王勇，熊偉，秦峰，程付啟，劉瑞娟，楊永紅

（1.中國石化勝利油田分公司勘探開發(fā)研究院，山東 東營 257015；2.中國石油大學（華東）地球科學與技術學院，山東 青島 266580）

0 引言

濟陽坳陷下古生界潛山發(fā)育印支期、 燕山期和喜山期形成的多期斷裂［1-4］，對潛山油氣成藏控制明顯，油氣主要富集在印支期、 燕山期形成的6 條北西向大型反轉(zhuǎn)斷裂帶和燕山期、 喜山期形成的多條北東向走滑斷裂帶，油藏類型以斷層-不整合油藏和斷塊油藏為主，占比達80%以上。 斷裂在油氣成藏過程中起雙重作用，一方面表現(xiàn)為斷裂對潛山油氣成藏起儲集、輸導作用，另一方面又在油氣成藏過程中起著封堵作用［5-8］。濟陽坳陷下古生界碳酸鹽巖地層斷裂結(jié)構(gòu)復雜多樣［9-12］，與碎屑巖地層發(fā)育的斷裂結(jié)構(gòu)存在明顯差異， 碎屑巖地層斷裂結(jié)構(gòu)控藏作用的相關成果已不能有效指導濟陽坳陷下古生界碳酸鹽巖潛山的勘探。

在油氣勘探過程中， 下古生界潛山斷裂帶的取心井少，且取心收獲率低，制約了對碳酸鹽巖地層斷裂結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)認識， 致使前期井位部署過程中有一大批潛山探井失利。 據(jù)統(tǒng)計， 與斷裂相關的失利井占比在50%以上。 為明確濟陽坳陷下古生界碳酸鹽巖地層斷裂結(jié)構(gòu)對油氣成藏的控制作用， 本文選取了青州云門山地區(qū)碳酸鹽巖露頭斷裂進行野外地質(zhì)考察， 以期通過巖心、野外露頭、分析化驗等資料的綜合研究，建立碳酸鹽巖地層斷裂結(jié)構(gòu)地質(zhì)模型， 揭示碳酸鹽巖潛山斷裂帶控藏作用，以指導該區(qū)油氣勘探部署。

1 基本地質(zhì)概況

青州云門山地區(qū)位于濟陽坳陷東南部， 與濟陽坳陷同屬于華北地臺， 主要發(fā)育2 條北西向基底大型斷層，具有左行走滑性質(zhì)。本次考察露頭鄰近無棣—青州斷裂帶， 斷裂帶由諸城西部過沂沐深斷裂帶向西北延伸，經(jīng)安丘、昌樂、臨朐、青州進入濟陽坳陷，說明青州云門山地區(qū)下古生界與濟陽坳陷的構(gòu)造、沉積演化基本一致。 野外考察成果對濟陽坳陷下古生界斷裂有指導意義。

青州云門山地區(qū)下古生界寒武系（Э）、奧陶系（O）碳酸鹽巖地層從下至上依次發(fā)育饅頭組（Э1m）、毛莊組（Э2m）、徐莊組（Э2x）、張夏組（Э2z）、崮山組（Э3g）、長山組（Э3c）、鳳山組（Э3f）、冶里-亮甲山組（O1y+l）和馬家溝組（分為下馬家溝組O2xm、上馬家溝組O2sm）。饅頭組主要發(fā)育灰白色含海綠石石英砂巖夾砂質(zhì)泥巖；毛莊組以灰黑、淺灰色厚層石灰?guī)r、白云巖為主，中部夾余糧村頁巖段，底部常含燧石條帶及結(jié)核；徐莊組以棕紅色頁巖、泥灰?guī)r及泥云巖為主，局部含較多白云母碎片，上部夾白云巖及鮞狀灰?guī)r，頂部發(fā)育洪河砂巖段；張夏組上部為灰色厚層、巨厚層藻凝塊狀灰?guī)r段，中部為盤車溝黃綠色頁巖段，下部為厚層鮞?；?guī)r段；崮山組以黃綠色頁巖為主， 夾薄層疙瘩狀灰?guī)r及竹葉狀灰?guī)r；長山組—鳳山組為中厚層微晶灰?guī)r、生物屑鮞狀灰?guī)r及中薄層竹葉狀灰?guī)r；冶里-亮甲山組上部為灰色中厚層含燧石條帶及結(jié)核白云巖， 中部為紫灰色中薄層細晶白云巖、竹葉狀白云巖，下部為中厚層微晶白云巖夾中薄層細晶白云巖；馬家溝組為泥晶灰?guī)r、云斑灰?guī)r夾薄層白云巖，下部為黃綠、土黃色薄層泥質(zhì)白云巖及泥灰?guī)r，膏溶現(xiàn)象發(fā)育，底部發(fā)育底礫巖（見圖1，Qpd 為第四系平原組）。

