万 涛，蒋有录，董月霞，赵忠新，谢 君

(1.中国石油大学地球科学与技术学院，山东青岛 266580;2.中国石油冀东油田公司勘探开发研究院，河北唐山 063004)

南堡凹陷断层活动与油气成藏和富集的关系

万 涛1，蒋有录1，董月霞2，赵忠新2，谢 君1

(1.中国石油大学地球科学与技术学院，山东青岛 266580;2.中国石油冀东油田公司勘探开发研究院，河北唐山 063004)

基于生长断层活动性的定量评价、大量流体包裹体的光性特征和均一温度结合单井埋藏史等综合分析，对南堡凹陷断层活动与油气成藏和富集的关系进行研究。结果表明：除两条边界断层外，南堡凹陷切穿烃源岩层系且在明化镇期活动的断层总计45条;沙河街期至东营期断层活动性增强，馆陶期为相对静止期，在明化镇期断层活动性再次增强，断层停止活动时间主要为距今7～2.5Ma，平均距今4 Ma。根据明化镇早期断距的大小和断层停止活动时间，将45条断层划分为A、B、C 3类，油气主要富集在活动性相对较强、断层停止活动时间相对较晚的A、B两类断层附近的有利圈闭中。根据流体包裹体均一温度结合埋藏史得出研究区油气成藏期最晚时间主要为距今5～1 Ma，平均距今2 Ma，晚于断层停止活动时间2 Ma;断层停止活动后，当上覆地层沉积厚度为180～300 m时，其在垂向上的通道逐渐闭合。

断层活动性;流体包裹体;成藏期;油气富集;南堡凹陷

断层作为油气输导体系的重要组成部分，其活动性的定量评价及其对油气成藏的控制作用成为当前研究的热点和难点问题［1－3］。关于断层停止活动时间与油气成藏最晚时间的定量关系，目前国内外少有研究。笔者以渤海湾盆地南堡凹陷为例，在生长断层活动性的定量评价、成藏时间及期次分析的基础上，对生长断层活动性差异与油气富集的关系、断层停止活动时间与源上油气成藏最晚时间的关系进行探讨，以期为渤海湾盆地类似凹陷的油气勘探提供理论依据。

1 断层组合样式及演化特征

南堡凹陷位于燕山台褶带南缘，是渤海湾盆地黄骅坳陷北侧一个小型油气富集区，地处河北省唐山市和秦皇岛市之间，勘探面积为1 932 km2，其中陆地面积570 km2，海域面积1 362 km2。南堡凹陷是在华北地台基底上，经中、新生代的块断运动而发育起来的一个中新生界北断南超的箕状凹陷，凹陷北部以西南庄断层为界与老王庄凸起相接，东部以柏各庄断裂为界与柏各庄凸起、马头营凸起相连，南与沙垒田凸起呈断超式接触，西以涧东断层与北塘凹陷相邻［4］。

南堡凹陷由高尚堡、柳赞、老爷庙、南堡1号、2号、3号、4号、5号等8个二级构造带和拾场、林雀、曹妃甸等3个洼陷组成。地层自下而上可细分为：太古界－下元古界结晶基底、上元古界青白口系，下古生界寒武系、奥陶系，上古生界石炭系、二叠系，中生界侏罗系、白垩系，新生界古近系、新近系及第四系。新生界沉积岩厚度最大达7.5 km，以林雀洼陷为最大沉积中心，曹妃甸洼陷为第二沉积中心，拾场洼陷为最小的沉积中心。整个新生界包括：古近系沙河街组(缺失沙四段)和东营组，新近系馆陶组、明化镇组以及第四系平原组。

南堡凹陷内部断层十分发育，且走向多变，以北东东、东西向为主，存在部分北东、北西向断层。平面上，次级断层与边界断层及各构造带主干断层呈入字形、平行状、交织状、梳状和帚状组合［5］。通过切取南堡1号构造带—南堡2号构造带西部、南堡2号构造带西部—高尚堡构造带、南堡3号构造带—南堡2号构造带东部—老爷庙构造带以及南堡3号构造带—南堡4号构造带等4条地质剖面，建立南堡凹陷断层剖面组合样式(图1)。可以看出研究区靠近凸起部位以复合“Y”形断层组合为主;靠近洼陷中心主要发育“X”、“包心菜”形、反向断阶状和花状断层组合。

