莱州湾凹陷东北洼“走滑-伸展”复合断裂控藏机理及勘探启示

石文龙，牛成民，杨 波，王利良，邓 辉，王 航，张德龙

[中海石油(中国)有限公司 天津分公司，天津 300452]

随着渤海海域渤南探区勘探程度的不断提高，渤南探区储量探明程度超过40%，储量发现率达到60%，规模型勘探发现难度越来越大。目前，在边缘洼陷勘探程度相对较低，是取得规模型油田突破的重要潜力区域，但是存在一定的勘探难题，风险较大。莱州湾凹陷东北洼为受郯庐走滑断裂与近东西向伸展断裂共同控制的一个边缘洼陷[1-6]，初期预探揭示较好的勘探潜力，但在初期评价遇到瓶颈，沉寂多年未取得规模突破。归结起来主要面临三方面的难题。首先，该区域受走滑-伸展双重构造应力控制，影响有效圈闭的落实与优选；其次，走滑主断层油气运移控制作用认识尚不完善，传统认为走滑主断裂只起封堵作用，油气能否通过主走滑断层向斜坡区运移是斜坡带下步展开目标评价的关键；再次，以伸展为主的区域与以走滑应力区油气富集机制具有明显差异性，如何在复杂构造区寻找高丰度油气富集块是高效评价的关键。本文从成因机制入手，深化走滑主断裂控藏认识，提出了“油藏、断层、圈闭”三元控藏模式，有效地指导了KL6油田成功的评价。

1 构造演化特征

1.1 断裂发育特征

研究区位于莱州湾凹陷东北洼及其东侧斜坡区(图1)，构造位置处于郯庐走滑中段东支南端，该构造区除了受郯庐断裂[7-11]东支走滑应力作用外，同时还受南北方向的伸展构造应力作用。郯庐走滑断裂在研究区分为3条分支断裂(F1,F2,F4)，3条走滑断层把研究区分为KL6A，KL6B和KL6C三个构造区块。最西侧的走滑断层F1分隔KL6A和KLB两个区块，在KL6A区块，主要以近东西向伸展断层为主，自北向南以F9，F8，F6为分界形成3个断阶带；KL6B区块夹持于F1与F2两个分支走滑断裂之间，同时在该区块的南侧仍受南北向伸展应力影响较大，在走滑挤压与南北向伸展作用共同控制下形成了断背斜圈闭，例如KL6B-1井区圈闭的形成；KL6C区块主要受F2和F5(F4)断层控制，其中F5断层在北段表现为走滑特征，到南端后转化边界伸展断层。由于这种构造圈闭形成机制的独特性，导致了KL6油田具有东西分带，南北分块的差异成藏的油气富集特点，主要富集区块分布在KL6A-1井区的东营组与沙河街组和KL6B区块的东营组，斜坡区的KL6B区块成藏层位——东营组位置更加靠上(图2)。

图1 莱州湾凹陷KL6油田构造单元划分示意图Fig.1 A sketch map showing the structural units of KL6 oilfield in Laizhou Bay Sag

图2 莱州湾凹陷KL6油田东西向油藏剖面Fig.2 The EW-trending profile of the reservoir in KL6 oilfield,Laizhou Bay SagLKO.油底；T.D. .完钻深度；OWC.油水界面