圖1 野外剖面位置及地層綜合柱狀圖Fig.1 Location of field profile and comprehensive stratigraphic column

本次主要研究云門山頂奧陶系上馬家溝組下段、云門山后采石場奧陶系上馬家溝組下段和王府街道采石場冶里-亮甲山組。 馬家溝組和冶里-亮甲山組均為濟陽坳陷下古生界潛山的主力含油層段， 選擇該層組野外露頭斷裂進行研究具有重要的實踐和理論意義，研究成果可直接指導濟陽坳陷下古生界潛山油氣的勘探部署。

2 斷裂結(jié)構(gòu)類型及特征

2.1 多期方解石膠結(jié)斷裂結(jié)構(gòu)

云門山頂奧陶系上馬家溝組下段碳酸鹽巖地層發(fā)育一條北北西向拉張-走滑斷裂， 具有左行走滑性質(zhì)，斷層產(chǎn)狀近于直立（見圖2a），寬度在30～40 cm。 斷裂帶被多期方解石充填， 從斷裂帶邊部向中心肉眼可識別出Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ期，具有多期對稱充填特征，方解石晶粒粗大，粒徑大小不一，一般在0.2～1.5 cm，不同期次的方解石晶粒大小、形狀及排列方式有所不同（見圖2b）。 局部地區(qū)斷裂帶中間部位尚未完全充填，裂縫明顯，裂縫寬度在0.1～0.5 cm，與濟陽坳陷下古生界碳酸鹽巖潛山已鉆遇的部分裂縫充填結(jié)構(gòu)十分相似。 如富臺潛山車古201 井3 489.95 m， 裂縫被2 期方解石充填，呈對稱發(fā)育（見圖2c）。

圖2 多期方解石膠結(jié)斷裂結(jié)構(gòu)（馬家溝組北庵莊段觀測點）Fig.2 Multi-stage calcite cemented fault structures(observation point in Beianzhuang section of Majiagou Formation)

巖心觀察過程中發(fā)現(xiàn)， 部分裂縫被多期方解石充填后，中間部位尚有瀝青充填其中，表明方解石多期膠結(jié)斷裂結(jié)構(gòu)具有垂向輸導和橫向封堵雙重作用。 在斷裂開啟期，Ⅰ期方解石膠結(jié)物首先沿著斷裂面生長形成包殼，降低橫向滲透性，隨著多期膠結(jié)作用進行，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ期方解石相繼生長，橫向滲透性進一步降低。 若縱向通道未完全膠結(jié)，則縱向通道仍然保持連通，可以繼續(xù)起輸導作用，直至斷裂完全膠結(jié)，主要起封堵作用，最終表現(xiàn)為明顯的多期方解石膠結(jié)斷裂結(jié)構(gòu)特征（見圖2d）。

2.2 泥質(zhì)充填斷裂結(jié)構(gòu)

云門山后采石場奧陶系上馬家溝組下段碳酸鹽巖地層發(fā)育一條北北西向的拉張-走滑斷裂（見圖3a），具有左行走滑性質(zhì)， 沿斷裂走向可追溯出露完整的斷裂帶100 m 左右，可三維立體觀察和測量，斷裂具有向西北端撒開、向東南段收斂的特點。西北段斷裂帶寬度在30～50 cm，延伸到東南段演化為由多條厘米級寬度的裂縫組成的裂縫帶，斷裂傾角大，產(chǎn)狀近于直立，斷面擦痕近水平（見圖3b）。 西北段斷裂帶含礫及土黃色砂質(zhì)黏土充填物，充填物中礫石大小差異較大，最大礫石直徑為11.0 cm，粒徑主要集中在0.3～2.0 cm，礫石多呈棱角狀，成分復雜，有灰質(zhì)、黏土質(zhì)和長英質(zhì)（見圖3c，3d）。

