彰武斷陷東部陡坡帶斷裂特征與控儲模式

郭麗彬，杜學斌，李祥權

（1. 中國石油化工股份有限公司江漢油田分公司勘探開發研究院，湖北武漢 430223；2. 中國地質大學（武漢），湖北武漢 430074）

松南斷陷群位于松遼盆地南緣，為早白堊世期間形成的眾多小規模斷陷盆地[1]。由于斷陷盆地具有“多階段演化和后期強烈改造”特征[2-4]，加上鉆井資料較少，整體上松南地區勘探程度仍較低。近年來隨著油氣勘探與開發強度加大，在彰武斷陷中部發現了彰武油田，提交石油地質儲量1 996×104t，顯示該區具有一定的勘探潛力。近些年，對彰武斷陷重新開展了構造-沉積-成藏再認識，并于2019年底部署了彰武斜13井并成功獲得工業油流（義縣組），從而大大拓展了該區勘探領域。這一發現對松南地區具有相似特征小斷陷群的油氣勘探具有重要啟示和借鑒意義。本文通過對彰武斷陷主要斷裂的空間展布、活動性、斷裂組合及斷裂對沉積的控制作用研究，闡明盆地斷陷期應力機制、原型盆地性質及盆地陡坡帶有利儲集體發育模式，以期對盆地東部陡坡帶油氣進一步勘探提供依據。

1 地質背景

彰武斷陷位于松南斷陷盆地群中部，勘探面積150 km2（圖1A），是松南地區勘探程度相對較高的次級構造單元，到目前為止盆地整體處于評價勘探階段。盆內充填以上白堊統斷陷期地層為主，坳陷期地層由于后期的構造抬升剝蝕殆盡[5]。主要地層包括義縣組(K1y)、沙海組(K1sh)、九佛堂組(K1jf)、阜新組(K1f)等地層[6]。義縣組時期，整體為火山巖及其相關的巖相，是斷陷發育的前奏。九佛堂組沉積時期，為斷陷充填階段，東部為陡坡帶，西部為緩坡帶[7]。巖性為砂巖、頁巖及泥巖的組合，地層厚度350～800 m，是主要的目的層系。由上至下劃分出7個砂組。沙海組時期沉積范圍明顯擴大，充填大套粗粒砂礫巖沉積物，地層厚度440～690 m[8]，屬于準平原化階段。阜新組沉積時期，發育棕紅色泥巖夾雜色砂礫巖，具有明顯的平原化特征（圖1B）。

圖1 彰武斷陷九佛堂組斷裂體系圖（A）與綜合柱狀圖（B，數據來源于ZW2井）Fig. 1 Fault system map (A) and synthesis columnar chart (B, the data is from well ZW2) of Jiufotang Formation in Zhangwu Depression

2 斷裂發育特征

2.1 邊界斷裂空間展布厘定及活動性分析

彰武斷陷東部邊界斷層為彰武斷裂，屬于基底斷裂，走向為NNE-NW向。因后期隆升剝蝕、巖漿侵入及構造變形等因素的影響導致盆地部分區段邊界斷裂地震響應特征不明顯（圖2、圖3），在以往研究中均將其視為一條空間上連貫的斷裂（圖1A）。本次通過人工解釋投影及斷裂空間活動性分析方法相結合對其開展研究，人工解釋好處是加入了人為主觀因素的分析、推斷和解釋，從而突破地震資料本身對于解釋工作的限制[9]。斷裂空間活動性分析對于斷裂的空間展布特征、演化歷史及其對沉積、地貌的控制等方面具有重要意義[10-11]。

圖2 彰武斷陷AA′剖面構造地層格架解釋（剖面位置見圖1A）Fig. 2 Structural stratigraphic framework interpretation of AA′ section in Zhangwu Depression (the section location is shown in Fig. 1A)

圖3 彰武斷陷BB′剖面構造地層格架解釋（剖面位置見圖1A）Fig. 3 Structural stratigraphic framework interpretation of BB′ section in Zhangwu Depression (the section location is shown in Fig. 1A)

