金湖凹陷杨村断裂及控藏作用研究

2015-06-07葛金虎罗红霞

复杂油气藏 2015年2期

葛金虎，罗红霞，阳芬，韦祥，袁魏

(中国石化江苏油田分公司物探技术研究院，江苏南京 210046)

杨村断裂为金湖凹陷边界断层，地跨苏皖两省，走向北东—北东东，倾向北西，长约110 km。研究表明(据朱光等，2014)，杨村断层为早期基底断层复活产物，该断层在印支期为华北与扬子板块碰撞造山形成的前陆变形带上的逆冲断层(据朱光等，2012)，随后在燕山期郯庐断裂带大规模左行走滑过程中可能发生了走滑活动，但该断层的早期活动性质仍以逆冲活动为主［1－2］。在古近纪近南北向拉张背景下，该断层复活构成金湖凹陷边界断层，同时控制了金湖凹陷构造和沉积。

杨村断裂走向与古近纪近南北向拉张方向存在一定的夹角，处于斜向拉张应力环境下，沿走向不同部位杨村断裂应力性质和活动特征存在较大差异，这种差异的存在，也决定了杨村断裂不同部位控制油气的方式有所不同。

1 杨村断裂构造活动特征

1.1 断裂构造样式

杨村断裂走向与区域南北向拉张应力存在一定夹角，按照夹角角度的大小，可以将杨村断裂分为东西两段，西段杨村断裂为北东走向，与区域应力方向呈小角度相交(小于45°)，杨村断裂走滑作用明显，同时伴生大量的近东西向、北西向羽状分支断层;东段杨村断裂为北东东走向，与区域应力方向呈大角度(大于45°)相交，杨村断裂拉张作用占主导，分支断层相对不发育，主要伴生一些北东向羽状断层。

杨村断裂西段，剖面上主干断裂的断层面总体具有相对平缓的倾角，且断面较为平直，其下降盘往往发育与之近平行的同向正断层。杨村断裂东段，由于靠近凹陷的沉降中心，代表大型半地堑盆地内强烈断陷的区带，主干断裂具有上陡下缓的典型铲状构造，其断层组合往往是一些与之相交的同向正断层，在剖面上构成y状、多级y状剖面构造样式。杨村断裂的东段与闵桥断层相连的部位，主干断层断距突然变小，断裂切割不深，断面相对平直，形态由铲型过渡为平直的板状，断裂对沉积的控制作用减弱。杨村断裂带主干断层主体上具有铲型正断层的特征，在强烈控制沉积的龙岗—汊涧次凹位置，断裂带与下降盘多条同向正断层组合，发育成断阶形式。通过对杨村断裂剖面构造特征分析，总结了杨村断裂发育的主要剖面构造样式(图1)。主要包括铲状、y状、反y状、多级y状、顺向平行状、反向平行状、地垒状、地堑状等样式。

图1 金湖凹陷杨村断裂带典型剖面构造样式

1.2 断裂活动特征

为更好地研究断层活动特征，引入“断层活动速率”的概念，其物理含义为断层在某个时期活动强度的大小，即为下降盘与上升盘厚度差与沉积时间的比值。

应用“断层活动速率”来研究断层活动性有2个方面的优点:①由于加入了沉积时间的因素，因此它更能反映断层在某个时期的活动强弱;②可以更好地解决断层两盘有地层缺失或未沉积的情况。例如生长指数，当断层下盘未沉积时，则无法计算。

设H层下降盘厚度为H1、沉积速度v1，上升盘厚度为H2、沉积速度v2，沉积时间为T，则断层在该时期活动速率=(H1－H2)/T=(v1*T－v2

*T)/T=v1－v2，则可理解为两盘地层沉积速度差。杨村断裂中部(龙岗—小关地区)上升盘新生代地层缺失，则v2等于0，此时断层活动速率为v1，即下降盘地层沉积速率。

本次研究沿杨村断裂共抽取50多个样点进行计算，明确了阜宁组、戴南组和三垛组三个主要地质时期断层活动特点。

阜宁组(E1f)时期，杨村断裂活动速率在速率统计图上表现为“单峰”，龙岗深凹部位对应部位的断裂活动速率最大，峰值达260 m/Ma，活动强度远高于其它地区。汊涧—汊西次凹部位对应的活动速率次之，为100 m/Ma，小关—闵南地区活动速率最小，为50 m/Ma左右。各地区杨村断层活动速率由大到小排序是:龙岗—汊西—汊涧—夏家营—秦营—便宜集—小关—闵南，杨村断层在龙岗、汊涧次凹地区的强烈活动，控制了两次凹的发育(图2)。

