潿西南凹陷構(gòu)造演化特征及潛山裂縫預(yù)測

焦立波，楊希冰，鄧勇，趙順蘭，趙亞卓，馮士信

(中海石油(中國)有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057)

潿西南凹陷處在北部灣盆地北部坳陷中，屬于中古生界基底上發(fā)育起來的伸展斷陷盆地[1](圖1)。經(jīng)歷了多年的勘探，在A1、A2、A3、A4構(gòu)造上，基底內(nèi)幕上古生界灰?guī)r地層中有不同程度的油氣顯示，特別是A1構(gòu)造，鉆井揭示為晚石炭世灰?guī)r地層，屬于裂縫溶洞型儲層。A1構(gòu)造是以塊狀縫洞為主的底水碳酸鹽巖古潛山油藏，測試產(chǎn)能高，開發(fā)生產(chǎn)效益好。但是在A2、A3、A4構(gòu)造上已鉆井揭示，基底灰?guī)r非均質(zhì)性強(qiáng)，儲層變化快。目前，地震資料對基底內(nèi)幕的成像效果較差，古生界地層之間的界面難以追蹤。凹陷構(gòu)造演化對盆地形成、縫洞發(fā)育的影響認(rèn)識尚淺，特別是潿西南斷裂、1號與2號斷層的形成與演化，直接控制了古巖溶地貌與凹陷形成。基底灰?guī)r潛山作為勘探的新層系與新領(lǐng)域，具有較大的現(xiàn)實意義。

圖1 潿西南凹陷構(gòu)造綱要圖

潿西南凹陷不同區(qū)帶基底埋深差異較大，受鉆遇基底的已鉆井?dāng)?shù)量、地震采集參數(shù)和地震資料處理技術(shù)等因素的限制，基底面以下成像較差。依據(jù)現(xiàn)今掌握的地震資料，對基底的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和地層分布難以確定和判斷，對于該種情況，只能從凹陷或更大的尺度上，結(jié)合凹陷圍區(qū)地層的出露情況、區(qū)域構(gòu)造形態(tài)、地質(zhì)背景及凹陷內(nèi)部鉆井揭示地層情況，本著由陸及海、由盆緣向盆內(nèi)的推導(dǎo)原則，對凹陷內(nèi)中古生界的地層情況進(jìn)行合理推斷，分析總結(jié)凹陷演化特征，進(jìn)一步分析對古巖溶地貌的形成與縫洞發(fā)育情況。

1 潿西南凹陷及圍區(qū)基底地層推斷

關(guān)于潿西南凹陷基巖性質(zhì)，前人曾多次進(jìn)行過研究與推測，先后在A1、A3、A4構(gòu)造上鉆遇石炭系灰?guī)r潛山，獲得高產(chǎn)油氣流。結(jié)合前人所做的工作、圍區(qū)的露頭資料以及凹陷內(nèi)部鉆井鉆遇地層情況，對凹陷及圍區(qū)的基底地層進(jìn)行了推斷(圖2)。

圖2 潿西南凹陷及圍區(qū)基巖地層推斷圖

2 潿西南凹陷構(gòu)造演化特征

潿西南凹陷處在北部灣盆地北部坳陷中，屬華南板塊南緣，盆地西緣受控邊斷裂——潿西南斷裂控制。據(jù)華南板塊前新生代的構(gòu)造格架分析，潿西南斷裂是北流-合浦?jǐn)嗔严蚝^(qū)的延伸，因為受其控制的合浦盆地在石油構(gòu)造上與北部灣盆地有相似的特征。潿西南斷裂最早形成于加里東期，與區(qū)域上NE向展布的廉江-信宜斷裂同期形成，屬于加里東期北東向的逆沖斷裂體系；印支期-燕山早中期表現(xiàn)為左旋壓剪，燕山晚期-喜山早期表現(xiàn)為右旋張剪，具走滑性質(zhì)[2～7]。筆者結(jié)合區(qū)域構(gòu)造格架、盆緣露頭和盆地內(nèi)部的鉆井信息，對潿西南凹陷自早古生代以來進(jìn)行了構(gòu)造演化史分析(圖3)。

