辽中凹陷北部新构造运动及其石油地质意义*

徐长贵 彭靖淞 柳永军 柳屿博 吴 奎

(中海石油(中国)有限公司天津分公司 天津 300452)

辽中凹陷北部新构造运动及其石油地质意义*

徐长贵 彭靖淞 柳永军 柳屿博 吴 奎

(中海石油(中国)有限公司天津分公司 天津 300452)

辽中凹陷是渤海海域一个重要的富烃凹陷，发现了一批大中型油气田。但是，长期以来，辽东湾坳陷被认为是早断早衰型盆地，晚期新构造运动不活跃，新近系勘探没有获得重要突破。高精度三维地震资料及钻井等资料分析表明，由于辽东凸起的晚期隆升，辽中凹陷北部晚期具有较为强烈的新构造运动，晚期断裂发育，且具有伸展和走滑的双重特征。在新构造运动作用下，辽中凹陷北部不仅发育了大规模的浅层圈闭，而且在新近纪成为整个辽东湾坳陷的沉积沉降中心，改善了辽中凹陷北部的新近系储盖组合。同时，晚期断裂活动增强，不仅为辽中凹陷北部浅层圈闭提供了通畅的油气运移通道，也为晚期成藏提供了油气运移的动力，使得辽中凹陷北部新近系具备了良好的成藏条件。通过对辽中北洼新构造运动及其成藏条件的新认识，辽中凹陷北部浅层获得了重要的勘探发现。

新构造运动；晚期成藏；新近系；辽中凹陷北部

新构造运动是指新近纪以来发生的构造运动[1-6]。渤海海域地处新构造运动强烈活动区,因此新构造运动对渤海海域油气晚期成藏具有重要意义。10多年来，关于新构造运动对渤海海域油气晚期成藏的控制作用研究得到了高度重视[7-17]。朱伟林 等[7]详细阐述了渤中凹陷晚期成藏的重要特征；郝芳 等[8]讨论了新构造运动控制下油气成藏的物质和能量效应；龚再升 等[5,9]系统论述了我国东部近海新生代盆地新构造运动与油气成藏的关系,认为新构造运动活动区仍然是油气成藏的有利地区；邓运华[10-11]重点探讨了郯庐断裂新构造运动对油气聚集的控制作用。在这些晚期成藏理论的指导下，渤海海域新近系浅层油气勘探取得了丰硕的成果，在渤海中南部地区发现了一批大中型油气田，浅层油气储量占总储量的70%以上。

但是，渤海新近系浅层油气发现极不平衡，目前浅层油气田主要集中在渤海海域中南部地区，而渤海海域北部辽东湾地区新近系浅层油气田极少，主要因为辽东湾坳陷长期以来被认为是早断早衰型坳陷，即断裂活动的主要时期在古近纪，新近纪断裂衰亡，新构造运动及其晚期断裂不活跃[12-17]。

本文通过近年来新采集的大面积三维地震资料精细解释及钻井资料、分析化验资料的重新认识，认为辽东湾北部地区存在晚期构造活化，新构造运动较为强烈，并且新构造运动对大规模圈闭的形成、储盖组合的优化、油气运移等关键成藏要素都具有重要意义。在这一创新认识的指导下，近年来在辽东湾北部地区新近系浅层发现了以锦州23-2为代表的大中型油气田，推动了辽东湾北部新近系浅层勘探进程，丰富了渤海海域晚期成藏理论。

1 区域地质特征

辽东湾坳陷属于新生代发育的华北克拉通裂谷断陷盆地，是下辽河坳陷向渤海的自然延伸部分,呈现“三凹两凸”的构造格局，自西向东依次为辽西凹陷、辽西凸起、辽中凹陷、辽东凸起、辽东凹陷。辽中凹陷位于辽东湾坳陷中部，呈NNE向展布，面积约为4 300 km2；该凹陷西面与辽西低凸起以缓坡形式逐渐过渡，东面则为陡坡带与辽东凸起接触，具有明显的东断西超的箕状凹陷特征，沉积了巨厚的新生代地层，最厚可达6 000 m(图1)。

