网格状断裂对石臼坨凸起新近系油气藏的控制作用

张参，牛成民，杜晓峰

(中海石油(中国)有限公司天津分公司渤海油田研究院，天津 300452)

余宏忠

(中海石油(中国)有限公司，北京 100018)

张宏国，苏凯

(中海石油(中国)有限公司天津分公司渤海油田研究院，天津 300452)

网格状断裂对石臼坨凸起新近系油气藏的控制作用

张参，牛成民，杜晓峰

(中海石油(中国)有限公司天津分公司渤海油田研究院，天津 300452)

余宏忠

(中海石油(中国)有限公司，北京 100018)

张宏国，苏凯

(中海石油(中国)有限公司天津分公司渤海油田研究院，天津 300452)

利用石臼坨凸起及其邻区现有钻井、新三维地震等勘探资料，通过断层分析、构造样式分析等手段，分析了石臼坨凸起新近系的断裂特征及油气运聚规律。研究结果表明，石臼坨凸起发育由北西向构造变换带与北东、北东东向断层形成的网格状断裂，其对岩性圈闭的形成、油气运聚具有控制作用，最终在石臼坨凸起浅层形成源外阶梯式油气运移模式。该认识直接指导了秦皇岛33-1南亿吨级油气田的勘探发现，对于渤海其他类似凸起的勘探也具有重要指导意义。

构造变换带；网格状断裂；油气运移模式；石臼坨凸起

断裂是控制油气生成、运移、聚集、保存和分布的根本原因[1]，尤其是断裂的产状对油气的运聚成藏具有直接的控制作用，直接控制油气藏的数量、储量规模以及油气的富集层系等[2,3]。张文佑等[4]研究认为黑鱼泡-孤店断裂控制了大庆长垣油田的形成，油气沿断裂带运移和富集，形成具有不同特征和独立系统的断块油田。李德生[5]指出渤海湾盆地具有不同油气丰度和油气组合的50多个古近系凹陷都是沿着郯庐断裂带分布的。此外，国内还有众多学者对断裂的控藏作用开展了大量系统研究，总结了断裂对油气藏形成与分布的认识和观点[6～8]。对于石臼坨凸起断裂的控藏作用，前人多从单一NE或NEE走向的断层来研究其控藏作用[9～11]，而笔者通过近年来新采集的大面积三维地震资料的精细解释、新钻井资料的重新认识，认为石臼坨凸起存在NW向隐性断层与NEE向断层构成凸起的网格状断裂体系，网格状断裂对石臼坨凸起新近系油气藏起控制作用，该认识直接指导了秦皇岛33-1南亿吨级岩性油气藏的勘探发现，同时建立的油气成藏模式对于渤海海域其他类似凸起新近系的油气勘探具有重要的借鉴意义。

1 区域地质概况

石臼坨凸起位于渤海海域西北部，是渤海湾盆地的一个二级构造单元，总体走向呈近EW向，北、西、南三面被秦南凹陷、南堡凹陷和渤中凹陷等3个富生烃凹陷所环绕。凸起整体形如地质锤状，其中锤体由EW走向的凸起主体和东倾没端组成，锤柄为NW-SE走向的南倾没端，可划分为凸起主体、凸起南倾没端和凸起东倾没端3个部分，其中南倾没端和东倾没端分别向南和向东呈两个狭窄的分支倾没入渤中坳陷。石臼坨凸起以“断层”或“超覆”的方式与周围凹陷相接触，但“断层”或“超覆”的方向在不同地区有所不同。凸起主体南侧以南倾断层与渤中坳陷相接，北侧与秦南凹陷以上超形式过渡。南倾没端的西侧和南侧均以断层为界，东侧与渤中坳陷为超覆接触关系，而东倾没端南、北均以断层与渤中凹陷和秦南凹陷相接触。

