方正斷陷斷裂系統劃分及其控藏模式

仇恒遠，鮑云杰，閆百泉，付 廣，孫 雨

（1.東北石油大學地球科學學院，黑龍江大慶 163318； 2.中國石化石油勘探開發研究院無錫石油地質研究所，江蘇無錫 214151）

0 引言

方正斷陷位于依舒地塹北部，是走滑拉分形成的斷陷盆地［1-3］，為一個負向構造單元，是大慶油田外圍油氣勘探的重點地區.該斷陷從下至上發育有白堊系、古近系的新安村—烏云組、達連河組、寶泉嶺組、新近系富錦組和第四系地層，新安村—烏云組和寶泉嶺組是油氣勘探的主要目的層，在新安村—烏云組內主要發育扇三角洲相、湖泊相及湖底扇相［4-5］；寶泉嶺組一段以下地層（包括白堊系）的暗色泥巖為該斷陷的有效烴源巖［6］.截至目前，該斷陷已在新安村—烏云組和寶泉嶺組獲得多口工業油流井，表明方正斷陷油氣資源具有勘探開發潛力.由于該斷陷斷裂發育，造成油氣成藏條件復雜、成藏規律認識不清，給油氣勘探帶來困難.

人們對方正斷陷油氣成藏條件及油氣分布規律進行研究，如曹成潤等研究方正斷陷主要斷裂構造的發育與分布規律，將方正斷陷劃分為3個次級構造單元、3個構造層序及地塹期2個不同盆地樣式發育階段［7］.王允清等認為方正斷陷主要斷裂分為長期發育、早期發育和晚期發育演化序列，發育的構造樣式可歸納為“走滑型扭動構造”、“臺階式斷塊型”和“掀斜反轉型”［1］.王孔偉等研究湯原斷陷和方正斷陷邊界斷裂，認為方正斷陷東、西兩側邊界斷裂對盆地發展具有控制作用，西部邊界斷裂為主要控盆斷裂［8］.何星等研究方正斷陷沉積環境，認為新安村—烏云組和寶二段時期該區發育扇三角洲—濱淺湖沉積體系，達連河組和寶一段時期該區發育扇三角洲—半深湖沉積體系［9］.董秀超等研究新安村組儲層孔隙結構和物性特征，結果表明：儲層孔隙大小分布不均，具有低孔、特低滲特性；沉積環境和成巖作用是影響儲層物性的主要因素［10］.李秀琴等研究方正斷陷下第三系—白堊系烴源巖特征，認為寶泉嶺組一段及以下地層的暗色泥巖為該區有效烴源巖［6］.胡少華等對方正斷陷方3井區三維地震資料和鉆井資料進行構造精細解釋，發現該區主要發育北東向和北西向兩組斷裂，兩組斷裂交叉形成斷塊圈閉，油氣藏為巖性封堵的地層—巖性油氣藏［11］.胡少華等對依舒地塹構造格局進行研究，結果表明：地塹整體表現為東西分帶、南北分塊的構造格架，每個區塊的構造—巖相組合方式不同，以南北分塊為主要構造特征，湯原斷陷的東發、東興向斜和方正斷陷的柞樹崗向斜為最有利勘探區塊［12］.

這些研究主要集中在構造、沉積、烴源巖發育及地化特征等方面，從斷裂對油氣成藏與分布控制作用方面進行油氣成藏規律研究較少，不利于該區油氣勘探的深入.文中利用三維地震資料解釋結果，計算斷裂生長指數和活動速率，結合斷裂活動期次進行斷裂系統劃分，進而研究不同類型斷裂系統對方正斷陷油氣成藏與分布的控制作用.

1 斷裂發育及系統劃分

斷裂系統劃分將相同的成因、相近的發育歷史、相似的變形環境的斷層劃分為同一類斷裂系統，同類斷裂系統中斷層對油氣具有相同或相似控制作用［13］.三維地震資料解釋結果表明，方正斷陷發育不同規模和類型的斷裂，延伸長度一般為1～6km，邊界斷裂延伸長度較大，可超過10km；斷裂斷距大多小于100m，邊界斷裂斷距較大，可超過1km.斷陷層斷裂走向以北北東向和北東向為主，斷拗層斷裂走向以東西向和北西向為主.斷陷層和斷拗層斷裂發育密度有一定差異，斷陷層斷裂密度相對較小，約為0.08條／km2，斷拗層斷裂密度相對較大，為0.15～0.25條／km2（見圖1）.

