濟陽坳陷埕島地區下古生界潛山斷裂特征及控藏作用

景安語

(中國石化勝利油田分公司勘探開發研究院，東營 257015)

埕島地區位于渤海灣西南部，構造上位于墾東-埕島北西向潛山披覆構造帶的北端，東側近鄰郯廬斷裂帶。下古生界是該區的主要含油系之一，油藏具有富集高產、油性好的特點。

勘探實踐中，前人在埕島下古生界潛山圈閉的形成和油氣的保存等方面均有系統的認識：受斷層和風化剝蝕控制發育殘丘型、斷塊型和斷鼻型圈閉；斷層的垂向封堵性主要受控于斷層的活動性，成藏期活動的斷層，縱向上開啟，不封堵，反之，斷層具有垂向封堵性。而斷層的側向封堵性主要受控于兩盤地層的對接情況，圈閉側向對接非儲層，斷層側向封堵[1- 4]。

在前人研究的基礎上，重新認識斷層的幾何學、運動學和動力學特征，分析斷層對油氣的保存作用，提出了新的斷層封堵模式，指出了新的勘探類型和方向，指導了潛山油氣的勘探，近三年來濟陽坳陷潛山累計新增探明+控制石油地質儲量 3 700×104t以上。

1 地質概況

埕島潛山經歷了印支、燕山和喜山等多期構造運動，在郯廬斷裂帶的持續影響下形成了受控于埕北斷層、埕北20斷層和埕北30斷層的三排山的構造格局[5- 8](圖1)。自西向東分別表現為斷塊山、殘丘山和滑脫褶皺山的構造特征。潛山周圍被沙南、渤中、埕北和黃河口等多個生烴凹陷包圍，沙三段源巖在新近紀晚期大量排烴，成藏條件非常有利。前期發現的油氣主要分布在東排山和中排山的西南部，油藏為典型的殘丘型、斷塊和斷鼻型油藏為主[9-10]。油氣主要富集在構造高帶上，斜坡帶和負向構造帶勘探程度相對較低，具有較大的勘探潛力。

圖1 埕島地區下古生界構造綱要Fig.1 Outline of Lower Paleozoic structures in Chengdao area

2 斷裂演化及發育特征

2.1 斷層演化

埕島潛山平面上發育北西、北北東和近東走向的三大斷裂系統。印支期，受揚子板塊向華北板塊俯沖的控制，研究區表現為北東-南西向的擠壓應力場，發育北西走向的逆沖斷層，斷層上盤古生界遭受不同程度的剝蝕；燕山運動早期，應力釋放，北西向逆斷層沿薄弱帶發生負反轉，地質或地震剖面表現為典型的薄底或禿底特征，同時派生系列反向正斷層進一步復雜化構造格局；燕山運動中晚期，受郯廬斷裂帶左行走滑應力場的控制，發育一系列北北東走向具有走滑特征的斷層，走滑斷層是該區典型的斷層類型，發育很普遍；喜山運動期，研究區表現為南北向的拉張應力場，在郯廬斷裂帶右行走滑應力場的影響下，先存斷層部分復活，斷層多表現為多扭張特征。

2.2 斷層分類

斷層的分類方式有多種，優先考慮斷層的活動特征，然后疊加力學特征進行分類，共分四類：成藏期不活動的壓(壓扭)性斷層(Ⅰ型斷層)、成藏期不活動的張(張扭)性斷層(Ⅱ型斷層)、成藏期活動的張(張扭)性斷層(Ⅲ型斷層)和成藏期活動的壓(壓扭)性斷層(Ⅳ型斷層)。

2.2.1 Ⅰ型斷層

中排山和東排山發育的系列北北東向展布的斷層為典型。該類斷層形成于燕山期，為左行走滑郯廬斷裂帶的伴生斷層，消亡于燕山末期。平面上表現為北撒南聚的帚狀特征，將中排山和東排山分為北北東展布的①～⑧8個條帶。剖面上表現為斷面陡直，且往往具有走滑斷層特有的絲帶效應，該類斷層不控制古生界地層的剝蝕殘留(圖1、圖2)。

圖2 埕島潛山南部近東西向地震剖面Fig.2 Near-EW seismic profile in the south of Chengdao buried hill

2.2.2 Ⅱ型斷層

中排山近東西向的斷層和中排山南部北北西向的斷層為該類斷層。形成于燕山早期，是負反轉斷層的伴生斷層，消亡于燕山末期，往往被北北東向斷層切割，剖面上均表現為南傾反向正斷層，不控制地層的剝蝕殘留。從斷層的切割關系上也印證了北北東向分帶斷層的左行走滑特征。埕北20斷層形成于印支期，消亡于燕山末期，也歸為該類斷層。

