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断陷盆地典型构造特征、成因

及油气地质意义

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摘要:断陷盆地指断块构造中的沉降地块,又称地堑盆地。它的外形受断层线控制,多呈狭长条状。本文以辽河盆地为例,简述了断陷盆地及其典型构造样式,以不同的断陷盆地为例,通过研究其构造发育、演化、分布特征及油气藏发育特征,总结了断陷盆地的一些典型构造特征、成因及油气地质意义。

关键字:断陷盆地、油气成藏、构造样式、断裂构造

目录

一、断陷盆地及其典型构造样式概述··2

1、【断陷盆地层序构成】·2

2、【构造样式类型划分依据】·4

3、【构造样式制约有利构造岩相带的分布】·5

4、【构造样式与油气藏】·6

二、断陷盆地典型构造特征、成因及油气地质意义··7 1、【断裂构造】·8 2、【背斜构造】·14

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3、【潜山构造】·18 4、【底劈构造】·22 5、【火成岩构造】·28 6、【不整合构造】·30 7、【伸展走滑构造】·31

三、参考文献··34

二、断陷盆地典型构造特征、成因及油气地质意义····················7 ........................................................................ 1 1、【断裂构造】···············································8..................................................................................... 1 2、【背斜构造】···············································14 .................................................................................. 1 3、【潜山构造】···············································18 .................................................................................. 2 4、【底劈构造】···············································22 .................................................................................. 2 5、【火成岩构造】·············································28 .................................................................................. 2 6、【不整合构造】·············································30 .................................................................................. 2 7、【伸展走滑构造】···········································31 ................................................................................. 2 二、 断陷盆地典型构造特征、成因 ...................................................................................................................................... 10 及油气地质意义 ........................................................................................................................................................................ 11 三、 参考文献 .......................................................................................................................................................................... 52

断陷盆地及其典型构造样式概述

断陷盆地指断块构造中的沉降地块,又称地堑盆地。它的外形受断层线控制,多呈狭长条状。盆地的边缘由断层崖组成,坡度陡峻,边线一般为断层线。随着时间的推移,在断陷盆地中充填着从山地剥蚀下来的沉积物,其上或者积水形成湖泊(如贝加尔湖、滇池),或者因河流的堆积作用而被河流的冲积物所填充,形成被群山环绕的冲积、湖积、洪积平

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原。如太行山中的山间盆地和地堑谷中发育着的冲积洪积平原。低于海平面的断陷盆地被称为洼地。

断陷盆地是由两条性质相同的岩层之间相对下降的断块而形成的 。一般倾向相向的高度角50~90°,常形成狭长的凹陷地带,或形成断陷盆地。但断陷盆地一般规模比地堑大,形状也不相同。造成地堑的断层,两侧可能是正断层,也可能是逆断层。地堑的大小不一,例如我国陕西省的渭河地堑是秦岭北坡断裂下降,而两侧相对上升的结果。贝加尔湖地堑长750公里,宽85公里,深1620米。再如我国山西省著名的汾河地堑,国外著名的莱茵地堑及世界最大的东非大地堑等。有的断陷盆地积水形成湖泊就是断层湖,如云南的滇池。

1、【断陷盆地层序构成】

断陷盆地是一种典型的构造活动型盆地,表现为时间上的阶段性、幕式性和空间上的差异沉降,造成盆地内构造古地貌的极大变化,并由此导致了盆地内不同构造部位发育不同类型的构造坡折带及其控制的层序边界类型、构成样式发生显著的变化(图1)( 发育在陡坡断坡带边界正断层断距最大的区段中心的由下盘的物源体系供给而形成的层序主要由高位体系域构成( 在物源供给较弱的情况下(位置3),层序边界与湖扩面一致( 而在物源供给较强的部位(位置1),如下盘源区为继承性水系的部位,层序构型以加积型副层序

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组叠置样式为特征,类似于被动边缘发育的由陆架边缘、海进和高位体系域组成的!型层序(这种层序构型是由于正断层上盘的高速滑移导致可容空间持续发育的结果。构造转换

带(位置2)是主要的入盆水系发育部位,物源供给充分,低速沉降对可容空间发育的控制作用较弱。构造转换带部位的层序构型以加积或进积副层序组叠置样式为特征,层序一般发育由完整的体系域构成的I型层序。在盆地上盘缓斜坡部位(位置5),类似于被动边缘缓坡型层序或前述枢纽带发育的背景,很多研究实例,如泌阳凹陷显示,相对湖平面下降期间,早期形成的层序被下切剥蚀,表现为I型层序边界;新的层序由强制性低位水退体系域构成,表现为向陆地尖灭、向盆地发生相跃迁的低位滨岸沉积。图1 中的位置4 是缓坡断坡带或者弯折带的发育部位,该部位盆地的沉降除了缓坡带本身的沉降分量之外,又叠加了断层或褶皱弯曲的沉降,所以这个部位是缓坡带上沉降较快,可容空间较大的位置,由于其控制断层一般是盆地内的二级断层,因此可容空间增加的幅度要比陡坡断坡带小。从东营凹陷缓坡断坡带和南阳凹陷缓坡弯折带来看,其所控制的盆

图1 陆相断陷盆地层序构成样式

地古构造地貌背景类似于被动边缘的陆架—陆坡型古地貌。因此形成的层序构造

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样式是典型的I型层序。盆地的较深部位(位置6),层序构型的主要控制因素是沉积物的供给,中等沉降区深盆内,相对湖平面的下降可能形成低位扇或者有机质含量较高的泥质沉积。

中国东部古近纪通常为断陷盆地发育时期,其层序内部体系域构成主要表现为构造的主控性,如断裂带和背斜褶皱枢纽,从而构成了构造坡折带。构造坡折带是指由于同沉积构造活动(断裂或褶皱)而造成沉积斜坡发生了明显变化的地段(如凸起与斜坡、断坡与凹陷、斜坡与凹陷之间的边界地带),并且直接控制了断陷湖盆的低位滨岸坡折和高位滨岸坡折,决定了各层序低位体系域和高位体系域的分布范围。断裂或弯折造成的古地貌坡折有利于深湖的存在,同时,坡折上的斜坡暴漏又提供了沉积物再搬运再沉积的条件。这些都是形成大型浊积扇体不可缺少的条件。断陷期构造坡折型层序有断坡带型、弯折带型、枢纽带型或斜坡型。断坡带型层序内部沉积构成断坡带型层序,在济阳凹陷的东营和沾化凹陷中最典型(不整合为主),在中国东部其他陆相断陷盆地的古近系幕式断陷充填中,大都发育该类型层序模式。

断坡带型层序的低位沉积坡折主要追寻盆缘和盆内主控同沉积断裂发育部位,从而形成以断裂构造控制的低位坡折—断坡带。根据两侧低位断坡带分布,盆地主控生长铲型断裂侧构成盆缘陡坡断坡带,另一侧同期派生盆内次级断裂构成缓坡断坡带,以两侧低位断坡带为界,从陡坡到缓坡可以划分出盆缘隆起区、陡坡带、开阔湖盆区、缓坡带、和缓坡剥蚀区等次级构造单元。相应地,可划分出剥蚀区、陡坡冲积沉积区、陡坡低位扇和高位扇三角洲沉积区、开阔湖盆沉积区、缓坡低位扇和高位扇辫状河三角洲沉积区、冲积平原沉积区、缓坡剥蚀区等次级沉积单元。由于构造的持续活动,断坡带对沉积作用可产生重要影响,因而对沉积相的发育起重要的控制作用。其主要特征为:

(1)断坡带是古构造活动产生明显差异沉降的古构造枢纽带,其沉积厚度发生突变,

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同沉积主控断裂或断裂组的生长系数一般为1.4~1.6,断坡带下降一侧(如同沉积断裂的下降盘)的沉积旋回增多,在碎屑体系到达的部位沉积体的层数和厚度明显加大。

(2)断坡带不仅控制着层序内部低位体系域的发育和分布范围,而且控制着湖扩展和高位体系域的水深和沉积相带变化。因此断坡带往往是盆地沉积体系域分带的界线。

(3)由于同沉积断裂频繁发育,在盆地内可发育多个坡折带,次级构造单元的边界断裂带一般构成沉积坡折带从凸起到洼陷一般可识别出凸起与斜坡或陡坡分界的凸起边缘断坡带、斜坡或陡坡断阶与洼陷过渡带上的洼陷边断坡带。

断陷盆地的构造形式十分复杂。许多迹象表明,断陷盆地在发生伸展作用的同时,伴生走滑作用,因此,断陷盆地既非一个典型的伸展盆地,亦非一个典型的走滑盆地,而是伸展和走滑联合作用的盆地,只是在构造运动的不同阶段,其作用的强度是不同的。目前,国内外学者对伸展盆地和走滑盆地的研究在理论上逐渐趋于成熟和完善,而对类似于辽河盆地这样因伸展和走滑联合作用而复杂化的断陷盆地,目前仍无可被公认的理论模式。而辽河盆地复杂的油气分布状态表明,伸展和走滑造作用形成的构造样式对油气分布控制作用是十分明显的。本文试图以辽河盆地东部凹陷为例,阐述构造样式对油气分布的影响。

