（构造地质学专业论文）孤西断裂带油气成藏模式研究.pdf

浙江大学硕士学位论文 摘要 本文从综合分析孤西断裂带构造特征、沉积特征、有机地球化学特征及成藏动力学 特征出发，对孤西地区油气成藏要素进行了综合地研究评价，阐述了其沉积纵向及平面 演化过程，分析了生油层、储集层时空展布及其控制困素，获得了以下几方面的认识： ( 1 ) 将孤西断裂带分为三合村洼陷、垦西突起和北部缓坡断阶带三个次级构造单 元。 ( 2 ) 将孤西断裂带古近系和新近系分为四个构造层序，且第3 、4 级构造层序构成 本区充填的主体。 ( 3 ) 根据油气有机地球化学特征，识别出本区有沙河街组沙三、沙四段两套油源 层，两种类型的稠油，有两个生烃期、排烃期、成藏期，五个成藏动力系统。系统地分 析了孤西地区油气生烃、排烃和聚集成藏的特点。 ( 4 ) 根据油源对比结果认为，垦西油田的原油来自于渤南洼陷的沙四段、沙三段 生油岩，且在本区内广泛存在的沙四段稠油是多种因素综合作用的结果。 ( 5 ) 通过研究找到了孤西断裂带油气成藏的主控因素、成藏模式及油气分布规律， 特别是隐蔽油气藏的形成条件及分布规律。 最后，针对孤西地区油藏的分布特点，提出了新的勘探思路，使孤西断裂带的勘探 工作有了新的突破，且在勘探实践中取得了良好的效果。 关键词孤西断裂带成藏动力学成藏规律 i 也s u m e t h i sp 印e rd i s c u s s e st h eg e o l o g i c a le l e m e n t sf o r t h ea c c u m u l a t i o nf b m a t i o na i l dd i s p l a y s t h ed e p o s i t i o ne v o l u t i o no fi nt h ep r o f i l e ， a sw e l li nm e p l a l lo n t l l eb a s i so ft h e c o m p r e h e n s i v eg t u d i e so fg e o l o g ) ， s e d i m e n t a t i o n ， o r g a i l i cc h e m i s t r y 锄dd y n 锄i c so f 恤 g u x if i a u l tz o n e nc o m e st ot l l ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n s ： 1 t h eg u 】( i 矗l u l tz o n ec 锄b ed i v i d e di n t o3g e o l o g i c a lu i l i t s ：s a i l l l e c u i ld e p r e s s i o n ， k e l l x iu p l i ra 1 1 dn o n h e mf a u l t s t e p p e dg e n t l es l o p 2 t 1 1 et e n i a r yc a i lb ed i v i d e di n t o4g e o l o 舀c a ls e q u e n c e s ， i nw h i c hm et l l i r d 锄df o u l 恤 c o n s t i t u t e sm a i nf i l l i n gb o d yi nt h ea r e a 3 t h e r ea r et w os o u r c er o c k s ( e s 3 ，e s 4 ) ，t 、og e n e t i ck i n d so f h e a 、，) ro i l s ， 铆op e r i o d s o fg e n e r a t i o n - m i g r a t i o n a c c 啪u l a t i o na 1 1 df i v ed y f 姗i c a ls y s t e m s ， b a l s e do nt h eo r g a m c g e o c h e m i s 臼孓 4 t h eo i l s o u r c er o c kc o r r e l a t i o ni n d i c a t e st 1 1 a tt h eo i l i nk e n x io i lf i e l dc o m e s 自o mt h e s o u r c er o c ko fe s 3 a n de s 4i nt 1 1 eb o n a l ld e p r e s s i o n 锄dt h eh e a v yo i lo c c 嘶n g 诵d e l yi nm e e s 4r e s e r v o i ri sap r o d u c to fm u l t i p l e 劬c t i o n s 5 t h er e s e a r c hs t a t e st l l em a i nc o n t r o l l i n gf i a c t o rt ot l l eo i la c c 啪u l a t i o n ， d i s c o v e r st l l e r e g u l 撕t yo i ld i 嘶b u t i o ni nt h eg u x if a u l tz o n e ， 嬲w e l lc o n s t m c t st l l em o d e l ，i np a n i c u l a r f 0 rt h es l l b t l eo i lr e s e r v o i r s a sar e s u l t ， an e wc o n c e p to f e x p l o m t i o ni sp m sf o 删觚dm a k e sa9 0 0 de 虢c tt ot h e p r a c t i c e k e y w o r d s ：g u x if a u l tz o n ed y n 锄i c a ls y s t e m s r e g u l a r i t yo f o i la c c 啪u l a t i o n 1 1 2 0 0 5 0 2 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 第一节选题意义 孤西断裂带位于渤南洼陷向孤岛凸起抬起的斜坡之上，是孤岛采油厂重要的勘探领 域( 图卜1 ) 。1 9 7 2 年发现垦2 4 断块油气藏，1 9 7 8 年发现垦7 1 构造油藏，从而在该区 发现了垦西油田。1 9 8 7 年垦西油田上报石 油地质储量达1 7 6 l 1 0 4 t 。1 9 9 4 年完成了 三维地震野外采集，1 9 9 5 年三维资料处理 出站，并进行了以沙河街组沙一、二段构 造油气藏为主要目标的勘探工作。截至到 2 0 0 3 年底，孤西断裂带共完钻探井5 2 口， 探井密度达o 5 2w e l l k m 2 ，属高勘探程度 区。 自1 9 7 9 年垦西油田投产到1 9 9 8 年的 2 0 年内，由于在该区仍然以沙一、二段的 构造圈闭为主要勘探目标，虽然应用了二 图卜l 孤西断裂带构造位置示意图 维数字地震及三维地震资料，做了大量的分析研究工作，部署实施探井井位2 1 口，但 均没有较大突破。自1 9 9 9 年以来，在对孤西断裂带的油气地质特征进行深入分析的基 础上，将北部的缓坡断阶带上的沙三段砂岩体作为有利的油气聚集带与油藏类型进行勘 探，孤西断裂带勘探工作接连取得突破性进展，新增探明含油气区块6 块，新增含油面 积面积3 9 k m 2 ，新增石油地质储量5 5 0 1 0 4 t ，丰富了该区的油气藏类型。 作为沾化凹陷中的一个复式油气聚集带，孤西地区油气分布具有三个显著特点：， 1 、沿同向和反向断层油气藏纵向分布悬殊 孤西地区断层有两组，一组为南掉的垦西大断层，另一组为近平行分布于孤西斜坡 带的四条北掉同生断层组，油气在这两组断层中的分布形式有很大差异。沿北掉的同生 断层组，油气沿下降盘成带分布，层位较单一，主要为沙二、沙三段，和沙四段稠油， 油层数较少。沿南掉的垦西断层下降盘，油气主要分布于中浅层的东营组和馆陶组，纵 向延伸7 0 0 8 0 0m ，含油层数达3 0 多层，油气在两组地层中分别存在着纵向分异现象， 在东营组和馆陶组的项部都有气顶存在。 2 、不同圈闭类型的油气藏发育部位不同 孤西地区具有含油气层系多和油气藏类型多的特点。目前已发现油气藏类型主要有 构造圈闭油气藏和岩性圈闭油气藏两类，不同类型的圈闭发育部位不同，导致不同类型 的油气藏赋存特点各异。沿北部北掉的同生断层组，主要发育岩性圈闭和构造一岩性复 2 0 0 5 0 2浙江大学硕士学位论文2 合圈闭等类型的油气藏，具有沿同生断层带成带状分布的特点；沿垦西断层带两侧附近 主要发育构造圈闭油气藏，上升盘为沙河街组的断块圈闭油气藏，下降盘为东营组和馆 陶组的滚动背斜圈闭油气藏。 3 、稠油、稀油油气藏时空分布差异较大 本区稠油( 和特稠油) 极为发育，全区几乎连片分布，但主要集中分布于孤西地区 东部，以沙四段为主，在孤西地区南部，因构造部位逐渐抬升，变为以稀油为主。另一 个最为显著的特点是，即使在同一个油气田中，稠油和稀油的分布也有较大的差异，一 般地，下部层位的油层为稠油，向上为稀油，在同一个油藏中，往往中部为稀油，而边 部为稠油。此外，也有稠油、稀油和天然气三者在纵向上重复叠置、反复交替出现的复 杂情况，这充分反映了该区油气藏形成条件的复杂性。 是什么原因导致了孤西地区油气分布具有这样三个显著特点? 这是在该区进一步 勘探实践中必须要回答的问题。为此，本人以“孤西断裂带油气成藏模式研究 为题， 重点是通过详细分析孤西断裂带的构造、沉积、有机地化等方面的特征，总结孤西断裂 带的油气分布规律，以指导该区的勘探实践。 第二节国内外研究现状 要研究油气成藏模式，首先要研究地质工区的构造特征、地层及沉积环境特征和油 气有机地化特征及油源对比，然后对其油气分布规律进行综合分析，找出其成藏特征之 间的内在联系，即总结出油气成藏模式。 油气的生成运移和聚集、油气聚集的破坏和再运移、再聚集，在地质历史上是多次 发生的。当盆地地质构造条件发生变化，打破了油气聚集所必要的平衡条件，油气就会 再次沿着盆地中流体运动的系统发生再运移，并在新的适当的圈闭中聚集起来，形成油 气藏，或者逸散到地表遭到破坏。