辽河坳陷台安-大洼断裂带新生代构造演化及油气成藏

单俊峰，陈 昌，周晓龙，方 红

(中国石油辽河油田分公司，辽宁 盘锦 124010)

0 引 言

辽河坳陷为中新生代复合断陷盆地，坳陷内发育台安-大洼断裂、营口-佟二堡断裂等多个重要断裂带，是油气汇聚的重要构造单元。研究断裂带的构造演化及其对成烃成藏的控制作用，尤其是断裂带中深层的成藏体系，对深化辽河坳陷断裂带油气成藏规律研究，寻找有利目标有重要的指导意义。此次研究以西部凹陷台安-大洼断裂带为研究突破口，形成构造演化及成烃成藏的重要地质认识，进而在“十四五”中后期推广至整个辽河坳陷，对东部凹陷、大民屯凹陷重要断裂带开展深化认识及目标优选。

1 研究区概况

辽河坳陷可划分为西部凹陷、东部凹陷、大民屯凹陷和西部凸起、东部凸起、中央凸起6个次级构造单元。台安-大洼断裂带位于西部凹陷与中央凸起的过渡带，是一个中、新生代裂谷湖盆，呈北东向展布，大洼断层作为区内一级断层，将断裂带分为洼陷区和凸起区。依据主要构造变形时期(古近纪东营组沉积时期)的构造特征[1-3]，断裂带由北至南可划分为8个次级构造单元：牛心坨反转构造带、牛心坨-台安洼陷、冷家压扭构造带、陈家洼陷、兴隆台构造带、清水洼陷、大小洼构造带、海外河构造带(图1)。

图1 台安-大洼断裂带构造分区

台安-大洼断裂带油气资源丰富，是辽河坳陷最重要的含油气区带之一，为辽河油田勘探开发近50 a的重要支撑。由于研究区处于郯庐断裂带[4-6]，经历了新生代强烈的伸展拉张和走滑反转运动[7]，使得研究区北部和南部发育了不同的构造样式，造成南北油气富集程度及油气富集规律差异较大，有必要对断裂带的构造样式与发育演化特征及其与油气成藏的关系进行分析研究。该文对台安-大洼断裂带的构造样式及新生代的构造演化特征进行了详细分析，并系统总结了新生代构造演化对油气成藏的控制作用，分析了断裂带北部和南部、大洼断层上升盘和下降盘的油气成藏模式及主控因素，指出了下一步油气勘探方向。

2 新生代构造特征及演化

2.1 构造样式

台安-大洼断裂带断裂体系复杂多样，南北差异较大，根据新生代断裂性质和构造特征，可以划分为伸展型和走滑反转型2类构造样式。

2.1.1 伸展型构造样式

伸展型构造主要集中发育于断裂带的中南部，即兴隆台构造带、大小洼构造带、清水洼陷、海外河构造带，由NNE—NE向的铲式正断层和一组近NE向的次级正断层构成(图2)。依据断层的发育期次，可分为古近纪始新世和渐新世2期正断层断裂系统。始新世发育的正断层具有活动强度大、持续时间长的特点，为切割基底的铲式正断层，图2中的大洼断层为断裂带一级断层，将断裂带切割成上盘和下盘，下盘为凸起区，成为相对稳定的块体，上盘随断层活动持续沉降，成为洼陷区，并具有半地堑的特征。铲式正断层对断裂带的格局及油气成藏具有重要影响。渐新世发育的次级正断层活动强度差异较大，向下多在沙三段滑脱消亡，不切割基底，向上切割至东营组顶部。图2中的海外河断层断至沙三下段，大多数断层只断至沙三上段或沙二段，这些次级断层将断裂带分割成一系列的断阶带。

图2 台安-大洼断裂带南部伸展型构造样式地震剖面(剖面位置见图1)

2.1.2 走滑反转型构造样式

图3 台安-大洼断裂带北部走滑反转型构造样式地震剖面(剖面位置见图1)

走滑逆冲断层为始新世至渐新世早期拉张应力场下发育的正断层，在渐新世晚期至新近纪右旋走滑应力场下反转形成[8]。走滑逆冲断层均为向下切割至基底、向上切割至馆陶组的大断裂，并与铲式正断层形成“Y”字形或“X”字形断裂组合，在二者之间形成低幅度的冲起背斜，反转构造幅度一般为100～150 m。图3中的冷家逆断层切割大洼断层和基底，与大洼断层共同控制了冷家压扭逆冲构造带的形成，同时渐新世发育的一系列近NE向正断层将冷家压扭逆冲构造带分割成外带、中带和内带3个断阶带。

