伏龍泉斷陷反轉構造與油氣富集規律

2019-01-16 11:23:52張美華

復雜油氣藏 2018年4期

張美華

(中國石化東北油氣分公司勘探開發研究院，吉林長春 130062)

松遼盆地的形成過程可劃分為三個構造期次：斷陷期、坳陷期、反轉期。伏龍泉斷陷是松遼盆地內的一個次級斷陷，伏龍泉斷陷油氣成藏與這三個構造期次之間關系可簡單概括為斷陷期生烴、坳陷期成儲、反轉期成藏，反轉期形成的構造圈閉是油氣主要的保存空間。

松遼盆地構造反轉普遍存在，幾乎全盆地的構造變形、所有構造圈閉全屬反轉構造之列[1]。伏龍泉斷陷主要為正反轉構造，正反轉構造可定義為[2]：原先由張性-張扭性斷層控制、常伴有同沉積期地層(被動充填層序)發育的上盤盆地(地塹或半地塹)，后來在壓性-壓扭作用下發生隆起和局部擠出，由此產生的構造即為反轉構造，即控構造斷層呈“下正上逆”特征，這類構造與油氣藏關系密切。本文在研究構造演化特征的同時，結合油氣成藏期次研究，恢復油氣成藏過程，并進行反轉率定量評價，明確有利區帶與反轉構造之間的關系。

1 地質概況

伏龍泉斷陷位于松遼盆地南部，為松遼盆地東南隆起區上的一個次級斷陷，最大地層厚度6 500 m，斷陷面積約1 000 km2，天然氣資源量約800×108m3。該斷陷發育4條邊界斷層，呈雁列狀分布，依次控制了4個沉積次洼(F4斷層資料較少，本文不涉及)，整體構造格局為東斷西超的半地塹(圖1)。

圖1 伏龍泉斷陷構造位置和構造綱要

伏龍泉斷陷地層自下而上發育下白堊統K1(火石嶺組K1h、沙河子組K1sh、營城組K1yc、登婁庫組K1d、泉頭組K1q)，上白堊統K2(青山口組K2qn、姚家組K2y、嫩江組K2n)及第四系地層(Q)。

根據伏龍泉斷陷烴源層、儲層及蓋層的發育特征，區內存在三套油氣成藏組合：

上部組合：下生上儲組合，為K1sh、K1yc烴源層+K1q、K1d儲層+K1q2區域蓋層；

中部組合：下生上儲組合，為K1sh、K1yc烴源層+K1d1、K1yc儲層+K1d2泥巖蓋層；

下部組合：自生自儲組合，為K1sh內部烴源層+K1sh儲層+K1sh泥巖蓋層。

目前勘探成果集中于上部組合中，主要油氣分布層系為K1q、K1d。

2 構造演化特征

伏龍泉斷陷經歷的三個構造演化階段，從構造發育剖面上來看(圖2)，K1h為斷陷前沉積，地層分布與邊界斷層活動關系不大，K1sh、K1yc為斷陷期沉積地層，K1d為斷拗轉換期沉積地層，K1q及上白堊統(K2)為拗陷期沉積地層，上白堊統即明水組(K2m)末期進入反轉期，地層抬升剝蝕殆盡，地表為第四系(Q)沉積。

K1sh沉積時期，東部邊界斷層開始活動，進入斷陷期，盆地為東斷西超的半地塹格局，邊界斷層控制了沉積和地層厚度，該階段斷陷強度大，沉積地層厚。

圖2 伏龍泉斷陷構造發育剖面圖(剖面位置見圖1,AA')

K1yc沉積時期仍為斷陷期，但斷陷活動強度減弱，湖盆面積擴大，部分地層擴展到邊界斷層以外，西部緩坡帶出現了調節斷層，在剖面上的組合呈反向斜列狀，起到調節沉積體系并釋放構造應力的作用，對斷陷緩坡帶地層分布有一定的控制作用。

K1d沉積時期為斷拗轉換期，早期仍然表現為斷陷特征，沉積物主要起到填平補齊的作用，晚期逐漸轉變為拗陷期沉積，K1d厚度仍然受邊界斷層及同沉積斷層控制，K1d地層分布范圍比K1yc時期進一步擴大。

K1q沉積時期為拗陷期，邊界斷層停止活動，對沉積控制作用不明顯，地層厚度分布均勻，一直持續到K2m末期。

K2m沉積末期進入反轉期，構造反轉運動使得盆地發生擠壓變形，在盆地陡坡帶形成背斜隆起，緩坡帶斷層在壓扭應力場作用下活化，產生一系列花狀斷層，形成現今構造格局。K2地層受到剝蝕。