油气这种经固一液转化形成的流体的特征、源藏异地 的特征和多次运聚的特征决定了它从油源层中形成到圈闭中聚集起来形成油气藏之间， 存在着一个复杂天然流体运移的系统，这个系统就是成藏动力学系统。自1 9 9 6 年田世 澄等首次提出“成藏动力学系统 这一概念n 1 ，国内从事油气成藏综合研究的众多学者 和专家对这一新理论纷纷进行探讨和付诸实践，在渤海湾盆地的油气勘探中取得了较好 效果。赵靖舟等认为心3 ，成藏动力系统是含油气系统内一个相对独立的油气运移聚集系 统，它与相邻成藏动力系统之间存在着不同的油气成藏条件、成藏动力和不同的成藏特 征。因此，成藏动力系统实际上相当于d 锄a s i o n 锄dh u i z i n g a 口1 在含油气系统下划分的 运移子系统与聚集子系统的结合。 目前成藏动力学系统的理论和方法逐渐成熟和完善，它着重强调研究油气是如何生 成、运移、聚集、成藏和分布的，从而揭示盆地中油气分布的规律，强调追索从源岩到 圈闭这一动力学作用和过程、源聚异地，存在着成藏动力学系统这一特点出发，从中国 湖相盆地地质构造特点去识别和研究这一系统，研究油气在这一系统中生成、运移、聚 2 0 0 5 0 2 浙江大学硕士学位论文 3 集成藏的特征和时空分布规律，沿着成藏动力系统去追索，才有可能发现新的油气聚集 分布地区。 第三节主要研究思路及研究内容、技术路线 一、研究思路 运用成藏动力学系统的理论研究成藏模式和油气分布规律，就是从盆地发育的动力 学背景，构造、沉积的动态演化与油气形成、运移、聚集在动力学系统中的作用和结果， 来探讨油气聚集分布的规律。通过对该区油气成藏的各种地质要素及过程进行系统、综 合、动态地研究评价，力求总结出该区油气成藏的主控因素、油气成藏的关键时刻、从 而总结出油气运聚模式及油气分布规律。 二、主要研究内容 1 划分孤西断裂带的次级构造单元，分析发育的各种构造样式和构造演化史，详细 研究该区构造与油气运移和聚集的关系。 2 、通过层序划分对比，研究该区沉积体系在不同地质阶段的变化，从而研究沉积环 境和演化史。 3 深入分析不同层系中的原油物性变化规律，并利用油岩中生物标志物特征进行对 比，确定孤西断裂带的油源地和油源层。重点运用有机地化手段探讨成藏机制。 4 、重点对该区的油气藏类型进行赋存规律总结，从成藏动力学的角度探讨各种油气 藏的内在成因和分布规律。 三、技术路线 地震资料钻井、测井资料 试油、试采资料 构 造 董 兀 划 分 断 裂 体 系 分 析 构 造 样 式 分 析 构 造 演 化 史 研 究 层 序 地 层 划 分 对 比 沉 积 体 系 分 析 沉 积 环 境 及 演 化 油 气 及 烃 源 岩 特 征 生 物 标 士 j ! 一 化 厶 口 物 分 油 源 对 比 分 析 热 演 化 史 恢 复 构造特征研究li 沉积特征研究il 有机地化特征研究 成藏动力学划分ii 油气藏类型与分布ii 油气成藏期与成藏机制 油气成藏模式 图卜2 研究技术路线流程图 浙江大学硕士学位论文 4 第二章孤西断裂带构造特征 第一节地质概况 孤西断裂带位于山东省利津县，构造位置位于济阳坳陷沾化凹陷，孤岛凸起西南部 的倾伏端，北为渤南洼陷，南以垦西断层为界与三合村洼陷相邻，面积约1 2 0 k m 2 ( 图2 一1 ) 。 从区域构造角度分析，该区为 华北地台的一部分，处于渤海湾盆 地的东南隅，东与郯庐断裂带毗邻 h 3 。由于位于这样一个特殊的构造 位置，区内的构造十分复杂。在其 历史发展过程中，形成了丰富多彩 的构造样式。 同济阳坳陷其它地区一样，该 区至新生界断陷盆地形成，本区发 育了包括古近系( 孔店组、沙河街 组、东营组) 、新近系( 馆陶组、 明化镇组) 和第四系平原组的沉 积。 图2 一l 孤西断裂带区域位置示意图( 据王秉海) 第二节构造特征 一、构造单元划分 利用三维地震、钻井、测井等资料，对孤西断裂带进行了综合分析研究，根据孤西 断裂带馆陶组底、沙一段底、沙三段底等构造图( 图2 2 、2 3 、2 4 ) ，孤西断裂带主要 断裂分为北东东向和北东向两组。 前者分布于垦西断层以北地区，后者发育于垦西断层以南地区。剖面图上( 图2 5 ) ， 垦西断层和垦西一号断层将该区构造自南向北分为三部分：南部位于垦西断层下降盘， 东营组及沙河街组厚度大，呈北断南超的箕状凹陷形态；北部发育一系列断面北倾的断 层，呈阶梯状依次向北掉落，并对古近系沉积具控制作用；中部构造部位最高，夹持于 两条相背倾斜的垦西断层和垦西一号断层之间，呈地垒构造形态。 根据上述构造特征和我国通用的对断陷盆地构造单元划分的原则，并参考该区以往 勘探和研究成果畸1 ，将孤西断裂带构造单元自南向北依次划分为三合村洼陷、垦西突起 和北部缓坡断阶带三个构造单元。 一 4 2 呻5 腔 ( 一) 三合村洼陷 三合村洼陷为受垦西断层 控制的北断南超式箕状洼陷，北 与垦西突起以断层接触东以低 突起与孤南洼陷毗邻，总体呈北 东东一南西西方向展布。洼陷内 部沙河街组各亚段均较发育，其 厚度由北向南逐渐减薄并向其 南侧的陈家庄凸起依次超覆尖 灭。洼陷沉降中心位于垦西断层 下降盘，古近系最大厚度9 8 0 l n ， 轴线里北东东方向延伸，并与垦 西断层平行。 