渤中凹陷西北緣邊界斷層面特征與油氣成藏

龐小軍，王清斌，王飛龍，吳春新，張雪芳

(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300452)

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渤中凹陷西北緣邊界斷層面特征與油氣成藏

龐小軍，王清斌，王飛龍，吳春新，張雪芳

(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300452)

為解釋渤中凹陷西北緣陡坡帶邊界油氣分布的差異性并預測油氣藏的分布，利用三維地震、鉆井、測井和分析化驗等資料，探討了該地區斷層面形態對油氣運移和聚集的影響。結果表明：剖面上，渤中凹陷西北緣烴源巖之上的邊界斷層面形態主要以鏟式下凹型和座椅式下凸型為主，且均表現為上陡下緩的特征；平面上，邊界斷層面主要發育匯聚型、發散型、均勻型和復合型等4種類型。匯聚型和復合型的位置為油氣優勢運移方向，當匯聚型斷層面轉折帶的坡度小于33 °時，油氣易在古近系地層成藏；反之，油氣易在新近系地層成藏；而復合型斷層面以座椅式為主，油氣易被封堵在古近系并在座椅面附近及以下成藏。該研究對油氣分布的預測具有一定的指導意義。

渤中凹陷；陡坡帶；斷層；斷面形態；坡度；油氣

0 引 言

斷層對烴源巖、儲層、油氣運聚等控制方面的研究一直是石油地質學的熱點[1-3]。斷層、不整合面和高孔滲砂體構成油氣的優勢運移通道[4-6]，斷層作為溝通烴源巖與儲層、淺層、深層的主要媒介，是油氣的主要運移通道之一，在油氣的二次運移和縱向分配過程中起著至關重要的作用。近年來，在渤中凹陷西北緣陡坡帶發現了大量油氣，油氣具有明顯的分帶性和分層性，淺層和深層均有發現，成藏條件復雜。由于鉆井少，且未發現大量的油氣，前人僅在層序地層、儲層展布、成巖演化等方面對該區進行了研究[7-9]，在斷層對油氣運聚方面的研究比較少。因此，在充分利用三維地震資料的基礎上，結合鉆井等資料，探討了該區斷層面形態對油氣運聚的影響。

1 研究區概況

渤中凹陷為渤海海域內的一個次級構造單元，東部、南部、西部和北部依次與渤東低凸起、渤南低凸起、沙壘田凸起、石臼坨凸起相連，凹陷面積約為1.2×104km2[7-8]。研究區位于渤中凹陷的西部北緣，呈近南東向展布。鉆井揭示，該區新生界發育古近系孔店組、沙河街組(沙四段、沙三段、沙一段、沙二段)、東營組(東三段、東二下段、東二上段、東一段)、新近系館陶組(Ng)、明化鎮組(明下段、明上段)及第四系平原組[7-8]。

2014年，在渤中凹陷西北緣鉆探1口井，發現了厚層油氣；2015年開始對該區進行評價，最終發現了大型油氣田，顯示緊鄰凸起邊界斷層的陡坡帶具有巨大的油氣成藏潛力。

渤中凹陷油氣成藏條件分析認為，油氣主要來自沙三段的烴源巖，沙一、二段次之[10]，儲層和蓋層均較發育[7-8]，東二下段蓋層分布廣，為區域性蓋層。但該區斷層控制油氣成藏方面的研究欠缺，因此，從斷層面形態的角度出發，探討了該區斷層面形態與油氣成藏的關系。

2 斷層特征

2.1 斷層基本特征

渤中凹陷西北緣切穿沙三段和沙一、二段的斷層主要包括邊界斷層及次生斷層(圖1)。邊界斷層沿石臼坨凸起南緣分布，西側邊界斷層走向呈北西—南東向展布，傾向為南西；東側邊界斷層走向呈南西—北東向展布，傾向為南東。次生斷層主要呈南西—北東向展布，傾向為南東，局部次生斷層西側呈南西—北東向展布，東側呈北西—南東向展布。

圖1 研究區切穿油源的斷層平面分布

2.2 斷層面剖面形態特征

油氣從烴源巖排出后，沿著邊界斷層向上運移的過程中，受到斷層剖面形態制約。地震剖面上，邊界斷層主要以鏟式和座椅式斷層為主，邊界斷層的局部位置未切穿新近系。利用三維地震資料，對渤中凹陷西北緣邊界斷層22個位置淺層與深層之間轉折帶及新近系的斷層坡度進行了統計(圖2)，并分析了斷層剖面形態以及斷層坡度特征。

