东营凹陷高青—平南走滑断裂特征解析

李继岩

(中国石化胜利油田分公司，山东 东营 257000)

0 引 言

东营凹陷是渤海湾盆地中油气最为富集的凹陷之一。随着油气资源的逐年锐减，盆地探边与深层挖潜成为目前油气勘探研究的热点，而断裂构造属性的准确认识又是含油气盆地研究的关键所在。走滑构造一直是地质勘探中研究的重点和难点，尤其是处于覆盖区的小型走滑构造更是如此[1-5]。高青—平南断裂位于渤海湾盆地东营凹陷西南部，是一条长期活动的继承性边界主断裂，该断裂不仅控制了下降盘博兴洼陷的构造演化与地层结构，而且影响了上升盘青城凸起、平南潜山、平方王潜山的形成与演化。近年来，高青—平南断裂的研究多集中在对幔源气体的输导作用方面[6-12]，缺少对断裂本身的构造特征进行系统分析。该文利用地震、野外地质考察等多种资料，深入剖析了高青—平南断裂的构造属性，明确了其成因机制及其油气地质意义，从而为济阳坳陷乃至渤海湾盆地走滑构造体系研究提供可借鉴依据。

1 走滑断裂的构造样式特征

不同构造部位的断裂剖面特征存在明显差异(图1)，L1测点附近近EW走向的高青—平南断裂呈上陡下缓的铲式形态，古近系断面倾角约为45～55 °，最大落差为1 250 m；高青—平南断裂中段L5测点附近断面近乎直立，古近系断面为65～80 °，最大落差为2 200 m，浅部层系发育“似花状”构造，说明高青—平南断裂中段具有走滑的性质；在断裂东段L8附近断面转为铲式形态，但古近系断面倾角显著增大，为40～70 °，最大断层落差为2 100 m。平面上，高青—平南断裂平面上呈“S”型展布[5]，在断裂中段北部发育多条次级断裂与主断裂呈小角度相交，构成“帚状”断裂体系，这些次级断裂为走滑作用下派生的正断裂，高青—平南断裂中段发育的帚状构造样式，与古近系区域构造应力场派生正断裂的方向是完全一致的。

图1 不同构造部位高青—平南断裂剖面形态

2 走滑断裂的沉积地层变化响应特征

走滑-拉张断裂的典型特征是拉张分量大于走滑分量，与其相关的沉积作用也比较特殊。关于走滑断陷盆地形成的沉积作用已有详尽的研究[13-19]，其具有如下典型的特征：走滑断陷盆地具有相对较高的沉积速率，其沉积岩相带常发生突变，相应的沉积层序也呈现迅速变化；另外，走滑断陷盆地沿着主干断裂带可发育砾岩、角砾岩等边缘相的粗碎屑物质，形成狭长的条带，受断裂走滑分量的变化影响，沉积物沿着盆地轴向搬运，形成多期的沉积中心变化与迁移。由于走滑运动所伴生的盆地沉积中心迁移与控盆走滑断裂的运动方向相反，后期沉积物向沉积中心形成“地层叠瓦”状分布的特征。

博兴洼陷在古近纪裂陷伸展作用下发育了多期充填，高青—平南边界断裂活动的差异造成了古近系各组段沉积厚度、沉降中心及沉积物充填等存在明显差别。根据地震剖面、岩心、钻井、测井等数据，对博兴洼陷西部古近系地层进行划分对比，分别统计出Es4、Es3、Es2、Es1、Ed的地层厚度，在此基础上编制了不同沉积期的地层等厚图(图2)，研究高青—平南断裂控制下博兴洼陷古近纪不同沉积期古地貌特征及其相应的沉积充填规律。

沙四段沉积时期，博兴洼陷的构造格局表现为“两洼一凸”(图2a)，南部的沉积中心较大，G22井与G81井之间地层沉积厚度最大，为350 m，2个沉积中心之间发育一个NEE向的横向低突起。沙三段沉积时期，构造格局同样表现为“两洼一凸”(图2b)，湖盆范围比沙四断段沉积期有所扩大，沉积厚度明显变厚，沉积中心发生了明显的向北迁移，F12井附近的2个最大的沉积中心厚度为850 m，北部T21井区相对较小的沉积中心厚度为550 m，F119井和T21井之间形成较大的呈EW走向的凸起。沙二段沉积时期，基本继承了沙三段沉积期的构造格局(图2c)，古地貌特征变化不大，博兴洼陷的沉积中心相对稳定，迁移的距离也较小，最大的沉积中心由沙三段沉积期的F119井区南部向北移动，范围略有扩大，2个沉积中心之间的横向低凸起呈SE向延伸。沙一段沉积时期，构造格局、地层厚度、沉积中心发生明显变化，由原来的2个演化为3个相对独立的沉积中心，其中最大的沉积中心由沙二段沉积时期的F119井区向北迁移至T21井区附近，同时，在南部发育2个次级沉积中心，厚度均为250 m，3个沉积中心之间形成2个横向低突起，形成“三洼两突”的古地貌特征(图2d)。东营组沉积时期，北部较大的沉积中心消亡，而南部的G22井区与G7井区附近的2个沉降沉积中心继承性发育，两者之间在F13井区附近形成一个SE向的水下横向低凸起(图2e)。

图2 博兴洼陷不同时期沉积中心迁移演化过程

由图2可知，博兴洼陷在古近纪沙四段至东营组沉积期发生过多期次沉积沉降中心向北迁移的演化，其中，沙四段沉积时期至沙二段沉积时期向北迁移距离比较大，而沙一段至东营组沉积时期迁移不明显。沉积中心呈现“螺旋式”上升的堆砌方式由南向北迁移的规律性变化(图2f)，反映了伴随着高青—平南断裂右旋伸展走滑过程。依高青—平南断层上盘高7井为参照物，古近系高青—平南断层至少走滑了5 km。

