构造转换带制约下的砂体富集效应：以平湖斜坡孔雀亭区平湖组为例

李峻颉，侯国伟，秦兰芝，谢晶晶，苗 清

中海石油（中国）有限公司 上海分公司，上海 200335

近年来沉积盆地的研究表明，构造—古地貌对沉积作用控制显著（陈启林，2007）。在构造运动活跃的断陷盆地内，同沉积断裂体系通过控制正向与负向地貌格局的形成，进而影响可容纳空间大小、古水系输导方向、沉积砂体展布和沉积相带发育（谢通等，2015）。中国中东部盆地多发育断陷—坳陷叠合型盆地，该类盆地在经历多期内部幕式演化后逐渐由早期的断陷盆地转换为晚期的坳陷盆地。处于断拗转换期的盆地，主控断层活动性开始减弱，断陷作用趋缓，沉积沉降中心从盆缘区向盆地中心迁移，次级断裂和隐伏断裂控制构造转换带所形成的微古地貌控砂控相作用开始凸显（王一同等，2018）。

构造转换带的概念最早由Dahlstorm（1970）在20世纪70年代提出，其目的旨在分析逆冲挤压变形构造体系内所形成的推覆体。20世纪80年代末期，国内外学者对这一领域的研究开始逐渐重视起来，Scott（1989）等在东非大裂谷北维京的研究过程当中详细的阐述了4种类型的调节转换带。进入20世纪90年代初期通过与中国学者的合作，Morley（1989）将转换带的研究成果成功传入国内。随后国内学者兴起了对转换带的研究，例如，田飞等（2012）论述了东营凹陷构造转换带对沉积砂体的展布和对油气圈闭的形成均起到显著约束作用；刘子漩等（2016）根据正断层倾向及平面组合关系将构造转换带样式划分为15种类型；周清波等（2019）详细阐述了珠江口盆地构造转换带对扇三角洲和滩坝沉积体系的控制作用。这些研究表明，构造转换带控制了三角洲、砂坝或者低位扇等类型的沉积砂体，这些砂体成为储层规模性发育的有利区，助力了珠江口盆地、渤海湾盆地等大型整装海上气田的发现。

平湖斜坡带位于东海某凹陷西部斜坡区之内，勘探面积约5000 km2, 目前探明储量约占整个凹陷的50%以上，是东海某凹陷目前最重要的油气勘探开发区域之一。前人对该区域构造特征和沉积体系作过一些研究，蔡华等（2014）梳理了古近系构造演化的三个时期；周心怀等（2019）指出平湖组沉积时期，断裂转换系统对区域油气的富集具有一定控制作用；侯国伟等（2019）厘定了平湖斜坡孔雀亭区平湖组同沉积断裂体系背景下的浅水辫状河三角洲沉积体系发育特征；刘金水等（2020）系统阐述了西湖某凹陷中生代与新生带构造演化特征，明确指出孔雀亭地区平湖组沉积时期调节转换断层较为发育。前人对孔雀亭平湖组的研究多集中在构造演化特征与区域沉积展布等方面，缺乏对同沉积时期构造转换带如何控砂控相的研究。本文充分利用三维地震与测录井资料，选定断拗转换期平湖组地层，系统阐述同沉积断裂体系对砂体富集的控制作用。

1 区域地质背景概况

孔雀亭地区位于东海某凹陷平湖斜坡构造带内，其西部紧邻海礁隆起，东抵西次凹，北毗邻杭州斜坡，南以天台斜坡为界。研究区长约24 km，宽约15 km，整体面积约360 km2（图1）。已钻探井揭示该凹陷第三系地层厚达5000 m，盆内新生代地层发育齐全，古近系地层从老至新依次发育宝石组、平湖组、花港组、龙井组、玉泉组、柳浪组、三潭组以及第四系的东海群（杨彩虹等，2014；单超等，2015）。古新世时期，印度洋板块的俯冲造成欧亚板块大陆边缘蠕散，产生近东西向的张应力，孔雀亭区进入裂谷期沉积阶段；随后在张应力持续作用下，NE-NNE向发育的主断裂的东侧持续沉积地层；始新世早期，也就是宝石组与平湖早期,断陷系统发育到鼎盛阶段，沉积形成宝石组和平湖组五六段地层；始新世中晚期，裂陷作用逐渐减弱，平湖组进入断拗转换时期，沉积形成平湖组三四段和平湖组一二段地层。渐新世时期，也就是花港组时期，受太平洋板块NWW向的俯冲，使得欧亚板块大陆边缘蠕散终止，张应力减弱，盆地进入拗陷阶段（刘金水等，2020；表1）。