由圖2可知，渤中凹陷西北緣邊界斷層轉折帶主要發育在古近系、新近系斷層，坡度均比古近系轉折帶陡，具有鏟式下凹和座椅式下凸等2種斷層剖面形態。在L1、L12、L21、L22等4處新近系邊界斷層不發育，即上述4處的斷層僅在古近系發育。由西向東，沿斷層走向，斷層坡度具有陡—緩交替變化的特點。斷層轉折帶整體上表現為西陡東緩的特點，且東部與西部坡度差別較大；新近系亦具有西陡東緩的特點。以L9與L10之間為界，西部斷層坡度整體大于33.0 °，平均坡度為45.3 °；東部斷層坡度整體小于33.0 °，平均坡度為30.5 °。

圖2 研究區斷層剖面坡度

2.3 斷層面平面形態特征

斷層面在平面上具有凹凸不平的特征，根據斷層面在平面上的形態特征及其對油氣輸導的作用，在前人對斷層面平面形態劃分的基礎上[5-6]，將斷層面平面形態劃分為發散型、匯聚型、均勻型和復合型(圖3)。以凸起為參照對象，發散型的斷層面平面形態具有向上凸的特征，匯聚型的斷層面平面形態表現為向上凹的特點，均勻型的斷層面平面形態具有與斷層頂界面平行的特征，復合型的斷層面平面形態具有前3種形態中2種或2種以上的組合特征。按照斷層面剖面上部與下部的陡—緩關系，可進一步將發散型、匯聚型、均勻型斷層面對應的剖面形態劃分為下凹型、平直型、上凸型；而復合型由于屬于發散型、匯聚型、均勻型之間的組合類型，斷層剖面上部和下部之間存在一個很明顯的過渡帶，往往以座椅型的形態發育。

圖3 斷層面平面形態與油氣運移的關系

在地震資料解釋的基礎上，對渤中凹陷西北緣沙三段烴源巖之上的斷層面進行追蹤，進而得到了斷層面在平面展布上的形態(圖4)。研究表明，渤中凹陷西北緣邊界斷層發育匯聚型、均勻型、發散型和復合型等4種斷層面平面類型。匯聚型、均勻型和發散型斷層面平面形態在剖面上發育上陡下緩的鏟式下凹型正斷層；復合型斷層面平面形態在剖面上發育上陡下緩且中間存在明顯臺階的座椅式正斷層。

3 斷層面形態與油氣分布的關系

渤中凹陷西北緣在館陶組至明化鎮組下段時期，烴源巖逐漸由低熟進入成熟階段，在明化鎮組下段時期開始排烴[10]，而從明化鎮組上段至今，烴源巖進入高成熟階段，開始大量排烴[10]。油氣在幕式充注條件下，斷層面上承載著上覆地層壓力，不同斷層面剖面形態對油氣的封堵能力不同，因此，斷層面剖面形態的差異性對中淺層油氣運移具有重要影響[5]；斷層面平面形態的凹凸不平造成油氣沿斷層面運移時具有明顯差異性，油氣由高勢區向低勢區運移，且總是向勢能減小最快的方向運移，并在低勢區的圈閉內聚集油氣[6]。

渤中凹陷西北緣邊界斷層面剖面發育鏟式下凹型和座椅式下凸型2種類型。平面形態具有匯聚型、均勻型、發散型和復合型等4種斷層面平面類型。

圖4 研究區邊界斷層面形態與油氣輸導類型的關系

剖面上，座椅式下凸型斷層對油氣向淺層的輸導能力最差，油氣主要在古近系地層成藏，并在椅面上較富集(圖5a)；鏟式下凹型斷層對油氣向淺層的輸導能力較強，油氣主要在新近系地層成藏(圖5b)。但鏟式下凹型斷層的下部轉折帶坡度具體影響著油氣的輸導能力，渤中凹陷西北緣邊界斷層東部轉折帶坡度小于33.0 °，平均坡度為30.5 °，油氣主要分布在古近系地層，且在邊界斷層的上盤儲層中較富集(表1)；而西部轉折帶坡度大于33.0 °，平均坡度為45.3 °，斷層輸導能力非常強，油氣主要分布在新近系地層，且斷層面轉折帶的坡度越大，油氣越容易向淺層運移，在邊界斷層的下盤儲層中較富集，如B2井區(表1)。因此，斷層面剖面轉折帶的彎度越陡、越少，越有利于油氣向淺層運移并聚集；反之，有利于油氣在古近系地層聚集。平面上，當斷層在油氣輸導中作為通道時，由于斷層面平面形態不同，導致油氣運移和聚集程度具有差異性。前人研究認為，油氣沿匯聚型斷面運移時的運移量較大，沿均勻型斷面運移時的運移量中等，而沿發散型斷面運移時的運移量較小[5-6]。對渤中凹陷西北緣邊界斷層面平面形態的研究認為，該區發育匯聚型、復合型、均勻型和發散型等4種斷層面平面形態類型(圖5)，其與油氣的分布均具有一定的對應關系(表1)，匯聚型和復合型斷層面有利于油氣運移，成為油氣的主要輸導方向，在儲層中該組合較好的位置有利于油氣成藏。