3 相邻的区域走滑断裂证据

研究区南部鲁西隆起发育2条大型断裂带，一条是近SN向的磁村断裂带，另一条是文祖—白桥断裂带；两者向东南延伸交于莱芜断裂之上。其中，具有左行走滑的文祖—白桥断裂带延伸至惠民凹陷内已有定论[8]。对磁村断裂进行野外踏勘，考察该断裂的性质及其发育规模(图3)。

由图3可知，沿大峪口村追踪磁村断层至桃园村处，断裂带宽度仅为0.4 m；在其东部相隔150 m处新发育EW向的断裂带，延伸只有400 m，断裂带较窄，灰白色断层泥内部发育椭圆状角砾岩，其中断裂上盘为奥陶系。向东300 m处发育断面较陡的SN向断裂，断面光滑且断层内部形成粉末状灰白色断层泥(图3a)。观察点最东部的断裂为大峪口村观测的断裂向北的延伸，断裂规模有所减小。到达博山区磁村镇北附近，在侏罗系—白垩系地层中发现一条NE向展布的断裂，倾向为SSE，断层带宽约为1.1 m，最大断距为1.7 m，断裂带内充填物较为疏松，内部见有明显的棱角状断层角砾岩及紫红色的泥岩(图3b)。发育在石炭系—二叠系界面附近的走滑断裂也有所减小，断裂带宽仅有0.5 m。因此，NE向断裂为走滑断裂派生的局部张性断裂。周村再向北，磁村断裂受疏松的侏罗系—白垩系砂岩覆盖的影响，基本找不到明显的断裂面。磁村断裂带由多条次级走滑断裂组成，形成“辫子状”的断裂带，走滑强度由南向北逐渐减弱。

图3 磁村断裂带区域位置及野外地质剖面

4 走滑断裂的成因机制及其油气地质意义

由高青—平南断裂特征及磁村断裂野外地质资料可知，高青—平南断裂在新生代的走滑分量为近SN向的磁村断裂向北延伸的结果(图4)，在东营凹陷内走滑强度明显减弱，走滑距离也相对较小。据Harding(1974)走滑断裂组合分析[1]，鲁西隆起上的文祖断裂与磁村断裂走滑方向相反，导致所夹持的断块体存在向NNW滑动的迹象，济阳坳陷内部近EW向展布的高青—平南断裂西段、东段则为右行力偶右旋走滑应力场所派生的正断裂，而NE向的高青—平南断裂中段是右行的走滑主位移带，在断裂的上、下盘派生的一系列次级雁列状断裂组合及“S”型次级断裂则是断裂走滑所派生的同向的表现形式。在主走滑断裂上盘派生的一系列次级雁列状断裂组合。

图4 鲁西隆起断裂与高青—平南断裂空间关系示意图

高青—平南断裂由3个断层段组成，西段与东段具有正断层的构造特征，中段呈现正斜滑性质，三者之间通过断层硬联接的形式(变换带)调节3个断层段之间不同的构造性质和差异性的构造变形。处于局部强应变的变换带变形相对复杂，不仅可以形成多种构造圈闭，而且有利于增加储层的裂缝及孔隙度，处于北部变换带中的Bg26井奥陶系灰岩中的节理频度高达124条/m。勘探实践证实，博兴洼陷中的油气沿着高青—平南断裂向构造高部位运聚，由于不同断层段的性质不同，流体的运聚方式及其聚集部位存在较大差异。受高青—平南断层中段走滑性质的影响，断裂面封闭性较好，故油气沿断裂面向左右两侧的变换带运移；而其东段受伸展作用的影响，油气沿断面呈发散状向高构造部位运移，从而造成变换带及其附近油气最为富集(图5)。

从中国东部发现的幔源CO2气藏来看，均与深切上地幔的郯庐断裂有着密切的关系，沿着郯庐断裂派生的次级断裂带上分布。郯庐断裂内富含CO2及CH4的流体包裹体证实了其为中国东部重要的深大气源断层，其相邻的派生次级断裂则是幔源流体上涌的通道。郯庐断裂派生的磁村断裂向东营凹陷西部延伸，形成具有较大走滑分量的高青—平南断层中段。高青—平南断裂不同断层段性质的差异以及变换带良好的储集物性造成了断裂的不同构造部位流体活动方式及流体聚集的差异性，幔源流体沿高青—平南断裂中部走滑段以侵入式活动为主，沿着高青—平南断裂西、中、东段之间的变换带部位形成了幔源流体带来的CO2气藏(图5)。地幔流体的存在也反过来成为高青—平南断裂走滑变形的有利证据。

图5 高青—平南断裂内部变换带对流体的控制

5 结 论

(1) 平面上，高青—平南断裂中段发育“帚状”断裂组合，剖面上，中段断面陡直，浅层发育“似花状”构造，平面及剖面的构造样式特征证实了高青—平南断裂中段具有走滑特征。

(2) 高青—平南断裂中段控制了下降盘博兴洼陷古近系不同组段的沉积，古近系Es4至Ed沉积期沉积中心呈现“螺旋式”上升的堆砌方式沿高青—平南断层由南向北迁移，沙四段至沙二段沉积期迁移距离比较大，而沙一段至东营组沉积期迁移不明显，也揭示了高青—平南断裂在古近纪右行走滑的特征。

(3) 野外露头剖面观察发现，高青—平南断裂中段为鲁西隆起上磁村断裂向北的延伸，磁村断裂由多条次级走滑断裂组成。高青—平南断裂三段断裂性质的差异造成不同构造部位油气及幔源流体聚集的差异性，其中变换带及其附近油气及幔源气体最为富集。