（构造地质学专业论文）沾化凹陷东部北西向断裂系统与油气成藏研究.pdf

摘要 摘要 北西向断裂在沾化凹陷东部的油气成藏过程中占有重要的地位。论文通过大 量基础地质资料、地震资料和区域构造背景资料，系统研究济阳坳陷北部主要断 裂的分布及演化特征，结合断裂作用下油气成藏的物理模拟和数值模拟试验，研究 断裂对油气成藏的摔制作用。 研究表明，沾化凹陷东部北西向构造带是多期运动叠加、后期断裂改造、形 成多类型潜山的演化结果。沾化凹陷发育的北西向构造带的主摔断层，均经历了 逆冲、拉张反转全过程。由西向东的罗西、孤西、埕北一五号桩等3 条北西向断 层的活动强度逐渐增强，断层的活动速率分别为4 5 m m a 、6 5 m m a 和8 0 m m a ， 北西向断层停止活动的时间由西至东逐渐变晚。多期运动叠加的结果形成了埕岛 一垦东和埕东一垦利两条北西走向的潜山构造带。构造活动在时、空上的差异导 致了不i 司类型潜山披覆构造形成及圈闭组合关系的差异。潜山披覆构造自南部垦 东地区以高位潜山披覆背斜为特征，向北至孤东、埕岛地区以中、低潜山披覆背 斜为主。 沾化凹陷东部不同的构造部位，不同类型的构造，油气分布特征不i 一，油藏 类型不i j ，组合类型和成藏模式也有所差异。在层系上主要富集于上第三系馆陶 组和前第三系以下古生界为主要含油层系的潜山披覆构造带。主干断层良好的输 导体系和新构造运动对油气形成分布有重要影响。油气运聚物理模拟试验结果证 明，曲率大的断裂有利于油气运移；当砂层与断层上倾方向( 或者是油运移的方 向) 所夹角小时有利于油向其中运移。结合构造演化和沉积埋藏史研究，流体包 裹体两期的均一温度( 1 0 0 1 3 0 ，1 4 0 1 6 0 ) 反映了燕山期和喜山晚期且以喜 山晚期为主的油气充注。油气成藏数值模拟结果显示孤西地区第一、第二排潜山 聚集第三系生成的油气，也可以聚集部分石炭二叠系煤系烃源岩生成的天然气， 而第三、第四排潜山主要接受石炭二叠系煤系烃源岩生成的天然气。 根据综合研究的结果，指出在沾化东部地区近期寻找富集高产区块在桩海、 孤北和垦东潜山披覆构造带、埕北和孤南洼陷带。研究的结果对预测沾化凹陷东 部的下一步有利油气勘探区有重要的指导意义。 关键词：济阳坳陷沾化凹陷北西向断裂油气成藏输导体系 沾化州陷东部北两向断裂系统与油7 成藏研究 n o r t h w e s t w a r d ( n w ) f a u l t sa n di t sr e l a t i o n s h i pw i t hh y d r o c a r b o n a c c u m u l a t i o ni nt h ee a s t e r np a r to fz h a n h u as a g s h id i s h i d i r e c t e db yp r o f x i ab i n 、z h a n gs h a n w e ia n dj i a n gz a i x i n g a b s t r a c t t h en o r t h w e s t w a r d ( n w ) f a u l t sp l a ya n i m p o r t a n t r o l ei nt h eh y d r o c a r b o n a c c u m u l a t i o ni nt h ee a s t e r np a r to fz h a n h u as a g ，j i y a n gd e p r e s s i o n b a s e do nt h el a r g e n u m b e ro fg e o l o g i c a l ，s e i s m i ca n dr e g i o n a lt e c t o n i cd a t a ，t h i s p a p e rs t u d i e d s y s t e m a t i c a l l yt h ed i s t r i b u t i o na n dt h e i re v o l u t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fm a i nf a u l t si nt h e e a s t e r np a r to fz h a n h u as a ga n dt h e i re f f e c to nh y d r o c a r b o na c c u m u l a t i o n t h ef a u l t c o n t r o l l i n ge f f e c to nt h eh y d r o c a r b o nm i g r a t i o na n da c c u m u l a t i o nw a s a l s os t u d i e db y c o m b i n i n gt h ep h y s i c a la n dn u m e r i c a le x p e r i m e n t so fh y d r o c a r b o nm i g r a t i o na n d a