西南石油大学学报(自然科学版)  2015, Vol. 37 Issue (6): 39-46
A油田断裂调节构造-坡折带特征及其控砂模式    [PDF全文]
王巍1 , 范廷恩2, 胡光义2, 牛涛2, 王国栋3    
1. 中海石油(中国)有限公司开发生产部, 北京 东城 100010;
2. 中海油研究总院, 北京 朝阳 100028;
3. 中海石油(中国)有限公司天津分公司, 天津 塘沽 300452
摘要: A油田在东营期断裂活动剧烈而复杂,平面上表现为三角洲朵叶体的迁移,纵向上表现为多期砂体叠置,地层厚度和砂体发育程度具有强烈的不均一性。通过对研究区断裂活动以及断裂活动控制形成的调节构造-坡折带特征的研究,发现东营期在主走滑断层右旋走滑运动下,产生了大量具有张扭性质的伴生断层,这些不同规模、不同产状的断层在空间上的组合形成了多种调节构造-坡折带类型,对物源的导入及其向凹陷中心的多级分散具有明显控制作用,尤其是形成的断沟、断槽等古地貌对物源供给水系起着重要的汇聚和引导作用。受调节构造-坡折带影响,目的层段在研究区范围内存在东西两个物源,主要发育三角洲前缘和前三角洲两种亚相及水下分流河道、河口坝、席状砂、浊积砂等多种微相。
关键词: 辽中凹陷     调节带     坡折带     沉积模式     东营组    
Characteristics of Fault Accommodation Structure Slope Break Zone and the Sand Control Pattern in A Oilfield
Wang Wei1 , Fan Tingen2, Hu Guangyi2, Niu Tao2, Wang Guodong3    
1. Department of Development & Production, CNOOC, Dongcheng, Beijing 100010, China;
2. Research Institute of CNOOC, Dongcheng, Chaoyang, Beijing 100028, China;
3. Tianjin Branch of China Offshore Oil Company Ltd., Tanggu, Tianjin 300452, China
Abstract: The study finds that the faults activities are severe and complicated during Dongying Formation in A Oilfield. The sedimentary face is expressed in delta lobes migration in the plane and superimposed sand body in the longitudinal stage, and the thickness of formation and the degree of sand body are of strong heterogeneity. The dextral movement of main strikeslip generated a large amount of associated faults with characteristics of transtension. The faults of different size and attitude distributed in space form a various types of fault accommodation structure-type slope break belts, and they obviously control the import of source and multistage dispersion to the centre of sag. Especially the formation of gap and faulted trough play an important role in the convergence and guidance of the drainage system. Under the effects of fault accommodation structure-slope break zone,there are two sources within the study area,and the sedimentary face of interval is deltaic environment and the delta could be further separated into three subfacies including delta plain, delta front, former delta and many kinds of microfacies such as distributary channel, mouth bar, sheet sand, turbidite sand and so on.
Key words: Liaozhong Sag     accommodation zones     slope-break zone     sedimentary model     Dongying Formation    
引言

坡折带的概念最早起源于地貌学,是指坡度发生突变的地带。随着中国陆相断陷盆地研究的不断深入,人们逐渐认识到坡折带对盆地的沉积层序、砂体分布及油气成藏的重要控制作用,从而得到了诸多学者的广泛关注和深入研究,并明确提出了构造坡折带的概念[1-4]。王英民等以准噶尔盆地的研究为基础,将坡折带按成因类型分为构造坡折带、沉积坡折带、侵蚀坡折带3种类型,并进一步将构造坡折带划分为断裂坡折和挠曲坡折[5]。任建业等详细解析了构造成因的坡折带,将其划分为断裂坡折带、弯折带、挠曲带和枢纽带4种类型[6]

