青东凹陷古近系断层特征及其对油气成藏的控制作用

2014-08-20郑东孙刘豪中国地质大学北京海洋学院北京100083

石油天然气学报 2014年11期

郑东孙，刘豪（中国地质大学（北京）海洋学院，北京100083）

黄忠明（中海石油（中国）有限公司湛江分公司，广东湛江524057）

李瑾，徐昊铭，赵春晨（中国地质大学（北京）海洋学院，北京100083）

断层的作用贯穿于油气的生、排、运、聚以及调整与破坏的整个过程，断层与油气藏的关系一直是石油地质学研究的热点[1～5]。断层既可以作为油气运移的通道，沟通烃源岩与储集层，又可以作为遮挡板，阻止油气运移，使之聚集成藏。在陆相含油气盆地，尤其是陆相断陷含油气盆地中，受断层控制或与断层有关的圈闭捕获油气成藏的比率很大，可以形成多种类型的断层油气藏[6～9]。目前，国内学者对断层在控制油气成藏方面进行了大量研究，并取得了丰硕的成果[6～12]。

青东凹陷是新生代伴随郯庐断裂活动而形成的凹陷，勘探程度不高[13，14]。凹陷边缘和内部都发育大量断层，构造破碎，目前在凹陷内部发现的 “两凸三洼”构造均受断层所控制[15]。为揭示青东凹陷内部的含油气情况，中海油在2003～2007年间先后在北部次凸和南部次凸构造钻探4口探井，其中在北部次凸构造发现沙河街组三段、四段（Es3、Es4）“自生自储”型油气藏。经测试，在沙河街组三段下亚段获得189m3/d的高产油气流，从而证实了该凹陷具有良好的勘探前景。同时在该凹陷中，断层在油气储集与运聚成藏中的作用开始受到重视[16，17]。

因此，进行深入研究凹陷内部断层系统构造特征及其对油气成藏的控制作用，对研究受断层控制的复杂构造及油气勘探都具有重要意义。笔者在综合三维地震资料与区域成藏条件的基础上，通过对青东凹陷古近系具有代表性断层的构造样式特征进行系统分析，并对断层与油气生成、运聚成藏之间的关系进行了探讨。

1 区域地质概况

青东凹陷位于济阳坳陷东部，其西北以垦东－青坨子凸起为界，东南为潍北凸起，西部的北段向青坨子凸起上超覆（顶部剥蚀），西南部通过广利南洼陷与东营凹陷相连，面积约1100km2（图1）。该凹陷北东走向，属典型的 “东断西超”型箕状凹陷。青东凹陷内部受主干断裂的影响，发育2个凹中隆，总体上呈 “两凸三洼”的构造格局，加上东部陡坡带，西南部缓坡带总共可以划分为7个次级构造单元[18]。

根据钻井及地震资料揭示，青东凹陷是发育在元古界基底之上的凹陷，新生界自下而上发育有孔店组（Ek）、沙河街组（Es）、东营组（Ed）、馆陶组（Eg）、明化镇组（Em）和平原组（Ep），Ed上部地层广泛缺失（图2）。其中Es3、Es4为主要生油层段，母质类型为Ⅱ2－Ⅱ1型干酪根，且处于低成熟－成熟阶段，主要储层为和沙河街组四段上亚段

图1 青东凹陷古近系主要断裂分布图

图2 青东凹陷南北向构造剖面图

2 断层构造特征

青东凹陷是紧邻郯庐断裂带发育的5个凹陷之一，位于郯庐断裂带西盘，在形成过程中经历了多期的构造活动。由于受郯庐断裂带活动的影响，发育过程中存在着拉张和走滑并存的应力场，主要发育伸展断层和走滑断层，这些断层纵横交错，在平面和剖面上均表现出复杂多样的变形特征，构成了该区复杂的断层系统。

2.1 断层类别划分

通过对断层的解释，并根据断层的性质，可将区内断层划分为同沉积断层、后期正断层和基底走滑断层3类。

同沉积断层和基底走滑断层，其共同点是发育时间早、断距较大、规模大、延伸长、长期活动、切穿的层位多、数量相对较少。在区内基本都贯穿了整个古近系，并以近EW向展布为主，是断陷期长期继承发育的，控制凹陷边界及凹陷内部次一级构造分布的断层，制约着整个青东凹陷的沉积发育和构造演化，为凹陷内的主干断层。