c c u m u l a t i o n t h er e s u l t sw i l lb e n e f i t st of o r e c a s tt h ef a v o r a b l ep e t r o l e u me x p l o r a t i o n a r e ao fe a s t e r np a r to fz h a n h u as a g t h et w on ws t r u c t u r a lb e l t s ，c h e n g d a o - k e n d o n ga n dk e n d o n g - g u x ib u r i a lh i l lb e l t s ， i nt h ee a s t e r np a r to fz h a n h u as a ga r et h er e s u l to fm u l t i t e c t o n i cs u p e r p o s i t i o na n d l a t e rs t a g ef a u l t e dr e f 0 1 t f l a i lm a i nn wf a u l t su n d e r w e n tt h ep r o c e s so ft h r u s tf i r s ta n d t h e ne x t e n s i o nr e v e r s a l t h ea c t i v i t i e si n c r e a s ef r o mt h ew e s tl u o x if a u l t 。g u x if a u l t t ot h ee a s tc h e n g b e i w u h a o z h u a n gf a u l t ，w i t ht h ea c t i v ev e l o c i t y4 5 m m a ，6 5 m m a a n d8 0 m m ar e s p e c t i v e l y t h eo i la n dg a sd i s t r i b u t i o na n dh y d r o c a r b o na c c u m u l a t i o nm o d e l sa r ed i f f e r e n ti nt h e d i f f e r e n ts t r u c t u r a l p o s i t i o n s a n dd i f f e r e n tt y p e so fs t r u c t u r e s m o s tp e t r o l e u m a c c u m u l a t e di nt h en e o g e n eg u a n t a og r o u pa n dl o w e rp a l a e o z o i cb u r i a lh i l ld r a p e s t r u c t u r eb e l t s t h ef a u l ta c t e da st h ec o n d u c t i n gs y s t e ma n dt h en e o t e c t o i n cm o v e m e n t p l a y e da ni m p o r t a n tr o l eo nt h ep e t r o l e u mf o r m a t i o na n dd i s t r i b u t i o n a tt h es a m et i m e ， t h ep h y s i c a le x p e r i m e n to fh y d r o c a r b o nm i g r a t i o ns h o w e dt h el a r g ed i pa n g l eo ff a u l t i sf a v o r a b l et oh y d r o c a r b o nm i g r a t i o n b a s e do nt h ea b o v es t u d yr e s u l t s ，t h ef a v o r a b l ep e t r o l e u me x p l o r a t i o na r e ao fe a s t e r n p a r to fz h a n h u as a ga lez h u a n g h a i ，g u b e ia n dk e n d o n gb u r i a lh i l l sa n dc h e n g b e i ， g u n a ns a g s k e yw o r d s ：j i y a n gd e p r e s s i o n ，z h a n h u as a g ，n o r t h w e s t w a r df a u l t s ，h y d r o c a r b o n a c c u m u l a t i o n ，c o n d u c t i n gs y s t e m i i 沾化凹陷东部北两向断裂系统与油7 t 成藏研究 声明尸明 本人郑重声明：所呈交的博士学位论文沾化凹陷东部北西向断裂系统与油 气成藏研究，是本人在导师夏斌研究员、张善文教授级高工和姜在兴教授的指导 下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经引用的内容外，本文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的 个人和集体，均己在文中以明确方式表明。