石臼坨凸起边界断层成藏期差异活动与成藏

江 涛，官大勇，李慧勇，胡安文，步少峰

(中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300452)

0 引 言

石臼坨凸起西段边界断层受NE向沧东—兰聊右旋走滑断裂、NW向张家口—蓬莱左旋走滑断裂的共同影响，是张性与剪性复合、平直形与弧形交互、活动时间各异的一条复杂断层[1-2]，受边界断层控制，在陡坡带发育大型鼻状构造。研究认为，受边界断层控制的曹妃甸6-4油田不同断块圈闭的烃源条件、储层发育特征及运聚条件基本类似，但不同断块、不同层系油气的富集程度存在较大的差异，油气的分布与边界断层分段差异特征密切相关，特别是成藏期的断层活动性对油气成藏差异富集具有重要的控制作用。龚再升、邓运华、夏庆龙等研究认为渤海新构造运动控制了晚期油气成藏，盆地最晚一期的断裂活动在调整控制油气最终成藏中起了关键作用[3-8]，并直接指导了渤海油田多个大中型油气田的发现[9-10]。现有研究主要是针对断裂对烃源岩、构造及储层等基本成藏条件方面进行研究，部分涉及断层活动性与油气差异运聚关系的研究[11-13]，但针对成藏期断层活动对先期聚集油气的破坏作用以及差异控藏作用的研究相对较少。通过分析边界断层分段差异特征以及成藏期断层活动强度，结合流体包裹体的均一温度、包裹体丰度(GOI)以及单井埋藏史及热演化史研究，研究成藏期断层后期活动强度与油气聚集的关系，对正确认识陡坡带曹妃甸6-4油田油气成藏规律和指导类似地区油气勘探具有意义。

1 区域地质概况及油气分布特征

石臼坨凸起边界断层整体呈北西向展布，位于渤海西部海域、渤中凹陷的西北缘，往西与冀东油田柏各庄断层为同一断裂体系，成藏条件良好[14](图1)。目前在围区已发现了渤中2-1、渤中8-4、曹妃甸12-6等油田。围区钻井揭示，该区地层发育较全，包括孔店组、沙河街组(沙三段，沙一、二段)、东营组(东三段、东二下段、东二上段)、新近系馆陶组、明化镇组及第四系平原组。渤中凹陷古近系发育3套优质烃源岩，即沙三段，沙一、二段和东三段，其中，沙三段是主要的烃源岩。从储盖组合条件来看，古近系和新近系均具有较好的储盖条件，其中，古近系沙河街组主要发育近源扇三角洲沉积，东营组发育辫状河三角洲沉积，储层发育，与上覆湖相泥岩形成良好储盖组合；新近系馆陶组以辫状河沉积为主，明化镇组主要发育曲流河与浅水三角洲沉积，为砂岩和泥岩互层特征，储盖组合较好。综上所述，曹妃甸6-4油田为受石臼坨凸起边界断层控制的大型鼻状构造，紧邻渤中凹陷，古近系和新近系储层发育，储盖组合较好，成藏条件十分有利。

图1 研究区区域位置(据文献[14]修改)

2 边界断层分段特征与差异活动性分析

2.1 边界断层分段特征

石臼坨凸起边界断层长期活动，根据不同位置的断面形态及构造样式的差异，可以分为东段、西段、中部过渡段3段(图2a、b)。西段边界断层产状较陡，呈“直立”状，受晚期NW向强烈左旋走滑作用影响，晚期断裂发育，在剖面上与边界断层组成“Y”字形结构(图2c)。中部过渡段受NW向和NE向双向走滑作用的共同控制，边界断层产状上陡下缓，整体为“座椅式”，与晚期断层呈“似花状构造”特征(图2d)。东段边界断层产状相对较缓，呈“板式”，晚期NE向右旋走滑作用相对较弱，晚期断层欠发育(图2e)。整体来看，石臼坨凸起边界断层长期活动，受区域应力变化的影响，东西段构造样式不同，整体表现为东缓西陡特征。

