南堡凹陷1号构造带帚状构造特征及其地质意义.pdf
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1、2023 年 8 月第 58 卷 第 4 期南堡凹陷 1号构造带帚状构造特征及其地质意义孙永河1,2,刘露*1,2,孟令箭3,马妍4(1.重庆科技学院重庆非常规油气开发研究院,重庆 401331;2.复杂油气田勘探开发重庆市重点实验室,重庆 401331;3.中国石油冀东油田勘探开发研究院,河北唐山 063004;4.东北石油大学地球科学学院,黑龙江大庆 163318)摘要:由于控制南堡 1号构造带的帚状构造的主干断裂和次级伴生断裂组合样式与常见的帚状构造断裂组合样式存在差异,在南堡凹陷多期叠加变形的应力背景下,基底先存断裂的再活动及晚期与新生断裂相互作用使帚状构造的演化过程复杂化,进而难以了
2、解帚状构造成因及其对油气的控制规律。为此,基于三维连片地震资料,应用构造解析理论和相关技术,系统研究南堡凹陷 1号构造带的构造样式并恢复其演化过程,重点探讨帚状构造的成因及其与油气成藏的内在联系,以期为渤海湾盆地帚状构造区的油气勘探提供理论依据。结果表明:南堡凹陷 1号构造带帚状构造由主干断裂 F1、FN及次级断裂控制。F1在中生代开始活动,新生代再活动并由南向北传播、生长,南部边界断裂 FN在 Ed3沉积期开始活动,二者夹持的次级断裂在 Nm 沉积期开始活动。帚状构造经历了古近纪裂陷幕、幕和新近纪后裂陷期三个演化阶段。古近纪 Es沉积期主干断裂分段生长为帚状构造的形成提供了背景,古近纪 Ed
3、沉积期应力场转变为帚状构造发育提供了应力机制,新近纪 NgNm 沉积期 F1的斜向伸展作用和 FN的正交伸展作用控制了次级断裂,帚状构造就此定型。南堡 1号构造带帚状构造的发育一方面指示新生代存在一期应力体制转变,另一方面反映了控制帚状构造的主干断裂和次级断裂作为油源断裂控制油气垂向运移,同时控制同向断层圈闭和反向断层圈闭的形成油气富集部位。关键词:南堡凹陷,帚状构造,主干断裂,应力体制,油源断裂,垂向运移,圈闭中图分类号:P631 文献标志码:A doi:10.13810/ki.issn.1000-7210.2023.04.022Characteristics of brush struct
4、ures in No.1 structural beltand their geological significance in Nanpu SagSUN Yonghe1,2,LIU Lu1,2,MENG Lingjian3,MA Yan4(1.Institute of Chongqing Unconventional Oil and Gas Development,Chongqing University of Science and Technology,Chongqing 401331,China;2.Chongqing Key Laboratory of Complex Oil&Gas
5、 Field Exploration and Development,Chongqing 401331,China;3.Research Institute of Exploration and Development,PetroChina Jidong Oilfield Company,Tangshan,Hebei 063004,China;4.School of Earth Science,Northeast Petroleum University,Daqing,Heilongjiang 163318,China)Abstract:The main and secondary assoc
6、iated fault configuration of brush structures controlling the Nanpu No.1 structure belt is different from the common brush structure fault configuration.For this reason,the evolution process of brush structures is complicated due to the reactivity of preexisting basement faults and the interaction b
7、etween late and new faults under the background of multistage superimposed deformation in Nanpu Sag,and it is difficult to understand the genesis of brush structures and their control law on oil and gas.Therefore,based on threedimensional(3D)contiguous seismic data,structural analysis theory and rel
8、ated techniques are applied to systemati 地震地质 文章编号:1000-7210(2023)04-0983-10*重庆市重庆科技学院重庆非常规油气开发研究院,401331。Email:本文于 2022年 8月 5日收到,最终修改稿于 2023年 4月 18日收到。本项研究受重庆市自然科学基金创新发展联合基金项目“复式断陷盆地断裂分段生长机制及对油气成藏与开发的控制作用研究”(CSTB2022NSCQLZX0020)、重庆英才创新领军人才项目(17202)和黑龙江省教育科学规划重点课题项目“一流本科课程 建设背景下的构造地质学课程团队教学新模式探索研究”(
9、GJB1421102)联合资助。石 油 地 球 物 理 勘 探2023 年cally study the structural pattern of the No.1 structural belt in Nanpu Sag and restore its evolution process,and the genesis of brush structures and its internal relationship with oil and gas accumulation are highlighted,so as to provide a theoretical basis for
10、oil and gas exploration in the brush structure of Bohai Bay Basin.The results show that:The brush structure of the No.1 structural belt in Nanpu Sag is controlled by main faults F1 and FN and secondary faults.F1 started to be active in the Mesozoic and then reactivated in the Cenozoic.It propagated
