伏龙泉断陷反转构造与油气富集规律

张美华

(中国石化东北油气分公司勘探开发研究院，吉林 长春 130062)

松辽盆地的形成过程可划分为三个构造期次：断陷期、坳陷期、反转期。伏龙泉断陷是松辽盆地内的一个次级断陷，伏龙泉断陷油气成藏与这三个构造期次之间关系可简单概括为断陷期生烃、坳陷期成储、反转期成藏，反转期形成的构造圈闭是油气主要的保存空间。

松辽盆地构造反转普遍存在，几乎全盆地的构造变形、所有构造圈闭全属反转构造之列[1]。伏龙泉断陷主要为正反转构造，正反转构造可定义为[2]：原先由张性-张扭性断层控制、常伴有同沉积期地层(被动充填层序)发育的上盘盆地(地堑或半地堑)，后来在压性-压扭作用下发生隆起和局部挤出，由此产生的构造即为反转构造，即控构造断层呈“下正上逆”特征，这类构造与油气藏关系密切。本文在研究构造演化特征的同时，结合油气成藏期次研究，恢复油气成藏过程，并进行反转率定量评价，明确有利区带与反转构造之间的关系。

1 地质概况

伏龙泉断陷位于松辽盆地南部，为松辽盆地东南隆起区上的一个次级断陷，最大地层厚度6 500 m，断陷面积约1 000 km2，天然气资源量约800×108m3。该断陷发育4条边界断层，呈雁列状分布，依次控制了4个沉积次洼(F4断层资料较少，本文不涉及)，整体构造格局为东断西超的半地堑(图1)。

图1 伏龙泉断陷构造位置和构造纲要

伏龙泉断陷地层自下而上发育下白垩统K1(火石岭组K1h、沙河子组K1sh、营城组K1yc、登娄库组K1d、泉头组K1q)，上白垩统K2(青山口组K2qn、姚家组K2y、嫩江组K2n)及第四系地层(Q)。

根据伏龙泉断陷烃源层、储层及盖层的发育特征，区内存在三套油气成藏组合：

上部组合：下生上储组合，为K1sh、K1yc烃源层+K1q、K1d储层+K1q2区域盖层；

中部组合：下生上储组合，为K1sh、K1yc烃源层+K1d1、K1yc储层+K1d2泥岩盖层；

下部组合：自生自储组合，为K1sh内部烃源层+K1sh储层+K1sh泥岩盖层。

目前勘探成果集中于上部组合中，主要油气分布层系为K1q、K1d。

2 构造演化特征

伏龙泉断陷经历的三个构造演化阶段，从构造发育剖面上来看(图2)，K1h为断陷前沉积，地层分布与边界断层活动关系不大，K1sh、K1yc为断陷期沉积地层，K1d为断拗转换期沉积地层，K1q及上白垩统(K2)为拗陷期沉积地层，上白垩统即明水组(K2m)末期进入反转期，地层抬升剥蚀殆尽，地表为第四系(Q)沉积。

K1sh沉积时期，东部边界断层开始活动，进入断陷期，盆地为东断西超的半地堑格局，边界断层控制了沉积和地层厚度，该阶段断陷强度大，沉积地层厚。

图2 伏龙泉断陷构造发育剖面图(剖面位置见图1,AA')

K1yc沉积时期仍为断陷期，但断陷活动强度减弱，湖盆面积扩大，部分地层扩展到边界断层以外，西部缓坡带出现了调节断层，在剖面上的组合呈反向斜列状，起到调节沉积体系并释放构造应力的作用，对断陷缓坡带地层分布有一定的控制作用。

K1d沉积时期为断拗转换期，早期仍然表现为断陷特征，沉积物主要起到填平补齐的作用，晚期逐渐转变为拗陷期沉积，K1d厚度仍然受边界断层及同沉积断层控制，K1d地层分布范围比K1yc时期进一步扩大。

K1q沉积时期为拗陷期，边界断层停止活动，对沉积控制作用不明显，地层厚度分布均匀，一直持续到K2m末期。

K2m沉积末期进入反转期，构造反转运动使得盆地发生挤压变形，在盆地陡坡带形成背斜隆起，缓坡带断层在压扭应力场作用下活化，产生一系列花状断层，形成现今构造格局。K2地层受到剥蚀。

3 成藏期

伏龙泉断陷主力烃源岩层为K1sh，K1yc烃源岩次之，K1d和K1q不发育烃源岩。运用油气储层中的流体包裹体结合埋藏史-热演化史方法来恢复油气成藏期。从胜利1井埋藏史-热史图上来看(图3)，K1sh烃源岩整体在K1d沉积时期进入生烃门限，K1d顶部-K1q沉积时期进入大量生烃阶段；K1yc烃源岩在K1q沉积早期进入生烃门限，K1q沉积中期进入大量生烃阶段。目前这两套烃源岩处于高成熟到过成熟演化阶段。

