“硬连接”断层圈闭发育部位及形成时期预测

刘峻桥，姚志纯，张成宇，张 铭，胡 罡

(1.广东石油化工学院，广东 茂名 525000； 2.广东省非常规能源工程技术研究中心，广东 茂名 525000； 3.中国石油长庆油田分公司，陕西 西安 710018； 4.中国石油辽河油田分公司，辽宁 盘锦 124010)

0 引 言

随着油气勘探的不断深入，断层分段生长在油气成藏过程中起着越来越重要的作用[1-3]，“硬连接”断层圈闭是由于裂陷盆地断层生长过程中位移变化导致地层变形形成的圈闭构造，是断层生长进入“硬连接”阶段在其分段生长连接部位形成的圈闭。断层生长过程中，2条断层连接部位通常表现为砂体发育程度高、伴生裂缝和小规模断层有效改善储集空间和较强水动力条件等特征[4-6]。因此，分段生长连接部位发育的“硬连接”断层圈闭通常是有利的油气聚集带。关于断层分段生长对油气成藏的作用前人曾做过大量的研究和探讨，主要集中在断层分段生长对沉积相带展布、储层改造以及油气运移输导等方面[1-6]，而“硬连接”断层圈闭作为裂陷盆地重要的圈闭类型，关于其发育部位识别及形成时期预测对油气成藏控制作用的研究较少。文中从“硬连接”断层圈闭的形成机制和断层生长演化历史入手，结合冀中坳陷文安斜坡勘探资料，探讨“硬连接”断层圈闭发育部位及形成时期的识别方法，对于正确认识裂陷盆地油气分布规律和指导油气勘探具有重要的意义。

1 地质背景

议论堡构造带位于渤海湾盆地霸县凹陷东侧文安斜坡南部，该区新生代以来经历了古近纪早期(孔店组—沙三段沉积时期)、古近纪晚期(沙二段—东营组沉积时期)和新近纪(馆陶组沉积时期至今)3期较为明显的构造演化阶段，其中，沙二段—东营组沉积时期为主要的断层活动时期[7]。议论堡地区自西向东依次发育有马西断层、梁召断层和王仙庄断层3条规模较大的断层，其中，王仙庄断层整体近北北东走向，平面延伸长度约为27 km，断面西倾，是议论堡地区重要的控圈断层。油气勘探显示：议论堡地区的油气主要来自西侧紧邻的霸县洼漕和马西—鄚州洼槽沙三段和沙一段烃源岩[8]；该地区不同断层和同一断层不同部位油气富集程度具有明显的差异性，油气主要沿王仙庄断层走向呈“牙刷状”富集，而距离油源较近的马西断层油气富集相对较少，梁召断层附近则无油气富集(图1)。

2 “硬连接”断层圈闭发育部位

断层分段生长是裂陷盆地的一种常见的断层生长模式，断层生长一般经历孤立生长、“软连接”和“硬连接”3个阶段[9]。不同生长阶段，沿断层走向位移变化不同，导致其附近地层变形特征存在差异。孤立生长阶段，断层位移通常表现为中部大，两端逐渐减小至零的特征，导致了在断层上盘表现为向斜特征，断层下盘表现为背斜特征，褶皱轴向垂直于断层走向[10]；断层生长进入“软连接”阶段，断层间开始相互作用，形成多种类型的转换带[11]，由于此阶段断层并未连接，分段生长部位的断层不能形成有效的遮挡，无法形成圈闭；断层生长进入“硬连接”阶段，断层间的相互作用增强，2条断层之间形成横断层，最终连接形成完整的大断层，多条断层以“硬连接”方式连接为一条断层，其发生连接的部位位移最小[12]，两侧断层中部的位移逐渐增大，在断层上盘分段生长点发育部位形成轴向垂直于断层走向的横向背斜构造，该类横向背斜构造受断层遮挡形成的圈闭即为“硬连接”断层圈闭(图2)。

图1 议论堡地区构造特征及油气分布

3 “硬连接”断层圈闭识别方法

“硬连接”断层圈闭发育在断层分段生长部位，通过分段生长点的识别可以确定该类圈闭的发育部位。断距-距离曲线作为一种常用的断层演化规律研究方法，可以有效识别断层分段性和断层分段生长部位，断层断距-距离曲线存在位移低值点表明断层为分段生长断层，该位移低值点位置即为断层分段生长部位，断层生长过程中，由于断距与位移之间存在正相关关系，因此，断距-距离曲线中断距低值点也可识别断层分段生长部位[13]。文中基于断距(D)和距离(S)2个参数建立的断层平面组合模式判别标准可以有效识别断层生长阶段(图3)。

