雙城地區構造演化特征及其對油氣 聚集的控制作用

張 瑩，孫立東，印長海 ，劉 超，孫友海，劉慶輝

（1.中國石油大慶油田有限責任公司勘探開發研究院，黑龍江大慶 163712; 2.黑龍江省致密油和泥巖油成藏研究重點實驗室，黑龍江大慶 163712）

近年來，隨著科研人員從構造演化、斷裂性質等多方面對油氣聚集所起的控制作用進行探討分析，逐步明確了構造演化及其形成的斷裂系統對油氣運移、聚集具有明顯的控制作用。然而，走滑斷裂構造性質相對復雜，同一個走滑斷裂體系內部又具有不同的應力性質和構造特征，與油氣成藏關系具有明顯的差異性[1–12]。以往學者關于走滑斷裂帶對油氣成藏的控制作用研究相對較少[13–19]，而雙城地區具備多種構造性質，隨著近兩年勘探工作的深入，發現該地區斷裂帶具有明顯的走滑作用，同一構造帶內部油氣具有不同的油氣水界面，走滑作用是否對雙城地區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，從雙城地區構造演化入手，通過識別構造樣式明確構造期次，研究斷裂性質及組合樣式，重點分析走滑作用的應力性質，結合構造形成期次與油氣成藏期次的匹配關系，探討構造演化對于油氣成藏的控制作用，明確有利勘探方向，為雙城地區勘探部署工作提供認識依據，并對其他明顯受走滑應力影響的地區具有借鑒意義。

1 地質背景

雙城地區位于大慶長垣以東長春嶺背斜東南部，面積約為5 500 km2，整體上屬于斷–坳疊合型盆地。研究區平面上由鶯山、雙城南、廟臺子三個洼槽組成，勘探證實雙城南洼槽主力烴源巖為白堊系營城組暗色泥巖，主要儲層為營城組四段、登婁庫組。

2 構造演化分析

雙城地區整體上屬于斷–坳疊合型盆地，自白堊紀以來經歷了斷陷期、斷–坳轉換期、坳陷期和構造反轉期4 個主要構造演化階段（圖1）。

2.1 斷陷期

火石嶺組–營城組沉積時期，火石嶺組是本區沉積層中的第一期火山噴發，西強東弱。本地區斷陷伸展相對較弱，但火山活動作用較強，以發育火山巖為主，局部發育扇三角洲相沉積。營城組沉積時期，受區域大規模伸展作用，斷陷持續拉張，并伴隨著多期次的火山巖噴發。營城組末期伸展作用逐漸減弱，為一個構造相對平靜期，形成多個小型湖盆，這些湖盆具備形成優質烴源巖的沉積背景，發育深湖–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，局部發育砂礫巖，形成好的烴源巖。

2.2 斷–坳轉換期

登婁庫組沉積時期，雙城地區在斷陷基礎上開始進入大幅度穩定沉降，登婁庫組地層大面積發育，整體覆于營城組烴源巖之上。登三段發育沖積扇–三角洲沉積系列，洼槽內部地層厚度略大，為主要儲層發育段；登四段主要發育紫色、紫紅色泥巖，局部夾1～2 m 砂巖條帶，無明顯的沉降中心，為主要的蓋層發育段，整體上形成了以營城組四段為主力烴源巖的下生上儲型生儲蓋組合。

2.3 坳陷期

泉頭組–嫩江組沉積時期，松遼盆地進入河流–沖積平原環境，主要表現為近源快速堆積的沖積扇和河流相沉積。在此時期，泉頭組末期發生的大規模走滑作用對于雙城地區改造較大，形成了一系列的左行走滑構造，形成了以NNE、NW 向斷裂為主的一組共軛斷裂，且在走滑剪切帶內部的不同方位具有特定的次級應力，形成一系列走滑伴生構造，兼具張性和壓性性質。其中，NNE 向斷裂具有壓性應力性質，與其伴生均為正向構造，而NW 向斷裂為張性應力性質，與其伴生均為負向構造。通過熱史模擬表明，雙城地區在青山口組末期進入生烴高峰期，而泉頭組左行構造作用在登婁庫組、營城組內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條件。

2.4 構造反轉期

晚第三紀時期，松遼盆地受區域擠壓應力影響， 發生大規模的構造反轉，三級構造進一步發育并定 型，雙城地區發生強烈隆升，遭受剝蝕，形成了現今的構造格局，湖盆規模大幅萎縮，嫩江組、四方臺組、明水組已出現沉積間斷，造成多期地層大面積缺失。本區古近系基本以剝蝕為主，第四系盆地中沉積建造，活動性很弱，進入河流–沖積平原環境， 呈現盆地消亡的特征。

