渤海湾沙北地区共轭走滑断裂带特征及其对油气的控制作用

刘 睿， 黄晓波， 汪 晶， 刘占博， 刘艺萌

( 中海石油(中国)有限公司 天津分公司，天津 300459 )

0 引言

渤海湾盆地存在两条大型走滑断裂带，即北东向的郯庐断裂带与北西向的张蓬断裂带。人们研究走滑断裂对渤海湾盆地油气聚集的控制作用并取得许多成果。邓运华[1]、龚再升等[2]、万桂梅等[3]研究郯庐断裂对渤海海域油气成藏的控制作用，认为郯庐断裂是控制渤海海域油气成藏的重要因素。徐长贵[4]分析渤海走滑转换带对大中型油气田形成的控制作用，认为增压型转换带控制大中型油气田的分布。黄雷[5]、彭文绪等[6]分析走滑作用对渤海凸起区油气聚集的控制作用，认为NE向断层对油气运聚的控制作用是长期演化的累积效果。李才等[7]、张参等[8]、黄晓波等[9]、王玉秀等[10]、张宏国等[11]认为郯庐断裂东支不同段均对油气运聚有控制作用。李明刚等[12]、张晓庆等[13]、朱秀香等[14]、武卫峰等[15]、吴俊刚等[16]认为断裂控制构造格局、圈闭形成分布及油气运聚。董月霞等[17]，Liu Xiaofeng等[18]，王家豪等[19]、李新琦等[20]、张华文等[21]研究张蓬断裂渤海段特征及其对油气成藏的控制，认为走滑断裂决定圈闭发育、沉积展布及油气运移输导，分段差异性控制油气成藏差异。周天伟等[22]、余一欣等[23]分析南堡凹陷晚新生代X型断层形成机制及油气意义，认为X型断层可以作为油气运移的有效通道，与围岩构成深层及浅层有效圈闭而控制油气成藏。这些研究成果主要集中于郯庐断裂东支及张蓬断裂陆上部分，分析单条走滑带对油气的控制作用，而有关两条走滑带相交形成的共轭走滑断裂带对油气控制方面的研究较少。

在渤海湾沙北地区，郯庐断裂西支与张蓬断裂渤海段交汇形成X型共轭走滑断裂带。由于受三维地震资料缺少的限制，给该地区共轭走滑断裂整体研究带来较大困难，油气勘探进展缓慢。笔者利用沙北地区最新的三维地震资料，结合钻井和岩心薄片资料，分析共轭走滑断裂带特征，明确共轭走滑断裂对沉积体系展布、圈闭发育及油气运聚的控制作用，指明有利勘探方向，为沙北地区下一步的油气勘探提供借鉴。

1 地质概况

沙北地区共轭走滑断裂带位于渤海海域西部，为夹持于沙垒田凸起、石臼坨凸起、南堡凹陷和渤中凹陷之间的中央构造带[24-26](见图1)。钻井资料显示，该地区地层从中生界到第四系发育。古近纪早期主要以扇三角洲—湖相沉积为主，晚期发育辫状河三角洲—湖相沉积。新近纪早期馆陶组主要以辫状河三角洲砂砾岩沉积为主，单层厚度大；晚期明化镇组演变为曲流河砂泥互层沉积。

图1 渤海湾沙北地区共轭走滑断裂带区域位置Fig.1 Regional location of the Shabei area conjugate strike-slip fault zone in Bohai Bay

古近纪时期，共轭走滑断裂主要表现为伸展正断层性质，与边界断裂共同作用形成“三坡、三洼、一隆”的古地貌格局[27]。“三坡”为石南单断型陡坡、沙北单断型陡坡和沙东北断阶型缓坡；“三洼”为石南次洼、沙东北次洼和曹妃甸次洼；“一隆”为沿张蓬断裂走向发育的中央凸起。目前，该地区以古近系为主要目的层的6-4油田、6-1X油田及南堡4号构造带位于“三坡一隆”区，表明断裂对油气具有重要控制作用。走滑断裂与边界断裂交汇区及共轭走滑断裂交汇部位圈闭发育(见图1)，储盖组合良好，且紧邻富生油的渤中凹陷和南堡凹陷，为最有利的油气聚集区域。