采用盆地二维模拟技术［6］对南堡2号构造带西部—高尚堡构造带(老堡南1井－唐6X1井北东—南西向构造剖面，见图1)进行构造演化分析：在东营组剥蚀期前，靠近凸起部位已形成复合“Y”形断层组合，靠近洼陷中心以反向断阶状断层组合为主;次级断层在馆陶—明化镇期发育，靠近洼陷中心演化成复合“Y”形、花状断层组合(图2)。可以看出，馆陶—明化镇期次级断层的发育使靠近洼陷中心的断层组合复杂化，研究区的构造格局总体上受东营组剥蚀期前发育的生长断层控制。

图1 南堡凹陷断层剖面组合及油气富集样式立体图Fig.1 Profile styles of faults combination and hydrocarbon enrichment in Nanpu depression

图2 南堡凹陷构造演化图Fig.2 Tectonic evaluation in Nanpu depression

2 断层活动性差异与油气富集关系

目前定量研究生长断层的活动性，主要是计算断层的生长指数(上盘厚度/下盘厚度)和断层活动强度。正断层生长指数越大或逆断层生长指数越小，断层活动越强烈。断层活动强度可以用断距、断

式中，12.4为明化镇组沉积时间，Ma。

用明化镇组底界地层年龄(14.4 Ma)减去明化镇期断层活动时间，即可得到断层停止活动时间。

南堡凹陷主要发育沙三段四亚段、沙一段及东三段等3套主要烃源岩［6］，通过切取研究区150条地震剖面，明确了除柏各庄和西南庄两条边界断层外，在明化镇期活动，切穿沙三段、沙一段和东营组烃源岩的断层分别有17条、20条和8条，合计45条(图3)。根据45条断层活动性定量评价结果(表1)，断层在沙河街期平均断距为622 m，平均生长指数为1.21，平均活动速率为26.9 m/Ma;东营期平均断距为303 m，平均生长指数为1.12，平均活动速率为32.8 m/Ma;馆陶期平均断距为159 m，平均生长指数为1.06，平均活动速率为2.7 m/Ma;明化镇期平均断距为126 m，平均生长指数为1.11，平均活动速率为10.3 m/Ma。根据断层平均活动速率可以看出，沙河街期至东营期断层活动性增强，馆陶期为相对静止期，明化镇期断层活动性再次增强。断层停止活动时间主要为距今7～2.5 Ma，平均距今4 Ma，其中80%的断层停止活动时间为距今5～2.5 Ma，总体上看研究区断层停止活动时间相对较晚。

根据明化镇早期的断距和断层停止活动时间，将45条断层的活动性级别划分为3类：A类断层明化镇组底部断距大于150 m，断层停止活动时间距今5～2.5 Ma，即断层活动性较强且停止活动时间相对较晚，总计14条;B类断层明化镇组底部断距为90～150 m，断层停止活动时间距今5～2.5 Ma，层年龄和断层活动速率来表征。

笔者提出将断层停止活动时间作为断层活动性的定量评价指标之一，来研究断层活动性差异及与油气成藏和富集的关系。断层停止活动时间是指断距为0时所对应的地层沉积时间。断层停止活动后，随着上覆地层的沉积，其在垂向上的通道将逐渐闭合，因此源上油气成藏最晚时间应晚于断层停止活动时间，油源断层停止活动时间较晚对源上油气藏的富集相对有利。

本研究主要采用断距、断层生长指数、断层活动速率(断距/断层活动时间)和断层停止活动时间来定量研究断层活动性。由于断层一般未切穿明化镇组地层，在计算明化镇期断层活动速率时，需要明确明化镇期断层活动时间tmhzh(Ma)，采用以下公式进行计算：或者明化镇组底部断距大于150 m，断层停止活动时间在距今5 Ma以前，即断层活动性中等且停止活动时间相对较晚或者断层活动性较强但停止活动时间相对较早，总计16条;C类断层明化镇组底部断距小于90 m，或者明化镇组底部断距90～150 m，断层停止活动时间在距今5 Ma以前，即断层活动性较弱或者断层活动性中等但停止活动时间相对较早，总计15条。

表1 南堡凹陷断层活动性定量评价结果Table 1 Quantitative evaluation of fault activity in Nanpu depression