2、【构造样式类型的划分依据】

构造样式的主要控制因素是断层,依据剖面形态,正断层可分为板式正断层、铲式正断层和坡坪式正断层。早第三纪,辽河盆地东部凹陷经历了伸展和走滑的共同作用下,依据构造的几何学、运动学、动力学及其演化特征,可将这些组成断陷半地堑划分为五种样式(图2) ,即地垒与半地堑、旋转半地堑(多米诺式半地堑) 、滚动半地堑、复式半地堑、走滑半地堑。

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表1 辽河盆地东部凹陷基本构造样式及其主要特征

图2 辽河盆地东部凹陷构造样式形成机制

特征如下:

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(1) 地垒与半地堑:非旋转,断层两盘只作相对差异升降运动,是裂谷盆地发育早期的构造样式(表1 ,图2) 。

(2) 旋转半地堑:断块发生旋转,多个旋转半地堑可组合成多米诺式半地堑系,是裂谷盆地发育早期的构造样式(表1 ,图2) 。

(3) 滚动半地堑:滚动半地堑是受铲式正断层控制而形成的,其中包含了走滑作用对其改造作用,是裂谷盆地发育中期的构造样式(表1 ,图2) 。

(4) 复式半地堑受坡坪式正断层控制,主要洼陷靠近主控断层,次要洼陷远离主控断层,半地堑基底呈弧形弯曲,中间常隔以断坪隆起或构造带,是裂谷盆地发育中—晚期的构造样式(表1 ,图2)。

(5) 走滑半地堑:指受走滑断层控制的半地堑或被走滑断层强烈改造的半地堑,常发育“入”字形雁列褶皱、负花状构造及反转构造,是裂谷盆地。

3、【构造样式制约有利构造岩相带的分布】

断陷盆地的沉积体系响应盆地的构造样式。本区经历了早第三纪(断陷阶段) 和晚第三纪及第四纪(坳陷阶段) 的构造沉积演化。断陷早期(非旋转及旋转半地堑发育期) 发育火山岩及湖泊沉积体系;中期(滚动半地堑及复式半地堑发育期)发育湖泊及三角洲沉积体系;晚期(走滑半地堑发育期) 发育冲积平原沉积体系。坳陷阶段(坳陷发育期) 发育冲积扇沉积体系。构造样式与沉积体系的相互配置决定了有利的构造岩相带分布。由于本区为狭窄的裂谷盆地,决定了构造岩相带常呈线性分布。其延伸方向都与主干构造线方向一致。主干断层两盘常常发育着相对的岩相带或亚相带。如:在上升盘优势相为河流相和三角洲平原亚

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相,下降盘优势相为三角洲前缘及前三角洲亚相和湖泊相(图3) 。多年的油气勘探表明:滚动半地堑和复式半地堑构造样式和三角洲前缘及三角洲平原沉积体系相互配置是最有利的构造岩相带。如本区的茨榆坨高垒带和牛居———青龙台背斜构造带的构造样式与沉积体系的有效配置关系即是一例。构造岩相带分布规律一方面具有一定的继承性,同时发生有规律的变化。受主干断层活动强度及气候等因素的影响,在同一构造层的油层组内,它们的岩相类型有时发生变化,主干断裂活动强度与演化控制沉积体系的发育位置、规模大小和迁移方向。

图3 断陷盆地层序地层格架内的构造样式与沉积体系示意图

4、【构造样式与油气藏】

油气藏的演化与构造沉积演化及油藏的形成机制密切相关(表2)。沙三期~沙一期:由于极小部分生油岩进入生油门限,此时基本无油气藏形成。东营末期:由于本区油气二次运移的关键时刻为东营末期,油气藏形成时间基本上在东营末期之后。本区此时油气藏的类型以背斜油气藏、断鼻油气藏和断块为主,层位分布在沙三上段、沙二段、沙一段和东营组(表2)。现今:由于晚第三纪以来的热沉降的影响,未达到生油门限的生油岩逐渐成熟生油,因此在

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晚第三纪之后油气仍具成藏的条件(图4 ,表2),现今油气藏的展布范围在横向和纵向上均有扩展的趋势。油气藏类型也有所变化,在上述背斜油气藏、断鼻油气藏和断块油气藏的基础上出现砂岩透镜体油气藏和岩性尖灭油气藏(图4 ,表2)。

图4 东部凹陷背斜构造带油藏形成与演化分析图

表2 辽河盆地东部凹陷构造沉积演化与油藏类型关系

二、断陷盆地典型构造特征、成因

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及油气地质意义

断陷盆地典型构造包括以下几类:断裂构造、背斜构造、潜山构造、底辟构造、火成岩构造、不整合构造、走滑伸展构造、断鼻状构造、箕状断陷构造、构造坡折带等。其中,断裂构造一般发育断块油气藏、断鼻油气藏、断背斜油气藏等;背斜构造一般发育普通背斜油气藏、逆牵引背斜油气藏、披覆背斜油气藏、断背斜等;潜山构造发育古潜山油气藏;底辟构造发育盐、泥或流体底辟油气藏;火成岩构造发育火成岩油气藏;不整合构造发育不整合油气藏。断陷盆地除了普遍发育上述构造圈闭外,还发育大量非构造圈闭、隐蔽圈闭等。

1、【断裂构造】

断裂构造又称断裂。断裂或断裂构造是指岩石因受地壳内的动力,沿着一定方向产生机械破裂,失去其连续性和整体性的一种现象。断裂构造是岩石破裂的总称,包括劈理、节理、断层、深大断裂和超壳断裂等。断裂可以作为石油天然气二次运移的良好通道,油气沿断裂通道运移比在岩石孔隙中运移更容易,实践证明,含油气盆地断裂的形成及演化过程控制着沉积充填过程和油气成藏过程。因此,断裂作为沟通烃源岩与圈闭的桥梁与纽带,对油气的生成、运移以及聚集场所(圈闭)都有一定的控制作用。一般断裂构造发育断块油气藏、断鼻油气藏、断背斜油气藏等。

下面以汤原断陷为例,简单介绍一下断裂构造:

汤原断陷位于黑龙江省鹤岗市、汤原县、萝北县及桦川县境内,即东经129°12′~130°59′,北纬46°12′~47°52′,面积3320km2。在区域大地构造单元上,汤原断陷位于依—舒地堑最北端,是依—舒地堑内的一个次级构造单元。其北部为鹤岗盆地,南部为佳木斯

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盆地,东临三江盆地。

㈠ 汤原断陷断裂构造特征

汤原断陷是典型的受断裂控制的陆相断陷盆地。断裂十分发育,将整个盆地切割得十分破碎。在研究解释组合出大小断层240余条。其中有近40余条对本区的构造演化、沉积和局部构造有明显的控制作用。

1、断陷构造格架及分布特征

汤原断陷是受东部大断裂控制的西超东断的箕状断陷。其中大断裂以东为东部凸起,西部超覆剥蚀线以西为西部隆起。东部凸起与西部隆起之间,NE方向展布的为汤原断陷。构成汤原断陷的主干构造有两组,一组是与边界大断裂近于平行的褶皱和断层;一组是与大断陷近于垂直或大角度相交的褶皱和断层,由东向西分别为东部向斜带、隆起带和西部斜坡。两组骨干构造构成了汤原断陷东西分带,南北分块的构造格架。

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图5 汤原断陷主要断裂分布图

由图5可以明显看出,在平面上汤原断裂的发育主要有两个方向,即NE向和NW-NWW向。断裂的分布具有东西分带,南北成群的特点。东西分带是沿断陷长轴方向,断裂的分布有东西分带的趋向,即大致以320地震测线以东为东部断裂带,320~330线之间为中部断裂带,330线以西为西部断带;南北成群是指由于F3、F4、F6、f2、f3等NWW向的横档断层的分割作用,尤其是在断陷的中西部断裂成群分布。F4以北为军校屯断裂群;F4与F3之间为龙王庙断裂群;F3、f3之间为景阳—望江断裂群;f3以南为胜利断裂群。每个断裂群都自成体系,有不同的成因特征。

从所解释的地震剖面看,较可靠的断裂(指平面延伸长度大于3 km)绝大多数都从T3断至T5,而断开T2和T1的断裂相对较少。依据所断开的层位,可将断裂分为四类:第一类是只断开基底T5层的断裂。这类断裂较少,主要分布在西部斜坡和向斜区;第二类是只断开上部T1或T2的断裂,这类断裂也很少见;第三类是只断开T3或T4层的,“上下都不断”的断裂,也不常见;第四类是从T3或T2、T1一直向下断到T5的断裂,这类断裂非常多,是主要的断裂类型。它反映了本区大多数断裂具有断开层位多,延伸远,多次活动的特点。

2、断裂的成因类型

对断裂进行成因分类,主要依据断裂现今几何特征,结合断裂形成的基本应力模式,参考区域应力演化历史,判断断裂的形成原因。汤原断陷的断裂成因类型主要有以下7种:

(1)拉张或张扭正断层,这类断裂是在区域张性、张扭性应力状态下形成的断层。如区内F1、f1、F2、F17、f12等都为这类断层。

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(2)挤压或压扭逆断层,这类断层是在区域挤压或以压为主的压扭应力作用下形成的逆断层。本区发育大大小小的这类逆断层有30余条。其中规模较大的有F13、F14等。

(3)力偶作用下的走滑断层,本区的走滑断层主要表现为两种:一是纯剪切应力状态下,形成断面近于直立、延伸较远、近于呈直线延伸的断裂,如F7、F8、F37等,为直扭走滑断层。另一种形式是在压扭应力状态下形成的由主干断层与其分支断层组成的花状断裂,如F12断层为主干断裂的龙王庙构造上的分支断层所组成的正花状断裂组合。

