雙城地區(qū)構(gòu)造演化特征及其對(duì)油氣 聚集的控制作用

張 瑩，孫立東，印長(zhǎng)海 ，劉 超，孫友海，劉慶輝

（1.中國(guó)石油大慶油田有限責(zé)任公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，黑龍江大慶 163712; 2.黑龍江省致密油和泥巖油成藏研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江大慶 163712）

近年來(lái)，隨著科研人員從構(gòu)造演化、斷裂性質(zhì)等多方面對(duì)油氣聚集所起的控制作用進(jìn)行探討分析，逐步明確了構(gòu)造演化及其形成的斷裂系統(tǒng)對(duì)油氣運(yùn)移、聚集具有明顯的控制作用。然而，走滑斷裂構(gòu)造性質(zhì)相對(duì)復(fù)雜，同一個(gè)走滑斷裂體系內(nèi)部又具有不同的應(yīng)力性質(zhì)和構(gòu)造特征，與油氣成藏關(guān)系具有明顯的差異性[1–12]。以往學(xué)者關(guān)于走滑斷裂帶對(duì)油氣成藏的控制作用研究相對(duì)較少[13–19]，而雙城地區(qū)具備多種構(gòu)造性質(zhì)，隨著近兩年勘探工作的深入，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)斷裂帶具有明顯的走滑作用，同一構(gòu)造帶內(nèi)部油氣具有不同的油氣水界面，走滑作用是否對(duì)雙城地區(qū)的油氣具有控制作用有待深入研究。本次研究充分利用三維地震資料，從雙城地區(qū)構(gòu)造演化入手，通過(guò)識(shí)別構(gòu)造樣式明確構(gòu)造期次，研究斷裂性質(zhì)及組合樣式，重點(diǎn)分析走滑作用的應(yīng)力性質(zhì)，結(jié)合構(gòu)造形成期次與油氣成藏期次的匹配關(guān)系，探討構(gòu)造演化對(duì)于油氣成藏的控制作用，明確有利勘探方向，為雙城地區(qū)勘探部署工作提供認(rèn)識(shí)依據(jù)，并對(duì)其他明顯受走滑應(yīng)力影響的地區(qū)具有借鑒意義。

1 地質(zhì)背景

雙城地區(qū)位于大慶長(zhǎng)垣以東長(zhǎng)春嶺背斜東南部，面積約為5 500 km2，整體上屬于斷–坳疊合型盆地。研究區(qū)平面上由鶯山、雙城南、廟臺(tái)子三個(gè)洼槽組成，勘探證實(shí)雙城南洼槽主力烴源巖為白堊系營(yíng)城組暗色泥巖，主要儲(chǔ)層為營(yíng)城組四段、登婁庫(kù)組。

2 構(gòu)造演化分析

雙城地區(qū)整體上屬于斷–坳疊合型盆地，自白堊紀(jì)以來(lái)經(jīng)歷了斷陷期、斷–坳轉(zhuǎn)換期、坳陷期和構(gòu)造反轉(zhuǎn)期4 個(gè)主要構(gòu)造演化階段（圖1）。

2.1 斷陷期

火石嶺組–營(yíng)城組沉積時(shí)期，火石嶺組是本區(qū)沉積層中的第一期火山噴發(fā)，西強(qiáng)東弱。本地區(qū)斷陷伸展相對(duì)較弱，但火山活動(dòng)作用較強(qiáng)，以發(fā)育火山巖為主，局部發(fā)育扇三角洲相沉積。營(yíng)城組沉積時(shí)期，受區(qū)域大規(guī)模伸展作用，斷陷持續(xù)拉張，并伴隨著多期次的火山巖噴發(fā)。營(yíng)城組末期伸展作用逐漸減弱，為一個(gè)構(gòu)造相對(duì)平靜期，形成多個(gè)小型湖盆，這些湖盆具備形成優(yōu)質(zhì)烴源巖的沉積背景，發(fā)育深湖–半深湖及扇三角洲沉積相等沉積體系，沉積厚度受古地形控制，火山口頂部薄，翼部厚，以砂泥巖互層為主，局部發(fā)育砂礫巖，形成好的烴源巖。

