渤海西部海域渤中西洼构造演化与油气成藏模式

徐春强， 张 震， 张新涛， 郭 瑞， 张志强

( 中海石油(中国)有限公司 天津分公司，天津 300459 )

0 引言

近年来，渤中凹陷西洼油气勘探持续获得突破[1-3]，在深、浅层获得较好油气发现，成为渤海油田勘探的热点地区。该区应力场复杂，构造特征多样，构造成因机制认识不清。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[4-10]。人们研究渤中凹陷断裂的形成和演化及其控藏作用[11-16]。孙永河等[17]分析渤中坳陷断裂构造特征，研究断裂的形成演化对油气成藏条件的控制作用，将断裂活动期次划分为早期形成伸展断层、中期叠加NNE向右旋走滑和NW-NWW向左旋走滑伸展断层、晚期NNE向断裂再次发生右旋走滑活动。在渤中西洼新近系油气分布和油源分析的基础上，徐春强等[18]总结西洼新近系油气成藏的主控因素，指出长期活动性油源断裂是新近系浅层油气成藏的关键因素，并提出“环洼选区、主断控带”的勘探理念。李慧勇等[19]研究断裂特征、构造演化史，明确构造变形对圈闭的控制作用，指出沙北中央走滑带古近纪时期北西向和北东向拉张断层控制断裂格局，圈闭类型主要表现为受古构造背景影响的断背斜、断鼻构造；新近纪时期北西向断层左旋走滑、北东向派生走滑断层，圈闭受两组走滑影响，发育挤压背斜、叠瓦状掀斜断块和断鼻构造。针对渤中凹陷西洼构造演化特征及其控藏模式的精细研究较少，开展该区构造演化及其控藏分析，对寻找油气有利富集区、认识油气成藏规律具有重要意义。通过渤中西洼构造特征和断裂结构解剖，明确多期构造演化特征，探讨新生代构造演化对油气成藏的影响，为下一步油藏评价提供参考。

1 区域地质概况

渤中西洼位于渤海西部海域，面积约为2 000 km2，北与石臼坨凸起呈断层接触，西与沙垒田凸起呈超覆接触，东南与渤中凹陷主体相接[20](见图1)。研究区自下而上发育古近系沙河街组(Es)、东营组(Ed)，新近系馆陶组(Ng)、明化镇组(Nm)及第四系平原组(Qp)。沙河街组和东营组时期在凸起边缘发育扇三角洲、辫状河三角洲，洼陷区沉积厚度较大的暗色烃源岩，特别是沙河街组烃源岩厚度大、成熟度高、分布广。馆陶组和明化镇组沉积期发育河流相、浅水三角洲及滨浅湖相沉积组合[9]。近年来，在渤中西洼发现渤中8-4、曹妃甸6-4和曹妃甸12-6等油田，油气纵向上分布广泛，从中生界潜山到新近系明化镇组上段有较好的发现。勘探成果证实，研究区构造极其复杂，油气分布差异性明显。

图1 渤中西洼区域位置Fig.1 The tectonic location of the western sag of Bozhong depression

2 构造特征

2.1 构造格架

渤中西洼在构造单元划分上属于渤中凹陷，受石臼坨凸起边界断层持续活动控制，在新生代整体表现为箕状断陷[20]。北部表现为受石臼坨凸起边界断裂控制形成的断裂陡坡，西部古近系地层向沙垒田凸起超覆形成缓坡。由于构造差异活动，渤中西洼内部呈现“多洼共生、洼中有隆”的构造格局，平面上进一步划分为北部陡坡带、西部缓坡带、中央构造带、渤中8次洼、渤中西次洼5个次一级构造单元(见图1)。

选取研究区5条地质剖面(①-⑤)，建立现今构造格架(见图2)。由图2可以看出，新生界不同时期地层充填具有明显差异性。古近系沙河街组和东三段地层沉积沉降中心分布于渤中西次洼，沙河街组最大厚度为2 010 m，东三段最大厚度为2 150 m。东二段在渤中西洼大范围整体沉积，地层厚度为700～900 m，不同位置厚度差异不大。新近系馆陶组和明化镇组在渤中西洼大范围沉积，且沉积沉降中心向渤中凹陷主洼方向发生迁移。