2.2 大洼断层的活动时期

大洼断层作为台安-大洼断裂带的一级主干断层，将断裂带分割成凸起区和洼陷区。大洼断层发育于古近纪始新世，剧烈活动于始新世和渐新世，消亡于新近纪，其活动期次明显具有分段性和不均衡性[9]。在古新世房身泡(Ef)至沙四(Es4)沉积时期，大洼断层主要在北段活动，在中南段并未发育；在始新世沙三(Es3)沉积时期，大洼断层在全区活动，此时活动速率达到最大，且活动剧烈强度逐步向南转移，沙三中时期在中段达到最大，沙三上时期在南段达到最大，沙三段底界的滑距整体为6 000～9 000 m，最大滑距达10 780 m。渐新世沙二(Es2)至东营(Ed)沉积时期，大洼断层的活动强度进一步向南转移，呈现出南强北弱的格局，断层的活动强度在南段达到最大；馆陶组沉积期及以后，大洼断层活动强度逐渐变弱，至明化镇组沉积期停止活动。

2.3 构造演化

台安-大洼断裂带属于下辽河坳陷的一个三级构造单元，其形成机制与整个渤海湾新生代盆地的动力学过程有密切关系。同时，下辽河坳陷位于郯庐断裂带之上，其构造演化过程又与新生代郯庐断裂带活动有直接关系。因此，台安-大洼断裂带的形成，既有伸展运动，也有走滑运动。正是由于受郯庐断裂带走滑运动的影响，台安-大洼断裂带南北段演化具有一定的差异性，但整体也存在共性，大致可以分为3个阶段[10]。

2.3.1 断陷期(古近纪古新世—始新世)

古近纪早期，辽河盆地继承中生代以来的构造运动，软流圈热流物质上涌，使地壳减薄，产生拉张应力场，盆地内产生一系列北东方向为主的张性断裂[11]。早期台安-大洼断裂带北部的构造运动剧烈，大洼断层形成，将稳定基底切割为凸起区和洼陷区，大量火山物质沿大洼断层喷发，在断裂带北部堆积巨厚的玄武岩，期间断裂带中南部仍为稳定块体。始新世沙三沉积时期，断裂带发育处于鼎盛时期，大洼断层在全区活动加剧，并向南转移，将南部地区切割成凸起区和洼陷区，兴隆台至海外河地区大幅沉降，接受深湖相沉积。沙三末期断裂带整体抬升，湖盆消失。

2.3.2 断陷和右旋走滑期(渐新世沙二沉积期—东营期)

经过始新世末期短暂的回返间歇之后，渐新世早期，断裂带在区域拉张应力场下开始新的沉陷，继承发育伸展构造。渐新世中晚期，整个中国东部区域应力场发生改变，由原来拉张应力场逐步转化为右旋走滑应力场[12-15]。由于区域应力场的改变，使断裂带产生新的构造格局，伸展构造继承性发育，同时还产生走滑构造、挤压构造，因此，断裂带在渐新世具备断陷和右旋走滑反转的双重特点。期间，断裂带沉降中心仍具备由北向南转移的特征，同时各构造带的局部沉降中心也发生变迁。

2.3.3 坳陷期(晚古近纪—第四纪)

为分析空间距离(各省区省会城市距离张家界的直线距离)、经济发展水平、人口数量对客源市场结构变化的影响，本文以国庆和中秋节为例，计算各省区客流量增加值，并收集各省区人口数量、经济发展水平(GDP)、空间距离数据(表5)。

由于早古近纪期间地下能量大量释放，沉积盖层厚度不断增加，因此，晚古近纪—第四纪期间，地球内部达到物质均衡，火山活动和断裂活动减弱，大洼断层及其次级断层活动逐渐减弱直至停止，断裂带整体坳陷，坳陷平坦，全区接受沉积(图4、5)。

图4 台安-大洼断裂带南部构造演化模式(剖面位置见图1)

图5 台安-大洼断裂带北部构造演化模式(剖面位置见图1)

