遼河灘海地區東部構造演化與潛山帶內幕油氣聚集

王 純， 張 研， 吳小洲， 馬曉宇， 黃昱丞， 宋志慧

( 中國石油勘探開發研究院，北京 100083 )

遼河灘海地區東部構造演化與潛山帶內幕油氣聚集

王 純， 張 研， 吳小洲， 馬曉宇， 黃昱丞， 宋志慧

( 中國石油勘探開發研究院，北京 100083 )

郯廬斷裂帶在前古近紀及新生代分別發生左旋走滑和右旋走滑運動，造成遼河灘海地區東部的構造演化過程相對復雜。利用地震資料精細解釋、構造分析和儲層預測等方法，分析遼河灘海地區東部構造演化過程及潛山油氣運聚。結果表明：前古近紀時期NE向左旋走滑的燕南、燕東斷層，以及EW向的中—古生代斷層形成燕南潛山帶的內幕形態，潛山帶北部內幕圈閉奧陶系儲層厚度大、裂縫發育程度高；始新世時期東部凹陷沉積研究區烴源巖地層；漸新世時期燕南斷層右行走滑影響潛山帶的平面及縱向形態，并開啟油氣往潛山內幕圈閉運移的通道。該研究為下遼河—遼東灣地區的潛山勘探提供參考。

遼河灘海東部； 構造演化； 潛山內幕； 油氣運移

0 引言

郯廬斷裂帶是縱貫中國東部大陸邊緣的一條巨型斷裂帶，按照展布范圍進行分段[1-2]，渤海灣地區通常稱為下遼河—渤海灣段。郯廬斷裂帶自中生代起一直在活動[3]，早始新世時期由左行走滑變為右行走滑[4]。郯廬斷裂帶的走滑活動，以及受地幔拱張引發的盆地伸展斷陷共同控制下遼河—遼東灣坳陷及次級構造的形態及特征[5]。新生代以來的走滑作用還改造或者影響盆地的伸展斷層[6]。遼河油田灘海地區是下遼河坳陷與遼東灣之間的海陸過渡區域，也是遼河油田重點勘探接續區。受郯廬斷裂帶走滑作用影響，構造特征復雜，制約主體構造單元——燕南潛山帶油氣勘探。

燕南潛山帶的油氣藏分為披覆層油氣藏和潛山油氣藏，鉆井揭示東部地區烴源巖發育，并且在中淺層區域有油氣發現。渤海灣盆地奧陶系潛山以斷面輸油為主的“新生古儲”油氣藏是普遍存在的[7]，鉆井結果也證實燕南潛山內幕奧陶系地層有規模儲層發育。潛山油氣勘探面臨潛山帶構造樣式認識不清、潛山帶的構造演化過程存在爭議和構造演化與油氣運聚之間關系需要梳理等問題。

構造演化分析與潛山內幕結構研究是灘海地區東部勘探取得突破的關鍵。基于灘海地區東部燕南潛山帶中部疊前深度偏移地震資料，以及東部研究區疊前時間偏移地震資料的解釋成果，筆者分析灘海東部地區的構造特征，研究潛山內幕構造，劃分研究區前古近紀—新生代構造演化階段，推斷燕南潛山的形成時間，明確內幕圈閉特征與儲蓋條件，梳理構造演化與潛山油氣的成藏的關系，為灘海東部地區勘探提供參考。

1 區域地質概況

渤海灣盆地是一個中、新生代的疊合盆地，新生代的裂谷盆地可劃分為三個構造區：西部走滑伸展、中部晚期拉張和東部走滑為主構造區。下遼河—遼東灣坳陷位于盆地的東北部，東、西邊界為膠遼隆起與山海關隆起，整體走向為NE向展布的狹長狀條帶，自東而西為 “三凸兩凹”的構造單元格局。灘海地區為海陸過渡區，與下遼河—遼東灣坳陷的構造特征相比，既有統一性也有獨特性。其東部地區主要由東部凹陷、燕南潛山帶及燕東洼漕組成，東部凹陷是海上遼中凹陷的自然延伸；燕南潛山帶是遼東凸起的陸上延續；燕東洼漕南與遼東凹陷相接，向北逐漸消失(見圖1)。

