高郵凹陷南斷階許莊—竹墩地區(qū)斷層發(fā)育演化和油氣成藏

楊新明

(中國(guó)石油化工股份有限公司江蘇油田分公司開(kāi)發(fā)處,江蘇揚(yáng)州 225009)

高郵凹陷南斷階許莊—竹墩地區(qū)斷層發(fā)育演化和油氣成藏

楊新明

(中國(guó)石油化工股份有限公司江蘇油田分公司開(kāi)發(fā)處,江蘇揚(yáng)州 225009)

為了揭示高郵凹陷南斷階許莊—竹墩地區(qū)復(fù)雜斷裂系統(tǒng)的成因、演化與油氣成藏的關(guān)系,通過(guò)對(duì)不整合面地層剝蝕量計(jì)算、構(gòu)造演化剖面分析等方法,系統(tǒng)地總結(jié)了許莊—竹墩地區(qū)斷層的發(fā)育演化規(guī)律。吳堡運(yùn)動(dòng)和三垛運(yùn)動(dòng)時(shí)期是斷裂活動(dòng)最強(qiáng)烈的時(shí)期,許莊—竹墩地區(qū)的地層受到較強(qiáng)的剝蝕作用。本區(qū)主要斷層的發(fā)育順序依次為真①斷層、紀(jì)③斷層、真②’斷層和真③斷層,同一斷層在不同的地質(zhì)時(shí)期和平面上的不同位置,發(fā)育強(qiáng)度有明顯的差異性。斷層的活動(dòng)一方面形成了一系列的斷塊圈閉,另一方面是油氣垂向運(yùn)移的主要通道,因此在本區(qū)形成了一系列的斷塊圈閉油藏。

南斷階;構(gòu)造演化;斷層;油藏

蘇北盆地高郵凹陷南部斷階帶具有豐富的油氣資源,目前已發(fā)現(xiàn)黃玨南、許莊和竹墩等油田。南斷階內(nèi)部由于受到多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響,斷層發(fā)育,斷裂系統(tǒng)極為復(fù)雜。目前構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)度還缺乏定量研究,在蘇北斷陷盆地的形成、發(fā)展及消失的整個(gè)時(shí)間跨度內(nèi),南斷階同樣經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng),各個(gè)期次構(gòu)造活動(dòng)的性質(zhì)、方向及強(qiáng)度均有所不同。

1 地質(zhì)概況

高郵凹陷在構(gòu)造上屬于蘇北盆地東臺(tái)坳陷中部的一個(gè)次一級(jí)凹陷,東西長(zhǎng)約100 km,南北寬約25～35 km,面積2 670 km2。該凹陷是在始新世末的吳堡運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的斷陷盆地之一,構(gòu)造運(yùn)動(dòng)頻繁,主要有儀征運(yùn)動(dòng)、吳堡運(yùn)動(dòng)和三垛運(yùn)動(dòng)等幾次規(guī)模較大的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。高郵凹陷南斷階帶夾持在真①斷層和真②斷層之間(圖1、圖2)。真①斷層既是斷階帶的南界,也是高郵凹陷的南界,自晚白堊世到第四紀(jì)以來(lái)長(zhǎng)期活動(dòng),對(duì)高郵凹陷和南部斷階帶的形成演化具有控制作用,主要控制泰州組和阜寧組的沉積。真②’斷層、真②斷層和紀(jì)③斷層屬于高郵凹陷的二級(jí)斷層,對(duì)第三紀(jì)的沉積和兩側(cè)的構(gòu)造具有明顯的控制作用,主要控制三垛組和戴南組地層的沉積。北東向和北北東向斷層組成了南部斷階帶斷裂系統(tǒng)的基本格架,斷階帶內(nèi)部發(fā)育黃玨南、許莊、竹墩三個(gè)局部正向構(gòu)造。黃玨南地區(qū)地層整體南傾,阜一段和阜二段泥巖發(fā)育,三垛組和戴南組地層埋藏淺。許莊地區(qū)發(fā)育斷鼻構(gòu)造,地層整體南傾,次級(jí)斷層較陡,始新統(tǒng)地層保存較少。竹墩地區(qū)背景構(gòu)造為背斜,被紀(jì)③斷層切割成高低兩個(gè)臺(tái)階,高臺(tái)階地層缺失嚴(yán)重。

