江濤，黃曉波，陶莉，胡安文，步少峰

（中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津 300459）

0 引言

石臼坨凸起位于渤海西部海域，處于NE向滄東—蘭聊斷裂系、NW向張家口—蓬萊斷裂系的交會(huì)處。受復(fù)雜區(qū)域地質(zhì)背景影響，石臼坨凸起南側(cè)邊界斷層（以下簡(jiǎn)稱石南斷層）是一條張性與剪性復(fù)合、走向多變的復(fù)雜斷層。受石南斷層的控制，在下降盤(pán)發(fā)育具有鼻狀形態(tài)的大型復(fù)雜斷塊構(gòu)造［1-4］。2015年，在石南斷層下降盤(pán)曹妃甸6-4構(gòu)造鉆探1井，于新近系和古近系均獲得較好油氣發(fā)現(xiàn)，但曹妃甸6-4構(gòu)造不同斷塊、不同層系的油氣富集程度存在很大差異，油氣分布與石南斷層分段差異特征密切相關(guān)。斷層在油氣運(yùn)聚成藏中起到十分重要的作用，許多學(xué)者就斷層在生、儲(chǔ)、蓋、運(yùn)、聚、保等條件中的重要作用進(jìn)行了研究［5-11］。多數(shù)觀點(diǎn)認(rèn)為，同一條斷層不同構(gòu)造位置的斷裂，在活動(dòng)性、斷裂性質(zhì)、構(gòu)造樣式等方面往往存在較大差異，這必然導(dǎo)致同一條斷層不同段的油氣聚集程度也存在較大差異。針對(duì)石臼坨凸起及其圍區(qū)，已有學(xué)者從烴源巖演化、層序地層、區(qū)域沉積特征、區(qū)域構(gòu)造演化等方面進(jìn)行了相應(yīng)的基礎(chǔ)性研究，對(duì)斷裂控制作用的研究也越來(lái)越多，但針對(duì)斷層分段差異特征對(duì)油氣成藏差異控制方面的研究還不夠深入［12-16］。因此，本文利用三維地震資料，并結(jié)合最新鉆井資料，從石南斷層構(gòu)造樣式、斷層性質(zhì)、斷面形態(tài)等方面著手，開(kāi)展了斷層分段特征及其對(duì)油氣差異成藏的控制作用研究，以期為斷層差異控藏作用研究提供新的思路和方法。

1 地質(zhì)概況

石南斷層為石臼坨凸起西段南側(cè)邊界斷層，往西與冀東油田柏各莊斷層為同一斷裂系，呈NWW向展布，這與NW向張家口—蓬萊斷裂系有關(guān)；往東與石臼坨凸起東段南側(cè)邊界斷層為同一斷裂體系，呈NEE向展布，這主要與NE向滄東—蘭聊斷裂系有關(guān)［17-23］。受這2組斷裂系的控制，石南斷層整體呈“V”形分布，具有共軛構(gòu)造特征（見(jiàn)圖1）。

圖1 研究區(qū)位置及基底斷裂綱要

這一構(gòu)造特點(diǎn)既反映了渤海西部地區(qū)區(qū)域構(gòu)造上的獨(dú)特性，也顯示了石南斷層的復(fù)雜性。根據(jù)研究，一般將渤海新生代構(gòu)造演化階段劃分為斷陷期（孔店組—沙三段沉積期）、斷拗期（沙一二段—東營(yíng)組沉積期）、拗陷期（新近系—第四系沉積期）3 個(gè)階段［24-25］。目前在渤中西次凹已發(fā)現(xiàn)了渤中2-1、渤中8-4、曹妃甸12-6等油田，揭示了區(qū)內(nèi)新生代河湖相沉積體系，包括古近系孔店組、沙河街組（沙三段、沙一二段）、東營(yíng)組（東三段、東二下亞段、東二上亞段），新近系館陶組、明化鎮(zhèn)組，以及第四系平原組。渤中西次凹共發(fā)育3套烴源巖，其中主要發(fā)育沙三段、沙一二段烴源巖，其次為東三段烴源巖，具有良好的烴源巖條件。從沉積體系類型來(lái)看，石南斷層下降盤(pán)古近系發(fā)育近源扇三角洲沉積，新近系主要為河流相沉積，儲(chǔ)層均發(fā)育。

