沾化凹陷古近系—新近系断裂研究进展

吴春燕，张金功，黄传卿，崔　强

(1.西北大学 地质学系/大陆动力学国家重点实验室，陕西 西安 710069；2.陕西科技大学 化学与化工学院，陕西 西安 710021)



沾化凹陷古近系
—新近系断裂研究进展

吴春燕1，张金功1，黄传卿2，崔强1

(1.西北大学 地质学系/大陆动力学国家重点实验室，陕西 西安 710069；2.陕西科技大学 化学与化工学院，陕西 西安 710021)

[摘要]前人对沾化凹陷断裂做了大量研究，主要集中在断裂发育特征、形成机制、断裂活动性、断裂对油气成藏的控制作用等。认为沾化凹陷断裂十分发育，可划分为4级。凹陷内断层的走向主要有北西向、北东向和近东西向。断层平面形态主要有弧形或锯齿形、“S”形、直线形等，剖面形态主要有犁式和平面式，组合形态可分为“Y”形、帚形、鹿角形、阶梯状、羽状以及复合“X”形、马尾状、斜列式等。断裂活动强度具有在沙三段沉积期前“西强东弱”、沙三段沉积期后“东强西弱”的特点，并且断层停止活动的时间由西至东逐渐变晚。断裂对油气成藏的控制作用体现在三个方面，控制烃源岩的形成与分布、控制圈闭的形成与分布、控制油气的运移与聚集。对断裂与构造高低关系研究程度较弱，还需进一步深入研究。

[关键词]沾化凹陷；断裂；断层活动性；古近系；新近系

在陆相断陷盆地中，断裂活动对油气成藏的影响一直是油气地质学研究的热点，断裂控烃、控运、控圈等理论都是其对油气成藏控制的综合反映[1-3]。断裂构造是决定油气分布的重要因素。断层既能作为油气运移的通道，又能作为遮挡体形成断层圈闭，尤其对断块式油气田更是如此[4-5]。沾化凹陷位于渤海湾盆地济阳坳陷北部，为新生界拉张断陷盆地，北以义南、义东、埕东断层为界，东到垦东凸起，向南地层区域性抬升，超覆过渡到陈家庄凸起[6]。其形成和演化主要受燕山期和喜山期构造运动的控制[7-9],总体上为轴向北东、呈北断南超的断陷构造格局。沾化凹陷主要发育古近系、新近系和第四系地层。沾化凹陷内部断裂发育，油气资源丰富，新近系作为其主力含油层系，本身缺乏生油条件，油气主要来源于古近系烃源岩，断层成为沟通其的重要纽带[10-14]。

1断裂特征

沾化凹陷断裂十分发育，共有297条[15-16]，根据各油区的实用划分方案,一般将断层划分为4级。

一级断层：指控制第三系分布的边界断层,或称分割凸起与凹陷的边界断层。具断距大、切穿地层多、发育早、结束晚的特点。

二级断层：是控制二级构造带和相邻凹陷形成发育的主干断层,既可以是基岩断裂,也可以是仅发育在第三系内部的盖层断裂,但都对下第三系沉积厚度、相带分布及局部构造形成有重要的控制作用。

三级断层：常为一、二级断层的派生断层,以盖层断裂为主,对第三系沉积厚度有控制作用,是划分断块区的边界断层,包括各类平面和纵向上的调节断层。

四级断层：为更次一级的断层,是划分断块的依据。

据路顺行(2003)研究，凹陷中明显控制沉积的大断层就有10条，分别为：罗西断层、孤西断层、五号桩断层、义东断层、埕东断层、垦东断层、孤北断层、孤南断层、垦利断层和埕北断层(图1)。

图1　沾化凹陷主要断裂分布图

1.1断层的平面几何形态

凹陷内断层的走向主要有北东向、近东西向、北西向。其中北西向断层有罗西、孤西和五号桩断层等，是盆地早期构造作用形成的[9、17]，北东向和近东西向断层是后期构造作用形成的，并切割早期形成的北西向断裂。平面上，断层形态主要有弧形或锯齿形、“S”形、直线形等。盆缘大断层和大部分二级断层多呈弧形；三、四级断层部分为弧形“S”形或直线形。一、二级断层的组合形态主要有帚状和分叉状；三、四级断层多构成网格形、分叉形或近平行排列[15]。