圖3 泥質(zhì)充填斷裂結(jié)構(gòu)（馬家溝組北庵莊段觀測點）Fig.3 Clay filling fault structures(observation point in Beianzhuang section of Majiagou Formation)

碳酸鹽巖缺少Si，Al，F(xiàn)e 元素，黏土巖則主要富集Si，Al，Ca，Mg，F(xiàn)e 元素［13］，這意味著碳酸鹽巖研磨破碎后很難形成黏土，特別是帶有氧化色的土黃色黏土，因此這些土黃色砂質(zhì)黏土充填物并非斷層碎裂泥， 而是外來物質(zhì)。 對附近幾條斷至地表的斷裂剖面進行系統(tǒng)觀察， 以及對濟陽地區(qū)類似碳酸鹽巖地層斷裂結(jié)構(gòu)的取心資料詳細剖析［14］（見圖3e）認為，該物質(zhì)主要為地表露頭土壤化過程的產(chǎn)物。 由于砂質(zhì)黏土充填物成巖過程中通常與碳酸鹽巖地層富鈣的流體相互作用，成巖致密化程度往往較高， 最終形成泥質(zhì)充填斷裂結(jié)構(gòu)（見圖3f）。

2.3 “三元”斷裂結(jié)構(gòu)

王府街道采石場奧陶系冶里-亮甲山組碳酸鹽巖地層發(fā)育一條北北西向斷裂帶， 斷裂產(chǎn)狀陡， 傾角在80°～85°，主斷面上的擦痕垂直于斷層走向，表現(xiàn)為拉張性質(zhì)。

由于礦山開采，整個斷裂帶裸露于地表，在露頭區(qū)延伸120 m 左右，寬度在40～70 cm，斷裂結(jié)構(gòu)完整且清晰可見，從斷層核部向兩側(cè)依次發(fā)育角礫巖帶、破碎帶和裂縫帶，從而組成完整的“三元”斷裂結(jié)構(gòu)（見圖4a，4b）。 該斷裂帶西北段寬且結(jié)構(gòu)復雜，在角礫巖帶和破碎帶之間發(fā)育多期馬牙狀方解石結(jié)晶層（見圖4c），厚度在6～15 cm，方解石晶粒粗大，絕大部分達到厘米級以上，表明該斷裂帶開啟時間長。角礫巖帶致密化程度高，且含大量礫石，礫石大小不均，粒徑大部分在0.2～30.0 cm，形態(tài)各異，多呈長條狀、橢球狀和不規(guī)則狀，礫石多為灰質(zhì)、硅質(zhì)，部分灰質(zhì)礫石中的方解石晶體清晰可見。其中，長條狀粗晶方解石礫多為主斷面方解石結(jié)晶層破碎掉落的產(chǎn)物， 橢球狀粗晶方解石礫多為圍繞斷層核部的碎屑顆粒結(jié)晶產(chǎn)物。 2 種礫石大量出現(xiàn)，說明該斷裂帶在角礫巖帶大規(guī)模形成之前尚處于開啟狀態(tài)，且存在較大的斷裂帶空腔，為圍繞斷層核部的碎屑顆粒和斷層面生長提供條件。 隨著后期構(gòu)造運動進行，斷裂帶進一步充填、研磨和膠結(jié)成巖，角礫巖帶結(jié)構(gòu)逐漸致密化。斷裂帶東南段馬牙狀方解石礫不發(fā)育，僅發(fā)育含礫灰質(zhì)角礫巖帶（見圖4d，4e），角礫巖帶兩側(cè)裂縫大量發(fā)育，且距角礫巖帶越遠，裂縫發(fā)育程度明顯降低，表現(xiàn)為明顯的斷裂破碎帶和裂縫帶特點。整體上看，該斷裂帶具有“三元”分段差異性發(fā)育的特點（見圖4f，4g）。