(4)挤压背斜顶部的滑脱正断层,这类断层的形成是由于受到挤压,地层发生褶皱,在背斜顶部产生局部张性应力场,进而产生正断层,如军校屯构造上的F30、F31即是这类断层。

(5)反转断裂,这类断裂是指由于应力状态发生变化,断裂性质也发生改变的断裂。可进一步分为正反转断裂和负反转断裂。正反转断裂早期受张应力而形成正断层,后期应力状态转变为挤压,使原来正断层上盘地层逆冲回返,形成逆断层,如F3断裂即有这种特点。负反转断裂与正反转刚好相反,当早先的挤压构造体系转化为伸展构造体系时,则形成负反转构造,如本区的F9、F10、F11等在F5断层以北具有明显负反转断裂特征。

(6)旋转断裂,在直扭应力下,地层以某一点为轴发生旋转,形成轴的一端为正断层,另一端为逆断层,如F33断层。

(7)顺层滑脱断裂,这类断层是以基底T5层面为断层面,下第三系的盖层在区域应力作用下顺T5基底面滑动。这类断层可正、可逆,也可成为正反转断层。如f4、f9等。

㈡ 汤原断陷断裂对油气成藏的控制作用

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众所周知,陆相盆地一个显著的特点就是断裂十分发育。断裂对盆地的形成、演化及沉积等有着明显的控制作用。盆地是形成油气藏的基本构造单元,“油气存在于盆地之中”,因而从这个意义上讲,断裂对油气藏的形成、分布必然起到控制作用。这种控制作用具体表现在如下三个方面。

1、边缘大断裂控制烃源岩的展布

汤原断陷是受断裂控制的断陷盆地。断裂的形成发育过程控制着盆地内向斜区沉积物的厚度及沉积物的分布,也就是控制了断陷内烃源岩的分布。从目前钻井和地震剖面所提供烃源岩分布上看,本区的主要生油凹陷区是:东兴向斜、双兴向斜、梧桐河向斜、新华向斜、鹤立向斜、荣丰向斜和东发向斜。已经证实,东兴向斜是烃源岩发育最好的地区,表 3 是汤原断陷主要生油区烃源岩综合评价表。上述向斜都不同程度受断裂控制。如位于盆地东侧的四个向斜(梧桐河、双兴、东兴、东发)受盆地边缘大断裂F1和一系列将盆地切割成若干块的近EW向横挡断裂F4、F2、f2、f3的控制。隆起带西部边缘断裂F9、F11、F12、F22和f5控制着新华、鹤立和荣丰三个向斜的发育。从东兴向斜来看,F1断裂控制着沉积相带展布和沉积物的分布。F1断裂使东兴向斜沉降速度大于沉积速度,所以东兴向斜属于欠补偿沉积类型,靠近F1断裂的东兴向斜长期以深湖—半深湖相沉积为主,暗色泥质岩十分发育,具有良好的烃源岩。而双兴向斜,尽管与东兴向斜相似,同样受F1断裂的控制,但在其发展过程中,由于受F3断裂和多物源的控制,致使双兴向斜形成了堆积速度大于沉降速度的过补偿型沉积,导致双兴向斜地区大面积以湖沼相沉积为主,烃源岩不很发育。

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表3 汤源断陷各二级凹陷烃源岩综合评价表

鹤立向斜是受F9、F11、F3、f2断裂控制,形成早期的向斜构造,其沉积物源主要是西部物源。从汤参3井所揭示的地层剖面看,其烃源岩较为发育,是一有利的生油凹陷。

上述分析表明,由于断裂的规模、形成时期的不同,加之沉积物的物源不同,沉积物沉积速率与盆地沉降速度不同,不同向斜受断裂切割程度不同,因此,不同向斜区内烃源岩的发育和分布也不同。总的看来,烃源岩的平面分布和纵向发育都不同程度地受断裂的控制。

2、主干断裂控制圈闭的形成和分布

主干断裂是指盆地内一、二级大断裂。汤原断陷构造圈闭主要分布在断陷的东部和中部,即沿东部边界在断裂F1上盘分布的东部圈闭带,沿断裂带分布的中部圈闭带(图6)。

(1)沿F1边界断裂分布的半背斜或断鼻圈闭带,这个圈闭带由于受F1断层控制,多

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具有同沉积性质,并且大多与F1边界断裂一起构成同沉积背斜和半背斜。主要包括东1-东8号圈闭,双1-双6号圈闭及梧1-梧3号圈闭。主干断裂F1为长期继承发育的张性正断层。

(2)凸起带上的吉祥屯断块圈闭带,这是一个典型断块圈闭构造。其上发育了吉1-吉6号6个断块圈闭。目前获得工业气流的汤参2井和吉1井都位于吉1号圈闭上。其控制性主干断裂F9为同生断裂。

(3)隆起带上的互助村断块圈闭带,宏观上分析这是一个受挤压作用,沿反转断裂F3反转的背斜构造,这个背斜被F19号断层及其一系列派生断层分割,具有多个构造高点。包括了互1-互9等9个断块圈闭。

(4)龙王庙背斜圈闭带,龙王庙构造是受挤压作用逆冲在F13断裂上盘的背斜构造。该背斜被一系列NWW向和NE向断层分割成局部构造。从南到北可分为龙1-龙17号圈闭。

(5)断陷最北端的军校屯圈闭带,这个圈闭带主要受F29、F31等后生正断层及其派生断层控制,为单断型圈闭。

(6)永丰构造圈闭带,主要受F15号断层及其派生断层控制的背斜和断块型圈闭。

(7)景阳构造圈闭带,主要是由f5等一系列断层切割的多个断块构造圈闭组成。

(8)胜利构造圈闭带,这个圈闭带位于断陷的最南端,主要受F1、f3及派生断层控制,为断块型圈闭。

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从上述的分析和图6中可以看出,几乎所有的圈闭都与断层有关,断层的形成及其发育史是圈闭形成和发育的最主要因素。

东部圈闭带:1.梧-3;2.梧-1;3.双-6;4.双-5;5.双-2;6.东-4;7.东-1;8.发-1;

中部圈闭带:9.军校屯圈闭带;10.龙王庙圈闭带;11.互助村圈闭带;12.吉祥屯圈闭带;13.永丰圈闭带;14.望江圈闭带;15.景阳圈闭带;16.胜利圈闭带;

向斜区:①梧桐树;②双兴;③东兴;④东发;⑤新华;⑥鹤立;⑦荣丰;⑧新民。

图6 汤原断陷圈闭带分布

3、断裂控制油气的运聚条件

断裂对于油气运聚条件的控制作用主要表现在如下两个方面:

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(1)断裂为油气的运移提供了良好的通道条件。众所周知,陆相断陷盆地沉积相变剧烈。作为碎屑岩输导层形成输导条件相对较差,油气沿输导层侧向运移不畅通。因此,油气只在源岩及其附近的圈闭中聚集。而断穿到源岩或源岩附近的断裂,则为油气的运移提供了有利的运移通道。这类断裂在油气运聚时期往往活动强烈,在成因类型及活动史特征方面,属于中后期多次反转的断裂,尤其是多期正反转断裂如F3。另外,与孔隙和裂缝相比,这类多期开启的断裂具有更通畅的运移的性质,油气在压力的作用下将很容易地沿断裂进行运移。

本区互助村构造的互1井位于互2号构造上,在E52段地层获工业气流。该井的气样分析表明,所产天然气为生物-热催化混合天然气。酸解烃分析可知C6+含量明显增多,而C5+、C6+等烃类是热解成因的。说明互助村气藏除了E52段自生自储生物成因气外,另有成熟油气的迁入。本区成熟油气产生于其下部的E32段。而E52段与E32段之间有数百米厚的大套泥岩。那么,这些成熟的油气只能通过断层向上运移进入互助村构造。此外,我们在互6井E32段发现有油迹,取样分析化验表明为典型的煤成油。油源对比证明它是由下部中生代地层沿断裂向上穿层运移上来的。如图3所示,F3断层是沟通互助村反转构造圈闭和E32段成熟烃源岩的通道。

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图7 互助村气藏油气运移示意图

(2)封闭的断裂为油气聚集成藏提供了有利的遮挡条件。断层封闭性的好坏已成为陆相断陷盆地中断层圈闭能否聚集油气成藏的先决条件[4]。只有封闭的断层才有可能遮挡、阻止油气继续运移,使之聚集成藏。如吉祥屯构造,位于隆起带的中西部,是由多个断背斜组成。其中吉1号局部构造,西部边界为F9断层。断裂活动史和封闭史的研究表明,F9断层在此段具有良好的封闭性,形成了有效的遮挡。所以汤参2、吉1井获高产气流,发现了吉祥屯气藏。而吉祥屯构造向南,F9和F41等断层将断背斜分割破碎,形成了多个分割性的断块,由于分支断裂封闭性较差,因此所钻的吉101,吉201,吉5井等均末见油气显示。由此可以看出断层封闭性对油气成藏有着举足轻重的作用。

挤压或压扭逆断层,发育于泥地比高的地区的断层,以及断层逐渐消失的部位,都具有良好的封闭性。这些断裂带或者紧密,或者砂泥对接可能性小,或断距小,有利于断裂带的闭合而形成封闭,如F9断裂南段因在目的层段沉积时期水体变浅,泥地比变低,增大了油气的渗漏性,加上断裂交叉增多,致使吉141、吉201、吉5等井落空。