图1 辽中凹陷区域位置图

辽东湾坳陷新生代构造演化主要划分为3个阶段[7,18-21]：①古新世—始新世中期伸展裂陷阶段。该阶段由于地幔隆升，NE向张性断裂发育，形成了辽东湾半地堑的构造格局，发育辽西、辽中凹陷以及2个凹陷之间的辽西凸起。②始新世晚期—渐新世晚期走滑-伸展阶段。该阶段辽东湾坳陷始终受郯庐断裂右旋走滑活动的影响，在坳陷东部形成了辽东凸起和辽东凹陷，“两凹一凸”演化为“三凹夹两凸”的构造格局。③新近纪整体拗陷下沉阶段。

2 新构造运动表现形式与动力学分析

2.1 新构造运动表现形式

本文在新采集的大面积三维地震资料基础上，通过区域研究，认为辽中凹陷北部存在较为强烈的新构造运动，具有诸多新构造运动的表现形式。

2.1.1 辽中凹陷北部新近系仍然存在明显的构造沉降，是下辽河坳陷的沉降沉积中心

新近系沉降幅度增大和沉积厚度增大常被认为是新构造运动的一种表现形式[22-23]。下辽河坳陷古近纪发育NE—SW向深大断裂，形成现今坳陷的格局，控制着构造带的形成和发展，在靠近断裂带的地方形成沉降中心。湖盆沉降中心通常通过地层厚度和由构造运动控制的古地貌形态来进行表征。结合前人研究，通过构造演化分析、古地貌恢复对下辽河坳陷新生代地层厚度进行统计，结果表明：受构造活动影响，沙河街组沉积时期至新近系沉积时期在下辽河坳陷形成多个沉降中心[24](图2)；辽河西部和东部凹陷沉降中心具有自北往南迁移的特征，而辽东湾坳陷沉降中心具有自南往北迁移的特征(图3)；进入新近纪以后，辽东湾坳陷整体进入下沉阶段，沉降中心明显继承了东营组沉降中心的位置，辽中凹陷北部成为下辽河坳陷的沉降中心，对物源体系、汇聚水系和沉积体系都有重要的控制作用[25-27]。

2.1.2 辽中凹陷北部晚期断裂非常发育

晚期断裂活动是新构造运动最直观、最重要的表现形式[20-21,24]。辽中凹陷北部整体呈东断西超的箕状断陷特征，晚期断裂十分发育。主控断裂为位于洼陷东侧的辽中2号断裂，同时该断裂也是辽东凸起的西侧边界。辽中2号断裂及其伴生发育的众多晚期活动断裂共同构成该区断裂系统，反映了新近纪以来辽中凹陷北部显著的构造活化现象。辽中2号断裂具有伸展和走滑复合特征，即在古近纪早期伸展断层基础上叠加了渐新世以来的走滑特征。平面上，辽中2号断裂整体为NNE向展布，呈弱弯曲“S”型；剖面上，辽中2号断裂主断面由南向北逐渐由陡坡与缓坡交替的坡坪式过渡为上陡下缓的铲式特征。

图2 下辽河坳陷新生代沉降中心变化趋势

图3 辽东湾地区新生代沉降中心变化趋势

从断裂密度来看，辽中凹陷北部沙河街组沉积时期平均为38条/100 km2，东营组沉积时期平均为130条/100 km2，而中新世平均为300条/100 km2(图4a、b)。总体上看，随着地质年代的变新，断裂密度明显增大，在深层主干断裂(即辽中2号断裂)由若干条断裂搭接构成，调节断裂发育较少；但在浅层主干断裂羽化特征明显，辽中2号断裂较少断至新近系，取而代之的是众多伴生在辽中2号断裂之上的晚期断裂在新近系大量发育。平面上，晚期调节断裂与辽中2号断裂呈一定夹角，多为NE向，延伸距离集中在1～2 km范围内；剖面上，晚期调节断裂主要发育在新近系，与辽中2号断裂构成类型丰富的断裂组合。从平面上看，辽东湾中南部、西部断裂都比较少，断裂密度低，但从辽东湾西部、中南部向辽中凹陷北部断裂活动逐渐增强，说明辽中凹陷北部新近纪以来新构造活动增强(图4c)。

