沁水盆地晉中地區構造特征及圈閉評價

王付斌， 王 博, 董志剛， 趙俊興

(1.中國石化 華北分公司，鄭州 450006;2.成都理工大學 a.地球物理學院，b.沉積地質研究院，成都 610059;3.天駿電器公司，中山 528415)

沁水盆地晉中地區構造特征及圈閉評價

王付斌1， 王 博2a, 董志剛3， 趙俊興2b

(1.中國石化 華北分公司，鄭州 450006;2.成都理工大學 a.地球物理學院，b.沉積地質研究院，成都 610059;3.天駿電器公司，中山 528415)

在構造演化、井震結合、二維地震資料精細解釋的基礎上，分析沁水盆地晉中區塊斷裂特征。通過工區斷裂分布及組合、構造背景及演化，確定主干斷層，將晉中區塊劃分為晉中斷陷、太谷斜坡、太谷凸起、榆社斜坡、武鄉凹陷五個構造單元。編制并研究構造圖，分析圈閉要素。綜合研究后認為,工區內成藏的有利區帶在榆社斜坡構造帶上，為盆地后續的勘探開發工作提供借鑒。

晉中區塊； 地震資料解釋； 圈閉評價； 有利區帶

0 引言

沁水盆地是山西隆起區分布范圍最廣、保存地層較全的一個復向斜構造，不僅是我國重要的產煤基地，也是最有前景的煤層氣盆地，受到國內、外的廣泛關注。沁水盆地煤層氣的勘探開發工作從90年代開始，主要集中在沁水盆地的南部和中東部，目前已進入商業化生產階段。晉中地區位于沁水盆地北部，中石化于2013年開鉆晉中1井，鉆至奧陶系馬家溝組，測井解釋煤層氣4層，含氣層2層。同年在該區部署9條測線，東西向測線間距為8 km,南北向測線間距為12 km,設計滿疊長度共計500.38 km。這些為研究晉中地區構造特征及圈閉評價提供了資料基礎。

受華北地臺構造演化影響，沁水盆地經歷了早中侏羅世的擠壓褶皺和晚侏羅世-早白堊世的拉張裂陷以及白堊世-古近紀擠壓反轉三個構造期次[1]。

1 區域構造

在華北板塊構造運動的控制作用下，沁水盆地的構造沉積演化從中晚元古代的海相沉積和之后的海陸，過渡到最后的復式向斜構造的形成，經歷六個階段：

1)中晚元古代。研究區的南部為古秦祁海，北部為古興蒙海。期間受太平洋和印度洋板塊對華北地臺的俯沖影響，導致盆地在晚元古代抬升形成陸地。

2)晚古生代末。華北地區的構造活動依舊控制研究區的構造演化，石炭至二疊紀，盆地接受沉積作用，本溪-太原組發育海相、濱海相、過渡相沉積[2]。

3)至三疊紀。印支晚幕構造運動--在太平洋板塊俯沖作用與揚子板塊和華北板塊之間的剪刀狀碰撞結合作用共同影響下[3]，華北地區各構造單元逐漸產生差異分化，盆地受到近南北向的擠壓應力從而導致遭受抬升剝蝕作用，展開獨立的演化過程，盆地內的構造單元發展比較穩定。

4)早中侏羅世是盆地構造主要形成階段。由于太平洋和印度洋板塊對華北地臺的俯沖作用，沁水盆地遭受來自北西西--南東東方向的近東西向的擠壓應力，產生出許多的北東向構造。晚侏羅世，由于地殼的強烈活動作用，造成了盆地內遭受來自北西西--南東東方向拉張應力，從而形成一系列張性斷裂。盆地抬升后受到剝蝕作用，西部呂梁山，東部的太行山開始形成。

5)早白堊繼承晚侏羅的抬升剝蝕作用。地殼劇烈活動導致工區西側受到拉張應力，致使晉中斷陷成型，太行山呂梁山最終定型。太平洋和印度洋板塊的俯沖作用使得盆地仍然遭受抬升剝蝕，奠定了其復向斜構造的基礎[4]。

6)白堊世至古近紀。盆地持續遭受抬升剝蝕，晉中斷陷由于抬升較高，雖然為斷陷構造，并未接受古近紀沉積。新近紀至第四紀，研究區繼續接受抬升剝蝕，區內的陷落普遍接受該時期的沉積，喜山運動產生的擠壓應力場對工區內的持續改造，最終形成目前的構造樣式(圖1)。圖2為現今地形圖和地震測線位置。