2.2 斷–坳轉(zhuǎn)換期

登婁庫(kù)組沉積時(shí)期，雙城地區(qū)在斷陷基礎(chǔ)上開(kāi)始進(jìn)入大幅度穩(wěn)定沉降，登婁庫(kù)組地層大面積發(fā)育，整體覆于營(yíng)城組烴源巖之上。登三段發(fā)育沖積扇–三角洲沉積系列，洼槽內(nèi)部地層厚度略大，為主要儲(chǔ)層發(fā)育段；登四段主要發(fā)育紫色、紫紅色泥巖，局部夾1～2 m 砂巖條帶，無(wú)明顯的沉降中心，為主要的蓋層發(fā)育段，整體上形成了以營(yíng)城組四段為主力烴源巖的下生上儲(chǔ)型生儲(chǔ)蓋組合。

2.3 坳陷期

泉頭組–嫩江組沉積時(shí)期，松遼盆地進(jìn)入河流–沖積平原環(huán)境，主要表現(xiàn)為近源快速堆積的沖積扇和河流相沉積。在此時(shí)期，泉頭組末期發(fā)生的大規(guī)模走滑作用對(duì)于雙城地區(qū)改造較大，形成了一系列的左行走滑構(gòu)造，形成了以NNE、NW 向斷裂為主的一組共軛斷裂，且在走滑剪切帶內(nèi)部的不同方位具有特定的次級(jí)應(yīng)力，形成一系列走滑伴生構(gòu)造，兼具張性和壓性性質(zhì)。其中，NNE 向斷裂具有壓性應(yīng)力性質(zhì)，與其伴生均為正向構(gòu)造，而NW 向斷裂為張性應(yīng)力性質(zhì)，與其伴生均為負(fù)向構(gòu)造。通過(guò)熱史模擬表明，雙城地區(qū)在青山口組末期進(jìn)入生烴高峰期，而泉頭組左行構(gòu)造作用在登婁庫(kù)組、營(yíng)城組內(nèi)部形成了多種類型的圈閉，整體上早于生烴高峰期，具備形成油藏的地質(zhì)條件。

2.4 構(gòu)造反轉(zhuǎn)期

晚第三紀(jì)時(shí)期，松遼盆地受區(qū)域擠壓應(yīng)力影響， 發(fā)生大規(guī)模的構(gòu)造反轉(zhuǎn)，三級(jí)構(gòu)造進(jìn)一步發(fā)育并定 型，雙城地區(qū)發(fā)生強(qiáng)烈隆升，遭受剝蝕，形成了現(xiàn)今的構(gòu)造格局，湖盆規(guī)模大幅萎縮，嫩江組、四方臺(tái)組、明水組已出現(xiàn)沉積間斷，造成多期地層大面積缺失。本區(qū)古近系基本以剝蝕為主，第四系盆地中沉積建造，活動(dòng)性很弱，進(jìn)入河流–沖積平原環(huán)境， 呈現(xiàn)盆地消亡的特征。

圖1 鶯山–雙城斷陷構(gòu)造發(fā)育史剖面

3 走滑構(gòu)造及形成機(jī)制

雙城南地區(qū)經(jīng)歷三期疊加改造作用，分別是營(yíng)城組末期擠壓作用、泉頭組末期走滑改造作用及嫩江組沉積期的區(qū)域隆升作用。其中，泉頭組末期走滑改造作用對(duì)雙城南地區(qū)構(gòu)造格局影響較大。通過(guò)重新梳理斷裂系統(tǒng)，識(shí)別出一系列的左行走滑斷裂和典型伴生構(gòu)造。