断裂对油气的控制作用除了上述所列的作用外,还有其它的一些作用。如断层对油气的逸散和已形成的油气藏的破坏作用等。

㈢ 总结

汤原断陷作为一陆相断陷型盆地,其断裂构造十分发育,按断裂形成的力学机制可划分出:拉张、挤压、走滑、反转等7种成因类型。断陷内的主干大断裂对盆地的构造格局、沉积以及烃源岩的展布、油气的运聚成藏等都有明显的控制作用,其中多期正反转断裂发育形成的圈闭应成为下一步勘探的重要目标。

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2、【背斜构造】

背斜构造则是褶皱形成的一种构造单元,与向斜相对。背斜顶部受张力作用,岩性脆弱,易被侵蚀,在在外力作用下形成谷地。向斜与背斜相反,底部岩性坚硬,不易侵蚀。易接受沉积。背斜在外力作用下反而成谷,向斜在外力作用下反而成山,这种情况称为“地形倒置”,是外力作用的典型体现。背斜构造对油气藏的形成具有很重要的积极意义,其有利于油气藏的形成。背斜构造往往发育普通背斜油气藏、逆牵引背斜油气藏、披覆背斜油气藏和断背斜。

以下以柴达木盆地为例,简要介绍一下背斜构造:

柴达木盆地主要发育背斜构造,根据其成因可将盆地中的背斜构造归纳为生长背斜、断展背斜、纵弯背斜和滑脱背斜等4种基本类型。受区域掏造环境、盆地基底性质、应力作用方式、岩石物理性质和构造演化阶段的控制,上述背斜在平面上和垂向上的展布存在着明显的规律性:生长背斜是主要的含油气构造,反冲断层控制下的断展背斜是重要的古油气构造;生油范围内的纵弯背斜可形成油气藏;坳陷中部地区的纵弯背斜为含气构造。

㈠地质概况

柴达木盆地地处青藏高原西北部,南邻昆仑山,北接祁连山,西北界为阿尔金山。在大地构造位置上属于亚洲中轴构造域,是我国西部一个重要的中、新生代含油气盆地。盆地内部构造特征具有明显的三分性。北部祁连山山前地区以冲断构造为特征,称北部块断带;南部昆仑山山前地区也表现为冲断构造。称昆北断阶带;中部发育巨厚的中新生界,以褶皱构造为特点,称为坳陷(图8)。

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图8 柴选木盆地构造单元划分

褶皱构造发育是该盆地的主要构造变形特征之一目前已发现地表背斜140个,地震发现并落实背斜构造78个,已发现的22个油气藏中有l2个属于背斜型油气藏。因此,搞清背斜构造的基本类型、成因机制、晨布规律和含油气性,对柴达木盆地的油气勘探有重要意义。

㈡背斜构造的基本类型

从成因角度来考虑,柴达木盆地的背斜主要有生长背斜、断展背斜、纵弯背斜和滑脱背斜等类型。从背斜的形成时间尺度来考虑,纵弯背斜、滑脱背斜和部分断展背斜属于褶皱幕背斜,部分断展背斜属于生长背斜。

(1)生长背斜。指在沉积过程中发育的背斜,在同一地层中,核部薄两翼厚。柴达木盆地内生长背斜的成因主要是沉积过程中持续挤压作用导致岩层的递进弯曲。如冷湖五号背斜上干柴沟组(E2—3 s)和下油砂山组(Nlx)核部厚度小于1600m,翼部厚度大于2400m,说明该背斜在始一渐新世上干柴沟期和中新世下油砂山期为生长背斜发育时期(图9)。

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(2)断展背斜。指冲断层终端扩展而形成的背斜,其形成与冲断层密切相关。如拎湖五号构造I 号断层的上盘是核部被强烈剥蚀的断展背斜(图9(a)),该断展背斜形成于喜玛拉雅晚期,并受 I 号反冲断层的控制。有些断展背斜具有同生性。

(3)纵弯背斜。纵弯背斜是水平挤压作用形成的。柴达术盆地喜玛拉雅晚期经历了强烈的挤压,形成了一系列纵弯背斜,如位于霍布逊凹陷北部的全吉背斜(图10)等。

图9 冷湖五号背斟古构造匍面

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图10 柴选术盆地东部全吉背斜构造剖面

(4)滑脱背斜。是指发育在顺层滑脱面上或冲断面上褶皱中的背斜,柴达木盆地新生界中的滑脱褶皱与塑性岩层有关,是喜玛拉雅晚期强烈挤压作用的结果,如柴达木盆地西部茫崖地区的土林堡、凤凰台、油墩子等背斜。参与褶皱变形的地层是第四系和上新统狮子淘组( N2s)上部,狮子淘组下部没有参与这种褶皱变形(图 11)。说明在狮子淘组内部存在滑脱面,喜玛拉雅晚期的强烈挤压作用使滑脱面以上的地层发生滑脱褶皱变形。

图11 茫崖地区浅层裙皱剖面

㈢背斜构造的展布特点

(1)平面展布

目前已发现的柴达木盆地的背斜构造主要分布在北部块断带、昆北断阶带和坳陷的西部,坳陷的中部和东部发育较少。不同类型背斜的平面展布具有地区性特点,生长背斜主要发育在北部块断带、昆北断阶带和坳陷的西部;断展背斜主要发育在北部块断带、昆北断阶带和坳陷西部的阿尔金山的山前地区;滑脱背斜主要发育于茫崖地区;纵弯背斜在坳陷中广泛发育。

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造成背斜构造有规律展布的主要原因是区域构造环境、盆地基底性质、应力作用方式和岩石物理性质的差异。受特提斯洋中新生代周期性俯冲削减和闭合作用以及印度板块与欧亚板块最终碰撞和向北楔人的远程效应的控制,昆仑山和祁连山对柴达木盆地可产生强烈的挤压作用,阿尔金山也有明显的挤压作用。因此,在三大山系的山前地区发育了一系列的冲断层和断展背斜。地球物理资料揭示柴达木盆地具有稳定的基底。在挤压作用下,盆地边缘构造变形强烈,而内部变形较弱,导致北部块断带和昆北断阶带以断裂变形为特征,褶皱变形以生长背斜和断展背斜为主;坳陷以褶皱变形为特征,主要发育生长背斜和纵弯背斜。柴达木盆地构造变形造成西部强东部弱是与祁连山和昆仑山挤压强度的东西差异有关,阿尔金山的走滑挤压也起重要作用,同时盆地基底稳定性的东西差异也是一个重要因素。茫崖地区是第三纪的沉积中心,塑性泥岩和盐岩的发育为滑脱的形成奠定了基础。

(2)垂向展布

从背斜构造的发育层位上看,生长背斜发育在第三系;纵弯背斜和滑脱褶皱主要发育在第三系上部和第四系中;断展背斜可跨越新生界各个层位。导致背斜构造垂向规律性展布的主要原因是构造演化的阶段性 。柴达木盆地新生代构造演化可分为两个阶段,喜玛拉雅早期和中期为压缩阶段,晚期为强烈压缩阶段。压缩阶段发育生长背斜部分和断展背斜;强烈压缩阶段发育纵弯背斜、滑脱背斜和部分断展背斜。

㈣背斜构造的含油气性分析

(1)生长背斜

柴达木盆地已发现的背斜型油气藏主要以生长背斜为圈闭条件,如尕斯库勒、冷湖五

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号等油藏生长背斜发育时间较早,通常在第三系烃源岩大量排烃之前已开始发育。为聚集油气提供了圈闭条件。另外。生长背斜发育时间较长(在整个第三纪均处于生长状态),变形程度较弱,构造形态完整。为油气的保存提供了保证。尕斯库勒油田是一个以生长背斜为圈闭条件的大油田。临近生油洼陷中心的昆北断阶带北部边缘,主要发育时期是始一渐新世下干柴沟期和上干柴沟期,与油气的运移有着很好的配置关系(图 12)。

图12 尕斯库勒油田生储运聚形式

(据扬绍清等,1997修改 )

(2)反冲断层控制下的断展背斜

柴达木盆地有两条重要的反冲断层,一条是位于昆北断阶带北部边缘的油砂山断层及其延伸部分,另一条是位于北部断块带西部冷湖构造带中段的 I 号断层。两条断层的上盘发育了一系列的断展背斜。受油砂山断层控制的断展背斜有油砂山背斜和狮子沟背斜;受 I 号断层控制的断展背斜有冷湖四号和冷湖五号的浅层背斜。这些断展背斜均含有油气,是重要的含油气构造。柴达木盆地的断展背斜形成时期较晚,是喜玛拉雅运动晚期的产物。

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它们可以俘获喜山晚期排出的油气,也可以通过对先存油气藏的改造而形成次生油气藏。油砂山油藏存在于断展背斜中,含油层为上油砂山组下部和下油砂山组上部,油源来自下油砂山组和上干柴沟组。冷湖四号油藏的 I 号断层上盘部分归属于断展背斜,储油层为下干柴沟组和上干柴沟组,油源为中下侏罗统,属次生油藏。

