廊固凹陷大柳泉構造帶油氣藏形成與成藏模式

田 然，田建章，于炳松，牛素莉，吳德彬

(1.中國地質大學，北京 100083；2.中國石油華北油田分公司，河北 任丘 062552；3.中國石油科技管理部，北京 100007)

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廊固凹陷大柳泉構造帶油氣藏形成與成藏模式

田 然1，田建章2，于炳松1，牛素莉2，吳德彬3

(1.中國地質大學，北京 100083；2.中國石油華北油田分公司，河北 任丘 062552；3.中國石油科技管理部，北京 100007)

大柳泉構造帶是廊固凹陷的中央隆起帶，由于其構造運動強烈，斷裂活動多樣，油氣成藏十分復雜。基于二次采集的高分辨率三維地震資料，綜合運用鉆井、地震及分析化驗等成果，系統開展了油氣成藏特征及主控因素分析。研究表明，該區沙三中、下亞段暗色泥巖是主力烴源巖，固安—舊州鼻狀構造和柳泉—曹家務塌陷背斜為有利聚油構造區，一、二級斷層控源，三、四級斷層控藏是該區油氣成藏的主控因素。論述了側生旁儲—遠源供烴—構造控藏、下生上儲—混源供烴—斷層控藏和自生自儲—近源供烴—地層不整合控藏等3種成藏模式的形成機制、油氣聚集特征和分布規律，指出了勘探方向。

大柳泉構造帶；構造特征；斷層控藏；圈閉；成藏模式

0 引 言

廊固凹陷大柳泉構造帶是被斷裂復雜化的中央隆起構造帶，雖然其構造運動強烈，斷裂活動多樣，油氣成藏過程復雜，但其位于廊固凹陷富烴洼槽之中，發育多套儲蓋組合，多種圈閉類型，油氣縱、橫向運移距離大，是最有利的勘探區[1-4]。背斜構造帶、復雜斷裂帶的成藏主控因素和油氣聚集機制研究已較為成熟，而被斷裂改造的背斜構造帶的構造特征、油氣成藏條件、油氣成藏模式的研究尚不完善[5-7]。該文基于廊固凹陷二次采集的高分辨率三維地震資料，結合大柳泉構造帶規模油氣藏發現的地質認識，剖析這一復雜構造帶的地質結構、構造樣式與構造演化，揭示油氣藏分布規律與成藏機制，探討多旋回構造演化歷史對油氣聚集的控制作用，建立油氣成藏模式，明確其油氣勘探前景[8]，對類似油氣田的勘探具有參考價值，尤其對探索復雜構造帶的勘探具一定借鑒意義。

1 地質概況

廊固凹陷是一個歷經50余年開發的高勘探程度區，其西靠大興凸起，東鄰武清凹陷，北與大廠凹陷相接，南界為牛駝鎮凸起，南北長約90 km，東西寬約20～40 km，勘探面積為2 600 km2(圖1)。是一個西斷東超、南抬北傾的箕狀斷陷，凹陷古近系基底由古生界(Pz)碳酸鹽巖、含煤巖系組成。在古近紀經歷了3個拉張斷陷—擠壓反轉旋回，形成不同期次、不同規模斷裂相交切構成的復雜斷塊體系，控制了凹陷內部二級構造帶的分布，形成了大興斷裂帶、大柳泉構造帶、河西務構造帶、鳳河營—侯尚村構造帶和牛北斜坡帶，以及韓村洼槽和桐南洼槽等“五正二負”的構造單元[3-4]。古近系自下而上主要由孔店組(Ek)，沙河街組沙四段(Es4)、沙三段(Es3)、沙二段(Es2)、沙一段(Es1)和東營組(Ed)組成，上覆為新近系明化鎮組(Nm)。縱向上油氣分布在13個層系中，其中沙四段、沙三段沉積厚度大，沙四段又細分為沙四上、中、下3個亞段，沙三段細分為沙三上、中、下3個亞段，為凹陷的主力含油氣層系和主要勘探目的層。形成了柳泉、中岔口、琥珀營、舊州、風河營、別古莊、永清等多個油氣田。