3.1 斷裂平面特征

雙城南地區(qū)在營(yíng)城組和登婁庫(kù)組沉積時(shí)期主要發(fā)育5 條（F1、F2、F3、F4 和F5）左行走滑斷裂，為NNE 走向，呈雁列狀排列，斷裂末端呈馬尾狀組合特征。其中F1、F2、F3 較F4 和F5 規(guī)模大，并共同構(gòu)成主走滑斷裂帶（圖2）。

3.2 斷裂剖面特征

雙城地區(qū)5 條走滑斷層斷陷期為張性正斷層，受泉頭組末期走滑改造作用，在登婁庫(kù)組至火石嶺組沉積地層中，沿早期張性破裂面發(fā)育走滑斷裂。這些走滑斷裂伴生發(fā)育并收斂于主干斷層，在剖面上形成“花狀”和“似花狀”構(gòu)造（圖3）。

3.3 典型伴生構(gòu)造

走滑斷裂是在單剪應(yīng)力狀態(tài)下形成和發(fā)育的。

圖2 雙城南地區(qū)左行走滑伴生構(gòu)造模式

在剪切的內(nèi)部不同方位則具有不同的次級(jí)應(yīng)力及應(yīng)變特點(diǎn)，可以形成相關(guān)伴生構(gòu)造。在分析雙城南地區(qū)走滑斷裂平面、剖面特征基礎(chǔ)上，識(shí)別出該區(qū)伴生發(fā)育三組典型的走滑構(gòu)造，包括菱形拉分構(gòu)造、斷彎擠壓斷塊和楔狀擠壓斷塊，這些構(gòu)造具有走滑拉張和走滑擠壓不同應(yīng)力性質(zhì)（圖4a）。

F1 和F2 兩條斷裂，近平行排列，走滑拉分形成了典型的菱形拉張斷塊（圖4a）。這兩條主走滑斷裂分別分叉為一系列馬尾絲狀次級(jí)斷裂，這些次級(jí)斷裂主要受初始平直斷裂控制，彎曲部位位于左行走滑斷裂的左階部位，受拉張應(yīng)力作用，因此屬于張性走滑構(gòu)造。F2 和F3 兩條斷裂共同控制的擠壓隆起斷塊（圖4b），位于左行走滑斷裂的右階彎曲部位，該部位處于擠壓狀態(tài)，因此屬于壓性走滑構(gòu)造。F1 斷裂和與其平行的走滑斷裂滑動(dòng)方向一致，以小角度交切，形成楔狀擠壓隆起斷塊（圖4c）。通常情況下是由主干斷裂位移決定角狀斷裂的升降。由于F1 主走滑斷裂與其相鄰的小型走滑斷層呈聚斂滑動(dòng)，兩者共同控制的角狀斷塊相對(duì)上升，因此屬于壓性走滑構(gòu)造。該區(qū)典型伴生構(gòu)造的不同應(yīng)力性質(zhì)增加了圈閉識(shí)別的難度。

研究區(qū)除發(fā)育走滑斷裂和伴生構(gòu)造外，還發(fā)育張性正斷層、褶皺和小洼槽。結(jié)合區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)，并分析研究區(qū)走滑斷裂及伴生構(gòu)造走向及展布方位，認(rèn)為雙城南地區(qū)泉頭組末期主要受NE–SW 向左行走滑拉分作用（圖2）。在近EW 向拉張應(yīng)力作用下，形成了一系列張性正斷層；在近SN 向擠壓應(yīng)力作用下，形成了小洼槽和低隆起相間排列的構(gòu)造面貌。

圖3 雙城南地區(qū)典型走滑斷裂剖面

圖4 雙城南地區(qū)左行走滑典型構(gòu)造模式

4 走滑作用對(duì)油氣勘探的影響

2016 年雙城南洼槽雙66 井登婁庫(kù)組油氣勘探獲突破，證實(shí)該區(qū)具備可形成規(guī)模油藏的地質(zhì)條件。本次研究是在分析已突破區(qū)油氣成藏條件和落實(shí)構(gòu)造形成期次與油氣成藏期次的匹配關(guān)系的基礎(chǔ)上，結(jié)合應(yīng)力場(chǎng)和典型構(gòu)造的研究成果，分析圈閉構(gòu)造應(yīng)力性質(zhì)，確定有利圈閉目標(biāo)，精準(zhǔn)指導(dǎo)井位部署。

