萊州灣凹陷東北洼“走滑-伸展”復合斷裂控藏機理及勘探啟示

石文龍，牛成民，楊 波，王利良，鄧 輝，王 航，張德龍

[中海石油(中國)有限公司 天津分公司，天津 300452]

隨著渤海海域渤南探區勘探程度的不斷提高，渤南探區儲量探明程度超過40%，儲量發現率達到60%，規模型勘探發現難度越來越大。目前，在邊緣洼陷勘探程度相對較低，是取得規模型油田突破的重要潛力區域，但是存在一定的勘探難題，風險較大。萊州灣凹陷東北洼為受郯廬走滑斷裂與近東西向伸展斷裂共同控制的一個邊緣洼陷[1-6]，初期預探揭示較好的勘探潛力，但在初期評價遇到瓶頸，沉寂多年未取得規模突破。歸結起來主要面臨三方面的難題。首先，該區域受走滑-伸展雙重構造應力控制，影響有效圈閉的落實與優選；其次，走滑主斷層油氣運移控制作用認識尚不完善，傳統認為走滑主斷裂只起封堵作用，油氣能否通過主走滑斷層向斜坡區運移是斜坡帶下步展開目標評價的關鍵；再次，以伸展為主的區域與以走滑應力區油氣富集機制具有明顯差異性，如何在復雜構造區尋找高豐度油氣富集塊是高效評價的關鍵。本文從成因機制入手，深化走滑主斷裂控藏認識，提出了“油藏、斷層、圈閉”三元控藏模式，有效地指導了KL6油田成功的評價。

1 構造演化特征

1.1 斷裂發育特征

研究區位于萊州灣凹陷東北洼及其東側斜坡區(圖1)，構造位置處于郯廬走滑中段東支南端，該構造區除了受郯廬斷裂[7-11]東支走滑應力作用外，同時還受南北方向的伸展構造應力作用。郯廬走滑斷裂在研究區分為3條分支斷裂(F1,F2,F4)，3條走滑斷層把研究區分為KL6A，KL6B和KL6C三個構造區塊。最西側的走滑斷層F1分隔KL6A和KLB兩個區塊，在KL6A區塊，主要以近東西向伸展斷層為主，自北向南以F9，F8，F6為分界形成3個斷階帶；KL6B區塊夾持于F1與F2兩個分支走滑斷裂之間，同時在該區塊的南側仍受南北向伸展應力影響較大，在走滑擠壓與南北向伸展作用共同控制下形成了斷背斜圈閉，例如KL6B-1井區圈閉的形成；KL6C區塊主要受F2和F5(F4)斷層控制，其中F5斷層在北段表現為走滑特征，到南端后轉化邊界伸展斷層。由于這種構造圈閉形成機制的獨特性，導致了KL6油田具有東西分帶，南北分塊的差異成藏的油氣富集特點，主要富集區塊分布在KL6A-1井區的東營組與沙河街組和KL6B區塊的東營組，斜坡區的KL6B區塊成藏層位——東營組位置更加靠上(圖2)。

圖1 萊州灣凹陷KL6油田構造單元劃分示意圖Fig.1 A sketch map showing the structural units of KL6 oilfield in Laizhou Bay Sag

圖2 萊州灣凹陷KL6油田東西向油藏剖面Fig.2 The EW-trending profile of the reservoir in KL6 oilfield,Laizhou Bay SagLKO.油底；T.D. .完鉆深度；OWC.油水界面

