渤中凹陷西北缘边界断层面特征与油气成藏

庞小军，王清斌，王飞龙，吴春新，张雪芳

(中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300452)



渤中凹陷西北缘边界断层面特征与油气成藏

庞小军，王清斌，王飞龙，吴春新，张雪芳

(中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300452)

为解释渤中凹陷西北缘陡坡带边界油气分布的差异性并预测油气藏的分布，利用三维地震、钻井、测井和分析化验等资料，探讨了该地区断层面形态对油气运移和聚集的影响。结果表明：剖面上，渤中凹陷西北缘烃源岩之上的边界断层面形态主要以铲式下凹型和座椅式下凸型为主，且均表现为上陡下缓的特征；平面上，边界断层面主要发育汇聚型、发散型、均匀型和复合型等4种类型。汇聚型和复合型的位置为油气优势运移方向，当汇聚型断层面转折带的坡度小于33 °时，油气易在古近系地层成藏；反之，油气易在新近系地层成藏；而复合型断层面以座椅式为主，油气易被封堵在古近系并在座椅面附近及以下成藏。该研究对油气分布的预测具有一定的指导意义。

渤中凹陷；陡坡带；断层；断面形态；坡度；油气

0 引 言

断层对烃源岩、储层、油气运聚等控制方面的研究一直是石油地质学的热点[1-3]。断层、不整合面和高孔渗砂体构成油气的优势运移通道[4-6]，断层作为沟通烃源岩与储层、浅层、深层的主要媒介，是油气的主要运移通道之一，在油气的二次运移和纵向分配过程中起着至关重要的作用。近年来，在渤中凹陷西北缘陡坡带发现了大量油气，油气具有明显的分带性和分层性，浅层和深层均有发现，成藏条件复杂。由于钻井少，且未发现大量的油气，前人仅在层序地层、储层展布、成岩演化等方面对该区进行了研究[7-9]，在断层对油气运聚方面的研究比较少。因此，在充分利用三维地震资料的基础上，结合钻井等资料，探讨了该区断层面形态对油气运聚的影响。

1 研究区概况

渤中凹陷为渤海海域内的一个次级构造单元，东部、南部、西部和北部依次与渤东低凸起、渤南低凸起、沙垒田凸起、石臼坨凸起相连，凹陷面积约为1.2×104km2[7-8]。研究区位于渤中凹陷的西部北缘，呈近南东向展布。钻井揭示，该区新生界发育古近系孔店组、沙河街组(沙四段、沙三段、沙一段、沙二段)、东营组(东三段、东二下段、东二上段、东一段)、新近系馆陶组(Ng)、明化镇组(明下段、明上段)及第四系平原组[7-8]。

2014年，在渤中凹陷西北缘钻探1口井，发现了厚层油气；2015年开始对该区进行评价，最终发现了大型油气田，显示紧邻凸起边界断层的陡坡带具有巨大的油气成藏潜力。

渤中凹陷油气成藏条件分析认为，油气主要来自沙三段的烃源岩，沙一、二段次之[10]，储层和盖层均较发育[7-8]，东二下段盖层分布广，为区域性盖层。但该区断层控制油气成藏方面的研究欠缺，因此，从断层面形态的角度出发，探讨了该区断层面形态与油气成藏的关系。

2 断层特征

2.1 断层基本特征

渤中凹陷西北缘切穿沙三段和沙一、二段的断层主要包括边界断层及次生断层(图1)。边界断层沿石臼坨凸起南缘分布，西侧边界断层走向呈北西—南东向展布，倾向为南西；东侧边界断层走向呈南西—北东向展布，倾向为南东。次生断层主要呈南西—北东向展布，倾向为南东，局部次生断层西侧呈南西—北东向展布，东侧呈北西—南东向展布。

图1 研究区切穿油源的断层平面分布

2.2 断层面剖面形态特征

油气从烃源岩排出后，沿着边界断层向上运移的过程中，受到断层剖面形态制约。地震剖面上，边界断层主要以铲式和座椅式断层为主，边界断层的局部位置未切穿新近系。利用三维地震资料，对渤中凹陷西北缘边界断层22个位置浅层与深层之间转折带及新近系的断层坡度进行了统计(图2)，并分析了断层剖面形态以及断层坡度特征。

由图2可知，渤中凹陷西北缘边界断层转折带主要发育在古近系、新近系断层，坡度均比古近系转折带陡，具有铲式下凹和座椅式下凸等2种断层剖面形态。在L1、L12、L21、L22等4处新近系边界断层不发育，即上述4处的断层仅在古近系发育。由西向东，沿断层走向，断层坡度具有陡—缓交替变化的特点。断层转折带整体上表现为西陡东缓的特点，且东部与西部坡度差别较大；新近系亦具有西陡东缓的特点。以L9与L10之间为界，西部断层坡度整体大于33.0 °，平均坡度为45.3 °；东部断层坡度整体小于33.0 °，平均坡度为30.5 °。