4.1 油氣成藏條件

雙城南地區(qū)主力烴源巖為營(yíng)城組四段灰黑色和黑色泥巖，為濱淺湖–半深湖環(huán)境的沉積產(chǎn)物，厚度一般為30～90 m。營(yíng)四段生油巖有機(jī)質(zhì)類型以II型為主，有機(jī)碳（TOC）均值大于2%，生烴潛力（S1+S2）一般大于2 mg/g，鏡質(zhì)體反射率（Ro）一般為0.8%～1.0%，表明暗色泥巖處于成熟演化階段；同時(shí)，最大熱解溫度（Tmax）多數(shù)大于430 ℃，表明有機(jī)質(zhì)已經(jīng)成熟，處于生油階段。通過(guò)對(duì)雙XX 井埋藏–熱演化史模擬分析，認(rèn)為營(yíng)四段烴源巖在泉頭組末期–青山口組早期進(jìn)入到生烴高峰。研究區(qū)登婁庫(kù)組三段儲(chǔ)層類型為長(zhǎng)石砂巖、巖屑長(zhǎng)石砂巖，富含剛性組分（石英+長(zhǎng)石含量接近80%）、分選較好、填隙物含量低，孔隙度均值為14.9%，發(fā)育大孔隙，具有形成好儲(chǔ)層的物質(zhì)基礎(chǔ)。登三段油藏類型為下生上儲(chǔ)型構(gòu)造油藏，斷裂溝通油源，油氣在高部位聚集成藏。綜合分析，烴源巖、斷裂和構(gòu)造是登三段油藏的主控因素。

4.2 圈閉綜合評(píng)價(jià)

通過(guò)分析雙城南地區(qū)油氣成藏條件，認(rèn)為生烴期與構(gòu)造形成時(shí)期的匹配關(guān)系控制了油氣的聚集成藏。按照圈閉形成時(shí)期與營(yíng)四段烴源巖生烴時(shí)期匹配關(guān)系可分為前期圈閉和同期圈閉，前期圈閉是圈閉形成時(shí)期早于烴源巖生烴時(shí)期的圈閉，同期圈閉的形成時(shí)期與烴源巖生烴時(shí)期相同的圈閉，統(tǒng)計(jì)得出前期圈閉共計(jì)13 個(gè)，同期圈閉共計(jì)11 個(gè)（表1）。

綜合烴源巖、斷裂、圈閉及圈閉要素匹配關(guān)系，認(rèn)為近源隆起帶和斜坡帶成藏條件好。為了擴(kuò)大近源隆起帶勘探成果和探索斜坡帶含油氣性，優(yōu)選太南a、太南b、太南c 和太南d 四個(gè)圈閉部署探井。2018 年針對(duì)太南b 號(hào)圈閉鉆探的雙68 井原油自然產(chǎn)能最高為110.4 m3/d，顯示了近源隆起帶良好的勘探前景。

表1 雙城南地區(qū)登三段圈閉綜合評(píng)價(jià)

5 結(jié)論

雙城南地區(qū)泉頭組末期NE–SW 向左行走滑應(yīng)力控制該區(qū)走滑斷裂及構(gòu)造的形成與分布，走滑構(gòu)造與油氣成藏關(guān)系密切，走滑構(gòu)造帶是構(gòu)造變形較為復(fù)雜的區(qū)帶，發(fā)育不同應(yīng)力性質(zhì)的構(gòu)造圈閉，前期近源圈閉有利于油氣聚集。雙城南洼槽走滑構(gòu)造研究成果對(duì)廟臺(tái)子洼槽地質(zhì)結(jié)構(gòu)再認(rèn)識(shí)和油氣勘探具有一定的借鑒作用。