(3)生油范围内的纵弯背斜

坳陷西部的茫崖地区是第三系生油区,其内部和周围发育一系列纵弯背斜,是喜玛拉雅运动晚期的产物。其中尖顶山、南翼山、油泉子等为已发现的油气藏 。在背斜发育过程中可伴有断裂和微细裂缝的产生,作为生油层的泥灰岩和钙质泥岩也进 A 成熟期,所形成的油气部分残留于溶洞性的孔隙中,并为裂隙所串通,形成具有经济价值的缝洞性含油层段;部分油气通过裂隙进人生油层段的薄层或中层砂岩和粉砂岩中,从而形成油气藏。

(4)坳陷中部地区的纵弯背斜

在坳陷中部的三湖地区已发现台南、涩北一、二号、盐湖、驼峰山等天然气田,属于第四系生物成固的天然气。其成固是在寒冷的气候和高盐度的沉积水体中,以及在快速的沉积条件下抑制了甲烷菌在浅表层的活动,而使有机质因生物气的生成逸散而消耗,从而对气源岩起到了保存作用。当气源岩达到一定埋深时,由于温度的升高,部分地层水被排出,并解除甲烷菌的抑制作用而开始生气。从盆地的演化来看,上述含气构造主要形成于第四纪,属于喜山运动晚期的产物,并在水平挤压作用下使岩层纵弯变形而形成的。就第四纪本身来讲,这些背斜构造发育在沉积过程之中,具有一定的同生性。

3、【潜山构造】

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凡是现金被不整合埋藏在较新的沉积层之下,由盆地基底岩层组成的山丘,都称为潜山。低潜山复式油气聚集带多以倾斜断块产状呈单面的断块结构出现。倾斜断块为块状或层状的地层圈闭,潜山呈块状的古地貌圈闭。其储集类型很多,有中生界的碎屑岩,火山岩;石炭—二叠系砂岩;寒武—奥陶系碳酸盐岩;中、晚元古界碳酸盐岩和太古界花岗片麻岩和变质岩等。其油源来自凹陷内或不整合面以上的下第三系生油岩系,亦可能部分来自古生界本身。其油气富集程度和油藏高度常受倾斜断块的上翘与邻块下陷的相对位移幅度所控制。缝洞发育影响高产因素。

低潜山型复式油气聚集带上覆的第三系一般都具有自下而上圈闭幅度逐渐变小的披覆背斜构造。下第二系超覆沉积于古潜山之上的过程中,往往先沉积一套底砂岩,然后再潜山顶部的潜水部位形成生物灰岩或礁灰岩。在翼部形成各类冲积扇和沙坝等上倾尖灭砂岩体。圈闭类型也是多样的。潜山顶部形成披覆背斜,翼部形成地层超覆圈闭或岩性圈闭,断层下降盘形成滚动背斜圈闭。

低潜山复式油气聚集带一般分布在箕状凹陷或地堑凹陷的深凹部位,油源近,构造范围和幅度较大,又具有多层系多类型的特点,具备了形成复式油气聚集带的客观条件,也是在渤海湾盆地内寻找大复式油气田的主要方向。

下面以辽河西部凹陷兴隆台构造带为例,简要介绍一下潜山构造:

㈠ 兴隆台潜山形成的地质背景及构造特征

在渤海湾盆地, 潜山的形成与块断作用有关。断裂持续周期性的活动, 不仅对早期潜山的形成有影响, 对后期潜山披覆构造也产生影响, 断层作用形成复杂的断块和断背斜构造, 对油气运移也起输导作用.在辽河西部凹陷, 兴隆台潜山构造带位于凹陷的(见图13),

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沿凹陷的走向呈NE-SW方向延伸.辽河盆地的演化和构造的发育一直受到郯庐断裂演化的影响。在古新世—早始新世, 基底强烈裂陷, 断块差异升降形成兴隆台潜山及陈家和清水等洼陷。沙三段沉积时, 西部凹陷为凹陷的扩张期, 发育湖侵体系,兴隆台潜山作为水下低突起, 形成披盖层序;在沙三段沉积末期, 西部凹陷已经填平补齐, 水下低突起地貌特征消失。始新世以后, 西部凹陷整体坳陷, 形成沙二段-东营组的加积层序。东营期末, 郯庐断裂的右旋走滑作用, 导致西部凹陷整体抬升并产生一系列的NE-SW走向断层, 在沙二段-东营组地层中形成复杂断块和断背斜。上述地层构造特征决定了兴隆台构造带的油气藏类型分布的基本格局。

图13 兴隆台潜山构造带在西部凹陷中的位置剖面(EW向)

㈡ 潜山构造带油气复式运聚特点

兴隆台潜山构造带处于多个生烃凹陷包围中,潜山及其上覆地层组成多层地质结构, 再加上断裂复杂, 因此其油气运移聚集具有复杂性。

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(1)油气多源、多方向、多时期的供给特点

兴隆台潜山周边为陈家洼陷、盘山洼陷和清水洼陷所包围(图14)3个洼陷的沙三段都具有很好的生烃条件. 现今清水洼陷烃源岩已经处于生油高峰或生油高峰后期(图15), 而陈家洼陷烃源岩刚刚成熟(图15).不同洼陷开始供烃的时间不同, 结果导致不同时期,潜山构造带的油气来源方向以及来源的油气组成(成熟度)不同: 早期(从38 Ma 开始), 陈家和清水两个生油洼陷沙三段烃源岩均进入生油门限开始生烃, 这时两个洼陷烃源岩的成熟度不高, 烃源岩的Ro均为0.5%~0.7%, 两个洼陷生成油气的数量都不多,向兴隆台潜山构造带供烃的数量有限; 从30 Ma 开始,清水洼陷沙三段烃源岩进入生烃高峰, 而这时的陈家洼陷沙三段烃源岩仍处于低成熟阶段, 因此, 这时兴隆台潜山构造带的油气主要来自清水洼陷. 后期(从10 Ma 开始), 清水洼陷沙三段烃源岩进入高成熟期, 而陈家洼陷沙三段烃源岩进入生油高峰, 这时兴隆台潜山构造带双向接受油气来源, 即接受来自清水洼陷高演化的油气和接受来自陈家洼陷中等成熟的油气。

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图14 兴隆台周边被生烃洼陷所包围示意图

图15 清水洼陷(a)与陈家洼陷(b)烃源岩成熟度演化模拟图

(2)多渠道运移、多层系聚集特点

兴隆台潜山构造带在古近系东营组、沙一段、沙二段和沙三段, 以及古潜山表层和内幕都有油层分布, 这种多层系聚集油气的特点与包括断层、砂层和风化侵面、裂缝带等多种输导条件有关.断层和砂岩层是最普遍的运移通道。断层把油源层与浅层沟通, 对油气起到垂向输送作用。东营组、沙一段和沙二段等浅层位于烃源岩之上的所谓源上油气藏, 其油气必须通过多阶断层发生垂向运移,并与渗透砂岩沟通, 形成F 型和T 型运聚样式(见图16)。沙三段油气具有自生自储特点, 在潜山斜坡的上倾尖灭砂体中, 油气从深部通过砂体顺层运移并聚集在高部位。在潜山地层内部, 断层及断裂作用形成的裂缝交织一起, 起到快速通道和分支分流的立体输导作用。而在潜山顶部, 则存在风化剥蚀型运移通道。可见,在兴隆台潜山构造带不同层系中存在着多种输导类型,构成复杂的输导体系。

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图16 兴隆台潜山构造带油气复式运移特点

(3)多期次充注、多期次成藏特点

潜山构造复式油气聚集带的多油源及构造运动的周期性特点决定了油气运移的多期性和成藏的多期性。分析马古1 井沙三段储层流体包裹体均一化温度, 可以看出油气藏存在3 个主要的充注期, 根据埋藏史推断, 三期分别相当于沙二段沉积晚期、东营组沉积晚期和晚第三纪以来. 其中, 沙一段—东营组沉积期是主要运聚期(图17)。罗静兰在研究潜山包裹体组成特征时,也提出潜山油气的成藏存在3 个阶段。这都说明,兴隆台构造带油气至少经历了3 个成藏期次。但不同层位,由于经历构造活动期次和供烃时间长短不同, 成藏期次不同。沙一段和东营组油气藏主要主要是两期形成。

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图17 马1井沙三段储层盐水包裹体均一化温度分布(a)

及对应的油气成藏时期(b)

㈢ 结论

潜山构造带是断陷盆地中最重要的油气聚集带之一。其油气运聚具有“多方向汇聚、多渠道输导、多层系聚集、多期次成藏”的复式运聚特点;形成一系列不同成因的圈闭和油气藏, 形成包括不同层位的潜山披覆断块、上倾尖灭与潜山不整合遮挡和潜山内幕裂缝等类型的复式油气聚集带。潜山内幕裂缝油气藏具有隐蔽性和复杂性, 是中国东部盆地潜山勘探一个有勘探潜力的新领域。

4、【底劈构造】

底劈构造是指塑性岩层在外力作用下发生流动上拱形成的构造,又称“挤入构造”,这类构造在我国中、新生代沉积盆地中广泛发育,是一种重要的油气圈闭类型。迄今为止,底劈构造的分类仍停留在底劈作用时的温度或构造剖面几何关系上,尚未从底辟构造的形

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成机制上进行分类,远远不能满足对底劈构造特征、形成机制及控油作用和规律研究的要求。