圖1 現今構造樣式Fig.1 Precent tectonic the style

圖2 現今地形圖及測線位置Fig.2 Current topographic map and survey-line location

2 構造解釋

在構造沉積演化分析的基礎上，進行二維地震工區的精細化解釋。通過子波提取、制作合成記錄、層位標定和追蹤、時深轉換，最終構造成圖(圖3)[5]。

圖3 構造解釋工作流程Fig.3 The workflow of the construction interpretation

2.1 層位標定

合成地震記錄層位標定是連接地震、地質和測井工作的橋梁，其核心工作是利用測井曲線和地震子波模擬井旁地震記錄，實現測井層位到地震層位的標定和映射[6]。對工區內晉中1井制作合成記錄，明確各目標層位的反射特征，并進行層位追蹤解釋(圖4)。

追蹤解釋從過井測線開始(東西向EW167測線和南北向SN379測線)，測線位置如圖2，總結反射特征，并在保證閉合的情況下向其他測線展開。標志層選取C3t2(石炭系太原組2段煤層底部)，該層反射能量強且連續性好。結合時深關系，以標志層為參照，總結其他層位的反射特征。解釋過程中遇到不清晰不確定的同相軸追蹤時，適當放大解釋窗口，對照上、下同相軸的特征和變化規律，或是跳過該段向后尋找相似特征的同相軸，對比分析，細致解釋進而完成層位追蹤。

圖4 合成記錄及層位分布Fig.4 Synthesis record and stratigraphic location distribution

2.2 斷層解釋

2.2.1 構造單元劃分

通過研究區內二維地震資料，從各個構造體系發育特點展開分析，結合地震、地質、鉆井等資料深入研究構建研究區整體的構造框架。分析工區內主要斷層，最終確立四條主要斷層：F1、F2、F5、F3。將工區劃分為晉中斷陷、太谷斜坡、太谷凸起、榆社斜坡與武鄉凹陷(圖5)。

圖5 工區構造Fig.5 Construction of the working area

2.2.2 斷層解釋

對工區內的斷層在地震剖面上作出精準解釋。地震剖面上斷層判別主要依據有同相軸錯段、扭曲、反射結構不同，同相軸數目增減、消失、合并，同相軸相對上升或下降，同相軸局部彎曲等[7](圖6、圖7)。確認斷層的性質，斷點位置，解釋三級以上斷層次斷裂剖面展布。

2.2.3 斷層分析

根據地震資料分析，研究區內的斷層平面展布見圖8。通過分析工區內斷層的各類要素以及地震剖面，總結研究區內斷裂特征如下：

圖8 斷層平面分布圖Fig.8 Maps of the fault plane

1)主要斷層組系為NE-SW向，以逆斷層為主，個別正斷層、斷裂角度高，有走滑性質。

2)在擠壓反轉階段——早燕山到晚燕山，在區內由擠壓應力至拉張應力再到擠壓應力過程中，構成Y字型斷裂組合。

3)主要斷層規模大(長度大、斷距大)，大小斷裂向上斷達近地表，形成時間晚，破壞性大，對油氣保存不利。

圖7 EW167測線剖面斷層Fig.7 Fault of the EW167 line section

構造單元斷層號性質級別傾向走向延伸長度/km斷距/m斷開層位F1正2北西北東41.621005.24O1s-Q太古斜坡F6逆3北西北北東2037.92O1s-QF7逆3北西北東22.8640.81O1s-QF2逆2北西北東50.61001.69O1s-Q太谷凸起F8逆3南東北北東21.482.49C2b-T1lF9逆3北西北東15.93131.23O1s-T2e2F10逆3南東北東17.9649.69O1f-T2E1F11逆3南東北東7.7876.54C2b-T1hF12逆3南東北東7.55133.65O1s-T2e1F13逆3南東北東7.4969.58O1s-T2e2F4逆2北西北北東63.5678.96O1f-T2e1F14逆3北西北東11.1379.63O1f-T2e2F15逆3南東北東14.7689.4C2b-T1hF16逆3北西北北東24.37276.32O1f-T2e2F17逆2南東北北東44.9672.35C2b-T2e2F18逆2南東北東13.1766.21O1s-QF19逆2南東北東5.2882.36O1s-T2e2F5逆2北西北北東64.31110.36C2b-T1h榆社斜坡F20逆2北西北東5.1597.66O1f-T2e1F21正2南西北東18.4860.37C2b-T1hF22逆3北東北東4.0892.63O1f-T1hF23逆3南東北東6.4162.09C2b-T1LF24逆3北東北東5.4982.33C2b-T1lF3逆2南東北東28.2583.6O1s-T2e2武鄉凹陷F25逆3南東北北東18.7599.67O1f-T1hF26逆3北東北東8.7732.46O1f-T1h

4)太谷斜坡(斷壘)構造破碎。太谷凸起主斷裂及局部構造發育，形成多個NE-SW向斷塊，相對較破碎。榆社斜坡斷裂不發育，斷層規模較小，相對穩定，武鄉凹陷主斷裂及局部構造發育。