3 成藏期

伏龍泉斷陷主力烴源巖層為K1sh，K1yc烴源巖次之，K1d和K1q不發育烴源巖。運用油氣儲層中的流體包裹體結合埋藏史-熱演化史方法來恢復油氣成藏期。從勝利1井埋藏史-熱史圖上來看(圖3)，K1sh烴源巖整體在K1d沉積時期進入生烴門限，K1d頂部-K1q沉積時期進入大量生烴階段；K1yc烴源巖在K1q沉積早期進入生烴門限，K1q沉積中期進入大量生烴階段。目前這兩套烴源巖處于高成熟到過成熟演化階段。

圖3 勝利1井埋藏史-熱史

3.1 中、下部成藏組合

斷陷層油氣藏分布于K1yc和K1sh。勝利1井K1yc(埋深2 876.67 m)和K1sh(埋深3 887.50 m)中與烴類包裹體共生的鹽水包裹體主要沿石英顆粒次生裂隙分布，均一溫度分布為107.3～131.6℃和127.8～131.2℃(見圖4)，流體密度均集中于0.933 g/cm3和0.935 g/cm3，斷陷層油氣具有一期充注特征。從埋藏史-熱史圖上讀取均一溫度值可知其成藏期分別為距今93～92 Ma和100～95 Ma，即K1yc油氣藏于K1q時期成藏，K1sh于K1d末期—K1q末期成藏。因此斷陷期油氣藏的主要成藏期為K1g時期。

圖4 勝利1井儲層流體包裹體鏡下特征

3.2 上部成藏組合

勝利5井K1d(樣品深度1 357.1 m為拗陷期儲層)中發育兩期烴類包裹體。儲層油氣包裹體的GOI(grains containing/with oil inclusions)意指含油包裹體的礦物顆粒數目占總礦物顆粒數目的比例[3]。第一期主要發育于石英顆粒加大早期及期間，發育豐度中等(GOI為1～2%)，鏡下觀察到與其共生的含烴鹽水包裹體環石英顆粒加大邊內側成帶狀分布，均一溫度在74℃～76℃，投點到勝利5井單井埋藏史-熱史圖上得到成藏期距今約90 Ma，對應于K1q時期；第二期烴類包裹體主要沿切穿石英顆粒加大邊的微裂隙成帶狀分布，測得的與烴類包裹體共生的含烴鹽水包裹體均一溫度在86℃～91℃，成藏期距今約72～66 Ma，對應于K2m末期的構造反轉期(圖5)。

綜上所述，斷陷期油氣藏主要在K1q時期成藏，由于其形成后一直保存在原來的儲層中，本文將其劃分為原生油氣藏；拗陷期儲層中可識別出兩個主要的成藏期，一是K1q時期，二是K2m末期，其中K1q時期為原生油氣藏，K2m末期構造反轉形成的油氣藏為次生油氣藏，拗陷期地層中的油氣發現以次生油氣藏為主。

圖5 勝利5井埋藏史-熱史圖及K1d儲層流體包裹體鏡下特征

4 反轉構造與油氣富集規律

4.1 反轉構造定量分析

伏龍泉斷陷整體為“斷拗疊置”型盆地，早期斷陷和晚期拗陷均受到K2m末期構造反轉的改造，其中斷陷期地層表現為地層抬升，產狀發生變化，但其構造格局整體上未發生變化。而拗陷期地層受反轉作用改造明顯，反轉前地層產狀較為平坦，反轉后形成擠壓構造，整體構造格局發生根本性變化。

如圖6所示，反轉前，K1d頂面整體較平緩，受早期斷陷影響，發育伏北次洼、伏南次洼、顧家店次洼三個洼陷構造，但其洼陷幅度遠小于斷陷期地層，反轉后K1d頂面形成了三個背斜構造——伏北背斜、伏南背斜、顧家店背斜，三個背斜構造疊置于三個洼陷構造之上，但其構造幅度存在差異。

從伏龍泉斷陷反轉期構造發育剖面來看(圖7)，本區K2m末期(K2沉積后)地層保存完整，隨后發生構造反轉，斷陷東部地層抬升遭受剝蝕，剝蝕程度從東到西逐漸減小，在抬升過程中，邊界斷層也重新活動，性質轉變為逆斷層，并斷開拗陷期地層。

圖6 伏龍泉斷陷K1d頂面構造立體圖

用地層趨勢法恢復地層剝蝕厚度(圖7虛線所示)，伏龍泉斷陷三個次洼都遭受了不同程度的剝蝕，其中伏南次洼BB' 剖面剝蝕程度最大，在邊界斷層附近，不僅K2+Q地層被剝蝕殆盡，K1q地層也受到了一定程度的剝蝕。剝蝕程度能定性評價各次洼的反轉程度。