選取21條三維地震數據主測線對彰武斷裂進行剖面解釋和九佛堂組頂T41界面平面投影（圖4）。根據這些剖面上彰武斷裂在T41界面上的投影點，可以將彰武斷裂在空間上大致分為四段，四段斷裂在空間上沿NE走向錯開排列，整體呈右階式展布（圖4）。據此，我們推斷彰武斷裂在空間上并非是一條完整的斷裂，而是由多條呈右階式排列，空間上近于銜接的系列斷裂形成的盆緣控盆斷裂帶。

圖4 彰武斷陷T41界面彰武斷裂平面投影及展布圖Fig. 4 Fault plane projection and distribution of T41 interface in Zhangwu Depression

同沉積張性斷裂下降盤地層厚度的空間變化能夠反映該斷裂空間活動性的差異，上述21條三維地震主測線上彰武斷裂下降盤九佛堂組和沙海組時間地層厚度的統計顯示九佛堂組和沙海組地層厚度在空間上具有明顯的分段性（圖5）。九佛堂組地層厚度在主測線L720線-L920線區間地層厚度最大，在主測線L300線附近、L600線-L720線、L920線-L980線出現三個地層厚度相對低值區段，以其為分隔可以將彰武斷裂空間上分為四段。沙海組地層斷距整體表現為南側數值大，北側數據小，同時與九佛堂組相似，在主測線L300線附近、L600線-L720線、L920線-L980線區段地層厚度值亦出現相對低值拐點區段。將彰武斷層的平面投影點所控制的斷裂平面展布形態與其下降盤地層厚度的空間變化進行對比，地層厚度在L300線附近、L600線-L720線、L920線-L980線三個相對低值區段與彰武斷裂分段斷裂的銜接區段正好吻合，二者共同印證了彰武控盆斷裂在盆地斷陷期具有分段活動的特征。

圖5 彰武斷陷九佛堂組、沙海組地層厚度-距離統計曲線圖Fig. 5 Statistical curve of the formation thickness-distance of Jiufotang Formation and Shahai Formation in Zhangwu Depression

2.2 盆內斷裂空間展布特征及活動性分析

彰武斷陷內發育腰堡、孟堡-關家村及何西-何堡-關西3個主要次級斷裂帶(圖1A、圖4)，斷裂帶與斷裂帶或斷裂帶內部次級斷裂之間具斜向排列或低角度相交關系[12]，在垂直盆地走向剖面上各斷裂帶以同向階梯式構造樣式為主（圖2、圖3），其中腰堡、關西斷裂帶發育單條斷裂，孟堡-關家村斷裂帶由主斷裂和次級斷裂組成[13]。

對選取的AA′和BB′兩條地震測線（圖1A、圖2和圖3）九佛堂組和沙海組頂底面埋深、垂直斷距及斷層生長指數進行統計分析（圖6）。AA′線主要存在兩個斷層，從西至東依次為何堡斷層和腰堡斷層。其中腰堡斷層在九佛堂組和沙海組生長指數均大于1，表明其在九佛堂組和沙海組沉積時期均具有同沉積活動性。相比較而言，九佛堂組的斷層生長指數大于沙海組的斷層生長指數，代表九佛堂組時期斷層的活動性更強，從兩套地層頂界面斷距的增量來看，也反映了這一特征[14]。其中何堡斷層只斷穿T41和T42，表明其主要在九佛堂組時期活動。橫向比較，九佛堂組地層腰堡斷層的生長指數和頂底界面斷距增量最大，代表腰堡斷層在九佛堂組沉積時期是盆內相對活動較強的一個斷層，且在沙海組沉積時期持續活動[15]。

圖6 九佛堂-沙海組斷層斷距-埋深曲線及生長指數統計圖(A-AA′線，B- BB′線，地震剖面及位置見圖1A）Fig. 6 The curve of fault distance-buried depth and the statistical chart of growth index of Jiufotang-Shahai Formation fault(A-AA′ line, B- BB′ line, seismic profile and location are shown in Fig. 1A)

BB′線主要經過彰武斷陷內的關西斷層和關家村斷層，因盆地晚白堊區域隆升活動沙海組頂部地層遭受剝蝕。從斷層生長指數而言，關西斷層和關家村斷層在九佛堂組和沙海組生長指數均大于1，表明其在九佛堂組和沙海組沉積時期均具有同沉積活動性。整體而言，九佛堂組的斷層生長指數大于沙海組的斷層生長指數，地層界面垂直斷距的增量也反映了上述特征。橫向比較，關西斷層的生長指數和地層界面的垂直斷距增量大于關家村斷層，代表同時期關西斷層的活動性相對較強。