调节带是指调节应变和使断层位移守恒(或有规律变化)的构造带,是为保持区域伸展应变守恒而产生的伸展变形构造变换体系。Morley C K等根据断层的倾向以及断层叠覆的侧列程度将调节构造分为同向型和反向型两大类[7]。邬光辉和漆家福对调节带形成的主要控制因素进行了详细研究[8];赵红格、库国正等认为调节带内正断层的重叠影响了地形起伏和构造起伏,从而控制了沉积体系以及物源[9-10];孙向阳等认为调节构造带明显控制了同断陷期的沉积作用[11-12]

断裂调节带是可以和坡折带共生的一个地貌单元[13],徐长贵将其称为传递构造坡折带,作为坡折带类型的一种[14]。本文称其为断裂调节构造-坡折带,是在同沉积断裂活动以及凹陷内不均匀伸展作用和断层沿走向的分段活动作用下形成的,两者不同特征的匹配关系控制了沉积体系的类型、特征及规模。

本文在前人研究的基础上,通过研究A油田的断裂调节构造-坡折带特征,对研究区内的沉积体相类型、发育规模及沉积模式进行了讨论。

1 区域地质概况

A油田位于渤海东北部辽东湾海域,辽中凹陷中段的凹中反转带上,本次研究的5、6井区位于贯穿A油田的主走滑断层西侧南部(图 1),为一受走滑断裂控制的复杂断块[15-16]

图1 A油田区域构造位置图 Fig. 1 Regional structure map of A Oilfield

区域研究成果表明,东营期研究区存在东部的复州水系和西部的绥中水系,伴随着主走滑断层活动由剧烈变得相对平稳,湖盆由东三期的断陷沉降为主逐步转化为东营晚期的拗陷沉降为主,洼陷中心由近走滑断层西侧逐步向西迁移。本次研究的东二段Ⅳ油组和东三段Ⅰ油组沉积期,5、6井区位于沉积中心附近。主要含油层系发育于古近系东营组的东二段下部、东三段上部,油藏埋深-1 185~-1 539 m,油藏类型为层状构造油藏。

2 调节构造-坡折带特征

东营期辽中1号主走滑断层开始右旋走滑运动,受其右旋走滑控制,在其两侧产生了许多条“S” 型伴生断层,这些伴生断层明显具有张扭性质。其中F1主走滑断层全区展布,走向NNE,倾向W。伴生断层F2 最大断距380 m,走向NNE-NE,倾向W;F3最大断距310 m,走向NNE-NE,倾向E;F4断层最大断距160 m,走向NNE-NE,倾向E(图 2)。近主走滑断层的主要伴生断层F2、F3和F4,随着主走滑位移量的增大,近平行主走滑断层部分逐步相互链接,与主走滑断层形成断裂调节带。研究区内由断层形成的主要调节带类型有同向叠覆调节带、对向叠覆调节带、同向平行调节带、对向平行调节带(参照Morley 分类方案)4种调节带类型。不同调节带类型的平面组合控制了古沉积地貌的形态特征。由于各断层倾向之间的差异以及同一条断层走向的变化形成了A、B、C等3个菱形断块,地势低洼,地层倾向均为SE。由于F2、F3两条断倾向相对,两条断层之间形成的断槽地势最低,使得B断块成为主要的水流汇聚区。另外,次走滑断层的发育使得更靠近盆地一侧的张扭性断层更加发育,形成北东向延伸呈“S”型斜列式展布的伴生断层,如F6、F7、F8等,这些斜列式的伴生断层的同沉积作用以及形成的地形高差也是控制研究区沉积的重要因素(图 2图 3)。

图2 A油田断裂系统及调节构造-坡折带分布 Fig. 2 The distribution of accommodation structure-slope break zone in A Oilfield
图3 A油田5、6井区地层厚度柱状图 Fig. 3 Sand body thickness of 5、6 well area in A Oilfield

在断陷盆地中,规模较大的同沉积断裂常形成古地貌上的突变带或坡折带,分隔着不同的古地貌单元,因此,可以将同沉积构造活动形成的、古地貌上发生突变的坡折带称为构造坡折带。