引用反轉率的概念來定量伏龍泉三個次洼反轉程度。針對正反轉構造，取沿斷面的同沉積上盤地層長度(dh，單位為m)，地層位移零點以上長度(dc，單位為m)[4-5]，計算反轉率公式為：

Ri=dc/dh

(1)

即逆斷距與斷面長度的比值，位移零點處斷層上下盤地層無位移，位移零點之上為逆斷距，位移零點之下為正斷距，把同沉積期地層的頂面當作基準面，可以在斷層上盤測量該面至各層位的順斷層距離(圖7)。計算Ri所需參數(dc，dh)也可在圖中直接得到[2]，位移-距離曲線與縱坐標軸的交點即為位移零點，如果位移-距離曲線不和縱坐標軸相交則表明該斷層沒有發生反轉。

按照文獻[6]分類標準，伏龍泉斷陷反轉構造均為正反轉構造，可進一步歸屬于斷裂型，伏北次洼邊界斷層性質為上下均正，伏南次洼與顧家店次洼為下正上逆。上述概念為定量評價反轉構造提供了理論基礎，但反轉構造并非都表現為斷層性質的轉變,伏北次洼邊界斷層性質仍然為正斷層，其反轉表現為東部地層整體抬升剝蝕，從伏龍泉斷陷各次洼之間來看,伏北次洼反轉程度最弱，尚未達到邊界斷層性質反轉的階段。

從伏龍泉斷陷各次洼邊界斷層的位移-距離曲線(圖7)，計算得到顧家店次洼Ri為0.37，伏南次洼Ri為0.1，伏北次洼邊界斷層性質無反轉，反轉程度由南向北逐漸減弱。

4.2 反轉構造與油氣分布

本區油氣分布縱向上分布于K1q、K1d地層中，平面上主要分布于伏北、伏南、顧家店三個拗陷期地層受反轉擠壓形成的反轉背斜構造，疊置于斷陷期的沉積次洼之上，從而形成“下生上儲”的圈源配置關系。

從伏龍泉斷陷成藏時間來看，K1d末期到K1q時期，斷陷層烴源巖達到成熟階段開始生烴，生成油氣主要保存于斷陷期地層中，形成原生油氣藏，并部分向上運移到拗陷期地層中；拗陷期斷層活動趨于停止，油氣不能進一步向上運移；直到K2m末期，構造反轉，主要斷層活化，原生油氣藏遭受破壞，油氣調整向上運移到拗陷期地層中形成次生油氣藏。因此，反轉構造既形成了圈閉，也形成了油氣運移通道。

上述研究表明，伏龍泉斷陷反轉期構造圈閉的形成晚于油氣主生烴期，不利于充注和保存，但本區勘探成果卻以這類油氣藏為主，這與原生油氣藏遭受破壞并二次運移有關，這個過程中構造反轉是主要動力。由于反轉期持續時間較長，在破壞原生油氣藏的同時，也能對次生油氣藏產生破壞，因此蓋層的作用至關重要。

圖7 伏龍泉斷陷反轉期構造發育剖面及邊界斷層位移-距離曲線(剖面位置位置見圖1)

本區區域性蓋層為泉二段(K1q2)，厚度300～500 m，全區分布穩定，巖性以棕紅色泥巖為主，是泛濫平原相沉積，K1q2地層厚度大，反轉期斷層活動未能破壞其封堵，阻止了油氣進一步向上運移，從而形成了現今油氣分布格局。

4.3 反轉構造與油氣富集規律

油氣富集程度上，伏龍泉斷陷三個反轉背斜構造中伏南背斜最為富集，伏北背斜次之，顧家店背斜最差。三個反轉背斜形成時間一致，與油氣運聚的時空匹配關系一致，儲蓋條件基本一致，但各供烴次洼與反轉程度存在差異。擱置供烴次洼因素，假設供烴程度一致，僅考慮反轉程度對油氣富集的影響，前文計算得到顧家店次洼Ri為0.37，伏南次洼Ri為0.1，伏北次洼邊界斷層性質無反轉。其中伏南背斜反轉適中，最有利于次生油氣藏的形成和保存；伏北背斜反轉弱不利于形成構造圈閉，但蓋層有效，能保存部分油氣；顧家店背斜反轉太強，斷層活動破壞了蓋層的封堵性，最不利于油氣的保存。

伏龍泉斷陷鄰區孤店斷陷邊界斷層反轉構造發現較早[7]，研究[8]認為孤店邊界斷層Ri在0.19～0.37，反轉程度由斷層中部向兩端逐漸減小，孤店斷層兩端Ri小于0.20的部位為油氣保存的有利區。研究成果認為伏龍泉斷陷邊界斷層構造Ri在0～0.2之間的區域有利。