2.3 盆地同沉積地貌格局及其與斷裂展布的耦合關系

對彰武斷陷九佛堂組殘余地層厚度進行剝蝕量恢復、古水深恢復和去壓實校正，恢復彰武斷陷九佛堂組沉積時期同沉積古地貌（圖7）。九佛堂組沉積期盆地西側緩坡帶和東側陡坡斷階帶地貌特征明顯，盆地最大沉積沉降中心并非緊靠盆地邊緣控盆斷裂展布，盆地自南至北發育Ⅰ～Ⅳ四個洼陷中心，其中Ⅰ洼、Ⅱ洼和Ⅳ洼的長軸走向與盆地整體構造走向基本一致，為NNE -NE向，Ⅲ洼長軸方向為NNW向。四個次洼中心長軸走向近斜列排列，Ⅰ洼和Ⅲ洼規模相對較大。盆地次洼中心與盆內部分斷裂具有較好的對應性，反映斷裂對次洼中心的控制作用。其中Ⅰ洼和關西斷層相對應，Ⅱ洼和關家村斷層相對應，Ⅲ洼和腰堡斷層及孟保斷層相對應，Ⅳ洼和腰堡斷層相對應。盆地軸線整體呈大角度“V”字形態，轉換帶位置位于中部近ZW1井-ZW2井-ZW8井一線，以該轉換帶位置為軸線在盆地緩坡帶形成伸入盆地洼陷內的寬緩鼻狀背斜[16]，而使盆地的洼陷帶在該處變窄，形成盆地中部“束腰”形地貌特征，向南、北兩側盆地洼陷帶變寬，其中盆地南側洼陷區寬度大于北側洼陷區（圖7）。

圖7 彰武斷陷九佛堂組同沉積古地貌及其與盆地主要斷裂疊合圖Fig. 7 Superimposed map of synsedimentary paleogeomorphology and main faults in the basin of Jiufotang Formation in Zhangwu Depression

3 原型盆地應力機制分析及斷裂控砂模式

3.1 原型盆地應力機制分析

盆地同沉積期斷裂體系及地貌格局是分析成盆期應力體制的主要內容。九佛堂組沉積期彰武斷陷盆內斷裂均為伸展正斷層，斷裂以右階斜列式為主[17]，結合該時期彰武控盆斷裂與盆內斷裂的運動學關系及盆地次洼中心的展布，不難看出其具有典型的左旋右階式扭動伸展應力體制特征（圖8）。盆地在斜向伸展應力作用下，派生與彰武斷裂近平行的NE向左旋張扭應力，彰武控盆斷裂具分段式左旋右階式展布，盆內次級斷裂主體走向為NNE-NNW向，與彰武斷裂呈斜列派生關系，而盆地中部構造轉換帶推測其成因先存的NW向的盆地基底隱伏斷裂形成的構造調節活動有關[18]。早白堊世彰武斷陷周緣深大斷裂如嫩江-八里罕斷裂、孫吳-大慶阜新斷裂、佳木斯-伊通斷裂、敦化-密山斷裂在發生左旋錯動[19]，彰武斷裂九佛堂組沉積時期所表現出來的左旋張扭應力體制與該時期的區域應力背景相吻合。基于上述特征，本次研究將九佛堂組沉積時期的原型盆地稱之為“分隔斜列轉換伸展盆地”。

圖8 彰武斷陷九佛堂組時期成盆應力機制分析圖Fig. 8 Analysis of basin forming stress mechanism during sedimentary period of Jiufotang Formation in Zhangwu Depression

3.2 陡坡帶斷裂體系控砂模式

在斷裂精細研究的基礎上，選取了目的層段九佛堂四砂組來研究沉積體系與斷裂的匹配關系。圖9A是該時期沉積體系空間展布格局（借助單井分析、砂巖厚圖、地震屬性等完成）。可以看到，在東部陡坡帶，存在很明顯的轉換帶物源，即大的沉積朵體均沿斷層和斷層的銜接部位進入。這些轉換帶物源在盆地實際上可以推進很遠。這種砂體空間分布格局實際上改變了原來認為砂體只能在斷層下降盤近源堆積的認識，為有利儲集體的預測提供了一種新的思路。結合古地貌格局、斷裂格局、沉積格局，提出了陡坡帶“轉換控砂”儲層發育模型（圖9B）。盆地陡坡帶物源入口主要受盆地邊界斷裂（彰武斷層）轉換帶控制[20]，邊界斷裂的斜列分段式形成多個地貌上的構造轉換斜坡，成為控制盆地陡坡帶物源入口的主要通道。