2.2.3 Ⅲ型斷層

埕北斷層、埕北8斷層和埕北30斷層屬于該類斷層。這三條斷層均具有延伸距離長、斷距大和斷面寬的特點，由于潛山的持續抬升，均表現為正斷層。斷層下盤靠近斷層殘留古生界地層厚，出露地層新，遠離斷層地層楔狀減薄出露地層老。埕北8斷層將中排山分割成南北兩部分，南部潛山古生界幾乎無殘留，北部潛山殘留地層較厚。

2.2.4 Ⅳ型斷層

研究區該類斷層不發育。

3 斷層的封閉性

3.1 埕島潛山斷層封閉性的傳統認識

在埕島潛山的勘探實踐過程中，綜合儲層的發育規律和圈閉的類型，前人總結出了潛山斷層的封堵模式。通過鉆井統計發現下古生界潛山風化殼儲層厚度在150～200 m，由于多期構造裂縫和溶蝕縫的溝通，風化殼儲層具有縫洞結構，橫向和縱向連通性比較好，可以看作相對均質的儲集體。反向斷層一般對接致密的中生界或者古近系的湖相泥巖，封堵性普遍較好，少數對接物性較好的砂體，造成封堵不利，當斷距小于風化殼厚度時，油藏高度等于或者小于斷層的斷距；順向斷層只有在斷距大于風化儲層厚度時才可能形成有效的封堵，反之則不封堵。這種封堵模式很顯然是對接地層形成的封堵，能夠解釋大多數油藏的封堵機理。在這種認識下，未斷開風化殼的順向斷層控制形成的圈閉均被評價為無效圈閉，斷距較小的反向斷層形成的圈閉含油高度有限[圖3(a)]。

a、b、c表示所在的斷塊圈閉圖3 潛山斷層封閉模式Fig.3 Sealing pattern of buried hill fault

3.2 斷層封閉的差異性

埕島地區下古生界潛山斷層除了埕北斷層、埕北30斷層、埕北8斷層和埕北307東斷層外，均為燕山末期停止活動的古斷層。古斷層往往表現為封堵，而成藏期活動的斷層更多的表現為開啟。

同樣受成藏期活動的埕北斷層控制形成的一系列圈閉，有些圈閉形成了油氣藏(如埕北306、埕北307)，而有些則沒有聚集成藏(埕北古6)如圖4(a)所示；有些含油高度小(如埕北304、勝海古1)如圖4(b)所示；有些含油高度大一些。通過圈閉的對比發現，各個圈閉的對接情況不盡相同，埕北306塊和埕北307塊對接中生界封堵性強[圖4(c)]，含油高度大，而埕北304塊和勝海古1塊分別對接下降盤沙一段和東營組的油藏，上下盤形成了不同層系控制下的同一個圈閉，導致潛山圈閉自身的含油高度較低，而埕北古6塊對接下降盤的沙三段優質儲層，沒有形成有效的圈閉遮擋，導致僅見油氣顯示而未聚集成藏。成藏期活動的斷層表現為開啟，斷裂帶起到了油氣運移通道的作用。

圖4 埕島地區潛山典型油藏剖面Fig.4 Typical reservoir profiles of buried hills in Chengdao area

埕北313井位于埕北30潛山高帶和埕北306潛山之間的地塹帶內，與埕北306塊以順向古斷層分割，斷層斷距50～100 m，下古生界構造位置比埕北306低400 m。對4 164～4 357 m井段試油，獲日產油325 t，氣10 823 m3的高產工業油氣流，而埕北306井的3 929.17～4 050 m井段油水同出，證明埕北313塊與埕北306塊不具有統一的油水系統，但從油藏剖面[圖4(d)]可以看出，埕北313塊的油層和埕北306塊的水層對接，顯然分割斷塊的順向古斷層具有封堵能力。完鉆的埕北古斜14井和埕北309井均證明了這種認識。成藏期不活動的古斷層表現為封閉，斷層起到了封堵油氣的作用。

