大型控盆边界正断层活动性评价方法及应用

康洪全，李明刚，贾怀存，杨海风，孟金落

（1.中海油研究总院，北京 100083；2.中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300452）

大型控盆边界正断层活动性评价方法及应用

康洪全1，李明刚1，贾怀存1，杨海风2，孟金落1

（1.中海油研究总院，北京 100083；2.中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300452）

裂陷区存在大量缺失下盘地层沉积的控盆主边界正断层，这类断层的运动学特征对认识盆地的结构、沉积充填及油气成藏都具有重要意义。然而目前还没有一种有效的该类断层活动性评价方法，为此，以油区构造解析理论为指导，在已有断层活动性评价方法调研基础上，通过断裂活动与沉积充填响应关系的系统分析，提出了一种新的评价方法——地层楔形体法。断层的活动过程是上盘楔形地层超覆体的形成过程，某一地质时期内，因断层活动的阶段性而发育多个地层楔形体，所有地层楔形体的视厚度就代表了地层沉积时期的断层活动产生的垂距。文中将地层楔形体法应用于沙南—埕北地区，对缺失下盘地层沉积控盆边界断层的活动性做了评价，明确了沙三段沉积时期断层活动强烈。

主边界正断层；评价方法；活动性；油区构造解析理论；沙南—埕北地区

0 引言

断层是岩层或岩体顺破裂面发生明显位移的构造，是由外界应力强度超过岩石弹性极限使岩石的连续性受到破坏造成的［1］。对断层运动学特征的研究目前仍然较为薄弱，虽然有多种评价断层活动性的方法，但是都有局限性［2-4］，目前还没有一种有效的方法来评价下盘地层完全剥蚀殆尽的大型边界正断层的活动性问题。边界正断层活动不仅控制了盆地的演化，同时对盆地内的沉积充填和油气成藏也有重要影响［5-7］。因此，探讨正断层活动性的评价方法不仅具有重要的理论意义，也有明显的现实价值。

1 正断层活动性评价方法

目前正断层的活动性评价方法有断层生长指数和断层落差法。断层生长指数是评价断层活动性的一种经典方法，自从Thorsen提出以来被广泛地应用于同生断层的研究中［8-10］。断层生长指数是同一地层在断层上盘和下盘的厚度比。对于正断层来讲，当断层生长指数为1时，说明断层两盘厚度相等，断层不活动；当断层生长指数大于1时，说明上盘厚度大于下盘厚度，断层活动，而且生长指数越大，断层活动就越强烈。

断层生长指数是一个地层厚度比，对厚度精度要求较高，在实际应用过程中，受地层剥蚀和盆地沉降因素影响较大。这2个因素都会改变断层上、下两盘的地层厚度，进而影响断层生长指数。如果地层受到剥蚀，断层活动微弱时，生长指数也可能很大。由于受盆地沉降的影响，断层活动强烈时，断层生长指数可能很小。

断层落差法是目前比较实用的一种评价断层活动性的方法。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。能够在地震剖面上测量，也能够在构造图上读取。可以用断层两盘同一地质历史时期的沉积地层厚度差表示该时期生长断层落差［2，11］。因此，生长断层的落差可以表示为两盘地层的厚度差。

引入时间概念后，断层落差可以转化为断层活动速率， 即断层落差与相应地层沉积时间的比值［3，12-13］。断层落差法的优势是可以消除地层剥蚀和盆地沉降的影响［4，14］。断层落差法虽然能够克服断层生长指数的不足，但是仍然不能够解决下盘地层完全剥蚀殆尽的断层的活动性。

2 地层楔形体法内涵

为了解决断陷区普遍存在的那些只有下降盘有地层沉积的大型控盆边界断裂的活动性问题，本文在断层落差法的基础上提出了一种全新的方法——地层楔形体法。

断层活动对活动期沉积地层具有明显的控制作用，引起断层上盘地层厚度增大，断层落差大于0，在断层不活动的地质时期沉积的地层在断层上、下两盘厚度基本一致，断层落差为0。因此，断层活动的效应造成了断层上盘地层厚度的增加。

如果在断层上盘各构造层内分别绘制一条辅助线，使辅助线到各自构造层顶界面的距离和同一构造层在断层下盘的厚度相当，就把评价断层活动性问题完全转移到断层上盘地层中，不同构造层底界面与断层的交点到其内部的辅助线的视厚度就代表了各地层沉积时期的断层活动产生的断层落差。这就为评价缺失下盘地层沉积的断层的活动性提供了新的思路。

