濟(jì)陽(yáng)坳陷斷層活動(dòng)差異性與油氣富集關(guān)系

孫 波，陶文芳，張善文，王永詩(shī)

(1.中石化勝利油田分公司，山東 東營(yíng) 257015；2.中海油深圳分公司，廣東 廣州 510240)

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濟(jì)陽(yáng)坳陷斷層活動(dòng)差異性與油氣富集關(guān)系

孫 波1，陶文芳2，張善文1，王永詩(shī)1

(1.中石化勝利油田分公司，山東 東營(yíng) 257015；2.中海油深圳分公司，廣東 廣州 510240)

通過(guò)對(duì)濟(jì)陽(yáng)坳陷斷層發(fā)育特征、活動(dòng)性及其演化規(guī)律進(jìn)行分析，結(jié)合不同凹陷油氣富集規(guī)律，研究了斷層活動(dòng)差異性及其對(duì)油氣富集的影響。結(jié)果表明：研究區(qū)斷層活動(dòng)性在沙二期前表現(xiàn)為“南強(qiáng)北弱”的特點(diǎn)，沙二期后則為“北強(qiáng)南弱”；將斷層分為控?zé)N、控運(yùn)和控藏3類。控?zé)N斷層數(shù)量越多、古近紀(jì)活動(dòng)強(qiáng)度越大，油氣富集程度越高；控運(yùn)斷層數(shù)量越多、新近紀(jì)活動(dòng)強(qiáng)度越大，淺層油氣所占比例越大；控藏?cái)鄬踊顒?dòng)性及形態(tài)等決定構(gòu)造帶發(fā)育，控制圈閉聚油能力。

斷層活動(dòng)；油氣成藏；富集規(guī)律；箕狀凹陷；濟(jì)陽(yáng)坳陷

引 言

油氣勘探實(shí)踐表明，斷層與油氣的生成、運(yùn)聚和分布都密切相關(guān)，尤其是在斷陷盆地中，斷層的發(fā)育狀況往往決定油氣的富集與分布情況[1-3]。濟(jì)陽(yáng)坳陷位于華北平原東部，隸屬于渤海灣盆地的次一級(jí)構(gòu)造單元，包括車鎮(zhèn)、沾化、東營(yíng)及惠民等凹陷和陳家莊、義和莊、濱縣及青城等凸起。研究區(qū)內(nèi)斷層發(fā)育，油氣資源豐富，與斷層相關(guān)的圈閉及油氣藏?cái)?shù)量眾多且多樣化[3-5]，雖然前人已開(kāi)展過(guò)關(guān)于斷層活動(dòng)性的部分工作[5-10]，但對(duì)于不同凹陷斷層活動(dòng)的差異性及其對(duì)油氣富集的影響還缺乏深入研究。分析了不同凹陷主干斷層新生代活動(dòng)特征及其差異性，并對(duì)斷層活動(dòng)與油氣富集的關(guān)系進(jìn)行了探討，以期深化油氣勘探認(rèn)識(shí)。

1 斷層活動(dòng)及演化特征

1.1 斷層發(fā)育特征

濟(jì)陽(yáng)坳陷內(nèi)斷層十分發(fā)育，各級(jí)斷層總計(jì)近2 000余條，平面上按走向可分為北西、北東及近東西3組，主干斷層以北東向?yàn)橹鱗3]。根據(jù)斷層與構(gòu)造帶的關(guān)系，可分為控凹、控洼和控帶斷層，根據(jù)斷層對(duì)油氣成藏的作用，可分為控?zé)N、控運(yùn)和控藏?cái)鄬印？匕紨鄬佣酁殓P式或坡坪式，傾角較緩；東營(yíng)、惠民凹陷的控洼、控帶斷層多為平板式或輕微鏟式，傾角相對(duì)較緩，車鎮(zhèn)、沾化凹陷的控洼、控帶斷層多為平板式，傾角相對(duì)較陡。沾化凹陷控凹(洼)斷層最多，但延伸長(zhǎng)度較小；東營(yíng)、惠民凹陷控凹(洼)斷層數(shù)量相對(duì)次之，延伸長(zhǎng)度普遍較大；車鎮(zhèn)凹陷控凹(洼)斷層最少，但延伸長(zhǎng)度最大。控凹(洼)斷層大多可以是控?zé)N、控運(yùn)和控藏?cái)鄬樱貛鄬右话阒荒苁强剡\(yùn)和控藏?cái)鄬印?/p>

1.2 斷層活動(dòng)及演化規(guī)律

斷層活動(dòng)性研究方法主要有生長(zhǎng)指數(shù)、斷距及斷層活動(dòng)速率等[6]，該研究采用活動(dòng)速率反映斷層活動(dòng)強(qiáng)度。