洼陷内部断层不甚发育，唯 东南部存在一组北北东一北东 方向的断层，且断层规模较小， 平面延伸长度一般不超过 2 5 k m ，垂直断距一般小于7 0 m 。 整个洼陷构造形_ 杏简单，表现为 向南抬升的斜坡，局部构造圈闭 亦不甚发育，仅在垦西断层下降 盘附近发育断鼻、滚动背斜及其 它一些断块构造。 三合村洼陷新生界沉积最 大厚度2 8 2 0 m ，且面积较小沙 一段烃源岩尚未成熟，沙三段烃 源岩刚进入生烃门限深度。由于 三合村洼陷以低突起与孤南洼 陷相隔，致使孤南洼陷对该区的 油气供给受到较大制约：而位于 三合村洼陷北部的渤南洼陷，油 气资源丰富，对该区油气供给贡 浙扛大学硕学位论文 献较大，但能否聚集成躐并得以保存 ( 二) 垦西突起 幽23 孤西断裂带沙一段底构造圈 主要取决于油气运移期与圈f j l 形成期的配置关系。 垦西突起位于研究区中部，属于孤岛凸起的组成部分处于孤岛凸起向西南倾伏的 2 0 0 50 2 浙江大学砚十学位论文 端部，兴持丁三台村洼陷与 渤南洼陷之问旱北东东方 向展巾。半山】上，蛙两突起 q - 叫窄( 不足l5 k m ) ，两端 盥尤其东端史宽，选3 k m ( 图2 3 ) 。剖面上为相背倾 斜的晕两断层和垦两一号断 层央持芏现小典型的地垒 构造形态，顶面总体倾向北， 从中问分别向来、两两端抬 爿争鞍状：其e 发育一”! 次级断层，对局部构造幽闭 的发育具控制作用，如垦2 4 断块构造等。 垦西突起的形成演化与 孤岛i n 】起 - 体f ；| j 似有着柑同目2 1 孤d i 裂船沙二段底构造冈 或十日似的地质前景，仪其降起幅度较低向已。垦曲突起特殊的构造何霄，决定了它能够 汇聚自周边洼| 5 f i 运移而球的油气。 ( ! ) 北部缓坡断阶带 北 = f 缓坡断阶 带北与渤南沣陷干口 邻，南以蛙两号 断层与垦西突起艄i 接。该区作为渤南 洼陷向南、向东超 覆沉积的缓斜坡， 被一系列旱北永东 至北东方向延伸的 稚倾断裂复杂化， 构成缓坡断裂阶状 构造带。这种构造 带类型在胜利油区 具有广泛的代表忖_ ，它是在中古生界古地形控制的斜坡背景上，由、三级同生断层切 割而形成节节下掉的阶梯状台阶，具有先发育斜坡、再产生断裂的演化历程。 从东西i q 地震剖面( 图26 ) 看，古近系沙河街纽尤其足沙三段，白西向东超覆减 6 - 2 50 2新江 学学位论文 薄至尖灭；平 面、卜，该区总 体为自东南 向西北方向 倾伏的沉积 古斜坡，南北 方向存在三 个依次向北 断落的阶梯， 若把垦两突 起也算在内， 则有四个台 阶。每个台阶 古近系厚度盥2 6 孤w 断裂带东西向地震剖自( 睬家庄三维c 1 2 5 2 ) 均不相同具有自南向北厚度运渐增大的规律性，这是由于该区断层同沉积期活动的结 果。 独特的沉积构造背景使该区成为发育备种类型砂体的有利场所，加之处于渤南律陷 油气运移的主要指向区，又使该区成为寻找岩性和构造一岩性等类型油气减的有利地 区。目前，该区发现的垦5 5 1 、垦6 2 2 和垦6 2 3 等油气减均为在这一斜坡背景上发育 的岩性或构造岩性油气藏。 = 、断裂体系特征 ( 一) 断层类型 根据断层性质，可将孤西断裂带新生代形成的断层分为张性正断层和张扭性正断层 两类。其中，北东东一北东向正断层和近东西向正断层属张性断层，主要分布十垦西断 层及其以北地区。除垦西断层及垦西突起上发育的一些规模较小的断层外，其它绝大部 分断层均为断面倾向渤南洼陷的盆倾断层。这些断层平面上近于平行排列，剖面上呈断 阶状分布。三合村洼陷发育的北东向及北北东向正断层则具有不同程度的右行扭动性 质，属张扭性正断层，这类断层的规模一般较小。 ( 二) 断层平面组台特征 从馆陶组底、沙一段底和沙三段底构造图可以看出，孤西断裂带断层平面组合型式 主要有平行、雁列和分叉三种类型。垦西断层及其以北地区规模较大的一些断层，平面 上近于平行分布：更次一级的断层存在雁列式组台特征，其中以东南部的断层比较典型； 分叉( 或斜交、合并) 断层组合一般为规模较大的一些断层与其派生断层相交组合而成。 ( 三) 主要断层概述 2 0 0 5 0 2浙江大学硕士学位论文 8 1 、垦西断层 位于孤西地区中部，为垦西突起与三合村洼陷的分界断层，其北( 下盘) 为垦西 突起，其南( 上盘) 为三合村洼陷，对垦西突起及三合村洼陷的形成演化具控制作用。 该断层走向北东东，断层面倾向南。在西段，断层走向转为北东向。沙一段底部断距一 般为3 0 0 5 0 0 m 。垦西断层活动时期较长。它在中古生代便已存在，最初为逆冲断层， 之后又发生反转正断活动。中生代以来，该断层一直发生正断活动。新生代主要活动时 期为沙二三段沉积时期，次为沙一段至东营组沉积时期，馆陶组沉积以来断层活动强 度大为减弱。( 表2 1 ) 表2 1 垦西断层生长指数统计表 测线号 l l l 5l 1 4 9l 2 4 9 n g 1 0 51 0 2 1 2 9 e s l + e d 2 2 72 8 01 7 9 e s 2 + 3 4 9 l 9 0 04 3 l t 。