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东濮凹陷位于渤海湾盆地南缘,呈长条形沿NNE向展布,北窄南宽,面积约5300km2。依据基底形态及断裂特征等,东濮凹陷自西向东可进一步划分为西部斜坡带、西部洼陷带、中央隆起带、东部洼陷带及东明集断阶带等5个二级构造单元。本次研究工区地处东濮凹陷西部斜坡带中段,南起庆祖集构造南端,北至胡66井区,西抵五星集断层,东到长垣断层东侧,是目前中原油田油气勘探开发的主要地区之一。研究区构造复杂,发育长垣、石家集、五星集、邢庄及马寨等呈雁行式展布的多条大断裂,将斜坡带切割为具三个东掉的断阶带,且与其配套、派生的次级断层也相当发育,它们对西部斜坡带的沉积充填、构造演化、油气成藏等起了决定性的控制作用,但由于这些断层的发育期次不同,活动规模各异,走向与倾向互有区别,导致不同断层对沉积、油气成藏的控制作用也存在差异,并致使不同断阶、不同区块的油气成藏特征、聚集规律与富集程度各具特点。
本论文以东濮凹陷西部斜坡带为解剖对象,采用静态描述与动态模拟相结合、宏观与微观相结合、定性与定量相结合的综合研究技术,以断裂构造分析为主线,重点研究了东濮凹陷两部斜坡带石家集、长垣、五星集、邢庄、马寨等断裂的纵向结构模式、平面组合特征、演化历史,以及不同断阶和同一断阶不同断块沉积充填特征、油气成藏动力学过程和分布规律等的差异性,综合分析了断裂对沉积和油气成藏的控制作用,建立了断裂作用控制下的沉积充填模式和油气成藏模式。取得了如下主要成果和认识:
1.西部斜坡带断裂的产生和发育主要受拉张应力条件与两侧岩石力学性质差异性的控制。在纵向结构上,主要表现为平直型和上陡下缓型、平缓座椅型、犁式或铲形三种类型。其中,五星集断层、石家集断层为平直和上陡下缓型;邢庄断层为平缓座椅型;长垣断层和马寨断层为犁式或铲形断层。在平面上,整体上自西至东呈依次平行式延伸,其中五星集断层断裂较平直,但发育不全;石家集断裂由多条平行小断层组成,单条断层断距不大,呈断阶状相连;长垣断层呈分段式弧形展布;马寨断层与邢庄断层呈平行式展布特征。在形成机制上,五星集断层、石家集断层和马寨断层是在简单伸展作用力下发育的,而长垣断层和邢庄断层是在斜向伸展作用下形成的,表现为以伸展作用为主,叠加有“右旋”走滑作用。
2.西部斜坡带的断裂活动受先期基底断层的制约,主干断裂具有明显的幕式和分段性活动特征。总体上,沙三段沉积期为断裂强烈活动时期,且活动强度在胡庆地区由南向北依次减弱,而在柳屯地区则表现为中间大南北两端小的特点。在活动历史上,五星集断层和马寨活动时间最早,长垣断层和邢庄活动时期相对较晚,但活动时间较长,石家集断裂的活动时期则介于五星集断层和长垣断层之间。
3.西部斜坡带构造发育受断裂、下伏基底结构和盐岩层等因素的共同控制,主要发育有顺向断阶式、反向断阶式和复合型断阶式三种典型构造样式,同时还派生发育有屋脊式断块构造以及叠加的盐拱构造和逆牵引构造等。断块是研究区最重要的局部构造类型,其在平面上总体呈左阶斜列展布,且具继承性发育特点。
4.西部斜坡带新生代构造演化可划分为初始裂谷、裂谷发展、调整萎缩、局部反转、再次裂陷及整体坳陷等六个阶段,且不同构造演化阶段具有不同的形成背景、机制及特征。