不同凹陷斷層活動(dòng)在時(shí)間上差異明顯，車鎮(zhèn)凹陷斷層孔店期不活動(dòng)，沙四期是其活動(dòng)高峰期，之后活動(dòng)性逐漸減弱；沾化凹陷斷層在沙三期和沙一期出現(xiàn)2個(gè)活動(dòng)高峰，新近紀(jì)活動(dòng)性明顯較強(qiáng)；東營(yíng)凹陷斷層在沙三期活動(dòng)性最強(qiáng)，沙四、沙二期活動(dòng)性較強(qiáng)；惠民凹陷斷層在沙二期活動(dòng)強(qiáng)度最大，其次為沙三、沙四期(圖1)。

不同時(shí)期斷層活動(dòng)在空間上存在一定的演變規(guī)律，孔店—沙四期，南部地區(qū)(惠民、東營(yíng)凹陷)斷層數(shù)量及活動(dòng)強(qiáng)度大于北部地區(qū)(沾化、車鎮(zhèn)凹陷)；沙三—沙二期，全區(qū)主干斷層基本發(fā)育完整，數(shù)量多，規(guī)模大，基本都處在活動(dòng)期，活動(dòng)強(qiáng)度表現(xiàn)出明顯的“南強(qiáng)北弱”；沙一—東營(yíng)期，全區(qū)主干斷層數(shù)量和規(guī)模繼承了前期特征，大部分?jǐn)鄬尤杂休^強(qiáng)的活動(dòng)性，但活動(dòng)強(qiáng)度表現(xiàn)出“北強(qiáng)南弱”的特點(diǎn)；進(jìn)入新近紀(jì)，活動(dòng)斷層數(shù)量減少，強(qiáng)度普遍減弱，至館陶末期基本停止活動(dòng)，沾化凹陷斷層數(shù)量及活動(dòng)強(qiáng)度明顯大于其他凹陷(圖1)。

圖1 濟(jì)陽(yáng)坳陷不同凹陷主干斷層活動(dòng)性

2 斷層活動(dòng)與油氣富集

2.1 古近紀(jì)斷層活動(dòng)對(duì)烴源巖條件的控制

2.1.1 控?zé)N斷層與源巖發(fā)育

控?zé)N斷層活動(dòng)及演變規(guī)律對(duì)烴源巖的展布范圍及體積等起決定性作用。孔店—沙四期，南部地區(qū)地層沉積厚度大，東營(yíng)、惠民凹陷為研究區(qū)的沉積中心；沙三—沙二期，全區(qū)地層厚度普遍較大，出現(xiàn)多個(gè)沉積中心；沙一—東營(yíng)期，沉積中心明顯開(kāi)始向北遷移，沾化凹陷為沉積中心。

沉積中心的遷移導(dǎo)致了烴源巖發(fā)育和展布的變化，孔店、沙四烴源巖主要分布于東營(yíng)、惠民凹陷，沙三段烴源巖全區(qū)均有發(fā)育，而沙一段烴源巖主要分布在沾化凹陷。控?zé)N斷層的數(shù)量影響生烴洼陷的數(shù)量，車鎮(zhèn)凹陷僅埕南斷層為控?zé)N斷層，因其走向的變化形成了3個(gè)生烴洼陷；惠民、東營(yíng)凹陷控?zé)N斷層分別為7個(gè)和6個(gè)，其生烴洼陷數(shù)量均為4個(gè)，沾化凹陷控?zé)N斷層有8個(gè)，且走向變化較多，導(dǎo)致其發(fā)育近10個(gè)生烴洼陷。

2.1.2 斷層活動(dòng)與油氣富集程度

油氣的富集程度首先與凹陷的資源量有關(guān)，生烴洼陷的數(shù)量及其發(fā)育規(guī)模往往影響凹陷資源量的多少。綜合分析4個(gè)凹陷生烴量、控?zé)N斷層數(shù)量及其古近紀(jì)平均活動(dòng)速率發(fā)現(xiàn)，東營(yíng)凹陷生烴量位居各凹陷之首，其古近斷層活動(dòng)強(qiáng)度最大，平均活動(dòng)速率超過(guò)40 m/Ma，斷層數(shù)量也較多；沾化凹陷生烴量次之，其斷層活動(dòng)強(qiáng)度相對(duì)較小，但主要控?zé)N斷層數(shù)量多，利于形成眾多的生烴洼陷；惠民、車鎮(zhèn)凹陷生烴量總體較少，其斷層活動(dòng)性總體較弱，斷層數(shù)量也較少。斷層活動(dòng)強(qiáng)度與數(shù)量共同影響凹陷的生烴量，斷層活動(dòng)強(qiáng)度越大、數(shù)量越多，凹陷生烴量越大，而生烴量越大，油氣探明儲(chǔ)量越高。因此，控?zé)N斷層數(shù)量及古近紀(jì)活動(dòng)強(qiáng)度影響油氣富集程度，活動(dòng)強(qiáng)度越大、數(shù)量越多，油氣越富集。