2 斷層發(fā)育演化與油氣成藏

2.1 南斷階地層剝蝕量

在分析構(gòu)造演化史的過(guò)程中,剝蝕厚度的計(jì)算尤為重要。因?yàn)樗粌H反映了構(gòu)造隆升的強(qiáng)度、剝蝕時(shí)間的相對(duì)長(zhǎng)短,也為研究地層中油氣的運(yùn)移和保存等提供了重要依據(jù)。

圖1 高郵凹陷區(qū)域構(gòu)造圖Fig.1 Regional structures in Gaoyou Sag

圖2 許莊—竹墩阜二頂斷層分布Fig.2 Distribution of the faults at the top of Fu2 formation in Xuzhuang-Zhudun Area

2.1.1 計(jì)算原理

本次計(jì)算采用Magara等在1976年提出的應(yīng)用聲波時(shí)差測(cè)井資料計(jì)算剝蝕量的原理[1],即在地層有剝蝕的地區(qū),如果不整合面之下地層的壓實(shí)效應(yīng)未被后來(lái)沉積物所改造[2],那么將剝蝕前的壓實(shí)趨勢(shì)線(xiàn)上延至△t0處即為古地表,古地表與不整合面之間的距離即為剝蝕厚度[3]。

Magara等提出的泥巖聲波時(shí)差(△t)與埋深(H)的關(guān)系式為:

式中:△t為任一埋深泥巖的聲波時(shí)差值,μs/m;△t0為地表未固結(jié)泥巖的聲波時(shí)差值,其理論值在620～650μs/m之間,本文采用理論值的中值,即635μs/m;C為正常壓實(shí)曲線(xiàn)的斜率;H為泥巖的埋藏深度,m。

2.1.2 典型井計(jì)算過(guò)程

以許15井剝蝕厚度的計(jì)算為例說(shuō)明計(jì)算過(guò)程:

(1)根據(jù)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)恢復(fù)出該井的SP、GR、AC曲線(xiàn),判斷泥巖層并盡量選用大段穩(wěn)定分布的泥巖,以確保計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

(2)挑取計(jì)算所需的數(shù)據(jù)點(diǎn)。測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)采樣間隔為0.125 m,但如果每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)都采用,在作圖時(shí)會(huì)出現(xiàn)點(diǎn)密的情況,從而導(dǎo)致無(wú)法準(zhǔn)確判斷壓實(shí)趨勢(shì);因而在選取數(shù)據(jù)時(shí)可適當(dāng)加大取點(diǎn)的間隔,間隔5 m或10 m取點(diǎn)。

(3)選取吳堡運(yùn)動(dòng)未期不整合面以下泥巖點(diǎn)的深度和AC值,并求出壓實(shí)趨勢(shì)。

(4)根據(jù)壓實(shí)趨勢(shì)所回歸出的公式和不整合面所在海拔,可計(jì)算出吳堡運(yùn)動(dòng)的剝蝕厚度為709 m。

(5)選取三垛運(yùn)動(dòng)未期不整合面以下泥巖點(diǎn)的深度和AC值并求出壓實(shí)趨勢(shì),同理可計(jì)算。

2.1.3 計(jì)算結(jié)果分析

本次計(jì)算了21口井在吳堡運(yùn)動(dòng)不整合面和三垛運(yùn)動(dòng)不整合面的地層剝蝕量。從計(jì)算結(jié)果分析:

喜山早期的吳堡運(yùn)動(dòng)使整個(gè)高郵凹陷再次抬升,主要表現(xiàn)為大斷裂向深處發(fā)展,基性火成巖多次上侵、噴發(fā)。北東向?yàn)橹鞯亩?jí)斷裂活動(dòng)較明顯,翹傾斷塊開(kāi)始形成,斷塊體的高部位地層遭受強(qiáng)烈剝蝕。竹墩地區(qū)比許莊地區(qū)地勢(shì)要高,更容易遭受剝蝕。竹墩地區(qū)的剝蝕量一般在1 000 m以上,最大可達(dá)1 763.5 m。許莊地區(qū)的剝蝕量相對(duì)較小一般集中在200～600 m之間,少數(shù)可達(dá)到900 m。