1)加里東期(寒武紀(jì)-志留紀(jì)) 早古生代，北部灣盆地是華南準(zhǔn)地臺的一部分，為地槽發(fā)展階段，地殼主要以垂直升降為主，斷裂與褶皺均不發(fā)育，接受了一套淺海相類復(fù)理石的沉積建造。志留紀(jì)末期，受加里東運(yùn)動的影響，北西-南東向擠壓，地殼抬升增厚，地槽褶皺回返，進(jìn)入準(zhǔn)地臺的發(fā)展階段。區(qū)域上以寬緩背向斜相間發(fā)育、北東向區(qū)域斷裂開始形成為特點(diǎn)，潿西南斷裂在該期形成，并向北東延伸至陸上。潿西南凹陷處在復(fù)式向斜區(qū)；現(xiàn)今潿西南1號斷層處在向斜軸部，構(gòu)造縫極其發(fā)育。

圖3 潿西南凹陷1號斷層帶構(gòu)造發(fā)育史剖面圖

2)海西期(泥盆紀(jì)-石炭紀(jì)) 早泥盆世，區(qū)域上還保持加里東期逆沖推覆的古地形，潿西南凹陷西北部和東南部的背斜軸部開始接受剝蝕，向斜區(qū)沉積了一套碎屑巖沉積；中泥盆世，受海西運(yùn)動的影響，區(qū)域性沉降，開始進(jìn)入準(zhǔn)地臺發(fā)展的新階段。海水沿加里東運(yùn)動形成的復(fù)式向斜區(qū)侵入，形成了一套濱海相碎屑巖和淺海相碳酸鹽巖為主的沉積建造，直至石炭紀(jì)末期。

3)印支期(二疊紀(jì)-早白堊世) 二疊紀(jì)-中三疊世末期，受印支運(yùn)動的影響，南東向北西強(qiáng)烈擠壓，原來加里東期北東向斷裂重新激活，形成了一系列以北東向為主的逆沖推覆構(gòu)造，構(gòu)造活動較加里東期更加劇烈。全區(qū)開始接受剝蝕，直至中晚白堊世，潿西南凹陷自北西向南東有不同程度的剝蝕；A1、A2、A3構(gòu)造等都在印支期所形成，屬于印支期剝蝕后的古殘山；剝蝕期間，A1、A2、A3、A4構(gòu)造等接受了長達(dá)150Ma的風(fēng)化、淋濾與剝蝕，特別是A1、A2構(gòu)造緊靠1號斷層，垂向淋濾作用強(qiáng)烈，屬于垂向溶蝕孔洞縫發(fā)育階段。

4)晚白堊世-古新世 晚白堊世-古新世，區(qū)域性北西-南東向拉張，潿西南大斷裂開始反轉(zhuǎn)回滑，活動強(qiáng)度表現(xiàn)在西南強(qiáng)，逐漸向北東減弱，接受了沖積扇相的長流組沉積；印支期的古殘山在區(qū)域拉張作用下，張性裂縫發(fā)育；此間，A1構(gòu)造沒入水下，開始進(jìn)入埋藏階段，而A2構(gòu)造依然處于暴露淋濾溶蝕階段，垂向溶蝕縫洞發(fā)育。

5)始新世 1號斷層在始新世早期開始反轉(zhuǎn)回滑，接受流三段沉積；始新世中晚期，1號斷層持續(xù)沉降，2號斷層開始反轉(zhuǎn)回滑，1號斷層活動強(qiáng)于2號斷層，構(gòu)造活動表現(xiàn)為弱-強(qiáng)-弱，接受流一段和流二段的沉積，水體升降動蕩頻繁，而A1、A2、A3構(gòu)造在塊體差異沉降的作用下被動隆起成高部位，水體經(jīng)過斷層向基巖內(nèi)部橫向溶蝕，水平溶蝕縫洞極為發(fā)育。該時期，A2構(gòu)造一直處在垂向暴露淋濾與橫向溶蝕階段，直至古近紀(jì)末。綜合以上分析，始新世水平溶蝕階段至少可識別出2個古潛水面。