2.2 断裂发育

受控于多期构造演化和复杂应力场控制[20]，渤中西洼断裂非常复杂，断裂结构多样。根据地震方差切片和地震剖面，平面上将断裂划分为马尾状、斜列状、雁行状、近平行状、帚状和X型6种断裂组合样式(见图3)。马尾状断裂组合由一系列弧形断层搭接形成多个墙角断块，平面上形成马尾状，断裂连接处断距较小，剖面上表现为似叠瓦状；斜列状断裂组合整体表现为NW-SE向展布，由多条断层首尾相接形成斜列状；雁行状断裂组合由一系列NE-SW向展布断裂组成，主要分布于渤中西洼中央构造带，剖面上表现为断阶型特征，断裂切割至新生界基底附近；近平行状断裂组合平面上延伸长度大，呈现NE-SW向，剖面上切割至沙河街组；帚状断裂组合由一系列NEE向次级断裂斜交NE向大断裂组成，大断裂切割层位深，长期持续活动，次级断裂为晚期调节断裂，剖面上表现为Y型结构样式；X型断裂组合由NW、NE两组方向断裂相互切割组成，断裂长度总体不大，断距较小，平面和剖面上表现为X型结构样式。

根据断裂形成时期与断开层位的关系，可以将研究区断裂划分为3种类型(见图4)。Ⅰ型断裂为持续活动性油源断裂，切穿基底并延伸至浅层，为长期持续活动的通天型；Ⅱ型断裂为早断早衰型断裂，同样切穿基底，但向上只延伸至东营组，具有早期活动、晚期不活动的特点；Ⅲ型断裂为晚期活动性断裂，形成于新近纪—第四纪，分布于浅层明化镇组和馆陶组，在浅层形成大量断块型圈闭。

图2 渤中西洼现今构造格架Fig.2 The present tectonic framework of the western sag of Bozhong depression

图3 渤中西洼明化镇组断裂纲要图Fig.3 The sketch map of the NmL formation in the western sag of Bozhong depression

2.3 构造演化

渤海湾盆地区域构造活动受控于双动力源——地幔柱隆起和斜向挤压[11,17,20]。渤中西洼构造演化与渤海湾盆地构造演化特征既具有一致性，又具有自身特点，可划分为断陷期(沙河街组—东三段)、断拗期(东二段—东一段)、拗陷期(馆陶组—明下段)、拗断期(明上段至今)4个阶段(见表1)。

图4 过渤中西洼西部地震剖面Fig.4 The seismic profile across the western part of the western sag in Bozhong depression

(1)断陷期(Es-Ed3)。断陷期包括沙河街组时期及东三段时期。该时期受控于地幔热隆起作用[11,20]，在渤中西洼形成近NW-SE向的拉张应力，渤中西洼以裂陷伸展作用为主，整体表现为“箕状断陷”结构，剖面上可见断裂附近地层厚度明显加大，箕状结构清楚(见图4)。

沙河街组(Es)时期为断陷Ⅰ期(见图5)。该时期控洼边界断裂形成，东北部断层活动强度远大于西部的，断层断距最大为1 km，最大剖面伸展率为4.2%，伸展速率为0.13 km/Ma(见图6)，在渤中西洼东北部形成相对渤中西次洼沉积厚度较大的沙河街组地层。沙垒田凸起、石臼坨凸起及427倾没端为古地形高，剥蚀区主要集中这些地区。

东三段(Ed3)时期为断陷Ⅱ期(见图7)，渤中西洼东北部边界断层持续强烈活动，断层活动强度较沙河街组时期的更大，最大断层断距为1 100 m，最大剖面伸展率为3.5% ，伸展速率为0.50 km/Ma(见图6)。东三段时期沉积范围较沙河街组时期的有所扩大，渤中西次洼仍然是沉积沉降中心。渤中8-4构造区在东三段早期受到局部挤压发生构造反转，成为局部构造高点，未接受东三段地层沉积。

图5 渤中西洼沙河街组沉积时期构造格架Fig.5 Structural framework in the sedimentary period of Es formation

图6 过渤中西洼不同位置剖面伸展率、伸展速率Fig.6 The extensional rate and extension rate in different positions of the western sag

(2)断拗期(Ed2)。东二段(Ed2)时期为断拗期(见图8)，地幔热隆起活动减弱，渤中西洼伸展断陷作用减弱，整体表现为断拗陷转换期，断层活动强度明显减弱，箕状断陷结构特征不明显，剖面伸展率和伸展速率减小(见图6)，剖面上东二段底部可见下超特征(见图4)。沙垒田凸起、石臼坨凸起及427倾没端开始沉降并接受沉积，沉积中心迁移至渤中西洼的中西部地区及渤中主洼地区，在东二段晚期渤中西洼发生大规模抬升剥蚀作用，致使东营组顶部在研究区发生较大范围缺失，剖面上东二段顶部可见明显的削截不整合特征(见图4)。

(3)拗陷期(Ng-NmL)。受控于渤海湾盆地构造演化，渤中西洼馆陶组—明下段(Ng-NmL)时期整体表现为裂后热沉降，断裂活动强度弱，剖面伸展率和伸展速率最低(见图6)，表现为拗陷作用。早期暴露于地表的沙垒田及石臼坨凸起区开始大范围沉积，沉积沉降中心向渤中凹陷主洼方向迁移(见图9)。