1.2 構造演化特征

1.2.1 走滑斷裂帶構造演化特征

走滑構造活動是從基底向蓋層擴展式發展的，蓋層的破裂首先是從雁列的剪張性破裂開始，隨著走滑活動的逐漸增強使得雁列的剪張性破裂逐漸貫通，從而形成走滑斷裂帶。研究區受郯廬東支走滑斷裂帶施加的右旋剪切作用力控制，利用沙箱物理實驗模擬右旋走滑斷裂的形成過程，結果顯示：基底沿NNE向斷裂右旋走滑，最初在蓋層產生了一系列NE-SW向小斷層，小斷層沿主滑動方向(NNE)呈雁行排列；隨著基底走滑位移量的增加，雁行斷裂的密度增加，直至產生主滑動斷面，次級斷裂在主滑動面兩側呈羽狀排列，走滑過程中還伴隨有局部NE-SW向擠壓(圖3)。研究區走滑斷裂平面展布并非呈一條直線，而是呈“S”形彎曲，為了明確“S”形走滑帶不同位置的構造變形差異，在設置東盤單側走滑、西盤南側為受限邊界的基礎上，又設置了主體走向平行于主走滑帶的“S”形先存斷層，模擬結果顯示(圖4)。①“S”形先存斷裂復活；②走滑所產生的新的斷裂體系主動盤更發育，且與主斷裂形成帚狀體系，被動盤次級斷裂發育弱，相對與F1斷層，KL6A區塊為主動盤，而KL6B區塊為被動盤；③“S”形走滑斷裂的中間彎曲段產生擠壓褶皺，且斷面緊閉，屬壓扭性質，“S”型斷裂凹面產生具有張扭性質次級斷裂，在凸面主走滑斷裂帶壓扭性進一步增強，相對于F2走滑斷層，KL6C區塊為主動盤。因此，正確識別走滑斷層兩盤相對運動關系和次級斷層的性質對油氣運聚成藏的研究具有重要意義。

1.2.2 走滑-伸展復合區構造演化特征

在新生代初期，受到南北向伸展應力作用，KL6A區塊沿南北走向上形成3個斷階帶雛形，同時郯廬斷裂帶右行走滑開始活動，在研究區產生T破裂和R破裂，進一步將研究區分割為多個斷塊。隨著走滑活動的持續進行，T破裂持續增大，一系列T破裂形成反向遮擋的多米諾斷塊群，與此同時，斷塊群受擠壓應力作用形成一些寬緩褶皺或者單斜構造，其軸向與正斷層走向垂直，相互作用形成反向遮擋斷背斜或單斜圈閉。由于在時間上，擠壓與伸展作用是同步的、持續的，因此作為響應，擠壓應變與伸展應變均是持續的、遞進的，形成的構造圈閉亦具有繼承性，如相同斷塊古近系為背斜圈閉時演化至新近系仍為背斜圈閉，相同斷塊古近系為斷塊圈閉時演化至新近系仍為斷塊圈閉，其差距僅表現在應變在時間的積累效應上，即從深至淺背斜幅度依次減小。

圖3 沒有施加約束條件下的右旋走滑物理模擬Fig.3 Physical modeling of dextral strike-slip with no constraintsa. 走滑量：2 cm;b.走滑量：3 cm;c.走滑量：5 cm;d.走滑量：6 cm

圖4 西盤受限、預設NNE向“S”斷裂條件下的右旋走滑物理模擬Fig.4 Physical modeling of dextral strike-slip under assumption of NNE-trending S-shaped fault with constraints on its west sidea. 走滑量：2 cm;b.走滑量：4 cm;c.走滑量：6 cm;d.走滑量：8 cm

2 斷層差異控藏機理

2.1 構造應力機制控制圈閉類型與分布規律

由于KL6A區塊與KL6B區塊的主應力性質不同，圈閉的類型及其分布具有明顯的差異[12]。在以伸展斷裂主控的KL6A區塊，受早期南北向伸展應力作用產生了多個近EW與NE走向的主伸展斷裂(F6，F7，F8)，這些斷裂基本奠定了現今的構造格局。NNE向走滑應力形成的NE-SW向擠壓應力分量作用于斷塊上，形成了多個軸向為NNW向的斷背斜圈閉，NE走向的伸展斷層為其控圈邊界斷層，同時也是重要的封堵斷層，如KL6A構造1井區及6井區等(圖1)，其封堵作用的強弱對油氣成藏具有重要的作用。

在走滑應力主控的KL6B區塊，若右行走滑斷層在平面上呈現出“S”形態，則該段走滑斷層具有壓扭性質，常發育背斜與斷背斜圈閉。由于走滑兩側擠壓應力的對稱性，此類背斜大多由對稱分布在走滑斷層兩側的半背斜組成，如KL6B-3井區(圖5)。如果擠壓變形發生在斷塊邊部，則形成墻角斷背斜，NEE向正斷層和主走滑斷層共同控制其邊界，如KL6B-1井區和KL6C-1井區。

