南阳凹陷西部地区同沉积断裂与油气聚集

2022-06-10罗家群杨云飞郑凯文

石油地质与工程 2022年3期

罗曦，罗家群，杨云飞，朱颜，郑凯文

（中国石化河南油田分公司勘探开发研究院，河南郑州 450018）

我国东部中新生代断陷盆地普遍发育同沉积断层，这种断层对构造圈闭的形成和油气聚集具有明显的控制作用［1］。南阳凹陷西部地区近年来是重要的储量接替领域，勘探早期在东庄背斜构造上发现了东庄油田，但东赵庄和陈营地区的相关研究较少，勘探程度相对较低。2019年南阳凹陷西部地区新采集的三维高精度地震资料为该区的勘探研究提供了新的基础资料，为复杂断裂系统研究提供了条件。

1 基本地质特征

南阳凹陷属于南襄盆地的一个次级构造单元，面积约3 600 km2。南部为新野凸起，西北部为师岗凸起，东北部为社旗凸起，东部以唐河低凸起与泌阳凹陷相隔，是一个中新生代的小型断陷（图1）。凹陷的构造沉积演化可分为断陷期（晚白垩世至古近纪）和坳陷期（新近纪和第四纪），其中，断陷期可进一步划分为初始断陷、强烈断陷及萎缩消亡三个阶段［2-3］。

图1 南阳凹陷地理位置及构造单元划分

初始断陷阶段为上白垩统，古近系玉皇顶组及大仓房组沉积时期，沉积了一套河流相红色碎屑岩；强烈断陷阶段为古近系核桃园组核三段及核二段沉积时期，该阶段凹陷边界断层活动强烈，形成欠补偿的半深水-深水湖盆，富含有机质的泥岩发育，形成了凹陷的主要生油层系；萎缩消亡阶段为核桃园组核一段及廖庄组沉积时期，该时期边界断层活动减弱，湖盆水体变浅，沉积范围缩小，核一段形成了一套以浅灰色为主的砂泥岩沉积；廖庄组沉积时期，水体进一步变浅，沉积范围急剧缩小，以红色砂泥岩为主，廖庄组沉积末期，凹陷整体抬升剥蚀［3-4］。

南阳凹陷西部地区不同级次、不同期次的断层十分发育，构造复杂，可以进一步细分为4个构造区块，分别为东庄背斜、东赵庄地区、陈营地区及焦店地区。东庄背斜构造是一个被南北对掉的两组正断层进一步切割的正向构造，是西部地区的油气聚集区；东赵庄地区是一个被一系列北东向断层切割复杂化的鼻状构造带；陈营地区发育多条同沉积断层及滑脱断层，构造破碎，继承性较差；焦店地区地层平缓，构造幅度较小，为一小的向斜。暗色泥岩主要分布在东庄背斜北部的东庄次洼，厚度80 m以上，有机质类型以Ⅱ1型和Ⅱ2型为主，有机碳含量0.7%以上，属于中等-好烃源岩，具备良好的油源条件。西部地区储层主要受沙堰-焦店三角洲砂体的控制，该三角洲砂体由北西向南东方向延伸至陈营及东庄背斜一带，在东庄背斜发育三角洲前缘水下分流河道、河口坝等有利相带，易形成有效的储集体。

2 油气分布特点

南阳凹陷西部地区的东庄次洼，是该区的生油中心，东庄背斜正是发育在其中的一个断裂背斜构造，具有“凹中隆”的有利成藏条件。该区的油藏类型以背斜构造上的断鼻、断块油藏为主，砂岩上倾尖灭油藏和断层-岩性油藏次之。油气纵向上主要分布在核二段，核二段Ⅱ砂组分布最广，占东庄油田储量的70%，其次为核二段Ⅲ砂组，核三段发现极少。平面上油气呈片状分布，主要位于背斜北翼，距离东庄次洼油源较近的区域，背斜南翼相对较少。

3 同沉积断层发育及活动性特征

同沉积断层是指断层作用和沉积作用同时发生的一类断层［6］。中国东部断陷湖盆中，同沉积断层的发育演化是引起盆地发生拉张与沉降作用的主要因素，其活动性的强弱也是影响或控制断裂活动期沉积充填演化的重要因素［5］。南阳凹陷西部地区共发育4条南掉同沉积断层，分别为F1、F2、F3、F4，走向为北东向，平面上呈雁列式展布，地震剖面上断点清晰，为该区Ⅱ级断裂，控制了西部地区构造格局。由南东向北西4条断层同沉积作用逐渐减弱，断距逐渐减小。位于最南部的F1断层断距最大达到800 m，平面延伸长度约6 100 m，对东庄次洼的形成起决定性的作用。F2断层走向为北东向，倾向为南东向，断距最大达340 m，平面延伸距离约2 500 m；F3断层走向为北东转北东东向，倾向为南东转南南东向，最大断距约500 m，平面延伸距离约3 100 m，F4断层走向为北西西向，倾向南南西向，最大断距120 m，平面延伸距离约3 900 m（图2、图3）。

图2 南阳凹陷西部地区北西-南东向地震剖面（位置见图1）

图3 南阳凹陷西部地区同沉积断裂活动强度分析

依据平衡剖面恢复原理，对过F1同沉积断层的地震剖面进行构造演化分析，结果表明：Eh3Ⅰ-Eh2Ⅲ沉积时期，南阳凹陷西部地区是一个断坳式的洼陷，断层基本不发育，东庄次洼的范围可向北延伸至陈营地区，沉积的暗色泥岩造成东庄、陈营地区Eh3Ⅰ、Eh2Ⅲ整体均有油气显示；Eh2Ⅱ沉积时期，包括F1断层在内的南倾同沉积断裂开始强烈发育并控制了沉积作用；到Eh2Ⅰ沉积末期，东庄次洼一直受F1断层的控制，沉积中心与沉降中心位于F1断层上盘附近（图4），造成Eh2Ⅱ油气集中在F1断层以南，F1断层以北有效烃源岩不发育，油气显示差。