2.2 新近紀(jì)斷層活動(dòng)對(duì)輸導(dǎo)條件的控制

研究表明，新近紀(jì)是濟(jì)陽(yáng)坳陷油氣主力運(yùn)聚期，該時(shí)期斷層活動(dòng)及開(kāi)啟是油氣運(yùn)聚的前提。斷層活動(dòng)強(qiáng)度越大，輸導(dǎo)能力越強(qiáng)，油氣垂向上遠(yuǎn)距離運(yùn)移可能性越大，由此影響油氣富集層系[5]。

分析不同凹陷控運(yùn)斷層新近紀(jì)活動(dòng)性發(fā)現(xiàn)，惠民、東營(yíng)凹陷控運(yùn)斷層停止活動(dòng)時(shí)間較早，一般在館陶末期就停止活動(dòng)，而車鎮(zhèn)、沾化凹陷斷層停止活動(dòng)時(shí)間相對(duì)更晚，部分至明化鎮(zhèn)末期才停止活動(dòng)(圖1)；在斷層活動(dòng)強(qiáng)度及數(shù)量上，沾化凹陷控運(yùn)斷層新近紀(jì)平均活動(dòng)速率最大，接近10 m/Ma，數(shù)量最多；車鎮(zhèn)凹陷斷層活動(dòng)強(qiáng)度較大，但數(shù)量相對(duì)較少；惠民、東營(yíng)凹陷斷層平均活動(dòng)速率較為接近，總體較低，但東營(yíng)凹陷略大于惠民凹陷，斷層數(shù)量東營(yíng)凹陷也略多于惠民凹陷(圖2)。

圖2 不同凹陷控運(yùn)斷層新近紀(jì)活動(dòng)性與油氣富集

從各凹陷油氣藏分布層系來(lái)看，控運(yùn)斷層數(shù)量較少、新近紀(jì)活動(dòng)強(qiáng)度較低的惠民、東營(yíng)凹陷，中層的沙河街組油氣占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，淺層油氣所占比例較低；新近紀(jì)活動(dòng)強(qiáng)度中等的車鎮(zhèn)凹陷，以中、淺層的沙河街組、新近系油氣為主，淺層油氣儲(chǔ)量所占比例接近1/3；控運(yùn)斷層數(shù)量多、新近紀(jì)活動(dòng)強(qiáng)度大的沾化凹陷，以淺層新近系油氣為主，淺層油氣儲(chǔ)量所占比例超過(guò)2/3(圖2)。由此可知，控運(yùn)斷層數(shù)量越多、新近紀(jì)活動(dòng)強(qiáng)度越大，淺層油氣所占的比例越大，斷層新近紀(jì)活動(dòng)強(qiáng)度決定油氣的富集層系。

2.3 斷層活動(dòng)與油氣富集區(qū)帶

油氣賴以依存的場(chǎng)所是圈閉，圈閉形成的基礎(chǔ)是構(gòu)造帶，構(gòu)造帶的類型往往決定圈閉的類型，同時(shí)圈閉的聚油能力也影響著構(gòu)造帶的油氣富集。箕狀凹陷構(gòu)造帶一般分為陡坡帶、緩坡帶、凹陷帶及中央隆起帶(或潛山披覆帶)，但并非所有的箕狀凹陷都發(fā)育上述4類構(gòu)造帶，凹陷中構(gòu)造帶的不同組合形式對(duì)油氣的富集區(qū)帶具有重要影響。

車鎮(zhèn)凹陷的邊界斷層在裂陷期活動(dòng)性相比東營(yíng)、惠民凹陷較弱，且傾角較陡、形態(tài)為板式，凹陷為窄盆，發(fā)育陡坡帶、緩坡帶、凹陷帶；沾化凹陷的邊界斷層在裂陷期活動(dòng)性相比東營(yíng)、惠民凹陷較弱，且潛山基巖凸起發(fā)育，拗陷期斷層活動(dòng)性相比其他凹陷最強(qiáng)，凹陷為窄盆，發(fā)育陡坡帶、緩坡帶、凹陷帶和潛山披覆帶；東營(yíng)、惠民凹陷的邊界斷層在裂陷期活動(dòng)性相比車鎮(zhèn)、沾化凹陷較強(qiáng)，且傾角較緩、形態(tài)為鏟式或坡坪式，凹陷為寬盆，發(fā)育陡坡帶、緩坡帶、凹陷帶、中央隆起帶。