本人完全意识到本声明的法律结果由 本人承担。 学位论文作者签名：石石咬厄 2 0 0 6 年1 0 月1 0 日 前言 前言 一、研究区概况及选题意义 本论文来源于国家“十五”科技攻关课题“济阳坳陷隐蔽油藏地质评价和勘 探关键技术研究”( 2 0 0 3 b a 6 1 3 a - - 0 2 ) 。研究区是中国东部油气最为富集的地区 之一，也是油气分布十分复杂、具有较大勘探潜力的地区。区域构造位置处于济 阳坳陷、渤中坳陷与郯庐断裂带之间，具有独特的石油地质特征，已发现了太古 界至明化镇组等八套含油层系，是一个典型的复式油气聚集区；已发现了孤东、 孤岛等1 2 大、中型油田。 对于济阳坳陷油气成藏的研究早在六十年代初就已开始，胜坨、东辛等大型 复杂断块油藏的发现引起人们充分重视，之后潜山披覆油藏的发现促进了胜利油 田储量的较大增长和对济阳坳陷油气分布的认识。2 0 世纪8 0 年代以来，随着勘探 认识的深化，隐蔽型油藏逐渐成为重要的勘探对象，相继发现了牛庄、史南、飞 雁滩等大量不| 一类型的岩性、不整合油藏，研究的范围也从单一的构造油藏拓展 到了隐蔽和复杂油气藏。在济阳坳陷的油气勘探实践中相继提出了源控油气理论 ( 胡朝元，1 9 8 2 ) 、场环对应控油气理论( 刘兴才，1 9 9 6 ；李丕龙，2 0 0 1 ) 、复式 油气聚集理论( 李德生，1 9 8 0 ；胡见义等，1 9 8 6 ) 、坡折带低水位砂体控油理论( 林 畅松等，2 0 0 0 ) 等，有效地指导了各时期的油气勘探。 从区域构造演化上看，济阳坳陷的构造演化与渤海湾盆地一致，属中、新生 代构造运动而形成的含油气地区。济阳坳陷北部中新生代断陷盆地主要有n w 、 n e 、e w 向三组断裂系统，其中n w 向断裂系统发育时间较早，控制了早期盆地 的发育，并且大多数在中始新统就停止活动，被后期的n e 向断层切割改造。从该 区构造演化及油气生成条件来看，烃源岩主要分布于沙四段、沙三段和沙一段。 因此，在前期油气勘探过程中，多认为该区的油气成藏以北东( 北北东) 和东西 向断裂体系为主导，形成了受北东( 北北东) 和东西向断裂体系控制的油气复式 聚集带，从而忽略了北两向断裂体系对油气成藏的影响。 尽管受北西向断裂控制的孤北低潜山带及埕岛一桩西一长堤结合部的桩海低 潜山带在近期油气勘探中取得了重大突破，如位于孤北低潜山的渤深6 井、渤古1 井和位于桩海潜山的桩海1 0 井均获高产工业油流，揭示了北西向断裂对本区成藏 的重要影响。但是，对于北西向断裂系统的空问展布特征、构造演化特征及其与 其它走向断裂系统的关系、北西向断裂系统对油气生成、运移、聚集、保存及圈 闭形成的控制作用、北西向断裂系统油气分布规律的关系等问题缺乏深入的研究。 本文以济阳坳陷北部沾化凹陷东部北西向断裂系统的几何学、运动学特征、 形成演化及其对油气成藏的控制作用为研究对象。主要目的是通过对济阳坳陷北 部北西向断裂系统的研究，明确该k 地质构造格局、北两向断裂的控藏模式以及 北西向断裂系统控制下的油气藏的分布规律，为济阳坳陷油气勘探的持续发展打 沾化l u l 陷东部北两向断裂系统与油7e 成减研究 f 基础。 二、国内外研究现状 构造作用控制着盆地的形成、发展、演化，控制着其中沉积体系的空间展布 和生储盖组合，控制着盆地中油气圈闭的形成，也控制了其中油气的生成、运移 与聚集。断裂活动及分布控制了盆地的演化、发展及构造格局，断裂活动对油气 的生成、运移、聚集起着决定性作用，而断裂发育在时间域及空间域的演变决定 了盆地内油气藏分布的复杂性。 ( 一) 研究区断裂发育特征 济阳坳陷中、新生代盆地演化主要受控于两种动力学背景，一为欧亚构造域 的西伯利亚板块、扬子板块与华北板块的挤压拼接，二为滨太平洋构造域及其郯 庐断裂的活动，两大构造体系域在中生代盆地演化的各个时期所起的作用既有差 异，又相互叠加。晚侏罗世一白垩纪，受郯庐断裂左行走滑的影响，济阳坳陷区 前期形成的n w 向逆冲断层，发生负向构造反转，反向伸展，形成了一系列半地 堑；进入新生代构造演化阶段，由于印度板块与欧亚板块碰撞和太平洋板块由北 北西向转为北西西向俯冲，郯庐断裂由左旋变为右旋，济阳坳陷进入，形成了一 个受n n e 、n e 向断层控制的半地堑式复合盆地，叠置于中生代盆地之上( 吴智平 等，2 0 0 3 ) 。 从活动期及强度来看，中生代主要以北西向断层活动为主，到新生代北西、 南北向的古断层逐渐消亡或活动减弱，取而代之的是北东向断层的剧烈活动，形 成目前新生界北东向构造线为主的构造形迹。 以伸展断层为例，从断层形态看，伸展断层断面形态的演化是有序的，即由 板式变为铲式，再变为坡坪式。