后期正断层，延伸短规模小，数量众多，近EW向、近NW向和近NE向均有分布，同向和反向断裂并存，大部分断裂消失在Eg底部。该类断层大部分为区内主干断层的伴生断层，并与主干断层形成多种空间组合样式，主要集中于区内2个凸起构造中，对古近系沉积和构造的形成没有控制作用，仅使局部构造复杂化，为凹陷内的次级断层。

2.2 断层剖面特征

青东凹陷经历多期构造运动，早期和晚期断层的剖面形态，组合特征都不一样。东营运动后期，边界断层持续活动，产生大量次级断层，使青东凹陷的断层系统更加复杂化。区内主要发育有铲式同沉积断层、板状正断层、坡坪式正断层等3种形态（图2）。数量上以板状正断层居多，主要是一些次级断层，包括盖层小断层和次级基底小断层；铲式同沉积断层次之，断层剖面主要表现为连续变化舒缓弯曲的形态，断面倾角随深度增大而减小；坡坪式正断层最少，其中部分为走滑断层，该类断层剖面形态特征为上陡、中缓、向下又变陡，区内多发育在潜山上部。部分主要断层性质、发育时代及活动强度见表1。

区内断层剖面组合较多，多见于主干断层伴生的反向或同向调节断层。主要有Y型、复合Y型、多米诺骨牌式、马尾状、梳状、卷心菜型组合等（图3）。

1）Y型：倾向和主断层相反的次级断层搭在主干断层上，且剖面上形态与字母 “Y”相似。研究区多发育Y型断层，位于断层上部，且集中在Es3－Es2沉积时期。

2）复合Y型：复杂型倾向相反的各次级断层相互搭接，最后搭接在主断层上。这种组合关系易形成背斜、断鼻构造，其平面组合为羽状，剖面上断层级次顺序分明。

3）多米诺骨牌式：由一系列板状断层构成的断阶带，地层节节下掉，成阶梯状，主要形成于洼陷与斜坡的过渡带。地层与断层具有相反的倾向，是由于拉伸作用，断块发生旋转而形成。林畅松等[22]认为该种断裂坡折带是油气成藏的极有利地带。构成这种样式的断层多以直线型为主，向深部消失，断层之间大致平行。

4）马尾状：次级断层搭接并收敛于主断层上，且次级断层与主断层倾向一致。由于受到主断层的拆离滑脱作用，位于上盘的分支断层倾向和主断层倾向基本一致。

5）梳状：在强拉张作用下形成一系列与主断层呈锐角相交的次级断层，次级断层位于下降盘且倾向与主断层相反，与Y型断层相比，梳状组合次级断层数量较多，形态上成梳子状，主断层基本为铲式断层。

表1 青东凹陷古近系主要断层性质及活动强度

6）卷心菜型：多条断层组成的复杂断裂系，外部为倾向相反的平滑的铲式断层包围，内部由倾向相反的断层相互搭接，左右两边断层数目大致相同。该类断层组合一般是由于塑性张拱作用，导致上覆地层减薄和断裂。中央隆起区断层时代较新，在核心处对滑式断裂分布较为密集。

图3 青东凹陷古近系断层剖面组合样式

2.3 断层平面展布特征

根据断层平面组合资料显示，青东凹陷古近纪期间主要发育了3组平面方向断层，分别为近EW向、近NW向和近NE向。在数量上以近EW向最多，其次为近NW向，近NE向最少。近NW向断层主要分布在凹陷的西部，向东断层数量减少，规模也变小。近NE向断层主要分布在凹陷东部，自东向西断层数量减少，规模变小。远离盆地东部和西部边界的中部洼陷带及凸起构造带地区，以发育大量近EW向断层为特征。通过对大量地震剖面的观察可以看出，大型近NW向断层多进入凹陷基底，而大型近EW向断层多为古近纪新生断层，控制区内洼陷分布。单条断层平面形态以弧形、S型为主，而根据断层不同等级、平面展布及组合形态，可以将其划分为平行断层系、斜交断层系和雁列断层系（图4）。东部断层分布比较集中，受郯庐断裂走滑作用影响，呈雁列排列，北部和南部断层呈平行系，部分斜交排列。