11、and grew from south to north.The southern boundary fault FN started to be active in the Ed3 deposition period,and the secondary fault held by F1 and FN started to be active in the Nm deposition period.The brush structure has experienced three stages of evolution:Paleogene rifting and,as well as post
12、Neogene rifting.The segmented growth of main faults in the Paleogene Es deposition period provides the background for the formation of the brush structure,and the stress field in the Paleogene Ed deposition period provides the stress mechanism for the development of the brush structure;the oblique e
13、xtension of F1 and the orthogonal extension of FN in the NgNm deposition period of the Neogene control the secondary faults,and the brush structure is established.On the one hand,the development of brush structures in the Nanpu No.1 structural belt indicates the stress regime transition in the Cenoz
14、oic.On the other hand,the main and secondary faults controlling brush structures as oil source faults control not only the vertical migration of oil and gas but also the formation of synchronous and reverse fault traps,indicating the location of oil and gas enrichment.Keywords:Nanpu Sag,brush struct
15、ure,main fault,stress regime,oil source fault,vertical migration,trap孙永河,刘露,孟令箭,等.南堡凹陷 1 号构造带帚状构造特征及其地质意义 J.石油地球物理勘探,2023,58(4):983992.SUN Yonghe,LIU Lu,MENG Lingjian,et al.Characteristics of brush structures in No.1 structural belt and their geological significance in Nanpu Sag J.Oil Geophysical Pr
16、ospecting,2023,58(4):983992.0引言帚状构造是渤海湾盆地演化过程中普遍存在的一种地质构造,是在扭动背景下形成的一端收敛、另一端向外撒开,形似一把扫帚的构造样式12,通常发育在断层末端或断层分段连接处等应变非均匀部位。根据扭动方向、断裂性质和应力场环境可分为“压扭性帚状构造”和“张扭性帚状构造”23。近年来,随着渤海湾盆地勘探程度的不断提高,人们逐渐认识到不同断裂组合样式对油气资源分布的控制作用明显不同。研究发现,渤海湾盆地多个富油凹陷内的帚状构造控制油气富集 1,46,为有利勘探目标,帚状构造的结构和演化控制油气的输导和聚集。然而,人们对帚状构造的研究多偏重于描述几何
17、学样式12,对成因、演化过程的研究较少,特别是对帚状构造演化如何控制油气分布知之甚少,从而制约了进一步勘探帚状构造。南堡凹陷是渤海湾盆地的二级构造单元,内部构造样式丰富且复杂79,是一个富油且含油气层系众多的凹陷10。截至目前,南堡 1号构造带的帚状构造控制的南堡13区块已发现探明未动用石油地质储量为2718.56 万 t,具有良好的油气潜力和勘探前景。然而,人们尚未系统地研究南堡 1号构造带的帚状构造成因及其对油气的控制作用,主要原因为:控制帚状构造的主干断裂和次级伴生断裂组合样式与常见的帚状构造断裂组合样式存在差异;在南堡凹陷多期叠加变形的应力背景下,基底先存断裂的再活动及晚期与新生断裂相
18、互作用使帚状构造的演化过程复杂化,进而难以了解帚状构造成因及其对油气的控制规律。笔者基于三维连片地震资料,应用构造解析理论和相关技术,系统研究南堡凹陷 1号构造带的构造样式并恢复其演化过程,重点探讨帚状构造的成因及其与油气成藏的内在联系,以期为渤海湾盆地帚状构造区的油气勘探提供理论依据。1研究区构造背景渤海湾盆地是发育在华北陆块中东部的大型中、新生代叠合盆地1112,中生代盆地在北西南东向伸展作用下,内部发育一系列北东北北东向伸展构造和北西向变换构造1314。南堡凹陷位于渤海湾盆地北部(图1a),是在中生代基底上继承性发展的新生代陆相断陷盆地,整体呈“下断上拗、北断南超”的结构特征15(图 1
19、c)。南堡凹陷北、东、南方向分别以西南庄断层、柏各庄断层和沙北断层为界,内部发育北东北北东向和北西向基底先存断裂以及北东向、近东西向新生代新生断裂,控制了 3个次洼和 5个复杂构造带(图 1a)。新生代南堡凹陷经历了古近纪裂陷幕、裂陷幕和新近纪后裂陷期三个演化阶段,垂向发育四大构造层,分别为前古近系基底、幕断陷构984第 58 卷 第 4 期孙永河,等:南堡凹陷 1号构造带帚状构造特征及其地质意义造层(古近系沙三段(Es3)、沙二段(Es2)和沙一段(Es1)、幕断陷构造层(古近系东三段(Ed3)、东二段(Ed2)和东一段(Ed1)及拗陷构造层(新近系馆陶组(Ng)、明化镇组(Nm)和第四系平
20、原组(Qp)9。南堡 1 号构造带位于南堡凹陷西南部斜坡带 (图 1a),整体走向为北东向,是南堡油田最主要的富油构造带,油气主要在中浅层(Ed1及以上地层)聚集。基底先存断裂F1控制了构造带的形成与演化,其上盘发育的一系列同向和反向次级断裂使整个构造带复杂化,以 F1和 FN为界将南堡 1号构造带划分为南堡 11、南堡 13和南堡 15三个区块,其中南堡 13区块受控于帚状构造(图1b)。2帚状构造发育特征南堡 1号构造带的帚状构造的形成主要受控于断裂演化,本文分析不同历史时期主干断裂(F1、FN)和次级断裂的生长演化过程及其相互诱导、切割关系对帚状构造的控制作用。2.1主干断裂特征2.1.
