渤南地区叠合走滑断裂体系的控藏效应

孙 豪,徐国盛,余 箐,李 坤,梁浩然

(1.油气藏地质及开发工程国家重点实验室(成都理工大学)，成都 610059；2.中海石油(中国)有限公司 上海分公司，上海 200335)

走滑断层作为众多断层类型中的一种，广泛分布于沉积盆地[1-3]，其垂向断距大多不明显，在地震剖面和野外露头难以鉴别，在油气勘探中常被忽略[4-5]。随着地震勘探技术的不断发展，越来越多的走滑断层被揭示[6]。其中“花状构造”是走滑断层的典型鉴别标志之一[7-8]。“花状构造”的概念及地震解释方法的建立为研究走滑断裂体系的控藏效应奠定了基础[9]。越来越多的研究揭示了走滑断层与控藏效应之间有密切的关系。

虽然渤海湾盆地南部(简称“渤南地区”)边缘凹陷具备良好的勘探基础，但由于盆地形成机理不清、断裂带构造复杂，对凹陷的演化及烃源岩发育状况认识不清，导致前人对此研究甚少[10]。随着认识的深入和勘探技术的进步，在渤海南部发现了一大批大、中型油田，为精细研究叠合走滑断层的油气控藏效应提供了可能。本文拟通过新的地震剖面资料对叠合走滑断层类型特征加以界定，在此基础上，开展叠合走滑断层的控藏机理研究，为研究区下一步勘探提供科学依据，为同类叠合走滑断层控藏效应的研究提供参考。

1 概 况

渤海湾盆地位于中国东部，是在华北地台内部发育起来的中、新生代陆相裂陷盆地[11]。渤南地区包括北部的庙西北洼和庙西南洼、西部的黄河口东洼，以及西南方向的莱州湾凹陷与青东凹陷。渤南石油储量主要以沙河街组第四段、第三段(分别简称“沙四段、沙三段”)为主，沙一、沙二段及东营组贡献较少；各凹陷石油储量以莱州湾凹陷贡献最多，庙西其次，黄河口再次之，青东相对最少(图1)。其中郯庐断裂带、张-蓬断裂依托明化镇组上段末期的断裂构造活动控制该区油气的运移与聚集。

图1 渤南边缘凹陷构造纲要图Fig.1 Structural outline of southern marginal depression of Bohai Sea Basin

渤南地区与整个渤海湾盆地相似，中、新生代经历了燕山、喜马拉雅期的强烈构造运动，构造格局错综复杂，主要沉积新生代地层，依次发育平原组、明化镇组、馆陶组、东营组、沙河街组和孔店组。其演化分为3个阶段：晚侏罗世到古新世的热隆起阶段、孔店组沉积期开始到沙二段沉积期结束的热伸展阶段、沙一段沉积期开始的热沉降阶段(馆陶组沉积期结束后明显减弱)[12]；其构造演化分为4个阶段，分别是孔店组-沙四段沉积期的初始裂陷、沙三段沉积期的伸展裂陷、沙二段-东营组沉积期的走滑-伸展和馆陶组沉积期以来的走滑-裂后拗陷[13]。

2 伸展-走滑叠合断裂体系的类型

渤海南部地区断裂主要为郯庐断裂带渤南段的中、东分支和张-蓬断裂渤南段。郯庐断裂带纵贯渤海海域东部，断层部分互相平行、部分首尾相连，其内部发育了大量的走滑派生构造，该类构造与传统的走滑派生构造有明显区别[14]。张-蓬断裂是贯穿华北地区的一条巨型断裂，整体表现为西北走向，新生代以来主要表现为左旋走滑性质[15-17]。前人研究表明[18-19]，渤南地区成藏与郯庐断裂带、张-蓬断裂紧密相关，两套断裂相互切割、错断，造就研究区在剖面上总体呈现“井”字形的“箕状凹陷”特征，表现为同沉积铲式正断层控制的滚动式半地堑组合和双断式地堑系统。