目前，石臼坨凸起历经多年的勘探，已发现QHD32-6油田、NB35-2油田、QHD33-1油田等多个大中型油气田，证实石臼坨凸起是油气运移的最终归属，成藏条件十分优越(图1)。随着勘探程度的深入，石臼坨凸起上可供勘探的构造圈闭变得越来越少，面积也越来越小。近年来，通过研究认为石臼坨凸起浅层的NE向和NW向两组断裂带附近存在构造变换带，进而控制了凸起浅层的局部构造应力场和沉积体系的展布。在深入研究凸起油气富集规律的基础上，积极转变勘探思路和创新技术组合，将勘探方向逐步转向针对低幅构造背景下的构造-岩性油气藏勘探的探索，最终通过钻探证实了在构造转换带附近多个岩性砂体形成了岩性尖灭带和转换带，对构造-岩性、岩性油气藏具有明显的控制作用，该认识直接指导了石臼坨凸起中段QHD33-1南等油田岩性油气藏的勘探发现。

图1 研究区区域位置图

2 断裂特征

石臼坨凸起断裂十分发育，其中显性断裂主要为伸展断裂，发育于凸起的南部边界和凸起内部。从构造背景上看，石臼坨凸起受到NE向郯庐走滑断裂、NW向张家口-蓬莱走滑断裂带的共同影响，导致凸起晚期NE向断裂存在分段性，存在NW向具有一定走滑性质的隐性断裂，最终两组方向断裂在凸起内部形成网格状断裂体系。

2.1 凸起边界断层

石臼坨凸起的南侧边界主干断层(石南一号断层)控制着整个凸起的形成演化，对油气的运聚和成藏也有很大的影响，同时石南一号断层在不同构造部位具有不同的展布特征，在凸起的中-东部主要为近EW走向或NEE走向，而在凸起的西部，其走向变化较大，既有NE向也有NW向。断层硬联接相互作用是指不同断层主要通过相交、合并和分叉等硬联接方式直接联接在一起[12]。通过断层分析相关方法来研究石南一号断层的发育特征，结果表明石南一号断层走向多变，是由多条断裂硬联接而成，其硬联接方式包括侧列式、帚状式、斜交式等。石南一号断层东段走向NEE，连续性较好，整体微呈反“S”型，西末端向南弯曲，东末端呈多支分叉(图2)。在剖面上，东段断裂整体表现出上陡下缓的铲式正断层特征，浅层发育有分支断层，组合成“Y”字型。石南一号断层西断是凸起主体与南倾没端的分界断裂，走向自东向西由NW转为NE，西末端呈马尾状。在剖面上呈上陡下缓的铲式形态，浅层发育多条分支断层(图3)。石南一号断层东西两段呈帚状联接，表现为一条断裂的端点叠置在另一条断裂的中部，断裂叠置部位为相对挤压隆升区，发育断背斜圈闭。

2.2 凸起内部断层

石臼坨凸起内部断层十分发育，主要发育NE、NEE向呈条带状展布的断裂带。不同的层位上，断裂展布特征有所不同，在新生界底面，断裂数量较少，但规模一般都较大。在中部层位，由于地层已大多被剥蚀，断裂较少，早期的基底断裂一般都发生了继承性的活动。馆陶组开始沉积以后，浅层断裂数量明显增多，由于这些浅层断裂的发育多受主干断裂或区域应力场的控制，发育规律也更为明显，如西部受张家口-蓬莱走滑断裂带影响，具有明显的收敛特征。

图2 石臼坨凸起浅层相干切片图

图3 石臼坨凸起结构图(剖面位置见图1)

石臼坨凸起中东部地区主要密集发育NE、NEE向断层，大都切入馆陶组地层，是凸起内部重要的油源断层，这些断层多以平行、雁列和侧列等方式发生软联接，软联接在断层叠置区域形成多种类型的构造变换带，即形成NW向的隐性断裂。其断裂活动特征具有以下特点(图4)：①在北西向隐性断裂两侧的地层产状发生突变，出现挠曲、变形、高低不平的地震反射特征；②NE向断裂的活动强度在走向上具有明显的分段式特征，且断层的掉向明显相反；③在两组断裂共轭错动带上，断裂延伸方向在走向上发生突变。