这种演化的有序性受岩体抗剪强度的非均一性、 覆盖层重量导致的压实作用和某种类型的异常高的液体孔隙压力等非构造因素的 影响，同时也受到断层发育和演化过程中构造应力场的变化和断裂运动学性质的 变化等构造因素的影响。据研究，渤海湾盆地早第三纪的岩石圈活动在深部以纯 剪切作用为主，在浅部主要表现为简单剪切作用。这种动力学环境为伸展断层面 的有序演化创造了条件。惠民凹陷北界宁南和无棣南断层，孔店早期为板式、铲 式，孔店晚期演化为坡坪式。东营凹陷北界陈南断层，孔店沙四早期为板式、铲 式，沙四末演化为坡坪式。而沾车的北界埕南断层分为两种情况，车西无中生界 及孔店沉积，沙四以后形成北东向断层，沿古老断层切开中、古生界，形成坡坪 式断层；沾化凹陷边界断层则以铲式为主。凹陷内二级断层多以坡坪式、铲式为 主，而三、四级断层则以铲式、板式断层为主。 研究区在中生代自西南向东北发育有北西向的罗西断层、孤西断层和五号桩 断层，晚三叠世处于n e 向的挤压应力场，为挤压逆推断层，从晚侏罗世开始发生 构造负反转，转变为张性正断层；中始新世至渐新世，济阳坳陷为右旋张扭盆地。 前占 沾化凹陷西北边界断层为平面上按左阶步雁行排列的n e 向断裂系，包括埕东断 层、义东断层及邵家断层，均为高角度扭张断层( 倾角7 0 度左右) ；在这一复合 断裂系的控制下，沾化凹陷进一步派生出e n e 向的孤南断层和孤北断层、e w 向 的桩南断层和垦利断层，这一系列新断层与早期的罗西断层、孤西断层、五号桩 断层及s n 向的长堤一孤东断层相互穿插，致使沾化凹陷内部支离破碎。始新世晚 期( e s 3 ) ，北东向的义南断层、义东断层、埕东断层、恳东断层和北西向的埕北 断层大规模活动，而北东东向断层活动较小。渐新世早期( e s 2 ) 义东断层、埕东 断层、垦东断层、埕北断层继承性活动，而北东东向的孤北断层、孤南断层和垦 利断层活动加剧，孤南断层由原来的三段贯通为一条，它使孤岛南北两侧的湖盆 在形态、沉积体系和沉积中心等方面产生巨大差异。 ( 二) 断层对油气成藏的控制 断层及其活动对油气成藏起到至关重要的作用，可以体现在对储油圈闭的控 制、对生储盖组合的控制、对油气运移和聚集的控制等方面。特别是断层作为油 气运聚过程中的输导体系，对油气藏的形成具有决定性的影响。 1 、断层对圈闭形成的控制作用 单断盆地断裂活动的不对称性和基底沉降的不对称性决定了盆内各构造带具 有不同的圈闭条件与圈闭组合。如深洼带主要为岩性油气藏和构造岩性油气藏， 缓坡带主要为地层油气藏等。济阳坳陷中、新生代盆地转型期断裂对盆地的演化 具有控制作用( 郑德顺等，2 0 0 5 ) 。l 一时，断层是复杂断块区构成圈闭的主要因素( 曹 冰等，2 0 0 3 ) 。对于上第三系而言，新构造运动形成的断层对构造圈闭的形成起到 了关键的作用，如可形成凸起上的披覆背斜圈闭等。 2 、断层对生储盖配置关系的控制作用 断块的差异升降运动与掀斜运动控制着盆地沉积体系的展布，即控制了盆地 的生储盖组合。断层的切割使不同年代、不同深度的地层相互沟通，断块的差异 升降运动使上盘的新地层与下盘的老地层通过断面直接接触，从而形成“新生古 储”或下生上储等生储盖配合。断层通过对储集体的发育与演化、储盖组合等方 面的控制作用，从而摔制油气成藏( 付广等，2 0 0 4 ；李伟等，2 0 0 6 ；张凡芹等，2 0 0 5 ) 。 陈昭年等( 2 0 0 2 ) 的研究表明，与冲断作用及其相关褶皱作用形成的裂缝促进岩溶作 用的进行，导致缝洞性储集层的形成；古潜山油气藏的油气源、油气成熟度和油气 充注与新生代伸展断层作用有关：潜山圈闭的封闭条件是由基底卷入正断层的侧向 封闭、盖层正断层发育特点及其对盖层的破坏程度确定的。 3 、断层对油气运移和聚集的控制作用 断层活动对油气成藏的控制主要体现在其作为油气运聚的输导体系上。断层 作为地下流体运移的通道之一，国内外大量的学者已进行了研究( 曹冰等，2 0 0 3 ；陈 沾化l u | 陷东部北两向断裂系统与油7e 成藏研究 斌等，2 0 0 5 ；陈淑兰和罗群，2 0 0 4 ；褚庆忠和张树林，2 0 0 4 ；龚再升，2 0 0 4 ；胡素 云等，2 0 0 6 ；姜慧超和罗佳强，2 0 0 5 ；唐大卿等，2 0 0 6 ；肖焕钦和陈广军，2 0 0 3 ) 。 主要包括断裂的封闭性、断层的输导作用及输导机理、断裂作用条件下油气运移 的模式等。 孔隙、裂缝和孔隙裂缝组合是油气运移输导系统的三种主要构成要素。连通 砂体、断层和不整合面是油气在地下运移的简单输导系统，砂体不整合面、砂体 断层、不整合面断层、砂体不整合面断层为油气在地下运移的复合输导系统， 它们为油气运移提供了立体网络通道。油气运移输导系统类型控制着油气的成藏 模式。连通砂体输导系统可控制底层超覆、岩性尖灭、断层遮挡油气藏的形成； 不整合面、砂体不整合面、不整合面断层组成的输导系统可摔制基岩风化壳油气 藏的形成；断层、砂体断层、砂体不整合面断层组成的输导系统可摔制断块、 背斜、构造岩性和断层岩性油气藏的形成( 陈中红等，2 0 0 6 ；付广和付晓飞，2 0 0 1 ； 付广等，2 0 0 5 ；付金华等，2 0 0 2 ；柳广第等，2 0 0 2 ；u r b a n ，1 9 8 9 ；m o r e t t i ，1 9 9 8 ) 。 