辽东凸起北段走滑断层特征及对油气成藏的控制*

周园园 李虹霖 张如才 刘丹丹

(中海石油(中国)有限公司天津分公司 天津 300459)

渤海油田历经50余年勘探开发，辽东湾探区一直是其增储上产的重要战场，先后发现多个大中型油气田[1-3]，但主要集中在辽西凸起及辽中凹陷中央反转带[4-6]。辽东凸起及其围区多年来一直没有大规模油气发现，特别是辽东凸起北段在2014年以前已先后钻探13口探井，但勘探成效均不理想。2014年在辽东凸起北段发现了锦州23-2新近系大油田，不仅证实了辽东凸起北段巨大的勘探潜力，也开启了辽东凸起新近系油气成藏研究的新热潮。

目前，对辽东凸起北段的研究主要集中在构造演化、沉积储层等方面[7-9]，对油气成藏的研究报道较少，尤其是走滑断层控藏作用方面未见报道。本文以锦州23-2油田区为例，运用地层厚度差异对比法刻画走滑断层位移量，提出油气运移指数定量评价断-砂耦合关系，探讨了走滑断层对研究区油气成藏的控制作用。本文研究结果对推进辽东凸起北段的油气勘探进程具有重要的实践作用，也对渤海海域类似地区的油气成藏研究具有重要的借鉴意义。

1 区域地质概况

锦州23-2油田位于辽东凸起北段，受东侧辽东1号和西侧辽中2号两条走滑断裂共同控制，形成了整体依附于辽东1号走滑断裂的大型披覆断背斜构造(图1)。该油田区受东侧辽东凹陷及西侧辽中凹陷共同夹持，形成了“两凹夹一凸”的构造格局，其中辽中凹陷为辽东湾坳陷典型富生烃凹陷[10]，可为研究区提供充足油源；储盖组合条件优越，新近系自下而上发育馆陶组上部曲流河河道砂岩与明化镇组下段曲流河泛滥平原泥岩盖层，以及馆陶组下部辫状河河道砂岩与馆陶组中部曲流河泛滥平原泥岩盖层两套储盖组合。

图1 研究区构造单元划分

勘探实践表明，锦州23-2油田区油气分布表现出明显的空间差异性,纵向上油气主要富集于新近系馆陶组；平面上油气主要分布在锦州23-2构造南块(储量占比超80%)，中块及北块油气分布较少。

2 走滑断层特征

2.1 辽东1号走滑断层

辽东1号走滑断层为锦州23-2油田东部边界断层，呈NE走向，仅在局部地区发生弯曲，是一条典型的平直型走滑断裂(图1)。

从剖面特征看，辽东1号走滑断层走滑特征明显，主断层面陡直，倾角为80°～90°，深切基岩，向上延伸至明化镇组，分支断层较少，上陡下缓；两条分支断层与辽东1号走滑断裂发生会聚走滑作用，所夹持的断块在剖面上具有明显的上拱现象，表现为正花状构造样式，形成局部的挤压-走滑双重构造(图2)，揭示了辽东1号走滑断裂具有压扭性质的应力背景。从平面特征看，辽东1号走滑断层伴生断层较少，多发育R型、P型剪切断裂及R′反向剪切断裂，而张性T型正断层发育相对较少[11](图3)。

2.2 辽中2号走滑断层

辽中2号断层为郯庐断裂带的一条分支走滑断层，平面上呈S形展布，为典型的S形走滑转换带。S形走滑断层的不同段呈现不同的应力环境，有局部挤压段和局部拉张段，即走滑增压段和走滑释压段[12-13]。

2.2.1主走滑断层特征

从剖面特征看，辽中2号走滑断层走滑作用较弱，主断层面倾角为70°～80°，下切基岩，向上延伸至东营组一段，早期以走滑应力为主，晚期以伸展应力为主，雁列化分支调节断层十分发育，可为油气运移提供良好条件(图2)。从平面特征看，锦州23-2油田整体位于辽中2号走滑转换带的释压段(图1)，晚期断层雁列化明显，发育一系列分支断层(图3)。

图2 辽东凸起北段走滑断层地震剖面(剖面位置见图1)

图3 辽东凸起锦州23-2油田张性调节断裂分布

2.2.2调节断层特征

平面上，锦州23-2油田分为南块(S)、中块(M)和北块(N)(图3)。分别统计并计算了南块、中块、北块调节断层发育程度(长度、密度)及成藏期(馆陶组沉积末期—现今)断层活动速率。对比结果表明，锦州23-2油田南块的晚期调节断层明显更为发育，活动性更强，断层输导条件更为优越(表1)。

表1 辽东凸起锦州23-2油田晚期调节断层发育特征、活动速率统计

3 走滑断层对油气成藏的控制作用

3.1 压扭性走滑断层走滑强度控制油气保存条件

辽东1号走滑断层压扭性质明显，在滑动过程中断层两盘的岩体长距离相对错动、紧密磨擦和研磨，往往在断面上形成大量的断层泥，对油气封闭有利。而走滑速率越快，走滑位移量越大，断层泥越发育，封闭油气能力越强。因此，走滑位移量及走滑速率的计算是压扭性走滑断层侧封能力评价的重要内容[14-15]。