2.3 网格状断裂体系

石臼坨凸起的新近纪构造活动主要表现为近NE向与近NW向两组方向的断裂活动，其中NE向断裂为显性断裂，具有发育早、断距大和长期活动的特点，它是中国东部大型走滑断裂(郯庐断裂)的分支断裂，控制了石臼坨凸起古地貌变化及凸起边界范围；而NW向断裂在新近纪表现为隐形断裂，具有活动性减弱、断距小等特点，它是受新近系时期中国东部另外一条大型走滑断裂(北京-蓬莱断裂)的影响。近NE向与近NW向两组方向断裂在平面上呈现近90°相交的现象，构成网格状分布，整体表现为共轭走滑错动特征(图5)。

图4 石臼坨凸起北西向构造变换带存在特征图(剖面❷、❸，断裂条带❹、❺位置见图1)

图5 石臼坨凸起网格状断裂体系图

3 网格状断裂对油气藏的控制作用

3.1 对岩性圈闭的控制作用

石臼坨凸起中段新近系在古隆起背景上发育多个断鼻、断块型构造圈闭，单个圈闭面积较小、幅度较低，但是整体具有北、东、南三面下倾，向西逐渐抬升的低幅构造背景，成藏条件十分优越。在此构造背景下，明化镇组下段发育物源来自北部燕山褶皱带的曲流河和极浅水三角洲沉积体[11]，向西沿上倾方向发生岩性尖灭，形成了多个构造-岩性和岩性圈闭，这些圈闭纵向叠置、横向连片，弥补了构造圈闭面积较小的不足，具有较大的勘探潜力。

网格状断裂对岩性圈闭具有控制作用，主要体现在两个方面。一方面由于凸起中段存在多条NW向的构造变换带，控制了其两侧断块的构造形态，形成转换斜坡、斜向背斜和地垒等[13，14]，影响和控制凸起的古地貌形态，进而影响新近系浅水三角洲砂体的平面展布，砂体展布具有明显分区性，同断裂的分区性具有较好的一致性，即构造变换带附近是形成岩性砂体尖灭的有利场所(图6)，导致多种类型的构造-岩性圈闭形成。另一方面断裂与砂体有效配置形成凸起浅层的重要圈闭类型有两种：一种是断裂遮挡-砂体尖灭型岩性圈闭，在上倾方向上，岩性圈闭发生尖灭，同时在低部位，岩性圈闭被晚期断层遮挡；一种是断裂间切割砂体型岩性圈闭。断-砂产状配置主要有反向、顺向、屋脊式以及逆牵引式等4种。从油气聚集的角度来看，反向型的上盘、顺向型下盘、逆牵引式的上盘均有利于油气的聚集，屋脊式不利于油气聚集，最终形成了油气富集的有效断层-岩性圈闭。上述结论在QHD33-1南油田的勘探过程中得到了充分证实。总之，石臼坨凸起断层-砂体多种匹配关系的共同存在，更有利于研究区油气聚集成藏。

图6 石臼坨凸起北西向构造变换带控制沉积模式图

在上述两个有利条件基础上，石臼坨凸起被秦南凹陷、南堡凹陷和渤中凹陷等3个富生烃凹陷所环绕，油气来源充足，凹陷晚期生成的油气沿馆陶组砂砾岩输导层向凸起大规模运移的同时，构造区断至馆陶组的晚期活动断层比较发育，有利于将油气运移至与之接触的有效圈闭中聚集或继续向高部位有效圈闭运移，最终在石臼坨凸起形成叠合含油面积较大的构造-岩性和岩性油气藏。

3.2 对油气运聚的控制作用

石臼坨凸起断裂对油气运聚的控制作用主要体现在两个方面。一方面断裂活动性强导致油气主要沿垂向运移。古近纪，凸起边界断裂石南一号断层长期活动，且该断层在走向上的变化会形成凸凹相间的断面，其中表现为凸面的断面与作为古近系油气中转站的凸起边界断层下降盘发育的近源扇体直接接触，利于凹陷烃源岩生成的油气汇聚，然后再向凸起方向发生垂向运移。对于凸起新近系而言，馆陶组顶部和底部发育叠合连片的辫状河砂体与切入其中的晚期断层就构成了凸起区内部油气横向和纵向运移的立体输导体系。沿边界断层凸面汇聚运移上来的油气注入馆陶组砂体，油气最终沿着馆陶组的顶面砂体和与之配置好的晚期断裂向更浅层的明化镇组圈闭聚集。另一方面在断层活动性弱的凸起内部，由于弱活动性断层对油气的运移主要起封闭作用，油气主要靠垂向输导浮力机制向更浅层垂向输导，最终油气沿着在浮力机制驱动下砂-砂对接所形成的“Z”字型路线运移至圈闭成藏(图7)，主要有2种：①砂体与砂体对接的穿越断层“Z”字型油气运移模式；②远离断层的砂-砂侧接型“Z”字型油气运移模式[15]。凸起内部的这两种“Z”字型油气运移模式相互联合和补充，最终导致石臼坨凸起内部的油气富集区的形成。