落差( m ) 5 4 58 1 58 4 5 2 、垦西一号断层 位于垦西突起北侧，为垦西突起与北部缓坡断阶带的分界断层，走向北东东，在垦 6 2 1 井一带断层走向转为北东方向，该走向转变段表现出同向叠复型构造传递带的特征， 可能具有右行扭动性质，断层总体倾向北西方向。 表2 2 垦西号断层生长指数统计表 测线号 l 1 1 5l 1 2 3l 2 6 5l 2 9 9 n g 1 0 21 0 21 0 6 1 0 4 e s l + e d 1 1 41 1 31 1 41 0 8 e s 2 + 31 1 5 2 3 02 2 41 1 0 t r 落差( m ) 8 51 3 03 1 01 0 0 对垦西一号断层生长指数的计算表明( 表2 2 ) ，该断层在古近纪和新近纪一直在活 动，其中在沙二沙三段沉积时期活动强度最大，沙一段至东营组沉积时期活动强度次 之，馆陶组沉积以来的活动强度最小。沿断层走向以沙二沙三段沉积时期活动强度差 别较大，具有中间活动强度大，两端活动强度小的特征，并对垦西突起北侧同期沉积具 明显的控制作用。 三、构造样式分析 构造样式是指一组具有成因联系的构造表现出的总特征，油气藏类型往往与构造样 式密切相关。孤西断裂带具有复杂的构造演化历史和独特的区域地质背景，发育四种构 造样式：伸展构造样式、压缩构造样式、走滑构造样式和反转构造样式( 图2 7 ) 。其中 以伸展构造样式最为常见。 8 2 0 0 5 0 2浙江大学硕士学位论文 9 ( 一) 伸展构造样式 伸展构造样式是裂陷盆地中典型的构造样式，以正断层系及其伴生构造为主，普遍 存在于孤西断裂带。这类构造样式主要形成于古近纪。据剖面特征，分为以下五类： 1 、铲式正断层与伴生背斜 铲式正断层断面 随深度增加而变平， 由于伸展作用在铲 式正断层上产生潜 在间隙，对此进行补 偿时常产生伴生的 滚动背斜。本区的滚 动背斜主要发育于 垦西断层上盘。 2 、堑一垒断块 堑一垒构造是地 堑与地垒相间组合 而成的一种构造样 式。宏观上，孤西断 裂带“两堑夹一垒 的构造格架是区内 最大级别的堑一垒 构造组合样式，并且 涉及基底( 图2 5 ) 。 这一构造组合样式 使垦西突起成为南、 北洼陷油气运移的 指向区，从而使之成 构造样式类型亚类 剖面显示产出层次备注 痧妒 铲式正断层 t 基底+ 盖层无反向断层 与伴生背斜 痧守 基底+ 盖层有反向断层 伸展构造样式 铲式正断层 可 基底+ 盖层 断面陡立 与滑动断阶 垂一垒断块 姑 基底+ 盖层靓模可大可小 同向断块 料 基底+ 盖层 断面多呈平面式 反向断块 缈 基底+ 盖层断层多呈铲式 潜山披覆构造 琴系誊 盖层 走滑构造样式负花状构造 节 基底+ 盖层 压缩构造样式 参 基底发育予莆第三系地层 反转构造样式负反转构造 黎 基底+ 盏层 图2 7 孤西断裂带构造样式 为一个有利的油气聚集带。 3 、铲式正断层与滑动断阶 在盆地或凹( 洼) 陷边缘，由于重力不稳定造成岩体沿铲式正断层面节节向下滑动。 滑塌体多夹持于破裂带内，构成阶梯状形态，一般与盆地边界正断层近于平行分布嘲。 孤西断裂带东部三合村洼陷北缘的断阶构造便是典型例子，其剖面特征是滑塌体夹持于 向上分叉、向下合并的铲式正断层系之间，剖面形态呈楔形，滑塌体陡立。 4 、同向断块和反向断块 根据断层产状与岩层倾向的组合关系，可将孤西断裂带的断块构造分为同向断块和 ! 些丝坚! 芏! ! ! ! ! ! ! 反向断块两种类型，前者断层面倾向与岩层倾向相同，断块下掉方向和转动方向也相同： 后者断层面倾向与岩层倾向相反，断块下掉方向也与转动方向相反。这两种类型的伸展 构造是断块掀 斜作用的结 果。从孤西断 裂带馆陶组 底、沙一段底 和沙三段底构 造图以及地震 剖面看，垦西 断层以北地区 主要发育同向 断块并构成 断阶构造。在 垦西突起西 端，发育一组 反向断块但赋存层位仅局限于沙一段之下( 图2 8 ) 。 ( 二) 走滑构造样式 走滑断裂、扭动构造是地壳水平运动的结果，其基本的鉴别标志包括平面和剖面两 方面。具体到孤西断裂带其标志主要是平面上断层的雁行式排列和剖面上存在的负花 状构造。负花 状构造由张 扭应力造成， 是张扭性断 裂的典型剖 面鉴别标志 特征是：在深 部，扭断裂近 于直立伸入 基底；在沉积 盖层中，断层 向上并向侧 旁分叉张开，田2 呻孤目断鞋带南北向地震剖面( l 1 4 5 7 ) ，示煎托状构造 形成地颦式形态1 1 。这类构造样式仅在东南部存在( 图2 9 ) 。 ( 三) 压缩构造样式 2 0 0 50 2浙江大学颇学位t 立 压缩构造样式是区域挤压构造力造成的，在孤两断裂带卡要赋存于东部靠近孤岛潜 山的巾古生界层位，与本次研究无关，此不细述。 ( 四) 反转构造样式 反转构造的形成与区域构造应力场变化有关，反转构造样式丰要表现为m 断层与逆 断层的相互转化。 垦西断层即为一条经历先逆、后正演化过程的负反转构造( 图2 一l0 ) 。在古近系之 下，发育于22 5 2 5 秒 之间的较连续中振幅反 射波同相轴为底界，向上 到古近系底界为止，代表 中生界地层的反射。由该 图可以看出，下面的套 地层在硅西断层l 。盘厚 度小，而r 盘的厚度人， 蜕明在上面的套地层 ( 中牛界) 沉税之i | ，睦 西断层为条逆断联，结 合区域地质背景分析，执 为丰耍形成干e | j _ 史晚期。 妻虿塞奏墓。 