图4 青东凹陷古近系断层平面组合形式

3 断层的形成发育

青东地区复杂多样的断裂系统与之伴生的构造组合都与郯庐断裂带所经历的构造运动有关，郯庐断裂带多期次的运动与区内古近系断层的形成及发育在时间上有着较好的一致性[14，23]。

Es3沉积末期至古近纪晚期（喜马拉雅运动中期），郯庐断裂带持续右旋走滑运动，区内发育了大量走滑伴生断层，同时一些大型基底同沉积断层的再次活动也派生了大的量新生断层，这些断层主要属于后期活动的次级断层，使凹陷内局部构造进一步复杂化。

4 断层与油气成藏

青东凹陷古近系断层极为发育，分布广泛，是控制地层展布、构造发育、沉积演化和圈闭的形成的重要因素，对油气的生成、运移、聚集和保存的控制作用也十分明显。

4.1 断层控制烃源岩分布

在断陷盆地中，主干断层的活动情况影响着地层的发育[24]。Es4－Es3沉积时期，受郯庐断裂带活动的控制影响，凹陷内部大型的近NW向和近EW向南倾基底正断层持续活动，由南向北各断层活动性逐渐增强，其中北部边界断层活动最为强裂，导致3个洼陷均呈北厚南薄的地层分布模式。由于北部主干断层活动最为强烈，从而形成了以北部洼陷为主的沉积中心（图2），有利于烃源岩的发育，且发育的厚度最大，比中部洼陷和南部洼陷要大得多，良好的生油条件使其成为青东凹陷生油潜力最大的地区。该时期水体较深且稳定安静，为深湖、半深湖相，暗色泥岩广泛发育，富含介形虫、藻类等化石，生油母质为Ⅱ2－Ⅱ1型干酪根[20]。

4.2 断层控制沉积体系

断层的平面和剖面组合对沉积体系的展布具有重要控制作用，断层活动强度控制古地貌形态，不同古地貌具有不同的沉积响应[18]。林畅松等[22]提出的 “构造坡折带”对盆地充填的可容纳空间和沉积作用可产生重要影响，制约着盆地沉积相域的空间分布。在凹陷东部，发育有梳状断裂系，次级断层与主干断层在平面上成垂直关系。次级断层控制着水道的主要发育部位以及碎屑体系的推进方向。在沙河街组三段中亚段沉积时期，沿着梳状断裂系发育有大量的扇三角沉积[18]。在凹陷北、南部边缘形成了多个断阶带，如多米诺骨牌式的断裂系。由于断层持续活动，地层因拉伸作用发生旋转，砂岩首先在断层下降盘附近沉积。随着上覆地层不断增厚，旋转幅度逐渐加大。在低水位时期，断裂坡折带控制着低水位沉积体系。当水深越过坡折带后，上覆海进时期的泥岩，形成盖层。因此，该种坡折带是非常适合成藏的。此外，次级凸起同沉积断层的活动也对沉积体系的发育存在一定影响。在凹陷内部，同沉积断层下降盘发育深湖、半深湖相，断层上升盘则多发育有钙质浅滩。

4.3 断层为有效的油气运移通道

从已发现的油气藏来看，区内油气多集中在断裂构造带内，说明了断层对该区的油气富集起到明显的控制作用。输导层、不整合面和断层（裂缝）是油气运移的3个主要途径[25]。由于青东凹陷断层系统非常发育，断层就成了重要的运移通道，油气通过断层多以垂向运移为主。区内各种断层组合在空间上形成了复杂的三维输导网络，深层基底同沉积断层和基底走滑断层以及插入基底的一些正断层有沟通油源与储层的作用，中浅层正断层可连接深层基底断层和破坏深层油藏使油气继续运移或二次运移至更浅的圈闭中成藏。同时断层控制形成局部构造高区域，是油气垂向运移的有利指向区（图2）。