3 斷裂結(jié)構(gòu)控藏作用

3.1 多期方解石膠結(jié)斷裂結(jié)構(gòu)控藏作用

多期方解石膠結(jié)斷裂結(jié)構(gòu)能夠很好地解釋長期活動的大型深部潛山兩側(cè)油氣多層系分布、區(qū)塊間差異性富集等特征。 以濟陽坳陷下古生界富臺潛山油氣藏為例，油氣主要沿二臺階斷裂兩側(cè)八陡組、馬家溝組、冶里-亮甲山組、鳳山組和饅頭組多層系分布，主要富集在馬家溝組和冶里-亮甲山組（見圖5。圖中Ed，Es1，Es2，Es3，Es4，C，P，Ar 分別為東營組，沙河街組一、二、三、四段，石炭系，二疊系，太古宇，下同）。 油源對比結(jié)果表明，油氣來自上覆的沙三段烴源巖，在生烴高壓的驅(qū)動下，沿二臺階斷裂倒灌運移至潛山成藏［15］。

圖5 富臺潛山油氣成藏模式Fig.5 Hydrocarbon accumulation model in Futai buried hill

二臺階斷裂為拉張-走滑斷裂，受喜山期多幕次構(gòu)造應力與多期生烴流體高壓耦合控制， 發(fā)生剪-張破裂，開啟幕式活化［16］，局部應力伸展區(qū)形成的斷裂帶空腔為方解石晶體生長提供了空間， 高礦化度地層水為方解石析出提供了物質(zhì)條件（鉆井測試潛山地層水礦化度高，介于23 686～27 015 mg/L，水型為NaHCO3型，屬于開放型地層水）。 二臺階斷裂及伴生斷層的車古201、車古202 斷裂發(fā)育多期方解石膠結(jié)結(jié)構(gòu)，多期方解石原生含烴鹽水包裹體（包裹體溫度76.3～129.3 ℃）對應的鹽水包裹體（包裹體溫度76.3～155.0 ℃）恢復油氣充注時期表明，裂縫充填與油氣成藏同期，油氣充注過程伴隨著方解石膠結(jié)過程， 多期方解石膠結(jié)主要發(fā)生在東營期和明化鎮(zhèn)期。

綜合分析認為，車鎮(zhèn)凹陷北部多幕次活動的二臺階斷裂發(fā)育多期方解石膠結(jié)斷裂結(jié)構(gòu)， 對油氣具有垂向輸導和橫向封堵雙重作用， 控制油氣沿二臺階斷裂兩側(cè)斷塊圈閉選擇性成藏。

3.2 泥質(zhì)充填斷裂結(jié)構(gòu)控藏作用

濟陽坳陷下古生界碳酸鹽巖潛山地層經(jīng)歷加里東、海西、印支、燕山和喜山多期大型構(gòu)造運動。由于地層形成時間早，地層脆性強，在斷裂形成過程中容易形成斷裂帶空腔，特別是拉張-走滑性質(zhì)的斷裂更易形成一定規(guī)模的斷裂帶空腔［17］。 表層形成的風化產(chǎn)物在重力、 風力或水流等地質(zhì)營力作用下， 填充于斷裂帶空腔， 形成泥質(zhì)充填斷裂結(jié)構(gòu)。 該斷裂結(jié)構(gòu)對潛山油氣成藏具有較好的封堵作用， 在斷層兩盤有效儲層均發(fā)育的條件下也能封堵油氣。

據(jù)統(tǒng)計， 濟陽坳陷下古生界喜山期不活動的拉張斷裂和拉張-走滑斷裂在距離不整合面一定深度范圍內(nèi)，絕大多數(shù)對油氣起封堵作用，研究認為與該類斷裂帶容易形成泥質(zhì)充填斷裂結(jié)構(gòu)封堵油氣有關。