6)漸新世 漸新世早中期，凹陷依然保持著持續(xù)斷陷的構(gòu)造格局，但該時期2號斷層的活動強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，且強(qiáng)于1號斷層，漸新世構(gòu)造活動表現(xiàn)為弱-強(qiáng)-弱，潿洲組表現(xiàn)為粗-細(xì)-粗的沉積旋回，水體升降頻繁；與流沙港組有著相似的演化特點(diǎn)，漸新世水平溶蝕階段至少可識別出2個古潛水面；漸新世末，受南海運(yùn)動的影響，凹陷全區(qū)開始抬升，潿洲組有不同程度的剝蝕。

7)新近紀(jì)-現(xiàn)今 進(jìn)入新近紀(jì)，區(qū)域性沉降開始，全區(qū)進(jìn)入坳陷埋藏階段，開始接受新近系與第四系的沉積，直至現(xiàn)今。

3 構(gòu)造演化與縫洞發(fā)育的關(guān)系

潿西南凹陷自上古生界至今經(jīng)歷了多期的構(gòu)造運(yùn)動，斷裂與褶皺較發(fā)育，目前依據(jù)鉆井情況來看，縫洞類型多樣，巖溶縫洞和構(gòu)造縫洞均有發(fā)育。巖溶縫洞主要與構(gòu)造運(yùn)動造成古地形的改變，形成巖溶高地、巖溶斜坡和巖溶盆地等巖溶帶；構(gòu)造縫多與應(yīng)力的釋放有關(guān)，在斷層和褶皺發(fā)育的地區(qū)，裂縫往往是較為發(fā)育的。

圖4 潿西南凹陷古巖溶模式圖

3.1 潿西南凹陷巖溶發(fā)育模式

前已述及，印支期的強(qiáng)烈的南東-北西向逆沖推覆擠壓，整個中生代都在接受風(fēng)化淋濾剝蝕，縫洞主要以垂向淋濾為主(圖4)。

潿西南凹陷在晚白堊-古新世早期開始拉張形成，進(jìn)入斷陷-拗陷發(fā)展的新階段。在1號和2號斷層反轉(zhuǎn)回滑，斷陷湖盆開始形成，水體深處緊靠斷面，向上升盤石炭系灰?guī)r內(nèi)幕橫向溶蝕，斷陷期上升盤被動隆起期次多，古潛水面上下溝通，與垂向巖溶裂縫形成孔洞縫網(wǎng)絡(luò)，水平縫洞極其發(fā)育。

始新世和漸新世2期拉張斷陷，活動強(qiáng)烈，水體升降頻繁，對裂縫的發(fā)育提供了很好的條件；1號和2號斷層帶上升盤被動隆起，A2構(gòu)造依然暴露，繼續(xù)接受垂向淋濾作用，垂向縫洞發(fā)育良好。地下裂縫溝通，暗河發(fā)育，水系從1號斷層帶上升盤地表或從上升盤地下暗河注入下降盤的湖盆中，1號斷層帶下降盤扇體極其發(fā)育。

3.2 構(gòu)造應(yīng)力場與構(gòu)造縫發(fā)育分析與評價

裂縫預(yù)測方法是針對裂縫集合所構(gòu)成的裂縫系統(tǒng)，而不是指單條裂縫。在同一應(yīng)力場作用下，破裂方向和破裂方式主要取決于局部應(yīng)力場和裂痕分布，但優(yōu)勢方向仍受統(tǒng)一應(yīng)力場的控制。因此，裂縫預(yù)測的內(nèi)容是指裂縫群或裂縫集合發(fā)育程度和優(yōu)勢發(fā)育方向。構(gòu)造裂縫可以分為兩類：一類是與斷層有關(guān)的裂縫；一類是與褶皺有關(guān)的裂縫。當(dāng)巖石受構(gòu)造應(yīng)力擠壓時，中性面以上部位承受拉張應(yīng)力而形成張裂縫，中性面以下則承受擠壓力形成壓裂縫。