大柳泉構造帶位于廊固凹陷中西部，西靠大興斷層，東鄰韓村洼槽，北接桐南洼槽，南至牛北斜坡，面積約760 km2(圖1)。目前已發現了沙四上亞段、沙三下、沙三中、沙三上、沙二、沙一段等6套含油氣層系，探明石油地質儲量為3 097.6×104t，天然氣地質儲量為51.35×104m3，是廊固凹陷主要油氣聚集帶。該區帶油氣資源轉化率分別為29%和10%，剩余資源豐富，勘探潛力較大。

圖1 廊固凹陷構造單元及斷裂組合

2 油氣藏形成條件

2.1 構造特征

大柳泉鼻狀構造帶為受大興斷層坡坪式斷面下滑和牛北斜坡抬升的共同控制形成的復雜斷裂中央隆起背斜構造帶(圖1、2)。構造帶斷裂活動強烈而復雜，主要發育有NE向和NW向2組斷裂。斷裂大規模活動時期在沙三段末期至明化鎮組沉積之前，新近紀斷裂活動明顯減弱。按照形成時間和力學機制，斷裂系統分為3級。Ⅰ級斷層為大興斷層，位于廊固凹陷西側，是控制大興凸起和廊固凹陷發育演化的斷裂，直接控制了凹陷的興衰，同時對凹陷內次級斷層也施加強烈影響[9-10]。該斷層呈NE走向延伸，長70 km，具有上陡下緩的犁式正斷層特點(圖2)。Ⅱ級斷層為舊州斷層，該斷層位于舊州至柳泉一線，斷層呈NE走向，延伸距離約46 km，傾向為南東，傾角呈上陡下緩狀，斷開層位為沙三段底至明化鎮底，最大斷距在沙二段，達1 000～1 500 m，向南(前石家務)、向北(桐南洼槽)斷距變小，逐漸消失(圖1、2)。Ⅲ級斷層為上述Ⅰ、Ⅱ級斷層的上盤在滑脫運動過程中由于翹傾、斷塊的掀斜，形成一些更次級的斷層，派生出次級斷塊并肢解分離，這些斷裂包括曹家務斷層、中岔口斷層、琥珀營斷層和王居斷層等(圖1)。

構造帶深層(T6反射面以下)斷層較少，構造相對簡單，總體表現為東南高，向西北傾伏的大型鼻狀構造。中淺層構造(T6—T2反射面之間)斷層多，構造較復雜，形成頂部地塹式陷落的背斜帶，具有明顯的“東西分帶，南北分塊”的特點，以主控斷層舊州斷層為界，將構造帶分割為東、西2個構造區。柳泉—曹家務塌陷背斜構造區位于舊州斷層下降盤，主要由舊州斷層與由其派生的琥珀營、王居、曹家務等一系列相向下掉的斷層組成，平面上呈羽狀或“入”字形相交，剖面上形成“Y”或反“Y”字形斷裂組合[11](圖2)，在斷塹擠壓應力作用下，由南向北形成了柳泉背斜、柳泉東背斜、中岔口斷鼻、王居背斜、琥珀營背斜、琥珀營北斷鼻等多個局部斷背斜構造。固安—舊州鼻狀構造區整體為地層向東南抬升，往西北傾伏的大型鼻狀構造，發育的北西向和北東向次生斷層平面上呈網格狀組合，剖面上呈斷階狀、斷壘狀組合特征，由南向北形成了前石家務背斜、固安背斜、石佛寺斷鼻、舊州斷鼻等多個局部構造(圖1)。