2 石南斷層分段特征

在渤海西部地區(qū)發(fā)育的NE向、NW向、EW向3組基底斷裂控制了新生代各期斷裂系統(tǒng)的形成與演化過(guò)程。研究區(qū)處于NE向、NW向2組斷裂的強(qiáng)烈作用區(qū)。受這2組斷裂的影響，石南斷層分段差異特征明顯。根據(jù)斷層活動(dòng)性、斷層走向、構(gòu)造樣式及斷面形態(tài)特征的差異，可以把石南斷層劃分為東段、中段（過(guò)渡段）和西段。

2.1 平面特征

不同深度地震時(shí)間切片屬性表明石南斷層分段特征明顯（見(jiàn)圖2）。1 700 ms地震時(shí)間切片（相當(dāng)于東營(yíng)組沉積期）顯示：石南斷層規(guī)模大，為一條連續(xù)的邊界斷層，按斷層走向，明顯可以分為東、中、西3段。東段呈NE走向，西段呈NW走向，而中段在NE向右旋走滑斷層和NW向左旋走滑斷層的共同影響下，整體呈現(xiàn)近EW向。700 ms地震時(shí)間切片（相當(dāng)于明化鎮(zhèn)組沉積期）顯示：石南斷層繼承性發(fā)育，局部受早期斷層影響，在對(duì)應(yīng)位置發(fā)育一系列的雁列式斷層，但仍可以按斷層走向大致分為東、中、西3段，中段和東段的深、淺層斷裂繼承性較好，西段淺層斷裂呈雁列式分布。

圖2 石南斷層不同深度地震時(shí)間切片

2.2 剖面特征

石南斷層長(zhǎng)期活動(dòng)，斷至基底，受NE向、NW向2組應(yīng)力的作用，邊界斷層的結(jié)構(gòu)特征具有明顯差異：西段地震剖面顯示邊界斷裂長(zhǎng)期活動(dòng)，產(chǎn)狀較陡，呈“板式”，與淺層斷裂組成復(fù)“Y”字形結(jié)構(gòu)；中段地震剖面同樣顯示邊界斷裂長(zhǎng)期活動(dòng)，古近系沙一二段—東三段地層產(chǎn)狀較緩，新近系地層產(chǎn)狀較陡，整體呈“座椅式”，呈現(xiàn)“陡—緩—陡”的變化特征；東段地震剖面顯示邊界斷裂長(zhǎng)期活動(dòng)，產(chǎn)狀較陡，呈“鏟式”，淺層斷裂相對(duì)欠發(fā)育。綜上所述，邊界斷裂長(zhǎng)期活動(dòng)，不同區(qū)域構(gòu)造樣式不同，整體表現(xiàn)為東西兩段相對(duì)較陡、中段較緩的特征（見(jiàn)圖3。圖中：T01為明化鎮(zhèn)組頂，T02為明化鎮(zhèn)組中，T0為館陶組頂，T2為東營(yíng)組頂，T3U為東二下頂，T3M為東三段頂，T3為沙一二段頂，T8為新生界底）。

圖3 石南斷層不同段地震剖面特征

2.3 斷層活動(dòng)性

對(duì)曹妃甸6-4構(gòu)造油氣分布特征進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，斷層晚期活動(dòng)，特別是明下段—第四系的構(gòu)造再活化，對(duì)渤海西部地區(qū)的油氣成藏具有重要的控制作用。因此，在本次研究中，采用斷層活動(dòng)速率法結(jié)合三維地震剖面，對(duì)石南斷層明化鎮(zhèn)組沉積中期和晚期不同位置的測(cè)線落差和斷層活動(dòng)速率進(jìn)行了計(jì)算，總結(jié)了石南斷層晚期活動(dòng)特征（見(jiàn)圖4）。

圖4 石南斷層晚期斷層活動(dòng)速率曲線

從圖4來(lái)看，盡管明化鎮(zhèn)組中期和晚期的斷層活動(dòng)速率存在一定差異，但仍可以按斷層活動(dòng)速率的大小大致分為東、中、西3段，并且呈現(xiàn)強(qiáng)弱交替變化的規(guī)律。特別是明化鎮(zhèn)組晚期，西段斷層活動(dòng)速率明顯大于東段，平均斷層活動(dòng)速率為50 m/Ma；而東段的斷層活動(dòng)速率盡管同樣較強(qiáng)，但整體相對(duì)于西段要弱，斷層活動(dòng)速率為35 m/Ma；中段斷層活動(dòng)速率大小適中，平均斷層活動(dòng)速率為30 m/Ma。

2.4 斷面形態(tài)