1.2 构造演化特征

1.2.1 走滑断裂带构造演化特征

走滑构造活动是从基底向盖层扩展式发展的，盖层的破裂首先是从雁列的剪张性破裂开始，随着走滑活动的逐渐增强使得雁列的剪张性破裂逐渐贯通，从而形成走滑断裂带。研究区受郯庐东支走滑断裂带施加的右旋剪切作用力控制，利用沙箱物理实验模拟右旋走滑断裂的形成过程，结果显示：基底沿NNE向断裂右旋走滑，最初在盖层产生了一系列NE-SW向小断层，小断层沿主滑动方向(NNE)呈雁行排列；随着基底走滑位移量的增加，雁行断裂的密度增加，直至产生主滑动断面，次级断裂在主滑动面两侧呈羽状排列，走滑过程中还伴随有局部NE-SW向挤压(图3)。研究区走滑断裂平面展布并非呈一条直线，而是呈“S”形弯曲，为了明确“S”形走滑带不同位置的构造变形差异，在设置东盘单侧走滑、西盘南侧为受限边界的基础上，又设置了主体走向平行于主走滑带的“S”形先存断层，模拟结果显示(图4)。①“S”形先存断裂复活；②走滑所产生的新的断裂体系主动盘更发育，且与主断裂形成帚状体系，被动盘次级断裂发育弱，相对与F1断层，KL6A区块为主动盘，而KL6B区块为被动盘；③“S”形走滑断裂的中间弯曲段产生挤压褶皱，且断面紧闭，属压扭性质，“S”型断裂凹面产生具有张扭性质次级断裂，在凸面主走滑断裂带压扭性进一步增强，相对于F2走滑断层，KL6C区块为主动盘。因此，正确识别走滑断层两盘相对运动关系和次级断层的性质对油气运聚成藏的研究具有重要意义。

1.2.2 走滑-伸展复合区构造演化特征

在新生代初期，受到南北向伸展应力作用，KL6A区块沿南北走向上形成3个断阶带雏形，同时郯庐断裂带右行走滑开始活动，在研究区产生T破裂和R破裂，进一步将研究区分割为多个断块。随着走滑活动的持续进行，T破裂持续增大，一系列T破裂形成反向遮挡的多米诺断块群，与此同时，断块群受挤压应力作用形成一些宽缓褶皱或者单斜构造，其轴向与正断层走向垂直，相互作用形成反向遮挡断背斜或单斜圈闭。由于在时间上，挤压与伸展作用是同步的、持续的，因此作为响应，挤压应变与伸展应变均是持续的、递进的，形成的构造圈闭亦具有继承性，如相同断块古近系为背斜圈闭时演化至新近系仍为背斜圈闭，相同断块古近系为断块圈闭时演化至新近系仍为断块圈闭，其差距仅表现在应变在时间的积累效应上，即从深至浅背斜幅度依次减小。

图3 没有施加约束条件下的右旋走滑物理模拟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

图4 西盘受限、预设NNE向“S”断裂条件下的右旋走滑物理模拟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 断层差异控藏机理

2.1 构造应力机制控制圈闭类型与分布规律

由于KL6A区块与KL6B区块的主应力性质不同，圈闭的类型及其分布具有明显的差异[12]。在以伸展断裂主控的KL6A区块，受早期南北向伸展应力作用产生了多个近EW与NE走向的主伸展断裂(F6，F7，F8)，这些断裂基本奠定了现今的构造格局。NNE向走滑应力形成的NE-SW向挤压应力分量作用于断块上，形成了多个轴向为NNW向的断背斜圈闭，NE走向的伸展断层为其控圈边界断层，同时也是重要的封堵断层，如KL6A构造1井区及6井区等(图1)，其封堵作用的强弱对油气成藏具有重要的作用。

在走滑应力主控的KL6B区块，若右行走滑断层在平面上呈现出“S”形态，则该段走滑断层具有压扭性质，常发育背斜与断背斜圈闭。由于走滑两侧挤压应力的对称性，此类背斜大多由对称分布在走滑断层两侧的半背斜组成，如KL6B-3井区(图5)。如果挤压变形发生在断块边部，则形成墙角断背斜，NEE向正断层和主走滑断层共同控制其边界，如KL6B-1井区和KL6C-1井区。

