松辽盆地三肇凹陷青一段多边形断层的发育及其油气地质意义.pdf

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卷(Volume)39，期(Number)2．~,(SUM)145页(Pages)260-272，2015，4(April，2015)大地构造与成矿学GeotectonicaetMetallogenia松辽盆地三肇凹陷青一段多边形断层的发育及其油气地质意义全夏韵，李祥权一，任建业，程涛。(1．中国地质大学(武汉)构造与油气资源教育部重点实验室，湖北武汉430074；2．中国科学院海洋研究所海洋地质与环境重点实验室，山东青岛266071；3．中海油研究总院，北京100027)摘要：松辽盆地青一段发育大量密集分布的小型张性断层系，其成因一直以来颇受争议。本文选取松辽盆地三肇凹陷为研究区，通过新连片三维地震剖面精细解释及沿层相干切片分析等手段，详细描述了三肇凹陷青一段密集张性断裂系统的剖面和平面特征，提出：①青一段张性断裂系主体为非构造成因的多边形断层，其成因可能是由青山口组青一段泥岩超压幕式排烃破裂所导致，同时盆地构造反转活动对断层发育特征具有重要影响；②凹陷内多边形断层主要发育于嫩江组沉积末期，明水组沉积末期盆地强烈构造反转致使早期形成的多边形断层再活动，且对部分多边形断层的发育进行改造；③多边形断层起到沟通青一段烃源岩和分别位于其上部与下部的葡萄花、扶杨2个油气储层的作用，是凹陷内油气成藏的重要运移通道；④嫩江组沉积末期，超压使油气通过多边形断层从青一段短距离向下部扶杨储层“倒灌”运聚成藏；明水组沉积末期，超压导致油气沿重新开启的多边形断层向上部葡萄花储层或向下部扶杨储层运移聚集形成油气藏，同时垂向延伸较长的多边形断层对下部扶杨油藏可能具有一定的破坏作用。关键词：三肇凹陷；多边形断层；扶杨油层；葡萄花油层；油气运移成藏中图分类号：TEl2；P542文献标志码：A文章编号：1001—1552(2015)02．0260．0l3多边形断层(polygonalfault)最早由英国学者的发育特征、形成机制及其对油气运移的输导作用等Cartwright于1994年在研究北海盆地泥岩沉积层段中均进行了较多的研究(Cartwright，1994a，1994b；的断层时提出，它是指一种非构造成因的、具有微小CartwrightandDewhurst，1998；Lonerganeta1．，1998；断距、在平面上走向各异且相互交织成多边形的张性Dewhursteta1．，1999a；GoultyandSwarbrick，2005)。我断裂系(Cartwright，1994a)，一般发育于深水环境下沉国在多边形断层的研究方面起步较晚(余一欣等，积的细粒泥岩或页岩中(Cartwright，1994a；Lonerganet2005)，目前仅在琼东南盆地(吴时国等，2009；陈端新a1．，1998；CartwrightandDewhurst，1998；Dewhurstet等，2009，2012；Suneta1．，2009，2010；王秀娟等，2010)a1．，1999a，1999b；Goulty,2003)。目前，已在全世界50和松辽盆地(付晓飞和宋岩，2008；Heeta1．，2010；丁修多个深水沉积盆地中发现了多边形断层(Lonerganet建等。2013)相继提出多边形断层的存在。a1．，1998；Hanseneta1．，2004)。国外学者对多边形断层松辽盆地是目前世界上已发现油气资源最为丰收稿日期：2013．09．09；改回日期：2014—03-29项目资助：国家自然科学基金(批准号：41102068)7~中央高校基本科研业务费专项资金(编号：CUGL110246)]~合资助。第一作者简介：全夏韵(1989一)，女，硕士研究生，主要从事沉积、构造地质研究。Email：469707032@qqcorn通信作者：李祥权(1976一)，男，副教授，主要从事沉积盆地动力学、层序地层学、地震沉积学等方面的研究工作。Email：lxq@cug．edu．cn 266第39卷表2松辽盆地T2断层系与世界多边形断层主要几何特征对比Table2ComparisonofthegeometryfeaturesbetweenT2faultsintheSongliaoBasinandpolygonalfaultsoftypicalbasinsintheworld产生的区域应力场的影响所导致。付晓飞和宋岩(2008上具“似花状”剪切组合样式及在SN和Nw方向表在研究松辽盆地三肇凹陷的多边形断层时，也已经观现出优势方位，可用区域压性构造反转应力场下派察到三肇凹陷南北处于整体凹陷的相同构造背景，经生的剪切力偶作用来解释。