2.1 主干伸展断裂

渤海南部地区的主干伸展断裂自北向南分别为莱北1号、2号断裂，莱南2号、1号断裂。南部的莱州湾凹陷边界为莱北低凹起，被莱北1号断裂控制，为“北断南超”的箕状凹陷；其北部的庙西南凹陷被莱北2号断裂控制，为“南断北超”的箕状凹陷(图2)。具体表现为：①渤南边缘凹(洼)陷呈现南北差异的复式半地堑特征，表现出“东西走滑，东强西弱；南北拉张，两头弱中部强”的空间差别。②渤南地区经历了3期断裂活动，呈现“早期强伸展、中期强走滑-拉分、晚期北部强走滑-局部弱伸展”的演化差异，控制了“凹凸相间”的构造格局。

图2 渤南地区主干伸展断裂特征Fig.2 Characteristics of major extensional faults in southern Bohai Sea Basin

2.2 走滑断裂

渤南地区主要为郯庐断裂带渤南段的东、中分支，东、中分支分别具有明显的花状、半花状构造特征。东分支断裂走向北北东，倾向北西，断开层位较多，浅层次级断裂发育，花状特征明显，在平面上沿北北东向呈分散状；中支1号断裂走向北北东，倾向北西西，断面高角度陡立，断开层位南北不一致，浅层次级断裂发育，在平面上呈丝带状或羽状展布，表现为东强西弱、北强南弱的特征(图3)。

图3 渤南地区走滑断裂特征Fig.3 Characteristics of strike-slip faults in southern Bohai Sea Basin

2.3 伸展-走滑叠合断裂特征

叠合走滑断裂体系主要是北北东向郯庐走滑断裂带和北西西向-近东西向伸展断裂在不同构造部位的叠加，同时也指走滑断裂、主干伸展断裂以及伴生的次级断裂在时空上的叠合。整个渤海南部地区的叠合走滑构造比较发育，对烃源岩的沉积以及后期的油气运移成藏有较大影响。以莱州湾凹陷的叠合走滑构造进行解剖：孔店组-沙三段沉积时期，初期断陷，伸展断裂发育；在沙二段沉积期走滑断裂发育，对先期形成的伸展断裂进行切割，在凹陷东西两侧形成叠合走滑断裂(图4)。

图4 走滑-伸展叠合断裂组合样式图Fig.4 Composite patterns of strike slip-extensional faults

2.4 渤南地区断裂演化特征

孔店组和沙四段沉积期，处于左旋走滑影响下的裂陷伸展活动，近东西向莱北断裂主控伸展断裂剧烈活动，形成半地堑式箕状断陷盆地格局；沙三段沉积期转变为强烈右旋走滑作用改造下的断陷-拗陷盆地，边界主干断裂继承性活动，走滑拉分作用将南北向伸展转为北西向拉张为主，东西向的莱北1号、2号断裂开始活动；沙二-沙一段沉积期存在裂后短暂热沉降拗陷阶段，右旋走滑作用依然较强，边界伸展断层仍继承性活动，但活动强度明显减弱，处于伸展-走滑叠加发育时期；东营组沉积期断裂活动强度逐渐减弱，到东营末期发生近东西向挤压，造成渤海湾盆地整体抬升剥蚀，即隆升剥蚀后由断陷转为拗陷；馆陶组-明化镇组沉积期转化为拗陷发育阶段，中支继承性弱走滑，近东西向次级断层活动性较强，与主干断裂呈帚状。现今，北部继承性走滑活动明显(庙西)，东部以伸展运动为主，中西部以伸展-走滑运动为主，西部沉降幅度大。

3 伸展-走滑叠合断裂体系的控藏作用

渤海南部地区现今各时期断裂带的剖面特征及平面展布态势是经过多期次构造运动叠加改造的结果，断裂特征、构造样式、沉积中心均发生了明显的变化，体现了构造演化的阶段性与叠加转型过程。

近几年郯庐断裂带对渤海湾盆地的控藏效应受到关注。郯庐断裂带呈北北东向纵贯渤海[20]，在渤海海域部分又称为营潍断裂带。基于对营潍断裂带沿线区域的油气储量以及渤海海域油气总储量的对比，渤海海域石油地质储量的64%、天然气地质储量的78%均分布在营潍断裂带影响的区域[21]。这表明断裂对渤海海域油气分布有较强控制作用[22]。在渤海南部地区除郯庐断裂带之外，区内的北西西-东西向的主干伸展断裂，以及伴生的次级断裂对油气成藏与油气的分布也具有重要的控制作用，整体表现在以下3个方面。