圖1 研究區構造位置Fig.1 The structral location map of research area

地震資料成果及鉆井資料顯示，燕南潛山面上覆蓋較薄的古近系沙河街組和東營組、新近系館陶組和明化鎮組地層，潛山內幕地層目前已知鉆遇的下古生界下馬家溝組，以及部分亮甲山組地層，根據地震資料反射特征，推斷其下部可能存在奧陶系及寒武系地層。潛山兩側地層沉積主要受NE走向的燕南、燕東斷層控制(見圖2)。燕南斷層傾向NW，是在前古近系左行走滑斷層基礎上發育的伸展斷層，并在后期受右行走滑作用改造[8]，其拉張走滑運動控制燕南潛山西側東部凹陷的沉積充填，在沙河街組沉積時期具有鏟式正斷層特征，而后受到走滑改造，東部凹陷整體形態為一東斷西超半地塹；凹陷自下而上完整發育沙河街組、東營組、館陶組和明化鎮組地層，其中具有相當厚度規模的沙河街組與東營組地層是研究區主要生烴類層段。燕東斷層潛山東側的控洼斷層傾向SE，規模比燕南斷層的較小，活動程度及時間與燕南斷層有差異，燕東洼槽的構造演化主要受它控制；燕東洼漕整體形態為西斷東超半地塹，延伸至海域部分遼東凹陷后規模變大，主要沉積沙河街組(晚期)、東營組、館陶組和明化鎮組地層。灘海地區的地層序列見表1。

圖2 遼河灘海東部地區的地震剖面(位置見圖1)Fig.2 Liaohe eastern offshore area seismic profile (position in fig.1)

表1 遼河灘海地區地層序列

2 構造演化及潛山構造特征

人們將遼東灣地區構造演化分為前古近紀古構造運動階段、古近紀裂谷階段和新近紀—第四紀后裂谷階段[9]。灘海東部地區構造演化過程分為四個時期：Ⅰ期(前古近紀:印支—燕山)，為潛山內幕結構構造演化時期；Ⅱ期(始新世)，是以伸展斷陷活動為主的時期；Ⅲ期(漸新世)，走滑作用對伸展斷層發生改造作用時期；Ⅳ期(新近紀)，為剪切走滑作用發生時期。

2.1 前古近紀構造演化

2.1.1 基底構造演化

區域上，古生代以來渤海灣盆地基底主要經歷海西期、印支期和燕山期三次大規模的構造運動，奧陶系潛山內幕主要分布在印支期和燕山期構造活動較弱的地區[10]。

印支期華北板塊與揚子板塊發生自西向東的剪刀式俯沖拼接，華北克拉通東西分異，東部的渤海灣地區整體抬升，應力場由早二疊世的伸展環境向擠壓環境轉換，形成NWW或EW向逆斷層及背斜[11]。研究區處于抬升剝蝕或沉積間斷的狀態，潛山地層缺失三疊系和侏羅系；在燕山運動時期，西太平洋板塊活動，伊澤奈吱板塊對華北板塊NWW向俯沖，深部地幔上涌，巖石圈減薄，中國東部進入陸內斷陷盆地發育期，郯廬斷裂帶在這個時期發生左行走滑[12]，并沉積相對較厚的白堊系地層，研究區發育NE向的左行走滑斷層——燕南和燕東斷層。燕山末期受左行走滑影響，白堊紀地層發生抬升并遭受一定程度的剝蝕(見圖3)。

圖3 遼河灘海東部地區的地震剖面(剖面位置見圖4)Fig.3 Liaohe eastern offshore area seismic profile(position in fig.4)

2.1.2 潛山構造特征

燕南潛山內幕鉆遇中生界、古生界地層。鉆井資料證實，上古生界石炭系與下古生界奧陶系之間為假整合接觸，儲層主要集中發育于奧陶系地層。潛山帶中部疊前深度偏移的地震資料解釋成果表明，燕南潛山中—古生界構造樣式為近EW向古斷裂控制的斷階，潛山形態為NE向走滑斷裂控制的地壘(見圖3-4)：燕南潛山帶高部位中—古生界地層厚度大，在地層沉積時期處于古地貌的高部位；近EW向的中—古生界斷裂與燕南、燕東斷層一起形成潛山內幕斷塊構造，而EW向斷裂并未斷穿中生界地層頂面，說明新生代構造運動對潛山形態及內幕改造僅限于儲層裂縫改造作用(見圖4)。

2.2 新生代構造演化

前古近紀時期的基底演化形成潛山內幕的基本結構，新生代郯廬斷裂帶的右旋走滑活動,以及地幔上涌引起盆地拉張伸展使得新生代的構造演化過程相對復雜。燕南潛山帶實際上是在漸新世的中后期真正形成的。

2.2.1 始新世

始新世時期，發生區域性的裂陷作用，遼東灣應力環境以NWW-SEE向區域引張為主[13]。灘海地區處于盆地斷陷沉積階段，疊加一定的走滑作用。灘海東部地區總體上處于弱走滑強拉張時期，在繼承前古近系斷層的基礎上，燕南斷層繼續發育而成為NE向的鏟式正斷層，控制潛山西側東部凹陷的沉積。這個時期燕東斷層并沒有開始活動，燕東洼槽并未形成(見圖5)。