從石南斷層斷面埋深等值線（見(jiàn)圖5a）可以看出：1）沿?cái)鄬幼呦?，等值線的變化趨勢(shì)大致與斷層走向一致，但也有明顯的拐點(diǎn)，Ⅲ區(qū)兩側(cè)的斷層走向發(fā)生明顯變化，基于這一點(diǎn)，同樣可將石南斷層劃分為東、中、西3段。2）從等值線的疏密來(lái)看，西段等值線相對(duì)較密，且基本平行，無(wú)明顯變化；東段2 000 m以淺的等值線相對(duì)較密，3 000 m以深的等值線較稀疏，反映石南邊界斷層?xùn)|段從淺到深逐漸變緩；中段等值線從淺到深整體呈現(xiàn)“密—疏—密—疏”的變化，即2 000 m以淺的等值線較密，2 000～ 2 750 m的等值線稀疏，2 750～ 3 500 m的等值線較密，3 500 m以深的等值線逐漸變得稀疏，反映石南邊界斷層中段具有“陡—緩—陡”的“座椅式”特征。

以石臼坨凸起為參照物，可以將斷面形態(tài)劃分為匯聚型、發(fā)散型、均勻型3種類型。匯聚型表現(xiàn)為外凸的特點(diǎn)，如Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)、Ⅳ區(qū)；發(fā)散型具有內(nèi)凹的特點(diǎn)，如Ⅰ區(qū)與Ⅱ區(qū)之間、Ⅲ區(qū)與Ⅳ區(qū)之間；均勻型具有與斷面平行的特征，如Ⅰ區(qū)?？傮w來(lái)看，西段以均勻型斷面形態(tài)為主，中段和東段表現(xiàn)為匯聚型斷面形態(tài)特征。

從石南斷層斷面傾角特征（見(jiàn)圖5b）可以看出：1）沿?cái)鄬幼呦?，傾角呈現(xiàn)多個(gè)突變帶，按傾角變化，也可大致分為東、中、西3段。西段傾角相對(duì)較大，為40°～ 70°，東段傾角為 40°～ 65°，而中段傾角相對(duì)較小，為 15°～ 60°。2）2 000 m以淺（相當(dāng)于館陶組、明化鎮(zhèn)組沉積時(shí)期）傾角較大，主要在 55°～ 65°；埋深 2 000～ 3 000 m（相當(dāng)于東營(yíng)組沉積時(shí)期）傾角相對(duì)較緩，主要在35°～ 50°；3 000 m以深（相當(dāng)于沙河街組沉積時(shí)期）傾角最小，主要在15°～ 50°，整體呈現(xiàn)上陡下緩的特征，但西段傾角整體相對(duì)較大。

圖5 石南斷層斷面形態(tài)特征

3 分段特征與油氣成藏的關(guān)系

曹妃甸6-4構(gòu)造鉆探揭示，不同構(gòu)造帶、不同層系的油氣富集程度具有較大的差異：西段油氣主要富集在淺層新近系明下段；東段油氣主要富集在深層古近系東三段，淺層新近系館陶組也有一定的油氣發(fā)現(xiàn)；中段油氣主要富集在中深層古近系東三段、東二段，淺層新近系館陶組也有較好的油氣發(fā)現(xiàn)，具有復(fù)式成藏特征（見(jiàn)圖6）。綜合研究表明，受新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)烈影響，油氣成藏明顯表現(xiàn)出多期次、幕式成藏和晚期快速油氣充注成藏的特征。成藏期斷層活動(dòng)性和斷面形態(tài)調(diào)整和控制了中淺層的最終油氣成藏和分布。

圖6 曹妃甸6-4構(gòu)造油氣成藏模式

3.1 晚期斷層活動(dòng)性

對(duì)曹妃甸6-4構(gòu)造油氣差異成藏進(jìn)行對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，成藏期斷層活動(dòng)性強(qiáng)弱對(duì)油氣的富集區(qū)帶和層系具有重要的控制作用。斷裂晚期強(qiáng)活動(dòng)有利于油氣的垂向輸導(dǎo)，油氣在淺層明化鎮(zhèn)組及館陶組富集；弱活動(dòng)有利于油氣的保存，油氣在深層沙河街組及東營(yíng)組相對(duì)富集。