2.2 边界断层差异活动特征

控盆断层的形成和演化存在阶段性，区域应力场的变化存在叠加性，不同时期断层活动强度不同，不同构造带主干断裂活动性也存在一定差异。渤海新生代构造演化一般划分为断陷期(孔店期—沙三期)、断拗期(沙二期—东营期)、坳陷期(新近系)3个大的演化阶段。2013年，黄雷将渤海西部海域新生代构造与演化进一步划分为6个阶段(孔店期初始局部断陷期、沙四期的区域抬升剥蚀期、沙三期广泛强烈断陷期、沙二期—沙一期—东营期断坳过渡期、馆陶组—明下段裂后坳陷期、明上段至今的构造再活化期)，进一步强调了沙三期强烈断陷、明上段—第四纪的构造再活化作用[15]。通过对石臼坨凸起边界断层不同沉积时期断层平均活动速率统计，发育3个大的构造变形期，沙三段沉积时期断层活动速率最大，约为140 m/Ma，对凹陷的控制作用最大；其次是东营组时期和明上段—第四纪时期(主成藏期)，断层活动速率分别为45、32 m/Ma，也是断裂的主要活动期；其他时期的断层活动速率相对较小，不是断裂的主要活动时期，是断裂活动相对静止期(图3a)。

图2 石臼坨凸起西段边界断层分段及构造样式

图3 石臼坨凸起边界断层活动速率

通过对石臼坨凸起边界断层明上段—第四纪时期(主成藏期)断层活动速率进行统计可知，断层的活动速率整体较大，平均断层活动速率为32 m/Ma，最大为63 m/Ma，呈现“强—弱”交替变化的规律。按照断层活动强度，可将其分为A、B、C、D、E、F、G 7个变化区。根据断层活动性的整体变化规律，又可划分为3段：西段、东段、中部过渡段，其中，西段包括A、B区，东段包括E、F、G区，过渡段包括C、D区(图3b)。

从主成藏期断层活动速率曲线来看，西段断层活动速率明显大于东段，最大活动速率大于50 m/Ma。而东段的活动速率尽管同样较强，但整体相对于西段要弱，断层活动速率为30～40 m/Ma。对于处于西段和东段之间的过渡带，断层活动速率大小适中，在30 m/Ma左右。

3 油气成藏期

3.1 储层流体包裹体均一温度特征

均一温度是指流体包裹体捕获时的最小温度条件。不同均一温度范围的流体包裹体代表了不同的流体活动期次[16-17]。曹妃甸6-4油田储层流体包裹体均一温度测试结果表明，新近系、古近系储层流体包裹体均一温度峰值存在一定差异。古近系东二上段储层样品包裹体均一温度大致可分为2个峰值区间(70～75 ℃和85～110 ℃)，第Ⅰ期油包裹体捕获温度峰值为75 ℃，第Ⅱ期油包裹体捕获温度峰值为95 ℃，表明存在2期油气充注；另外，第Ⅱ期烃包裹体丰度比第Ⅰ期高，表明构造区第Ⅱ期油气运移充注能力最强。而新近系馆陶组储层样品包裹体均一温度只有1个峰值区间(70～80 ℃)，只存在1期油气充注，其油包裹体捕获温度峰值为80 ℃。

3.2 单井埋藏史及热演化史分析

包裹体均一温度能有效地反映油藏调整充注信息，在此基础上结合埋藏-热史曲线可以确定油气充注时间[18]。CFD61井包裹体均一温度特征显示，东二上段包裹体均一温度集中分布在70～75 ℃和85～110 ℃，馆陶组包裹体均一温度集中分布在70～80 ℃，对应的包裹体形成时期大致为距今3.6～8.5 Ma和3.6 Ma至今。根据夏庆龙2012年研究成果，石臼坨凸起及围区的原油主要来自沙三段烃源岩，深凹区沙三段烃源岩主生油期为14.0～20.0 Ma(馆陶组早期)，斜坡带沙三段烃源岩主生油期为5.0～10.0 Ma(明化镇组早期)[9-10]。因此，曹妃甸6-4油田油气充注时间应该为6.0～8.5 Ma(明化镇组早期)和3.6 Ma至今(明化镇组晚期以来)(图4)。