圖4 研究區前古近紀斷裂體系

圖5 研究區始新世早期斷裂體系

2.2.2 漸新世

漸新世時期，灘海地區處于盆地斷陷向坳陷轉換階段，伸展作用相對減弱，走滑作用增強。灘海東部地區東部凹陷內，由于走滑作用形成NEE向雁列次級斷層，由深至淺斷距逐漸減小，部分與燕南斷層呈“入”字型斜交(見圖6-7)；走滑—拉張斷層——燕東斷層在這一階段開始強烈活動，控制燕東洼槽的沉積演化。

燕南潛山在漸新世的中后期形成，走滑斷裂在平面“正S型”區域產生走滑擠壓作用，在“反S型”區域產生走滑拉張作用[14-16]，因此燕南潛山受郯廬斷裂右旋走滑影響，在剖面上燕南斷層直接表現出拉張正斷，以及擠壓翻轉的高角度斷層甚至是逆斷層，潛山平面走向具有扭動特征。在研究區新生界基底圖上，走滑擠壓作用區域地層相對走滑拉張有地層沉降變低的現象(見圖8)。平面上，燕南潛山帶走向為南、北兩段走向受走滑擠壓影響為NNE向，中段走向受走滑拉張影響為NE向。縱向上，鉆井揭示燕南潛山在漸新世抬升成型，東部凹陷內充填完整的古近系及新近系地層，潛山頂面缺失沙河街組一、二段地層及東營組三段、一段地層，燕東洼漕缺失沙河街組三段及東營組一段地層，說明燕南潛山在始新世晚期及漸新世晚期存在沉積間斷或剝蝕，燕東洼漕從始新世晚期開始接受沉積(見表2)。在沿潛山走向的地震剖面(見圖9)上，潛山面高低起伏——南北兩頭高、中間較低。沙河街組及東營組地層超覆在潛山面上，推測潛山帶古地貌為北高南低。在潛山整體抬升過程中，潛山帶北部受走滑擠壓抬升的潛山面明顯高于中部的。

圖6 研究區漸新世早期斷裂體系

圖7 研究區漸新世晚期斷裂體系

圖8 遼河灘海地區東部基底立體顯示Fig.8 3D graph of Liaohe eastern offshore area basement

2.2.3 新近紀

新近紀館陶組—明化鎮組沉積時期，處于盆地拗陷階段，接受區域披蓋式沉積[17-19]。這一階段是淺層的燕東東走滑斷層強烈活動時期，其剪切走滑作用對燕東、燕南斷層有較強的羽化改造作用，程度由東向西減弱，表現為雁行式斷層組合，與燕東東走滑斷層帶呈小角度相交(見圖10)。

3 潛山油氣運聚

3.1 儲層條件

3.1.1 潛山儲層

根據渤海灣盆地油氣分布，潛山成藏要素中的烴源巖和油氣運移通道在渤海灣盆地是普遍存在的，潛山油氣聚集的差異性主要取決于儲層的儲集性能[20]。

表2 灘海地區東部地層分布

燕南潛山奧陶系潛山儲層以變質巖為主，儲集性能與裂縫發育程度有關，而裂縫的發育多與構造運動有關，前古近紀的基底演化控制燕南潛山圈閉的形成，新生代的構造演化并沒有破壞潛山圈閉的形態，只是改造儲層中裂縫。印支運動發生在上古生界地層沉積后，下古生界奧陶系地層沒有經歷渤海灣盆地主要剝蝕—巖溶期(印支期和燕山期)直接的風化淋濾，大規模溶蝕特征不明顯，但是碳酸鹽巖脆性強，構造運動對儲層裂縫改造作用強，儲集空間的孔隙以古近紀形成的裂縫為主；并且成巖后生作用對儲層孔滲性能改善作用明顯，尤其是地層水的溶解作用。灘海地區各區域潛山內部地層的鉆探和取心也證實，奧陶系儲層以裂縫儲集空間為主(見圖11)。

圖9 遼河灘海地區東部地震剖面(剖面位置見圖8)Fig.9 Liaohe eastern offshore area seismic profile (position in fig.8)

圖10 上新世—更新世斷裂體系Fig.10 Plio-Pleistocene faults system

研究區潛山帶只有YN1井鉆遇古生界地層，揭示潛山帶儲層發育狀況：鉆至井深1 904.50 m處開始漏失，鉆至井深1 907.20 m處地層嚴重漏失，共漏失泥漿120 m3。試油結果表明：1 902.47～1 918.00 m層段日產水可達212.83 m3，證明存在規模儲集空間。