图2 研究区断层剖面坡度

2.3 断层面平面形态特征

断层面在平面上具有凹凸不平的特征，根据断层面在平面上的形态特征及其对油气输导的作用，在前人对断层面平面形态划分的基础上[5-6]，将断层面平面形态划分为发散型、汇聚型、均匀型和复合型(图3)。以凸起为参照对象，发散型的断层面平面形态具有向上凸的特征，汇聚型的断层面平面形态表现为向上凹的特点，均匀型的断层面平面形态具有与断层顶界面平行的特征，复合型的断层面平面形态具有前3种形态中2种或2种以上的组合特征。按照断层面剖面上部与下部的陡—缓关系，可进一步将发散型、汇聚型、均匀型断层面对应的剖面形态划分为下凹型、平直型、上凸型；而复合型由于属于发散型、汇聚型、均匀型之间的组合类型，断层剖面上部和下部之间存在一个很明显的过渡带，往往以座椅型的形态发育。

图3 断层面平面形态与油气运移的关系

在地震资料解释的基础上，对渤中凹陷西北缘沙三段烃源岩之上的断层面进行追踪，进而得到了断层面在平面展布上的形态(图4)。研究表明，渤中凹陷西北缘边界断层发育汇聚型、均匀型、发散型和复合型等4种断层面平面类型。汇聚型、均匀型和发散型断层面平面形态在剖面上发育上陡下缓的铲式下凹型正断层；复合型断层面平面形态在剖面上发育上陡下缓且中间存在明显台阶的座椅式正断层。

3 断层面形态与油气分布的关系

渤中凹陷西北缘在馆陶组至明化镇组下段时期，烃源岩逐渐由低熟进入成熟阶段，在明化镇组下段时期开始排烃[10]，而从明化镇组上段至今，烃源岩进入高成熟阶段，开始大量排烃[10]。油气在幕式充注条件下，断层面上承载着上覆地层压力，不同断层面剖面形态对油气的封堵能力不同，因此，断层面剖面形态的差异性对中浅层油气运移具有重要影响[5]；断层面平面形态的凹凸不平造成油气沿断层面运移时具有明显差异性，油气由高势区向低势区运移，且总是向势能减小最快的方向运移，并在低势区的圈闭内聚集油气[6]。

渤中凹陷西北缘边界断层面剖面发育铲式下凹型和座椅式下凸型2种类型。平面形态具有汇聚型、均匀型、发散型和复合型等4种断层面平面类型。

图4 研究区边界断层面形态与油气输导类型的关系

剖面上，座椅式下凸型断层对油气向浅层的输导能力最差，油气主要在古近系地层成藏，并在椅面上较富集(图5a)；铲式下凹型断层对油气向浅层的输导能力较强，油气主要在新近系地层成藏(图5b)。但铲式下凹型断层的下部转折带坡度具体影响着油气的输导能力，渤中凹陷西北缘边界断层东部转折带坡度小于33.0 °，平均坡度为30.5 °，油气主要分布在古近系地层，且在边界断层的上盘储层中较富集(表1)；而西部转折带坡度大于33.0 °，平均坡度为45.3 °，断层输导能力非常强，油气主要分布在新近系地层，且断层面转折带的坡度越大，油气越容易向浅层运移，在边界断层的下盘储层中较富集，如B2井区(表1)。因此，断层面剖面转折带的弯度越陡、越少，越有利于油气向浅层运移并聚集；反之，有利于油气在古近系地层聚集。平面上，当断层在油气输导中作为通道时，由于断层面平面形态不同，导致油气运移和聚集程度具有差异性。前人研究认为，油气沿汇聚型断面运移时的运移量较大，沿均匀型断面运移时的运移量中等，而沿发散型断面运移时的运移量较小[5-6]。对渤中凹陷西北缘边界断层面平面形态的研究认为，该区发育汇聚型、复合型、均匀型和发散型等4种断层面平面形态类型(图5)，其与油气的分布均具有一定的对应关系(表1)，汇聚型和复合型断层面有利于油气运移，成为油气的主要输导方向，在储层中该组合较好的位置有利于油气成藏。

图5 研究区边界断层剖面形态与油气富集层位关系

井区断层类型断层面形态剖面类型坡度/°平面类型显示层段分布位置分布及规模B1边界断层铲式下凹52.1汇聚型沙二段断层上盘沙二段(薄)B2边界断层铲式下凹44.2汇聚型明下段断层下盘明下段(中等)B3边界断层铲式下凹50.1汇聚型明下段断层下盘明下段(中等)B6边界断层铲式下凹34.3均匀型东二段至明下段断层上盘明下段(薄)B7边界断层铲式下凹31.2汇聚型东二段至馆陶组断层上盘东二上段(薄)B8边界断层铲式下凹32.1汇聚型东三顶至馆陶组断层上盘东二段(薄)B11边界断层铲式下凹36.9发散型东三上至馆陶组断层上盘馆陶组(薄)B12边界断层座椅式下凸20.3复合型东三段至馆陶组断层上盘东三段(厚),东二上段和馆陶组(薄)B15边界断层铲式下凹32.1发散型东三顶至东一段、明下段断层上盘东二段(厚)