图3 胜利1井埋藏史-热史

3.1 中、下部成藏组合

断陷层油气藏分布于K1yc和K1sh。胜利1井K1yc(埋深2 876.67 m)和K1sh(埋深3 887.50 m)中与烃类包裹体共生的盐水包裹体主要沿石英颗粒次生裂隙分布，均一温度分布为107.3～131.6℃和127.8～131.2℃(见图4)，流体密度均集中于0.933 g/cm3和0.935 g/cm3，断陷层油气具有一期充注特征。从埋藏史-热史图上读取均一温度值可知其成藏期分别为距今93～92 Ma和100～95 Ma，即K1yc油气藏于K1q时期成藏，K1sh于K1d末期—K1q末期成藏。因此断陷期油气藏的主要成藏期为K1g时期。

图4 胜利1井储层流体包裹体镜下特征

3.2 上部成藏组合

胜利5井K1d(样品深度1 357.1 m为拗陷期储层)中发育两期烃类包裹体。储层油气包裹体的GOI(grains containing/with oil inclusions)意指含油包裹体的矿物颗粒数目占总矿物颗粒数目的比例[3]。第一期主要发育于石英颗粒加大早期及期间，发育丰度中等(GOI为1～2%)，镜下观察到与其共生的含烃盐水包裹体环石英颗粒加大边内侧成带状分布，均一温度在74℃～76℃，投点到胜利5井单井埋藏史-热史图上得到成藏期距今约90 Ma，对应于K1q时期；第二期烃类包裹体主要沿切穿石英颗粒加大边的微裂隙成带状分布，测得的与烃类包裹体共生的含烃盐水包裹体均一温度在86℃～91℃，成藏期距今约72～66 Ma，对应于K2m末期的构造反转期(图5)。

综上所述，断陷期油气藏主要在K1q时期成藏，由于其形成后一直保存在原来的储层中，本文将其划分为原生油气藏；拗陷期储层中可识别出两个主要的成藏期，一是K1q时期，二是K2m末期，其中K1q时期为原生油气藏，K2m末期构造反转形成的油气藏为次生油气藏，拗陷期地层中的油气发现以次生油气藏为主。

图5 胜利5井埋藏史-热史图及K1d储层流体包裹体镜下特征

4 反转构造与油气富集规律

4.1 反转构造定量分析

伏龙泉断陷整体为“断拗叠置”型盆地，早期断陷和晚期拗陷均受到K2m末期构造反转的改造，其中断陷期地层表现为地层抬升，产状发生变化，但其构造格局整体上未发生变化。而拗陷期地层受反转作用改造明显，反转前地层产状较为平坦，反转后形成挤压构造，整体构造格局发生根本性变化。

如图6所示，反转前，K1d顶面整体较平缓，受早期断陷影响，发育伏北次洼、伏南次洼、顾家店次洼三个洼陷构造，但其洼陷幅度远小于断陷期地层，反转后K1d顶面形成了三个背斜构造——伏北背斜、伏南背斜、顾家店背斜，三个背斜构造叠置于三个洼陷构造之上，但其构造幅度存在差异。

从伏龙泉断陷反转期构造发育剖面来看(图7)，本区K2m末期(K2沉积后)地层保存完整，随后发生构造反转，断陷东部地层抬升遭受剥蚀，剥蚀程度从东到西逐渐减小，在抬升过程中，边界断层也重新活动，性质转变为逆断层，并断开拗陷期地层。

图6 伏龙泉断陷K1d顶面构造立体图

用地层趋势法恢复地层剥蚀厚度(图7虚线所示)，伏龙泉断陷三个次洼都遭受了不同程度的剥蚀，其中伏南次洼BB' 剖面剥蚀程度最大，在边界断层附近，不仅K2+Q地层被剥蚀殆尽，K1q地层也受到了一定程度的剥蚀。剥蚀程度能定性评价各次洼的反转程度。

引用反转率的概念来定量伏龙泉三个次洼反转程度。针对正反转构造，取沿断面的同沉积上盘地层长度(dh，单位为m)，地层位移零点以上长度(dc，单位为m)[4-5]，计算反转率公式为：

Ri=dc/dh

(1)

即逆断距与断面长度的比值，位移零点处断层上下盘地层无位移，位移零点之上为逆断距，位移零点之下为正断距，把同沉积期地层的顶面当作基准面，可以在断层上盘测量该面至各层位的顺断层距离(图7)。计算Ri所需参数(dc，dh)也可在图中直接得到[2]，位移-距离曲线与纵坐标轴的交点即为位移零点，如果位移-距离曲线不和纵坐标轴相交则表明该断层没有发生反转。