不同成因的底劈构造对油气运移、聚集和保存有不同的控制作用。因此,对底辟构造进行成因机制分类,有利于把握油气盆地中底劈构造的平面分布特征和规律,进而把握底辟构造油气藏组合、分布特征和规律,指导油气勘探。底辟构造的划分依据塑性物质源的深度,可分为浅源型和深源型两类。深源型底辟构造主要指地幔或地壳岩浆沿深大断裂侵入或喷发导致沉积盆地盖层褶皱或断裂所形成的构造。浅源型是指沉积盆地塑性盖层在外力作用下发生塑性流动上拱所形成的构造。依据引起外力的主要因素和外力作用方式,浅源型底辟构造又可分为凸起—差异负荷型、重力扩展—差异负荷型、基底断层控制型及盖层断层控制型4种成因类型。

下面以塔里木塔中地区为例,简要介绍一下底劈构造:

底劈构造是油气聚集的重要类型,通过地震解释对塔中地区底劈构造进行研究,结果表明:塔中地区主要发育盐底辟和岩浆底劈两种类型,盐底辟构造样式主要为盐枕构造,从成因上进而分成断裂遮挡型逆冲断裂上盘掩向挤压型和纵弯褶皱型;岩浆底劈构造样式主要有岩墙、岩被。盐底劈构造主要在挤压环境下形成,基底隆起控制了盐底辟的发育位置,断裂及褶皱控制了盐底劈的形态;岩浆底劈主要在拉分环境下形成,基底卷入逆冲断裂及NE向调节断裂对岩浆底劈发育具有重要控制作用。塔中地区盐底辟和岩浆底劈构造及其伴生构造可以形成良好圈闭。

塔中地区位于塔里木盆地隆起带的中部,北靠满加尔凹陷,南邻塘古孜巴期拗陷,西以巴东断裂与巴楚地区相接,东以塔中1号断裂与塔东低凸起(古城鼻隆)和塔南隆起 相隔,塔中地区经历了多期构造演化,具有较复杂的构造变形,断裂发育。塔中地区中、下

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寒 武统发育膏盐,如塔参1井揭示出膏岩盐厚度达200余米,塔中地区膏岩盐厚度具有呈带状分布的特征,总体上由北东向南西,膏岩盐聚集增厚明显,受膏岩盐厚度影响,盐底辟构造在塔中南部地区较发育.岩浆底辟分布范围较广,要在塔中北部地区发育(见图 18)。

图18 塔中地区油气勘探位置

(一)盐底辟构造

(1)膏岩盐形成

塔中地区膏岩盐主要分布在中、下寒武统膏盐中,局部发生聚集加厚,但是并没有刺穿上覆地层,因此可以确定塔中地区的膏岩盐主要是中、下寒武统沉积时期形成的而中、下寒武统沉积时期,塔中地区发育一些正断裂控制的地堑及半地堑构造,中、下寒武统沉

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积时期,气候比较干燥,水动力较弱,因此沉积一套以膏盐、 膏质泥岩、白云岩为主的浅海台地相沉积建造。

(2)盐底辟及相关样式

中、下寒武统膏盐不但是有效的盖层,同时在塔中地区构造演化中扮演着重要角色,膏岩盐具有朔性变形特征,因此构成了该地区重要的滑脱层。在挤压背景下,更容易传递边界 挤压力,使上覆沉积盖层更容易滑动变形,形成了诸如塔中10号断裂带,塔中5号 断裂带。同时膏盐自身的变形可以形成类型各异的盐构造样式,如库车前陆盆地,通过钻井及地震解 释,揭示出塔中地区盐底辟构造主要为盐枕构造。然而单纯识别盐枕构造并不能真正揭示出该地区的盐底辟构造演化特征及其成因机制,以地震资料解释为基础,从成因机制上研究塔 中地区盐枕构造样式,主要分为3 类。

①断裂遮挡型

断裂遮挡型的盐枕构造主要是膏盐在逆冲断裂上盘发生聚集, 而逆冲断裂下盘起到了侧向遮挡作用,断裂附近膏盐加厚作用明显,远离断裂附近膏盐厚度逐渐减薄,盐上地层产 状与盐下地层产状不同,盐上地层倾角大于盐下地层倾角(见图19)。膏盐协调了盐上地层与盐下地层变形。此种断裂类型可能为基底卷入式或盖层滑脱式。

②断裂侧向挤压型

逆冲断裂侧向挤压型盐枕构造主要是膏盐在逆冲断裂下盘发生聚集,而逆冲断裂上盘沿冲断方向斜向下挤压作用力下,膏盐向逆冲断裂冲断方向发生聚集,表现为顶部向逆冲断裂 冲断方向发生迁移,前翼较陡,而后翼较缓,具有较明显的不对称结构(见图19)。

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膏盐在盐枕构造前翼聚集加厚作用较明显。逆冲断裂为盖层滑脱型断裂,断裂在中下寒武统膏盐内或膏盐顶面发生滑脱并消失.此种类型盐枕构造发育位置多为基底隆起顶部,说明基底隆起 对盐枕构造发育具有一定“定位”作用,这主要是膏盐密度相对较轻,又具有塑性流动的特点,因此往往容易在构造高点聚集。

③纵弯褶皱型

纵弯褶皱型盐枕 构造 主要是膏盐发生塑性聚集,并不是在逆冲断裂的直接参与下形成的,其典型形态呈“透镜状”或“半透镜状”,膏盐在盐枕构造轴部增厚明显,两侧逐渐减薄,具有翼部对称特点 (见图19)。盐上地层多表现为翼部较缓背斜形态,盐下地层未见明显变形。当在区域加压应力作用下,由于膏岩盐的存在,盐上地层对远程应力响应可能更敏感,当盐上地层受水平挤压而发生弯 曲变形时,盐上地层变形所形成空间被膏岩盐充填,膏岩盐协调了盐上、盐下地层 的构造变形。上覆地层有时具有生长地层特征,这可以用来判定纵弯褶皱形成时期,由于地层发生褶皱作用与膏岩盐充填是同步进行的,因此通过生长地层可以确定盐枕构造形成的时期。

④盐底辟相关构造样式

地震剖面解释揭示出盐底辟相关构造样式主要有盐相关逆冲断裂及盐上隆起.受膏岩 盐影响,塔中地区大型断裂多为盖层滑脱式,断裂在膏岩盐内滑脱,同时断裂上盘有时发育反向逆冲断裂,构成冲起构造.膏岩盐的特殊变形不但影响了断裂的性质而且使逆冲断裂的冲断作用更加强烈,致使断裂上盘遭受剥蚀,形成淋滤带,有力改善了奥陶系碳酸盐岩的有效储集空间。.盐上隆起是塔中地区盐底辟另 一 种常见的相关构造样式,剖面上具有背斜形态。有时膏岩盐的聚集并不明显,因此其上覆地层隆起形态有时并不十分显著。

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图19 盐 底 辟 典 型 构 造 样 式

(3)盐底辟形成机制

加里东中、晚期,受昆仑洋及阿尔金洋闭合影响,塔里木盆地塔中地区称为前陆前缘隆起。加里东早期形成的盐下正断裂构造反转,形成基底隆起,膏岩盐由于密度较小,因此向隆起顶部发生聚集,同时由于冲断作用,邻近断裂的膏岩盐的形态受断裂改造作用明显。盐构造形成与原始膏岩盐厚度及供给密不可分,塔中地区由于膏岩盐沉积时期厚度相对较薄, 并未刺穿地层,没有形成如库车前陆冲断带所发育的多种类型的盐底辟构造。塔中地区盐底辟发展为盐枕构造,在演化阶段上处于盐底辟构造演化初级阶段。

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(二)岩浆底劈构造

(1)构造样式

岩浆底辟构造的形成,主要由于岩浆是熔融体,密度低,在上覆层的差异垂直应力作用下,加之断层的诱发,常常向地表喷溢,形成底辟构造。断层带多是岩浆活动的通道,因此这类构造多沿断裂带分布。岩浆底辟与盐底辟和泥底辟有 很大差别,从底辟核物质产出层位来看,前者底辟核物质来自深部,而后两

底辟 核物质均为盖层内沉积物。

塔中地区盐底辟是隐刺穿构造,而岩浆底辟均为刺穿构造,探井揭示出塔中地区曾经发生较强烈的岩浆侵入活动,形成了形态各异的岩浆底辟构造。通过地 震剖面解释,塔中地区岩浆底辟构造样式主要有岩墙和岩被。由于塔中地区岩 浆底辟与巴楚一柯坪地区一致,通过巴楚一柯坪地区野外地质勘查,发现岩浆岩沿着断层侵入, 从而形成岩墙构造.也可 以发现一些小规模的岩浆沿着地层侵入,表现为岩席、岩枝等构造,但这在地震剖面上很难识别。

岩墙是塔中地区地震剖面上最常见岩浆底辟构造样式,剖面上近直立,切穿早古生代沉积地层,当遇到横向的薄弱带时,则顺层侵入构成岩被,有时到达地表,在二叠系地层广泛发育的岩浆岩就是最好的证据(见图20)。岩被的发育通常伴随岩墙发育,并且一同构成岩蘑菇,但是岩墙不一定伴生岩被发育,这主要与地层的发育情况及岩浆供给有关。岩浆底辟通常会伴生一些正断裂发育。这些正断裂位于底辟顶部,这是由于岩浆底辟形成后冷凝收缩引起上部地层坍塌而成.

