莱州湾西构造带断裂特征及其对油气成藏的控制

王永利,武 强,姚长华,王应斌,杨在发

(1.中海石油(中国）有限公司天津分公司渤海油田勘探开发研究院,天津 300452;2.中海油能源发展采油工程研究院,天津 300452）

莱州湾西构造带断裂特征及其对油气成藏的控制

王永利1,武 强1,姚长华2,王应斌1,杨在发2

(1.中海石油(中国）有限公司天津分公司渤海油田勘探开发研究院,天津 300452;2.中海油能源发展采油工程研究院,天津 300452）

受古近纪莱州湾凹陷大规模断陷、郯庐断裂右旋走滑和垦东凸起大规模隆升三方面因素共同作用,莱州湾西构造带断裂系统发育,根据断裂性质及发育规模将断裂划分为3组不同方向的断裂组合,对油气的运移、聚集及保存都产生重要影响。根据莱州湾地区油气成藏规律并结合渤海其他区域近年勘探成果综合分析,莱北1号断层、斜坡区东西向反向正断层和走滑末端雁行式断层三类大规模调节断层对于油气成藏影响作用较大,这三类断层所控制的圈闭也是莱州湾凹陷及围区下一步勘探获得突破的重点区域。

断裂特征;反向正断层;走滑末端雁行式断层;莱州湾西构造带

莱州湾地区位于渤海湾盆地南部,大部分水深位于5～20 m,主要包括莱州湾凹陷、垦东凸起、青东凹陷等几个部分,郯庐断裂分为东支和西支从该区穿过(图1）。受郯庐断裂多期次大规模活动的影响,莱州湾凹陷及围区表现出极其复杂的构造特征,中生代郯庐断裂表现为强烈的左旋走滑,多人的研究成果证实该时期左旋走滑量超过150 km,最大可达700 km;而在新生代郯庐断裂则表现为右旋走滑,走滑量相对中生代变得相对较小,最大不超过100 km[1]。由于左旋走滑和右旋走滑应力的转变,整个渤海湾盆地在中生代和新生代应该表现为完全不同的构造格局,对于莱州湾凹陷现今的构造格局只能是新生代以来造就的。

莱州湾西构造带主要指莱州湾凹陷西支走滑断层两侧的一系列构造。经过近些年中海油天津分公司和中石化胜利油田在该区的勘探实践,先后在构造带两侧发现多个油田或含油气构造,三级石油地质储量已达3×108t以上,初步展示了该地区巨大的勘探潜力,另一方面由于该区缺乏区域性三维地震资料,尚处于勘探早期阶段,仍有进一步发现大型油气田的潜力。二维地震资料分析认为本区断裂系统发育,对油气成藏起到了至关重要的作用,因此本文对该区的断裂特征及断裂对油气成藏的影响进行了分析,以期对该构造带勘探工作有所帮助。

图1 莱州湾凹陷及围区区域位置Fig.1 Sketch map of Laizhou Bay Sag and its outskirts

1 断裂发育特征

1.1 断裂类型及特征

受古近纪中国东部区域性大规模伸展断裂活动与郯庐断裂在莱州湾地区长时期活动影响,莱西地区断裂系统发育[2]。根据研究区断裂性质和规模特征,平面上主要有3组不同方向的断裂组合(图2）:

(1）北偏东向走滑断裂:它是郯庐断裂在莱州湾凹陷中的西支,表现为产状陡倾,深切盆地基底和沉积层,一般延伸至新近系,在该区走滑断层表现为马尾状雁行断裂。

(2）大规模走滑调节断层:该类断层主要为深切穿至基底的大型伸展断层,共有4条,其形成时代较早(T8）,活动时期较长(T8～T0）,包括莱北1号大断层、走滑断层两侧大规模东西向断层,可能主要为早期凹陷形成时期形成后期伴随走滑断层进一步运动所形成的。