目前，關(guān)于構(gòu)造裂縫的預(yù)測，方法用的較多的是選擇裂縫敏感度高的地震屬性來分析裂縫。常規(guī)的屬性較多的是通過利用相干體技術(shù)來預(yù)測斷裂，間接預(yù)測裂縫的存在。但是，相干體技術(shù)更加強(qiáng)調(diào)與斷裂相關(guān)的裂縫預(yù)測，對與褶皺相關(guān)的裂縫預(yù)測較為薄弱。曲率法是用來表征層面上某一點(diǎn)處變形彎曲程度，是根據(jù)巖性發(fā)生形變與曲率的關(guān)系來預(yù)測張裂縫的分布，一般曲率越大，張應(yīng)力也應(yīng)越大，張裂縫也越發(fā)育，曲率可間接反映張裂縫的多少(相對值)。該次研究筆者選取最大正曲率屬性來進(jìn)行預(yù)測。最大正曲率是法曲率(與層面正交的平面所定義的曲率屬性即最有用的曲率屬性)中最大的正曲率稱為最大正曲率，它能放大層面中的斷層信息和一些小的線性構(gòu)造[8]。

對A1和A2構(gòu)造及圍區(qū)，進(jìn)行了斷裂和裂縫預(yù)測(圖5)。潿西南凹陷進(jìn)入新生代后，區(qū)域3期伸展應(yīng)力在凹陷中均有體現(xiàn)。分別針對A1和A2構(gòu)造及圍區(qū)，編制了基底沿層相干切片和沿層最大曲率切片。從相干切片上可以看出，3期應(yīng)力的釋放，在2個構(gòu)造位置均有一定的響應(yīng)，構(gòu)造的總體走向自南西向北東，并且有向北東方向逐漸轉(zhuǎn)彎的跡象，這與區(qū)域應(yīng)力方向順時針變化是匹配的。現(xiàn)在所能看到的是構(gòu)造運(yùn)動的疊加效果，裂縫的發(fā)育往往受到后期構(gòu)造運(yùn)動的改造。裂縫的形成是早期印支期強(qiáng)烈的擠壓在新生代伸展反轉(zhuǎn)回滑，原來的壓剪開始張開，張剪裂縫進(jìn)一步發(fā)展，后期的3期張裂加劇了裂縫的形成，為油氣藏的形成提供了良好的基礎(chǔ)。

圖5 A1、A2構(gòu)造及圍區(qū)構(gòu)造縫地震響應(yīng)特征與區(qū)域應(yīng)力變化

4 結(jié)論

1)潿西南凹陷經(jīng)歷了多期多幕、多重構(gòu)造性質(zhì)的構(gòu)造運(yùn)動，構(gòu)造復(fù)雜多樣。1號斷層帶和2號斷層帶具有相似的構(gòu)造特征，均是印支期南東-北西向逆沖推覆形成的逆斷層在新生代反轉(zhuǎn)回滑所形成的張性斷層。基底內(nèi)幕縫洞較為發(fā)育，縫洞類型主要有兩類，一類是構(gòu)造縫，一類是巖溶縫洞。構(gòu)造縫主要是在印支期擠壓和新生代的拉張中所形成，靠近斷層和褶皺軸部較為發(fā)育；巖溶縫洞主要是在中生代漫長的風(fēng)化淋濾和新生代拉張形成的巖溶古地貌控制下所形成。

2)構(gòu)造運(yùn)動控制了基底灰?guī)r潛山的古地貌，為巖溶縫洞的發(fā)育提供了條件。1號斷層帶和2號斷層帶在新生代伸展過程中，巖溶相帶層次清晰完整，利于縫洞的發(fā)育，是潿西南凹陷勘探的新領(lǐng)域。

3)潿西南1號斷層帶A2構(gòu)造區(qū)是裂縫發(fā)育的有利區(qū)帶。

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