(4)拗断期(NmU-)。明上段至今(NmU-)约5.1 Ma以来，受太平洋板块与亚洲大陆NWW向俯冲和裂后热沉降的叠加影响，渤海海域发生新构造运动，表现为伸展走滑作用[11,20]。渤中西洼在整体沉降的同时，断裂活动强度再次加大，剖面伸展率和伸展速率再次增强(见图6)。特别是在渤中西洼西部，由于伸展、走滑作用在剖面上产生大量晚期断层，早期伸展断层受新构造运动的诱发而开始重新活化，与晚期断层在剖面上形成花状构造和Y型构造，在平面上产生密集分布的新断层，形成有利于油气聚集的断块型圈闭(见图2-4)。

图7 渤中西洼东三段沉积时期构造格架Fig.7 Structural framework in the sedimentary period of Ed3 formation

图8 渤中西洼东二段沉积时期构造格架Fig.8 Structural framework in the sedimentary period of Ed2 formation

图9 渤中西洼馆陶组—明下段沉积时期构造格架Fig.9 Structural framework in the sedimentary period of Ng-NmL formation

3 构造演化与油气成藏模式

3.1 构造演化对烃源岩的控制

构造演化控制渤中西洼的形成，同时也影响渤中西洼烃源岩的发育和分布特征。渤中西洼在断陷期断层活动强度和剖面伸展速率最大，渤中西洼大部分地区处于半深湖—深湖沉积环境，为烃源岩沉积创造有利条件，控制形成东三段、沙河街组两套重要的烃源岩层系[1]。平面上，渤中西洼东北部边界断层持续强烈活动，形成渤中西洼最有利生烃洼陷，即渤中西次洼(见图1-2)。此外，断陷期断裂强烈活动使东三段和沙河街组烃源岩层快速埋藏，早期地幔热隆起引起的伸展作用及后期深埋演化，为断陷期充填的沙河街组和东三段烃源岩热演化提供热力作用，有利于有机质的保存和转化，为渤中西洼的勘探突破提供物质基础。

3.2 构造演化对圈闭的控制

渤中西洼受控于多期构造演化，在深层和浅层发育多种类型圈闭，特别是在晚期新构造运动作用下，晚期断层大量发育，在浅层形成大量断块型圈闭、断鼻型圈闭和构造岩性圈闭(见图3)。渤中西洼西部大量发育断鼻型圈闭和断块型圈闭，断块型圈闭居多，形态多样，由两条或两条以上断层构成，断块型圈闭的大量发育为油气成藏提供有利聚集场所，渤中8-4油田、曹妃甸12-6油田油藏主要为断块型油藏。渤中西洼东北部断层数量相对少，浅层明下段浅水三角洲发育，浅水三角洲砂体与断层的良好匹配形成构造—岩性圈闭，渤中3-2油田主要为构造—岩性油藏(见图1、3)。

3.3 构造活动与油气运移

早期断陷作用和晚期拗断作用控制形成渤中西洼断裂系统，形成渤中西洼油气运移重要的输导体系。早期断陷期，在渤中西洼东北部发育大型边界断裂，在西部同样发育级别较大的大型断裂，断裂与断陷期形成的沙河街组、东三段烃源岩直接接触，在空间上形成良好匹配。在晚期拗断期，新构造运动一方面使早期断裂再次强烈活动，另一方面在浅层产生大量调节断层，大量调节断层强烈活动，成为渤中西洼重要的成藏期[4-9]。长期活动性油源大断层将深部油气向浅层输导，浅层晚期调节断层继续将油气进行分配，在浅层断块型圈闭聚集成藏(见图10)。

图10 渤中西洼油气成藏模式Fig.10 The reservoir profile of the western sag in Bozhong depression

4 结论

(1)渤中西洼经历多期构造活动，在伸展和走滑应力场共同作用下，形成多种断裂样式。平面组合样式主要为马尾状、斜列状、雁行状、近平行状、帚状和X型6种断裂组合样式；剖面组合样式主要为Y型、似叠瓦状、断阶式和X型。

(2)渤中西洼新生代构造演化分为4个阶段：断陷期(沙河街组—东三段)、断拗期(东二段)、拗陷期(馆陶组—明下段)和拗断期(上新世至今的新构造运动活化期)。

(3)多期构造演化控制渤中西洼生烃演化、沉积充填及油气运聚成藏。断陷期强烈伸展控制形成东三段、沙河街组两套重要烃源岩层系，断拗期和拗陷期构造相对稳定，拗断期构造重新活化，大量产生的断层形成多种类型圈闭，油源断裂及晚期调节断层强烈活动将深部油气向浅层运移，促进研究区晚期成藏作用。

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