南堡凹陷东营组构造层序地层分析及其油气地质意义

论文摘要

本文以翔实的地质、岩芯和测井以及覆盖整个研究区的高分辨率三维地震资料为工作基础，应用构造地层学、层序地层学、油气地质学，沉积体系分析多种理论相结合。以构造活动对沉积、层序及油气聚集的控制作用研究为主线，分析了研究区断层体系特征及其活动性，建立了研究区目的层段的层序地层格架，并针对南堡凹陷东营组沉积体系类型及其演化规律进行了系统分析，对比分析了研究区的层序地层结构特征，归纳了研究区在构造控制下的层序、沉积发育和油气成藏模式，最终实现构造-层序-沉积-成藏一体化研究的思路，并指出南堡凹陷东营组勘探的有利目标区域。论文主要内容包括如下几个部分：第一章主要讨论了论文选题的目的与意义，总结了构造地层学、陆相层序地层学以及石油地质学国内外研究现状和前沿，结合构造-层序和构造-沉积这一国际盆地分析技术热点，提出了构造-层序-沉积-成藏一体化研究的思路。并结合南堡凹陷勘探研究现状，和地震、地质等资料情况论证了在南堡凹陷开展构造层序地层研究的可行性和重要意义，并介绍了论文的研究思路。总体上，断层体系特征及其活动性研究是研究断层对层序构成样式、沉积及油气聚集的控制的基础，而层序地层研究是沉积体系分析的前提，正确地识别各级层序地层界面、建立高精度层序地层格架是本文研究的重要内容，精细对比不同单元的层序、沉积发育特征、厘定沉积—层序与断层活动响应关系、探讨油气聚集与幕式主干断层活动之间的响应关系是本文研究的最终目标。本研究拟采取层序地层学“点—线—面—体—时”和断陷盆地“断层活动—层序—沉积—油气聚集”相结合的研究方法。第二章介绍了南堡凹陷的基本地质概况，南堡凹陷是位于渤海湾盆地黄骅坳陷北部的一个中新生代盆地，属于渤海湾盆地中油气资源丰富的小型凹陷。该凹陷东北部以柏各庄控盆断层为界与柏各庄凸起、马头营凸起毗邻；西北部以西南庄控盆断层为界与西南庄、王老庄凸起为邻；南部缓坡与沙垒田凸起呈超覆关系。该凹陷内总的构造格局呈NNE向，面积约1932km2。南堡凹陷古近系经历了4幕构造运动，东营组层序对应着4幕构造运动中的最后一幕，处于凹陷的断坳转换阶段，储层发育，具有十分重要的勘探意义。第三章对南堡凹陷的构造特征进行了分析，在认识南堡凹陷是一个北断南超的典型箕状断陷湖盆的基础上，将盆地结构总体划分为北部凸起带、北部断控陡坡带（西南庄断层和柏各庄断层下降盘）、中央背斜构造带（南堡2、3、4号构造带）和南部缓坡带。并对南堡凹陷主要断裂进行了分级和活动性研究，将凹陷内的断裂可以划分为3个级别，其中控凹断裂西南庄断层和柏各庄断层为一级断裂、高柳断裂、南堡1号断裂、南堡2号断裂、南堡3号断裂、南堡4号断裂等控次凹断裂；与主干断裂同生的次级调节断裂及新构造运动形成的断裂为三级断裂。此外，对主干断裂西南庄断层和柏各庄断层以及高柳断层进行了断层活动性研究，西南庄断层具有明显的分段性，可以划分为3段，其中东段最早发育与柏各庄断层共同控制南堡凹陷早期的沉降中心；中段和西段后期活动强烈，在西段形成了南堡5号滚动背斜构造带，而中段与东段交界处形成老爷庙横向背斜构造。老爷庙横向背斜的定型期为Ed期，这与高柳断层在该时期的强烈活动将西南庄断层东段分割为两部分活动，导致中段和东段两个快速沉降带夹持密不可分；柏各庄断层的分段性活动不明显，直至高柳断裂发育才导致其沉降表现为南北两个部分不同的特征；综合西南庄断层和柏各庄断层的活动性研究以及相关地质特征的分析，确定了南堡凹陷以西南庄断层伸展活动为主，柏各庄断层左旋走滑调整为辅的盆地形成机制。第四章主要研究构造对层序地层格架的控制作用，首先建立起了全区的古近系层序地层格架，并对东营组进行最大洪泛面的识别追踪。采取地震层序、钻井层序研究相结合，在研究层段充填沉积中可识别出12条主要的等时界面，其中一级层序—层序组界面2个，二级层序—层序组界面3条，三级层序—层序组界面3条，最大洪泛面4个，其中：①识别一级层序—层序组界面2个：Es35底界面、Ng底界面；②识别二级层序—层序组界面3个：Es33底界面、Es1底界面、Ed3底界面；③识别三级层序—层序界面3个：Ed3上底界面、Ed2底界面、Ed1底界面；④识别东营组三级层序内部的最大洪泛面4个：Ed3下mfs、Ed3上mfs、Ed2mfs、Ed1mfs。