一i 中新生代，设断层义发生丁反转正断活动。i f 反转构造在孤西断裂带不发肯 第一二节构造演化史 孤西断裂带作为渤海湾盆地的一部分，其构造演化与渤海湾镐地其它地区具有= ：| t 性。但山于该区位十渤海湾盆地东南隅，义与郯庐断裂带毗邻，囡此，其构造演化又具 旮定的特色。 - i t 7z 生界基底演化纤历了地台基底形成、地台演化和中生代差异块断三个阶段8 。 在印支期曾发生强烈的挤压构造变形，最终导致 l j 现挤压褶皱和逆冲断层。存燕【l i 期又 发生了强烈的块断隆升活动，火山活动异常强烈，在产生大量张性j 下断层的问时，旧有 逆断层雨新活动，原逆冲上升盘沿原逆冲断面又发生正断下滑活动，导致形成负反转构 造。 新生代的构造演化可分为占近纪断陷阶段和新近纪至第凹纪拗陷阶段。 一、断陷阶段 从新q ：代开始，在郯庐断裂右行剪剀拉张羊渤j 母湾赫地区域南北向伸展作用日影 响卜，本区又发生了强烈的差异块断隆州活动，块体之间高差很大，出现了古、新近系 2 0 0 5 0 2浙江大学硕士学位论文 1 2 逐层超覆并最终导致“两洼夹一突 的基本构造格局，在断块翘倾过程中伴生断阶构造。 从地层接触关系可将断陷构造演化阶段划分为三个时期。 ( 一) 初始断陷期 为孔店组至沙四段沉积时期，气候炎热干燥，以填平补齐沉积作用为主，该区发育 一套粗碎屑红色沉积到含生油岩的较细粒沉积，在以北的渤南洼陷主体部位夹有部分蒸 发岩，物源主要来自陈家庄凸起和孤岛凸起主体部位。 ( 二) 强烈断陷期 为沙三段至沙二段沉积时期。沙 三段下部沉积时期，断陷活动达到 高潮，湖侵达到最大规模，区内广 泛发育深湖相油页岩和暗色泥岩沉 积，且厚度较大，成为该区主力烃 源层段。沙三段中部沉积时期，湖 水逐渐变浅，该区以发育半深湖相 至浅湖相暗色泥岩和砂岩沉积为特 征，出现扇三角洲沉积，纵向上构 成反旋回沉积序列。沙三段上部沉 积时期，该区发生了一次小规模的 水侵，导致靠近深洼陷部位又出现 一套深湖相油页岩及暗色泥岩沉 积，但不久即发生水退。至沙二段 沉积时，该区复又变为浅水沉积， 直至最后出露水面遭受剥蚀，导致 沙二段在构造高部位缺失，造成沙 图2 1 1 孤西断裂带南北向构造演化史剖面图 一段与其下伏地层的平行不整合接触。 从构造发育史剖面( 图2 一1 1 ) 及沉积特征分析，沙二一沙三段沉积时期是孤西断裂 带断层活动最为强烈的时期，垦西断层及垦西一号断层尤为显著，奠定了该区“两洼夹 一突 的基本构造格局，从而使该区物质供应方向复杂化：三合村洼陷的碎屑物质主要 来自南边的陈家庄凸起，来自孤岛凸起的物质占次要地位；垦西断层以北的碎屑物质则 主要来自孤岛凸起主体部位。 ( 三) 断拗发育期 为沙一段至东营组沉积时期，与前一时期相比，湖盆范围进一步扩大，但总体而言， 水体较浅。沙段沉积时共发生三次水进，水体相对较深，发育一套半深湖一深湖相油 页岩和泥岩夹生物灰岩沉积：至东营组沉积时，湖水开始变浅，表现为由数个下细上粗 反旋回韵律组成的水退式沉积，最后出现河流相沉积。在这一时期，断层的同生性活动 ! 竺：坚! 坠! 堡! ! ! ! ! ! ! 也较明显，垦西断层对三合村洼陷的控制作用仍较强烈，但与前一时期相比活动强度 已大为减弱。东营组沉积末期，在渤海湾盆地整体抬升井遭受剥蚀的背景下孤西断裂 带也结束了古近系沉积，开始遭受剥蚀并形成新近系和古近系之间的角度不整台，这一 时期的构造发育以拗陷特征表现突出，断陷作用与前一时期相比已大为逊色。 二、勘陷阶段 新近纪以来，在渤海湾盆地整体沉降背景下，孤西断裂带也发生沉降，并成为渤海 湾坳陷型盆地的一部分，主要沉积了新近系馆陶组、明化镇组和第四系冲积泛滥平原及 海陆交互相沉积。这一时期构造活动趋于稳定，本区构造相对比较简单，主要是差异压 实作用导致断层进一步活动。 第四节构造与油气运移和聚集的关系 一、构造对沉积的控制作用 孤西断裂带的断层绝大多数属古近纪形成并对沉积具控制作用的同沉积期断层，j 下 是由于这一特征，决定了断层对该区地层发育、砂体分布及各种类型油气圈闭的形成具 有重要的影响。现以北部缓坡断阶带为例说明。 ( 一) 断层对地层厚度的控制作用 从图2 1 2 、21 3 、21 4 可以看出，断层对沙二三段厚度的控制作用最为明显， 在垦西突起，沙二三段厚 度一般8 0 m ；在垦西一号断层 下降盘，厚度突然增大到 1 2 0 2 8 0 ；向北至另一个断 阶处，地层厚度又增大到 3 0 0 4 0 0 。这种地层厚度自 南向北呈台阶状依次增大的 现象不是由于晚期一次性断 层话动所造成，而是由于断 层同沉积活动的结果。沙。 段至东营组沉积时期，断层 的同沉积期活动减弱，但自 南向北地层厚度呈台阶状依 次增大的总趋势仍较明显。 馆陶组沉积以来，断层对地 层厚度仍有一定影响。 ( 二) 断层对砂体分布的控制作用 圈2 一1 2 孤西断裂带眇二段一虻段等厚圈 2 0 0 50 2江大学i h 论i 现以沙一沙= 段为例i 兑明。沙 一沙j 段沉积时期，断层川沉积活动强烈，该区断阶 状构造面貌已具雏型，导致从孤岛凸起主体音【i 位向渤南洼陷方向过渡的每 个台阶处的 0 l 积物町容纳空 i j 增大。i 于珐区碎眉物质供给是从孤 岛凸起主体部位指向渤向涞 沣陷，因此，缚一个断阶郜 将成为沉秘碎届物质的柏利 场所。 ( 三) 断层对臆敲油7l 减形成和分布的控制 上述炎删的砂体小仪具 自形成岩陛上倾尖灭或透镜 状岩性圈闭的条件，j lo 断层有机匹配可形成构造一 岩性等类型的复台罔闭：此 外在厉期差异爪寅作川r ， 还可出现微幅度的构造幽 m 。义由于该m 处r 渤南沣 【；f j 汕7 i 运移的指向区，洲 此，】述各种类型的旧闭具 有优先捕集油气进形成 油气藏的有利条件，从而使 该区成为不叫类型汕。1 藏 、f 丽上连片、纵向 送合的 复式油气聚集带。 _ 、构造演化i 油。c 藏 形成时期的配置关系 从孤两断裂带构造演 化特征u r 以看出，存断陷期 演化阶段的二个断陷埘分 别j 酵成了沙四段、沙一段和 沙一段二套烃源屡，为垓区 油气生成奠定丁雄j 早的物 质基础。其中，沙段烃源 岩尚未成熟，在此不多葩进 _ 4 夕 、 ：三一一 笺；褰终? ，一黪 鼍： 藩= ：2 “ i 耄 舞髯筑 ；豸7矽 二晕= 呻 l 。j e孝髻 瑟 蓥 、 、一一) 垮!纂 谶毁菩 l ；d ： 彰 孓0 ：? 嚣 ! 二o蓼 ，、i r ：瀵 一 一7 、 一 、 - 二荔殇纪。渗、 铴? 琴厂二一 一 ， 圈2l 3 孤两断裂带束肯m 一沙一段等厚目 目2 1d 孤日“* w 化镕m 一馆陶m 等4 h 2 0 0 5 0 2浙江大学硕士学位论文15 渤南洼陷沙四段烃源岩在渐新世末期成熟并开始排烃，油气沿断裂、不整合等输导 系统向孤西断裂带北部运移聚集，充注于渤南洼陷南缘斜坡断阶带及垦西突起的沙四 段、沙三段中下部及部分沙二段的圈闭中，这种充注作用持续时间约2 5 3 0 m a 。在此期 间，垦西断层和垦西一号断层等的同生活动强烈，因而沿断裂带向上运移，或通过断裂 带向对盘运移。在这一过程中，在垦西断层以北地区可能以沙四段及其以下地层运移为 主，而在垦西断层两侧，上盘地层的东营组储集层由于垦西断层的活动而与下盘的沙三 段等疏导层接触，形成较浅层位的油气藏。垦7 1 块东营组滚动背斜油气藏可能在该期 已经形成。 沙三段烃源岩的成熟及成藏是本区第二个成藏期，并具有两个明显的特点国1 ：一是 沙三段烃源岩成熟并以生成液态烃类为主；二是沙四段烃源岩随着埋深进一步增加，开 始生成气态烃类。渤南洼陷的沙三段烃源岩在中新世末期开始成熟排烃并向圈闭中充注 成藏，成藏期约5 8 m a ，持续至今。这种充注仍有以断层为通道的垂向充注和以其它疏 导层为通道的侧向充注两种方式，孤西断裂带浅层如垦7 1 馆陶组油气藏的形成即为垂 向充注的典型例证。 在沙三段烃源岩成熟、排烃并聚集成藏的过程中，沙四段烃源岩生成的气态烃类， 也以垂向及侧向两种方式运移，从而导致在形成新的油气藏的同时，还对原有油藏进行 改造。这种改造作用主要表现在两个方面：一是油气按比重进行差异聚集，导致纯气藏 的形成；二是气态烃类对原有油藏中的液态烃类进行稀释，在气态烃类源源不断地供给 的情况下，原有油藏中液态烃类的轻质组份随气态烃类一起运移出原有圈闭而发生再次 运移和聚集；在这一过程中，原有油藏中最终剩下的主要是重质组份。这可能是孤西断 裂带纵向上重质稠油、稀油和天然气分布情况复杂的主要原因。 浙江大学硕士学位论文 1 6 第三章层序地层特征及沉积环境研究 第一节层序地层划分 一、孤西断裂带新生代地层序列 孤西断裂带新生代地层序列自下而上包括孔店组、沙河街组、东营组、馆陶组、明 化镇组及第四纪沉积；其基底为中生界和古生界，其特征如下： ( 一) 第四系 平原组：岩性为土黄色砂质粘土夹灰黄色砂层及砾石层。 ( 二) 新近系 1 、明化镇组( n m ) 以浅棕红色粉砂质泥岩、泥岩、泥质粉砂岩呈不等厚互层为主。 与下伏馆陶组整合接触。 2 、馆陶组( n g ) 该组为多套砂泥互层段，具下粗上细的正韵律特征。 与下伏东营组呈角度不整合接触。 ( 三) 古近系 古近系包括东营组、沙河街组和孔店组。 1 、东营组( e d ) 东营组由上而下可分为东一段、东二段、东三段。 东一段：研究区剥蚀强烈，只是在少数区域有沉积。 东二段：顶部、底部泥岩较发育，中部砂岩较发育。 东三段：其上部和下部都以深灰色泥岩为主，中部以灰色粉细砂岩为主。 与下伏沙一段呈整合接触。 2 、沙河街组 沙河街组由上而下可分为沙一段、沙二段、沙三段、沙四段。 沙一段：该段沉积了深灰色泥岩、砂质泥岩、褐灰色灰质泥岩、油泥岩、油页岩夹 生物灰岩，底部有一套生物灰岩或灰质砂岩，分布稳定。 本段与下伏沙二段呈不整合接触。 沙二段：该段缺失较多。 本段与下伏沙三段呈整合接触。 沙三段：在西北沉积厚度较大，且地层完整。向东部有所缺失。下部以灰色泥岩、 油泥岩、油页岩为主，上部为灰白色含砾砂岩和灰色粉细砂岩。 2 0 0 5 0 2浙江大学硕士学位论文 l7 本段与下伏沙四段呈角度不整合接触。 沙四段：下部以灰色泥岩夹薄层砂岩为主；上部以灰色泥灰岩及紫红色泥岩与砂岩、 砂砾岩互层为特征。 本段与下伏孔店组呈角度不整合接触。 4 、孔店组 在西北部厚度较大，向东南部逐渐变薄。以厚层棕红色泥岩夹含砾砂岩、粉细砂岩 及灰色泥质砂岩为特征。 本段与下伏中生界呈角度不整合接触。 在古近系和新近系沉积中具有多个沉积间断面或构造运动面。其中新近系馆陶组与 古近系东营组之间的不整合界面是区域性的不整合界面。