如图5，在三肇凹陷中部历了相同的构造演化，而断层的发育特征却存在明显发育一Nw向发辫式断裂密集带，虽然这些断裂就的差异，但是却未能找到造成该差异的原因。个体而言主要呈SN走向(图5a)，但就整个断裂密集概括起来三肇凹陷T：断层系南北差异性主要表带而言却具有明显的NW向右旋剪切应力性质，南现在以下几个方面：①平面上断层密度具有不均一北向的小断层属于剪切带中的R(里德尔)断裂(图性，凹陷南部断层密度明显比北部大(图2)；②凹陷5b)，在地震剖面上这些小断裂表现出具有剪切性质北部断层在剖面上的垂向延伸短而且较一致(图4c)，的“似花状”特征(图5c)。三肇凹陷北部及西北部，随而凹陷中部和南部部分断层垂向延伸较长，整体表着凹陷宽度增加，并且远离应力来源方向，其所受到现为长短不一(图4a、4b)；③凹陷南部断层在剖面上的构造应力逐渐减弱，因此凹陷北部多边形断层发育表现出“似花状”剪切应力组合特征，而凹陷北部则受构造应力的影响不明显，多边形断层发育密度较凹表现为不受应力控制的随机组合特征(图4c)；④整陷南部明显减小，断距较小，断层垂向延伸较短且延体而言，凹陷南部断层断距最大，向北部断距逐渐伸长度较一致(图4c)，更具有典型多边形断层的发育减小；⑤在剖面上可观察到的Tl】多边形断层在凹特征。通过以上对断层平面特征、剖面特征，以及凹陷南部较为发育，而在北部则几乎不发育(图4)。对陷形态和构造应力场的分析，表明三肇凹陷T：断层系于上述三肇凹陷T2断层系发育特征的南北差异性，主体为非构造成因的多边形断层，因叠加了盆地构造用非构造的纯多边形断层成因很难解释得通，我们反转应力的影响而表现出具有构造断层的一些特征。分析认为其是在T：断层系多边形断层成因基础上叠加了盆地反转构造应力的影响。4多边形断层形成机制三肇凹陷是受大庆长垣和朝阳沟阶地两个近NE向构造反转带夹持所形成的倒三角形区域，区对于多边形断层的形成机制有多种认识，到目域上受SE．Nw向反转挤压应力的作用，这种特征决前为止，仍然是众说纷纭，没有定论。影响多边形断定了三肇凹陷内反转应力在南部及西南部因处于反层形成的因素也有很多，主要有岩石物性、矿物成转构造带的前缘或两侧反转构造带的夹角位置而更分及含量、构造应力和成岩作用等(Dewhursteta1．，加集中，向凹陷北侧及西北侧反转应力则明显减弱1999a；Gayeta1．，2004)。笔者相信在不同的盆地类(张功成等，1996)。三肇凹陷南部及西南部因反转应型与发育背景下，多边形断层发育的机制可能有所力集中，致使在该区域内多边形断层的发育相对密不同。就松辽盆地而言，在研究三肇凹陷多边形断集，断距较大，并且应力优先释放导致南部部分多层发育机制时就提出了密度反转(付晓飞和宋岩，边形断层垂向延伸发育较长，使其在剖面上表现为2008)、脱水收缩作用(Heeta1．，2010)和溶解作用(丁长短不一(图4a、4b)。该区域内多边形断层在剖面修建等，2013)三种成因机制，其中密度反转主要考 第2期全夏韵等：松辽盆地三肇凹陷青一段多边形断层的发育及其油气地质意义269油层进行“倒灌”运移成藏，前人研究也证实了青一究区在不同的构造部位所发育的多边形断层特征具段烃源岩向扶杨油层的排烃始于嫩江组沉积末期有较大差异。在嫩江组沉积末期，由于超压泥岩幕(杨喜贵和刘宗堡，2009)。青一段烃源岩生成的油气式排烃破裂作用，在整个三肇凹陷内发育有大量的通过T：断层系“倒灌”进入扶杨油层，T2断层下盘处多边形断层，其在平面上具有多方向性，垂向上具于构造高部位的储层圈闭，因距烃源岩近，“倒灌”运有层控性、延伸短、断距小等特点。在明水组沉积移所受到的阻力小而优先充注，形成断层一岩性油末期，超压致使先存的多边形断层选择性开启，强气藏(杨玉华，2009；付广和刘雪雪，2OLO)，而其上烈的区域构造反转使凹陷南部断层断距增大、断层盘相对应的储层圈闭则由于油源充注度的问题可能密度增加、部分多边形断层发生垂向上的延长。是水层或油水同层，从而形成扶杨油层断层两侧(2)青一段发育的油页岩是研究区的主力烃源“上油下水”的分布特征(杨玉华，2009)。岩，对其上部葡萄花油层和下部扶杨油层均具有贡明水组沉积末期，青一段烃源岩继续积累异常献作用，青一段发育的T：多边形断层正好作为油气高压，超压致使凹陷内先存的多边形断层选择性开运移通道，对源岩与储层具有良好的沟通作用。嫩启，加上该时期强烈的构造反转活动，使得部分开江组沉积末期，因青一段烃源岩与下部扶杨油层储启的多边形断层发生垂向上向两端延长f图6b)。