按照断面、断阶面、调节带在平面的组合方式,研究区内主要存在交叉状构造坡折带、陡坡平行(断阶)断裂构造坡折带和梳状断裂构造坡折带[17](图 2)。不同的调节构造-坡折带样式控制着地层和砂体的形态及分布样式,总体特征是盆缘沟谷控制着水系的汇聚方向以及扇体的发育位置,坡折带样式控制着地层和砂体的发育厚度,而砂体的展布方向受控于坡折带断裂的走向。

3 对沉积体系的控制

研究区内,调节构造-坡折带类型与沉积体系的展布密切相关,控制了沉积物源进入盆地的位置以及沉积物的分配和沉积充填路径。

3.1 构造调节带控制碎屑供给方向和规模

构造调节带造成了陡坡带边缘分块和分段的现象,它形成的地形高差是影响沉积作用的重要因素。同沉积断裂活动导致断层上、下盘古地貌差异以及断层相互组合构成的断沟、断槽及构造高地对沉积物供给水系及其在盆内的分散起着汇聚、引导作用,决定了碎屑供给的方向及规模。

调节带内形成的断块构造有高有低,当水流横穿F1断层进入湖盆时,会自然优先选择地势低洼的B断块为主要物源运移通道进入湖盆,因此B断块成为主要的水流汇聚中心。在整个东二、东三期主水道方向一直在J5井和J6井之间摆动,沿着B断块向湖盆方向发育了较大的砂体厚度,而地势相对较高的A断块发育规模较小的次水道,与之对应的J1井区地层厚度远小于5、6井区(图 4)。

图4 A油田调节构造-坡折带模式 Fig. 4 The model of accommodation structure-slope break zone in A Oilfield
3.2 坡折带控制砂体展布及规模

断裂调节带决定了主水流的方向和位置,而坡折带则进一步控制了砂体的厚度及展布规模。

(1) 断阶坡折带

断阶坡折带由2条以上断裂持续下陷而形成,其断距较大。根据断裂倾向与凹陷沉积中心之间的关系,断阶式坡折带可分为同向断阶坡折带和反向断阶坡折带。F2断层东段与主走滑断层组成同向断阶坡折带。F3、F4断层平行主走滑断层部分与主走滑断层组成反向断阶坡折带。在反向断阶坡折带由于地层倾向与断层倾向相反,使得断阶处对水流起着一定的阻挡或限制作用,水流聚集在断层与斜坡构成的洼地中,当洼地被充填填满后水流越过断阶带继续向前搬运。研究区陡坡带除F2东段外均为反向断阶,对沉积物向湖盆推进均有一定的阻挡作用。位于F4断层上升盘的J1井区受反向断阶坡折带以及调节带A断块地势较高的双重影响沉积厚度较薄。在研究区的缓坡带也发育多条同沉积断层与边界断层构成缓坡带的断阶坡折带,缓坡带多级断阶的发育一方面控制了相带的展布,同时也大大增加了碎屑物向湖盆推进的距离,因此,位于湖盆沉积中心的J5、J6井区既接受来自东部的碎屑沉积,也叠加了来自西部物源的碎屑沉积,具有双物源的沉积特征。

(2) 梳状断裂坡折带

梳状断裂体系一般是由同沉积断裂和与之垂直或斜交的一组伴生次级调节断层构成。F6、F7、F8等伴生断层倾向、走向一致,平行排列,与主走滑断层方向斜交,构成梳状同沉积构造坡折带,主要发育在J5、J6井区。经过B断块的主水流方向恰好与梳状断阶走向一致(图 4),水流将优先沿着梳状断裂断阶带形成的沟槽流动,并成为碎屑物质的重要卸载区,常发育较厚的砂体,称为“断角砂体”。由梳状断裂坡折带形成的构造低部位,在一定程度弥补了反向断阶对水流的阻挡作用,与不受梳状断裂坡折带控制的J1井区相比,J5、J6井区地层沉积厚度明显偏大。