1.2断层剖面几何形态

断层的剖面几何形态主要类型有犁式和平面式,断层组合形态可分为“Y”形、帚形、鹿角形、阶梯状、羽状以及复合“X”形、马尾状、斜列式(包括左列和右列)等[15、18]。其中犁式断层在洼陷内广泛发育，平面式断层在盆地内也较为多见,平面状断层常形成断阶带，中小型断层常具有平面状断裂特点。

2断裂的形成机制

沾化凹陷属于渤海湾盆地济阳坳陷的一个次级构造单元，其区域构造演化与渤海湾盆地基本一致[19]。据吴智平(2004)研究，古近纪孔店组沉积期太平洋板块对欧亚板块的俯冲方向为NNW，郯庐断裂带继承了燕山期左旋走滑的活动方式；沙四沉积期太平洋板块俯冲方向由NNW转为NWW[20-23]，同时印度板块开始向北俯冲，与欧亚板块强烈挤压碰撞[24-26]。二者的共同作用在华北地区产生了右旋走滑剪切应力场，从而使得郯庐断裂带、沧东—兰聊断裂带等中国东部大型边界走滑断裂带由左旋转为右旋，中国大陆东部处于右旋剪切应力场之中。

沾化凹陷所处的构造应力场特征为在大规模裂陷伸展的基础上叠加了郯庐断裂带的走滑活动，走滑方式的转变对断层的发育特征产生了重要影响。燕山-喜山构造阶段过渡期郯庐断裂由左旋至右旋的转换，则导致了研究区断裂发育由早期NW向至后期NE(NEE)向的转型[19]。

3断裂活动性

3.1断裂活动性定量研究方法

目前主要采用断层生长指数、断层落差和断层活动速率3类参数来定量表示断层的活动性[27-30]。

3.1.1断层生长指数

断层生长指数(Qi)为上盘厚度与下盘厚度之比。即，断层生长指数=上盘厚度/下盘厚度。当断层生长指数<1时，说明上盘厚度小于下盘厚度，断层活动，而且是逆断层；当断层生长指数=1时，说明断层两盘厚度相等,断层不活动；当断层生长指数>1时，说明上盘厚度大于下盘厚度，断层活动，而且是正断层。正断层生长指数越大或逆断层生长指数越小，表示断层活动越强烈。

在研究边界断层和逆断层时，利用断层生长指数来研究断层活动性往往很难奏效。此外，当盆地大幅度沉降形成巨厚沉积物或者沉积幅度很小形成的沉积物很薄时，计算出的断层生长指数也不能准确表示断层活动的强弱。

3.1.2断层落差

断层落差是指在垂直于断层走向的剖面上两盘相当层之间的铅直距离，也称铅直断层滑距，能反映断层两盘差异升降的幅度。

就同沉积断层而言，断层的落差实际上是两盘的下降幅度差，可以用两盘地层的厚度差来表示，即：生长断层落差(D)=上盘厚度(H)-下盘厚度(h)。

就边界断层而言，上盘沉降接受沉积，下盘抬升遭受剥蚀，因此在某一地质时期的断层落差应表示为：断层落差(D)=上盘沉积厚度+下盘剥蚀厚度。

逆断层与正断层相反，其上盘抬升遭受剥蚀，下盘沉降接受沉积，其断层落差表现为负值：断层落差(D)= -上盘剥蚀厚度-下盘沉积厚度。

与断层生长指数相比，用断层落差来反映断层的活动性，具有更大的优越性，其不足在于没有体现出地质时间的概念,其反映的仅仅是某一地质时期的断层两盘升降的总体差异,由于各地质时期的划分不是等时间单元划分,因而断层落差不能很好地体现断层在时间轴上的强弱变化。

3.1.3断层活动速率

断层活动速率(vf)为某一地质时期内的断层落差与时间跨度的比值，该参数既保留了断层落差的优点，又弥补由于缺少时间概念所带来的不足，能够更好地反映断层的活动特点。针对不同类型的断层,确定了不同的计算方法:

同沉积正断层：(vf)=上盘沉积厚度-下盘沉积厚度时间(vf>0);

边界正断层：(vf)=上盘沉积厚度+下盘剥蚀厚度时间(vf>0);

逆断层：(vf)=-上盘剥蚀厚度-下盘沉积厚度时间(vf<0)。

当断层发生构造反转，由逆断层转变为正断层，vf的值则表现为由负值到正值的转变。

3.2沾化凹陷古近系-新近系断层活动性分析

沾化凹陷断层发育整体表现为“网格化”的特征，断层间相互切割，主要表现为中生代北西向断层与新生代北东(东)向断层的叠加，新生代北东向断层切割中生代北西向断层，体现了断裂活动多期次叠加的特点[31-35]。