3 构造演化及油气成藏

3.1 构造演化对圈闭的控制

圈闭是油气藏形成的重要条件，台安-大洼断裂带目前已发现的圈闭与断层有关[16-17]，多期多性质的断裂作用导致断裂带发育多种圈闭类型。古近纪沙四段—沙三段沉积时期的伸展构造变形阶段是早期圈闭形成的主要时期，主要形成断块、断鼻、滚动背斜、披覆背斜圈闭等，如断裂带北部的高81块断鼻构造、中部的兴隆台披覆背斜、南部的海57断块构造等。古近纪东营组沉积时期的走滑构造变形阶段是晚期圈闭形成的主要时期，主要形成断块、断背斜、滚动背斜、压扭背斜等。压扭背斜主要发育于断裂带中北部，南部以断块和断背斜为主，如断裂带北部的牛心坨反转背斜、中部的冷家压扭背斜、南部的清4断块。同时，古近纪沙四段—沙一段沉积时期，由于不同沉积体系的控制，在断裂带的洼陷区形成了大量的岩性圈闭，部分岩性圈闭与构造圈闭相匹配形成岩性-构造复合圈闭，成为断裂带油气成藏的主要圈闭类型之一。

3.2 构造演化对烃源岩的控制

构造运动控制断裂带洼陷区的沉降，从而控制了烃源岩的分布。断裂带主要烃源岩为沙四段、沙三段、沙一段广泛发育的暗色泥岩，其中，沙三段烃源岩最发育，其次是沙四段和沙一段[18-20]。大洼断层活动的不均衡性，使断裂带南部和北部的烃源岩分布特征差异明显(图6)。始新世沙四段沉积时期，大洼断层在断裂带北部剧烈活动，使得牛心坨、台安、陈家地区快速沉陷接受深湖相暗色泥岩沉积，沙四段烃源岩具有北厚南薄的特征，最厚处位于牛心坨洼陷，厚度达700 m。始新世沙三段沉积时期，大洼断层在全区剧烈活动，使牛心坨、台安、陈家、清水地区产生四大生烃洼陷。由于大洼断层活动强度由北往南迁移，在清水地区活动强度达到最大，使清水洼陷成为断裂带沙三沉积时期最大的生烃洼陷，烃源岩最大厚度达1 600 m，最大生油强度为8 400×104t/km2，最大生气强度为52 000×106m3/km2。沙一段烃源岩厚度中心也位于清水洼陷，厚度达600 m。

图6 西部凹陷中央洼槽带古近系残留厚度轴向变化趋势

3.3 构造演化对储集体的控制

台安-大洼断裂带发育多种类型油气储集体。构造演化对断裂带储集体的控制体现在2个方面：一是在不同演化阶段，断裂带不同部位的沉积体系分布特征和储集体发育程度不同。沙四段沉积时期为断陷初期，湖盆水体浅，水系流域小，河流短小，发育扇三角洲—浅湖相沉积体系，在断裂带北部，凸起残留的中生代火山岩和太古代变质岩成为物源区，为牛心坨地区和陈家地区的碎屑岩沉积提供充足的母岩条件。沙三段沉积时期为断陷主要时期，强烈的深陷使湖盆水体扩大、变深，水系流域扩大，河流水量充沛；大洼断层活动的不均衡性使断裂带南部湖盆水体达到最大直至覆盖到凸起区，在凸起区发育扇三角洲沉积体系，在洼陷区直接转变为深水重力流沉积，发育湖底扇—深湖相沉积体系，形成的大量浊积岩成为断裂带重要的油气储集体，在断裂带北部牛心坨地区，继承发育了扇三角洲—浅湖相沉积体系。沙一段沉积时期大洼断层活动变弱，湖盆水体变浅，断裂带继承发育扇三角洲—浅湖相沉积体系。东营组沉积时期，大洼断层已转移至南部海外河地区剧烈活动，因此，在断裂带中北部发育河流相沉积，在南部清水、海外河地区发育三角洲沉积。二是渐新世晚期的剧烈走滑构造运动对前古近系基底进行大规模改造，使基岩产生多期、多角度裂缝，成为有利油气储集体。

3.4 构造演化对油气运移、聚集的控制

3.4.1 对复式油气输导体系的控制

古近纪的伸展拉张和走滑反转构造运动使断裂带广泛发育了“Y”字形和“X”字形的断裂组合，“Y”字形断层中通常有1条断层断至沙三段和沙四段，在泥岩中滑脱消失，成为新生古储和下生上储型油气藏最重要的油气运移通道。断裂带在沙三段沉积末期和沙一段沉积末期的整体抬升，产生区域性不整合面，也可作为重要的油气运移通道之一。渐新世晚期的走滑构造运动使前古近系基底产生大规模、多角度裂缝，成为基岩内幕油气运移的重要通道，裂缝与断层、不整合面构成了复式油气输导体系，为基岩油气成藏提供了丰富的油气运移途径。