(3）NNE向走滑伴生断层:该类断层形成时代较晚,规模较小,不能切穿基底,主要是走滑断层右旋应力场下形成的与走滑断层小角度相交的断层,夹角多在30～45°,延伸距离一般不超过4 km。

图2 莱州湾西构造带断裂分布特征Fig.2 Fault distribution in the western tectonic zone of Laizhou Bay Sag

1.2 断裂发育期次

研究区断层可以划分为早期发育的断层、中—晚期发育的断层和长期发育的断层(图3）,这些不同时期发育的断层不仅影响了圈闭,也控制了油气的纵向运移,决定了油气富集的层位和油藏规模。对莱州湾地区,长期发育的断层对油气的运移和保存影响较大。

图3 莱州湾西构造断裂发育期次Fig.3 Upgrowth stages of faults in the western tectonic zone of Laizhou Bay Sag

(1）早期发育的断层:该类断层断开T8层(古近系底）,主要见于断陷早期,一般不能断至新近系,对该区沉积地形具有一定的控制作用。

(2）中—晚期发育的断层:该类断层形成于沙河街组沉积之后,断开至 T0(明化镇组底）,消失在第四系,向浅层断距变小。此类断层与油气的形成期一致,利于油气的纵向运移。

(3）长期发育的断层:此类断层形成时间较早,长期活动,断开 T8至 T0,主要包括走滑断层和长期大规模伸展断层,该时期形成的断层由于其长期活动,因此既有利于油气的运移,又有可能破坏早期形成的圈闭。

1.3 对莱州湾郯庐断裂新生代右旋走滑量的重新认识

根据前人的研究[1,3],郯庐断裂新生代在莱州湾地区走滑运动较为强烈,普遍认为右旋走滑量可达40 km以上,最大量甚至可达近百千米。新一轮的二维区域地震精细研究认为郯庐断裂西支在莱州湾凹陷南部已不再为单一的一支,而是变成向南西展布的一系列马尾状雁行断裂,同时二维地震资料证实断裂在末端具有明显的伸展特征,证实右旋走滑应力场在该区的应力得到释放,右旋走滑量应该不会达到前人研究的几十千米。

1.4 断裂演化分析

对于莱州湾凹陷西界断层为郯庐走滑断层过莱州湾地区的西支已得到公认,但对于断层在新生代的右旋走滑量一直是争议的焦点,也是研究的热点。对于郯庐断裂在新生代的构造演化普遍的认识为古近纪末期发生较大规模的右旋走滑,而在古近纪早期和新近纪走滑运动相对微弱[4,5],但仍存在一定幅度的右旋走滑分量,主要表现为垦东凸起东斜坡发育一系列负花状构造。

该区的大规模伸展断裂活动主要发生在古近纪早期即古新世—始新世,表现为在本地区这一时期形成的地层孔店组、沙四、沙三段中广泛发育正断层,而且断距较大,这也与中国东部区域性伸展活动相吻合,这一时期是莱州湾凹陷的主要形成期。而到渐新世末期,右旋走滑占据优势,同时伸展活动变弱,大的板块构造运动使得区域应力场变为微弱的挤压。到新近纪以后,走滑和伸展应力都相对微弱,区域上处于稳定的沉降阶段。

2 断裂对成藏控制和有利区带分析

含油气盆地中断裂对于构造形成、油气输导、油藏侧封均有着重要的意义[6,7]。根据莱州湾地区油气成藏规律并结合渤海其他区域近年勘探成果综合分析,长期发育的大规模走滑调节断层对油气成藏影响较大,决定了大型油气藏的形成。其中长期发育的大规模调节断层主要有:①大型控凹断层,主要指莱北1号大断层;②斜坡区东西向反向正断层,主要指走滑断层两侧东西向伸展断层;③走滑末端雁行式断层。这些断层共同的特征为:活动时期早,均断穿基底;活动时期长,一直延续至第四纪。正是这三类调节断层控制了莱州湾西构造带有利勘探区带的分布。