3.3 斷層封閉性的解釋

斷層是巖層或巖體順破裂面發生明顯位移的構造，它并不是一個簡單的面，而是一個有空間結構的集合體。斷裂帶內常充填斷層角礫巖、斷層泥和膠結物等[11-14]。中外學者對碎屑巖斷裂帶進行了大量的分析和研究，在斷裂帶物性特征和啟閉性方面形成了一些認識和結論，但對碳酸鹽巖地層中的斷裂關注較少，相關專家基于露頭區的研究亦提出了破碎帶和誘導裂縫帶的二元結構，且通過實驗得出了斷裂帶物性的變化規律，認為斷層核可以起到封閉作用，而破碎帶起到輸導作用[15-21]。即不能簡單地認為哪條斷層封閉或哪段斷層封閉，而是要具體到斷層的具體部位。

下古生界的斷層和裂縫后期經過了復雜的成巖演化過程，既有淡水和有機酸的溶蝕也有碳酸鹽、黏土等的膠結，導致原生裂縫充填情況復雜。從鏡下、巖心和成像測井特征分析來看裂縫大部分被充填(圖5)，而殘留的孔隙才能作為有效的儲油空間。依據裂縫充填方解石的同位素測定結果將裂縫按產生時期分為三類：早期破裂縫、印支期破裂縫和燕山-喜山構造破裂縫，形成期越早，充填程度越高，早期破裂縫被完全充填，晚期裂縫的充填程度低，有效程度高(圖6)。而膠結與流體有密切的關系，斷裂產生時，斷裂帶核部往往連通性好，為后期的膠結流體提供了暢通的通道，導致后期膠結強烈(樁斜169井在4 434 m發育一條斷距200 m的斷層，斷層核附近主要發育全充填高阻縫)，而稍微遠離斷裂核部，膠結作用變弱，物性變好，這也是斷裂帶物性分帶的主要原因之一。斷層的力學性質對斷裂帶的結構有重要影響。張性斷層的斷裂帶較寬呈釋壓狀態，而壓性斷層的斷裂帶中破碎物質常有擠壓現象，出現片理、拉長、透鏡體等現象，常產生一些應變礦物，如云母、滑石、綠泥石和綠簾石等，并多定向排列，斷面緊閉，呈現增壓狀態，形成隔水層；走滑斷層由于不同段的走向差異導致增壓區和釋壓區交替出現，增壓區一般表現為封閉，而釋壓區一般表現為開啟[22-26]。通過區域應力場分析認為，北北東向走滑斷層具有壓扭性，封堵性強，造成了目前發現的油氣均受控于該類斷層呈北北東向條帶狀分布的現象。

圖5 埕島地區潛山裂縫充填圖Fig.5 Fissure filling map of buried hills in Chengdao area

圖6 埕島地區潛山裂縫充填方解石穩定同位素特征Fig.6 Characteristics of stable isotopes of calcite filled with buried hill fissures in Chengdao area

綜合考慮斷層的活動性和力學性質，Ⅰ型斷層封堵性最好，Ⅱ型斷層封堵性次之，而Ⅲ型斷層往往封堵性較差。

3.4 新的斷層封堵模式下的勘探新方向

埕島地區碳酸鹽巖潛山斷層的封堵可以從巖性對接、斷裂帶膠結、應力增壓等多個角度解釋，圖3(b)中的a、b、c三種情況下形成的圈閉均有獨立成圈、獨立成藏的可能。

潛山經歷風化剝蝕之后，往往導致先存斷層的夷平效應，假如后期斷層不再活動，則多表現為頂面斷距較小甚或沒有斷距，這類斷層形成的圈閉在以往的認識中往往封閉性差，而在新的斷層封堵性的認識下，封閉能力得到提升。勘探程度較低的斜坡帶順向斷塊圈閉、小斷距斷塊圈閉和負向構造的斷塊圈閉都將成為有利的勘探目標。

4 結論

(1)埕島地區潛山斷層分為三類：成藏期不活動的壓扭性斷層、成藏期不活動的張扭性斷層和成藏期活動的張扭性斷層。絕大多數斷層在成藏期前就停止了活動，北北東向展布的斷層均具有走滑特征。

(2)斷層的活動性和力學性質控制著斷裂帶的結構，進而影響到了斷層的封閉性。

(3)成藏期不活動的斷層、壓性斷層和小斷距斷層形成的圈閉是下一步勘探的潛力方向。濟陽坳陷潛山前期發現的油藏多是常規意義的潛山圈閉，潛山斜坡和負向構造勘探程度還較低，近期在埕島地區下古生界勘探認識和鉆探實踐將帶動整個濟陽坳陷潛山新領域和新類型的進一步研究，為國家的能源安全戰略貢獻力量。