断集体直接接触，在源岩内部超压作用下，油气沿着层活动产生超压释放，形成盆地排烃成藏高峰期(于青一段发育的规模小、垂向延伸短的多边形断层“倒有等，2011)。超压导致油气沿着开启的多边形断层灌”进入扶杨油层，形成油气藏，向上因受到多套泥向上部葡萄花油层，或向下部扶杨油层运移聚集形岩的阻挡且多边形断层垂向延伸较短，无法与上部成油气藏，该时期也为上、下两个油层的成藏关键葡萄花油层相沟通形成油气藏：明水组沉积末期，期(杨喜贵和刘宗堡，2009；杨殿军等，2011)。巨大的超压导致油气沿开启的多边形断层向上部葡萄花储超压使油气沿垂向延伸短且开启的多边形断层继续层或向下部扶杨储层运移聚集形成油气藏，由于强向下部扶杨油层“倒灌”运移成藏；垂向延伸长且开烈的构造反转导致部分多边形断层垂向延长，从而启的多边形断层，向上沟通了青一段烃源岩层和姚沟通了青一段烃源岩层和上部葡萄花油层，油气向家组的储集层，成为青一段源岩生成的油向葡萄花葡萄花油层中运移聚集成藏，然而这种垂向上的输油层中运移的主要输导通道，因该类断层向下延伸导作用对于嫩江组沉积末期形成的扶杨油藏可能会至泉头组储集岩，垂向上的油气输导作用可能会对起到一定的破坏作用。下部嫩江组沉积末期形成的扶杨油藏起到一种破坏三肇凹陷青一段多边形断层的定义及其发育和作用。对于葡萄花油层而言，油气先沿明水组沉积成藏模式的提出，对深化研究区乃至整个松辽盆地末期在超压下重新开启、并在构造反转作用下垂向油气成藏及聚集规律具有重要的意义，本文在这些增长的多边形断层进行垂向运移，再通过T。断层方面提出了一些关键性的认识，但这些认识仅仅停进行短距离侧向运移，因而断裂密集区与三肇凹陷留在模式的建立之上。尚需在今后的研究和应用中葡萄花油层油藏有着良好的对应关系(杨殿军等，加以进一步的深化和证实。2011、。致谢：东北石油大学付晓飞教授为本文多次提出宝6结论贵的修改建议，使其内容得以不断完善，在此特别表示感谢。通过对三肇凹陷内T断层系发育平面特征及剖面特征的详细剖析，并结合松辽盆地沉积特征、构参考文献(References)：造演化等研究，对T断层系断层属性及形成机制进陈端新，吴时国，孙启良，马玉波．2009．多边形断层为通道行深入探讨，进一步对比分析以青一段为烃源岩而的天然气水合物成藏研究／／中国地球物理学会．中国发育的上、下两套含油气组合的特点和成藏过程，地球物理学会第25届年会论文集．合／JE：603．主要得出以下2点认识：陈端新，吴时国，王志君，孙启良．2012．南海北部陆源深水(1)三肇凹陷内发育的T2张性断层系为多边形盆地多边形断层几何特征及成因．石油学报，33(4)：断层成因，且其发育具有多期性，加上幕式排烃期610-616．次与不同强弱性质的构造反转作用相叠合，导致研陈昭年，陈布科．1996．松辽盆地反转构造与油气聚集．成都 270斟键二威矿晕第39卷理工学院学报，23(4)：50—57．部断裂演化序列与反转构造带形成机制．石油勘探与开迟元林，萧德铭，殷进垠．2000．松辽盆地三肇地区上生下储发，40(3)：275—283．“注入式”成藏机制．地质学报，74(4)：371—377．孙雨，马世忠，刘云燕，刘宗堡，于利民．2008．松辽盆地三丁修建，柳广第，孙明亮，王盘根．2013．多边形断层系特征肇凹陷葡萄花油层成藏模式初探．地质科学，43(4)：及成因机制——以松辽盆地三肇凹陷为例．石油勘探与746-757．开发，4O(3)：309—319．王璞瑁，王东坡，杜小弟．1996．松辽盆地白垩系青山口组黑付广，刘雪雪．2010．三肇凹陷扶杨油层成藏要素空间匹配色页岩的形成环境及海水侵入的底流模式．岩相古地理，与油分布关系．断块油气田，17(5)：533—536．16(1)：34-43．付广，王超．2011．断裂密集带在上生下储油运聚成藏中的王秀娟，吴时国，王大伟，马玉波，姚根顺，龚跃华．2010．作用——以松辽盆地三肇凹陷扶杨油层为例．山东科技琼东南盆地多边形断层在流体运移和天然气水合物成大学学报：自然科学版，30(1)：21-26．藏中的作用．石油地球物理勘探，45(1)：122—128．付广，王有功．2008．三肇凹陷青山口组源岩生成油向下“倒吴时国，孙启良，吴拓宇，袁圣强，马玉波，姚根顺．2009．灌”运移层位及其研究意义．沉积学报，26(2)：355—360．琼东南盆地深水区多边形断层的发现及其油气意义．石付广，李卉，徐衍彬．2010a．三肇凹陷及周边地区葡萄花油油学报，30(1)：22—26．层源一圈空间配置及油运移疏导形式．岩性油气藏，向才富，冯志强，吴河勇，庞雄奇，李军虹．2006．松辽盆地22(1)：18_22．异常压力系统及其形成原因探讨．