渤海辽中南洼共轭走滑格局与新生界火成岩发育特征

柳屿博，郭 涛，樊建华，徐坤明，王 鑫，王冰洁

（1.中国海洋石油国际有限公司，北京 100028；2.中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300452）

辽中南洼位于渤海海域三大富烃凹陷之一的辽中凹陷南部，西侧为辽西凸起，东侧为胶辽隆起，是渤海辽东湾地区开展油气勘探的重点靶区，近年来陆续发现了旅大21-2、旅大16-3 南等多个大中型油气田，展现了良好的勘探前景。

作为郯庐断裂带辽东湾段的一部分，区域级别大型走滑断层对辽中南洼新生代构造变形产生重要影响，从构造单元划分来看，辽中南洼主要可划分为东部走滑反转带与西部斜坡带两个构造带[1-7]。对上述两个构造带的成因及油气成藏特征前人开展了深入的研究[8-12]，为下一步油气勘探工作提供了有益的思路。然而，前人研究往往侧重于讨论郯庐断裂带对辽中南洼构造变形的重要作用，但缺少对辽中南洼地区北西向基底断层的关注与探讨，对辽中南洼发育的共轭走滑格局的讨论鲜有发表。

此外，地质认识常常伴随着钻井揭示的新现象而向前发展，近期钻探的LD-A 井首次在辽中南洼乃至辽东湾地区新生界钻遇厚层火成岩且测井解释油层7.8 m。由此认为，新生界火成岩值得作为新的勘探领域加以关注。那么，如何认识辽中南洼新生界火成岩的成因，如何评价火成岩地质体的储层条件及勘探潜力成为影响下部勘探部署的核心问题。

本文充分利用辽东湾大连片地震资料、钻井资料，加之与辽河油田东部凹陷钻遇的新生界火成岩开展详细类比，分析了辽中南洼构造格局与新生代火山活动之间的关系。通过对火成岩岩性、岩相开展研究工作，分析了辽中南洼新生界火成岩勘探潜力。

1 辽中南洼共轭走滑格局

共轭走滑断层一般是指统一构造应力场形成两组方向不同、剪切方向相反、大体同时发育的交叉剪切带。因此，区域块体拼贴位置及不同构造应力叠加地区常为共轭走滑断层发育区。从区域构造位置来看，辽中南洼所处的构造位置具有一定的特殊性，主要表现在三个方面：（1）辽中南洼位于渤海湾盆地的二级构造单元由渤中坳陷向下辽河坳陷的过渡区；（2）处于渤海凸起走向发生明显变化的转折区；（3）多组不同方向构造应力叠加区。正是由于上述三个特征，使得剖析辽中南洼构造格局，进而认识辽中南洼构造变形特征成为了进一步拓展该区油气勘探局面的关键。

分析认为，辽中南洼发育两组共轭走滑断层体系，分别为北东向郯庐断裂带与北西向秦皇岛-旅顺断裂带（以下简称秦-旅断裂带）构成的直角式共轭走滑组合，以及同属于郯庐断裂带的两支北东向与近南北向断裂系构成的锐角式共轭走滑组合。

1.1 直角式共轭走滑组合

郯庐断裂带在渤海海域具有显著的分段性，自南向北大致可划分为渤南段、渤中段和辽东湾段。其中作为渤南段与渤中段分段依据的张家口-蓬莱断裂带（以下简称张-蓬断裂带）的研究已经得到充分重视[13-16]。然而，对于郯庐断裂带渤中段和辽东湾段之间是否发育大型分段断层却一直以来较为模糊，本次在调研华北天然地震研究[17-19]的基础上，依据辽东湾三维连片地震资料刻画了辽东湾南部发育的深部北西向断裂带。该条北西向断裂为新生代盆地基底断裂，属于区域上北西向展布的秦-旅断裂带的一部分，与渤海中部发育的张-蓬断裂带同属于渤海湾盆地深部北西向左旋走滑断层系，对渤海海域分段性起到重要的节点作用。