沙一段与沙二段之间为沉积间 断或不整合接触。 二、层序地层格架及其划分 孤西断裂带古近系和新近系充填过程中经历了多次区域构造运动的影响。充填序列 可划分为四个构造层序。根据构造层序内部次级构造事件将第1 i i 、构造层序，进一步 划分出四个层序。 ( 一) 构造层序 孤西断裂带充填分别形成于以断陷作用为主导的构造背景和以拗陷作用为主导的构 造背景。本区的构造层序与四次构造期相对应，自上而下分列为： 第构造层序一新近纪拗陷期； 第1 i i 构造层序一古近纪第1 i i 断陷期； 第1 i 构造层序一古近纪第1 i 断陷期；口 第1 构造层序一古近纪第1 断陷期。口 ( 二) 层序 “层序 是层序地层学研究的基本单元。本区古近系和新近系构造层序自下而上可 分为六个层序，各自构成一套具有成因联系的相对整合的沉积序列： i 层序：孔店组，古近纪初始断陷，以小型湖泊发育为特征； i i 层序：沙四段，古近纪第二次断陷，强度较大； i i i 层序：沙三一沙二段，古近纪第1 i i 断陷期的第一次断陷，强度显著增大，造成湖 盆快速大面积扩展，在早期形成深水湖盆；口 i i i 。层序：沙一段一东营组，古近纪第1 i i 断陷期的第二次强烈断陷，盆地再次大面积 扩展，再次形成深水湖盆；口 层序：馆陶组，区域应力场由拉张转为挤压体制，表现为区域坳陷背景下的冲积 充填； 。层序：明化镇组，为区域坳陷背景下的再充填。 ( 三) 体系域口 2 0 0 5 0 2浙江大学硕士学位论文 18 陆相盆地充填层序的形成和演化的主要控制因素为构造背景、沉积物供给以及气候 条件，其中构造背景为关键因素。在拉张背景下，在构造活动早期，形成初始充填体系 域。随着构造活动的加强，盆地加速沉降，形成湖扩展体系域。当构造活动逐渐减弱并 趋于停止时，形成湖萎缩体系域n 们。 孤西断裂带地区第1 层序( 孔店组) 、第1 i 。层序( 沙四段) 以及第1 i i 、i i i 。层序( 沙三 一沙二段、沙一一东营组) 属拉张型层序，其中第1 层序和第1 i 一层序包含了初始充填体 系域、湖扩展体系域和湖萎缩体系域，而第1 i i 、i i i 。层序则缺失初始充填体系域。挤压 构造背景下，形成以加积型为主的冲积体系域。第、e 层序属于挤压型层序，为冲 积体系域。 第二节沉积体系构成 根据对孤西断裂带十余口钻井岩心的详细沉积学观察分析，以及对录井资料、测井 曲线及反射地震剖面的详细分析，在该区古近系和新近系共识别出5 种沉积体系( 表 3 1 ) 。 一、冲积扇体系 冲积扇体系可以细分为扇根、扇中和扇端三带。根据岩性、测井曲线、录井资料及 层序特征，在研究区钻井钻遇的冲积扇体系主要发育于沙四段的上部，为盆地初始断陷 期的产物，主要可识别出二种沉积组合：扇根、扇中沉积组合及扇端沉积组合。 二、河流沉积体系 河流体系主要发育于馆陶组和明化镇组，包括辫状河体系和曲流河体系，由河道充 填、河道边缘及泛滥平原沉积组合构成。 河流沉积体系在 垂向层序上多为向上 变细的正粒序。往往 以冲刷面开始，底部 为具交错层理的河道 充填沉积，向上逐渐 变为小型交错层理和 波纹爬升层理的河道 边缘沉积，最终被河 流泛滥沉积所代替。 三、扇三角洲体系 及其构成特征 扇三角洲是孤西 充填序列成因相相组合 辨状水道静c 积 j 。 - 水道问细粒移c 积 辨状水道衫c 积 水道间细粒移c 积 扇- 三如洲平垮c 辨状水道衫c 积 水道间细粒移c 积 亍。 辨状水道沉积 、一 一l j 一 一l0 孓 l 湖泊衫c 积 水下分流河道沉积 扇三细洲前缘 专户 ( r = 彳 1 9 0 0 一三卑 、 一j( 湖泊移c 积前扇二如洲 = 图3 1 典型扇三角洲充填序列( k 6 2 l 井，e d 。) 2 0 0 5 0 2浙江大学硕士学位论文 19 断裂带古近纪沙河街组至东营组沉积期发育的主要沉积体系之一。本区扇三角洲主要发 育于陡坡地带，形成陡坡型扇三角洲。 陡坡型扇三角洲的形成主要受控于盆地沉降速度和物源供给程度。在活动盆缘断裂 内侧，盆地沉降速度较大，并大于沉积物供给速率，扇体很快伸入水体，平原带较窄， 平原水道以短命水道为主n 。泥石流沉积较发育，以杂基含量高的砂砾岩、砾岩发育为 特征。平原沉积厚度一般较大。前缘带水下分流河道不发育，水下进积作用明显。本区 典型的扇三角洲充填序列( 图3 一1 ) 。口 表3 1 孤西断裂带古近系和新近系沉积体系构成表 沉积体系沉积组合 成因相 扇根、扇中沉积组合 冲积扇体系 扇端沉积组合扇面辫状水道沉积 河流沉积体 河道充填组合 河床充填沉积、点砂坝沉积 系 河道边缘组合天然堤、决口扇 泛滥平原组合越岸沉积、河间洼地沉积 扇三角洲沉 泥石流沉积、辫状水道沉积、漫流沉积、水 扇三角洲平原组合 积体系道间细粒沉积 水下分流河道沉积、河口砂坝沉积、滑塌变 扇三角洲前缘组合 形沉积、河道边缘沉积、砂泥互层沉积 前扇三角洲组合 三角洲沉积 三角洲平原组合分流河道沉积、河道间洪泛沉积 体系 水下分流河道沉积、河口砂坝沉积、前缘席 三角洲前缘组合 状砂 前三角洲组合 滨浅湖相组合滨湖沉积、浅湖沉积 湖泊体系 深湖相组合深湖细粒沉积、深水重力流沉积 四、三角洲体系 本区三角洲体系主要发育于西南缘陈家庄凸起一