(3) 交叉状断裂坡折带

交叉状断裂坡折带由两条倾向和走向不同的同沉积断裂相交形成,其内交叉角为构造低部位,多发育较厚的砂体。在工区内F6断层与F3断层相交形成了交叉状同沉积断裂坡折带(图 4),其中J5井处于F6断层的下降盘,捕获了上游端主要水系的大部分沉积物,是碎屑沉积物的重要卸载区,并在断层的同沉积作用下发育了很厚的所谓“断角砂体”。而处于上升盘的J6井由于地势较高且受反向断阶的影响其沉积厚度小于J5井。

3.3 沉积模式及沉积演化规律

通过岩芯、录井、测井、地震等资料信息,确定了研究区为三角洲-湖相沉积体系,储层主要以河口坝及水下分流河道微相为主。由于调节构造-坡折带对沉积具有明显的控制作用,使得研究区地层厚度变化大,砂体分布不均一。综合各类资料认为,研究区内E3d3-E3d2地层是一套被断裂活动影响和断层分割复杂化了的、由多期三角洲前缘-湖相沉积叠置的、具有多物源沉积的地层(图 5)。

图5 东三段Ⅰ油组至东二段Ⅳ油组沉积期沉积模式图 Fig. 5 The sedimentary model of E3d3-E3d2 Oil Group

结合区域背景及研究区沉积环境的继承特点,井-震联合分析,将目的层段的储层地震敏感属性平面变化及纵向演化特征,转化为沉积演化历史,在沉积演化模式的指导下,解释了E3d3、E3d2两个油组10个砂层组沉积相的演化规律(图 6)。

图6 A油田E3d3、E3d2沉积演化模式 Fig. 6 Characteristics of Sedimentary Evolution of E3d3、E3d2in A Oilfield

$E_3d^3_{{\text{Ⅰ}}^{32}}$期,由于湖盆水体较局限,主要在研究区的东南部沉积;北部古地貌较高,未接受沉积。在平面上表现为5、6井区之间,沿F6断层向西南方向有一支主水道沉积。多期物源供给及同生断层坡折带的控制作用,使得J5井地层较J6井厚。

$E_3d^3_{{\text{Ⅰ}}^{31}}$-$E_3d^3_{{\text{Ⅰ}}^{22}}$期,湖盆水体有所扩大,全区接受沉积。东部J5、J6井之间继承了$E_3d^3_{{\text{Ⅰ}}^{32}}$期的水道方向,研究区西部开始接受西部物源的供给。

$E_3d^3_{{\text{Ⅰ}}^{21}}$-$E_3d^2_{{\text{Ⅳ}}^{32}}$期,西部物源供给减弱,主要是研究区东北部接受沉积。5、6井区之间继承了前期的水道方向,物源供给强度逐渐增强,沉积范围逐渐变大。

$E_3d^2_{{\text{Ⅳ}}^{31}}$期,北部J1井区附近形成一个次级洼陷,东部水道整体向北迁移,J5井附近水道方向近东西向,J6井附近有一支次水道。这个时期西部物源充足,向北东方向扩展,与东部物源有重叠部分。

$E_3d^2_{{\text{Ⅳ}}^{22}}$期,北部古地貌偏高,水体局限,仅在研究区南部接受沉积。到$E_3d^2_{{\text{Ⅳ}}^{21}}$沉积期,西部开始接受西部物源的供给,东部物源充足,继承了前期的两支水道方向,另外在J6井北侧和研究区东北角分别有一支水道,全区接受沉积。

A油田研究区目的层段沉积期沉积情况总体表现为:研究区范围内存在东西两个物源方向,且东部物源较西部物源充足,井区砂体更发育。东部有多支水道存在,受调节构造-坡折带影响,J5、J6井之间始终有一支水道提供物源。沉积在平面上表现为三角洲朵叶体的迁移,纵向上表现为多期砂体叠置,5、6井区的砂体厚度明显大于J1井区。