断层作为油气运移的重要通道，取决于其在油气成藏期的封闭性情况。因此， 研究断层的活动性及其的成藏时期的开启和封闭性就成为关键( 付广和于丹，2 0 0 6 ； 高先志等，2 0 0 3 ；刘东周等，2 0 0 2 ；吕延防等，1 9 9 6 ；吕延防和马福建，2 0 0 3 ；沈传 波等，2 0 0 2 ；王强等，2 0 0 6 ；邹华耀等，1 9 9 9 ；鲁兵，1 9 9 6 ；g i b s o n ，1 9 9 4 ；b o u v i e r 等，1 9 8 9 ；y i e l d i n g 等，1 9 9 7 ) 。目前，主要利用断层的生长指数、断层落差、断层 活动速率、砂泥比、泥地比等参数来研究断层的活动性及其对油气的封闭作用。 此外，根据断层在油气运聚中的作用，不同学者还提出了断层作用下相应的 油气运聚模式，如断裂一砂体形成油气运移的“中转站”模式( 邓运华，2 0 0 5 ) 、 网毯式运聚模式( 张善文等，2 0 0 3 ；张善文和曾溅辉，2 0 0 3 ) 等等。 三、研究内容与技术路线 本论文的研究目标是利用基础地质资料、地震大剖面和连井切片、区域构造 背景资料，系统研究济阳坳陷北部主要断裂的分布及演化特征，分析已知油气藏 的特点，探讨北西向断裂对油气成藏的控制作用，进而预测有利勘探区带，指导 油气勘探。 ( 一) 研究内容 论文的主要研究内容包括以下几个方面： 1 、北西向构造带空间展布特征及其与其他走向断裂系统的关系研究 2 、北西向构造带的演化特征研究 ( 1 ) 分析各条断裂的发育、发展、结束时期以及其对沉积的控制作用 ( 2 ) 依据断层对地层的切割关系及断层两盘各组段地层的厚度差异，识别出 不同期次的断裂，对各主要构造期的断裂发育过程及组合关系进行综合性研究 ( 3 ) 通过断层类型、延伸方向、组合特征及活动性分析，研究不l 刊构造时期 4 刖舌 断层的几何学、运动学和动力学特征 3 、北西向断裂系统对生油、运移、聚集、保存及圈闭的形成等成藏的控制作 用 ( 1 ) 北西向断层的输导体系及其组合 ( 2 ) 输导体系对油气运聚的影响 ( 3 ) 断层输导体系对油气运聚的物理模拟试验 ( 4 ) 断裂作用下油气成藏过程的数值模拟 4 、受北西向断裂系统控制或影响的油气成藏特征及分布规律 5 、分析北西向断裂对油气成藏条件和成藏过程的摔制作用，并提出有利勘探 区带。 ( 二) 研究思路和技术路线 本论文的研究综合采用地质一地球物理一地球化学相结合的手段，结合油气 成藏的物理模拟试验和数值模拟试验，立足于北西向断裂的地质特征及油气藏形 成的基本条件和控制因素。在研究思路上，遵循以区域构造背景研究、基础地质 资料分析、地震大剖面解释为基础，以构造分析和油气成藏研究为重点；从大地 构造学、构造运动学、构造动力学等多种学科不同角度分析断层对油气成藏控制 作用。 论文所采取的技术路线是：在前人认识的基础上，利用大连片处理地震资料 进行精细构造解释，深入研究北西向断裂体系构造特征、构造演化特征，再结合 该区的钻井、测井资料、分析化验资料，研究这种构造特征及构造演化特征对油 气成藏的控制作用；结合断裂作用下油气成藏的物理模拟和数值模拟试验，研究 断裂对油气成藏的控制作用；最后，结合研究区北西向断裂发育和演化特征及其 对油气成藏的控制作用，总结油气分布规律，预测有利勘探区带。具体的技术路 线流程框图如下： 平衡剖面分 断裂输导体系 l 壁堕堡壅量圭丝里墨i 匦亟岛 图0 - 1 论文研究的技术路线流稃框图 成斌物理模 拟试验 成藏数值模 拟试验 嚣 沾化i “l 陷东部北两向断裂系统与油e 成藏研究 四、研究成果与创新性 通过本论文的研究，获得了以下的成果和创新： 1 、明确了北西向构造带演化机制，提出了多期运动叠加、北西向断裂控带、 后期断裂改造、形成潜山形态各异的格局，并为构造物理模拟证实。 沾化凹陷发育的罗西、孤西、埕北一五号桩等3 条北西向构造带的主控断层， 均经历了逆冲、拉张反转全过程。逆冲期主要发育在印支末期一燕山早期，受北 东一南西方向挤压应力的影响，上盘沿逆冲面抬升，高部位遭受剥蚀。拉张期主 要发育在燕山中后期一喜山早期，受北东一南西方向区域拉张应力及郯庐断裂左 旋应力的作用，该区早期形成的逆冲断层开始沿逆断面回落，形成正断层，在下 降盘接受沉积，上升盘则遭受剥蚀。北西向断层的活动强度自西向东逐渐增强， 停止活动的时间由西至东逐渐变晚。 2 、从油气成藏期次分析、油气运聚的物理模拟试验和数值模拟研究都证实了 断裂控制了研究区的油气生、排、运、聚成藏过程。 构造活动在时、空上的差异导致了不同类型潜山披覆构造形成及圈闭组合关 系的差异。潜山披覆构造自南部潍北、垦东地区以高位潜山披覆背斜为特征，向 北至孤东、埕岛地i 又：以中、低潜山披覆背斜和圈闭层次多、尺度大为特征。油气 运聚物理模拟试验结果认为曲率大的断裂有利于油气运移；当砂层与断层上倾方 向( 或者是油运移的方向) 所夹角小时有利于油向其中运移。结合构造演化和沉 积埋藏史研究，流体包裹体两期的均一温度( 1 0 0 1 3 0 ，1 4 0 1 6 0 ) 反映了燕 山期和喜山晚期且以喜山晚期为主的油气充注。