江 濤，官大勇，李慧勇，胡安文，步少峰

(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司，天津 300452)

0 引 言

石臼坨凸起西段邊界斷層受NE向滄東—蘭聊右旋走滑斷裂、NW向張家口—蓬萊左旋走滑斷裂的共同影響，是張性與剪性復(fù)合、平直形與弧形交互、活動(dòng)時(shí)間各異的一條復(fù)雜斷層[1-2]，受邊界斷層控制，在陡坡帶發(fā)育大型鼻狀構(gòu)造。研究認(rèn)為，受邊界斷層控制的曹妃甸6-4油田不同斷塊圈閉的烴源條件、儲(chǔ)層發(fā)育特征及運(yùn)聚條件基本類似，但不同斷塊、不同層系油氣的富集程度存在較大的差異，油氣的分布與邊界斷層分段差異特征密切相關(guān)，特別是成藏期的斷層活動(dòng)性對(duì)油氣成藏差異富集具有重要的控制作用。龔再升、鄧運(yùn)華、夏慶龍等研究認(rèn)為渤海新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)控制了晚期油氣成藏，盆地最晚一期的斷裂活動(dòng)在調(diào)整控制油氣最終成藏中起了關(guān)鍵作用[3-8]，并直接指導(dǎo)了渤海油田多個(gè)大中型油氣田的發(fā)現(xiàn)[9-10]。現(xiàn)有研究主要是針對(duì)斷裂對(duì)烴源巖、構(gòu)造及儲(chǔ)層等基本成藏條件方面進(jìn)行研究，部分涉及斷層活動(dòng)性與油氣差異運(yùn)聚關(guān)系的研究[11-13]，但針對(duì)成藏期斷層活動(dòng)對(duì)先期聚集油氣的破壞作用以及差異控藏作用的研究相對(duì)較少。通過分析邊界斷層分段差異特征以及成藏期斷層活動(dòng)強(qiáng)度，結(jié)合流體包裹體的均一溫度、包裹體豐度(GOI)以及單井埋藏史及熱演化史研究，研究成藏期斷層后期活動(dòng)強(qiáng)度與油氣聚集的關(guān)系，對(duì)正確認(rèn)識(shí)陡坡帶曹妃甸6-4油田油氣成藏規(guī)律和指導(dǎo)類似地區(qū)油氣勘探具有意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況及油氣分布特征

石臼坨凸起邊界斷層整體呈北西向展布，位于渤海西部海域、渤中凹陷的西北緣，往西與冀東油田柏各莊斷層為同一斷裂體系，成藏條件良好[14](圖1)。目前在圍區(qū)已發(fā)現(xiàn)了渤中2-1、渤中8-4、曹妃甸12-6等油田。圍區(qū)鉆井揭示，該區(qū)地層發(fā)育較全，包括孔店組、沙河街組(沙三段，沙一、二段)、東營(yíng)組(東三段、東二下段、東二上段)、新近系館陶組、明化鎮(zhèn)組及第四系平原組。渤中凹陷古近系發(fā)育3套優(yōu)質(zhì)烴源巖，即沙三段，沙一、二段和東三段，其中，沙三段是主要的烴源巖。從儲(chǔ)蓋組合條件來看，古近系和新近系均具有較好的儲(chǔ)蓋條件，其中，古近系沙河街組主要發(fā)育近源扇三角洲沉積，東營(yíng)組發(fā)育辮狀河三角洲沉積，儲(chǔ)層發(fā)育，與上覆湖相泥巖形成良好儲(chǔ)蓋組合；新近系館陶組以辮狀河沉積為主，明化鎮(zhèn)組主要發(fā)育曲流河與淺水三角洲沉積，為砂巖和泥巖互層特征，儲(chǔ)蓋組合較好。綜上所述，曹妃甸6-4油田為受石臼坨凸起邊界斷層控制的大型鼻狀構(gòu)造，緊鄰渤中凹陷，古近系和新近系儲(chǔ)層發(fā)育，儲(chǔ)蓋組合較好，成藏條件十分有利。

圖1 研究區(qū)區(qū)域位置(據(jù)文獻(xiàn)[14]修改)

