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。
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。
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)。
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。
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。
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。
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
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。
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)。
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)。
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
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。
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。
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)
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。