图3 断层活动与源上油气藏油气分布关系Fig.3 Relationship between fault activity and hydrocarbon distribution of reservoir upper source rock

目前南堡凹陷勘探发现的油气主要富集在明化镇组下部、馆陶组、东一段和高柳地区沙三段，高柳构造带以南地区东二段、东三段、沙河街组和奥陶系潜山油气分布局限。其成藏组合划分为源上成藏组合(东一段－明化镇组)、源内成藏组合(沙三段－东二段)和源下成藏组合(奥陶系潜山)［7］，根据45条断层与源上油气藏油气分布的关系(图2)可以看出，切穿烃源岩层系且在明化镇期活动的断层控制源上油气藏油气宏观分布，油气主要富集在活动性相对较强、断层停止活动时间相对较晚的A、B两类断层附近的有利圈闭中。从构造带上看：南堡1号构造带、南堡2号构造带西部、高柳构造带以南地区以及老爷庙构造带源上油气成藏较为富集，与断层活动强度、断层停止活动时间及断层的数量有关;南堡2号构造带东部、南堡3号和4号构造带勘探程度低，根据断层活动性评价结果认为具有较大的勘探潜力;高尚堡、柳赞构造带以北地区断层活动性较弱，油气富集程度较低。

3 断层活动与油气成藏期

3.1 流体包裹体显微荧光特征

荧光定量分析技术［8－10］是使用短波长的紫外光，测量岩石颗粒内部包裹体中烃类流体发出的荧光强度来确定古油性质。据南堡凹陷11口探井不同层系的13个包裹体荧光分析结果，烃包裹体(包括纯液相、气液两相)荧光颜色主要有橙黄色－黄色、黄绿色－绿色两种，表明有两期不同成熟度油充注。其中南堡1－5井奥陶系灰岩中检测到发绿色的油包裹体(图4(a))，成熟度高，来源于林雀洼陷沙三段烃源岩［11］，表明有一期高成熟度油充注(明化镇中期，表2);南堡1井沙一段细砂岩中检测到发橙黄色和黄绿色荧光两种类型的油包裹体(图4(b))，表明有一期较低成熟油(东营期)和一期较高成熟油充注(明化镇中期，表2);柳12井沙三段砂岩中检测到发黄绿色的油包裹体(图4(c))，成熟度较高，来源于拾场洼陷沙三段烃源岩［12］，表明有一期较高成熟油充注(明化镇中后期，表2);源上油气藏检测到的油包裹体表现为黄色荧光((图4(d))，原油主要来源于林雀、曹妃甸洼陷沙一段和东三段烃源岩，具混源特征［12］，为一期中等成熟油充注(明化镇中期－第四纪，表2)。流体包裹体显微荧光观测结果表明南堡凹陷靠近林雀洼陷和曹妃甸洼陷的源内和源下油气藏具有两期油气充注或一期高成熟度油充注，源上油气藏和高尚堡、柳赞构造带沙河街组油气藏为一期充注。

表2 南堡凹陷不同层系流体包裹体均一温度统计Table 2 Inclusion homogenization temperatures of different formation in Nanpu depression

图4 南堡凹陷流体包裹体显微荧光照片Fig.4 Fluorescence micrographs of fluid inclusions in Nanpu depression

3.2 油气成藏期次划分及成藏时间确定

在实验室将包裹体置于冷热台上加热至气相消失，再恢复成均一液相时的温度称为均一温度，该温度代表了包裹体形成时的温度。结合储层的埋藏史，可确定流体包裹体形成时储集层经受的温度，以及相应的埋深和地质年代等［13－15］，从而判断油气充注的时间。如南堡1井沙一段浅灰色油斑细砂岩(4.117 km)中与烃类包裹体伴生的盐水包裹体均一温度表现为两期(90～110℃)和(130～140℃)，结合该井埋藏史图，得到对应的充注时间是25.5～24.6 Ma和9.5～5 Ma，即东营末期和明化镇中期两期充注(图5)。

图5 流体包裹体确定南堡1井沙一段油气充注期次及成藏时间Fig.5 Division of hydrocarbon charging events and chronology in Es1of Well Nanpu 1 by fluid inclusion technique integrated with burial history