一般来讲，断层活动能够为沉积物堆积提供可容空间，造成地层连续超覆在底界面之上。当断层不活动，处于构造稳定期时，地层则会稳定沉积，垂向上层层叠置，表现出平行层序。因此，辅助线应该代表了不同地质时期最大地层超覆面，不同构造层底界面和其内部的最大地层超覆面所围限的地层楔形体的最大视厚度就代表了不同时期断层的活动强度。

也就是说，断层的活动过程是断层下降盘楔形地层超覆体的形成过程，某一地质时期内，断层活动可能具有阶段性，而在断层下盘发育多个地层楔形体，所有地层楔形体的最大视厚度之和就代表了这个时期断层活动产生的垂距（见图1）。图1是地层楔形体法的应用模型，某一时期断层的垂距为图中红色立柱累加和。

图1 地层楔形体法应用模型

3 地层楔形体法的应用

渤海湾新生代沉积盆地表现出明显的裂陷构造特征，断裂普遍发育，具有“大盆地、小凹陷”的宏观结构特征［15-19］。其中，不同凹陷多发育一到两条控凹的边界断层，这些断裂都表现出缺失下盘地层沉积的特征，使得地层楔形体法可以得到广泛应用。

如渤海西部海域沙南—埕北地区，夹持于沙垒田凸起和埕子口凸起之间，发育沙南、埕北2个NW—SE走向凹陷（见图2）。沙南断层、沙东南断层和埕北断层是控制沙南凹陷和埕北凹陷的边界断层。这3条边界断层都背靠凸起，下盘缺失地层沉积，运用地层楔形体法，依据横穿断层的地震剖面，对它们的活动性进行了测量分析（见图3）。

图2 沙南—埕北地区构造单元划分

总体来看，沙南断层、沙东南断层和埕北断层都是早期活动断层，仅在孔店组—沙河街组沉积时期活动。其中，沙三段沉积时期这3条断层活动都最为强烈，断层垂距大，沙南断层和沙东南断层垂距普遍超过1 000 m，埕北断层垂距也基本都超过500 m；而在沙四段—孔店组和沙一、二段沉积时期，断层活动强度明显减弱，尤其是沙一、二段沉积时期，沙南断层和沙东南断层基本不活动，埕北断层也只是轻微活动，断层垂距很小。沿着断层走向的不同区段，断层活动性差异较大，沙南断层和埕北断层都有2个断层强烈活动中心，沙东南断层有一个断层强烈活动中心，不同断层的强烈活动中心和这一地区发育的沉积洼陷一一对应，显示了断层活动对盆地沉积-沉降中心的控制作用。

近年来，沙南—埕北地区的油气勘探活动频频受挫，多口探井失利。一项新的研究成果表明（国家科技重大专项——近海富烃凹陷资源潜力再评价和新区、新领域勘探方向）：控洼主干断层的平均活动速率达到150 m/Ma，洼陷就达到了富生烃的标准。这增加了地层楔形体法这种新的断层活动性评价方法的实用价值。

图3 沙南—埕北地区边界断层的活动特征

本文对控制5个洼陷的边界断层活动性做了评价，结果表明仅沙三段沉积时期（见图3d），控制各个洼陷的主干断层的平均垂直活动速率最小为161.5 m/ Ma，最大达到了378.5 m/Ma，都超过了150 m/Ma，所以各个洼陷都达到了富生烃洼陷的标准，应该具有好的勘探前景。综合各种成藏条件分析，南部的沙南、埕北斜坡带发育扇三角洲砂体，长期处于油气运移指向区，发育各种断块、地层型圈闭，是有利的勘探区带。

4 结论

1）断层的活动过程是其上盘楔形地层超覆体的形成过程，某一地质时期内，断层活动可能具有阶段性，从而在断层上盘发育多个地层楔形体，所有地层楔形体的视厚度和就代表了地层沉积时期的断层活动产生的垂距。

2）应用地层楔形体法，对渤海湾盆地沙南—埕北地区控盆边界断层的活动性分析表明，边界断层主要在孔店组—沙河街组沉积时期活动，其中沙三段沉积时期断层活动最为强烈，平均垂直活动速率都超过了150 m/Ma，进而确定了沙南凹陷和埕北凹陷是富生烃凹陷，具有油气勘探潜力。

3）地层楔形体法充分体现了断裂活动与地层充填的响应关系，能够解决裂陷区普遍存在的缺失下盘地层沉积的控盆主边界断层的活动性，丰富了断层活动性的评价理论。

［1］徐开礼，朱志澄．构造地质学［M］.2版．北京：地质出版社，2002：126-128．

［2］赵勇，戴俊生．应用落差分析研究生长断层［J］．石油勘探与开发，2003，30（3）：13-15．

［3］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．

［4］陈刚，戴俊生，叶兴树，等．生长指数与断层落差的对比研究［J］．西南石油大学学报（自然科学版），2007，29（3）：20-23．

［5］李梦萍，戴俊生，邹娟．冀中坳陷古近纪地层厚度变化及断层活动特征［J］．断块油气田，2016，23（2）：137-141.