由方正斷陷斷裂生長指數和斷裂活動速率（見圖2）可知，方正斷陷斷裂主要在新安村—烏云組、寶一、二段和富錦組—第四系沉積時期活動，結合平衡剖面可知方正斷陷斷裂形成演化經歷3個階段：斷陷期（新安村—烏云組時期）盆地伸展變形，東部邊界斷裂活動強烈，控制東斷西超的盆地結構；斷拗期（寶泉嶺組時期）伊漢通斷裂強烈活動，對地層沉積控制明顯，邊界斷裂扭動變形，附近形成半生斷裂，剖面上具似花狀組合特征；斷陷萎縮期（富錦組時期）盆地擠壓變形，呈現反轉褶皺，斷裂表現為壓扭性質.

根據斷裂變形期次、變形特征及形成演化機制，將方正斷裂劃分為6類系統（見圖3）：Ⅰ類：早期伸展斷裂系統，是在白堊系及基底發育的斷層在新安村—烏云組繼續發育，以及在新安村—烏云組和達連河組地層發育的斷裂，在該時期之后往往再次持續活動，主要分布在西部凹陷的柞樹崗次凹附近.Ⅱ類：中期張扭斷裂系統，主要為斷拗期活動的斷裂，只發育在寶泉嶺組內部，主要呈東西向展布，為盆地右旋走滑過程中派生應力場作用下形成的后生斷裂，主要分布在柞樹崗次凹附近.Ⅲ類：晚期壓扭斷裂系統，是斷陷萎縮期活動的斷裂，在方正斷陷幾乎不發育.Ⅳ類：早期伸展中期張扭斷裂系統，貫穿斷陷層與斷拗層的斷裂，為先伸展后走滑扭動活動的斷裂，主要分布在西部凹陷，其次是德善屯次凹.Ⅴ類：中期張扭晚期壓扭斷裂系統，是貫穿斷拗層與斷陷萎縮層的斷裂，為先張扭活動后壓扭變形的斷裂，這種類型斷裂較少，僅在東部大羅密構造附近局部發育.Ⅵ類：早期伸展中期張扭晚期壓扭斷裂系統，是貫穿斷陷、斷拗和斷陷萎縮層的長期活動斷裂，為先伸展后走滑伸展、再張扭變形活動的斷裂，在方正斷陷廣泛分布.

通過拆分方正斷裂斷穿層位可以得出，方正斷裂主要目的層新安村—烏云組和寶泉嶺組主要發育早期伸展、早期伸展中期張扭和早期伸展中期張扭晚期壓扭3類斷裂系統，東部以發育早期伸展中期張扭晚期壓扭斷裂系統為主，西部以發育早期伸展和早期伸展中期張扭斷裂系統為主（見圖4）.

2 斷裂系統對油氣成藏與分布的控制作用

研究方正斷陷不同斷裂系統與油氣分布之間關系，結果表明，Ⅰ、Ⅳ和Ⅵ類斷裂系統控制油氣成藏與分布，不同類斷裂在方正斷陷東部和西部對油氣運移、聚集的作用不同.

2.1 Ⅵ類斷裂

2.1.1 油氣運移的輸導通道

方正斷陷新安村—烏云組和寶一段油氣來自新安村—烏云組源巖，在寶泉嶺組末期—富錦組沉積時期開始大量向外排出油氣［6］.由方正斷陷斷裂系統特征可知，早期伸展中期張扭晚期壓扭斷裂系統成為該區油氣運移的輸導斷裂，原因是只有位于早期伸展中期張扭晚期壓扭斷裂附近的斷層圈閉，才能通過斷裂從新安村—烏云組源巖處獲得油氣聚集成藏.由方正斷陷油氣分布與斷裂類型關系（見圖5）可知，方正斷陷東部已發現的工業油氣流井均分布在早期伸展中期張扭晚期壓扭斷裂附近.

2.1.2 油氣聚集的有利部位

方正斷陷東部新安村—烏云組源巖生成的油氣，沿早期伸展中期張扭晚期壓扭斷裂由下至上運移過程中，向斷裂兩側地層發生側向運移，當上覆未被錯開蓋層阻擋時更為顯著.當斷裂活動開啟時，運移進入斷裂兩側附近斷層圈閉中的油氣，受斷裂控制形成的斷層圈閉（斷層遮擋、斷層—巖性和斷塊圈閉）使油氣沿斷裂運移散失，無法形成油氣聚集.由于鼻狀構造具有一定幅度，當斷裂活動開啟時，沿斷裂運移的油氣側向分流進入該類圈閉后聚集；斷裂停止活動后，斷裂側向封閉油氣形成油氣藏.此類油氣聚集形成于早期伸展中期張扭晚期壓扭斷裂下盤，由于斷裂下盤較上盤側向封閉性更好，更有利于油氣聚集［14-15］.如方正斷陷方12井、方15井新安村—烏云組和方x14井寶一段油氣藏均有此類油氣聚集方式.