2 邊界斷層分段特征與差異活動(dòng)性分析

2.1 邊界斷層分段特征

石臼坨凸起邊界斷層長(zhǎng)期活動(dòng)，根據(jù)不同位置的斷面形態(tài)及構(gòu)造樣式的差異，可以分為東段、西段、中部過渡段3段(圖2a、b)。西段邊界斷層產(chǎn)狀較陡，呈“直立”狀，受晚期NW向強(qiáng)烈左旋走滑作用影響，晚期斷裂發(fā)育，在剖面上與邊界斷層組成“Y”字形結(jié)構(gòu)(圖2c)。中部過渡段受NW向和NE向雙向走滑作用的共同控制，邊界斷層產(chǎn)狀上陡下緩，整體為“座椅式”，與晚期斷層呈“似花狀構(gòu)造”特征(圖2d)。東段邊界斷層產(chǎn)狀相對(duì)較緩，呈“板式”，晚期NE向右旋走滑作用相對(duì)較弱，晚期斷層欠發(fā)育(圖2e)。整體來看，石臼坨凸起邊界斷層長(zhǎng)期活動(dòng)，受區(qū)域應(yīng)力變化的影響，東西段構(gòu)造樣式不同，整體表現(xiàn)為東緩西陡特征。

2.2 邊界斷層差異活動(dòng)特征

控盆斷層的形成和演化存在階段性，區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)的變化存在疊加性，不同時(shí)期斷層活動(dòng)強(qiáng)度不同，不同構(gòu)造帶主干斷裂活動(dòng)性也存在一定差異。渤海新生代構(gòu)造演化一般劃分為斷陷期(孔店期—沙三期)、斷拗期(沙二期—東營(yíng)期)、坳陷期(新近系)3個(gè)大的演化階段。2013年，黃雷將渤海西部海域新生代構(gòu)造與演化進(jìn)一步劃分為6個(gè)階段(孔店期初始局部斷陷期、沙四期的區(qū)域抬升剝蝕期、沙三期廣泛強(qiáng)烈斷陷期、沙二期—沙一期—東營(yíng)期斷坳過渡期、館陶組—明下段裂后坳陷期、明上段至今的構(gòu)造再活化期)，進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了沙三期強(qiáng)烈斷陷、明上段—第四紀(jì)的構(gòu)造再活化作用[15]。通過對(duì)石臼坨凸起邊界斷層不同沉積時(shí)期斷層平均活動(dòng)速率統(tǒng)計(jì)，發(fā)育3個(gè)大的構(gòu)造變形期，沙三段沉積時(shí)期斷層活動(dòng)速率最大，約為140 m/Ma，對(duì)凹陷的控制作用最大；其次是東營(yíng)組時(shí)期和明上段—第四紀(jì)時(shí)期(主成藏期)，斷層活動(dòng)速率分別為45、32 m/Ma，也是斷裂的主要活動(dòng)期；其他時(shí)期的斷層活動(dòng)速率相對(duì)較小，不是斷裂的主要活動(dòng)時(shí)期，是斷裂活動(dòng)相對(duì)靜止期(圖3a)。

圖2 石臼坨凸起西段邊界斷層分段及構(gòu)造樣式

圖3 石臼坨凸起邊界斷層活動(dòng)速率

通過對(duì)石臼坨凸起邊界斷層明上段—第四紀(jì)時(shí)期(主成藏期)斷層活動(dòng)速率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)可知，斷層的活動(dòng)速率整體較大，平均斷層活動(dòng)速率為32 m/Ma，最大為63 m/Ma，呈現(xiàn)“強(qiáng)—弱”交替變化的規(guī)律。按照斷層活動(dòng)強(qiáng)度，可將其分為A、B、C、D、E、F、G 7個(gè)變化區(qū)。根據(jù)斷層活動(dòng)性的整體變化規(guī)律，又可劃分為3段：西段、東段、中部過渡段，其中，西段包括A、B區(qū)，東段包括E、F、G區(qū)，過渡段包括C、D區(qū)(圖3b)。

從主成藏期斷層活動(dòng)速率曲線來看，西段斷層活動(dòng)速率明顯大于東段，最大活動(dòng)速率大于50 m/Ma。而東段的活動(dòng)速率盡管同樣較強(qiáng)，但整體相對(duì)于西段要弱，斷層活動(dòng)速率為30～40 m/Ma。對(duì)于處于西段和東段之間的過渡帶，斷層活動(dòng)速率大小適中，在30 m/Ma左右。

