渤海海域渤东低凸起中南段构造演化与油气成藏

张 参，官大勇，王明臣，刘朋波，张海义，张宏国

（中海石油（中国）有限公司天津分公司 渤海石油研究院，天津 300452）

0 引言

渤东低凸起位于渤海东部海域，20世纪70年代以来，低凸起虽然经过多轮勘探研究，但是效果并不理想.渤东低凸起的构造位置特殊，表现在两个方面：一是郯庐断裂与秦皇岛—旅顺断裂两组共轭走滑断裂的交汇处；二是渤海海域二级构造单元轴向发生变化的区域，因此研究区构造复杂，给构造及油气成藏方面的研究带来困难.郯庐断裂带作为油气富集区带，一直是人们研究的热点与难点[1－4]；渤东低凸起位于郯庐断裂油气富集带的中段，四面环凹，有较大的勘探潜力.构造活动贯穿盆地形成、地层发育和输导体系形成的始终，对油气生成、运移和聚集有重要的控制作用[5]，因此对于低凸起的形成时间及形成机制等方面的研究尤为重要.

目前，对于渤东低凸起的隆升时间研究有较大的分歧，人们很少涉及低凸起的形成机制方面的研究.葛建党[6]研究认为，渤东低凸起是郯庐断裂在中生代末期的走滑作用形成的一个雁列式褶皱中的背斜部分.另外，还有学者认为它形成时间较晚，在东营组二段沉积前低凸起雏形开始形成[7].渤海海域内存在多个凹中隆是沙三段末期区域挤压反转后，挤压应力释放回弹导致伸展断层发生而形成的[8]，证明在沙三段末期渤海东部海域受郯庐断裂走滑的影响形成局部挤压应力场.在三维地震资料的精细解释基础上，笔者分析渤东低凸起中南段的构造样式、形成时间与机制、构造演化等，确定渤东低凸起的形成时间及形成动力来源，对于寻找该区油气有利富集区和确定成藏主控因素等具有指导作用.

1 地质概况

渤东低凸起夹持在渤中凹陷、渤东凹陷之间，主体呈北北东走向，是一个由新近系、古近系和新生代基底地层构成的一个垒块构造.渤东低凸起在构造单元划分上隶属于渤中坳陷，古近系东西向剖面结构表现为“两凹夹一隆”的地垒状构造，受低斜坡的分割作用，低凸起有北、中、南3个高点，进而把低凸起划分为北、中、南3段.平面上受北北东向3条边界断裂的控制，低凸起北、中、南3段呈北北东向左阶展布，且各段的西南侧均以斜坡形式与渤中凹陷过渡（见图1）；新近系及以上地层总体呈“牛头状”披盖在古近系上，形成整体坳陷的格局.

图1 研究区区域位置Fig.1 Location of study area

受郯庐断裂影响，低凸起东西两侧边界断裂具有一定走滑性质；受北东向或北东东向走滑派生断裂分割作用，在低凸起西侧形成PL7－3、PL7－4构造，在东侧形成PL 7－2、PL7－7、PL13－1、PL13－2构造.在平面上，研究区可进一步划分为渤东低凸起中南段、低凸起西侧断坡带和渤东凹陷东南斜坡带3个构造区带（见图2）：

（1）低凸起中南段被2条近北东向边界断层所夹持，新近系下为具有潜山披覆背景的构造，新近系上为受新构造运动的影响而表现为多高点的断块圈闭；

（2）低凸起西侧断坡带紧邻渤中凹陷，主要受渤东低凸起西侧边界断层控制而形成断坡带，新近纪西侧边界断层与晚期断层配置形成似“花状”构造，内部被北东走向的断层分割成多个断块圈闭；

（3）渤东凹陷东南斜坡带发育于渤东凹陷区，为整体向东南抬升的斜坡带，古近纪受凸起东侧边界断裂的影响形成渤东深凹区，新近纪主要受一组北东东向断层控制的一系列断鼻或断块圈闭影响.

图2 研究区构造区带划分Fig.2 Division of structural zones of study area

2 新生代构造样式及演化

2.1 中南段及邻区构造样式

渤东低凸起中南段及邻区断裂十分发育，总体上具有多组断裂发育方向、多种断裂性质并存、垂向差异明显的特点[9].根据断裂性质划分走滑断裂和伸展断裂两类断裂体系（见图3）.