圖5 研究區邊界斷層剖面形態與油氣富集層位關系

井區斷層類型斷層面形態剖面類型坡度/°平面類型顯示層段分布位置分布及規模B1邊界斷層鏟式下凹52.1匯聚型沙二段斷層上盤沙二段(薄)B2邊界斷層鏟式下凹44.2匯聚型明下段斷層下盤明下段(中等)B3邊界斷層鏟式下凹50.1匯聚型明下段斷層下盤明下段(中等)B6邊界斷層鏟式下凹34.3均勻型東二段至明下段斷層上盤明下段(薄)B7邊界斷層鏟式下凹31.2匯聚型東二段至館陶組斷層上盤東二上段(薄)B8邊界斷層鏟式下凹32.1匯聚型東三頂至館陶組斷層上盤東二段(薄)B11邊界斷層鏟式下凹36.9發散型東三上至館陶組斷層上盤館陶組(薄)B12邊界斷層座椅式下凸20.3復合型東三段至館陶組斷層上盤東三段(厚),東二上段和館陶組(薄)B15邊界斷層鏟式下凹32.1發散型東三頂至東一段、明下段斷層上盤東二段(厚)

研究區的B15井區具有發散型斷層面平面形態，在古近系地層發現了油氣，且油層厚度較大(表1)，主要原因是該井區斷層面轉折帶的坡度均小于33.0 °，斷層轉折帶對油氣的封堵能力較強，且離烴源巖比較近，有利于油氣在古近系地層聚集。斷層的斷面剖面形態和平面形態組合共同影響著油氣的運移和聚集(表1)，座椅式下凸型—復合型、坡度小于33.0 °的鏟式下凹型—匯聚型組合部位斷層面受到上覆地層壓力大，對油氣的封堵能力較強，油氣在古近系最為富集，如B12井區；坡度大于33.0 °的鏟式下凹型—匯聚型組合部位斷層面受到的上覆地層壓力較小，斷層對油氣的封堵能力弱，油氣在新近系地層較為富集，如B2井區；坡度小于33.0 °的鏟式下凹型部位斷層面受到的上覆地層壓力較大，下部烴源巖中油氣經過該組合位置較難向周圍發散，向淺層運移的能力弱，因此，油氣易在古近系地層富集，如B15井區。

4 結 論

(1) 渤中凹陷西北緣西側邊界斷層走向呈北西—南東向展布，傾向為南西；東側邊界斷層走向呈南西—北東向展布，傾向為南東。次生斷層走向主要呈南西—北東向展布，傾向為南東，局部次生斷層西側呈南西—北東向展布，東側呈北西—南東向展布。

(2) 研究區邊界斷層具有西陡東緩的特點，剖面上，烴源巖之上的邊界斷層面發育鏟式下凹型和座椅式下凸型2種剖面形態，具有古近系緩、新近系陡和東緩西陡的特點，東部坡度小于33.0 °，西部坡度大于33.0 °；平面上，發育匯聚型、發散型、均勻型和復合型等4種斷層面平面形態。

(3) 斷層轉折帶的坡度、剖面類型和平面形態組合共同影響著油氣的運移和聚集，座椅式下凸型—復合型、坡度小于33.0 °的鏟式下凹型—匯聚型斷層面組合對油氣的封堵作用較強，最有利于油氣在古近系地層富集；坡度大于33.0 °的鏟式下凹型—匯聚型組合部位斷層面有利于油氣向淺層輸導，最有利于油氣在新近系地層富集；坡度小于33.0 °的鏟式下凹型斷層面對油氣具有明顯的封堵作用，有利于油氣在古近系地層聚集成藏。

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編輯 王 昱

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.05.010

20160406；改回日期：20160705

國家科技重大專項“近海隱蔽油氣藏勘探技術”課題部分研究成果(2011ZX05023-002)

龐小軍(1985-)，男，工程師，2008年畢業于中國石油大學(華東)地質學專業，2011年畢業于該校地質學專業，獲碩士學位，現從事石油地質方面的研究。

TE121.3

A

1006-6535(2016)05-0043-05