综合圈闭形成主控应力机制、主控断裂晚期活动强度和圈闭形态等因素，研究区内主要圈闭可以分为Ⅰ，Ⅱ和Ⅲ三类。Ⅰ类圈闭条件最好，主要分为两种类型，一种是在伸展为主的KL6A区块，主控断层断距较大为长期继承活动断层，具有较好的封闭性；另一种是位于走滑主控区域，如KL6B区块的3井区，主要是受走滑增压作用形成的背斜圈闭，保存条件最好。Ⅱ类保存条件次之，主要分为两种：一种是主控断层为东西向伸展断层的断背斜圈闭，断层活动性较弱，断距较小，两盘储层对接的风险较大，侧封性相对较弱，如KL6A区块的①号块与④号块等；另一种是受控与走滑断裂的走滑增压段和伸展断裂共同控制，如KL6A区块的⑤号块，KL6B区块的①，②和③号块等。Ⅲ类圈闭，主要是受走滑断裂释压段和伸展断层共同控制，保存条件具有一定的风险，如KL6A区块的③号块，KL6C区块的⑥号块等。

2.2 “断-排”耦合关系控制油气富集层位

断裂活动期[13-22]与烃源岩大规模排烃期的耦合程度的高低，是油气能否进入有效圈闭并聚集成藏的关键。在烃源岩大规模排烃时期，断层的活化对油气的运移是十分有利的，在成藏期以来，继承性活动的断层可以作为良好的油气输导通道。因此，在烃源岩大量排烃期活动断裂断至的层位对油气成藏的层位具有明显的控制作用。

图5 莱州湾凹陷莱东走滑斜坡区有利构造圈闭分布Fig.5 The distribution of favorable structural traps in the Laidong strike-slip slope zone of Laizhou Bay Sag

研究表明，KL6构造区主要成藏期为5Ma年以来，KL6A区块的EW向伸展断层晚期活动性在南北两侧存在一定的差异性。在北侧KL6A-1和KL6A-3井区，晚期断裂活动性比南侧明显要强，几个先存伸展断裂在原有断层基础上继承性活动，在剖面上表现出断距相对较大；而在南侧KL6A-6井区，早期断层继承性活化的相对较少，5Ma以来的断层活动性整体相对较弱，大部分断层活动终止于明下段以前(12Ma)，在剖面上表现为断距相对较小。这种南北断裂活动的差异性，也导致南北两侧成藏层位的差异。在北侧KL6A-1井区，油气在非烃源岩层系的东营组显示十分活跃并富集成藏。位于南侧的KL6A-6井，在东营组具有较好的圈闭条件且处于油气运移的低势区，但是由于晚期断裂活动性弱，该井在东营组没用见到油气显示。这充分说明断层活动期次与烃源岩排烃高峰期的时间匹配关系是油气成藏的关键因素。而在斜坡区的KL6B和KL6C区块，走滑断层对油气成藏起到主要的控藏作用。这是因为断裂走滑的时期相对较晚，大多走滑断层都断至基底，这对主要靠走滑断层运移的构造圈闭是十分有利的。KL6B和KL6C区块油气成藏层位已上移至馆陶组底部，而KL6A区块最浅成藏层系是在东二段底部。钻探结果充分表明，油气成藏层系和断裂活动期次具有较好的对应关系，整体具有南北、东西差异富集的特点。

2.3 断裂的性质影响油气运移效率

近年来，走滑断裂控藏机理在渤海海域取得较大的进展，并获得较好的勘探成效。传统认识认为：走滑断层具有良好的封堵性质，走滑增压带有利于形成大型构造圈闭，是油气保存的有利场所；走滑调节断裂及释压型走滑转换带是油气运移的有利通道，走滑断层本身不具有油气运移作用。研究区主要供烃洼陷位于KL6A区块(图1)，位于斜坡区的KL6B与KL6C区块成藏的关键是油气能通过走滑断层运移至斜坡区圈闭中。走滑断层起油气运移作用，在渤海的勘探实践中还没有先例。本次研究从走滑断层形成机制入手，并结合断层应力分析，提出“压扭控圈、张扭控运”差异控藏机制，认为走滑断层对油气控制作用具有分段性，其中张扭段具有油气运移作用，该认识拓展了有效勘探区带，为油田后期评价开辟了新的战场。