3.1 演化控源

研究表明，渤海深大断裂控制了富生烃凹陷的形成，其中伸展-走滑叠合断裂体系在古近纪的活动控制了凹陷的构造演化与沉积充填和其烃源岩的形成与分布。在渤海南部地区发育有许多大小不同、产状各异、性质有别的断层，它们纵横交错、上下叠置，形成了渤海海域极具特色的坡折类型。这些断层对古近系的沉积起着重要的控制作用，其控制作用遵循如下自然规律：断裂活动控制地层沉降与可容纳空间，从而制约了沉积中心和沉积相分布，随着断裂活动不同时期的活动性变化，进而控制了烃源岩的形成与展布。

以莱州湾凹陷为例，断裂活动不同时期的活动性变化导致烃源岩厚度高值区随地层由老至新沉降中心逐渐向北迁移。从平面上看，在孔店组-沙四段沉积期，近东西向控凹(洼)伸展断层活动性强弱与烃源岩厚度具有较好的对应关系，沙四段的厚度高值区主要集中在控凹(洼)伸展断层(莱北1号、莱南1号、莱南2号断裂)的影响范围内，此期间断裂活动性较强，正断层伸展活动和走滑断层张扭活动(图5)，为烃源岩的沉积提供了大量的可容纳空间，在莱州湾凹陷北部和东南部凹陷带沉积了巨厚的沙四段烃源岩；到了沙三段沉积期，伸展断裂活动持续增强，此时东分支的活动性也显著增强，在莱州湾凹陷北部、东南部以及东北部凹陷带沉积了巨厚的沙三段烃源岩；到了沙二、沙一段沉积期，伸展断裂活动大幅度减弱，沙二、沙一段烃源岩主要在莱州湾凹陷东北部的莱东-庙南地区发育，与此同时，走滑断裂的右旋走滑作用增强，郯庐断裂带中段位移量达到7～40 km，堆积中心向北不断迁移；到了东营组沉积期，烃源岩厚度高值区呈现沿北北东向走滑断裂带展布的特征(图6)。从纵向上看，不同沉积期控洼断裂活动强度与烃源岩厚度间均具明显的对应关系，尤以断陷早期(沙四-沙三期)的控制作用最为明显，烃源岩厚度与断裂强度几乎呈线性相关，表明伸展断裂对烃源岩规模具有直接控制作用；断陷晚期，根据沙二、沙一段、东营期资料显示，这种对应关系仍然存在但相关性明显降低，断陷晚期走滑断裂的再次活化也是导致相关性下降的可能因素，此时，烃源岩规模的控制因素由单因素(伸展)转变为双因素(叠合)影响，其作用也更多体现在烃源岩迁移上，故相关性减弱。

图5 渤南地区主干断裂分段活动速率图Fig.5 Segmented activity rates of main faults in southern Bohai Sea Basin

图6 渤南地区各层位烃源岩厚度分布Fig.6 Thickness distribution of source rocks in different layers in southern Bohai Sea Basin

3.2 组合控圈

在勘探实践中，寻找到有效的圈闭至关重要。因此，有利的圈闭类型与规模是取得较好勘探成效的基础。渤海南部地区从深层到浅层各套储层发育的圈闭主要为断层圈闭，而岩性圈闭和复合圈闭的数量相对较少，部分地区形成了断层-岩性圈闭、地层尖灭圈闭。

在凸起带，以岩性-地层圈闭为主，某一圈闭边界为断层或被断层复杂化的圈闭，具体含油富集部位都受岩性变化的制约，圈闭多发育在斜坡区构造转折部位(图7)，且发育伸展断层上盘断背斜圈闭。这种类型的圈闭主要是在正断层生长过程中形成的，受长期活动伸展断裂的影响，在断层面下凹与逆牵引变形控制下，形成大规模断背斜圈闭(图8)。

图7 蓬莱9-1构造连井剖面Fig.7 Multi-drilling well profile for Penglai 9-1 structure

图8 渤南地区凸起带伸展断层上盘断背斜圈闭Fig.8 Fault-anticline traps in hanging wall of extensional fault in southern Bohai Sea Basin

在凹陷带发育了掀斜断块圈闭，这类圈闭通常形成在凸起带和凹陷带之间的过渡地区中偏向凹陷带一侧。断层分段生长处由于断距较小，致使上升盘的垂向运动量较小；而断距高值点部位由于断距较大，使得该处上升盘活动量较大，这样也使得断距高值点的地势变得相对较高，进而形成圈闭，其圈闭规模一般较小(图9)。