2 共轭走滑断裂带特征

利用最新的三维地震资料，通过方差切片及构造分析表明，沙北地区存在两期明显的构造活动。古近纪时期主要表现为强拉张、弱走滑的特点，新近纪时期断裂活动发生明显变化，以强走滑、弱拉张为主[28-29]。共轭走滑断裂带受区域构造应力场控制，在平面及剖面上具有明显分期、分段特征，为早期伸展、晚期走滑的伸展—走滑复合断裂带。

通过方差切片分析不同沉积期走滑派生断裂发育数量及密度，研究不同期、不同段走滑强弱的差异。平面上，古近纪早期断裂相对简单，北西向的张蓬断裂和北东向的郯庐断裂西支呈X型相交，派生断裂不发育，走滑作用弱(见图2(a))；古近纪晚期断裂由伸展向走滑转变，到馆陶组及明下组沉积期，主走滑附近派生断裂大量发育，走滑活动明显加剧。强走滑作用导致张蓬断裂被中央2号断裂错断为中央1号断裂和中央3号断裂(见图2(b))。中央1号断裂派生断裂发育于主走滑南侧，与主走滑低角度搭接，呈马尾状分布；中央3号断裂派生断裂同样发育于主走滑南侧，与主走滑搭接，呈帚状。根据派生断裂发育密度，中央2号断裂派生断裂少，走滑作用相对弱；中央1号断裂、中央3号断裂派生断裂发育，表明张蓬断裂的走滑作用明显强于郯庐断裂的。

图2 沙北地区共轭走滑断裂带地震数据体方差切片Fig.2 Variance slice of the seismic data volume in the Shabei area conjugate strike-slip fault zone

剖面上，古近纪早期沙北及石南控凹边界断裂表现为大型陡直拉张断裂，共轭走滑断裂带主要表现为伸展拉张断裂性质，呈板式构造样式，控制古近纪地层沉积；古近纪晚期大量发育的派生断裂收敛于深层主断裂，构成典型的花状构造，石南边界断裂同样发育走滑形成的花状构造(见图3(a))。

图3 沙北地区共轭走滑断裂带典型地震剖面(剖面位置见图1)Fig.3 Typical seismic profile of the Shabei area conjugate strike-slip fault zone(see profile position in the fig.1)

根据北西、南东向剖面(见图3(b))，中央2号断裂对中央1号断裂和中央3号断裂分割作用明显。中央1号断裂和中央3号断裂主要表现为梳状样式，前者“梳齿”密度更大，花状构造更为复杂；后者“梳齿”相对简单，表明中央1号断裂走滑活动更强。

3 对油气的控制作用

3.1 沉积体系展布

沙垒田凸起和石臼坨凸起长期隆升，是沙北地区的两大主要物源[30]。通过该地区古近纪沉积体系分析，石臼坨凸起南部沟谷发育明显，沟谷对应的石南陡坡下降盘发育楔形前积结构的近源扇三角洲沉积(见图4)。已钻探井35-1-1资料显示，古近系沙一二段为一套粒度粗、分选差的厚层砂砾岩储层，单层砂体厚度最大可达21.6 m，地震资料上表现为明显的前积特征(见图5(a))，为快速堆积的近源扇三角洲沉积。沙垒田凸起北部坡度缓，主要发育延伸距离较远的辫状河三角洲沉积，地震反射特征呈低角度前积。共轭走滑断裂带对古近纪沉积体系的控制主要表现在两个方面：一是郯庐断裂决定物源水系注入湖盆的主要位置，郯庐断裂与边界断裂近垂直相交，走滑活动导致它与边界断裂交汇形成断槽型沟谷，地势低，沟谷规模大，成为物源水系进入湖盆的重要通道。二是张蓬断裂与郯庐断裂共同活动并控制形成“三洼一隆”的古地貌格局，不仅影响古水流入湖后的流向，也决定沉积体系的发育类型及展布规模。郯庐断裂控制沉积区古水流流向，对砂体起到良好疏导作用；走滑断裂根部是水下分流河道的主要发育地带，砂体展布具有沿走滑断裂走向富集的特征(见图4)。