［6］史冠中，王华，徐备，等．南堡凹陷柏各庄断层活动特征及对沉积的控制［J］．北京大学学报（自然科学版），2010，47（2）：69-74．

［7］颜照坤，李勇，李奋生，等．沧东断层孔店期伸展、走滑作用的沉积响应［J］．断块油气田，2012，19（2）：158-162.

［8］万涛，蒋有录，林会喜，等．断层活动性和封闭性的定量评价及与油气运聚的关系：以车西洼陷曹家庄断阶带为例［J］．石油天然气学报，2010，32（4）：18-24．

［9］卢浩，蒋有录，徐昊清．饶阳凹陷主断层活动期与新近系油气成藏关系［J］．断块油气田，2011，18（5），594-597.

［10］张华文，周江羽，刘德志，等．南堡凹陷4号构造带蛤坨断层特征与油气成藏关系［J］．海洋石油，2010，30（2）：14-18．

［11］王新新，戴俊生，马洪坤．金湖凹陷石港断裂带构造特征及控油作用［J］．断块油气田，2015，22（6）：686-691，739.

［12］刘建国，刘延峰，黎有炎，等．惠民凹陷西部断层活动性研究［J］．石油天然气学报，2009，31（4）：195-199．

［13］陈少平，王华，刘丽芳，等．断裂时空差异性演化及其对生烃凹陷形成的控制：以珠江口盆地珠三坳陷为例［J］．断块油气田，2015，22（1）：1-6.

［14］陈刚，蒋戈平，周建新，等．用古落差法研究沙埝地区断层活动强度［J］．小型油气藏，2008，13（2）：7-10．

［15］韩彧，黄娟，赵雯.墨西哥湾盆地深水区油气分布特征及勘探潜力［J］.石油实验地质，2015，37（4）：473-478.

［16］邓运华.渤海湾盆地凹陷一凸起油气聚集的差异性［J］．中国海上油气（地质），1999，13（6）：401-405.

［17］张立刚，陶鑫，闫铁，等.利用邻层反演水平层理页岩地应力方法［J］.石油钻探技术，2015，43（5）：26-30.

［18］柳永军,徐长贵,吴奎,等.辽东湾坳陷走滑断裂差异性与大中型油气藏的形成［J］.石油实验地质，2015，37（5）：555-560.

［19］贾志斌，田新琦，孟祥顺，等.渤海湾盆地成因机制与油气评价［J］.石油地球物理勘探，2003，38（1）：62-66.

（编辑 杨会朋）

Evaluation method of large boundary normal fault activity and its application

KANG Hongquan1,LI Minggang1,JIA Huaicun1,YANG Haifeng2,MENG Jinluo1
(1.CNOOC Research Institute,Beijing 100083,China;2.Tianjin Branch of CNOOC Ltd.,Tianjin 300452,China)

Faulted depression area has massive main boundary normal faults with lost sedimentary strata in footwall.Kinematic characteristics of this type of fault have important significance to recognize basin structure,sedimentary filling and hydrocarbon accumulation,but there is not an effective method to evaluate fault activity.In order to solve the issue,a new method,formation wedge method,was proposed,which was based on oilfield structural analysis theory,the research of existing fault activity evaluation method, the systematic analysis of fault activity and sedimentary response.Wedge-shaped layer body developed in hanging wall is caused by fault activity.In a geological period,due to phase feature of fault activity and multiple stratigraphic wedges development,the apparent thickness of all formation wedges represents vertical distance induced by fault activity in different period.The formation wedge method was applied to Shanan-Chengbei Area to evaluate the activity of boundary faults in this area,and the result shows that the faults acted strongly in Sha-3 Member sedimentary period.

main boundary normal fault;evaluation method;activity;oilfield structural analysis theory;Shanan-Chengbei Area

国家科技重大专项课题“大陆边缘盆地类比与油气成藏规律研究”（2011ZX05030-001）

TE121

A

10.6056/dkyqt201703002

2016-09-10；改回日期：2017-03-04。

康洪全，男，1969年生，高级工程师，主要从事油气成藏机理研究工作。E-mail：kanghq@cnooc.com.cn。

康洪全，李明刚，贾怀存，等.大型控盆边界正断层活动性评价方法及应用［J］.断块油气田，2017，24（3）：307-310.

KANG Hongquan，LI Minggang，JIA Huaicun，et al.Evaluation method of large boundary normal fault activity and its application ［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2017，24（3）：307-310.