运用该方法确定了南堡凹陷油气藏成藏期次和成藏时期(表2)，总体上发育两期油成藏，第一期油成藏时间为东营组剥蚀期前，第二期油成藏时间为明化镇中后期至第四纪，距今10.5～1 Ma，且为研究区油气成藏关键时期。油气成藏最晚时间主要为距今5～1 Ma，平均距今2 Ma，晚于断层停止活动时间2 Ma。研究区明化镇组地层厚度为1.3～2.2 km，在断层停止活动时间(距今4 Ma)至油气成藏最晚时间(距今2 Ma)期间，沉积的明化镇组地层厚度约为180～300 m，即断层停止活动后，当上覆地层沉积厚度约180～300 m时，其在垂向上的通道逐渐闭合。

4 结论

(1)研究区靠近凸起部位以复合“Y”形断层组合为主;靠近洼陷中心主要发育“X”、“包心菜”形、反向断阶状和花状断层组合。馆陶组—明化镇期次级断层的发育使靠近洼陷中心的断层组合样式复杂化，构造格局总体上受东营组剥蚀期前发育的生长断层控制。

(2)除柏各庄和西南庄两条边界断层外，在明化镇期活动，切穿沙三段、沙一段和东营组烃源岩的断层分别有17条、20条和8条，合计45条。沙河街期至东营期断层活动性增强，馆陶期为相对静止期，在明化镇期断层活动性再次增强，接近于东营期的水平，断层停止活动时间主要为距今7～2.5 Ma，平均距今4 Ma。油气主要富集在活动性相对较强、断层停止活动时间相对较晚的A、B两类断层附近的有利圈闭中。

(3)流体包裹体显微荧光观测结果表明南堡凹陷靠近林雀洼陷和曹妃甸洼陷的源下油气藏具有两期油充注或一期高成熟度油充注，源上油气藏和高柳构造带沙河街组油气藏为一期充注。根据流体包裹体均一温度结合埋藏史得出的油气成藏最晚时间主要为距今5～1 Ma，平均距今2 Ma，晚于断层停止活动时间2 Ma。断层停止活动后，当上覆地层沉积厚度在180～300 m时，其在垂向上的通道逐渐闭合。

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Relationship between fault activity and hydrocarbon accumulation and enrichment in Nanpu depression

WAN Tao1，JIANG You－lu1，DONG Yue－xia2，ZHAO Zhong－xin2，XIE Jun1
(1.School of Geosciences and Technology in China University of Petroleum，Qingdao 266580，China;2.Research Institute of Exploration and Development，Jidong Oilfield，PetroChina，Tangshan 063004，China)

The relationship between fault activity and hydrocarbon accumulation and enrichment in Nanpu depression was studied by the technologies of quantitative evaluation on fault activity and large amount analyses of microscopic fluorescence，homogenization temperatures of fluid inclusions and burial history.The results show that besides 2 boundary faults，there are 45 growth faults which cut source rocks and are active in the phase of Minghuazhen formation.From the phase of Shahejie formation to Dongying formation，the fault activity is increased.The faults is relative inactive in Guantao formation.In the phase of Minghuazhen formation，the fault activity is increased again.The inactive phase of the faults is mainly in 7－2.5 Ma，4 Ma in average before present.According to the fault throw in early stage of Minghuazhen formation and inactive phase of the faults，the 45 faults are divided into 3 types named A，B and C.Hydrocarbon distribution is mainly enriched in the favorable traps near type A and type B faults which are relative more active and whose inactive phases are later.The phase of reservoir forming stage is mainly in 5－1 Ma，2 Ma in average before present based on the analyses of homogenization temperatures of fluid inclusions and buried history of wells，which is 2 Ma later than the time of the faults ceasing.After the faults activity ceases，the overlying sedimentary depth is about 180－300 m，and their vertical pathways are gradually closed.

fault activity;fluid inclusion;reservoir forming stage;hydrocarbon enrichment;Nanpu depression

TE 122

A

10.3969/j.issn.1673－5005.2012.02.010

1673－5005(2012)02－0060－08

2011－10－20

国家自然科学基金项目(40972094);国家科技重大专项课题(2008ZX05050);山东省自然科学基金项目(ZR2011DL009)

万涛(1979－)，男(汉族)，湖北天门人，博士研究生，主要从事油气地质及勘探研究。

(编辑 韩国良)