2.1 大型控凹断层——莱北1号大断层

近几年渤海海域先后在辽西凹陷发现锦州25-1油田、秦南凹陷发现秦皇岛29-2油田均为依附于大型控凹断层下降盘的大中型油田,这也充分说明了控凹断层下降盘是形成大型油气田的有利区域。受大型控凹断层影响所形成的构造最有利的一类即为逆牵引构造,这也是我国东部油田较为常见油气圈闭类型之一[8,9]。大型控凹断层与沉积凹陷同期发育,控制和影响着凹陷沉积和构造的发展,因此和油气的生成、运移、聚集均有着密切的关系。由于莱北1号断层主要生长期刚好也是莱州湾凹陷的主要发育期,因此直接控制着生油凹陷的分布,而且由于断裂发育时期早、延续时间长,早期形成的构造长期处于油气运移、聚集的主要指向上,且侧向上多为中生界基岩并置,侧封条件优越,因此易于形成深、浅部含有层叠合连片形成多种圈闭类型叠合的复式油气聚集带,新发现的垦利10-1油田即为依附于莱北1号大断层的亿吨级油田(图4）。

图4 垦利10-1油田油藏剖面Fig.4 Reservoir profile of Kenli 10-1 oilfield

先前对于莱北1号断层的认识多为莱州湾凹陷北部边界,新采集的三维地震资料证实莱北1号断层在凹陷西侧由东西向变为南北向(图2）,虽然其成因机制及演化特征尚不十分明确,但由于莱北1号控凹断层的进一步延伸,也使得沿莱州湾凹陷西侧形成一系列与垦利10-1相类似的构造,现已识别出多个构造,个别构造还有较明显的逆牵引背景(图5）,这也是莱州湾凹陷及垦利10-1油田下一步勘探的重点目标。

2.2 斜坡区东西向反向正断层

图5 依附于莱北1号断层的逆牵引构造特征Fig.5 Characteristics of reverse drag structure on Laibei No.1 fault

济阳凹陷近几十年的勘探实践证实,箕状凹陷缓坡区反向正断层比同向正断圈闭条件要好[10]。这主要因为反向断层形成的断块位于断层的上升盘,一般压力比断块边部和下降盘断块低,并且圈闭形成早,成为油气聚散平衡的方向,因此有利于油气聚集。莱州湾西侧垦东凸起上的新滩油田处于黄河口凹陷向南抬升的斜坡上,已发现的绝大多数油藏如垦东1-30、垦东12等中型以上油藏等均赋存于反向正断层遮挡形成的圈闭中[11](图6）。新滩油田在黄河口斜坡区的成功实践为莱州湾西构造带的勘探成功提供了现实依据。

莱州湾西构造带走滑断层西部处于垦东高凸起低部位,同处于黄河口凹陷向南抬升的斜坡区,依附于两条长期反向生长断层,形成多个有利构造,易于捕获黄河口凹陷生成的油气,部分构造与垦东1-30、垦东12等油藏同处于一条反向断层遮挡,更加证实了走滑断层西侧巨大的勘探潜力。

图6 新滩油田南北向综合剖面(据付兆辉,2008）Fig.6 Composite profile of the Xintan oilfield from south to north

走滑断层东部的莱州湾凹陷属于典型的北断南超的箕状凹陷,其南部以斜坡带过渡到潍北凸起,在斜坡区发育两条较大型东西向伸展断层,其中一条为同向断层,另一条为反向断层(图2）,沿两条东西向伸展断层发育多个有利构造,是莱州湾凹陷油气聚集的有利区域。经过近几年的勘探实践已先后在同向正断层控制的构造上钻探多口探井,仅发现薄层油层,未见商业油气藏。结合济阳凹陷缓坡区和垦东凸起新滩油田成功勘探经验,认为缺乏长期大规模运动的反向正断层遮挡是失利的主要原因,而南部的长期大规模反向正断层则是油气可能赋存的有利区域,也是下一步莱州湾进一步突破的重点区域。