图1 孔雀亭地区平湖组构造位置及构造纲要图Fig. 1 Structural location and outline of the Pinghu Formation in the Kongqueting area

井震结合分析认为，平湖组的底界面T40与顶界面T30是两个区域不整合面，分别是宝石组与平湖组、平湖组与花港组的分界面；T34与T32则将平湖组划分出五段。同时，以上四个界面可以将平湖组划分为一个二级层序和三个三级层序（E2p-SQ1、E2pSQ2、E2pSQ3）（表1）。其中，E2pSQ1时期，水体较浅，发育潮河联控的辫状河三角洲沉积体系；E2pSQ2时期，水体快速上升，发育海侵背景下潮汐影响的辫状河三角洲沉积体系；E2pSQ3时期，水体快速退却，发育辫状河三角洲沉积体系（蔡华等，2019）。

表1 孔雀亭区古近系地层发育特征Table 1 General stratigraphy of Paleogene strata in the Kongqueting area

2 构造转换带的识别与类型

为了更好开展转换带控砂控相分析，根据已钻井构造位置与洼陷的匹配关系，将孔雀亭自西向东划分为“高带区、中带区和低带区” （图2）。孔雀亭区平湖组时期，主要受持续张扭作用影响，以发育顺向多阶张性正断层为主，断层活动速率渐弱。在NWW-SEE向伸展的区域张应力场上叠加NE-SW向弱拉张应力，使得始新世早期南北分段发育的断层在始新世中晚期于孔雀亭中带地区逐步相连并形成断层转换区，在这个斜交应力转换区内发育雁列式扭动正断层（周祥林等，2014；图3）。

图2 孔雀亭地区地震剖面特征Fig. 2 Representative seismic in the Kongqueting area

图3 孔雀亭地区始新统相干体切片与断裂样式Fig. 3 Slices of coherence cube and structural patterns of the Eocene strata in the Kongqueting area

在此构造应力背景下，基于国内外诸多学者提出的转换带识别方法（史文东等，2003；赵红格等，2000），本文针对研究区共提出三点构造转换带识别标志：（1）同沉积时期断层平面呈现雁列式展布且走向弯折特点突出（图4）。（2）断层生长指数有趋近于1的部位出现。以E2pSQ2时期的一条同沉积断层F2为例，选取T34与T32地震反射界面，由南至北依次计算该条断层下降盘T34至T32时间差与上升盘T34至T32时间差的比值，认为数值处于1至1.1之间的部位即为断裂转换点的发育处（图4）。（3）构造样式差异化显著；研究区三维地震剖面上识别出近直线、雁列式、Y或H型等差异化的构造样式（图1，图5）。

图4 孔雀亭K-4井区构造转换带识别综合图Fig. 4 Comprehensive identification of structural conversion zone in the K-4 well area of the Kongqueting area

图5 孔雀亭地区平湖组构造样式图Fig. 5 Structural styles of the Pinghu Formation in the Kongqueting area

研究区之所以提出以上三种构造转换带的识别标志，主要是由于转换带的形成本质上是因为断层的分段生长。断层分段生长的早期阶段，断层彼此逐步趋近，但相互不作用；断层分段生长的中期阶段，两条断层彼此趋近且相互作用，但未出现明显连接，即两条断层处于一种软连接状态；断层分段生长的晚期阶段，两条软连接断层的衔接处，在构造应力的影响下被破坏，从而形成一条断层，使得断层最终处于硬链接阶段。在断层分段演化这一过程中，这些“衔接点”即为构造转换带的发育处（史文东等，2003）。分段生长的断层在平面上多出现雁列式展布特征，剖面上则呈现出分叉等差异化构造样式，这些特征的出现可以帮助研究者聚焦转换带的发育区。在上述发育区内，通过断裂生长指数的计算可以进一步锁定转换点，确定转换带的发育处。

基于上述识别方法研究区共建立三种同沉积构造转换体系：

（1）平行转换带；指两条平行或者近似平行的断层构成的断裂组合所形成的转换体系，在构造样式上呈现出一种逐级下掉的地堑式特征（图6）。这类转换带在孔雀亭高带K-1、K-2与K-3井区发育最为典型。