2.1.3 辽中凹陷边缘新生代走滑活动

辽中凹陷北部还发现了新构造运动中走滑活动的证据：垂直于辽东1号断层切取剖面，可见走滑压扭形成的“花状构造”(图5a)，该走滑断层及其“花状构造”一直切割到馆陶组和明化镇组，表明新构造运动具有走滑性质。通过对辽东1号断层两侧馆陶组大型砂砾岩体的属性提取可见，在该砂砾岩体的西南边缘存在明显的走滑错动(图5b)。根据参考点对比(图5b、c)，其错动距离达4 km，走滑断距较大。同时，在辽中2号断层S型走滑转换区(即辽中北洼陡坡带)发育大范围“右旋右阶”走滑拉张构造，使辽中北洼渐新世以来的沉降得到了继承和强化。

图4 辽中凹陷北部中新统断裂系统

图5 辽中凹陷北部晚期走滑构造及其断距分析

2.1.4 辽中凹陷明化镇组上段与下段之间存在较明显不整合

地层之间的不整合是构造运动的表现形式之一[5,19-21,24]。辽中凹陷北部馆陶组沉积之后，在明化镇组上段和下段之间存在明显的不整合，这也表明辽中凹陷北部上新世以来存在比较强烈的构造运动(图6)。

图6 辽中凹陷北部明化镇组上、下段之间的不整合(剖面位置见图1)

2.1.5 辽中凹陷北部新近系浅层至海底发育气烟囱

渤海渤中地区普遍发育“气烟囱”现象，这表明新构造运动至今断裂的活动及其油气的运移和逸散[26-27]。三维地震资料分析表明，辽中凹陷北部海底位置亦普遍存在“气烟囱”现象，即受部分晚期断裂断至海底的影响，赋存于深部的天然气向上发生逸散，导致局部地层成像模糊不清，这也从侧面印证了晚期断裂发育且活动的特征(图7)。

图7 辽中凹陷北部浅层气分布

2.2 晚期构造活动机制

渤海湾盆地在中、新生代以来始终处于环太平洋俯冲方向变化和喜马拉雅构造运动(下文简称喜山运动)华北板块向东挤出的协调作用之下，在二者互为消长的共同影响下，辽中凹陷发生多期裂陷，构造运动活跃[18-20,28-31]。通过对明化镇组断裂系统的走向分析得到，辽中凹陷和渤中凹陷的新构造运动同处于NNW—SSE向的斜向拉分应力场中，可能与中新世末期青藏高原发生的一次快速隆升导致的华北板块向NE方向挤出和板块底部地幔“热积累”后重新上涌溶融、拆沉的共同作用有关[32-35]。

通过沙箱构造模拟实验的方法，模拟了渤海海域在辽中凹陷NE—SW向和渤中凹陷近E—W向先存断裂系统的约束下NNE—SSW斜向拉分应力场中新构造运动的演化过程(图8)，得到了以下认识：

1) 辽中凹陷北部新构造运动具有走滑和拉分双重特征。模拟结果表明：先存断裂控制了区域应力释放的方式，在先存断裂走向基本垂直于应力方向的渤中凹陷主要发生伸展构造；而在先存断裂走向斜交于应力方向的辽中凹陷，伸展构造和走滑构造均十分发育。因此，渤中凹陷的沉降和伸展作用强于辽中凹陷，辽中凹陷的走滑作用强于渤中凹陷。

2) 平面上走滑拉分区为新构造运动的活跃区。模拟实验中渤中凹陷和辽中北洼分别相当于郯庐断裂渤海段南北的“右旋右阶走滑拉分区”，其水平伸展及垂向断距最大，因而成为2个新构造运动的中心。

3) 辽中凹陷和渤中凹陷的新构造运动同时发生。模拟实验显示：虽然辽中凹陷和渤中凹陷的新构造运动表现形式有所不同，但由于板块基底和断裂的刚性传递，其构造运动是“等时的”，辽中凹陷必然存在与渤中凹陷新构造运动联动的同时构造响应，即辽中凹陷的新构造运动。