4 结论

(1) 调节带造成了陡坡带边缘分块和分段的现象。同沉积断裂活动导致断层上、下盘古地貌差异以及断层相互组合构成的断沟、断槽及构造高地对沉积物供给水系及其在盆内的分散起着汇聚、引导作用,在一定程度上控制了砂体发育的主要位置及规模。

(2) 工区内主要存在构造坡折带,包括交叉状断裂坡折带、梳状断裂坡折带和平行断阶构造坡折带,断层的同沉积作用及其形成的断裂坡折带控制着近断层附近砂体的局部富集。按照沉积补偿原理,三角洲前缘分支水道往往沿着断裂活动产生的湖盆内次洼展布,形成断裂发育部位的砂体富集区——J5井区地层厚度大,砂地比高。

(3) 研究区处于湖盆中心位置,具有双物源特征。东三段Ⅰ油组至东二段Ⅳ油组沉积期,在西部缓坡带平行断阶带的影响下,位于洼陷中心附近的5、6井区会接受来自东、西两个方向的物源,来自东部、西部两方向的三角洲在此沉积、叠置。

参考文献
[1] 郝琦, 刘震, 赵贤正, 等. 二连盆地坡折带类型及其对高位域砂体的控制[J]. 西南石油大学学报, 2007, 29 (2) : 92 –95.
Hao Qi, Liu Zhen, Zhao Xianzheng, et al. Types of slope breaks in Erlian Basin and its control on sandbody of high-stand system tract[J]. Journal of Southwest Petroleum Univerity, 2007, 29 (2) : 92 –95.
[2] 徐常胜, 杜社宽, 黄建良, 等. 车排子凸起沙湾组油藏特征与成藏主控因素[J]. 新疆石油地质, 2013, 34 (3) : 258 –261.
Xu Changsheng, Du Shekuan, Huang Jianliang, et al. Characteristics and key controlling factors for oil-gas accumulation of Neogene Shawan reservoir in Chepaizi swell, Junggar Basin[J]. Xinjiang Petroleum Geology, 2013, 34 (3) : 258 –261.
[3] 冯有良, 李思田. 东营凹陷沙河街组三段层序低位域砂体沉积特征[J]. 地质评论, 2001, 47 (3) : 278 –286.
[4] 林畅松, 潘元林, 肖建新, 等. 断陷盆地层序分析和油气预测的重要概念[J]. 地球科学中国地质大学学报, 2000, 25 (3) : 260 –266.
Lin Changsong, Pan Yuanlin, Xiao Jianxin, et al. Structural slope-break zone:Key concept for stratigraphic sequence analysis and petroleum forecasting in fault subsidence basins[J]. Earth Science Journal of china of Geosciences, 2000, 25 (3) : 260 –266.
[5] 王英民, 刘豪, 李立城, 等. 准噶尔大型坳陷湖盆坡折带的类型和分布特征[J]. 地球科学中国地质大学学报, 2002, 27 (6) : 683 –688.
Wang Yingmin, Liu Hao, Li Licheng, et al. Types and distribution characteristics of slope breaks of largetype down-warped lake basins[J]. Earth Science Journal of China University of Geosciences, 2002, 27 (6) : 683 –688.
[6] 任建业, 陆永潮, 张青林. 断陷盆地构造坡折带形成机制及其对层序发育样式的控制[J]. 地球科学, 2004, 29 (5) : 596 –602.
Ren Jianye, Lu Yongchao, Zhang Qinglin. Forming mechanism of structural slope-break and its control on sequence style in faulted basin[J]. Earth Science Journal of China University of Geoscience, 2004, 29 (5) : 596 –602.
[7] Morley C K, Nelson R A, Patton TL, et al. East African rift system and their relevance to hydrocarbon exploration in rifts[J]. AAPG Bull, 1990, 74 (8) : 1234 –1253.
[8] 邬光辉, 漆家福. 黄骅盆地一级构造变换带的特征与成因[J]. 石油与天然气地质, 1999, 20 (2) : 125 –128.
Wu Guanghui, Qi Jiafu. Characteristics and origin of first order transfer zone in Huanghua Basin[J]. Oil & Gas Geology, 1999, 20 (2) : 125 –128.
[9] 赵红格, 刘池洋, 杨明慧, 等. 调节带和转换带及其在伸展区的分段作用[J]. 世界地质, 2000, 19 (2) : 105 –110.