图2 “硬连接”断层圈闭形成演化模式

图3 断层分段生长阶段定量判别标准

应用断层断距-距离曲线研究议论堡地区王仙庄断层分段性及分段生长点发育部位。研究结果表明，王仙庄断层共发育7个分段生长点，表现为8段式生长特征(图4)。根据“硬连接”断层位移变化规律，分段生长点处形成轴向垂直于断层走向的横向背斜构造。基于断层平面组合模式定量判别标准，王仙庄断层的7个分段生长点对应的转换位移与距离的比值均大于1.00，表明王仙庄断层的7个分段生长点均处于“硬连接”阶段(表1)。同时，王仙庄断层倾向与地层倾向一致，在断层上盘分段生长点发育部位形成的横向背斜构造受王仙庄断层遮挡，能够形成“硬连接”断层圈闭。

4 “硬连接”断层圈闭形成时期确定

若圈闭形成时期早于油气成藏期，则有利于油气聚集。“硬连接”断层圈闭形成时期主要受地质历史时期断层断距变化的影响，通过识别古断距能够确定圈闭形成时期。常见的古断距恢复方法为垂直断距相减法和最大断距相减法，前者是指沿断层延伸方向下部层位断距减去对应测线上部层位断距，后者是指沿断层延伸方向下部层位断距减去上部层位对应断层段的最大断距。一般情况下，断层生长过程中断层最大位移与其延伸长度呈线性递增关系，而垂直断距相减法所表现出的是“断距累积，长度固定”的断层生长模式，因此，相较于垂直断距相减法，最大断距相减法恢复古断距更能真实反映断层生长演化历史。

议论堡地区王仙庄断层面向油源，有充足的油源供给，生烃主力洼槽与王仙庄断层附近沙二段油藏具有良好的对应关系。霸县洼陷和马西—鄚州洼槽生成的油气向王仙庄断层运移过程中，断裂和砂体构成了斜坡带“阶梯型”输导格架，砂体分布广，连通性好，输导体系良好的配置关系构成了油气向议论堡地区王仙庄断层附近运移聚集的有利条件。此外，该地区沙二段地层砂体发育程度高，储集性能良好，沙一下亚段厚度为100 m左右的滨浅湖相泥岩夹碳酸盐岩区域性盖层为油气在沙二段聚集成藏提供了良好的封盖条件。

图4 文安斜坡王仙庄断层断距-距离曲线

表1 王仙庄断层转换位移与距离关系

油气勘探表明，文安斜坡油气成藏期为东营组沉积末期[8]，因此，王仙庄断层圈闭在东营组末期或更早时期形成，则有利于聚集油气。通过最大断距相减法恢复王仙庄断层在东营组末期沙二段顶面的古断距(图5)，研究结果表明：馆陶组沉积前，1182、1438、1534和1646测线处即为王仙庄断层分段生长部位，圈闭已经形成，其形成时期与成藏期匹配良好，有利于油气聚集成藏，文117、文121、文86和文6油藏分别位于断层圈闭①、③、④和⑤内，含油气性较好。而东营组末期，在1246、1790和1990测线处断层尚未形成，相应圈闭也不发育，不能有效聚集油气，导致了位于断层圈闭②、⑥和⑦内的文123、文107和苏88井钻探失利。文123井和文107井为油气显示井，说明1246和1790测线处曾发生过油气运移，圈闭尚未形成是导致油气不能聚集的根本原因，进一步证实了该类圈闭的有效性受其形成时期控制。

5 结 论

(1) “硬连接”断层圈闭是指断层处于“硬连接”阶段时，由于断层位移沿走向的变化导致地层变形，在其分段生长点处发育的横向背斜受断层遮挡作用形成的圈闭，圈闭发育受断层位移影响。

(2) 断距-距离曲线和断层分段生长阶段定量表征是识别“硬连接”断层圈闭的重要方法，王仙庄断层为典型的分段生长断层，共发育7个分段生长点，均处于“硬连接”阶段，发育7个“硬连接”断层圈闭。

(3) 最大断距相减法可以有效地恢复断层生长历史，从而判断圈闭形成时期。王仙庄断层形成的①、③、④、⑤号“硬连接”断层圈闭在东营组末期已经形成，早于油气成藏期，有利于油气的聚集成藏，而②、⑥、⑦号断层圈闭在成藏期尚未形成，不能形成有效圈闭。

图5 东营组沉积后王仙庄断层断距-距离曲线