图4CFD61井埋藏史及热演化史

3.3 储层含油包裹体丰度与古油藏

勘探实例显示，油层与水层的GOI具有明显差别，油层GOI一般大于5%，部分样品GOI大于10%，水层GOI一般小于1%。在运移通道层段，GOI一般为1%～5%[16-21]。研究表明，该区存在高GOI值的含油水层、油水同层。如西段的CFD67井含油水层GOI为5%～6%，CFD64井油水同层的GOI为6%～8%，而中段CFD61井水层、油水同层GOI小于2%。该区东二上段具有较好的构造及储盖组合条件，同时存在2期油气充注，但未成藏，直接指示构造区存在某种因素导致东二上段早期形成的古油藏遭受破坏调整，致使古油层变成高GOI的含油水层、油水同层。

4 成藏期断层活动与油气成藏关系分析

曹妃甸6-4油田的钻探揭示，不同构造圈闭、不同层系油气富集程度具有较大的差异，西段油气主要富集在浅层新近系明下段，东段油气主要富集在深层古近系东三段，浅层新近系馆陶组也有一定的油气发现，而中部过渡段油气在中深层古近系东三段、东二段，浅层新近系馆陶组均有较好的油气发现，具有复式成藏特征(图5)。

对比研究发现，成藏期断层活动性对油气的富集区带和层系具有重要的控制作用。强活动断裂利于油气垂向疏导，有利于油气浅层油气聚集，弱活动则利于油气保存，对深层油气成藏相对有利。石臼坨凸起西段边界断层西段A区，成藏期断层活动速率为53～56 m/Ma，CFD67井在东二段仅见油气显示，油气主要在浅层新近系明下段富集；过渡段的D区，成藏期断层活动速率为23～28 m/Ma，断层活动性相对适中，CFD61井在深层的东三段以及浅层新近系馆陶组均有油气发现，为复式油气聚集区；东段F区，成藏期断层活动速率23～37 m/Ma，断层活动性相对于CFD61井所在的D区较强，CFD65井尽管同样在东三段和馆陶组均获得油气发现，但东三段的富集程度较CFD61井明显低，油藏高度也较小，进一步说明断层活动性增强，会影响深层油气成藏的丰度。另外，在西段B区，成藏期断层活动速率为35～40 m/Ma，断层活动性强，有利于浅层油气聚集，该区钻探的CFD64井，浅层未有油气发现是由于构造圈闭不发育；过渡段C区，成藏期断层活动速率为30～35 m/Ma，断层活动性相对较弱，理应为复式油气聚集，CFD62井在馆陶组获得较好油气发现，深层失利的原因是深层储层发育、断层侧封失利，CFD66井仅见油气显示，浅层构造圈闭不发育，深层断层侧封失利(图6)。

图5 曹妃甸6-4油田油气成藏模式

图6 成藏期断层活动性与油气成藏关系

5 结 论

(1) 受NE向沧东—兰聊右旋走滑断裂、NW向张家口—蓬莱左旋走滑断裂的共同影响，石臼坨凸起边界断层是张性与剪张性复合、平直形与弧形交互、活动时间各异的一条复杂断裂带。分段性明显，可以分为东段、西段、中部过渡段3段，不同段的构造样式不同，整体表现为东缓西陡特征。

(2) 边界断层成藏期断层活动速率分段特征明显，整体表现为西强东弱的特征。西段断层最大活动速率大于50 m/Ma；中部过渡带断层活动速率为30 m/Ma左右；东段断层活动速率为30～40 m/Ma。按照断层活动速率变化规律，进一步可将边界断层细分为A、B、C、D、E、F、G 7个变化区，呈现“强—弱”交替变化的规律。

(3) 曹妃甸6-4油田区存在2期油气充注，分别为3.6～8.5 Ma(明化镇组早期)和3.6 Ma至今(明化镇组晚期以来)。古近系、新近系油气充注存在一定差异，其中，古近系存在2期油气充注，新近系发育自3.6 Ma至今(明化镇组晚期以来)的一期油气充注。

(4) 成藏期断层活动性对油气成藏具有重要的控制作用。成藏期断层活动速率为20～30 m/Ma时，断层活动性相对较小，油气在古近系相对富集；成藏期断层活动速为率30～40 m/Ma时，断层活动性相对适中，具有复式成藏特征；断层活动速率为40～60 m/Ma，断层活动性强，油气垂向疏导能力强，有利于浅层油气聚集，对深层油气保存不利。