（2）共线转换带；指两条倾向基本相似的断层在一条或近似一条的直线上相向移动最终“硬连接”成一条断层所构成的一种断裂转换体系（图6）。该类转换断层在孔雀亭的中带和低带均有发育。

（3）叠覆转换带；指平面上两条具有一定叠覆关系位移量相互传导且不连接的一种构造转换体系（图6），以K-5井区以东最为显著。

图6 孔雀亭地区平湖组构造转换带类型图Fig. 6 Types of structural conversion zone of the Pinghu Formation in the Kongqueting area

3 转换带对砂体分散和相带发育的控制作用

孔雀亭平湖组从E2pSQ1至E2pSQ3时期，随着构造运动不断减弱，转换带差异化发育，导致各时期地形地貌形态不同，因而造成古水流方向、可容纳空间以及沉积卸载区的不同，使得差异化富集的沉积砂体发育形成不同的相带类型。

海上少井条件下，充分利用反演数据体计算砂地比，用以研究同沉积断裂体系的控砂控相作用，是一种较为行之有效的技术方法（侯国伟等，2019）。基于地震岩性学的分析，对钻井与地震资料进行预处理确定砂岩与泥岩Vp/Vs门槛值，分别统计反演数据中低于该门槛值采样点数和总采样点数（图7），再将两者进行比值即得研究区砂地比图（图8）。与此同时，筛选研究区平面发育规模大的6条骨干同沉积大断层，每条断层按前述断裂生长指数的计算方法，以10个道集为间距完成数据计算并标定在平面相应位置即得断裂生长指数图（图8）。综合比对各时期古地貌（图9）、砂地比与断层生长指数图，确立构造转换带对沉积砂体汇聚和相带发育的控制作用。

图7 孔雀亭地区平湖组岩性与纵横波速度比关系图Fig. 7 Relationship between lithology and Vp/Vs values of the Pinghu Formation in the Kongqueting area

图8 平湖组砂地比与断裂生长指数图Fig. 8 Ratio of sandstone thickness to stratum thickness and fracture growth index of the early Pinghu Formation

E2pSQ1时期，断裂活动强烈，高带以平行转换带为主，中带和低带以叠覆转换带为主，转换带的发育控制了洼隆相间和局部挠曲型古地貌的形成（图9a）。通过该时期反演砂地比图认为， 西部注入的古水系经平行转换带内的断裂转换点（局部低点），携带砂体（Vp/Vs门槛值低于1.7且色标黄色至红色）向古鼻隆南北两个洼地汇集。近断裂转换点且处于微地貌凸起部位的K-3井，砂岩粒度粗但厚度薄，发育形成坡积扇体，近断裂转换点且微地貌地势低的K-2井砂岩粒度粗且厚，发育形成小型低位扇体；远离断裂转换点的K-1与K-4井砂体富集程度较低（图8a）。该时期以潮河联控背景下的辫状河三角洲前缘沉积为主（侯国伟等，2019），研究区南部辫状河道自西向东经转换点向洼地汇聚，北部挠曲型地貌引导水下分流河道经转换点携带陆源碎屑沿断层根部汇入洼地，形成限制性发育的前缘水下扇朵叶体（图10a）。

E2pSQ2时期，断裂活动强度中等，高带平行转换带继承性发育，中带以共线转换带为主，而低带则发育叠覆转换带，其控制古地貌表现出填平补齐特征（图9b），断层上下盘高差减小，转换点出现位置有所改变。在水体大规模快速上升的背景下（侯国伟等，2019），辫状河三角洲前缘砂体逐步向前期形成的古鼻隆上收缩集中。高带近断裂转换点且位于古地貌凸起部位的K-3井富集薄层细粒砂岩，平行转换带控制前缘水下扇沿断层长轴方向发育；中带近断裂转换点且位于洼地的K-4井砂体富集程度高且厚度大，共线转换带控制小型低位扇体在低洼处集中发育。低带受水体加深影响，构造转换带发育形成的微地貌在同沉积时期起遮挡作用，控制孤立型复合砂坝在K-5井区以东发育（图8b，图10b）。