按照文献[6]分类标准，伏龙泉断陷反转构造均为正反转构造，可进一步归属于断裂型，伏北次洼边界断层性质为上下均正，伏南次洼与顾家店次洼为下正上逆。上述概念为定量评价反转构造提供了理论基础，但反转构造并非都表现为断层性质的转变,伏北次洼边界断层性质仍然为正断层，其反转表现为东部地层整体抬升剥蚀，从伏龙泉断陷各次洼之间来看,伏北次洼反转程度最弱，尚未达到边界断层性质反转的阶段。

从伏龙泉断陷各次洼边界断层的位移-距离曲线(图7)，计算得到顾家店次洼Ri为0.37，伏南次洼Ri为0.1，伏北次洼边界断层性质无反转，反转程度由南向北逐渐减弱。

4.2 反转构造与油气分布

本区油气分布纵向上分布于K1q、K1d地层中，平面上主要分布于伏北、伏南、顾家店三个拗陷期地层受反转挤压形成的反转背斜构造，叠置于断陷期的沉积次洼之上，从而形成“下生上储”的圈源配置关系。

从伏龙泉断陷成藏时间来看，K1d末期到K1q时期，断陷层烃源岩达到成熟阶段开始生烃，生成油气主要保存于断陷期地层中，形成原生油气藏，并部分向上运移到拗陷期地层中；拗陷期断层活动趋于停止，油气不能进一步向上运移；直到K2m末期，构造反转，主要断层活化，原生油气藏遭受破坏，油气调整向上运移到拗陷期地层中形成次生油气藏。因此，反转构造既形成了圈闭，也形成了油气运移通道。

上述研究表明，伏龙泉断陷反转期构造圈闭的形成晚于油气主生烃期，不利于充注和保存，但本区勘探成果却以这类油气藏为主，这与原生油气藏遭受破坏并二次运移有关，这个过程中构造反转是主要动力。由于反转期持续时间较长，在破坏原生油气藏的同时，也能对次生油气藏产生破坏，因此盖层的作用至关重要。

图7 伏龙泉断陷反转期构造发育剖面及边界断层位移-距离曲线(剖面位置位置见图1)

本区区域性盖层为泉二段(K1q2)，厚度300～500 m，全区分布稳定，岩性以棕红色泥岩为主，是泛滥平原相沉积，K1q2地层厚度大，反转期断层活动未能破坏其封堵，阻止了油气进一步向上运移，从而形成了现今油气分布格局。

4.3 反转构造与油气富集规律

油气富集程度上，伏龙泉断陷三个反转背斜构造中伏南背斜最为富集，伏北背斜次之，顾家店背斜最差。三个反转背斜形成时间一致，与油气运聚的时空匹配关系一致，储盖条件基本一致，但各供烃次洼与反转程度存在差异。搁置供烃次洼因素，假设供烃程度一致，仅考虑反转程度对油气富集的影响，前文计算得到顾家店次洼Ri为0.37，伏南次洼Ri为0.1，伏北次洼边界断层性质无反转。其中伏南背斜反转适中，最有利于次生油气藏的形成和保存；伏北背斜反转弱不利于形成构造圈闭，但盖层有效，能保存部分油气；顾家店背斜反转太强，断层活动破坏了盖层的封堵性，最不利于油气的保存。

伏龙泉断陷邻区孤店断陷边界断层反转构造发现较早[7]，研究[8]认为孤店边界断层Ri在0.19～0.37，反转程度由断层中部向两端逐渐减小，孤店断层两端Ri小于0.20的部位为油气保存的有利区。研究成果认为伏龙泉断陷边界断层构造Ri在0～0.2之间的区域有利。

5 结论

(1)伏龙泉断陷经历了断陷期、拗陷期、反转期三个演化阶段，其中K2m末期反转构造阶段是新圈闭形成和油气再次运移的过程，主要断层作为运移通道，断陷层油气向上运移到坳陷层圈闭中，具备良好的圈源匹配关系；

(2)伏龙泉断陷有两个主要的成藏期：K1q时期与K2m末期；主要的油气分布层位是K1q和K1d；以构造反转调整形成的次生油气藏为主；K2m末期是主要的成藏期；

(3)反转构造对伏龙泉断陷油气成藏具有重要的控制作用，反转率Ri适中的区域有利于次生油气藏的形成和保存，是油气富集的有利地区。伏南次洼反转适中(Ri为0.1)，油气最为富集；伏北次洼轻微反转，富集程度次之；顾家店次洼反转过强(Ri为0.37)，油气富集程度最差。