图8 渤海斜向拉分的沙箱模拟实验

3 石油地质意义

3.1 新构造运动形成大规模构造圈闭

受新构造运动的影响，在辽中凹陷北部沿辽东凸起和辽中凹陷走向形成了一系列有利的大规模圈闭群(图9)。

1) 凸起披覆背斜和半背斜圈闭。这类圈闭主要发育于辽东凸起，依附于辽东1号走滑断裂。新近纪，辽东湾坳陷整体进入下沉阶段，辽中凹陷继承了东营组沉积时期构造运动的右旋走滑拉分应力场，走滑强度减弱，但辽中凹陷北部是整个凹陷的构造活跃区，主要表现为辽东凸起和辽中凹陷的边界断裂即辽中2号断裂走滑特征明显，断层两侧地层受挤压作用影响存在明显的抬升现象，从而依附于辽东1号走滑断裂形成了大规模的背斜、半背斜圈闭群，如锦州23圈闭群，圈闭幅度小、面积大，是油气运移的长期指向区，成藏条件较好。

2) 断块圈闭。这类圈闭主要发育于辽中凹陷。新近纪，辽中凹陷在相对较弱的右旋走滑拉分应力场的影响下，形成了一系列呈雁行排列的走滑调节断裂，在这些调节断裂之间形成了一系列具有滚动背景的断块型圈闭，如锦州17断块圈闭群，圈闭面积大、近油源，是油气成藏的有利地区。

3.2 新构造运动改善储盖组合

新近纪辽东湾坳陷主要为辫状河沉积，砂岩百分含量高(>70%)，泥岩盖层不发育，难以形成较好的储盖组合，而新构造运动使辽中凹陷北部成为下辽河坳陷的沉积汇水中心。从辽东湾坳陷明化镇组和馆陶组砂岩百分含量图(图10)可以看出，自辽西凹陷往辽中凹陷砂岩百分含量逐渐降低(可达50%以下)，泥岩含量增加，单层泥岩厚度逐渐增大。钻井揭示，辽中凹陷北部单层泥岩厚度可以达到55 m以上，泥岩的颜色从东西两侧往北部由灰绿、绿灰色逐渐变为灰色，出现分带性，说明辽中凹陷北部是明显的汇水中心。

图9 辽中凹陷北部T2层圈闭分布

新近纪辽中凹陷北部成为汇水中心，使得辽中凹陷北部出现多套局部区域性泥岩盖层，有效地改善了储盖组合(图11)。其中，储层主要为低弯度曲流河河道砂岩，单层平均厚度约10 m;盖层主要为曲流河的河漫泥岩，在明下段底部和馆陶组中部还形成了局部区域性泥岩盖层，泥岩百分含量高(60%～80%)，泥岩单层厚度为2～30 m。这些泥岩和砂岩形成了良好的储盖组合，为油气大规模成藏提供了有利条件。

3.3 新构造运动有利于油气垂向输导

在右旋走滑应力场的影响下，明化镇组沉积时期辽中凹陷北部构造活动较为强烈，断裂发育，为油气垂向输导提供了良好的通道。目前在辽中凹陷北部地区发现的油气藏主要集中于辽东凸起北段，油源来自辽中凹陷，因此辽中2号断裂成为主要的油气运移通道。明化镇组沉积之前，由于较强的右旋走滑作用，辽中2号断裂断面较为平直，底部深切基底，顶部断至东营组顶部地层，平面上连续；明化镇组沉积以后，由于构造活化，在辽中2号断裂发育的基础上，发育大量派生断裂，但由于走滑作用较弱，这些派生断裂规模较小且呈NE向雁行排列，在剖面上与早期的辽中2号断裂呈“Y”字形或“复Y”字形，共同组成了油气垂向运移通道(图12)。

图10 辽东湾坳陷明化镇组和馆陶组砂岩百分含量分布

图11 辽中凹陷北部新近系储盖组合对比

图12 辽中凹陷北部浅层油气成藏模式图(剖面位置见图1)