地质学报，80(11)：付广，王有功，袁大伟．2010b．三肇凹陷扶杨油层源断裂的再l752-1759．认识及其对成藏的控制作用．石油学报，31(5)：762—766．谢昭涵，付晓飞．2013．松辽盆地“T2”断裂密集带成因机制及付晓飞，宋岩．2008．松辽盆地三肇凹陷“T’多边断层非构控藏机理——以三肇凹陷为例．地质科学，48(3)：造成因机制探讨．地质学报，82(6)：738—749．891-907．葛荣峰，张庆龙，王良书，解国爱，徐士银，陈娟，王锡勇．杨殿军，付广，张艳梅．2011．断裂密集带在上生下储油运聚2010．松辽盆地构造演化与中国东部构造体制转变．地成藏中的控制作用——以松辽盆地三肇凹陷葡萄花油层质论评，56(2)：180—195．为例．科学技术与工程，11(12)：2792—2797．郝芳，邹华耀，方勇，曾治平．2004．断一压双控流体流动与杨喜贵，刘宗堡．2009．大型凹陷斜坡区倒灌式成藏模式——以油气幕式快速成藏．石油学报，25(6)：38_43．三肇凹陷扶杨油层为例．西安石油大学学报：自然科学胡望水．1995．松辽盆地“T2”断层系及青山口早期伸展裂陷．版，24(3)：I3-16．石油勘探与开发，22(2)：8-12．杨玉华．2009．三肇凹陷扶杨油层凹陷区上生下储式源储组合刘德来，陈发景，温详泉．1996．松辽盆地坳陷期T：断层成因油分布规律及其控制因素．大庆石油学院学报，33(2)：1-5．机制分析．大庆石油学院学报，2O(1)：23—27．于有，付广，雷琳．2011．三肇凹陷青一段源岩超压释放特征刘宗堡，付晓飞，吕延防，付广，庞磊．2009b．大型凹陷向斜及排烃期次．科学技术与工程，11(7)：1422—1428．区油气倒灌式成藏——以松辽盆地三肇凹陷扶杨油层为余一欣，汤良杰，宋纯利．2005．多边形断层系及其研究现状．例．地质论评，55(5)：685—692．世界地质，24(2)：149—153．刘宗堡，吕延防，付晓飞，付广，李迪，李晓伟．2009a．三肇张功成，徐宏，刘和甫，朱德丰．1996．松辽盆地反转构造与凹陷扶余油层沉积特征及油气成藏模式．吉林大学学报：油气田分布．石油学报，17(2)：9-14．地球科学版，39(6)：998—1006．邹才能，贾承造，赵文智，陶士振，谷志东，侯启军，赵占银，吕延防，付广，张发强，付晓飞，王兴涛．2000．超压盖层封宋立忠．2005．松辽盆地南部岩性一地层油的成藏动力和烃能力的定量研究．沉积学报，18(3)：465_468．分布规律．石油勘探与开发，32(4)：125—130．马立祥，万静萍，钱奕中．1992．松辽盆地中自垩世两次湖侵BfinzS，MienertJandBerndtC．2003．Geologicalcontrolson沉积在层序地层学研究中的意义．大庆石油地质与开发，theStoreggagas·-hydratesystemofthemid·-Norwegian11(1)：10-13．continentalmargin．EarthandPlanetaryScienceLetters，梅廉夫，费琪，徐思煌．1996．松辽盆地“T2”天然水力断裂系209：291-307．统．地球科学——中国地质大学学报，21(6)：632．CartwrightJA．1994a．Episodicbasin—widehydrofracturingof牟敦山，刘玮盈，石巍，任文佳，赵宇鑫．2010．运移输导形overpressuredEarlyCenozoicmudrocksequencesinthe式及其对油分布的控制作用——以三肇凹陷及周边地区NorthSeaBasin．MarineandPetroleumGeology，11：中下部含油气组合为例．大庆石油学院学报，34(4)：1-6．587-607．孙永河，陈艺博，孙继刚，付晓飞，胡明．2013．松辽盆地北CartwrightJA．1994b．Episodicbasin-widefluidexpulsion 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272第39卷PolygonalFaultingandPetroleumGeologicalSignificanceofQnlFormationintheSanzhaoSag，SongliaoBasinQUANXiayun，LIXiangquan，RENJianyeandCHENGTao(1．MOEKeyLaboratoryofTectonicsandPetroleumResources，ChinaUniversityofGeosciences，Wuhan430074，Hubei，China,"2．