石南斷層西段斷層活動(dòng)速率大（53～ 56 m/Ma），7井鉆探的油氣主要富集在淺層新近系明下段，4井明下段鉆探失利的主要原因是無(wú)構(gòu)造圈閉。中段斷層活動(dòng)速率適中（23～ 28 m/Ma），1井在深層?xùn)|三段和淺層新近系館陶組均有油氣發(fā)現(xiàn)，為復(fù)式油氣聚集區(qū)；2井在館陶組獲得較好油氣發(fā)現(xiàn)，東三段因分塊斷層側(cè)封條件差而失利。東段斷層活動(dòng)速率在23～ 37 m/Ma，斷層活動(dòng)性相對(duì)于中段較強(qiáng)，5井盡管同樣在東三段和館陶組獲得油氣發(fā)現(xiàn)，但油氣富集程度明顯低于1井，油藏含油高度也較小，進(jìn)一步說(shuō)明斷層活動(dòng)性的增強(qiáng)會(huì)影響深層油氣成藏。

3.2 斷面形態(tài)

西段Ⅱ區(qū)4井區(qū)、7井區(qū)，中段Ⅲ區(qū)1井區(qū)，以及西段Ⅳ區(qū)5井區(qū)的邊界斷層斷面形態(tài)為凸面，對(duì)油氣運(yùn)移起匯聚作用，是油氣的優(yōu)勢(shì)聚集區(qū)。目前發(fā)現(xiàn)的油氣也主要富集在7井、1井、5井這3個(gè)井區(qū)。這與姜素華等［26］在油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道類型物理模擬實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)的“凸型斷面是油氣優(yōu)勢(shì)匯聚區(qū)，起到油氣運(yùn)移匯集作用”的結(jié)論也是一致的。

3.3 斷面傾角

根據(jù)對(duì)研究區(qū)邊界斷裂特征的精細(xì)解剖結(jié)果可知，研究區(qū)邊界斷層在縱向上不同深度段的斷面傾角存在較大的變化，直接影響了油氣的差異聚集。傾角小，斷面正壓力大，有利于深層油氣的保存，反之更有利于淺層油氣的聚集。曹妃甸6-4構(gòu)造鉆探證實(shí)，西段Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)斷層產(chǎn)狀陡直，傾角較大，7井油氣主要在淺層明下段富集；東段Ⅳ區(qū)傾角相對(duì)較小，5井在深層?xùn)|營(yíng)組和淺層館陶組均鉆遇較厚的油層，但主要集中在淺層館陶組；中段Ⅲ區(qū)斷層傾角最小，1井在深層?xùn)|營(yíng)組和淺層館陶組均有油氣富集，且富集程度最高（見(jiàn)圖 7）。

圖7 斷層分段特征與油氣成藏關(guān)系

西段Ⅱ區(qū)4井區(qū)邊界斷層斷面形態(tài)為凸面，對(duì)油氣運(yùn)移起匯聚作用，呈“板式”，斷層活動(dòng)性強(qiáng)，有利于淺層油氣聚集，而淺層未成藏的主要原因是淺層無(wú)構(gòu)造圈閉。中段Ⅲ區(qū)2井區(qū)和6井區(qū)邊界斷層傾角較小，斷層活動(dòng)性相對(duì)較弱，有利于深層油氣聚集，但深層未成藏的主要原因是東三段儲(chǔ)層特別發(fā)育，分塊斷層斷距小，側(cè)封條件差，鉆探失利。

4 結(jié)論

1）根據(jù)斷層走向、構(gòu)造樣式、斷層活動(dòng)性、斷層斷面形態(tài)等方面的差異，可將石南斷層劃分為東、中、西3段。

2）石南斷層不同區(qū)域構(gòu)造樣式不同，整體表現(xiàn)為東西兩段相對(duì)陡、中段相對(duì)緩的特征。西段斷層呈“板式”，與淺層斷裂組成復(fù)“Y”字形結(jié)構(gòu)；中段上陡下緩，呈“座椅式”；東段較陡，呈“鏟式”，淺層斷裂欠發(fā)育。

3）石南斷層不同段、不同深度的斷面形態(tài)及傾角特征差異明顯，沿?cái)鄬幼呦虺尸F(xiàn)多個(gè)突變帶。按傾角的變化，也可以分為東、中、西3段，西段斷層傾角整體相對(duì)較大，其次是東段，中段最小。

4）晚期斷層活動(dòng)性、構(gòu)造樣式及斷層斷面形態(tài)控制了油氣差異聚集。西段斷層活動(dòng)速率大，產(chǎn)狀陡直，傾角大，油氣沿?cái)嗔堰\(yùn)移至淺層聚集；中段斷層活動(dòng)速率適中，斷面產(chǎn)狀較緩，傾角小，油氣匯聚效率高，具有復(fù)式成藏特征；東段斷層活動(dòng)速率較大，斷面產(chǎn)狀上陡下緩，油氣在淺層、深層均有成藏，但油氣藏充滿度低。