3.4.2 与多期成藏的配置关系

油气包裹体研究表明，台安-大洼断裂带具有多期成藏的特点，油气排烃主要时期为东营组末期，与该时期断裂的剧烈活动形成良好的时空匹配关系。

4 成藏模式及勘探方向

台安-大洼断裂带整体具有十分优越的油气成藏条件，但北部和南部的宏观构造特征差异较大，各时期的沉积体系也存在差异，因此，北部和南部的油气成藏模式不同。

4.1 断裂带北部油气成藏模式及勘探方向

断裂带北部发育牛心坨-台安、陈家两大生油气洼陷，具备沙四段、沙三段2套生油层系，同期的扇三角洲沉积体系在洼陷区展布范围广、沉积砂体厚度大，具备纵向上多期扇体叠置、平面上多套扇体连片的储层分布特征，古近纪的伸展拉张和走滑反转构造运动产生了大量的断块、断鼻、滚动背斜、挤压背斜等构造圈闭。因此，沙三段和沙四段发育了大量的构造油气藏和岩性油气藏(图7)，在陈家洼陷和冷家压扭构造带形成了亿吨级探明储量规模的沙四段牛心坨油藏、高升油藏和沙三段大凌河油藏、热河台油藏。东营期的走滑构造运动对前古近系基底的储层具有强烈的改造作用，使储层破碎、裂缝发育，靠近生油洼陷的潜山具有优越的油气成藏条件。因此，断裂带北部下一步勘探目标应寻找洼陷区岩性油气藏及前古近系潜山油气藏。

图7 台安-大洼断裂带北部油气成藏模式图(剖面位置见图1)

4.2 断裂带南部油气成藏模式及勘探方向

断裂带南部发育辽河坳陷内最大的生油气洼陷即清水洼陷，为南部地区油气成藏提供了充足的油气源条件，具备立体油气成藏模式(图8)。东营组沉积时期的走滑构造运动使断裂带南部洼陷区和凸起区浅层东营组、沙一段、沙二段均产生了大量的断块、断背斜、断鼻等构造圈闭。因此，浅层发育了大量的构造油气藏，在兴隆台构造带、大洼构造带、海外河构造带形成了亿吨级探明储量规模的沙一、二段兴隆台油藏和东营组马圈子油藏。洼陷区和凸起区深层沙三段及前古近系基岩油气成藏条件存在差异，洼陷区沙三段发育了大量的湖底扇浊积岩储层，并被同期形成的优质烃源岩包围，具备源内型岩性油气藏形成的优越条件。因此，洼陷区下一步勘探目标应寻找沙三段岩性油气藏及陡坡带沙一、二段岩性油气藏。凸起区中生界和太古界基底潜山受东营期走滑应力场控制，变质岩和火山岩产生大量的裂缝成为有利储集体，同时潜山通过大洼断层与清水洼陷沙三段烃源岩大面积接触，具有多期成藏优先俘获油气的优势，大洼断层、不整合面、潜山内幕裂缝构成了复式油气输导体系。因此，凸起区下一步勘探目标应寻找中生界和太古界潜山油气藏。

图8 台安-大洼断裂带南部油气成藏模式图(剖面位置见图1)

5 结 论

(1) 台安-大洼断裂带作为郯庐断裂带在辽河坳陷内的重要组成部分，新生代时期经历了强烈的伸展拉张和走滑反转双重构造运动，发育了伸展构造和走滑反转构造2种构造样式，由于受力作用强度不同，造成北部和南部构造样式存在明显差异，北部发育走滑反转构造和伸展拉张构造双重叠合构造系统，南部发育伸展拉张构造系统。

(2) 大洼断层的发育及活动对断裂带的形成及演化起到重要控制作用。断裂带的演化过程可分为古近纪古新世至始新世的断陷期、渐新世沙二—东营期的断陷和右旋走滑反转期、晚古近纪—第四纪的坳陷期。大洼断层的活动不均衡性造就了断裂带北部和南部构造格局和沉积体系的差异，断裂带的构造演化对圈闭的形成、烃源岩的分布、储集体的规模、油气输导条件的类型起到了直接控制作用。

(3) 构造演化控制了断裂带的油气成藏条件，使南部和北部、凸起区和洼陷区具备不同的油气成藏条件和油气成藏模式，北部勘探方向为洼陷区的岩性油气藏和前古近系潜山油气藏，南部勘探方向为洼陷区的深层源内型岩性油气藏、中浅层陡坡带砂砾岩岩性油气藏，以及凸起区的前古近系潜山油气藏。