油气成藏数值模拟结果显示第一、 第二排潜山聚集第三系生成的油气，也可以聚集部分石炭二叠系煤系烃源岩生 成的天然气，而第三、第四排潜山主要接受石炭二叠系煤系烃源岩生成的天然 气。 3 、构造演化控制形成的地质结构的层次性决定油气分布的有序性，不同构造 部位，不同类型的构造，油气分布特征不同，发育的油藏类型也不同，组合类型 和成藏模式有所差异。 6 第一4 章摹本石油地质特征 一、区域构造特征 第一章基本石油地质特征 第一节 区域构造特征及演化 沾化凹陷北部位于渤海湾盆地济阳坳陷北部( 图1 1 ) ，包括了埕北凹陷、桩 东凹陷、青东凹陷、渤南一孤北洼陷、孤南一富林洼陷及埕北潜山披覆构造带、 埕子口凸起、孤岛一垦利潜山带、长堤一孤东潜山披覆构造带、垦东青坨子凸 起等十个构造单元的部分地区。本区基底断裂发育，有北西走向的埕北断层一五 号桩断裂、孤西断裂，北北东走向的长堤断层、近东西走向的垦东南断层、垦利 断层、桩南断裂、孤南、孤北断裂、北东走向的垦东断层、埕东断层等( 图1 2 ) 。 图l - 1 沾化凹陷区域位置图 沾化l ”i 陷东部北两向断裂系统与油气成藏研究 二、区域构造演化 图1 2 研究区断裂纲要图 渤海湾盆地是叠置在华北地台基底之上，中、新生代发展起来的张性断块盆 地。研究结果表明，自中三叠世开始，扬子板块受到来自s s w 方向的碰撞作用， 扬子板块与华北板块的碰撞与拼接。沾化凹陷n w 逆冲断层的产生是华北板块在 南( 扬子板块) 、北( 西伯利亚板块) 的双重夹击下所作的板内局部挤压调整的结 果。 燕山构造运动早期( 早、中侏罗世) ，沾化凹陷北西向逆推断层的活动性微弱， 区域上表现为对前期逆推断层造成的地势高差的截凸填凹的沉积与剥蚀过程。 晚侏罗世，中国大陆东部处于左旋剪切应力场作用下，n n e 向的郯庐断裂带 发生了左行走滑平移。就沾化凹陷而言，其夹持于郯庐断裂带与沧东一兰聊断裂 带所派生的左旋剪切应力场之间，受到s w n e 向的拉张，加之先期形成的n w 第一章基车石油地质特征 向逆断裂带相对薄弱，因而发生构造反转，沿着早期的断面发生张引伸展。喜山 早期( e k ) ，区域应力影响，郯庐断裂带由左旋走滑转为右旋剪切，中国大陆东部 处于右旋剪切应力场之中，则导致了研究区断裂发育由n w 向至n e ( n e e ) 向的 转型。 渤海湾盆地的裂陷作用是多层次、多期次构造作用过程。从盆地构造格局的 改变和沉积中心迁移考虑，早第三纪裂陷期发生t - - 幕裂陷作用( 图1 - 3 ) ：早 期裂陷阶段。系指孔店组一沙四段沉积时期，凹陷主要发育在盆地的周边，不同 的沉积凹陷有着不同的沉积特点。当沉降速率与沉积速率相当，凹陷生油岩发育， 如东营凹陷：当沉降快。湖水深，物源远，生油岩也发育；当沉降速率小于沉积 速率及物源较近时，以粗碎屑沉积为主。此时，沾化一车镇凹陷沉积较薄，仅局 部地区有较厚的生油岩及碎屑岩沉积，如渤南一孤北洼陷。渤中地区多处于隆起 剥蚀状态，仅在潍北、莱州湾和渤中凹陷局部有较薄的碎屑岩沉积。 深陷阶段。 系指渐新世沙三段沉积时，由于水平强烈扩张，断块快速沉陷，湖泊呈欠补偿状 态，全盆地主要凹陷多发育巨厚的暗色烃源岩。沉积厚度多为2 0 0 0 - 3 6 0 0 m 。再 次扩张阶段。经沙三末期短暂回返后沙二一沙一期进入再扩张期。沉积特点类 似初期裂陷阶段，只不过凹陷沉积中心向东、向北方向迁移，如济阳坳陷沉积中 心具有由南部的潍北凹陷、东营凹陷向北部的沾化凹陷迁移的特点。裂陷萎缩 期。相当于渐新世东营末期，沉降速率普遍降低，主要发育河流平原沉积。 卜茸北凹陷_ j h 北凸起- l 卜青 末凹陷_ _ 一旦袁凸起t 一桩末凹陷剖满南凸起i6 - 麓 中凹陷 图1 - 3沾化东部地区南北向地质结构剖面图 早第三纪一第四纪，渤海湾盆地发生区域性坳陷，使早第三纪时期被凸起和 沾化川阶东部北两向断裂系统j 油气成藏研究 隆起分割的各个断陷沉积单元联合成统一的内陆笳地，充填了以河流相为主的碎 屑岩建造，属于裂后阶段沉积。第三纪未期，受地幔拱张及郯庐断裂活动的影响， 在渤海湾北部发生的新构造运动造成了该区局部地区馆陶组内部及馆陶组与明化 镇组存在多个微角度不整合或平行不整合接触关系，并形成系列浅层断裂构造， 如花状构造、“y 字型”构造等。新构造运动使该区的地质结构更加复杂。 三、构造层划分及特征 在地质演化的过程中，沾化东部地区经历了印支、燕山、喜山三个大的构造 运动阶段，形成了规模不等的各种地质界面。根据沾化东部地区区域地质结构特 征，该区存在6 个角度不整合面，分别是：古生界与太古界，古生界与中下侏罗 统，中下侏罗统与上侏罗统，下白垩统与上白垩统，上白垩统与下第三系，上、 下第三系之间。依据该区的区域地质特征和地层接触关系，把构造层分成构造层 和构造亚层二个级别，本区可划分为四个构造层及多个构造皿层( 表1 1 ) 。 构造层屯& 岳謦地震括志层姥时年龄沉积速率 ( m a )( m k a ) q q p 2 2 s 2 质层t n 柚 3 3 5 no 一 t o 一一6 0 1n l g 5 一2 4 6 e i d 一直f - _ , s 11 2 9 。