3.4 新构造运动为油气晚期快速成藏主要动力

辽东凸起北段新近系圈闭定型期在上新世晚期，因此油气成藏期最早为上新世晚期，属于典型的晚期成藏[1-16]。油气成藏可分为稳态成藏和非稳态成藏2种类型[36-37]：稳态成藏表现为连续的油气充注，但充注效应较弱，一般为受古构造控制的原生油气藏；非稳态成藏与晚期构造活动或突发性事件有关，油气充注效应强，油气充注表现为多期次。根据油气成藏的形成时间来推断，辽东凸起北段油气藏属于非稳态成藏，上新世以来的新构造运动是该区带多期幕式构造运动中最后且对油气成藏最重要的一幕，是晚期油气调整、充注和成藏的主要动力。

4 结论

在喜山运动的远程效应和坳陷“热积累”后地幔上涌的共同作用下，辽中北洼处在右旋右阶的走滑拉分区，伸展和走滑构造均十分发育，成为新构造运动的活跃区。在新构造运动的作用下，辽中凹陷北部不仅发育了大规模的浅层圈闭，而且在新近纪成为整个辽东湾坳陷的沉积沉降中心，改善了辽中凹陷北部的新近系储盖组合。同时，晚期断裂活动增强，不仅使辽中凹陷北部浅层油气运移通畅，也为晚期成藏中油气运移提供了充足的动力。正是由于该区新构造运动强烈，才使辽中北洼浅层勘探获得了重要突破，也使得辽中凹陷北部浅层将成为辽东湾地区重要的勘探领域之一。

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(编辑：冯 娜)

Neotectonic movement and its petroleum geology significance in northern Liaozhong sag

Xu Changgui Peng Jingsong Liu Yongjun Liu Yubo Wu Kui

(TianjinBranchofCNOOCLtd.,Tianjin300452,China)

Liaozhong sag is an important hydrocarbon rich sag in Bohai sea, in which a lot of large-middle scale oil and gas fields are discoveried. However, there is no important breakthrough in Neogene exploration in Liaodong depression and it is regarded as an early faulted and early decline basin with inactive neotectonic movement for a long time. Analysis of high resolution 3D seismic and drilling data show that strong neotectonic movement happens and the faults with the characteristics of both stretch and strike-slip structures develop in late stage of northern Liaozhong sag because of the late stage rise in Liaodong uplift. Under the neotectonic movement, large scale traps in the shallow layer develop in northern Liaozhong sag and becomes the center of tectonics and sediment in Neogene Liaodong Bay depression, which improves reservoir-seal assemblage in Neogene northern Liaozhong sag. Moreover, the enhanced late stage faults activity not only offers hydrocarbon migration channels but also driving force for oil and gas migration for the late hydrocarbon accumulation, providing good accumulation conditions in Neogene northern Liaozhong sag. The new recognitions of neotectonic movement and its hydrocarbon accumulation guide some important discoveries in shallow layer in northern Liaozhong sag.

neotectonic movement; late hydrocarbon accumulation; Neogene; northern Liaozhong sag

徐长贵，男，博士，教授级高级工程师，中国海洋石油总公司油气勘探专家，毕业于中国地质大学(北京)，长期从事石油地质与勘探工作。地址：天津市塘沽区609信箱(邮编：300452)。E-mail:xuchg@cnooc.com.cn。

1673-1506(2016)03-0020-11

10.11935/j.issn.1673-1506.2016.03.003

TE121.2

A

2015-11-20 改回日期：2016-02-29

* “十二五”国家科技重大专项“近海大中型油气田形成条件及勘探技术(编号：2011ZX05023)”部分研究成果。

徐长贵,彭靖淞,柳永军，等.辽中凹陷北部新构造运动及其石油地质意义[J].中国海上油气，2016,28(3)：20-30.

Xu Changgui,Peng Jingsong,Liu Yongjun,et al.Neotectonic movement and its petroleum geology significance in northern Liaozhong sag[J].China Offshore Oil and Gas,2016,28(3):20-30.