3 油氣成藏期

3.1 儲(chǔ)層流體包裹體均一溫度特征

均一溫度是指流體包裹體捕獲時(shí)的最小溫度條件。不同均一溫度范圍的流體包裹體代表了不同的流體活動(dòng)期次[16-17]。曹妃甸6-4油田儲(chǔ)層流體包裹體均一溫度測(cè)試結(jié)果表明，新近系、古近系儲(chǔ)層流體包裹體均一溫度峰值存在一定差異。古近系東二上段儲(chǔ)層樣品包裹體均一溫度大致可分為2個(gè)峰值區(qū)間(70～75 ℃和85～110 ℃)，第Ⅰ期油包裹體捕獲溫度峰值為75 ℃，第Ⅱ期油包裹體捕獲溫度峰值為95 ℃，表明存在2期油氣充注；另外，第Ⅱ期烴包裹體豐度比第Ⅰ期高，表明構(gòu)造區(qū)第Ⅱ期油氣運(yùn)移充注能力最強(qiáng)。而新近系館陶組儲(chǔ)層樣品包裹體均一溫度只有1個(gè)峰值區(qū)間(70～80 ℃)，只存在1期油氣充注，其油包裹體捕獲溫度峰值為80 ℃。

3.2 單井埋藏史及熱演化史分析

包裹體均一溫度能有效地反映油藏調(diào)整充注信息，在此基礎(chǔ)上結(jié)合埋藏-熱史曲線可以確定油氣充注時(shí)間[18]。CFD61井包裹體均一溫度特征顯示，東二上段包裹體均一溫度集中分布在70～75 ℃和85～110 ℃，館陶組包裹體均一溫度集中分布在70～80 ℃，對(duì)應(yīng)的包裹體形成時(shí)期大致為距今3.6～8.5 Ma和3.6 Ma至今。根據(jù)夏慶龍2012年研究成果，石臼坨凸起及圍區(qū)的原油主要來自沙三段烴源巖，深凹區(qū)沙三段烴源巖主生油期為14.0～20.0 Ma(館陶組早期)，斜坡帶沙三段烴源巖主生油期為5.0～10.0 Ma(明化鎮(zhèn)組早期)[9-10]。因此，曹妃甸6-4油田油氣充注時(shí)間應(yīng)該為6.0～8.5 Ma(明化鎮(zhèn)組早期)和3.6 Ma至今(明化鎮(zhèn)組晚期以來)(圖4)。

圖4CFD61井埋藏史及熱演化史

3.3 儲(chǔ)層含油包裹體豐度與古油藏

勘探實(shí)例顯示，油層與水層的GOI具有明顯差別，油層GOI一般大于5%，部分樣品GOI大于10%，水層GOI一般小于1%。在運(yùn)移通道層段，GOI一般為1%～5%[16-21]。研究表明，該區(qū)存在高GOI值的含油水層、油水同層。如西段的CFD67井含油水層GOI為5%～6%，CFD64井油水同層的GOI為6%～8%，而中段CFD61井水層、油水同層GOI小于2%。該區(qū)東二上段具有較好的構(gòu)造及儲(chǔ)蓋組合條件，同時(shí)存在2期油氣充注，但未成藏，直接指示構(gòu)造區(qū)存在某種因素導(dǎo)致東二上段早期形成的古油藏遭受破壞調(diào)整，致使古油層變成高GOI的含油水層、油水同層。

4 成藏期斷層活動(dòng)與油氣成藏關(guān)系分析

曹妃甸6-4油田的鉆探揭示，不同構(gòu)造圈閉、不同層系油氣富集程度具有較大的差異，西段油氣主要富集在淺層新近系明下段，東段油氣主要富集在深層古近系東三段，淺層新近系館陶組也有一定的油氣發(fā)現(xiàn)，而中部過渡段油氣在中深層古近系東三段、東二段，淺層新近系館陶組均有較好的油氣發(fā)現(xiàn)，具有復(fù)式成藏特征(圖5)。