圖1 鶯山–雙城斷陷構造發育史剖面

3 走滑構造及形成機制

雙城南地區經歷三期疊加改造作用，分別是營城組末期擠壓作用、泉頭組末期走滑改造作用及嫩江組沉積期的區域隆升作用。其中，泉頭組末期走滑改造作用對雙城南地區構造格局影響較大。通過重新梳理斷裂系統，識別出一系列的左行走滑斷裂和典型伴生構造。

3.1 斷裂平面特征

雙城南地區在營城組和登婁庫組沉積時期主要發育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 規模大，并共同構成主走滑斷裂帶（圖2）。

3.2 斷裂剖面特征

雙城地區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，在登婁庫組至火石嶺組沉積地層中，沿早期張性破裂面發育走滑斷裂。這些走滑斷裂伴生發育并收斂于主干斷層，在剖面上形成“花狀”和“似花狀”構造（圖3）。

3.3 典型伴生構造

走滑斷裂是在單剪應力狀態下形成和發育的。

圖2 雙城南地區左行走滑伴生構造模式

在剪切的內部不同方位則具有不同的次級應力及應變特點，可以形成相關伴生構造。在分析雙城南地區走滑斷裂平面、剖面特征基礎上，識別出該區伴生發育三組典型的走滑構造，包括菱形拉分構造、斷彎擠壓斷塊和楔狀擠壓斷塊，這些構造具有走滑拉張和走滑擠壓不同應力性質（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斷裂，這些次級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，受拉張應力作用，因此屬于張性走滑構造。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，因此屬于壓性走滑構造。F1 斷裂和與其平行的走滑斷裂滑動方向一致，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，兩者共同控制的角狀斷塊相對上升，因此屬于壓性走滑構造。該區典型伴生構造的不同應力性質增加了圈閉識別的難度。

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

圖3 雙城南地區典型走滑斷裂剖面

圖4 雙城南地區左行走滑典型構造模式

4 走滑作用對油氣勘探的影響

2016 年雙城南洼槽雙66 井登婁庫組油氣勘探獲突破，證實該區具備可形成規模油藏的地質條件。本次研究是在分析已突破區油氣成藏條件和落實構造形成期次與油氣成藏期次的匹配關系的基礎上，結合應力場和典型構造的研究成果，分析圈閉構造應力性質，確定有利圈閉目標，精準指導井位部署。

4.1 油氣成藏條件

雙城南地區主力烴源巖為營城組四段灰黑色和黑色泥巖，為濱淺湖–半深湖環境的沉積產物，厚度一般為30～90 m。營四段生油巖有機質類型以II型為主，有機碳（TOC）均值大于2%，生烴潛力（S1+S2）一般大于2 mg/g，鏡質體反射率（Ro）一般為0.8%～1.0%，表明暗色泥巖處于成熟演化階段；同時，最大熱解溫度（Tmax）多數大于430 ℃，表明有機質已經成熟，處于生油階段。通過對雙XX 井埋藏–熱演化史模擬分析，認為營四段烴源巖在泉頭組末期–青山口組早期進入到生烴高峰。研究區登婁庫組三段儲層類型為長石砂巖、巖屑長石砂巖，富含剛性組分（石英+長石含量接近80%）、分選較好、填隙物含量低，孔隙度均值為14.9%，發育大孔隙，具有形成好儲層的物質基礎。登三段油藏類型為下生上儲型構造油藏，斷裂溝通油源，油氣在高部位聚集成藏。綜合分析，烴源巖、斷裂和構造是登三段油藏的主控因素。

4.2 圈閉綜合評價

通過分析雙城南地區油氣成藏條件，認為生烴期與構造形成時期的匹配關系控制了油氣的聚集成藏。按照圈閉形成時期與營四段烴源巖生烴時期匹配關系可分為前期圈閉和同期圈閉，前期圈閉是圈閉形成時期早于烴源巖生烴時期的圈閉，同期圈閉的形成時期與烴源巖生烴時期相同的圈閉，統計得出前期圈閉共計13 個，同期圈閉共計11 個（表1）。

綜合烴源巖、斷裂、圈閉及圈閉要素匹配關系，認為近源隆起帶和斜坡帶成藏條件好。為了擴大近源隆起帶勘探成果和探索斜坡帶含油氣性，優選太南a、太南b、太南c 和太南d 四個圈閉部署探井。2018 年針對太南b 號圈閉鉆探的雙68 井原油自然產能最高為110.4 m3/d，顯示了近源隆起帶良好的勘探前景。

表1 雙城南地區登三段圈閉綜合評價

5 結論

雙城南地區泉頭組末期NE–SW 向左行走滑應力控制該區走滑斷裂及構造的形成與分布，走滑構造與油氣成藏關系密切，走滑構造帶是構造變形較為復雜的區帶，發育不同應力性質的構造圈閉，前期近源圈閉有利于油氣聚集。雙城南洼槽走滑構造研究成果對廟臺子洼槽地質結構再認識和油氣勘探具有一定的借鑒作用。