图3 渤东低凸起及邻区断裂体系Fig.3 Fault system of Bodong low uplift and surrounding area

2.1.1 走滑断裂体系

在低凸起中南段及邻区共有4条走滑断层（见图3（a）的F1、F2、F3、F4），其中F1、F2断层走向主体由近SN向至NNE向偏转，属于郯庐断裂带的组成部分.另外，对于低凸起中南段东西两侧的边界断裂（见图3（a）的f1、f2），具有伸展—走滑复合性质.研究区地震解释剖面见图4（剖面位置见图1，E3d3、E3s、E2k为东三段、沙河街组和孔店组；E3d2L为东二下亚段；N1gL、E3d1＋2U为馆下亚段和东上亚段；N1gU为馆上段；N1mL为明下段；N2mU为明上段）.由图4剖面①可以看出，渤东低凸起两侧边界断裂在孔店组—沙四段沉积时期为正断层，具有控制沉积的作用，后期叠加区域产生走滑作用，研究区的走滑具有“早断晚衰型”特征；在沙三段—东营组沉积时期走滑主断面发育，但派生断层较少，部分断层在剖面上形成复“Y”型结构；到浅部馆陶组、明化镇组沉积时期走滑主断面基本不发育，表现为北北东向雁列式调节断层与晚期次级断层构成似“花状”构造的走滑特征（见图3（b）和图4）.按照主走滑断面的活动时期，研究区凸起边界断裂为伸展—走滑复合长期活动断裂，凹陷—斜坡区的断层为“早断早衰”型走滑断裂（指断穿基底，向上消失于渐新世东营组地层，并且具有一定隐伏特征的断层）.总之，此类走滑断层对低凸起构造格局的形成具有控制作用.

图4 研究区地震解释剖面Fig.4 Seismic sections of study area

2.1.2 伸展断裂体系

研究区伸展断裂按照活动期次分为两小类：第一类早期活动断裂，走向多为NNW向，主要分布于低凸起西侧的渤中凹陷，在平面上呈阶梯状展布；在低凸起东侧北北西向断裂也有少量存在，控制研究区早期的构造面貌.第二类为晚期次级活动断裂，具有复杂化构造圈闭和油气垂向再分配作用.两小类断裂在凸起两侧凹陷区的剖面上构成上、下两组断裂体系，早期活动的断裂主要活动时期为孔店—沙四段时期，大多消失于古近系东三段地层，属于下断裂系统；晚期次级活动断裂多数切穿新近系地层，消失于东三段地层，属于上断裂系统（见图4剖面②）.研究区上、下两套断裂系统的存在，尤其在渤东凹陷中上、下两套断裂系统的断层倾向完全相反，表明在沙三段末期研究区构造应力场的明显变化.

2.2 演化史与形成机制

对于渤东低凸起的隆升时间研究一直有分歧.在对低凸起钻井揭示地层的重新落实及新三维地震资料的精细解释基础上研究发现：渤东低凸起中段古近系东二下亚段地层直接覆盖于孔店组上，缺失部分孔店组、沙河街组和东三段地层，表明低凸起的形成时间为孔店组沉积后、东二下亚段沉积前.目前，认为在渤海湾盆地存在孔店组沉积期末、沙四段沉积期末、沙三段沉积期末、东营组沉积期末及上新世末期等多期构造抬升事件[10－12].过渤东低凸起中段的地震剖面显示：靠近低凸起的凹陷中沙三段地层顶面见明显的削蚀现象，反映沙三段末期渤东低凸起中段经历强烈隆升并遭受剥蚀的过程，同时在低凸起边缘断坡带上，在沙二段沉积前未现边缘沉积相带，在沙一、二段—东三段地层中见近源沉积体（见图5）.因此，渤东低凸起主体的形成时间为沙三段沉积末期，在主体形成前有低幅度隆起背景的存在，并在东营组沉积时期最终定型.这与黄雷等关于该区的演化认识[13]基本一致.

图5 沙三段末期渤东低凸起中南段断层下降盘地层削蚀与近源沉积地震解释剖面Fig.5 Seismic section showing truncation and proximal deposit on the downthrown side during the sedimentation of the 3rd member of the Shahejie formation in the Bodong low uplift

此外，沙三段末期是渤海海域新生代盆地演化的重要转折期之一，其构造变动使多个凹陷内部发生构造反转，形成凹中隆构造；其中与渤东低凸起同在一个北东向构造带上的辽东低凸起是在沙三段末期开始隆起形成的[8]，也为文中观点提供区域方面的证据.

