-拉張斷裂帶早期為走滑斷層,斷層活動性主要體現(xiàn)在水平方向的位移,垂向地層厚度基本一致,垂向斷距較?。缓笃谥饾u以扭張應(yīng)力為主,垂向活動性占比逐漸增大。

        3)金家走滑-拉張斷裂帶控制了金家地區(qū)油氣成藏過程,是主要的油氣輸導(dǎo)通道。斷裂帶演化及特征控制了一系列構(gòu)造及構(gòu)造-巖性圈閉,右旋走滑特征也控制了釋壓區(qū)輸導(dǎo)、增壓區(qū)富集的油氣成藏模式。

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