綜合圈閉形成主控應力機制、主控斷裂晚期活動強度和圈閉形態等因素，研究區內主要圈閉可以分為Ⅰ，Ⅱ和Ⅲ三類。Ⅰ類圈閉條件最好，主要分為兩種類型，一種是在伸展為主的KL6A區塊，主控斷層斷距較大為長期繼承活動斷層，具有較好的封閉性；另一種是位于走滑主控區域，如KL6B區塊的3井區，主要是受走滑增壓作用形成的背斜圈閉，保存條件最好。Ⅱ類保存條件次之，主要分為兩種：一種是主控斷層為東西向伸展斷層的斷背斜圈閉，斷層活動性較弱，斷距較小，兩盤儲層對接的風險較大，側封性相對較弱，如KL6A區塊的①號塊與④號塊等；另一種是受控與走滑斷裂的走滑增壓段和伸展斷裂共同控制，如KL6A區塊的⑤號塊，KL6B區塊的①，②和③號塊等。Ⅲ類圈閉，主要是受走滑斷裂釋壓段和伸展斷層共同控制，保存條件具有一定的風險，如KL6A區塊的③號塊，KL6C區塊的⑥號塊等。

2.2 “斷-排”耦合關系控制油氣富集層位

斷裂活動期[13-22]與烴源巖大規模排烴期的耦合程度的高低，是油氣能否進入有效圈閉并聚集成藏的關鍵。在烴源巖大規模排烴時期，斷層的活化對油氣的運移是十分有利的，在成藏期以來，繼承性活動的斷層可以作為良好的油氣輸導通道。因此，在烴源巖大量排烴期活動斷裂斷至的層位對油氣成藏的層位具有明顯的控制作用。

圖5 萊州灣凹陷萊東走滑斜坡區有利構造圈閉分布Fig.5 The distribution of favorable structural traps in the Laidong strike-slip slope zone of Laizhou Bay Sag

研究表明，KL6構造區主要成藏期為5Ma年以來，KL6A區塊的EW向伸展斷層晚期活動性在南北兩側存在一定的差異性。在北側KL6A-1和KL6A-3井區，晚期斷裂活動性比南側明顯要強，幾個先存伸展斷裂在原有斷層基礎上繼承性活動，在剖面上表現出斷距相對較大；而在南側KL6A-6井區，早期斷層繼承性活化的相對較少，5Ma以來的斷層活動性整體相對較弱，大部分斷層活動終止于明下段以前(12Ma)，在剖面上表現為斷距相對較小。這種南北斷裂活動的差異性，也導致南北兩側成藏層位的差異。在北側KL6A-1井區，油氣在非烴源巖層系的東營組顯示十分活躍并富集成藏。位于南側的KL6A-6井，在東營組具有較好的圈閉條件且處于油氣運移的低勢區，但是由于晚期斷裂活動性弱，該井在東營組沒用見到油氣顯示。這充分說明斷層活動期次與烴源巖排烴高峰期的時間匹配關系是油氣成藏的關鍵因素。而在斜坡區的KL6B和KL6C區塊，走滑斷層對油氣成藏起到主要的控藏作用。這是因為斷裂走滑的時期相對較晚，大多走滑斷層都斷至基底，這對主要靠走滑斷層運移的構造圈閉是十分有利的。KL6B和KL6C區塊油氣成藏層位已上移至館陶組底部，而KL6A區塊最淺成藏層系是在東二段底部。鉆探結果充分表明，油氣成藏層系和斷裂活動期次具有較好的對應關系，整體具有南北、東西差異富集的特點。

2.3 斷裂的性質影響油氣運移效率

近年來，走滑斷裂控藏機理在渤海海域取得較大的進展，并獲得較好的勘探成效。傳統認識認為：走滑斷層具有良好的封堵性質，走滑增壓帶有利于形成大型構造圈閉，是油氣保存的有利場所；走滑調節斷裂及釋壓型走滑轉換帶是油氣運移的有利通道，走滑斷層本身不具有油氣運移作用。研究區主要供烴洼陷位于KL6A區塊(圖1)，位于斜坡區的KL6B與KL6C區塊成藏的關鍵是油氣能通過走滑斷層運移至斜坡區圈閉中。走滑斷層起油氣運移作用，在渤海的勘探實踐中還沒有先例。本次研究從走滑斷層形成機制入手，并結合斷層應力分析，提出“壓扭控圈、張扭控運”差異控藏機制，認為走滑斷層對油氣控制作用具有分段性，其中張扭段具有油氣運移作用，該認識拓展了有效勘探區帶，為油田后期評價開辟了新的戰場。