戴南组(E2d)时期，杨村断裂活动速率整体大幅增大，龙岗深凹部位仍然是活动速率极大值区，峰值达600 m/Ma。便宜集地区断层活动强度增大明显，活动速率达到200 m/Ma，汊涧—汊西地区为150 m/Ma。西段秦营地区、东段小关—闵南地区活动速率在100 m/Ma，沿走向杨村断层活动速率由大到小排序依次是:龙岗—便宜集—汊西—汊涧—夏家营—小关—闵南—秦营。该时期杨村断层活动特别强烈，进一步控制龙岗、汊涧次凹演化(图3)。

图2 杨村断层E1f沉积时期活动速率

图3 杨村断层E2d沉积时期活动速率

图4 杨村断层三垛组(E2s)沉积时期活动速率

E2s时期，杨村断层活动速率整体大幅降低，在10～80 m/Ma，活动速率统计图表现为“三峰”特点，分别对应于龙岗、便宜集、秦营地区。龙岗深凹部位依然是杨村断层活动最强地区，峰值为80 m/Ma，汊涧次凹主体部位(便宜集地区)断层活动速率次之，峰值为60 m/Ma，秦营地区对应活动速率在35～50 m/Ma之间，小关—闵桥地区断层活动趋缓—停滞，活动速率小于10 m/Ma。受杨村断层控制，龙岗、汊涧次凹最终演化成金湖凹陷第二、三大生烃次凹(图4)。

总的来讲，杨村断裂时空活动速率存在明显差异，时间上，E2d沉积期杨村断层活动强度最大，E1f次之，E2s最弱，这也与苏北盆地构造沉降演化规律相一致;空间上，龙岗、汊涧深凹带活动强度一直很大，龙岗深凹部位是杨村断层活动速率极大值区，小关—闵南地区一直最小。

2 杨村断裂控圈、控藏特征

2.1 断裂控圈特征

杨村断裂可能发育的圈闭类型可分为构造类型和非构造类型两大类［3］。

2.1.1 构造类型圈闭

该类圈闭主要包括两种类型:①杨村断层及其分支断层控制的“断块型”圈闭;②由地层逆牵引形成的“背斜型”圈闭。

断块型圈闭在杨村断层西段特别发育，该区发育大量近东西向—北西向羽状断层，与北东向杨村断层共同控制形成呈北东向展布的断块圈闭群，目前发现的Q2、T95、Q5等含油块均属于该构造类型。另外在杨村东段发育一些由多条断裂和杨村断层共同控制的呈阶梯状分布的断块圈闭，如G5、G6块油藏。

背斜型圈闭主要是由于逆牵引作用而形成的具有一定构造背景的圈闭，在局部地区发育，小关地区的G1－1油藏就属于该类型。

2.1.2 非构造类型圈闭

该类圈闭主要包括三种类型:①扇控型;②砂体上倾尖灭型;③古潜山型(杨村上升盘)。

扇控型圈闭是由于杨村断裂上升盘事件性物源向下降盘推进而形成的岩性圈闭，该类圈闭分布相对局限，平面上呈点状分布，砂体横向变化快。夏家营—便宜集地区的X1、B1井均钻探到大量近源砾岩、角砾岩，证实局部地区存在扇控型圈闭形成的基本条件，该类圈闭是杨村断裂勘探挖潜的重点方向之一。

砂体上倾尖灭型是指砂体随地层往杨村断层快速尖灭而形成的岩性圈闭，该类圈闭主要发育在地层强烈正牵引区，杨村断裂下降盘发育正牵引的地区均可能发育该类型圈闭，是杨村断裂勘探拓展的重点方向之一。

古潜山圈闭主要是指杨村断裂上升盘发育的古生界潜山构造，但受制于地震资料品质，该类圈闭勘探难度很大。

2.2 断裂控藏特征

断裂控藏作用是一个非常复杂的、多因素控制的动态过程［4－5］，本次研究着重从断层活动性、应力状态、断面形态等几个方面来分析杨村断裂对油气运聚的控制作用，总结断裂体系与现今油藏分布的关系，共有以下四点认识:

(1)断裂活动性决定了断层垂向启闭性，强活动断裂利于油气垂向疏导，弱活动则利于油气垂向保存。

周心怀等通过对我国东部断陷性盆地—渤海海域断裂的活动性研究发现:断裂的活动速率＞25 m/Ma则具有很强的输导能力，可以起到油气垂向运移的通道作用，而其本身往往不具备控制油气的能力，油气则主要聚集在活动速率较低(活动速率＜10 m/Ma)的次级断裂附近。表明断层活动速率与油气聚集存在一定关系，油气主运移期断层活动速率大小决定了其垂向沟通油气的能力。据前人研究，金湖凹陷大规模生排烃期是在三垛末期(据唐焰等，2005)，那么该时期断层的活动性，也就决定了其油气沟通能力。