圖2 廊固凹陷NW-SE向地震解釋剖面

2.2 烴源巖特征

廊固凹陷下第三系斷陷期沉積了巨厚的暗色泥巖與砂巖互層，主要烴源巖集中在沙四上亞段和沙三段。大柳泉地區主要烴源巖為沙三中、下亞段，有機質豐度高，有機碳平均含量大于1.06%，最大為6.86%；氯仿瀝青“A”平均含量大于0.1%，最大為0.3%；總烴平均含量大于600 mg/L，最大為1 745 mg/L；生烴潛量平均大于2.52 mg/g，最大為39.7 mg/g。烴源巖母質類型以Ⅱ2型為主，部分地區出現Ⅱ1型，總體評價為中等—好烴源巖。油源對比分析表明，大柳泉構造帶油氣主要源自沙三段烴源巖，也是廊固凹陷的主力烴源巖，最大厚度分布于柳泉—曹家務—琥珀營地區，生烴中心位于大柳泉構造帶西北部[12]，為油氣成藏提供優質資源基礎。

2.3 儲蓋組合特征

沉積層序研究表明，廊固凹陷多期的構造活動及水體深淺的周期性變化，形成了多套儲蓋組合[13]，主要有沙三下，沙三中，沙三上，沙一、二段4套儲蓋組合，沙三下亞段和沙三中亞段為自生自儲式儲蓋組合，沙三上亞段和沙一、二段為下生上儲式儲蓋組合。其中沙三中亞段在縱向上沉積厚度大，地層厚度為1 050～1 100 m，按沉積旋回特點可劃分為Es33、Es34-1、Es34-23個巖性段，組成3個向上變細的正旋回，構成3個次級自生自儲式和下生上儲式儲蓋組合，為構造帶油氣聚集最有利的成藏組合。

2.4 圈閉條件

大柳泉地區已發現的油氣藏類型主要是大斷層下降盤的逆牽引背斜圈閉和凹陷后期隆升形成的擠壓斷背斜圈閉，其中逆牽引背斜圈閉主要位于固安—舊州斷鼻構造區，擠壓斷背斜圈閉分布廣泛，主要位于柳泉—曹家務塌陷背斜構造區，該區斷裂發育，舊州斷層和曹家務斷層、王居斷層、琥珀營斷層交叉，與次級斷層相互切割，形成多個斷塊、斷鼻圈閉。此外，后期的構造隆升使大興斷層下降盤沉積的扇三角洲、近岸水下扇和湖底扇砂礫巖體發生傾斜反轉，在構造帶的西北翼形成一系列上傾尖滅、傾斜透鏡體等砂礫巖巖性圈閉[14-15](圖2)。眾多類型的圈閉，是油氣聚集的有利場所[16]。

2.5 斷層控藏特征

大柳泉構造帶經過多次劇烈的斷裂活動，發育了舊州等控洼、控帶大斷層，這些一、二級斷層在烴源灶生烴期也都處于強烈活動狀態，與傾向相反、封閉性比較好的三、四級斷層相匹配，對運移至此的油氣起到良好的保存和聚集作用[17]。因此，構造帶具有一、二級斷層控源，三、四級斷層控藏的特征，控源斷層與控藏斷層相互配合成為大柳泉構造帶油氣成藏的主控因素。

控源斷層：也是油源斷層，這些斷層活動時間長、強度大，是溝通古近系油氣源和相應儲集層的主要通道，同時還控制了圈閉的形成。在剖面中呈板狀、坡坪狀、鏟狀分布，是油氣縱向從深層運移至淺層的重要輸導體之一，如大興斷層、舊州斷層、曹家務斷層等，以一、二級斷層為主，個別為三級斷層，切穿或切至古近系烴源巖，油氣藏主要沿控源斷層呈條帶狀分布[18-19]。

控藏斷層：多為三級、四級斷層，是次級派生斷層，規模小，數量眾多，主要分布在一、二級斷層帶附近，一般落差為20～50 m，延伸長度為1～2 km，有許多延伸只有數百米。未斷至烴源巖層，當油氣通過油源斷層運移到圈閉，與油源斷層一起或單獨控制油氣聚集的斷層為控藏斷層。控藏斷層在剖面上位于油源斷層的上盤，多呈板狀形態，與油源斷層組合成斷階式、“Y”字形或反“Y”字形等；平面上多位于油源斷層之間，平行或斜交于油源斷層，組合成斜交或網格式。