两组方向网格状断裂活动在不同的断裂带网格内表现不同的力学性质，形成了相对挤压或相对拉张等不同力学性质的区带，将石臼坨凸起分割成相对独立的几个区块，如QHD32区、QHD33区和QHD27区等。因此，断裂活动性差异对新近系油气藏的油气运移和富集影响巨大，形成了具有“格子双晶”控制下油气藏成藏及富集模式。

图7 “Z”字型油气运聚模式图

3.3 石臼坨凸起油气成藏模式

断裂是凸起油气聚集成藏的关键因素之一。基于对凸起网格状断裂研究的基础之上，再结合古近系边界断裂附近的近源扇三角洲沉积体、馆陶组底部横向展布范围广泛的砂砾岩体以及明化镇组下段断-砂匹配关系的分析，认为石臼坨凸起浅层油气运聚模式为源外阶梯式运移模式(图8)：第一级阶梯为古近系沙河街组烃源岩和边界断裂附近的近源扇三角洲砂体；第二级阶梯为馆陶组厚度大、分布广泛的砂砾岩输导层；第三级阶梯为油气聚集成藏的明化镇组构造-岩性、岩性圈闭。边界断裂与晚期断裂将三级阶梯连贯沟通，形成立体有效的油气输导体系，主要是指边界断裂下降盘沙河街组发育的沉积体捕获了来自凹陷烃源岩生成的油气，伴随着断层的“幕式”活动，沉积体中的油气沿断层凸面优势向上运移到馆陶组砂砾岩输导层中，进一步沿馆陶组构造脊进行横向运移，再由切入馆陶组的晚期断层将油气向上运移至明化镇组砂体中聚集成藏。该种成藏模式直接指导了QHD33-1南亿吨级油田群的发现，实现了在亿吨级油田周边(QHD32-6油田)再现亿吨级油田的壮观场面，另外该模式还对于渤海其他类凸起浅层的油气勘探具有重要的借鉴意义。

图8 源外阶梯式油气运移模式

4 结论

1)石臼坨凸起内部存在北西向的构造变换带，其与凸起南部边界断层以及凸起内部的NE、NEE向断层形成石臼坨凸起网格状断裂体系。

2)网格状断裂对岩性圈闭的控制作用体现在两个方面：一方面NW向的构造变换带影响凸起的古地貌形态，岩性砂体易在变换带附近尖灭，形成多种样式的构造-岩性圈闭；另一方面断裂与砂体耦合是构成石臼坨凸起新近系岩性有效圈闭的要素之一，岩性圈闭低部位往往在一个或多个方向上被晚期断层切割或遮挡，形成断层-岩性圈闭。

3)石臼坨凸起断裂对油气运聚的控制作用主要体现在两个方面：一方面断层活动强度大的地区，油气主要沿着大断层的断面向上运移；另一方面弱断层活动区凸起内部“Z”字型油气运移模式。

4)石臼坨凸起浅层油气运聚模式为源外阶梯式运移模式：边界断层和凸起晚期断层沟通古近系边界断裂附近的近源扇三角洲沉积体、馆陶组底部横向展布范围广泛的砂砾岩体以及明化镇组下段砂体等三级阶梯。

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[编辑] 宋换新

2016-11-20

国家科技重大专项(2011ZX05023-006-002)。

张参(1982- )，男，硕士，工程师，主要从事石油地质综合研究工作，zhangcheng0302@126.com。

TE122.12

A

1673-1409(2017)7-0008-07

[引著格式]张参，牛成民，杜晓峰，等.网格状断裂对石臼坨凸起新近系油气藏的控制作用[J].长江大学学报(自科版), 2017,14(7):8～14.