5.石家集、五星集、长垣等断裂共同控制了研究区的沉积充填样式、砂体类型及其平面展布。西部斜坡带从沙四时期至沙三晚期主要经历了超覆斜坡充填、箕状断陷充填及断坳充填三个发展阶段,且各阶段有其独特的沉积作用、沉积体系和砂体类型,并对应于不同的断裂活动特点。
6.不同沉积时期具有不同的断裂-砂体配置关系及模式。沙四段沉积早期,西部斜坡带发育低能浅滩沉积;沙三段沉积早期,主要发育扇三角洲、斜坡底部或同生断裂下降盘的斜坡扇和湖底扇及深水盐湖沉积。沙三中亚段-沙一段沉积时期,以三角洲及浅湖相沉积为主。石家集和邢庄断裂带砂体以横切断裂输送模式为主,长垣断裂胡83-胡41井断阶带附近以平行断裂输送模式为主。
7.Ⅱ台阶内部次级同生断裂下降盘、长垣断裂下降盘以及沙三下亚沉积时期古同生断裂下降盘是研究区有利的砂体发育区带,其内的砂体为重要的勘探挖潜对象。
8.西部斜坡带断裂对流体动力场分布及演化具有较为明显的控制作用。自Ⅰ台阶向Ⅱ台阶再到Ⅲ台阶,今地温梯度呈逐渐增加的趋势;古地温梯度自古至今总体有逐渐变小的趋势。Ⅰ台阶超压发育,剩余压力演化经历“一个半增压一泄压旋回”;Ⅱ台阶以常压为主,压力演化历史较为复杂;Ⅲ台阶现今表现为常压,压力演化经历“一个增压一泄压旋回”。古流体势分布具有一定的继承性,自Ⅰ台阶至Ⅱ台阶再至Ⅲ台阶,流体势逐渐降低,处于流体势过渡区的Ⅱ台阶为有利的油气聚集区。
9.受断层作用的制约,西部斜坡带不同台阶具有各异的油气成藏动力学过程。Ⅰ台阶的沉积和沉降速率高,有利于烃源岩的发育,沙三中和沙三下亚段烃源岩成熟度高,生、排烃能力强,为主力烃源岩系,并为研究区的油气聚集提供了最重要的烃类来源;Ⅱ台阶沙三段烃源岩也已达成熟生烃阶段,可提供部分烃类来源;Ⅲ台阶烃源岩成熟度低,多处于未熟-低熟阶段。西部斜坡带储层烃类有机包裹体发育,并以盐水两相和液态烃+盐水两相包裹体为主;产状主要为穿石英颗粒裂缝(纹)和石英颗粒内裂缝(纹),并具黄色、蓝色、白色等多种荧光颜色;研究区经历了早、中、晚三期油气充注过程,其中Ⅰ台阶以中期和晚期油气充注为主,Ⅱ台阶三期油气充注均发育,Ⅲ台阶仅局部区块接受了晚期油气充注。
10.不同台阶在油气藏流体性质、油气分布及成藏特征等的差异性指示着断裂对西部斜坡带油气成藏具有重要的控制作用。Ⅰ台阶以密度、低粘度轻质原油(Ⅰ类)为主,主要含油层位为沙三中亚段;Ⅱ台阶以中密度、中粘度中质原油(Ⅱ类)为主,主要分布于沙三中亚段,其次在沙三下亚段;Ⅲ台阶以高密度、高粘度中质稠油(Ⅲ类),主要含油层位为沙三下亚段。Ⅰ台阶主要发育反向断块层状油藏、岩性油藏及断块-岩性油藏等,Ⅱ台阶发育与断裂作用有关的多种类型油气藏,Ⅲ台阶主要发育背斜、断鼻、顺向断块、断背斜、顺向断阶和反向断块复合、不整合油藏。断裂对西部斜坡带油气成藏的控制作用主要表现在对构造条件和输导条件的影响上。研究区存在自源-砂体侧向运聚、混合源-砂体-断层侧向-垂向运聚及它源-砂体-断层-不整合面侧向-垂向阶梯状运聚等3种主要油气成藏模式,并以第二种最为重要和有利。
论文取得的创新点主要体现在以下两方面:
(1)揭示了东濮凹陷西部斜坡带断裂活动的“幕式”和“区段式”特征,明晰了主要断裂的纵向结构及相互之间的纵、横向交切关系。
(2)从宏观与微观相互结合、印证角度揭示了西部斜坡带断裂对油气成藏的控制作用,建立了三种油气成藏模式。