對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，成藏期斷層活動(dòng)性對(duì)油氣的富集區(qū)帶和層系具有重要的控制作用。強(qiáng)活動(dòng)斷裂利于油氣垂向疏導(dǎo)，有利于油氣淺層油氣聚集，弱活動(dòng)則利于油氣保存，對(duì)深層油氣成藏相對(duì)有利。石臼坨凸起西段邊界斷層西段A區(qū)，成藏期斷層活動(dòng)速率為53～56 m/Ma，CFD67井在東二段僅見油氣顯示，油氣主要在淺層新近系明下段富集；過渡段的D區(qū)，成藏期斷層活動(dòng)速率為23～28 m/Ma，斷層活動(dòng)性相對(duì)適中，CFD61井在深層的東三段以及淺層新近系館陶組均有油氣發(fā)現(xiàn)，為復(fù)式油氣聚集區(qū)；東段F區(qū)，成藏期斷層活動(dòng)速率23～37 m/Ma，斷層活動(dòng)性相對(duì)于CFD61井所在的D區(qū)較強(qiáng)，CFD65井盡管同樣在東三段和館陶組均獲得油氣發(fā)現(xiàn)，但東三段的富集程度較CFD61井明顯低，油藏高度也較小，進(jìn)一步說明斷層活動(dòng)性增強(qiáng)，會(huì)影響深層油氣成藏的豐度。另外，在西段B區(qū)，成藏期斷層活動(dòng)速率為35～40 m/Ma，斷層活動(dòng)性強(qiáng)，有利于淺層油氣聚集，該區(qū)鉆探的CFD64井，淺層未有油氣發(fā)現(xiàn)是由于構(gòu)造圈閉不發(fā)育；過渡段C區(qū)，成藏期斷層活動(dòng)速率為30～35 m/Ma，斷層活動(dòng)性相對(duì)較弱，理應(yīng)為復(fù)式油氣聚集，CFD62井在館陶組獲得較好油氣發(fā)現(xiàn)，深層失利的原因是深層儲(chǔ)層發(fā)育、斷層側(cè)封失利，CFD66井僅見油氣顯示，淺層構(gòu)造圈閉不發(fā)育，深層斷層側(cè)封失利(圖6)。

圖5 曹妃甸6-4油田油氣成藏模式

圖6 成藏期斷層活動(dòng)性與油氣成藏關(guān)系

5 結(jié) 論

(1) 受NE向滄東—蘭聊右旋走滑斷裂、NW向張家口—蓬萊左旋走滑斷裂的共同影響，石臼坨凸起邊界斷層是張性與剪張性復(fù)合、平直形與弧形交互、活動(dòng)時(shí)間各異的一條復(fù)雜斷裂帶。分段性明顯，可以分為東段、西段、中部過渡段3段，不同段的構(gòu)造樣式不同，整體表現(xiàn)為東緩西陡特征。

(2) 邊界斷層成藏期斷層活動(dòng)速率分段特征明顯，整體表現(xiàn)為西強(qiáng)東弱的特征。西段斷層最大活動(dòng)速率大于50 m/Ma；中部過渡帶斷層活動(dòng)速率為30 m/Ma左右；東段斷層活動(dòng)速率為30～40 m/Ma。按照斷層活動(dòng)速率變化規(guī)律，進(jìn)一步可將邊界斷層細(xì)分為A、B、C、D、E、F、G 7個(gè)變化區(qū)，呈現(xiàn)“強(qiáng)—弱”交替變化的規(guī)律。

(3) 曹妃甸6-4油田區(qū)存在2期油氣充注，分別為3.6～8.5 Ma(明化鎮(zhèn)組早期)和3.6 Ma至今(明化鎮(zhèn)組晚期以來)。古近系、新近系油氣充注存在一定差異，其中，古近系存在2期油氣充注，新近系發(fā)育自3.6 Ma至今(明化鎮(zhèn)組晚期以來)的一期油氣充注。

(4) 成藏期斷層活動(dòng)性對(duì)油氣成藏具有重要的控制作用。成藏期斷層活動(dòng)速率為20～30 m/Ma時(shí)，斷層活動(dòng)性相對(duì)較小，油氣在古近系相對(duì)富集；成藏期斷層活動(dòng)速為率30～40 m/Ma時(shí)，斷層活動(dòng)性相對(duì)適中，具有復(fù)式成藏特征；斷層活動(dòng)速率為40～60 m/Ma，斷層活動(dòng)性強(qiáng)，油氣垂向疏導(dǎo)能力強(qiáng)，有利于淺層油氣聚集，對(duì)深層油氣保存不利。