并在此基础上，将东营组层序可以划分为3种不同的层序地层格架样式，它们是在控凹断裂和凹陷内二级断裂的差异性活动下形成的，对层序的形成和内部充填有着不同的控制作用：①东部层序地层格架样式，主要包括高柳构造带和南堡4号构造带。整个格架受控于西南庄断层或柏各庄断层与高柳断层形成的断阶构造样式。最显著的特征是由于高柳断层在东营组层序发育期的强烈活动引起高柳断层上升盘的强烈翘倾而导致高柳地区形成一个孤立湖盆，独立接收沉积并最后充填。整个东部地区的物源主要来源于侧翼的柏各庄断层。②中部层序地层格架样式，主要包括老爷庙构造带、林雀次凹和南堡2号构造带。物源主要来源于南北两个方向，在东营组发育期北部扇三角洲十分发育，而南部的辫状河三角洲沉积发育规模也较大，一直延伸到南堡2号构造带附近。③西部层序地层格架样式，主要包括南堡5号构造带和南堡2号构造带，在南堡5号构造带发育大量的反向调节断层，物源主要从西部缓坡带侧向供应为主；而南部物源一直延伸到南堡1号构造带附近。综合分析南堡凹陷东营组层序地层结构，建立了东营组层序构成样式，认为南堡凹陷层序地层的形成主要是受到构造坡折带的控制作用，在南堡凹陷主要发育3种构造坡折带类型，分别是断坡带、枢纽带和断弯带。①南堡凹陷的断坡带按照断裂坡折带分布的部位可以分为陡坡断裂坡折带和缓坡断裂坡折带，前者主要是南堡凹陷北部边界西南庄断层和柏各庄断层，以及东营组层序发育中后期高柳断层控制下形成的；后者主要是南堡凹陷南部缓坡带的坡折类型。根据控制坡折带的断层组合样式的不同，又可将陡坡断裂坡折带划分为单阶式断裂坡折带和多阶式断裂坡折带。单阶式断裂坡折带主要是指东营组层序发育中后期高柳断层控制部位，或西南庄断层和柏各庄断层未发育调节断层的部位；多阶式坡折带主要是控凹断裂和内部调节断层共同控制的部位（如老爷庙构造带）。②弯折带是由于沿半地堑式盆地陡坡带的控凹铲式正断层滑动导致断层上盘（缓坡带）弯折变换使沉积斜坡坡度发生明显变化的地带，用于描述盆地级别的箕状断陷控制模式，而断弯带是由于变形距离较近，铲式断层活动时，枢纽变形位置变形强烈并形成破裂形成断层，并造成地貌上的差异。南堡凹陷南堡5号构造带发育于西南庄断层西段下降盘，整体为一个滚动背斜，由于西南庄断层西段的强烈活动且变形受到南堡1号构造带的限制，从而发育了断弯型坡折带。这种坡折带形成两个可容纳空间增加位置，一个受西南庄断层直接控制，另一个是受到由调节断层即南堡5号断层下降盘控制的可容纳空间。③南堡凹陷东营裂陷幕初期（即Ed3x层序发育期），由于高柳断层上升盘的强烈翘倾作用，在高柳地区形成枢纽型构造坡折带。至Ed3s层序发育期，在该区域形成孤立湖盆，成为典型的枢纽型构造坡折带。尤为特殊的是，缓坡区暴露区域较小，剥蚀形成的物源较微弱。由于孤立湖盆没有水源的补给，蒸发量大。在较短时间内孤立湖盆迅速充填。至Ed2层序发育期，高柳断层上升盘已经基本充填完全，高柳断层在这一时期成为东营组的控边断裂。第五章主要研究构造对东营组各三级层序内部沉积体系的控制分析，首先通过岩芯观察和钻井岩性测井曲线资料，结合地震相的分析，确定了南堡凹陷东营组主要发育扇三角洲体系-滑塌浊积扇体系、辫状三角洲体系和河流三角洲体系等碎屑沉积体系类型以及湖泊体系，其中扇三角洲体系划分为（常规）扇三角洲体系和近岸水下扇体系。并应用断层分段活动性分析、岩石矿物分析结合岩心、测井和录井资料、编制的砂体百分含量图和厚度图以及地震属性分析等手段方法，确认南堡凹陷的5个主要物源方向，分别是西部的涧南方向物源、北部的黑沿子方向物源、落潮湾方向物源、东部的马头营凸起物源和南部的沙垒田凸起方向物源。这些物源大部分具有继承性，东营组各期物源基本保持一致，南堡5号构造带、老爷庙构造带，高柳构造带等都是砂分散体系进入南堡凹陷并堆积的主要部位。再此基础上建立了东营组各三级层序的沉积体系，并分析了这些沉积体系的垂向演化规律：整个东营组4个三级层序沉积体系的发育受到幕式构造活动的强烈控制，即裂陷幕活动由强变弱的过程对应着发育着东营组四周扇三角洲、辫状河三角洲不断向凹陷中心推进，湖盆范围不断萎缩的过程。构造对砂体的控制作用表现为断裂剖面组合样式对砂体的控制和断裂平面组合样式对砂体的控制：根据边界断层、内部结构、平面展布、构造位置、发育演化阶段等特点，可将南堡凹陷的坡折带继续划分为断崖型、断坡型、同向断阶型、反向断阶型四类断裂剖面组合样式，控制着砂体堆积和展布。