断距作为判定断层活动性的指标之一，可反映断层纵向活动性，可作为对比同一构造活动期不同断裂活动强度的依据［6］。本次研究中，由时深关系转换所确定的不同时期断裂活动强度（图3）可知，沿走向断层活动性差异明显，Eh2Ⅱ沉积时期，同沉积断层上下盘地层厚度差异明显，以F1断层为例，局部地区断层上下盘厚度最大相差150 m。横向上4条同沉积断层均具有中间活动强较的特征，具有分段性；纵向上4条同沉积断层在Eh2Ⅱ沉积时期活动强度略大于Eh2Ⅲ沉积时期，Eh2Ⅰ沉积时期活动强度最弱。

4 同沉积断裂对油气的控制作用

4.1 控制东庄次洼优质烃源岩分布

同沉积断层的活动强度对可容空间和沉积速率有影响，对不同时期的烃源岩及储层具有明显的控制作用［7-9］。断层活动较强的时期，断距较大的区域，优质烃源岩较发育。Eh2Ⅲ沉积时期，同沉积断层开始形成，但同沉积作用相对较弱，断层上下盘地层厚度相差不大，整个西部地区湖盆范围最广。该砂组暗色泥岩厚度约100～120 m，有机质类型为Ⅱ2型，有机质丰度为0.6% ～2.4%，镜质体反射率为0.6%～0.9%，为优质烃源岩，主要分布在东庄-东赵庄地区，面积约112 km2。Eh2Ⅱ沉积时期，F1断层以南同沉积作用最强，同沉积断裂对优质烃源岩的控制作用尤为明显。受F1同沉积断层发育的影响，优质烃源岩主要分布在F1断层下降盘局部地区。该区Eh2Ⅱ砂组地层厚度400～550 m，暗色泥岩的厚度120～240 m，有机质类型主要为Ⅱ2型，有机质丰度为0.6% ～1.2%，镜质体反射率为0.6% ～0.8%，有效烃源岩主要分布在F1断层以南、东庄背斜以北地区，面积约45 km2，暗色泥岩厚度大，是该区的一套主力生油岩。

4.2 控制储层分布

同沉积断裂的活动控制着古地貌形态，因此对储层的展布具有控制作用［8-11］。根据构造演化特征分析，Eh2Ⅱ沉积时期，同沉积断层剧烈活动，4条雁列式北东向展布的同沉积断层形成了断层转换带，成为来自西北方向沙堰-焦店三角洲进入湖盆的主要通道［12］。砂体沿断距最小的低部位缓坡向湖盆中心推进，呈朵状或指状展布。同沉积断层的下降盘控制了砂体运移方向及前缘朵页体的展布方向，优质储层相对发育。优质储层主要分布在东庄背斜主体及翼部，处于三角洲前缘相带，主要发育水下分流河道、河口坝及席状砂微相，砂体平面展布随河道迁移不断摆动（图5）。Eh3Ⅰ至Eh2Ⅲ沉积时期，同沉积断层尚不发育，根据东庄地区已钻井资料分析，优质储层主要分布在东庄背斜北翼至F1号断层以南地区，单砂体厚度约2～4 m，总体上属于中低孔、低渗透储层，其中，目的层段储层孔隙度为8.3% ～24.9%，渗透率为7×10-3～347×10-3μm。

图5 南阳凹陷不同时期西部地区沉积模式

4.3 具有油气输导及封诸双重作用

断层活动期和静止期与成藏期的匹配关系，决定了断层对油气的控制作用。南阳凹陷西部地区的同沉积断层，在不同时期对油气起封堵或输导作用［13-17］。断层形成于核二段Ⅲ砂组沉积末期，在核二段Ⅱ砂组至Ⅰ砂组沉积时期，具有明显的同沉积作用，此时，烃源岩尚未进入生排烃高峰期，因此，断层对油气控制作用不明显。核一段沉积末期（距今约22～28 Ma），是凹陷烃源岩第一个主要的生排烃高峰期，同沉积断层由活动期转入静止期，断层封闭性好，形成了第一期的原生油藏，该区大部分油藏均属于原生油藏。廖庄组沉积时期（距今约10～22 Ma），强烈的构造运动导致地层抬升，同沉积断层发生活动，断层开启成为油气运移的通道，成为调整成藏期，但是，由于未发生强烈的构造运动，纵向和平面上的调整运移均较弱，因此，油气主要分布在距离烃源岩较近的区域（图6）。

4.4 形成东庄背斜控制油气聚集

东庄背斜的形成与F1同沉积断层的活动密切相关，F1断层与新野断层的活动对东庄背斜的形成和演化具有控制作用。核桃园组核三段至核二段沉积时期，在两组对向正断层剧烈活动所生的巨大应力的挤压作用下，断层所夹持的地层上拱，并且在背斜顶部产生地堑式张性断裂。廖庄组沉积末期，地壳上升，地堑断裂进一步发育，剖面上呈“莲花状”特征，基本形成了现今的构造（图6）。构造特征为一个幅度较大的短轴背斜，背斜长轴方向为北东-南西向，长轴长约5 800 m，短轴长约2 700 m。东庄地区整体构造背景有利，受北东向断层切割易形成断鼻、断块构造圈闭，是油气的有利聚集区域，西部地区已发现的油气几乎全部分布在东庄背斜构造带。