Zhao Hongge, Liu Chiyang, Yang Minghui, et al. Accomdation zones and transfer zones and their roles in the segmentaion of the extended terranes[J]. World Geology, 2000, 19 (2) : 105 –110.
[10] 库国正, 张放东, 邓已寻, 等. 白音查干凹陷变换构造与油气关系[J]. 石油与天然气地质, 2005, 26 (4) : 257 –261.
Ku Guozheng, Zhang Fangdong, Deng Yixun, et al. Relationship between transfer structures and hydrocarbons in Baiyinchagan Depression[J]. Oil & Gas Geology, 2005, 26 (4) : 257 –261.
[11] 孙向阳, 任建业. 东营凹陷北带转换带构造与储集体分布[J]. 石油勘探与开发, 2004, 31 (1) : 21 –23.
Sun Xiangyang, Ren Jianye. Transfer zone and its relative reservoir distribution in northern zone of Dongying Sag[J]. Petroleum Exploration and Development, 2004, 31 (1) : 21 –23.
[12] 施辉, 刘震, 连良达, 等. 柴西南红柳泉地区古近系下干柴沟组下段浅水三角洲控砂特征[J]. 地球科学与环境学报, 2013, 35 (3) : 67 –73.
Shi Hui, Liu Zhen, Lian Liangda, et al. Sandbody-control characteristics of shallow water delta from lower member of Xiaganchaigou Formation in Hongliuquan area of southwestern Qaidam Basin[J]. Journal of Earth Sciences and Environment, 2013, 35 (3) : 67 –73.
[13] 王有智, 张卫海. 二连盆地乌里雅斯太凹陷南洼断裂调节构造坡折带特征及其对储集层分布的控制[J]. 古地理学报, 2009, 11 (5) : 573 –580.
Wang Youzhi, Zhang Weihai. Characteristics of fault accommodation structure-slope break zone and its control on reservoir distribution in southern subsag of Uliastai Sag Erlian Basin[J]. Journal of Palaeogeography, 2009, 11 (5) : 573 –580.
[14] 徐长贵. 渤海古近系坡折带成因类型及其对沉积体系的控制作用[J]. 中国海上油气, 2006, 18 (6) : 365 –371.
Xu Changgui. Genetic types of Paleogene slope-break zones and their controls on depositional system in Bohai offshore[J]. China Offshore Oil Gas, 2006, 18 (6) : 365 –371.
[15] 邓运华. 渤海辽东带地质认识的突破与金县11大油田的发现[J]. 中国工程科学, 2011, 13 (10) : 13 –18.
Deng Yunhua. The geological recognition breakthrough in Liaodong zone,which leading to the discovery of the large Oilfield JX11[J]. Engineering Sciences, 2011, 13 (10) : 13 –18.
[16] 吴伟, 林畅松, 周心怀, 等. 辽中凹陷古近系东营组高精度层序地层及沉积体系分析[J]. 地质科技情报, 2011, 30 (1) : 63 –70.
Wu Wei, Lin Changsong, Zhou Xinhuai, et al. Highresolution sequence stratigraphy and depositional system analysis of Dongying Formation,Paleogene in Liaozhong Depression[J]. Geological Science and Technology Information, 2011, 30 (1) : 63 –70.
[17] 冯有良. 断陷盆地层序格架中岩性地层油气藏分布特征[J]. 石油学报, 2005, 26 (4) : 17 –22.
Feng Youliang. Distribution of stratigraphic and lithologic reservoirs in sequence framework of rift-subsidence basin[J]. Acta Petrolei Sinica, 2005, 26 (4) : 17 –22.