结合构造变形机制及前人研究成果[16-17]，利用地层厚度差异对比法精细刻画辽东1号走滑断层走滑位移量，即走滑断层两盘在被错断之前同一地质点的地层厚度大致相同，但发生走滑作用之后对两侧地层厚度进行统计会形成一个趋势线，固定其中一盘的地层厚度变化趋势，依次与另一盘的进行比对，当达到最相似时所经过的距离即为走滑位移量。

依据此方法，对辽东1号走滑断层北段、中段、南段(均为平直部位)的东营组一段和二段、馆陶组及明化镇组的走滑位移量进行计算(表2),结果显示，东营组一段和二段走滑速率最强，其次是馆陶组，明化镇组以后明显减弱；而从走滑位移量来看，东营组一段、二段和馆陶组的走滑位移量大致相同，明化镇组以后走滑位移量极小。从空间上看，辽东1号走滑断层在不同部位因其走向、所受应力等的不同会表现出不同的走滑位移强度，锦州23-2油田区北段及南段走滑强度明显强于中段。

表2 辽东凸起辽东1号走滑断裂各时期走滑位移量及走滑速率

综合以上分析，辽东1号走滑断层为典型压扭性断层，锦州23-2油田区北段及南段在馆陶组沉积时期走滑量为4 km，走滑速率为0.222 km/Ma，走滑强度大。因此，辽东1号走滑断层北段及南段馆陶组封闭能力极强，为锦州23-2油田区馆陶组油气富集提供了有利保存条件。

3.2 走滑转换带释压段断-砂耦合控制油气运移条件

锦州23-2油田区位于辽中2号走滑转换带释压段，晚期走滑断层雁列化明显，调节断层发育，沟通辽中北洼富生烃洼陷，对油气起垂向运移作用。而新近系河流相砂体既是油气的储集空间，又可以作为油气的横向运移通道。因此，断裂与砂体的耦合构成油气输导通道，两者耦合关系的好坏决定了油气运移条件的优劣[18-19]，对锦州23-3油田区油气成藏规模具有明显控制作用(图4)。

图4 辽东凸起北段锦州23-2油田油气运移剖面(剖面位置见图1)

为了定量表征研究区断层与砂体耦合关系及定量评价研究区油气输导条件，提出了油气运移指数的概念，即

I=LMVK

(1)

式(1)中:I为油气运移指数；L为调节断裂平均长度；M为调节断裂密度；V为调节断裂活动速率；K为砂体总厚度/砂体个数。

对决定油气运移指数的4个要素进行详细统计，其中K是基于主要含油层段馆陶组进行统计。依据式(1)，系统计算了锦州23-2油田南块、中块、北块的油气运移指数。根据计算结果并结合测井解释成果，发现锦州23-2油田区油气运移指数与油层厚度呈现出明显正相关。其中，锦州23-2油田南块油气运移指数最高(为291.88～492.31)，该块内的5口探井均获得了较好的油气，发现测井解释平均油层厚度超过50 m，发现的油气储量占比超过80%；北块油气运移指数次之，北1井油气运移指数为112.25，测井解释油层厚度28.5 m；而中块油气运移指数最低，2井油气运移指数为16.97，测井解释仅揭示了2.8 m油层(图5)。

综合以上分析，油气运移指数能够定量表征研究区断-砂耦合油气运移条件优劣，而运移条件间接控制了油气平面分布差异。当油气运移指数大于200时，指示油气运移优势区，油气富集程度高；当油气运移指数为100～200时，指示一般油气运移区，油气富集程度中等；当油气运移指数小于100时，指示油气运移条件差，油气富集程度最低。

图5 辽东凸起锦州23-2油田油气运移指数与油层厚度关系

4 结论

1) 辽东凸起北段发育辽东1号和辽中2号两条走滑断层，其走滑断层特征存在差异。其中，辽东1号断层走滑特征明显，断面陡直，分支断层较少，所夹持断块上拱现象明显，为压扭性走滑断层；辽中2号断层为S形走滑转换带，锦州23-2油田区处于走滑转换带释压段，走滑特征较弱，晚期雁列化明显，张性调节断层发育。

2) 压扭性走滑断层走滑强度控制锦州23-2油田区油气保存条件。辽东1号压扭性走滑断层北段及南段在馆陶组沉积时期走滑量为4 km，走滑速率为0.222 km/Ma，走滑强度大，断层封闭油气能力极强，为锦州23-2油田区馆陶组油气富集提供了有利保存条件。

3) 走滑转换带释压段断-砂耦合控制锦州23-2油田区油气运移条件。锦州23-2油田区位于辽中2号走滑转换带释压段，晚期调节断层与新近系河流相砂体耦合构成油气运移通道。油气运移指数与油层厚度呈现出明显正相关关系，其中南块油气运移指数最高，油层厚度最大，油气富集程度最高。