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图20 岩 浆 底 辟 典 型 构 造 样 式

(2)形成机制

塔中地区岩浆底辟形成机制与盐底辟形成机制有很大不同。首先是大地构造环境不同,塔中地区盐底辟形成于加里东中、晚期的挤压构造背景下,而岩浆底辟形成于海西晚期拉分构造背景。岩浆底辟的发育与断裂密切相关(见图18),这是由于岩浆往往沿着薄弱带侵入地层,而断裂则为岩浆侵人提供了重要的通道,塔中地区不但发育近EW向的断裂,而且发育近N E向撕裂断裂(tear fault),它们都是岩浆侵入的通道。

(三)底辟构造与油气关系

(1)盐底辟与油气关系

塔中地区盐底辟与油气关系较密切,正是膏岩盐的特殊力学行为,使塔中地区逆 冲断

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裂发育,尤其以塔中东部地区冲断较强烈,进而形成了大量的潜山披覆构造,底辟构造的形成使上覆地层变形更强烈,致使奥陶系碳酸盐岩产生裂缝,有利于改善储层质量。膏岩盐的封盖性已经得到 普遍认可,塔中地区膏岩盐聚集形成的盐底辟对于下覆地层具有非常有效的封堵性,利于油气保存。盐底辟及其伴生构造可以形成良好的圈闭,使油气聚集油气藏。塔中地区烃源岩主要在下寒武统、中、下奥陶统和上奥陶统良里塔格组。中、下寒武统膏岩盐聚集形成盐枕构造,可以形成有效的封盖条件,下寒武统烃源岩生成的油气可以在盐枕构造之下地层聚集成藏。与盐枕构造相关大型盖层滑脱断裂可以起到良好的疏导作用,有效沟通烃源岩与储集层,使油气向上运移,在冲起构造顶部聚集,形成潜山一披覆油气藏(见图21a)。如现已发现的T Z1油气藏、T Z4油气藏。

图21 底 辟 及 相 关 构 造 油 气 成 藏

(2)岩浆底辟与油气关系

岩浆底辟同样与油气关系密切。岩浆底辟的形成过程释放大量的热量,是该地区具有

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较高的古地温, 加速了烃源岩的成熟,使其提前进入生烃门限,可以进一步促进有机质的热演化。此外也可以使烃源岩发生二次生烃作用。岩浆底辟常常伴随着热液的活动,可有效改善碳酸盐岩储集性能。与断裂相类似,岩浆

底辟具有较好的垂向疏导和侧向遮挡性。岩浆底辟形成后,由于冷却作用发生体积收缩,为油气运移提供良好的垂向运移通道。

. 岩浆底辟及其伴生构造形成的圈闭在塔中地区被证实是非常重要的圈闭类型。二叠纪岩浆底辟形成虽然可以破坏早期形成的油气藏,但是受其改造也可以形成次生油气藏,喜 山期形成的油气可以在岩浆底辟及其伴生构造形成的圈闭聚集成藏。如塔中47油田的油气藏是塔中地区典型的受岩浆底辟及其伴生构造控制的油气藏.岩浆底辟致密性,侧面上有效遮挡油气,形成重要的含油圈闭。此外,油气在底辟构造与围岩间向上运移,当遇到岩被时,还可以形成较好的油气藏,在底辟构造顶部发育的断裂一岩性圈闭也可以俘获油气(见图21b)。这2类勘探目标在塔中地区不容忽视。

(四)结论

(1)塔中地区主要发育盐底辟和岩浆岩底辟2种类型,盐底辟 构造样式主要为断裂遮挡型,逆冲断裂上盘侧向挤压型和纵弯褶皱型,而岩浆底辟构造样式较丰富,主要有岩墙,岩被等。

(2)塔中地区盐底辟构造主要在加里东挤压环境下形成,而岩浆底辟主要在海西期拉分环境下形成。基底隆起及断裂的发育对盐底辟具有控制作用,基底卷入逆冲断裂及NE向调节断裂对岩浆底辟发育具有重要控制作用。

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(3)塔中地区底辟构造与油气关系密切,盐底辟和岩浆底辟构造 及其伴生构造可以形成良好圈闭,是油气勘探有利目标。

5、【火成岩构造】

(一)火成岩分布及形成期次

在此我们以辽河油田为例,辽河断陷盆地早第三纪存在多期岩浆活动, 各类火成岩分布极为广泛。分析火成岩的形成期次,有助于搞清火成岩储集层的演化(如裂缝的发育期次等) , 并可根据与油气运移期的关系来判断火成岩圈闭的有效性。对于喷发岩而言, 可以根据赋存的上下沉积岩层来对比和判断火成岩形成期次。通过对东部凹陷龙606井区研究, 发现本区存在多期火成岩, 其中最重要为沙三期火成岩。沙三期火成岩又可划分5期。结合薄片观察、火成岩年龄测定、测井响应等分析,其岩性为基性浅成侵人岩—辉绿岩, 这是继东部凹陷中段粗面岩储层之后又一类型的火成岩发现了油气, 表明东部凹陷火成岩储层的多样性, 从而开辟了新的勘探领域。

(二)构造背景是火成岩能否成藏的关键

东部凹陷目前有两个火成岩油气藏发育区, 即欧利佗子和黄沙沱油田。这两个油田的共同特点是, 火成岩含油气层段都位于沙三段, 都是粗面岩成藏, 如果单从表面来看, 似乎火成岩成藏和岩性关系密切。但是把火成岩成藏放在东部凹陷总的构造背景下考虑, 就会发现东部凹陷火成岩成藏有其独特的构造发育背景。首先这两个地区火成岩油气藏地质位置十分独特, 都位于东部凹陷中段应力集中部位。从本区所处于的地质位置分析, 本区经历了多期构造改造, 而每期构造运动对本区的改造都是很强烈, 而且由于本区构造十分狭窄, 使火成岩易破碎形成裂缝, 从黄沙佗的小23等井岩心观察, 本区发育多组高角度裂缝, 证

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实了构造运动对火成岩储层的改造是十分关键的。根据近期对东部凹陷的研究, 东部凹陷古新世受控于伸展构造作用, 而渐新世以来, 尤其是东营期后以走滑构造作用为主。后期的走滑作用, 明显对火成岩储层形成强大的挤压, 使其产生裂缝。更有说服力的是,在黄沙佗构造的低部位部署的小24井, 其岩心观察水平裂缝极其发育, 证实本区确实经历过后期构造的走滑挤压。

综上所述, 本区火成岩至少发育两期构造裂缝, 完全被充填的裂缝为早期裂缝, 而未被充填或部分充填的裂缝为晚期裂缝。显然, 晚期的构造裂缝对提高火成岩的储集性有重要价值。观察结果和构造分析相吻合。正是由于东部凹陷中段独特的地质背景, 形成了独特的火成岩油气藏〕强烈构造作用的结果极大地改善了火成岩储层的储集性能:一方面构造作用诱发大量构造缝产生, 相互连通的构造缝能使渗透率提高几个数量级;另一方面构造作用产生的构造缝促进了地下流体活动, 易溶物质—一长石杏仁体及充填的各种孔、缝、洞、碳酸盐极易被溶解, 形成次生储集空间次生的各种溶蚀孔、洞、缝是东部地区火成岩的主、要储集空间类型。如欧利佗子地区欧26、黄沙佗地区小22、小23等井均获日产100t以上的高产工业油流, 就是得益于这些地区均位于构造应力释放点, 火成岩体高度破碎, 构造缝系统与其它成油条件具有良好的配合。

(三)充足的油源条件是火山岩成藏的基础

首先, 邻近或位于主要生油层系中, 是火成岩含油的有利条件。从现有试油结果和录井显示看,与沙三段生油岩互层的火成岩成藏机会要比东营组、沙一段中的火成岩高得多。现有获工业油流的火成岩层段或录井显示比较多的火成岩基本上位于沙三段。从钻探效果可见, 沙三段钻遇火成岩的井有210口。其中23口井获工业油气流,16口井低产或油水同出, 另有出水和显示井多口, 占全部钻遇井的39%, 其中油流井占全部钻遇井近10%多一点;而沙一段钻遇火成岩的160口井中油流井2口, 油气层井1口, 显示井7口, 仅占全部钻

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遇井的6.3%;东营组比例更低, 全部钻遇井有188口,显示井12口, 占全部钻遇井的6.4%。火成岩油气藏之所以与生油岩相伴生, 主要有如下的原因:

(1)生油凹陷由于远离物源区, 砂岩储层往往不发育, 而生出的油气是现实存在的, 火成岩的存在则弥补了缺少砂岩储集层的缺陷。

(2)生油岩在生烃过程中往往产生异常压力,既可以改善火成岩储集性能, 也能成为油气进人火成岩储层的动力。

(3)生油岩有机质的成熟阶段与岩石晚成岩阶段相伴, 与火成岩相邻的暗色泥岩产生的大量有机酸性水沿层间或断裂一裂缝渗透进人到火成岩体中, 溶蚀作用有助于产生溶解孔洞和溶蚀缝。