3 油氣成藏模式

根據烴源巖、儲蓋層、輸導體系及成藏主控因素之間的配置關系，將大柳泉構造帶油氣成藏模式劃分為三大類。

3.1 側生旁儲—遠源供烴—構造控藏模式

以柳泉背斜泉12井區為代表，這類油藏位于大柳泉構造帶東南部，由于柳泉背斜埋藏較淺，烴源巖未達到生烴門限，平面上又遠離位于大興斷層下降盤深部沙三下亞段成熟烴源巖，烴類生成后非直接順斷層向上運移，而是先通過砂體、不整合進行橫向運移，遇斷層后再進行“Y”字形垂向運移，在先前形成的構造或構造為主的復合圈閉中成藏，形成側生旁儲—遠源供烴—構造控藏模式(圖3a)。凹陷南部的牛北斜坡帶和北部的風河營構造帶是此類油氣藏形成的有利地區。

3.2 下生上儲—混源供烴—斷層控藏模式

大柳泉構造帶受復雜構造活動的影響，構造油氣藏數量最多，構成了油氣藏的主體。斷塊、斷鼻油藏多為下生上儲型，平面上主要分布于油源斷層附近，縱向上集中在沙三中、上段和沙二段地層中。烴類既有沙三下亞段烴源巖排出的成熟油氣，又有沙三中亞段生成的低熟油氣和生物氣[20]，通過斷層或斷層為主的輸導體系向上運移，并在中淺層斷塊圈閉中聚集，主要受封閉性斷層遮擋成藏，形成下生上儲—混源供烴—斷層控藏模式。這類油氣藏成藏層位淺，油氣以垂向運移為主，故靠近油源斷層油氣富集程度高，此類油藏發育在王居、琥珀營、固安、石佛寺、舊州背斜等多個構造上(圖3b)。

圖3 大柳泉構造帶油氣成藏模式

3.3 自生自儲—近源供烴—地層不整合控藏模式

大柳泉地區地層油氣藏集中在中南部，在南抬北傾的構造背景上，沿T6不整合面附近形成一系列地層超覆和地層不整合圈閉。曹5井區為此類油氣藏模式代表，油氣多來自深層沙四上亞段和沙三下亞段烴源巖，油氣橫向運移與垂向運移兼而有之，經斷層或不整合運移至受T6不整合面控制的沙四上亞段地層不整合圈閉的高部位聚集，形成地層不整合遮擋油氣藏。在大柳泉構造帶南部和河西務構造帶西部，沿T6不整合面上下發育砂巖、火成巖等多種有利儲集體[21]，具有較大的勘探潛力。

4 結 論

(1) 大柳泉構造帶油氣成藏受多套烴源巖、多個儲蓋組合、多種圈閉類型、多級斷裂系統等條件共同控制。而發育的油源斷層和控藏斷層是其油氣富集的主控因素，具備一二級斷層控源、三四級斷層控藏的特征，其時空配合使構造帶油氣富集成藏。

(2) 油氣藏在主控因素和次要因素共同作用下，共發育3大類油氣成藏模式：側生旁儲—遠源供烴—構造控藏模式、下生上儲—混源供烴—斷層控藏模式、自生自儲—近源供烴—地層不整合控藏模式。

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編輯 張 雁

20150306；改回日期：20150610

中國石油天然氣集團公司重大科技專項“華北油田上產穩產800萬噸關鍵技術研究與應用”(2014E-35)

田然(1990-)，男，2013年畢業于東北石油大學勘查技術與工程專業，現為中國地質大學(北京)地質工程專業在讀碩士研究生，主要從事油氣地質與勘探開發研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.04.014

TE122

A

1006-6535(2015)04-0056-05