图4 沙北地区古近纪共轭走滑断裂带沉积体系展布

5-5-2井位于中央凸起，钻井资料表明，沙一二段是以钙质砂岩、中砂岩夹含生物碎屑灰岩为主的混积滩，镜下可见完整的鲕粒均匀分布(见图5(b))。根据地震特征分析，沙东南缓坡带发育的辫状河三角洲沉积沿郯庐断裂推进到中央凸起之上；因远离物源区，三角洲砂体受后期波浪改造作用而形成含生物碎屑的混积滩(见图4)，其展布规模受中央凸起严格控制，分布局限，面积约为6.5 km2。因此，共轭走滑断裂带对该地区沉积体系具有明显的控制作用。

3.2 圈闭

研究区共轭走滑断裂带对圈闭发育的控制主要表现为两方面。

首先，共轭走滑断裂带与其派生断裂、边界断裂控制圈闭发育类型。根据最新的三维地震资料，沙北地区古近纪主要发育断块圈闭、断鼻圈闭、断背斜圈闭3种类型。共轭走滑断裂与边界断裂之间发育依附边界断裂的中型断块圈闭，共轭走滑断裂相交形成5-5大型断背斜构造圈闭，东三段圈闭面积达20.0 km2(见图6(a))。新近纪时期，共轭主走滑断裂与其派生断裂之间发育一批依附主走滑断裂的夹角式断块圈闭(如中央1号断裂及中央3号断裂南北两侧)，馆陶组形成多个断块组成的、面积约为42.0 km2的断块群(见图6(b))。

图5 沙北地区沙一二段已钻井地震剖面及沉积特征Fig.5 Seismic profile and sedimentary characteristics of the drilled well of the Es1-2 in the Shabei area

图6 沙北地区共轭走滑断裂带圈闭发育Fig.6 Trap development of the Shabei area conjugate strike-slip fault zone

其次，共轭走滑断裂带内应力作用决定圈闭发育规模。根据圈闭所受应力状态，主要有两种类型(见图6)：一种是增压型圈闭，处于以挤压应力为主的应力环境，圈闭规模较大；另一种是释压型圈闭，处于以张性应力为主的应力环境，圈闭规模较小。以5-5构造古近纪东三段为例，共轭走滑断裂带增压型圈闭面积约为15.4 km2，释压型圈闭面积约为4.6 km2。

3.3 油气运聚

共轭走滑主断裂深入基底，直接与其两侧生烃次洼的深层烃源岩接触，是油气垂向疏导的主要通道。同时，共轭走滑断裂两盘相互错动形成的裂缝可作为良好的油气运移通道。物理模拟实验表明，在共轭走滑断裂带不同位置，断裂封闭性差异较大。增压区断裂闭合程度强，侧封性好，有利于油气保存；释压区断裂侧封性相对差，更有利于油气的疏导运移[4]。

古近纪时期，油气沿运移通道至共轭走滑断裂带控制形成的圈闭，由于派生断裂不发育，横向再分配少，为增压型圈闭形成断块油气藏、断鼻油气藏和断背斜油气藏等规模性油气田创造条件。共轭走滑断裂带增压区钻探的5-5-2井，含油气层厚度显示为88.7 m；沙一二段可疑气层厚度达79.2 m，其侧钻井5-5-2Sa明下段油层厚度为23.1 m，说明该区增压型圈闭有利于油气聚集保存(见图7)。新近纪时期，主走滑断裂附近发育一系列派生调节断裂，释压型圈闭油气通过派生断裂及馆陶组砂砾岩体进行输导，油气横向再分配于侧封性更好的圈闭或砂体。

图7 沙北地区过5-5-2/2Sa井油藏剖面Fig.7 Reservoir section go through 5-5-2/2Sa well in the Shabei area

4 结论

(1)渤海湾沙北地区是由郯庐断裂东支和张蓬断裂渤海段交汇形成的X型共轭走滑断裂带，具有明显分期及分段特征，为早期伸展、晚期走滑的伸展—走滑复合断裂带。

(2)郯庐断裂控制物源水系注入湖盆的主要位置，共轭走滑断裂决定沉积地貌格局，控制沉积体系发育类型、输砂方向及展布规模。共轭走滑断裂与其派生断裂、边界断裂控制圈闭发育类型，走滑应力作用决定圈闭规模。主走滑断裂是油气垂向疏导主通道，派生断裂促进油气横向再分配。

(3)增压型圈闭规模大，侧封性更好，有利于油气保存，是沙北地区下一步的有利勘探目标。

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