圖9 彰武斷陷九佛堂組斷層控砂模式（A：九佛堂組沉積體系圖；B：斷裂控砂模式圖）Fig. 9 Sand control model of Jiufotang Formation fault in Zhangwu Depression (A: Sedimentary system map of Jiufotang Formation; B: sand control model map of fault)

4 有利區預測的啟示

彰武東部陡坡帶鉆探了彰武13井在九佛堂組鉆遇扇端砂巖132 m/39層，其中油層4.6 m/1層，在義縣組頂部風化殼火成巖儲層中鉆遇油層23 m/2層，不僅證實了陡坡帶物源體系的存在，同時，也表明了油氣順著運移到了斷階帶，結合“轉換控砂”的認識，增強了陡坡帶勘探的信心。

通過油藏解剖、烴源巖位置及輸導體系分析認為彰武地區油氣成藏模式可歸納為源內-側向多期運聚成藏、源外-側向-垂向多期運聚成藏模式（圖10）。

圖10 彰武斷陷油氣成藏模式圖Fig. 10 Hydrocarbon accumulation model map of Zhangwu Depression

（1）源內-側向-多期運聚成藏模式

此種油藏主要分布在西部緩坡帶。九佛堂組是主力生油層，烴源條件好，西緩坡、東部陡坡兩大物源體系砂體延伸至洼陷帶與烴源巖直接接觸，烴源巖成熟之后生成的油沿砂體向高部位側向運移，在烴源巖層內的砂體中受構造或自身巖性干帶封堵形成巖性油氣藏，含油層系主要為九佛堂組。

（2）源外-側向-垂向多期運聚成藏模式

此類油藏在東部陡坡帶和西部緩坡帶都有分布。東部陡坡帶含油層系主要為九佛堂組、義縣組，西部緩坡帶含油層位為沙海組。斷階帶九佛堂組埋藏淺、演化程度不夠，不具備生油能力，盆內的沙海組、義縣組也不具備生油能力。盆內九佛堂組生成的油氣通過砂體、斷層輸導才能運移至斷階帶或者斷上盤成藏，如彰武13井發育東部陡坡帶轉換帶發育扇三角洲砂體，砂巖厚度大，埋藏淺物性好，九佛堂組烴源巖生成的油氣沿著砂體側向運移然后順延斷層垂向運移至圈閉中，受反向斷層封堵形成油藏。

通過新一輪的構造精細解釋，剩余的構造圈閉主要分布在東部陡坡帶，同時，根據研究區油源、輸導體系、圈閉發育程度等因素[21]，提出下一步勘探兩大方向。①轉換帶九佛堂組勘探領域，在臺階帶構造圈閉領域找到優質儲層發育區，就有望在九佛堂組發現厚油層；同時，如果轉換帶物源延伸距離比較遠，扇三角洲前緣砂體伸到生烴次洼內部，則油氣容易沿著砂體向高部位運移，如果有比較好的封隔條件，則也可以形成巖性油氣藏；②臺階帶義縣組勘探領域，由于斷層的錯斷，使得東部陡坡帶義縣組頂部早期遭受風化的地層被抬升到相對高部位，從而形成優質的風化殼火成巖儲層，分布廣泛，斷層成為溝通油源和儲層的關鍵要素，彰武斜13義縣組油藏有望繼續擴大。

5 結論

（1）彰武盆地邊界斷裂在空間上并非一條完整的斷裂，而是由四條平面呈右階式排列，空間上近于銜接的系列斷裂形成的盆緣控盆斷裂構造帶。

（2）彰武斷陷九佛堂組沉積時期所表現出來的左旋張扭應力體制與該時期的區域應力背景相吻合，從而造就了該時期的原型盆地為“分隔斜列轉換伸展盆地”。

（3）結合陡坡帶彰武13井勘探成功實例，建議可在彰武斷陷東部陡坡帶按照“轉換帶九佛堂組”和“上升盤義縣組”兩個層次開展下一步立體勘探工作。