张凡芹(2003)根据沾化凹陷断层总落差图，认为在沾化凹陷，沙河街组二段上亚段-沙河街组一段沉积时期构造活动最为强烈，其次是沙河街组三段沉积早期，第三是沙河街组三段中亚段沉积时期、沙河街组三段上亚段-沙河街组二段下亚段沉积时期和东营早期，在东营晚期构造活动最弱。另外，构造活动呈明显的幕式性，即在沙河街组三段早期构造活动强，沙河街组三段中亚段、沙河街组三段上亚段-沙河街组二段下亚段沉积时期构造活动变弱，至沙河街组二段上亚段-沙河街组一段时期构造活动又变强，东营早期和东营晚期又变弱[16]。

吴智平(2004)通过对15条地震剖面的解释，计算了沾化凹陷10条主要断层的断层活动速率。认为NW向断层(罗西断层、孤西断层、五号桩断层)，从断层的消亡时期来看,表现出由西向东,由早到晚的规律。北部边界断层(义南断层、义东断层、埕东断层)自西向东由弱变强。NE向次级控凹(洼)断层(邵家断层、垦东断层等)，从断层发育的时间来看,反映出与NE向边界断层发育的伴生性,但活动规模明显要小于边界断层[19]。

彭存仓(2009)通过对沾化凹陷地震剖面所揭示的断层活动速率的计算，认为北西向断层经历了逆冲和拉张反转全过程，活动强度自西向东逐渐增强，断层停止活动的时间由西至东逐渐变晚。北北东向断层和东西向断层，断层活动峰值出现在沙三段、沙一段沉积时期;而在馆陶组沉积时期衰弱、消亡[7]。

刘培(2013) 研究认为沾化凹陷断裂活动强度具有在沙三段沉积期前“西强东弱”、沙三段沉积期后“东强西弱”的特点，且北东向断层活动强度总体大于近东西向断层；北东向及近东西向断层活动期同油气的充注期相匹配，二者相关性好[36]。

4断裂对油气成藏的控制

4.1大断层控制烃源岩的形成与分布

沾化凹陷早第三纪的断陷拉张活动，形成“北断南超”的断陷湖盆格局。大断层的同沉积活动为沉积物提供了较大的可容纳空间，导致了沿断层走向分布的多个负向构造单元(以洼陷代称)，环绕在孤岛凸起周围，分别是孤北、渤南、孤南、富林等次级生烃洼陷[36]。

大断层长期继承性活动，其下降盘形成洼陷，而大断层上升盘抬升形成沿断层走向分布的凸起，如孤岛凸起南北两侧的孤南、孤北洼陷。正是由于断层的这种作用，造成下降盘洼陷水体逐渐变深，平静深水为大量低等生物提供了优越的生态条件，深水还原环境有利于有机质的保存。同时大断层的多期活动，可控制形成多套烃源岩层系，而每套烃源岩层的规模、质量、向油气转化程度都与断层的活动强度、时间、及断层本身的规模和性质有直接关系[37]。

4.2断层控制圈闭的形成与分布

沾化凹陷上第三系绝大部分圈闭与断层的关系极为密切，断层的存在及其活动，控制了上第三系圈闭的形成、发育及分布[37]。

4.2.1控制披覆背斜构造圈闭

大断层长期继承性活动，使上升盘基岩长期遭受剥蚀，至上第三系沉积前，形成出露地表的古残丘山或断块山，是较好的披覆构造背景。上第三系沉积后，受古地形背景的影响和沉积压实作用，形成大型潜山披覆构造圈闭，如孤南、孤北断层控制形成的孤岛潜山披覆构造。这种背斜构造规模大、幅度小、背斜倾角平缓、形态与下伏基岩潜山基本一致。大断层的延伸方向与断层的发育特征决定了披覆背斜构造的形态和分布，该类圈闭形成的油气藏是本区主要的油气藏类型。

4.2.2控制断块、断鼻圈闭

在凹陷斜坡部位，由一组平行于凹陷走向断层，与另一组斜交断层相互交切，并与一定的构造背景相结合，形成二三、面受断层围限的断块圈闭。这种圈闭的闭合度和闭合面积取决于断层的落差、盖层及储集层与断层落差的匹配情况。