CASKeyLaboratoryofMarineGeologyandEnvironment,InstituteofOceanology，ChineseAcademyofSciences，Qingdao266071，Shandong,China,"3．CNOOCResearchInstitute,Beijing100027，China)Abstract：Numeroussmall—scaled，extensionalfaultsoccurdenselyinthemudstonelayeroftheQingshankou1。member(Qn1)inSongliaoBasin．Itsattributeandgeneticmechanismarehighlyconcernedbutstillcontroversy．Thehigh．resolution3DseismicdatasetsofanewblockthatcoversmostoftheSanzhaosagofSongliaoBasinisstudied．，ThecharacteristicsoftheprofileandplanegeometryoftheextensionalfracturesystemintheSanzhaosagweredepictedindetailthroughfineseismicinterpretationusingcoherenttechnology．BasedOtheresults，weproposedthat：(1)Theextensionalfaultsystemismainlypolygonalfault，whichprobablyresultedfromrupturepressurerelatedtotheepisodichydrocarbon-expulsionfromthemudstoneofQn1．However，thetectonicinversioninSongliaoBasinmayalsocontributetotheformationanddevelopmentofthepolygonalfaultsystem；(2)ThepolygonalfaultsweremainlyformedbytheendofdepositionperiodoftheNenjiangFormation，andsomeexperiencedverticaldirectionpropagationcausedbythestrongtectonicinversionattheendofdepositionperiodoftheMingshuiFormation；(3)ThepolygonalfaultsconnecttheQn1hydrocarbonsourcerockwiththeunderlyingFuyangoillayerandtheoverlyingPutaohuaoillayer，andthusareimportantmigrationchannelsfortheoilandgasaccumulation；(4)UntiltheendofdepositionperiodoftheNenjiangFormation，hydrocarbongeneratedintheQnlmainlymigrateddownwardintotheunderlyingFuyangoillayerviathesmallpolygonalfaultsratherthanupwardstothePutaohuaoillayer．Onthecontrary，bytheendofdepositionperiodoftheMingshuiFormation，theoilsfromQnlsourcerockcanmigrateeitherdownwardintotheFuyangoillayerorupwardintothePutaohuaoillayer．ItisnoteworthythattheverticalpropagationofthepolygonalfaultsinducedbythetectonicinversionmightalsodamagetheFuyangaccumulationsformedearlier．Keywords：SanzhaoSag；polygonalfault；Fuyangoillayer；Putaohuaoillayer；oilmigrationandaccumulation