杨村断层三垛期活动速率在龙岗、便宜集地区相对应部位活动速率大，在50～80 m/Ma(图4)，属于中等—强烈活动性质，垂向疏导能力强，油气更容易通过断层在垂向上作长距离运移。例如小关地区钻探的G5井，其在上含油气系统E2d2、E2d1油气显示活跃，显示井段近600 m，并发现多套油层，便宜集地区虽然还没发现油藏，但该区钻井油气显示活跃，层系多。相对来说，杨村断裂其它部位三垛期活动速率偏低，断层活动活动速率小于40 m/Ma，属于中等活动—弱活动性质，断层垂向沟通油气能力很弱，油气主要沿断层作短距离运移。例如杨村断裂秦营地区，目前所发现的油藏层系上主要集中在下含油气系统 E1f4+3、E1f2，油气总体表现为“近源短聚”的成藏特点。

杨村断层与分支断层共同控制的断块型圈闭是杨村下降盘最发育的圈闭类型，其分支羽状断裂的活动强度也影响了油气的聚集。以杨村西段为例，该区羽状断层三垛期的活动速率基本在10 m/Ma以下，属于弱活动—不活动的性质，对油气主要起保存作用(图5)。

图5 杨村断层西段羽状断层不同时期活动速率

杨村主、次断层差异性活动特点，为下降盘羽状圈闭提供了很好的油气运聚运聚模式，即杨村断层垂向疏导油气，分支断层聚集保存油气，目前发现的T95块、Q2块、Q5块都是基于该成藏模式。

(2)杨村断裂侧向封闭性好，分支断裂侧向封堵能力影响了油气富集程度。

前文已述，断裂活动决定断层垂向启闭性，而一个圈闭是否能够成藏，与断层侧向封堵密切相关［6－7］，断裂侧向封堵能力直接影响了油气的富集程度。杨村断裂下降盘主要圈闭类型为断块型，杨村断裂及其分支断裂侧向封堵条件均对油气富集有影响。

研究表明，复杂断裂带随着活动强度的变化，其内部结构会发生明显的变化，即当断裂活动强度增大到一定程度时，断裂带内部会产生明显“断层泥”(图6)，从而阻碍了油气的侧向运移。因此，我们认为杨村断层具有较好的侧向封闭性，在活动强度大的地区，“断层泥”更发育，侧向封闭性可能更好，那么其分支断层的侧向封闭性则直接影响了油气的富集程度。

图6 断裂带内部随活动强度变化示意图(据吴智平，2008)［8］

以杨村西段T95块、Q4块为例:T95块T31羽状分支断层断距约80～100 m，小于该区E1f4泥岩厚度，E1f4下部储层与封挡盘泥岩段对接，侧向封挡条件好，含油层段长;T30圈闭断距约80 m，对盘E2d砂岩百分含量为30%，侧向封堵条件差，导致钻探落空。Q4块T31断距约120～180 m，对接于E1f3上部，对接盘砂岩含量约21%，侧向封挡存在随机性，该井虽取得成功，但含油层系较少，主要原因就是其侧向封挡随机影响了油气的富集规模。

(3)断面形态控制了油气有利运聚方向。

断面按其形态划分，可分为平面、凹面、凸面三种(图7)，不同的断面形态影响油气的运聚，当断面为平面，油气呈平行式运移;当主断面为凹面，油气呈发散式运移;当主断面为凸面，油气呈汇聚式运聚，为油气运聚最有利的断面形态。

通过杨村断裂断面三维可视化显示发现，杨村断裂西段的秦营、便宜集、夏家营地区主断面均表现为凸面形态(图8)，是油气有利的汇聚区，而这些地区也是杨村断裂近几年勘探亮点地区。

(4)断裂强活动区是寻找扇控型岩性油藏有利地区;

杨村断裂不同部位、不同时期断层活动速率均有差异，在活动剧烈的部位往往容易形成冲积扇、水下扇等局部沉积体系，向下降盘推进。夏家营地区的X1、B1井，小关地区的G5、G6井在戴南组均钻遇大套反映近源沉积的粗砾、细砾岩等，与正常沉积岩性差异明显，这些扇体与杨村断层活动特点有很好的对应性，纵向上，杨村断层戴南组时期活动强度最大，横向上，龙岗深凹、夏家营地区一直是活动最强烈的地区。

该类扇体一般紧贴大断裂、断阶带分布，可以形成岩性—断层复合型圈闭，油气可以通过断层垂向调整，聚集成藏，在地震剖面上表现为楔形、反射增多、地层局部加厚等现象。目前该类油藏尚未取得发现，是杨村断裂勘探挖潜的重点方向之一。