z e 8 峻 k 一3 3 2 e l - - s $e 2 i 皇 t 矗 上尉一一2 k ze e 2 0 02 3 7 e 窖s 一t ， 5 e 2 k ， ，e i 一2 k e i 一2 k 2 一t 一一- 5 4 9 一 2 6 0 e l k 8 i 鲁k k 一1 0 0 k i 下层( i ) i i2 t j 一1 3 5 一 3 0 j 3 j， 一 1 4 9 一 i i 1j - 一l 一1 p 一 iz 2 c p p z一一一一t g l 一一3 5 0 o 5 3 第璋基本石油地质特征 干酪根热降解形成的成熟油。据宋一涛( 1 9 9 2 ) 对沾化凹陷内的孤南洼陷沙三段烃源 岩有机质成熟演化规律的研究，沙三段烃源岩的门限深度约为2 7 0 0 m 。位于埕北 凹陷斜坡带上的埕北4 井沙三段烃源岩样品埋深为3 6 0 0 - - 3 6 5 0 m ，氯仿沥青“a ”含 量为0 3 7 ，有机碳含量3 5 ，总烃转化率5 7 m g g ，实测镜质体反射率r o 为0 5 9 ，该烃源岩样品干酪根类型为i il i 型，认为对这期的干酪根实测镜质体反射 率往往偏低，如果按地温梯度3 2 1 0 0 m ，平均地表温度1 4 0 c 折算，其地层温度仅 为1 2 9 2 - 1 3 0 8 ，再从其抽提物的甾烷c 2 9 甾烷2 0 s 2 0 ( s + r ) 和c 2 9 甾烷 1 7 , f l ( 伐a + 1 3 1 3 ) 成熟度参数上看，它们分别为o 3 7 、0 3 6 ，推测其成熟度大致相当于r o 值为0 6 2 。在埕北凹陷中心成熟度应该更高。 沙一段不含颗石藻烃源岩，有机质的成熟演化规律与沙三段烃源岩相似。沙 一段富含颗石藻烃源岩则属于以藻类为主要生源的烃源岩，这类富藻烃源岩含大 量可溶有机质，根据宋一涛( 1 9 9 2 ) 对孤南洼陷沙一段富含颗石藻烃源岩生烃机理的 研究，在埋藏深度1 6 0 0 m 左右镜质体反射率r 。值为0 3 5 就具备了烃类生成条 件，生烃高峰约2 4 0 0 m ，主要生成低成熟油。埕北凹陷沙一段富含颗石藻烃源岩 实测镜质体反射率r o 为o 3 4 - o 5 3 ，恰好处于大量生烃阶段，随着埋藏深度增加， 烃源岩中的干酪根也可以热降解生烃，因此富含颗石藻烃源岩是一种生烃潜力很 大的烃源岩。但这类烃源岩在埕北凹陷地层较薄，最大厚度仅1 0 0 m ，尚不能成为 主要生油层，但在渤中、桩东凹陷西部均获得了来自这类烃源岩的工业油气流或 油气显示。 东营组上段烃源岩的生源属于高等植物和菌藻类混合物；有机质丰度较低， 细菌作用不强烈，仍明显的显示出陆源高等植物的特征，生油潜力较小。东营组 下段烃源岩有机质生源为菌藻、细菌和高等植物，但高等植物成分比沙三段烃源 岩多，也经受过微生物的改造，i j 样可以发生大分子的降解作用并有利于成烃。 埕北凹陷胜海7 井东营组下段烃源岩在2 8 0 0 m 左右有机碳含量为1 4 ，氯仿沥青 a ”含量为0 0 8 ，总烃含量5 3 9 x 1 0 - 6 9 g 岩石，总烃转化率为3 7 m g g ，镜质体 反射率r 。值为0 4 5 ，但更浅处未取样，无法确定其生油门限的准确深度，埕北 凹陷东营组烃源岩最大埋深约3 2 0 0 3 6 0 0 m ，因此东营组下段烃源岩对油气生成 有一定贡献。 总之，研究区有关凹陷中，早期形成的生油岩，如孔二段、沙三下段一沙四 上段大部分已进入生烃高峰期，仅凹陷边缘浅部位成熟度较低。早第三纪晚期形 沾化i ”】陷东部北两向断裂系统与油7e 成藏研究 成的生油岩自南向北、东海域中成熟度不断增高。沙一段生油岩在东营凹陷以未 熟一低熟为主；沾化凹陷以低熟为主，深部位小范围已进入成熟阶段；海域中桩 东、渤中等凹陷已大面积成熟。东营组下段生油岩在东营凹陷以未成熟为主，埕 北凹陷部分低成熟，桩东、渤中凹陷已有相当面积达到成熟阶段。 二、储层特征 1 、前第三系 前第三系潜山包括太古界、古生界和中生界三个层系，其储层按母岩性质可 分为太古界变质岩储层、古生界碳酸盐岩和碎屑岩储层及中生界碎屑岩储层。 1 1 、太古界 由于多期构造活动与长期的溶蚀风化作用，使太古界顶面的有效储层较为发 育，如埕北3 0 潜山带，钻井资料表明有效储层厚度一般在1 0 0 - 1 5 0 m 左右，主要 分布于顶面风化壳部位。根据岩心及测井资料分析，太古界的储集空间以溶洞、 裂隙为主，储层发育特征与下古生界类似。 1 2 、古生界 古生界包括下古生界和上古生界。下古生界为以海相碳酸盐岩沉积为主，上 古生界为海陆交互相沉积，具有不i 司的储集特征。 钻井资料表明，下古生界碳酸盐岩均发育不同程度的储层，但储集空i 、日j 类型 多，结构复杂，非均质性强。应用岩心、薄片、电镜、测井等资料进行研究，结 合桩西潜山资料，取得了一定的规律性认识。下古生界原生孔隙不发育，对油气 富集起决定性作用的为次生孔隙，具有缝、洞、孔三大类7 种。上述几种储集空 间并不是孤立起作用，而是相互交错组成复合储集体，形成缝连洞( 孔) 、孔接缝 的空间储集网络，为油气聚集提供了极好的储集空间。 根据孤北地区钻探资料，上古生界储集层主要为二叠系上、下石盒子组、石 千峰组碎屑岩。下石盒子组为三角洲沉积，发育的储层有三角洲平原分流河道砂 岩体和三角洲前缘河口坝砂岩体。