(4)火成岩异常热效应加速了有机质热演化,促使有机质早熟, 同样可以使油气早期充填火成岩的裂隙之中, 抑制了其它矿物质充填, 有利于油气藏的形成。

(5)断陷湖盆火成岩体一般单体规模不大, 而且纵横向变化强烈、储层非均质性强导致了火成岩储层不如砂岩储层连通性差, 因此只有邻近油源才能有效地吸收油气进人。其次, 火成岩裂缝的主要发育期与重要成油期相近, 是火成岩裂缝含油的有利条件。下辽河盆地早第三纪的火成岩裂缝和气孔被方解石和沸石的充填程度较高, 也可以认为沸石的充填主要是岩浆后期热液的产物, 它主要分布在气孔之中。而方解石的充填主要是地下含钙水溶液长期作用的结果,它主要分布在裂隙与外界连通的气孔之中, 对于后者, 是一个比较漫长的充填过程。如果裂缝形成过程或形成以后很快就有油气注人, 后来的充填物就不易占据这个位置。如在热河台构造, 沙一时期的构造一断裂作用, 不但使沙三段火成岩产生裂缝,而且也使沙三段油藏形成。裂缝的形成期与成油期是相近的。因而热河台构造的火成岩裂

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缝中含油比较普遍。如辽6井的火成岩裂缝含油总厚度可达109m。此外, 在热11-7、24、11等井中均见到火成岩裂缝含油的类型。从辽河盆地火成岩获得工业油气流井的平面分布来看, 从南部的荣76、黄95井、中段的热24、欧气3、欧26、小22井到北部的龙606、牛56井, 这些井都位于断裂背斜构造带上, 火成岩的下面都有生油岩, 并且都有油源断层和火成岩相接, 形成了较好的火成岩油气藏。

6、【不整合构造】

(一)不整合结构类型

不整合不仅是构造运动或海(湖)平面变动事件的记录者,而且也代表了后期地质作用对前期沉积岩(物)不同程度的改造,这种改造程度的不均一性及后期下沉发生水进,形成上覆岩石,造成不整合的多层次结构。不整合一般在纵向上分为不整合面之上岩石、风化粘土层及半风化岩石3层结构。不整合面之上岩石是指紧邻不整合面之上,位于上覆岩层底部的那套岩石;风化粘土层位于风化壳最上部,是在物理风化的基础上,生物化学风化作用改造下形成的细粒残积物,它是识别不整合的重要标志,也是地层不整合油气藏勘探研究不容忽视的结构层,对油气多起遮挡作用,利于形成有效地层不整合圈闭;半风化岩石对应于风化淋滤带,其风化基岩可以是包括碎屑岩、碳酸盐岩及变质岩在内的各种岩石类型,是不整合结构中重要组成部分,往往对油气输导效率有一定的提高,并能够对储集层进行一定程度的改善,利于后期油气的储集。

根据风化粘土层及半风化岩石的发育程度,将济阳坳陷古近系不整合分为两类三种(图7)。Ⅰ型结构不整合:该类不整合面下风化壳相对发育。根据风化壳中风化粘土层的发育程度又可细分为Ⅰ1型和Ⅰ2型两种结构类型。其中,风化粘土层发育的为Ⅰ1型,不发育的为Ⅰ2型。Ⅱ型结构不整合:该类不整合面下风化粘土层及半风化岩石均不发育。

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图22 不整合结构类型示意图

(二)济阳坳陷不整合发育概况

济阳坳陷东以郯庐断裂中段(沂沭断裂)与鲁东隆起相隔,西部和北部以埕宁隆起和渤南凸起与黄骅坳陷、渤中坳陷相邻,南部以齐河—广饶断裂与鲁西隆起分界,西南部与临清坳陷相连,是中国东部中新生代裂谷系渤海湾盆地中的二级盆地,经历了中生代的反倾块断期,古近纪盆倾断陷期和新近纪整体拗陷期。断陷期广泛发育构造油气藏、岩性油气藏、地层不整合油气藏等,是济阳坳陷最重要的油气勘探目的层系。

济阳坳陷新生界自下而上除发育了孔店组与下伏前第三系、东营组与上覆新近系馆陶组、新近系与第四系之间的区域性不整合外,孔店组与沙河街组、沙河街组内部沙四段与沙三段、沙二段与沙一段之间也发育有不同规模的不整合(表1)。本文以济阳坳陷古近系的不整合为例进行探索研究。

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图23 济阳坳陷新生界不整合时代分布

7、【走滑伸展构造】

(一)伸展走滑构造样式

走滑构造普遍存在于盆地构造体系之中,它是一种重要的含油气构造样式。对走滑构造的研究就显得尤为重要, 但在济阳坳陷中新生代是否有走滑活动仍然存在比较大的争议。区域上济阳坳陷夹持在华北地块郯庐断裂带和兰聊断裂带两条大型走滑断裂带之间, 因此, 其形成和演化也明显受到走滑作用的影响,形成一系列走滑构造类型。走滑构造总体呈线性特征, 具多期活动特点, 压扭和张扭并存, 走滑位移不均一, 可以成为流体运移上升的通道,在地震剖面上表现为正花状构造或负花状构造。雁列褶皱一般位于走滑断裂带旁侧

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或横跨其上, 是重要的油气圈闭类型之一。花状构造、走滑断层、线形窄向斜、雁列式褶皱、雁列式断块和捩断层等走滑构造类型在坳陷区内均有发现。正花状构造或负花状构造是地震剖面上识别走滑断裂系统的最清晰、最重要的标志。此外, 由于平移错动而使得断层两盘地震反射失去连续性, 尤其是由于扭动断裂内部的强烈剪切破碎, 变形复杂, 往往出现杂乱反射。断层两侧重力和磁力异常不连接, 不协调。根据这些特征, 在地震剖面构造解释工作中发现盆地内发育有大量的走滑断裂构造, 从西部的惠民凹陷到东部的沾东地区和东营凹陷东部均有广泛的分布。以惠民凹陷和东营凹陷为例, 在这个区域主要发育了4 条较大规模的走滑断裂系, 最东面一条位于东营凹陷东南的八面河断裂, 向西到王家岗断裂带的西侧为第2 条走滑断裂系统(丁家屋子断裂带),第3条位于高青断裂带部位,向西到惠民凹陷的白桥断层为第4条走滑断裂。这些走滑构造系统多为晚中生代即开始活动, 一些控制了J3 -K1 的走滑断陷盆地, 并在早第三纪时期持续活动, 构造变形样式上表现为负花状构造, 显示走滑伸展的构造性质。在606、620 和629 主测线位置均可以见到以负花状构造为特征的走滑伸展构造的发育, 它们的显著特征为由基底直立断层和向上分叉撒开的分支断层组成, 断层倾角由下向上, 由近直立逐渐变为陡倾, 剖面上断层多为向上撒开的正断层形态, 表现为下窄上宽的锥型构造, 顶部为一狭窄的向斜构造形态。断层主要切穿了中生界及其以下的地层, 过T r 界面断距显著减小,表明其活动性主要在中生代时期, 到新生代时期仅有微弱的活动, 在Es3-Ed 地层中形成狭窄向斜, 它们在晚第三纪仍然有活动的迹象。以八面河断裂为例, 八面河断裂发育在东营凹陷南部斜坡东段, 呈NE 走向, 倾向NW。3D 地震剖面上( 特别是联络线) 可见丰富的花状构造(图24) 。该走滑构造系统开始发育于主燕山运动控制晚中生代走滑断陷盆地时期,之后晚燕山运动在新生代多次活动, 以右旋走滑断裂为主。

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图24 东营凹陷T1100 测线地震反射特征及构造解释图

(二)走滑构造伸展构造与含盐流体对油气控藏的作用

从临南洼陷油气分布图(图25) 可知, 油气藏明显沿临邑断裂、夏口断裂、曲堤断裂及其关走滑伴生构造分布;目前看来沿同一条走滑断裂带的油气分布还有不均一性;临邑断层已发现有临盘油田、商河油田和玉皇庙油田;夏口断裂带聚集了临南油田、江家店油田;此外在曲堤断裂带聚集了曲堤油田。更重要的是在洼陷的营子街断裂带也有新的发现。从油藏剖面图上看(图26) , 临邑断裂带聚集了丰富的油藏;夏口断裂带和营子街断裂带也有较丰富的油藏。油气藏大多属断层-岩性油气藏这样的油气聚集规律不是偶然的。

该区圈闭包括多种类型:

(1) 断块圈闭-该类圈闭有的整个断块都含油, 但大断块高部位为油, 低部位为水。由于该区断层极发育, 断块圈闭在全区分布广泛, 层位上从沙下至沙一段构成本区的主要类型。

(2) 背斜构造圈闭-背斜高部含油, 底部含水。馆陶组发育背斜构造, 也存在此类圈闭。

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(3) 构造-岩性圈闭-主要由于断层在储层上倾或下倾方向形成封堵, 储层另一方向尖灭。该类圈闭主要发育在临邑、夏口和营子街断裂带。

图25 临南洼陷油气分布图

(三)结论

(1) 走滑-伸展期, 构造圈闭主要集中在走滑断裂带附近, 在持续的构造过程中, 断层-岩性圈闭不断复杂化, 同时逐渐发育了掀斜断块圈闭, 掀斜程度也不断加强。明化镇期的加速沉降使构造圈闭幅度加大, 延伸至馆陶、明化镇组, 也形成了背斜圈闭。

(2) 凹陷在孔店组和沙四段的裂陷作用期孕育了超压含盐流体动力系统, 在走滑-伸展期该动力系统开始成型。走滑-伸展期孕育了沙三段中下部的超压系统, 东营组沉积后该系统成型。此时在走滑断裂带附近逐渐形成低压含盐流体动力系统。自此, 两套动力系统共同作用, 控制了油气的运移。

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图26 临南洼陷夏326-临32南北向油气藏剖面

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