由于断层活动的差异性或古地形造成的在上倾方向由断层切割，侧向由断鼻构造封闭而形成断鼻圈闭。该类圈闭与断块圈闭有很大的相似性，只是在圈闭的两侧有鼻状构造作为封闭条件，而断块圈闭是由断层弯曲或一条以上的断层控制形成的圈闭。

4.2.3控制岩性上倾尖灭圈闭

由于断层的活动造成沉积条件的差异，从而造成砂岩横向发生相变，并伴随断层的活动进一步造成上倾而形成圈闭。

4.3断层控制油气的运移与聚集

大断层由于活动期长，在断层上、下盘形成多种类型的圈闭，同时沟通了深部烃源岩与浅部储集层[36]，使油气在浅层圈闭中聚集，这种运移、聚集方式多发生在凹陷陡坡带。一般情况下，断层活动到哪个层位，油气就能运移到哪个层位，而断层带上发育于断层两侧的油气藏，清楚地反映了油气主要沿油源断层垂向运移而进入古近系储集层内聚集成藏。

主干断裂体系控制油气聚集带的形成和分布，其它体系控制油藏的类型和分布位置。断裂上升盘多发育以地层不整合油气藏和断块油藏为主的复式油藏；下降盘多发育以逆牵引构造油藏为主的复式油气藏；在复合部位多形成以断块油气藏或与火山岩有关的油气藏为主的复式油藏[38]。

目前，通过油气运移模拟实验初步证实小断层也是油气垂向运移的通道，可形成油气的再次运移，在馆上段油气成藏中起着重要的作用。

5结语

沾化凹陷断裂十分发育，可划分为4级。凹陷内断层的走向主要有北东向、近东西向、北西向。平面上，断层形态主要有弧形或锯齿形、“S”形、直线形等。剖面上，断层形态主要类型有犁式和平面式，断层组合形态可分为“Y”形、帚形、鹿角形、阶梯状、羽状以及复合“X”形、马尾状、斜列式等。

目前主要采用断层生长指数、断层落差和断层活动速率3类参数来定量表示断层的活动性。通过对沾化凹陷断裂活动性分析，发现断裂活动强度具有在沙三段沉积期前“西强东弱”、沙三段沉积期后“东强西弱”的特点，并且断层停止活动的时间由西至东逐渐变晚。

断裂对油气成藏的控制作用体现在三个方面，控制烃源岩的形成与分布、控制圈闭的形成与分布、控制油气的运移与聚集。

前人对沾化凹陷断裂研究已取得大量成果，但对断裂与构造高低关系研究程度较弱，还需进一步深入研究。

参考文献

[1]罗群.断裂控烃理论的概念、原理、模式与 意义[J].石油勘探与开发.2010,31(6):316-324.

[2]周心怀,牛成民,滕长宇.环渤中地区新构造运动期断裂活动与油气成藏关系[J].石油与天然气地质.2009,30(4):469-482.

[3]池英柳,杨池银,周建生.渤海湾盆地新生代断裂活动与含油气系统形成[J].勘探家.2000,5(3):41-48.

[4]杨祖序.华北第三纪断陷构造特征与分类[M].北京:石油工业出版社.1989.

[5]谢向阳,罗毓辉.歧南断阶带断裂体系与油气分布[J].西安石油学院学报.2001,16(5):4～6.

[6]帅德福,刘兴材,王秉海,等.中国石油地质志(胜利油田).卷六[M].北京:石油工业出版社.1993.

[7]彭存仓.沾化凹陷断层活动性及其叠合特征[J].油气地质与采收率.2009,16(5):37-43.

[8]杨超,陈清华.济阳坳陷构造演化及其构造层的划分[J].油气地质与采收率.2005,12(2):9-14.

[9]吴智平,李伟,任拥军,等.济阳坳陷中生代盆地演化及其与新生代盆地叠合关系探讨[J].地质学报.2003,77(2):280-286.

[11]毕研鹏,陈云井,田波,等.孤岛油田[A].见:张文昭.中国陆相大油田[C].北京:石油工业出版社.1997,646-654.

[12]吴静,陈广军.埕岛地区馆陶组河流相储层油藏描述技术[A].见:杜贤樾,孙焕泉,郑和荣.胜利油田勘探开发论文集(第一辑)[C].北京:地质出版社.1997,67-76.

[13]庞雄奇,李素梅,黎茂稳,等.八面河油田油气运聚、成藏模式探讨[J].地球科学—中国地质大学学报.2002,27(6):666-670.