2.3 走滑末端雁行式断层

走滑断层在渤海海域多表现为压扭性质,这对于油气运移相对不利[12]。然而走滑断层末端由于走滑量逐渐减小,压扭应力得到释放,走滑断裂逐渐变为雁行式断层,应力特征也逐渐变为张扭性伸展断层,这为油气的运移和聚集提供了条件。一方面雁行式伸展断层为油气运移提供了良好的纵向运移通道,而另一方面由于主干走滑断层的压扭性为油气提供了良好的保存条件,这就使得走滑断层末端具有优越的成藏条件。辽西凹陷的锦州25-1油田东盘即为走滑末端雁行式断层控藏的典型实例(图7）,正是由于雁行式断层对油气运移、聚集和保存的作用,使得JZ25-1-A井 T5地震反射层以下主要目的层段见砂即见油。

莱州湾西构造带南端处于郯庐走滑应力释放区,走滑量相对较小,应力性质也从走滑断层的压扭性质转变为张扭性质,雁行式断层主要向青东凹陷伸展,这为青东凹陷生成的油气向构造区运移提供了良好的运移通道。同时构造主要目的层段多与潍北凸起中生界对接,这使得该区构造具有良好的保存条件。现已识别出多个有利构造,同时继续沿走滑断层往南部青东凹陷,也发育多个依附于走滑末端雁行式断层的圈闭,该类圈闭如若获得成功将拓展青东凹陷勘探领域,进一步打开青东凹陷勘探局面。

图7 锦州25-1构造东盘与莱西构造带南部构造特征对比Fig.7 Contrast between the east block of Jinzhou 25-1 structure and the western tectonic zone of Laizhou Bay Sag

3 结论

(1）受古近纪中国东部区域性大规模伸展断裂活动与郯庐断裂在莱州湾地区长时期活动影响,莱西地区断层较为发育,平面上主要有3种不同方向的断裂组合。

(2）莱州湾西构造带断层可以划分为早期发育的断层、中—晚期发育的断层和长期发育的断层,长期发育的断层对油气成藏的作用和影响较大。

(3）根据渤海海域及邻近油田勘探经验,莱北1号控凹断层、东西向反向正断层和走滑末端雁行式断层所控制的圈闭是莱州湾凹陷及围区下一步勘探获得突破的重点区域。

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Characteristics of faults and their control to hydrocarbon accumulation in the western tectonic zone of Laizhou Bay Sag

Wang Yongli1,Wu Qiang1,Yao Changhua2,Wang Yingbin1,Yang Zaifa2

(1.Bohai Oilf ield Exploration&Production Research Institute,CNOOC Limited,Tianjin 300452;2.Oilf ield Engineering Research Institute,CNOOC Energy Technology&Services,Tianjin 300452）

Faults were well developed in the western tectonic zone of Laizhou Bay Sag affected by rift of Laizhou Bay Sag in Peleogene period,Tanlu dextral strike-slip fault and large scale rise of Kendong uplift.Two kind of faults including strike-slip fault and extensional faults are identified based on faults nature and developed scale,which affected hydrocarbon migration,accumulation and preservation.Based on hydrocarbon accumulation in Laizhou Bay area and exploration result in other area of Bohai Sea,3 kind of faults make a good effect to hydrocarbon accumulation in the western tectonic zone including Laibei No.1,reverse normal fault with E-W trending in slope area and echelon faults in the distal end of strike-slip fault.The traps controlled by these 3 kind of faults are the favorable regions in Laizhou Bay Sag and its surrounding areas.

characteristics of faults;reverse normal fault;echelon faults in the distal end of strike-slip fault;western tectonic zone of Laizhou Bay Sag

TE121.2

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2011.01.028

1008-2336(2011）01-0028-05

2010-10-19;改回日期:2010-10-28

武强,男,1981年生,工程师,2006年毕业于中国地质大学(武汉）获硕士学位,主要从事油气地质综合研究。E-mail:wuqiang2@cnooc.com.cn。