而平面上可划分出四种断裂平面组合样式：调节带、横向背斜、帚状断裂组合和梳状断裂组合，控制着砂分散体系的展布。第六章主要研究构造对东营组油气成藏的控制分析，构造控制着南堡凹陷含油气系统的各个要素：①幕式构造运动控制着生储盖组合；②主干断层活动控制着沉降中心的分布；③构造运动控制着圈闭形成和演化；④构造控制着油气疏导体系；⑤构造控制着油气运移；并以此为基础，分析了老爷庙构造带、南堡2号构造带、南堡4号构造带典型油气藏成藏模式，进而对东营组层序含油气有利区带进行了预测，指出南堡2-3号构造带具有双向供源的可靠油源条件，可作为近期油气勘探的重点，而由于新构造运动在柏各庄下降盘形成的微幅构造极有可能成为该部位油气勘探的突破点。本论文的创新性主要表现在：1通过对主干断裂西南庄断裂和柏各庄断裂活动性研究，总结了西南庄断裂的分段活动性特点以及对物源体系和砂分散体系的控制作用，并藉此分析了老爷庙横向背斜和南堡5号滚动背斜构造带的形成机理。2．在建立高精度层序地层格架的基础上，划分了南堡凹陷东营组典型层序构成样式，并划分出3类构造坡折带：断坡带、枢纽带和断弯带。特别通过对高柳断层活动性分析以及层序界面的精细解释，指出了在东营组层序发育早期高柳断层的翘倾作用，进而提出高柳地区在特定时期存在孤立湖盆的观点。3．以体系域为基本单位，进行沉积体系的研究，通过构造与沉积分析认为西南庄断裂属于伸展性断裂，其物源入口具有继承性特点，主要是西南庄断裂早期各分段断层最后连接的部位；而柏各庄断层主要是通过左旋走滑运动调整西南庄断层伸展形成的位移。

论文目录

• 作者简介
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 论文的来源、目的及意义
• 1.1.1 论文的来源
• 1.1.2 研究目的及意义
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.2.1 国内外研究现状
• 1.2.2 发展趋势
• 1.2.3 研究区勘探现状及存在问题
• 1.3 研究思路与技术路线
• 1.4 论文的主要创新点
• 第二章 南堡凹陷区域及油气地质特征
• 2.1 区域地质构造背景
• 2.1.1 渤海湾盆地形成演化的运动学及动力学特征
• 2.1.2 南堡凹陷构造与沉积演化特征
• 2.2 地层发育特征
• 2.2.1 盆地前第三系基底地层
• 2.2.2 盆地新生界（Kz）充填地层
• 2.3 南堡凹陷石油地质特征
• 第三章 南堡凹陷构造特征分析
• 3.1 次级构造单元划分
• 3.2 南堡凹陷主控断裂特征
• 3.3 南堡凹陷断裂体系特征
• 3.3.1 断裂体系平面展布特征
• 3.3.2 断裂的几何形态
• 3.3.3 断裂的组合样式
• 3.3.4 南堡凹陷断裂特征
• 3.4 南堡凹陷典型构造样式
• 3.4.1 伸展构造样式
• 3.4.2 伸展-走滑构造样式
• 3.4.3 反转构造样式
• 3.5 南堡凹陷沉降史分析
• 3.5.1 单点沉降史分析
• 3.5.2 二维剖面构造演化史分析
• 第四章 南堡凹陷东营组层序地层特征
• 4.1 中国东部陆相断陷盆地层序地层特征
• 4.1.1 陆相断陷盆地层序地层的控制因素分析
• 4.1.2 中国东部陆相断陷盆地层序地层样式基本特征
• 4.2 南堡凹陷东营组层序地层特征分析
• 4.2.1 南堡凹陷东营组层序地层形成背景及划分
• 4.2.2 南堡凹陷东营组层序展布特征与构造控制作用
• 4.2.3 南堡凹陷东营组典型层序地层格架与构造控制作用
• 4.2.4 南堡凹陷东营组典型层序构成样式与构造控制作用
• 第五章 南堡凹陷东营组沉积体系分析
• 5.1 沉积体系和沉积相构成及分布特征
• 5.1.1 东营组层序发育期气候的影响
• 5.1.2 东营组主要的沉积体系类型及沉积相构成特征
• 5.1.3 东营组沉积体系和沉积相带的分布与演化
• 第六章 南堡凹陷东营组油气成藏条件分析
• 6.1 东营组成藏条件分析
• 6.1.1 南堡凹陷含油气系统划分
• 6.1.2 构造对成藏要素的控制作用
• 6.1.3 东营组成藏条件
• 6.2 东营组成藏模式分析
• 6.2.1 典型油气藏成藏模式
• 6.2.2 油气成藏有利区带预测
• 主要结论
• 致谢
• 参考文献