[14]王尚旭,狄帮让，魏建新.断层物理模型试验及其地震响应特征分析[J].地球科学—中国地质大学学报.2002,27(6):736-740.

[15]马晖.济阳坳陷下第三系构造特征及其对层序的控制作用[D].广州:中国科学院广州地球化学研究所.2005,1-116.

[16]张凡芹,王伟锋,戴俊生.沾化凹陷断层活动性及其对层序发育的控制作用[J].石油与天然气地质.2003,24(3):253-259.

[17]杨超,陈清华.济阳坳陷构造演化及其构造层的划分[J].油气地质与采收率.2005,12(2):9-12,22.

[18]林畅松,郑和荣,任建业,等.渤海湾盆地东营、沾化凹陷早第三纪同沉积断裂作用对沉积充填的控制[J].中国科学.2003,33(11):1025-1036.

[19]吴智平,李伟,郑德顺,等.沾化凹陷中、新生代断裂发育及其形成机制分析[J].高校地质学报.2004,10(3):405-417.

[20]戚建中,刘红樱,姜耀辉.中国东部燕山期俯冲走滑体制及其对成矿定位的控制[J].火山地质与矿产.2000,21(4):244-265.

[21]侯贵廷,钱祥麟,宋新民.渤海湾盆地形成机制研究[J].北京大学学报(自然科学版). 1998,34(4):503-509.

[22]李鹏举,卢华复,施央申.渤海湾盆地东濮凹陷的形成及断裂构造研究[J].南京大学学报.1995,31(1):128-139.

[23]许浚远,张凌云.1999.欧亚板块东缘新生代盆地成因:右行剪切拉分作用[J].石油与天然气地质,20(3):187-191.

[24]刘合甫.中国沉积盆地演化与旋回动力学环境[J].地球科学.1996,21(4):346-356.

[25]何海清,王兆云,韩品龙.华北地区构造演化对渤海湾油气形成和分布的控制[J].地质学报.1998,72(4):313-322.

[26]任建业,李思田.西太平洋边缘海盆地的扩张过程和动力学背景[J].地学前缘, 2000,7(3):203-213.

[27]李勤英,罗凤芝,苗翠芝.断层活动速率研究方法及应用探讨[J].断块油气田.2000,7(2):15-17.

[28]夏东领,杨道庆,林社卿,等.南襄盆地中、新生代构造演化与油气成藏[J].油气地质与采收率,2007,14(6):32-35.

[29]赵密福,刘泽容.惠民凹陷临南地区断层活动特征及控油作用[J].石油勘探与开发.2000,27(6):9-11.

[30]肖英玉,郝雪峰.断层生长指数在层序地层单元中应用的局限性[J].油气地质与采收率.2003,10(增刊):1-5.

[31]张鹏,王良书,丁增勇,等.济阳坳陷中—新生代断裂发育特征及形成机制[J].石油与天然气地质.2006,27(4):467-474.

[32]褚庆忠,张树林.渤海湾盆地垦利断裂带构造与油气关系研究[J].地球学报.2004,25(1):73-78.

[33]郑德顺,吴智平,李伟,等.济阳坳陷中、新生代盆地转型期断裂特征及其对盆地的控制作用[J].地质学报.2005,79(3):386-393.

[34]丁增勇,王良书,张鹏,等.济阳坳陷及鲁西隆起区中、新生代伸展与断裂活动特征[J].石油与天然气地质,2008,29(1):107-112,140.

[35]易海,钟广见,马金凤.台西南盆地新生代断裂特征与盆地演化[J].石油实验地质.2007,29(6):560-564.

[36]刘培,蒋有录,刘华,等.渤海湾盆地沾化凹陷断层活动与新近系油气成藏关系[J].天然气地球科学,2013,24(3):541-547.

[37]庄文山,王永诗.试论沾化凹陷上第三系油气成藏与断层的关系[J].海洋石油.2002,4:37-41.

[38]褚庆忠,张雪勇，王长江。断裂构造与油气运聚关系研究—以沾化凹陷垦利断裂带为例[J].河南石油.2003,17(1):9-13.

[收稿日期]2015-09-08

[作者简介]吴春燕(1987-)，女，四川合江人，在读博士研究生，主攻方向：油田地质。

[中图分类号]P542+.3

[文献标识码]B

[文章编号]1004-1184(2016)01-0204-03