分流河道砂体在该区二叠系三角洲砂体中最发 育。岩性组合为中砂岩与细砂岩、粉砂岩互层，砂岩厚度中等，一般为3 - - 7 m ， 砂岩粒度显示为正旋回韵律。孔隙度约为5 ，渗透率为0 4 4 x1 0 - 3l am 2 左右。河 口坝砂岩体岩性为粉砂岩、细砂岩，在纵向上呈反韵律，砂体单层厚度为2 - - 5 m 。 孔隙度为4 1 左右，渗透率为0 7 5x1 0 。l - tm 2 左右。上石盒子组一石千峰组下部 第章摹本石油地质特征 为曲流河沉积，岩性组合为下部粗一中砂岩、上部细砂岩和粉砂岩，孔隙度为5 o 左右，渗透率为0 6 2 1 0 - 3l an 1 2 左右，最大可达1 4 1 1 0 一l am 2 。整体上，石炭二 叠储层埋深大，压实、胶结( 主要为石英次生加大) 等成岩作用强烈，储层物性 较差。原生孔隙不发育，而以次生孔隙为主。孔隙度一般为4 1 0 ，渗透率为 0 1 - - 7 0 1 0 一l am 2 。其分布具有以下特点：a 、长石砂岩易于产生次生孔隙，物性 最好；石英砂岩因石英次生加大作用强烈，物性最差；岩屑砂岩居中。b 、储层距 二叠系顶不整合面越近物性越好。c 、储层渗透性主要受裂缝控制，断层附近裂缝 发育，连通性好。d 、上古生界残留越厚，储层越厚。据目前所钻探井资料，义1 3 5 井储层最厚，为2 9 7 m 1 2 0 层，其余井储层厚度也大于1 0 0 m ，储层与地层厚度比 值为0 1 5 - 0 5 2 ，平均为0 3 3 。考虑到多数井未钻至本溪组，推测储地比值约为 0 2 5 ，极利于气藏的保存。可见，上古生界储层发育，其距离孤西断层越近，储层 物性越好，易于储油：距离越远，物性较差，但对储气可能更为有利。 1 3 、中生界 中生界为山间盆地充填型沉积，碎屑颗粒以线状接触为主，孔隙式胶结。粒 问填隙物以显微一中晶白云石和粘土矿物为主，储集类型为次生溶蚀孔、裂隙孔 和微孔，其中次生溶蚀孔和裂隙孔是主要的储油空间。纵向上受风化淋滤作用明 显。从埕北1 1 b l 井岩芯看，中生界上部地层( 约8 0 m ) 裂缝发育，并见到淋滤 溶蚀现象。钻井过程中，顼部( 8 0 - 1 0 0 m ) 有不同程度的泥浆漏失，说明中生界 顶部风化壳地带地层渗透性比较好。但埕北1 l a 一5 井在高孔渗带之一f2 3 9 0 m - - 一 2 4 6 7 0 8 m 井段，取芯3 4 2 m ，分析三块压汞样品，最大进汞饱和度4 0 左右，进、 退汞饱和度差在5 左右，平均孔喉半径在0 0 9 - - - 0 1 4l am ，最大孔喉半径在o 1 8 - - 0 3 7 l am ，说明中生界内幕比较致密。埕北1 l a 一5 井分段测试资料也说明中生界 储层主要分布于中生界项部，测试2 2 2 6 0 - 2 2 2 9 0 m 井段，1 8 m m 油嘴，日产油 3 5 4 0 t ；测试2 2 2 6 0 - - - 2 4 6 7 1 m 井段，1 5 m m 油嘴，且产油2 4 7 0 t ；而测试2 3 0 4 3 2 4 6 7 1 m 井段，测试仪求产，油气水均不出，为干层。 2 、下第三系 研究区下第三系经历了断陷湖盆演化的阶段，沉积体系类型多样。 2 1 、浊积扇砂体 该类型的浊积扇主要发育于两种古地貌背景，一种是发育于缓坡部位的浊积 扇体，或发育在斜坡位置( 即通常所说的斜坡扇) ，或通过斜坡上的沟谷将沉移 物 沾化l ”i 陷东部北两向断裂系统与油7e 成藏研究 输送到洼陷区沉积，在洼陷区形成扇体( 常其称为浊积扇) ；另一种是发育于陡坡 部位的浊积扇体，或沿陡坡基底较缓部位进入湖区，形成湖底扇，或发育于断阶 部位，形成断阶浊积扇( 图1 1 4 ) 。 吉地貌背景发育模式实 例 埕东北拔发育 斜坡扇埕岛东缓襞 务竣蘼、= = h 坡发育盆赢扇 陡坡 孓嗵z 埕北断裂下降 变缓韶发 盘东段 颐阶 $ 毒! 二一 埕北断裂下雠 弋j 一一 鑫东段 大鍪沉积体 弋突美蝴 埕岛东坡 稿旃 图1 1 4 沾化东部地区4 i | 一j 古地貌背景的浊秘扇发育模式 斜坡扇一般发育在斜坡地形由陡变缓部位，即地形坡折带附近，规模一般不 大，多呈单个扇体形态。岩性以砾状砂岩、中细砂岩为主，夹于大套的较深水湖 相暗色泥岩中间，厚度一般不大，几米一十几米不等，以发育浊流水道和席状砂 为主。 扇体上部水道特征明显，为较典型的正韵律，自然电位曲线为箱形一钟形； 中、下部块状为主，韵律性不明显，电测曲线为箱形或齿状。地震剖面上表现为 单个透镜体反射特征。研究区以埕东北坡最为发育。 盆底扇( 或湖底扇) 是缓坡浊积扇的另一重要类型，沉积物沿斜坡上沟谷被搬运 至洼陷区形成扇体。该类浊积扇一般由浊流供给水道和扇体两部分构成。浊流供 给水道主要发育在斜坡位置，早期为输送碎屑物质的通道，随着水体范围的扩大、 砂体的退积而被粗碎屑物质充填形成浊流水道沉积。岩性主要由砾状砂岩、砂岩 组成，砂岩具块状结构，顶底与上覆、下伏较深水湖相泥岩突变接触，厚度可达 数十米，测井曲线为箱形特征，地震剖面上表现为沟谷部位的双向上超反射特征 ( 图1 1 5 ) 。 第一章基奉石油地质特缸 图1 1 5 浊积扇浊流供给水道钻测井与地