3.1.2 潛山圈閉

燕南潛山的整體形態為受NE向燕南、燕東走滑斷層控制的“S”型的地壘，內部結構為受到EW向斷裂控制的斷塊。為研究斷塊儲層分布范圍，利用疊前深度偏移地震資料進行儲層厚度及裂縫預測，表明燕南潛山內幕型儲層特點：(1)在新資料區的北部儲層厚度大(見圖12(a))，與在古地貌高部位古生界儲層發育的分析是一致的；(2)裂縫發育主要受構造及控山斷層(燕南、燕東斷層)展布形態的影響(見圖 12(b))，而潛山的裂縫發育程度對油氣富集具有明顯的控制作用[10]。

圖11 遼河灘海地區潛山鉆井取心Fig.11 Drilling coring in Liaohe offshore area

裂縫發育位置集中于燕南、燕東斷層位置及研究區北部，因此燕南潛山帶的有利圈閉可能位于研究區北部潛山內幕斷塊構造的裂縫儲層發育位置。同時，覆蓋古生界地層的中生界地層是以大段泥巖和火山巖沉積為主的，兩者配合可以形成燕南潛山內幕型的儲蓋組合。

3.2 油氣運移

東部凹陷烴源巖生成的油氣向燕南潛山內幕斷塊圈閉縱向運移通道為燕南斷層，在圈閉內部橫向運移依靠內幕儲層發育的裂縫。

漸新世時期，灘海地區東營組、沙河街組的烴源巖已經成熟[21]，受到郯廬斷裂走滑運動影響，燕南斷層斷面開啟而形成輸導通道。區域上，渤海灣盆地普遍存在超壓現象[22-23]，遼東灣地區5口井鉆遇東營組發現超壓，欠壓實超壓層段起始深度為2 370～2 689 m，壓力因數最高達1.93[24]，超壓是油氣由烴源巖向儲層運移的有利條件。東部凹陷KS1井東營組三段及YN1井古生界儲層的壓力因數分別為1.21和0.99，從而形成超壓，油氣可以沿著切過油源的燕南斷層向潛山及淺層運移和聚集(見圖13)。燕南潛山的奧陶系儲層內部裂縫發育表明，內幕儲層在具備規模的儲集空間內也具有良好的輸導能力，能夠構成潛山內幕輸導體系(見圖12)。

圖12 遼河灘海東部地區燕南潛山古生界儲層預測Fig.12 Reservoir prediction of Yannan buried hill in Liaohe offshore area

圖13 燕南潛山油氣運移模式剖面(剖面位置見圖4)Fig.13 Model profile of Yannan buried hill hydrocarbon migration(position in fig.4)

在潛山縱向通道“燕南斷層”及內部通道“裂縫”的相互配合下，東營組、沙河街組生成的油氣可以在漸新世中晚期，即右旋走滑主要活動時期，沿著由走滑活動開啟的燕南斷層面運移至潛山斷塊圈閉而成藏。

4 結論

(1)遼河灘海地區東部主要經歷四期構造演化。前古近紀時期，印支—燕山構造運動控制潛山內幕地層的分布及斷塊圈閉的形成；始新世時期為東部凹陷形成時期；漸新世中期，受到走滑作用影響，東部凹陷出現明顯走滑現象，燕東洼漕形成，燕南潛山帶抬升成型，在“正S型”區域產生走滑擠壓作用，在“反S型”區域產生走滑拉張作用；新近紀時期，燕東東斷層走滑斷層強烈活動，影響淺層構造形態。

(2)燕南潛山的內幕儲層為奧陶系碳酸鹽巖地層，北部古地貌高部位儲層發育厚度大， 儲集空間以裂縫為主，裂縫受到新生代構造活動的影響，展布形態與控山斷層(燕南、燕東斷層)有關，與中生界大段泥巖和火山巖形成潛山內幕型的儲蓋組合。

(3)燕南潛山奧陶系內幕有兩種油氣運移輸導通道：“縱向通道”——燕南斷層形成的外部縱向輸導通道在超壓作用下，與燕南潛山“內部通道”——裂縫配合輸導油氣。漸新世中晚期，東部凹陷東營組、沙河街組生成的油氣，沿著由右旋走滑運動開啟的燕南斷層運移至潛山斷塊圈閉而成藏。

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2016-10-24；編輯：劉麗麗

王 純(1985-)，男，博士研究生，工程師，主要從事地質—地球物理綜合方面的研究。

P618.13

A

2095-4107(2017)01-0043-09

DOI 10.3969/j.issn.2095-4107.2017.01.005