從研究區(qū)油氣藏分布區(qū)帶來(lái)看，車鎮(zhèn)凹陷的緩坡帶、沾化凹陷的潛山披覆帶、東營(yíng)和惠民凹陷的中央隆起帶為油氣最佳富集區(qū)帶(圖3)。車鎮(zhèn)凹陷由緩坡帶、凹陷帶、陡坡帶組成，在油源充足的情況下，油氣可不斷向凹陷外圍的緩坡帶、陡坡帶運(yùn)聚，但緩坡帶與成熟烴源巖接觸面積最大，且構(gòu)造活動(dòng)相對(duì)寧?kù)o，對(duì)油氣的封蓋保存更為有利，因而緩坡帶的斷鼻圈閉是最佳的聚油圈閉。東營(yíng)、惠民凹陷由緩坡帶、凹陷帶、陡坡帶、中央隆起帶組成，中央隆起帶常被多個(gè)生烴洼陷包圍，油氣源極為充足，被各類斷層復(fù)雜化的中央斷裂背斜圈閉能源源不斷匯聚油氣。沾化凹陷由緩坡帶、凹陷帶、陡坡帶、潛山披覆帶組成，潛山披覆背斜帶與控運(yùn)斷層聯(lián)系緊密，斷層晚期活動(dòng)性導(dǎo)致其有較強(qiáng)的輸導(dǎo)能力，可將油氣不斷的運(yùn)移至上部圈閉，此時(shí)，與該類斷層相關(guān)聯(lián)的披覆背斜圈閉成為油氣最有利的聚集場(chǎng)所。

3 結(jié) 論

(1) 濟(jì)陽(yáng)坳陷新生代斷層活動(dòng)強(qiáng)度在沙二期前表現(xiàn)為“南強(qiáng)北弱”，沙二期以后總體具有“北強(qiáng)南弱”的特點(diǎn)；活動(dòng)斷層數(shù)量在孔店-沙四期南部多于北部，沙三—東營(yíng)期全區(qū)普遍發(fā)育，數(shù)量達(dá)到最多，而進(jìn)入新近紀(jì)北部數(shù)量明顯多于南部。

(2) 控?zé)N斷層影響烴源巖的發(fā)育與展布，決定油氣的富集程度，斷層數(shù)量越多、古近紀(jì)活動(dòng)強(qiáng)度越大，油氣富集程度越高，從車鎮(zhèn)、惠民、沾化到東營(yíng)凹陷，斷層活動(dòng)性增強(qiáng)，油氣探明儲(chǔ)量增大；控運(yùn)斷層為油氣運(yùn)移提供優(yōu)越的通道條件，控制油氣的富集層系，斷層數(shù)量越多、新近紀(jì)活動(dòng)強(qiáng)度越大，油氣富集層系越淺，從惠民、東營(yíng)、車鎮(zhèn)到沾化凹陷，斷層活動(dòng)性增強(qiáng)，淺層油氣所占比例增大。

(3) 控藏?cái)鄬訛橛蜌饩奂峁┯行У娜﹂]條件，影響油氣的富集區(qū)帶，斷層活動(dòng)強(qiáng)度及形態(tài)等決定構(gòu)造帶發(fā)育，凹陷內(nèi)構(gòu)造帶的組合形式影響圈閉聚油能力；車鎮(zhèn)、沾化、東營(yíng)—惠民凹陷最佳聚油圈閉分別為斷鼻、潛山披覆背斜和中央斷裂背斜圈閉，油氣最佳富集區(qū)帶分別是緩坡帶、潛山披覆帶及中央隆起帶。

圖3 不同凹陷圈閉發(fā)育類型及油氣富集區(qū)帶對(duì)比

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編輯 朱雅楠

20150213；改回日期：20150325

國(guó)家科技重大專項(xiàng)“渤海灣盆地精細(xì)勘探關(guān)鍵技術(shù)”(2011ZX05006-003)

孫波(1986- )，男，2007年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)(華東)資源勘查工程專業(yè)，2013年畢業(yè)于該校地質(zhì)資源與地質(zhì)工程專業(yè)，獲博士學(xué)位，現(xiàn)從事油氣成藏機(jī)理與勘探研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.03.004

TE122.1

A

1006-6535(2015)03-0018-04