2.2 Ⅰ、Ⅳ類斷裂

2.2.1 油氣聚集的有利遮擋條件

由方正斷陷油氣分布與反向斷裂關系（見圖6）可以看出，方正斷陷發現的油氣分布在反向Ⅰ、Ⅳ類斷裂附近.這是因為反向Ⅰ、Ⅳ類斷裂錯斷易使上盤泥巖蓋層下降，與下盤儲層對接形成側向遮擋，有利于油氣在下盤儲層中聚集成藏.如方402井新安村—烏云組氣藏，即為反向斷裂使下盤新安村—烏云組儲層與上盤上部泥巖蓋層對接而形成的斷層遮擋氣藏.

2.2.2 油氣聚集的側向封閉能力

方正斷陷除了方6井新安村—烏云組為巖性上傾尖滅油藏外，其他油氣藏為斷層油氣藏.斷層側向封閉是油氣藏形成的重要影響因素，斷裂側向封閉不取決于上下盤砂泥是否對接，而取決于斷層巖排替壓力與油氣運移盤儲層巖石排替壓力的相對大小，如果斷層巖排替壓力大于油氣運移盤儲層巖石排替壓力，則斷裂側向封閉；反之，斷裂側向不封閉，即斷層巖排替壓力是反映斷層側向封閉能力的根本參數.斷層巖排替壓力和斷裂側向封閉能力主要受泥質體積分數影響［10］，體積分數越大，則排替壓力越大、斷裂側向封閉能力越強；反之，排替壓力越小、斷裂側向封閉能力越弱.

由方4井新安村—烏云組遮擋斷裂斷層巖泥質體積分數與油氣分布關系（見圖7）可以看出，方正斷陷方4井處遮擋斷層巖泥質體積分數與油氣分布有較好對應關系.新安村—烏云組油層鉆遇位置對應的斷層巖泥質體積分數相對較高，多大于50%，表明斷層側向封閉能力相對較強，有利于油氣在反向斷裂遮擋圈閉中聚集與保存；水層和干層鉆遇位置對應的斷層巖泥質體積分數相對較低，一般小于46%，表明斷層側向封閉能力相對較弱，不利于油氣在反向斷裂遮擋圈閉中聚集與保存.因此，方正斷陷斷層側向封閉能力控制反向斷裂遮擋圈閉中油氣的聚集與保存.

3 斷裂系統控藏模式

結合油氣藏解剖，分析方正斷陷不同斷裂系統對油氣成藏與分布的控制作用，該區斷裂系統具有2種控藏模式（見圖8）.

3.1 Ⅵ類斷裂輸導下盤斷鼻構造控藏模式

該類斷裂控藏模式主要發育在方正斷陷東部，新安村—烏云組源巖生成的油氣在沿早期伸展中期張扭晚期壓扭斷裂向上運移過程中，由于受上覆蓋層阻擋，油氣向斷裂兩側側向分流，并在下盤斷鼻構造中聚集成藏（見圖8（a））.如方12井基巖油氣藏，方15井新安村—烏云組油氣藏和方x14井寶一段油氣藏為此類控藏模式.

3.2 反向Ⅰ、Ⅳ類斷裂遮擋下盤圈閉控藏模式

該類斷裂控藏模式主要發育在方正斷陷西部，新安村—烏云組源巖生成的油氣在沿砂體或不整合面側向運移過程中，遇到反向早期伸展和早期伸展中期張扭斷裂遮擋，在下盤斷層圈閉中聚集成藏（見圖8（b））.如方4、方6、方402、方401、方3井新安村—烏云組油氣藏為此類控藏模式.

4 結論

（1）方正斷陷新安村—烏云組和寶泉嶺組主要發育早期伸展、早期伸展中期張扭和早期伸展中期張扭晚期壓扭3類斷裂系統.東部以早期伸展中期張扭晚期壓扭斷裂系統為主，西部以早期伸展和早期伸展中期張扭2類斷裂系統為主.

（2）方正斷陷斷裂系統對油氣成藏與分布的控制作用主要表現為：（1）Ⅵ類斷裂系統為東部油氣運移提供輸導通道，下盤斷鼻構造為油氣聚集的有利部位；（2）反向Ⅰ、Ⅳ類斷裂系統為西部油氣聚集提供遮擋條件，封閉能力控制該區油氣聚集.

（3）方正斷陷斷裂系統控藏存在2種模式：（1）Ⅵ類斷裂輸導下盤斷鼻構造控藏模式；（2）反向Ⅰ、Ⅳ類斷裂遮擋下盤圈閉控藏模式.

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