斷裂在油氣運聚成藏過程中具有雙重作用，一方面可為油氣由深層向淺層運移提供輸導通道，另一方面又為油氣聚集成藏提供封堵條件，而斷裂的輸導和封堵作用受多重因素影響，其中斷層兩盤構造應力是壓性(壓扭性)或是張性(張扭性)對斷裂的控藏作用起到關鍵性的影響。壓性斷層是在擠壓應力作用下形成，斷面緊閉程度高，值得注意的是其形成后的應力松馳階段產生的彈性回跳作用明顯，這種應力釋放可能造成張性裂隙，不利于斷層的封閉；張性斷層為張應力的產物，斷裂帶內存在一定比例的斷層角礫巖，油氣容易滲漏；走滑斷層為扭應力的產物，在滑動的過程中，斷層兩盤的巖體長距離地相對錯動、緊密摩擦和研磨，往往在斷面上形成大量的斷層泥，在縱橫兩個方向上均能封閉油氣；壓扭性斷層，處于壓扭應力環境，主控斷層具有良好的封閉作用。物理模擬實驗表明，在走滑斷裂的增壓段，斷裂處于擠壓構造應力場中，呈閉合狀態，且閉合程度較高。隨著走滑位移量的增大，調節斷裂的擠壓幅度逐漸變大，斷裂逐漸封閉，并出現旋扭的現象，使增壓型走滑轉換帶具備了遮擋流體繼續運移的重要條件，處于釋壓環境的走滑斷裂，以張扭應力為主，斷裂明顯處于開啟狀態，難以阻止流體的運移，可以起到油氣運移作用。

本次研究在對應力機制分析的基礎上(圖6a)，根據主要走滑斷裂剖面(圖6c)與平面特征，按照應力性質的不同對走滑斷裂行了分段劃分(圖6b)。對斜坡區起關鍵控藏作用的走滑斷裂F1在剖面上分為3段，其中中間一段為壓扭性斷層，具有良好的封閉作用，KL6A-4井所在圈閉受該壓扭斷層的封堵，在東三段油氣聚集成藏；F1斷層的北段具有張扭性，是油氣往斜坡區KL6A/B區塊運移的輸導通道。在F2走滑斷裂增壓段，斷裂處于擠壓構造應力場中，斷面閉合程度較高，斷層兩側形成背斜圈閉，KL6B-3井鉆探證實油氣在該背斜圈閉中高豐度富集。F2斷層的張扭段可以作為油氣向更高臺階運移的通道。

3 “油藏-斷層—圈閉”三元控藏模式及勘探意義

3.1 “油藏-斷層-圈閉”三元控藏模式

在研究區KL6A、KL6B和KL6C三個構造區塊中，KL6A區塊位于洼陷區，供烴條件較好，是最先取得突破的區塊，但隨著鉆勘探進程的不斷推進，KL6A區塊的勘探潛力越來越有限。位于斜坡區的KL6B和KLC區塊是下一步勘探的潛力區帶，然而要想在斜坡區取得規模型勘探突破，面臨三方面難題。一是萊州灣東北洼的有效烴源巖主要分布在KL6A區塊，而位于斜坡區的KL6B與KL6C區塊烴源巖成熟度較低供烴能力十分有限，因此影響該區塊成藏的關鍵因素是油氣能否通過走滑斷層F1向斜坡區運移。二是萊州灣東北洼主要供烴層位為沙河街組，烴源巖生成的油氣首先在沙河街組圈閉中聚集，例如KL6A區塊的1、4井區的沙河街組，而4井區圈閉控圈走滑斷層南段為張扭性質，油氣的保存能力有限，油氣除了部分在4井區沙河街組成藏外，大部分直接向斜坡區KL6B與KL6C區塊沙河街組繼續運移，而供給斜坡區東營組圈閉的油氣數量有限，如何解決油氣向KL6B區塊東營組圈閉輸導存在一定的困難。三是已鉆井油層分布情況揭示，KL6A區塊的最高成藏層位是東二下段的底部，而KL6B區塊的圈閉主要發育在東營組頂部，層位越往下圈閉面積越小，如果含油層系不上移，該區塊勘探潛力就十分有限了，油氣成藏層位是否上移也是一個需要解決的難題。