該斷裂結(jié)構(gòu)在草橋潛山Cg103 井（井深683.5～685.5 m）取心過程中已被證實。 燕山期形成的分割殘丘潛山斷裂帶巖心為棕黃色含礫灰質(zhì)泥巖， 灰質(zhì)泥巖與上覆館陶組泥巖的稀土元素配分基本一致， 均表現(xiàn)為Ce 和Nd 元素相對異常。 斷裂中充填的泥巖來自館陶組泥巖， 泥巖致密帶的存在對不同斷塊的殘丘山油藏起封堵分割作用，使得深洼區(qū)生成的油氣通過“斷裂、骨架砂體和不整合面”輸導體系運移至被泥質(zhì)充填斷裂結(jié)構(gòu)分割的不同斷層-不整合油藏中獨立成藏，表現(xiàn)為不同潛山斷層-不整合油藏的油水界面不統(tǒng)一［18］（見圖6。 圖中Ng，Ek，Mz 分別為館陶組、孔店組、中生界，下同）。

圖6 草橋潛山油氣成藏模式Fig.6 Hydrocarbon accumulation model in Caoqiao buried hill

3.3 “三元”斷裂結(jié)構(gòu)控藏作用

碳酸鹽巖地層發(fā)育完整的“三元”斷裂結(jié)構(gòu)，對油氣具有封堵和輸導雙重作用， 致密化的角礫巖帶對油氣起封堵作用，破碎帶和裂縫帶起輸導作用。在油氣充注前尚未致密化的情況下， 斷裂帶不僅是油氣的輸導通道，也是酸性流體的輸導通道。 另外，由于酸性流體注入，通常在斷裂帶發(fā)生溶蝕，改善儲集性能，對油氣具有一定的輸導儲集作用［19］。 下古生界義和莊潛山油氣沿義東大斷層上升盤近東西向南掉的2 條大型斷層下盤呈梳狀分布（見圖7）。

圖7 義和莊潛山油氣成藏模式Fig.7 Hydrocarbon accumulation model in Yihezhuang buried hill

油源對比表明， 該潛山油氣主要來自四扣洼陷的沙三下亞段烴源巖。受義東大斷層控制，沙三下亞段烴源巖與下古生界地層呈側(cè)向接觸， 館陶期—明化鎮(zhèn)期生成的油氣在生烴高壓的驅(qū)動下，首先進入東西向“三元”斷裂結(jié)構(gòu)［20］，沿著斷裂破碎帶和裂縫帶輸導至潛山， 進而在浮力作用下運聚， 受角礫巖帶封堵富集成藏。 如YG80 井1 762.15～1 762.45 m 角礫巖帶未見油氣顯示，1 988.44～1 994.00 m 裂縫帶富含油，表現(xiàn)為潛山油氣主要沿油氣來源方向的斷層下盤呈梳狀富集成藏（見圖7）。

4 結(jié)論

1）青州云門山地區(qū)下古生界碳酸鹽巖地層發(fā)育多期方解石膠結(jié)、泥質(zhì)充填斷裂結(jié)構(gòu)以及由裂縫帶、破碎帶和角礫巖帶組成的完整的“三元”斷裂結(jié)構(gòu)。不同力學性質(zhì)的斷裂結(jié)構(gòu)存在明顯不同，拉張-走滑性質(zhì)斷裂相對發(fā)育多期方解石膠結(jié)斷裂結(jié)構(gòu)和泥質(zhì)充填斷裂結(jié)構(gòu)，拉張性質(zhì)斷裂主要發(fā)育“三元”斷裂結(jié)構(gòu)。

2）不同類型斷裂結(jié)構(gòu)對油氣成藏具有明顯的差異化控藏作用。 多期方解石膠結(jié)斷裂結(jié)構(gòu)對油氣具有垂向輸導和橫向封堵雙重作用， 控制油氣沿斷層兩側(cè)不同斷塊、不同層系選擇性成藏；泥質(zhì)充填斷裂結(jié)構(gòu)對潛山油氣成藏具有明顯的封堵作用，控制油氣在斷層-不整合油藏中富集成藏；“三元” 斷裂結(jié)構(gòu)具有破碎帶和裂縫帶輸導、角礫巖帶封堵的雙重作用，控制油氣主要沿油氣來源方向的斷層下盤呈梳狀富集成藏。