断裂在油气运聚成藏过程中具有双重作用，一方面可为油气由深层向浅层运移提供输导通道，另一方面又为油气聚集成藏提供封堵条件，而断裂的输导和封堵作用受多重因素影响，其中断层两盘构造应力是压性(压扭性)或是张性(张扭性)对断裂的控藏作用起到关键性的影响。压性断层是在挤压应力作用下形成，断面紧闭程度高，值得注意的是其形成后的应力松驰阶段产生的弹性回跳作用明显，这种应力释放可能造成张性裂隙，不利于断层的封闭；张性断层为张应力的产物，断裂带内存在一定比例的断层角砾岩，油气容易渗漏；走滑断层为扭应力的产物，在滑动的过程中，断层两盘的岩体长距离地相对错动、紧密摩擦和研磨，往往在断面上形成大量的断层泥，在纵横两个方向上均能封闭油气；压扭性断层，处于压扭应力环境，主控断层具有良好的封闭作用。物理模拟实验表明，在走滑断裂的增压段，断裂处于挤压构造应力场中，呈闭合状态，且闭合程度较高。随着走滑位移量的增大，调节断裂的挤压幅度逐渐变大，断裂逐渐封闭，并出现旋扭的现象，使增压型走滑转换带具备了遮挡流体继续运移的重要条件，处于释压环境的走滑断裂，以张扭应力为主，断裂明显处于开启状态，难以阻止流体的运移，可以起到油气运移作用。

本次研究在对应力机制分析的基础上(图6a)，根据主要走滑断裂剖面(图6c)与平面特征，按照应力性质的不同对走滑断裂行了分段划分(图6b)。对斜坡区起关键控藏作用的走滑断裂F1在剖面上分为3段，其中中间一段为压扭性断层，具有良好的封闭作用，KL6A-4井所在圈闭受该压扭断层的封堵，在东三段油气聚集成藏；F1断层的北段具有张扭性，是油气往斜坡区KL6A/B区块运移的输导通道。在F2走滑断裂增压段，断裂处于挤压构造应力场中，断面闭合程度较高，断层两侧形成背斜圈闭，KL6B-3井钻探证实油气在该背斜圈闭中高丰度富集。F2断层的张扭段可以作为油气向更高台阶运移的通道。

3 “油藏-断层—圈闭”三元控藏模式及勘探意义

3.1 “油藏-断层-圈闭”三元控藏模式

在研究区KL6A、KL6B和KL6C三个构造区块中，KL6A区块位于洼陷区，供烃条件较好，是最先取得突破的区块，但随着钻勘探进程的不断推进，KL6A区块的勘探潜力越来越有限。位于斜坡区的KL6B和KLC区块是下一步勘探的潜力区带，然而要想在斜坡区取得规模型勘探突破，面临三方面难题。一是莱州湾东北洼的有效烃源岩主要分布在KL6A区块，而位于斜坡区的KL6B与KL6C区块烃源岩成熟度较低供烃能力十分有限，因此影响该区块成藏的关键因素是油气能否通过走滑断层F1向斜坡区运移。二是莱州湾东北洼主要供烃层位为沙河街组，烃源岩生成的油气首先在沙河街组圈闭中聚集，例如KL6A区块的1、4井区的沙河街组，而4井区圈闭控圈走滑断层南段为张扭性质，油气的保存能力有限，油气除了部分在4井区沙河街组成藏外，大部分直接向斜坡区KL6B与KL6C区块沙河街组继续运移，而供给斜坡区东营组圈闭的油气数量有限，如何解决油气向KL6B区块东营组圈闭输导存在一定的困难。三是已钻井油层分布情况揭示，KL6A区块的最高成藏层位是东二下段的底部，而KL6B区块的圈闭主要发育在东营组顶部，层位越往下圈闭面积越小，如果含油层系不上移，该区块勘探潜力就十分有限了，油气成藏层位是否上移也是一个需要解决的难题。