根据构造平衡原理，用回剥方法可以复原盆地的沉积历史和构造运动学过程，编制渤东低凸起中南段的新生代构造演化史图，演化过程可以分为4个时期，每个时期低凸起的构造特征和沉积特征各不相同（见图6）.

图6 渤东低凸起中南段构造演化史（位置见图1的剖面④）Fig.6 The tectonic evolution history in the middle－southern segment of the Bodong low uplift

（1）孔店—沙四段沉积时期：受早期喜马拉雅运动的影响，研究区郯庐断裂带主要表现为区域性的伸展活动；受中生带左行走滑的影响，在低凸起及邻区主要发育NE向或NNE向的早期活动断裂，断裂控制低凸起及邻区早期的基本构造格局.此时大渤中凹陷整体处于断陷时期，断裂对凹陷具有明显的控制作用，凹陷沉积的厚度较大，在具有低幅度隆起背景的低凸起区PL7－1构造附近沉积孔店组地层，存在少量的沙四段地层沉积.

（2）沙三段沉积末期：受区域右旋走滑作用，郯庐断裂活动导致低凸起垂直隆升而遭受剥蚀，因此普遍缺失沙河街组地层，部分缺少东三段地层，渤东低凸起的形成把大渤中凹陷分割为呈箕状凹陷结构的渤中凹陷与渤东凹陷，形成垒（渤东低凸起）堑（渤中凹陷、渤东凹陷）的构造格局.

（3）东二下亚段沉积时期：渤东低凸起开始下降并接受沉积，低凸起沉积大套东二下亚段地层，研究区断裂数量少，延伸距离短，断裂主要分布在东侧，方向为北东向或北东东向.

（4）新近系沉积时期：低凸起及邻区整体进入坳陷期，在低凸起中段的西侧，渤东凹陷与渤中凹陷具有统一的沉降中心，主要发育馆陶组和明化镇组河流相沉积，受郯庐断裂和新构造运动走滑作用的共同影响，形成若干条北东东向的具有走滑特征的雁行走滑分支断裂，从而在研究区边界断裂和走滑断裂带附近形成有利于油气成藏似“花状”构造（见图2和图3）.

在同一时期、同一区域剪切应力场作用下，不同区段走向变化导致局部应力场变化，在增压弯曲部位发生会聚、挤压、隆升；在释压拉张部位发生离散、伸展、沉降[14].凸起中南段呈弧形展布的区域与凸起东侧走滑方向发生转变的区域（即S型增弯段）较为一致（见图2），同时在凸起东西两侧的古近系地层发育挤压性褶皱，表明凸起的隆升与走滑方向的转换密切相关.在沙三段沉积末期，研究区郯庐断裂右行走滑活动方向由近南北向向北北东向偏转，使其增压弯曲部位的岩石圈断块受到近东西挤压应力作用，并且受到早期先存断裂断面阻挡作用，造成古地貌隆升，形成渤东低凸起中段地垒构造，即为渤东低凸起隆升的动力来源.

渤海海域存在多个凹中隆是沙三段末期区域挤压反转后，挤压应力释放回弹导致伸展断层发生而形成的[8]，从另一个角度证明在沙三段末期渤海东部海域受郯庐断裂走滑影响而形成局部挤压应力场.吴智平研究认为，与渤东低凸起同属于北东向串珠排列构造带上的LD27－22压扭带，其形成时间为沙二段时期，形成动力来源为走滑偏转增压①吴智平.渤东、辽中南洼构造演化、成因机制及油气成藏主控因素研究，2012.，为文中的观点提供佐证.

3 构造演化作用

3.1 对圈闭的控制

受郯庐断裂带影响，渤东低凸起及邻区圈闭的形成主要受走滑及走滑派生断裂的共同控制，在研究区主要发育3种成因类型的构造圈闭（见图7）：

图7 渤东低凸起中南段及邻区圈闭类型成因Fig.7 Trap types and their genesis analysis of middle－southern part of the Bodong low uplift and surrounding area

（1）走滑偏转挤压断背斜、断块圈闭.此类圈闭发育于低凸起的中段PL7－1构造及低凸起南段的PL7－5和PL7－6构造，深层断背斜圈闭主要受控于走滑断裂S型增压形成的局部挤压应力场，在浅层受控于弧形密集断裂带，形成一系列的断块圈闭群.

（2）走滑叠覆段增压背斜、断背斜圈闭.此类圈闭发育于低凸起中段西侧的BZ6－1构造，由于低凸起北段与中段西侧的两条边界断裂在平面形成右行左阶展布，在叠覆段形成挤压应力场，进而形成背斜、断背斜圈闭.