E2pSQ3时期，断裂活动进一步减弱，同沉积断裂体系控制宽缓斜坡的古地貌（图9c），中高带发育的平行转换带与共线转换带控砂作用较前期明显减弱，低带的叠覆转换带主要起引导水系的作用。研究区中带近断裂转换点且处于洼地的K-4与K-5井富集多套厚层中砂岩，发育形成前缘水下扇；高带K-1井和K-3井虽近断裂转换点但处于凸起部位，砂体富集程度较前两口井偏低，发育辫状河三角洲平原上的坡积扇或心滩（图8c，图10c）。

图9 孔雀亭地区平湖组古地貌图Fig. 9 Paleotopography of the Pinghu Formation in the Kongqueting area

4 平湖组控砂模式组合

孔雀亭区平湖组不同的同沉积断裂组合受控于构造应力场，不同的断裂组合样式形成了不同的构造转换带类型，控制了古地貌差异化的表现使得沉积砂体和沉积相带在空间上具有不同的展布样式。

（1）挠曲型平行转换带控砂模式

该类转换带控砂模式主要出现在E2pSQ1与E2pSQ2时期孔雀亭高带区。研究区发育的一系列同沉积顺向正断层和北西向隐伏断裂（刘金水等，2020）控制形成挠曲型地貌形态，进而影响陆源粗粒碎屑体系和砂质沉积中心的发育部位和延伸方向，使得辫状河三角洲前缘水下扇体沿断层根部向洼陷区推进。这些扇体最终富集在挠曲型地貌所控制形成的地势低洼内，发育成辫状河水下分流河道沉积砂体。该类碎屑沉积体粒度粗、厚度大，但延伸展布范围有限，难以形成大规模连片分布的储层。此类沉积砂体的发育区整体临近富烃洼陷，油源断层发育，储盖组合优越，油气勘探潜力较大（图11a）。

（2）雁列型共线转换带控砂模式

NWW-SEE向区域张应力与NE-SW向弱张应力的叠加（刘金水等，2020）控制了孔雀亭雁裂型共线转换带的形成。发育在研究区中带的该类转换带主要起两个方面作用，一方面对高带下来的水系起输导作用，另一方面也起到局部汇砂聚砂的效果，使得砂体在断层下降盘低洼处汇聚沉积，发育形成水下分流河道与砂坝的复合体。该类沉积砂体粒度较粗、厚度较大，在转换带控制的河道发育方向上，其延展范围宽广。这类沉积砂体与富烃洼陷和油源断层有机耦合，可形成类型丰富的油气藏。因此，该型控砂模式的发育区是下一步油气勘探的重点区域（图11b）。

图11 孔雀亭区平湖组断层控砂模式图Fig. 11 Model of fault controlling sand bodies of the Pinghu Formation in the Kongqueting area

（3）扭动改造型叠覆转换带控砂模式

研究区中低带多集中发育扭动改造型叠覆转换带输砂控砂体系。这类转换带内部的断裂体系，其断层下降盘垂直位移量小的部位相互交错叠置在一起，形成一个汇水聚水通道，引导古水系顺着这些低地势区一路向东最终汇入洼陷。因此，该型转换带以引导水系入盆方向为主，控砂效果不如前两者，油气勘探潜力较低（图11c）。

5 结论

（1）根据断层平面展布样式、断层生长指数和构造样式差异化特征，厘定孔雀亭地区平湖组平行转换带、共线转换带和叠覆转换带三种转换带类型。

（2）E2pSQ1时期，断裂活动强形成平行和叠覆转换带，控制洼隆相间古地貌，使得坡积扇或前缘水下扇沉积砂体限制性的发育在地势低洼区；E2pSQ2时期，断裂活动中等，三种类型转换带均发育，控制填平补齐古地貌特征，使得高中带形成前缘水下扇体，低带断层遮挡形成复合砂坝体；E2pSQ3时期，断裂活动弱形成宽缓斜坡古地貌，高带与中带的转换带控砂效果减弱，低带叠覆转换带则以控制古水系入盆方向为主。

（3）平湖组沉积时期断裂组合的差异形成不同的转换带类型，控制古地貌差异化表现，使得卸载富集在不同部位的沉积砂体形成不同的相带类型；厘定孔雀亭区挠曲型平行转换带控砂模式、雁列型共线转换带控砂模式和扭动改造型叠覆转换带控砂模式，前两者控砂效果显著，后者控制水系流向特征明显。