青东凹陷为早断陷晚拗陷盆地，晚期构造较稳定，没有发育大规模浅层断层和有效圈闭，而Es储层孔渗性保存较好，并在持续活动的深层基底断层沟通之下，成为油气运移的有利指向，KL20－1－2井钻遇的砂体中高油气充满度（砂体近200m油柱高度）可充分证明该点。通过油源对比结果表明，该构造油气主要来源于北部洼陷Es3、Es4烃源岩，油气主要通过侧向、垂直运移至断层两侧砂体，形成岩性－断块及断背斜油气藏。

4.4 断层控制构造圈闭的发育

断裂带是青东凹陷古近系构造圈闭发育的主要部位。从断层平面和剖面组合样式看，凹陷在发育演化过程中，在断层的控制下形成了多种类型圈闭，以断背斜、单一断层控制的断鼻圈闭、2条或多条断层控制的断块或断鼻圈闭等为主要类型（图5）。

图5 青东凹陷古近系构造圈闭发育模式剖面示意图

断陷早期，由于古凸起的抬升作用，使其本身形成了潜山块状圈闭，而随后沉积的Es，在古凸起上形成了地层超覆、披覆背斜圈闭，同时期凹陷内一系列控洼的近NW向和近NE向张性正基底断层持续活动也形成了一系列以单条断层控制的断块－岩性圈闭。至Es3沉积时期，南倾正断层活动相对减弱，随之发育了一系列近EW向的北倾正断层，形成了正、反向断层成对出现的构造面貌，在剖面上往往与南倾断层组合成Y型和梳状等构造，形成2条或多条断层控制的断块或断鼻圈闭。在Ed沉积时期，由于郯庐断裂右旋持续走滑活动的影响，使得凹陷内派生出许多新生断层，形成了一系列复杂的断层系统，导致许多披覆背斜圈闭转变为断块、断背斜圈闭等。

5 典型油气藏实例

青东凹陷KL20－1构造位于凹陷北部凸起，北部断层的持续强烈活动使得北部洼陷可容纳空间快速增大，在Es3、Es4沉积时期暗色泥岩发育，形成大量有效烃源岩。F51断层在Es3－Es4时期发育，后期停止。该断层前期比较活跃，沟通了北部洼陷Es3、Es4的烃源岩。油气通过层序界面附近向斜坡运移，并通过F51断层向上运移。同时，KL20－1构造在Es3、Es4发育大套扇三角洲前缘、湖底扇和滩坝，多为砂泥岩薄互层。由于后期断裂活动减弱，新近系沉积较薄，Es地层压实较弱，孔渗性较好，如KL20－1－2井实测孔隙度可以达到20%～25%。油气运移到断层附近，由于断层活动减弱，断层两盘砂泥岩相互耦合配置构成封堵，从而在断层下降盘形成岩性－断块油气藏，断层上升盘则形成断背斜油气藏。良好的运聚体系，以及断层活动的影响，使得KL20－1构造富含大量油气。目前，KL20－1构造的3口探井经测试已获得高产油气流（图6）。

图6 青东凹陷KL20－1构造油藏剖面图

6 结论

1）青东凹陷可识别出同沉积断层、后期正断层和基底走滑断层3类，平面上可划分出近EW向、近NW向和近NE向3组，以近EW向最多，其次为近NW向，近NE向最少。单条断层形态，剖面上发育有板状、铲状和坡坪式；平面上以弧形和S型为主。按照主干断层和次级断层的组合形态，剖面上划分有Y型，复合Y型，马尾状，多米诺骨牌式，梳状，卷心菜型等6种样式；平面上划分出平行断层系、斜交断层系和雁列断层系等3种形式。

2）青东凹陷复杂多样的断裂系统及与之伴生的构造组合均与郯庐断裂带所经历的构造运动有关，郯庐断裂带多期次的运动与区内古近系断层的形成发育在时间上有着较好的一致性。

3）主干断层对区内的盆地构造格局、沉积以及烃源岩展布等具有明显的控制作用。同时，断层的空间展布形态及组合构造样式控制了多种类型圈闭的发育，区内以断背斜、单一断层控制的断鼻，2条或多条断层控制的断块及断鼻圈闭等为主要类型。

4）区内主干断层与次级断层共同构成了复杂的三维输导网络，为油气的垂向运聚成藏提供了有效通道，尤其是受断层控制形成的北部次凸和南部次凸构造高部区域，是油气垂向运移的有利指向区。

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