（3）走滑调节带断鼻圈闭群.此类圈闭发育于低凸起中段东侧，为本区的主要圈闭，其控圈断裂为呈北东东走向的走滑分支断裂.3个构造圈闭为油气储存提供良好的聚集场所.

3.2 对油气运移的控制

渤海海域油气输导系统通常由断裂、不整合面和砂体等因素共同组成，其中断裂是最关键的因素[15－17].古近系断裂的继承性活动及其与新近系断裂的沟通是新近系油气成藏的关键[18]，在古近系，渤东低凸起东侧郯庐断裂的伸展、走滑作用在控制主体呈北北东向展布的渤东凹陷和烃源岩的同时，还沟通烃源岩，是渤东凹陷不同时期油气运移成藏的关键因素.新近纪以来，郯庐断裂继承性活动及其在新构造运动的派生断裂为油气运移的通道，为油气垂向运移和跨层聚集提供有利条件.因此，在渤东低凸起及邻区切入东三段地层的断层或与切入东三段地层的断层直接搭接的断层可作为本区的油源断层.

由渤东低凸起及邻区油气成藏模式（见图8）可见，研究区主要发育两种类型的油气垂向运移通道：一是单一型直接油源断层，是指断层直接贯通储集层和生油层，主要是由长期活动性断层和晚期深切入东三段地层的断裂组成（见图8的②）；二是叠置型间接油源断层（见图8的③），是指上下断裂系统相互连接而贯通储集层和生油层.本区油源断裂较为发育，尤其是在渤东低凸起以东走滑调节带.这些直接或间接切入深部烃源岩的断裂成为本区油气垂向运移的主要通道，而晚期次级断裂的发育对油气具有调节再分配的作用.

3.3 对油气成藏的控制

渤东低凸起及邻区主要经历沙三段沉积末期形成、东营组时期定型及新近系新构造运动对其进行的后期改造，对于本区断裂系统及圈闭的形成产生重要影响，对于低凸起及邻区油气成藏具有控制作用.在渤东低凸起及邻区形成“断层、不整合和区域砂体联合疏导”立体成藏的模式.对于渤东低凸起中南段，形成长期活动断层加不整合面加区域砂体油气运聚模式（见图8的①），由于低凸起区中段蓬莱7－1构造低凸起边界断层规模较大且活动性强，油气顺着边界断层与不整合面向潜山断背斜处横向运移，同时垂向上还可以沿着边界断裂及次级断裂向着浅层新近系断块圈闭运移.对于低凸起两侧的断坡带、凹陷区形成两种油气运移模式：（1）直接切入烃源断层加区域砂体油气运聚模式（见图8的②）；（2）“接力棒式”加区域砂体油气运聚模式（见图8的③）.研究区走滑派生NEE向断裂直接切入烃源岩或与早期断裂叠置沟通烃源岩，断裂密集发育，并与馆陶组底部区域砂体、次级断裂联合疏导，有利于油气向断坡带、凹陷区浅层运移；同时凹陷区靠近主生油洼陷的浅层断鼻圈闭，易于捕获油气，因此低凸起西侧断坡带、渤东凹陷东南斜坡的浅层具有较好的勘探潜力.

图8 渤东低凸起及邻区油气成藏模式Fig.8 Hydrocarbon accumulation model of the Bodong low uplift and surrounding area

4 结论

（1）渤东低凸起中南段主体的形成时间为沙三段末期，于东营组时期定型.沙三段沉积末期，研究区郯庐断裂右行走滑活动方向由近南北向向北北东向偏转，使其增压弯曲部位的岩石圈断块受到近东西挤压应力作用，并且受到早期先存断裂断面的阻挡作用，形成渤东低凸起中段地垒构造.

（2）渤东低凸起中南段的新生代构造演化可以分为4个时期：孔店—沙四段沉积时期、沙三段沉积末期、东二下亚段沉积时期和新近系沉积时期，每个时期低凸起的构造特征和沉积特征各不相同.

（3）渤东低凸起中南段的构造演化控制研究区走滑偏转挤压断背斜与断块圈闭、走滑叠覆段增压背斜与断背斜圈闭、走滑调节带断鼻圈闭3种成因类型圈闭的形成，为油气储存提供良好的聚集场所；构造演化通过对圈闭形成、油气运移等过程的控制，影响研究区的油气聚集成藏，并使油气在空间上呈现“断层、不整合和区域砂体联合疏导”立体成藏模式.

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