整個(gè)漸新世時(shí)期斷裂活動(dòng)和火山活動(dòng)加強(qiáng),同生大斷層的活動(dòng)也非常活躍,對(duì)沉積的控制作用強(qiáng)烈,造成隆起和凸起地區(qū)不斷抬升剝蝕,凹陷地區(qū)不斷沉降堆積,地層厚度變化劇烈。三垛運(yùn)動(dòng)使整個(gè)高郵凹陷又一次抬升,三垛組受到嚴(yán)重剝蝕。由剝蝕量計(jì)算結(jié)果來(lái)看,許莊地區(qū)和竹墩地區(qū)的剝蝕量均很大,一般都在1 100 m以上,最大可達(dá)到1 596 m。

平面上,許莊地區(qū)剝蝕量等值線(xiàn)基本呈北東向展布,這說(shuō)明該地區(qū)剝蝕厚度主要受北東向斷層的控制;而竹墩地區(qū)剝蝕量等值線(xiàn)呈弧形展布,表明該地區(qū)剝蝕厚度主要受構(gòu)造抬升以及地層傾向變化的控制。

2.2 構(gòu)造演化剖面

為了研究南斷階的構(gòu)造演化,選取了zsh600i、zwxz80i、zwxz360i、zwxz470i、xlz260i、xlz440i五條典型測(cè)線(xiàn),編制了構(gòu)造演化剖面,并進(jìn)行構(gòu)造演化剖面分析。例如,從測(cè)線(xiàn)zsh600i構(gòu)造演化剖面中(圖3)可以看到,阜寧組沉積前只有真①斷層的存在,泰州組的地層在工區(qū)內(nèi)基本呈水平展布;阜寧組沉積期間,發(fā)育了真①斷層與真②’斷層之間的一系列次級(jí)斷層;戴一段沉積時(shí),切割阜寧組地層的次級(jí)斷層在區(qū)域拉張力的作用下,傾角變小并且被此時(shí)出現(xiàn)的真②’斷層所削截;戴二段沉積時(shí),斷層的數(shù)量并沒(méi)有顯著增多,只是斷層的規(guī)模逐漸變大;三垛組沉積時(shí),南斷階北部邊界的斷層真②斷層開(kāi)始形成并逐漸發(fā)育;在三垛組沉積以后的地質(zhì)歷史時(shí)期中,各條斷層都在持續(xù)性活動(dòng),但再?zèng)]有規(guī)模較大的二級(jí)斷層出現(xiàn)。

圖3 zsh600i測(cè)線(xiàn)構(gòu)造演化剖面Fig.3 Tectonic evolution profile of Line zsh600i

通過(guò)對(duì)上述構(gòu)造演化剖面的分析可以總結(jié)出各主要斷層的形成及發(fā)育歷史,大體來(lái)說(shuō)阜寧期形成了真①與真②’斷層之間的次級(jí)斷層以及竹墩地區(qū)的紀(jì)③斷層;戴南早期,真②’斷層開(kāi)始發(fā)育;戴南末期,真②與真②’斷層之間的次級(jí)斷層開(kāi)始形成,同時(shí)竹墩地區(qū)的真②斷層也開(kāi)始發(fā)育;而許莊地區(qū)的真②斷層則是在三垛組沉積期間才形成的;鹽城期,構(gòu)造格局便基本上沒(méi)有發(fā)生大的變化。

3 油氣運(yùn)移與聚集

對(duì)于南斷階來(lái)說(shuō),其深部油氣藏主力生油層E1f2、E1f4段烴源巖系分別于戴南晚期和三垛初期進(jìn)入成熟門(mén)限,同時(shí)在E2d～E2s時(shí)期開(kāi)始大量生、排烴。而真①、真②、真②’以及紀(jì)③斷層等油源大斷層恰恰在E2d～E2s期均有較強(qiáng)的活動(dòng)性,使得它們成為溝通深部烴源巖與淺部?jī)?chǔ)集層的通道和橋梁,為烴源巖中排出的油氣向上運(yùn)移提供了有利的通道;隨后限制于斷裂框架內(nèi)的次級(jí)斷層再對(duì)沿油源斷層運(yùn)移至淺層的油氣進(jìn)行重新分配,使其以分散方式形成眾多的斷塊油氣藏。例如在竹墩構(gòu)造中,真①與真②斷層間發(fā)育的次級(jí)斷層因斷距小,隨機(jī)封擋,控制了沒(méi)有統(tǒng)一油水界面、含油帶窄、分布呈牙刷狀的油藏中油氣的運(yùn)移和聚集;在許莊構(gòu)造中,真①斷層和內(nèi)部次級(jí)斷層是E1f1儲(chǔ)層中的油氣運(yùn)移通道,次級(jí)斷層對(duì)油氣起分配作用,控制著油氣的短距離的垂向運(yùn)移,使油氣主要分布于中部各斷塊高部位。