图9 莱州湾凹陷北部凹陷带伸展断层下盘掀斜断块圈闭Fig.9 Tilted fault block trap in footwall of extensional fault in northern sag of Laizhouwan Sag

走滑带内部发育压扭断背斜圈闭，这种圈闭主要发育在走滑叠覆带。研究区东支走滑断层为左阶斜列分布，叠覆区在右旋剪切变形过程中增压隆升形成断背斜圈闭(图10)。

图10 渤南地区走滑带内部走滑增压叠覆带发育的压扭断背斜圈闭Fig.10 Compressive-shear fault anticline traps developed in the strike-slip overpressure superimposed zone within the strike-slip zone in the southern Bohai Sea Basin

在伸展-走滑叠合区域(东支走滑带西侧)，发育长期走滑断层与张扭断层构成的扭动断块圈闭。这类圈闭主要发育在走滑断层位移极性变化变换带处，受走滑-伸展交叉变换带差异变形控制，由于右旋压扭作用控制块体上升，在局部构造高点形成断背斜圈闭(图11)。

图11 渤南地区叠合区域长期走滑断层与张扭断层构成的扭动断块圈闭Fig.11 Torsional fault block trap formed by long-term strike-slip fault and tension-torsion fault in superimposed area of southern Bohai Sea Basin

3.3 活动控输

整个渤海湾盆地明化镇组顶部发育一个区域性的不整合面，根据天文和地磁数据计算的地层年龄显示，不整合面之下为明化镇组，而不整合面之上为平原组。油气包裹体数据显示，自明上段以来(5 Ma B.P.)，渤南地区油气大规模成藏，其油气的输导主要依靠明上段末期的断裂构造活动，因此可以判定明上段顶部的不整合对应切源断层的活动时期是主力的成藏时期[23]。

图12 渤南地区明化镇组顶部不整合面与断层活动期次的关系Fig.12 Relationship between unconformity at the top of Minghuazhen Formation and fault activity in southern Bohai Sea Basin

综上所述可以得出这样的结论：明上段末期区域抬升剥蚀的时期就是多数油藏的主成藏期，而主力成藏期之后，正断层不再活动；换言之，正断层对于成藏只有建设性作用，几乎无破坏性作用。

图13 长期活动切源断层(切源伸展断层)活动强度与油气富集关系Fig.13 Relationship between activity intensity of long-term active source-reaching fault (source-reaching extensional fault) and hydrocarbon accumulation

图14 晚期活动切源断层(切源伸展-走滑叠合断层)活动强度与油气富集关系Fig.14 Relationship between activity intensity of late active source-reaching fault (source-reaching extensional-strike slip superimposed fault) and hydrocarbon accumulation

4 结 论

叠合走滑断层为花状构造与铲式正断层的叠加，具体为北北东向郯庐走滑断裂带与北西西-近东西向伸展断裂在不同构造部位的叠加，也指走滑断裂、主干伸展断裂及伴生的次级断裂在时空上的复合叠加。通过凸起带、凹陷带和走滑带的油气成藏地质条件和油气成藏过程的对比研究，揭示了伸展-走滑叠合断裂对油气成藏的特殊控制作用，主要表现在3个方面：

a.演化控源：断裂活动控制地层沉降与可容纳空间，从而制约了沉积中心和沉积相分布；随着断裂活动不同时期的活动性变化，进而控制了烃源岩的形成与展布。即伸展-走滑叠合断裂体系在不同时期的活动强度，控制了凹陷的构造演化与沉积充填和其烃源岩的形成与分布。

b.组合控圈：在凸起带发育的岩性-地层圈闭主要是受正断层的生长控制而形成的，受长期活动伸展断裂的影响，在断层面下凹与逆牵引变形控制下，形成大规模断背斜圈闭。在凹陷带发育的掀斜断块，受伸展断裂的影响，断裂生长处断距较小，从而导致圈闭规模一般较小；而走滑带内部发育的扭断背斜圈闭，其叠覆区在右旋剪切变形过程中增压隆升，形成断背斜圈闭；在伸展-走滑叠合区域发育的长期走滑断层与张扭断层，控制断块圈闭的形成，局部构造高点形成断背斜圈闭，即伸展-走滑叠合断裂体系在不同构造带内对圈闭的类型和规模起控制作用。