基于面临的这些难题，本次研究提出了“油藏-断层-圈闭”三元控藏模式(图7)。“油源”：现在已经钻探证实的油气富集区带，无论是烃源岩层系还是非烃源岩层系，只要已经发现了油气藏，就表明它是一个油气汇聚区，具有很好的运聚条件，这样的油气藏是具有动态平衡作用的，烃源岩生成的油气还会不断的向该区域汇聚，如果圈闭条件较好，油气就会规模成藏，如果圈闭有效性差成藏规模相对会小，但都可以起到中转站的作用，向低势区圈闭提供油气供应。该项地质认识最重要的作用在于即使目标圈闭不与有效烃源岩连接，只要高势区有油气藏，无论是否在烃源岩层系，都可以得到有效的油气供给。“断层”：与成藏期相匹配的活动断层(断裂带)。在成藏期新产生或原来已经存在，在成藏期重新活化连接供源区与目标圈闭的断层。“圈闭”：通过活动断层与较高流体势连通的有效圈闭。有效的圈闭(构造或岩性)，具有较好的储盖组合条件，能使高势区运移过来的油气得以很好的保存。

图6 莱州湾凹陷莱东走滑斜坡区走滑断裂分段特征Fig.6 Segmentation characteristics of strike-slip faults in the Laidong strike-slip slope zone of Laizhou Bay Saga. 不同走滑应力作用地层变形模式；b. 不同断裂性质平面分布；c. 不同走滑应力作用剖面特征

油气成藏是一个动态平衡的过程，KL6A区块1井区在东营组是油气主要富集层段，表明该井区东营组圈闭是油气的汇聚区，在东营组油藏的溢出点以及保存条件不好的层段的油气可以继续向低势区运移，因此，位于构造位置更高的KL6B区块东营组顶部圈闭，虽然不能直接从沙河街组烃源岩接收油气供应，但可以从F1断裂西盘的KL6A区块东营组油气藏这一“中转站”得到充足的油气供给，最终，KL6B区块的3井区在东营组顶部钻遇百余米油气层，发现新的油气富集块，证实了该成藏模式的正确性。

3.2 勘探意义

“油藏-断层-圈闭”三元控藏模式具有很好的推广应用前景，可以有效的指导勘探部署[22]。首先，在非烃源岩层系尤其是新近系，如果已经发现油气富集区块，表明该区域油气运移条件优越，可以围绕富集块周边展开滚动勘探，圈闭类型可以以多种形态存在；其次，如果在非烃源岩层系发现了油气富集区，在深层肯定存在油气汇聚带为其提供充足的油气供给，因此，可以沿着浅层富集带的有效活动断层下方开拓新的勘探层系。例如研究区，在KL6B区块的3井区已经证实了为油气富集块，表明该井区为油气有效汇聚区，而位于其东侧具有相同构造高部位的圈闭，虽然距离供烃洼陷较远，3井区油气藏可以作为油气“中转站”为东侧相邻圈闭提供充足的油气供给，表明在3井区侧相临圈闭仍具有较大的勘探潜力，可继续展开滚动勘探工作。

4 结论

1) 研究区主要受控走滑-伸展两种构造应力，KL6A区块主要是受伸展应力控制同时叠加走滑挤压分量，伸展与走滑压扭分量叠加区是有利圈闭发育区域;KL6B与KL6C区块主要受走滑应力控制的，在走滑增压区容易形成良好的构造圈闭。

图7 莱州湾凹陷KL6油田“油源-断层-圈闭”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) 走滑主断层具有差异控藏作用，在走滑张扭段，可以作为良好的运移通道，向低势区圈闭提供有效的油气输导，在走滑压扭段，一般形成具有良好的保存条件的背斜与断背斜圈闭。

3) “油藏-断层-圈闭”三元控藏模式的建立，表明了目前已经发现的非烃源岩层系油气藏也可以向低势区有效圈闭提供充足的油气供给，有效的扩大了勘探的区域。