4 結(jié)論

(1)吳堡運(yùn)動(dòng)造成斷塊翹傾、地層整體向南西傾斜,地層剝蝕差異大。竹墩地區(qū)比許莊地區(qū)剝蝕量大,許莊地區(qū)的剝蝕量一般在200～600 m之間,而竹墩地區(qū)的剝蝕量均達(dá)1 000 m以上。三垛運(yùn)動(dòng)使整個(gè)高郵凹陷再次抬升遭到嚴(yán)重剝蝕,許莊地區(qū)和竹墩地區(qū)的剝蝕厚度均在1 100 m以上。

(2)南斷階斷裂體系的發(fā)育次序,依次發(fā)育有真①斷層、紀(jì)③斷層、真①斷層與真②’斷層之間的次級(jí)斷層、真②’斷層、真②’斷層與真②斷層之間的次級(jí)斷層、最后才為真②斷層。

(3)斷階內(nèi)主要斷層經(jīng)歷了初期發(fā)動(dòng)階段、中期活躍階段和末期收斂階段的斷裂運(yùn)動(dòng)旋回。真①斷層形成于泰州期,在阜寧期活動(dòng)最為強(qiáng)烈;紀(jì)③斷層形成于阜寧初期,阜四期活動(dòng)達(dá)了鼎盛;真②’斷層形成于戴南初期,且在戴南末期活動(dòng)最為強(qiáng)烈;真②斷層形成于戴南末期到三垛早期,三垛末期活動(dòng)最強(qiáng)烈。

(4)斷階內(nèi)斷塊圈閉發(fā)育,油氣運(yùn)、聚與斷層活動(dòng)的匹配關(guān)系好,使得斷階內(nèi)形成了一系列斷塊油氣藏。尋找有效圈閉是下步滾動(dòng)勘探的方向。

[1]任紅民,徐建,張偉青,等.高郵凹陷南部斷階帶油氣勘探潛力分析[J].海洋石油,2006,26(2):13-17.

[2]陳剛,屈傳剛,周建新,等.高郵凹陷南斷階成藏動(dòng)力系統(tǒng)研究[J].小型油氣藏,2008,13(1):1-4.

[3]程國(guó)峰,宋全友,李寶鋼.高郵凹陷南斷階油氣成藏模式[J].西部探礦工程,2009(4):106-109.

The evolution and development of fault and petroleum accumulation in the south fault zone of Gaoyou Sag,the Xuzhuang-Zhudun Area

Yang Xinming
(The Exploration and Development Department of SINOPEC Jiangsu Oilf ield Company,Yangzhou225009)

In order to reveal the relationship between the development and evolution of complicated fracture system and the formation of reservoir in south fault zone of Gaoyou Sag,Xuzhuang-Zhudun Area,through calculation of the erosion of the unconformable stratum and analysis of the structural evolution profile,the evolutional history of fault in Xuzhuang-Zhudun Area has been summarized systematically.Fault activity was the most intensive during Wubao Movement and Sanduo Movement stage,and the stratum of Xuzhuang-Zhudun suffered from erosion strongly.The development order of the main faults is as follows following:Fault Zhen①,Fault Ji③,Fault Zhen②’and Fault Zhen②.In different geological period and different planar location,the intensity of fault development is quite different for the same faults.On one hand,the fault activity caused the development of a series of fault blocks;on the other hand,the faults also the main pathways for vertical petroleum migration.Therefore,a series of fault block reservoir formed in this region.

south fault zone;structure evolution;fault;reservoirs

book=2,ebook=57

TE122.3

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2010.02.019

1008-2336(2010)02-0019-04

2010-01-13;改回日期:2010-03-09

楊新明,1963年生,男,碩士,高級(jí)工程師,開(kāi)發(fā)處主任地質(zhì)師,從事油田地質(zhì)與油田開(kāi)發(fā)技術(shù)研究與管理工作。E-mail:yangxm @joeco.com.cn。