基于面臨的這些難題，本次研究提出了“油藏-斷層-圈閉”三元控藏模式(圖7)。“油源”：現在已經鉆探證實的油氣富集區帶，無論是烴源巖層系還是非烴源巖層系，只要已經發現了油氣藏，就表明它是一個油氣匯聚區，具有很好的運聚條件，這樣的油氣藏是具有動態平衡作用的，烴源巖生成的油氣還會不斷的向該區域匯聚，如果圈閉條件較好，油氣就會規模成藏，如果圈閉有效性差成藏規模相對會小，但都可以起到中轉站的作用，向低勢區圈閉提供油氣供應。該項地質認識最重要的作用在于即使目標圈閉不與有效烴源巖連接，只要高勢區有油氣藏，無論是否在烴源巖層系，都可以得到有效的油氣供給。“斷層”：與成藏期相匹配的活動斷層(斷裂帶)。在成藏期新產生或原來已經存在，在成藏期重新活化連接供源區與目標圈閉的斷層。“圈閉”：通過活動斷層與較高流體勢連通的有效圈閉。有效的圈閉(構造或巖性)，具有較好的儲蓋組合條件，能使高勢區運移過來的油氣得以很好的保存。

圖6 萊州灣凹陷萊東走滑斜坡區走滑斷裂分段特征Fig.6 Segmentation characteristics of strike-slip faults in the Laidong strike-slip slope zone of Laizhou Bay Saga. 不同走滑應力作用地層變形模式；b. 不同斷裂性質平面分布；c. 不同走滑應力作用剖面特征

油氣成藏是一個動態平衡的過程，KL6A區塊1井區在東營組是油氣主要富集層段，表明該井區東營組圈閉是油氣的匯聚區，在東營組油藏的溢出點以及保存條件不好的層段的油氣可以繼續向低勢區運移，因此，位于構造位置更高的KL6B區塊東營組頂部圈閉，雖然不能直接從沙河街組烴源巖接收油氣供應，但可以從F1斷裂西盤的KL6A區塊東營組油氣藏這一“中轉站”得到充足的油氣供給，最終，KL6B區塊的3井區在東營組頂部鉆遇百余米油氣層，發現新的油氣富集塊，證實了該成藏模式的正確性。

3.2 勘探意義

“油藏-斷層-圈閉”三元控藏模式具有很好的推廣應用前景，可以有效的指導勘探部署[22]。首先，在非烴源巖層系尤其是新近系，如果已經發現油氣富集區塊，表明該區域油氣運移條件優越，可以圍繞富集塊周邊展開滾動勘探，圈閉類型可以以多種形態存在；其次，如果在非烴源巖層系發現了油氣富集區，在深層肯定存在油氣匯聚帶為其提供充足的油氣供給，因此，可以沿著淺層富集帶的有效活動斷層下方開拓新的勘探層系。例如研究區，在KL6B區塊的3井區已經證實了為油氣富集塊，表明該井區為油氣有效匯聚區，而位于其東側具有相同構造高部位的圈閉，雖然距離供烴洼陷較遠，3井區油氣藏可以作為油氣“中轉站”為東側相鄰圈閉提供充足的油氣供給，表明在3井區側相臨圈閉仍具有較大的勘探潛力，可繼續展開滾動勘探工作。

4 結論

1) 研究區主要受控走滑-伸展兩種構造應力，KL6A區塊主要是受伸展應力控制同時疊加走滑擠壓分量，伸展與走滑壓扭分量疊加區是有利圈閉發育區域;KL6B與KL6C區塊主要受走滑應力控制的，在走滑增壓區容易形成良好的構造圈閉。

圖7 萊州灣凹陷KL6油田“油源-斷層-圈閉”三元控藏模式Fig.7 The ternary reservoir-controlling model of “Source-Fault-Trap” in KL6 oilfield of Laizhou Bay Sag

2) 走滑主斷層具有差異控藏作用，在走滑張扭段，可以作為良好的運移通道，向低勢區圈閉提供有效的油氣輸導，在走滑壓扭段，一般形成具有良好的保存條件的背斜與斷背斜圈閉。

3) “油藏-斷層-圈閉”三元控藏模式的建立，表明了目前已經發現的非烴源巖層系油氣藏也可以向低勢區有效圈閉提供充足的油氣供給，有效的擴大了勘探的區域。