四條主斷裂將工區劃分為晉中斷陷、太谷斜坡、太谷凸起、榆社斜坡、武鄉凹陷，各構造單元斷層要素見表1。

2.3 構造成圖

在完成層位追蹤工作以后，分析并建立速度場。利用速度場，結合層位和合成記錄時深關系，得到速度模型，進行時深轉換得到深度數據[8]；利用測井地質分層對深度數據進行井校并平滑處理;最后編制上石盒子組底、下石盒子組底、山西組底、太原組底共四個層位平面構造圖(圖9)。

圖9 工區內構造圖Fig.9 Structure diagram of the working area(a)上石盒子組底部構造；(b)下石盒子組底部構造;(c)山西組底部構造；(d)太原組底部構造

從圖9可以看出，研究區內斷裂及圈閉(依附在斷層上的深紅色區域)有繼承性，整體構造由北西-南東呈兩邊低中間高的趨勢。太谷斜坡、太谷凸起斷裂較為發育，斷裂分布較多，武鄉凹陷斷裂相對發育，榆社斜坡構造相對穩定。

3 圈閉評價

對上石盒子組、下石盒子組、山西組與太原組深度構造圖進行圈閉統計研究，并在地震剖面找到相關證據，對圈閉高點埋深、閉合面積、閉合高度等進行統計如表2～表5所示。

根據上述圈閉在構造圖上的分布以及要素分析可以看出1、5、8號構造，閉合面積較大，發育較好，繼承性較好。然而均位于斷裂發育帶上，并不利于油氣保存。

表2 晉中山西組圈閉要素Tab. 2 Trap elements of Shanxi formation in Jinzhong

表3 晉中太原組圈閉要素Tab.3 Trap elements of Taiyuan formation in Jinzhong

表4 晉中下石盒子組圈閉要素Tab.4 Trap elements of Xiashihezi formation in Jinzhong

表5 晉中上石盒子圈閉要素Tab.5 Jinzhong Shang Shihezi trap factor

4 結論

晉中地區屬于構造強烈改造區，該區燕山期以來構造活動強烈，地層抬升剝蝕厚度大，NE-NNE(北東-北北東)向斷裂發育，形成一系列斷背斜構造，中大斷裂角度高、發育近地表。按構造特征可以劃分出“晉中斷陷、太谷斜坡、太谷凸起、榆社斜坡、武鄉凹陷”構造單元。區內構造活動強烈，“通天斷裂”發育，保存條件較差，勘探應選擇構造相對穩定的區域。

根據地震剖面及構造研究解釋出26條斷層，從斷層性質來看，逆斷層為主，部分為正斷層。這些斷裂對于構造圈閉破壞性是嚴重的，對于煤系地層游離氣的保存是不利的。從解釋結果來看，研究區西北晉中斷陷構造變形強烈，保存條件差。位于工區西部文水靛頭野外地質調查可以看出，太原、山西組地層直立，構造變形較強(圖10)。工區東部構造變形較弱，榆社斜坡構造相對穩定。工區內構造圈閉存在，但多被斷裂“切割”(中大斷裂角度高、發育近地表)，保存條件差。勘探應選擇構造相對較為穩定的區域，榆社斜坡區構造斷層較少，相對穩定，應該為下步重點勘探區域。

圖10 文水靛頭野外調查Fig.10 Field survey of Diantou Wenshui

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ThetectoniccharacteristicsandtrapevaluationofJinzhongareainQinshuibasin

WANG Fubin1， WANG Bo2a， DONG Zhigang3, ZHAO Junxing2b

(1. North China Branch Company，SINOPEC，Zhengzhou 4500062，China;2.Chengdu University of Technology，a.Geophysics School，Chengdu University of Technology，b.Institute of Sedimentary Geology，Chengdu 610059，China;3.Tian Jun Electrical Appliance Co. Ltd.， Zhongshan 528415，China)

Based on the analysis of tectonic evolution, borehole combination and two-dimensional seismic data, the fracture characteristics of Jinzhong block in Qinshui basin are analyzed. Through the fault distribution and combination, tectonic setting and evolution, the main faults are identified. From which the Jinzhong blocks are divided into five tectonic units, namely, Jinzhong fault depression, Taigu slope, Taigu uplift, Yushe slope and Wuxiang depression . Then, compiling and studying the structural drawing and analyzing the trap elements are conducted. After comprehensive research, it is considered that the favorable zone in the work area is on the Yushe slope tectonic belt, which provides the basis for the subsequent exploration and development of the basin.

Jinzhong block; seismic data interpretation; trap evaluation; favorable zone

P 631.4

A

10.3969/j.issn.1001-1749.2017.05.09

2017-06-28 改回日期： 2017-07-31

王付斌(1973-)，男，碩士，主要從事鄂爾多斯盆地油氣勘探研究， E-mail：wderdos@163.com。

1001-1749(2017)05-0636-07