研究区的B15井区具有发散型断层面平面形态，在古近系地层发现了油气，且油层厚度较大(表1)，主要原因是该井区断层面转折带的坡度均小于33.0 °，断层转折带对油气的封堵能力较强，且离烃源岩比较近，有利于油气在古近系地层聚集。断层的断面剖面形态和平面形态组合共同影响着油气的运移和聚集(表1)，座椅式下凸型—复合型、坡度小于33.0 °的铲式下凹型—汇聚型组合部位断层面受到上覆地层压力大，对油气的封堵能力较强，油气在古近系最为富集，如B12井区；坡度大于33.0 °的铲式下凹型—汇聚型组合部位断层面受到的上覆地层压力较小，断层对油气的封堵能力弱，油气在新近系地层较为富集，如B2井区；坡度小于33.0 °的铲式下凹型部位断层面受到的上覆地层压力较大，下部烃源岩中油气经过该组合位置较难向周围发散，向浅层运移的能力弱，因此，油气易在古近系地层富集，如B15井区。

4 结 论

(1) 渤中凹陷西北缘西侧边界断层走向呈北西—南东向展布，倾向为南西；东侧边界断层走向呈南西—北东向展布，倾向为南东。次生断层走向主要呈南西—北东向展布，倾向为南东，局部次生断层西侧呈南西—北东向展布，东侧呈北西—南东向展布。

(2) 研究区边界断层具有西陡东缓的特点，剖面上，烃源岩之上的边界断层面发育铲式下凹型和座椅式下凸型2种剖面形态，具有古近系缓、新近系陡和东缓西陡的特点，东部坡度小于33.0 °，西部坡度大于33.0 °；平面上，发育汇聚型、发散型、均匀型和复合型等4种断层面平面形态。

(3) 断层转折带的坡度、剖面类型和平面形态组合共同影响着油气的运移和聚集，座椅式下凸型—复合型、坡度小于33.0 °的铲式下凹型—汇聚型断层面组合对油气的封堵作用较强，最有利于油气在古近系地层富集；坡度大于33.0 °的铲式下凹型—汇聚型组合部位断层面有利于油气向浅层输导，最有利于油气在新近系地层富集；坡度小于33.0 °的铲式下凹型断层面对油气具有明显的封堵作用，有利于油气在古近系地层聚集成藏。

[1] 罗群.断裂控烃理论的概念、原理、模式与意义[J].石油勘探与开发，2010，37(3)：316-324.

[2] 蔡佳，姜华，甘华军，等.南阳凹陷南部边界大断裂活动性及其对沉积的控制[J].西安石油大学学报(自然科学版)，2009，24(4)：9-12.

[3] 刘培，蒋有录，刘华，等.渤海湾盆地沾化凹陷断层活动与新近系油气成藏关系[J].天然气地球科学，2013，24(3)：541-547.

[4] 刘景东，蒋有录，马国梁.断面优势运移通道的有效性及其对油气的控制作用[J].特种油气藏，2011，18(3)：47-50，137.

[5] 姜素华，曾溅辉，李涛，等.断层面形态对中浅层石油运移影响的模拟实验研究[J].中国海洋大学学报(自然科学版)，2005，35(2)：245-248，272.

[6] 刘畅，陈冬霞，董月霞，等.断层对南堡凹陷潜山油气藏的控制作用[J].石油与天然气地质，2015，36(1)：43-50.

[7] 吴磊，徐怀民，季汉成.渤海湾盆地渤中凹陷古近系沉积体系演化及物源分析[J].海洋地质与第四纪地质，2006，26(1)：81-87.

[8] 李建平，杨波，周心怀，等.渤中凹陷东营组层序地层及其沉积相分析[J].东北石油大学学报，2012，36(4)：1-9.

[9] 石良，金振奎，闫伟，等.异常高压对储集层压实和胶结作用的影响——以渤海湾盆地渤中凹陷西北次凹为例[J].石油勘探与开发，2015，42(3)：310-318.

[10] 杨永才，李友川. 渤海湾盆地渤中凹陷烃源岩地球化学与分布特征[J].矿物岩石，2012，32(4)：65-72.

编辑 王 昱

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.05.010

20160406；改回日期：20160705

国家科技重大专项“近海隐蔽油气藏勘探技术”课题部分研究成果(2011ZX05023-002)

庞小军(1985-)，男，工程师，2008年毕业于中国石油大学(华东)地质学专业，2011年毕业于该校地质学专业，获硕士学位，现从事石油地质方面的研究。

TE121.3

A

1006-6535(2016)05-0043-05