21、1主干断裂几何学特征南堡1号构造带在南堡凹陷内沿北东向延伸,长约20 km,宽为14 km(图2a)。南堡1号构造带包括南堡 1号断裂带及其相关构造变形带,其中 1号断裂带是指基底先存断裂 F1及其派生的次级断裂组合。F1为基底卷入式主干控带断裂,F1西南部断面形态呈上陡下缓的犁式结构,向东北部逐渐变为板式结构,断面倾向南东(图2b)。由F1断距距离曲线(图3)发现,距断层西南端点 3.7、8.7和 10.7 km处均存在断距极小值点,根据分段点将F1分为F11、F12、F13和F14四段。从整体看,F11断层面形态为犁式,上盘同时发育同向和反向次级断裂,平面上呈雁列式结构,剖面图 1南堡凹陷
22、构造特征及典型地震剖面(a)南堡凹陷区域构造位置及构造纲要;(b)南堡凹陷 1号构造带主要断裂分布特征(Nm 底界);(c)南堡凹陷典型地震剖面(位置见图 a)Tg为基底顶界面;T6为 Es1底界面;T5为 Ed底界面;T3为 Ed1底界面;T2为 Ng底界面;T1为 Nm 底界面。985石 油 地 球 物 理 勘 探2023 年上构成复合反“y”字型组合样式(BB,图 2b)。F12断层面形态为犁式(CC,图 2b),F13断层面形态为板式(DD,图 2b),两者上盘仅发育反向次级断裂,平面上为帚状构造,剖面上构成反“y”字型组合样式。F14断层面形态为板式,断层上盘同时发育同向和反向次级断
23、裂,平面上呈“走向平行式”结构,剖面构成复合“反y”字型组合样式(EE和FF,图2b)。2.1.2主干断裂活动性分析根据断层生长指数(EI)和断距埋深曲线1618 研究 F1的不同段、不同时期的活动性。结果表明,F11、F12和 F14为垂向分段生长连接型断裂,F13为拗陷期新生断裂,具体表现为(图 4):F11断距埋深曲线为折线型,存在一个极小值和两个极大值点,分别对应断裂倾向连接位置和成核点。F11下部断层段从上到下断距逐渐增大,EI均大于1,该断层段自中生代开始活动,直至Ed沉积末期静止,控制了Ed、Es和中生界沉积(BB,图 2b);F11上部断层段成核点位于 Nm内,断层成核点至断距
24、为0点,EI大于1,表明断裂自中生代至Ed沉积期持续活动。F12断距埋深曲线为M型,存在两个极大值和一个极小值点,下部断层段在Es2+Es3沉积期成核后持续活动至Ed沉积末期,断距由上至下逐渐增大,断距梯度为正值,EI大于 1,之后EI等于1,断裂静止;上部断层段在Nm沉积期成核,并与下部断层段发生倾向连接。F13断距埋深曲线为反C型,只存在一个极大值点,该断层段在Nm沉积期开始活动。F14断距埋深曲线为M型,存在一个极小值和两个极大值点,F14上部和下部两个断层段分别在Nm和Es1沉积期成核,下部断层段成核点以下和上部断层段成核点至极小值点EI等于1,断裂不发生活动。综上所述,F1在中生代开
25、始活动,新生代再活动并由南向北逐渐传播,晚期又与上部断层发生倾向连接。现今 F1是由 F11、F12、F13和 F14四个断层段经平面分段生长、连接而成,F11、F12和 F14由南向北开始活动时期逐渐变新,断层面形态由犁式逐渐变为板式。2.2帚状构造特征2.2.1帚状构造几何学特征帚状构造发育在 F12和 F14连接部位,北东向 F12构成“帚把”,北东东向次级断裂在平面上呈左阶雁行排列并向北东向撒开,向南西方向逐渐收敛于主干断层F12上盘,这些次级断裂与主干断层成锐角相交,形图 2南堡 1号构造带典型地震联合剖面平面位置(a)及地质解释剖面(b)986第 58 卷 第 4 期孙永河,等:南
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