因而秦-旅断裂带是由大型碟状的渤中坳陷向箕状的下辽河坳陷转变的分界，北西向断裂两侧盆地内部凸起的走向发生明显变化，从渤中坳陷西北环近东西向展布的凸起（例如石臼坨凸起）急剧转变为北东向展布的凸起（例如辽西凸起、辽东凸起）。从区域构造位置来看，秦-旅断裂带与郯庐断裂带在辽中南洼南部交汇，构成直角式共轭走滑格局。

依据地震方差切片，秦-旅断裂带在辽中南洼平面延伸约90 km，由于郯庐断裂带强烈的北东向走滑活动，导致与之共轭相交的秦-旅断裂带遭到较强切割改造作用，平面上并非是连续的断层轨迹，而是主要由东、西两段断层构成，呈现出多条断裂构成的断裂带特征。剖面上，秦-旅断裂带主断面向上切穿新生代盆地基底而进入古近系，但没有在新近系形成断距，整体表现为早期伸展叠加晚期走滑的特征（见图1）。

图1 秦-旅断裂带平面延伸与剖面形态图（剖面位置见左图）Fig.1 Plane extension and profile diagram of Qinhuangdao-Lvshun fault zone

1.2 锐角式共轭走滑组合

在分析了辽中南洼发育直角式共轭走滑断裂格局的基础上，本次研究又细化识别了辽中南洼发育第二组共轭断裂体系，即渤南地区存在的郯庐断层东支和西支，进入辽中南洼以后，受先存断裂影响，发生走向的改变，断裂走向由26°～41°呈顺时针过渡，形成锐角式共轭现象，两组断裂呈小角度交汇特征。

通过分析不同位置的地震剖面可以观察从渤东低凸起北部，到辽中南洼，再到辽东凸起南段，两组断裂发育位置改变，平面上具有交叉换位的现象，且都对地层变形具有控制作用。这组锐角式共轭断层发育的意义是控制辽中南洼东西分带性，控圈模式也有显著不同。东带主要受北东向断层控制形成双走滑控制下的反转构造变形，西带为东深西浅斜坡背景下近南北向走滑控制下形成的压扭构造。平面上的一个差异表现是，辽中南洼发育的反转构造主要位于断裂带东侧，反转带范围没有延伸到西侧，东西块体差异活动。

1.3 共轭走滑格局与辽中南洼构造变形

研究认为，辽中南洼东部发育走滑反转带，西部发育走滑斜坡带的特征，乃至辽东湾地区凸起走向与渤海其他地区凸起走向的不同均与两组共轭走滑断裂体系在辽中南洼交汇直接相关。正是在这一特殊的区域主干断层彼此交切、互为错动的共轭活动背景下，辽中南洼主要经历了中生代-古新世以及始新世以来两个决定区域宏观格局的构造变形过程（见图2）。受直角式和锐角式两组共轭断层控制下的辽中南洼构造变形规律分述如下：

图2 共轭走滑体系控制辽中南洼构造变形模式图Fig.2 Conjugate strike-slip fault system controls the structural deformation of southern sag of Liaozhong depression

控制作用之一是造成辽中南洼不同块体发生旋转。中生代晚期-古新世，郯庐断裂带主要为左旋走滑活动，且北西向秦-旅断裂带同样左旋活动，在此作用下两组共轭断裂控制下的块体处于同向旋转的构造应力场之中，使得郯庐断裂带辽东湾段的主干断层整体走向发生小角度顺时针旋转。

控制作用之二是辽中南洼局部发育反转构造带。进入始新世以来，受西太平洋板块向欧亚板块俯冲角度发生改变带来的边界作用影响，郯庐断裂带发生右旋走滑活动。与基底存在的秦-旅断裂带左旋活动发生叠合，在两组共轭走滑断裂的控制作用下，辽中南洼内部的多个块体所处的局部构造应力场不同，表现为局部处于增压区，形成反转构造，共轭断裂另一侧的相邻块体处于释压区，形成小型洼陷。

2 共轭走滑格局与火成岩发育之间的关系

历经40 余年勘探，目前辽东湾地区探井数量已达近300 口，但是近期在辽中南洼旅大A 构造钻探揭示的沙三段近300 m 厚火成岩是辽东湾地区首次在新生界发现厚层火成岩，这一特殊地质现象的成因及其勘探潜力受到关注。本次研究认为，新钻井发现的厚层火成岩与辽中南洼所处的共轭走滑断裂格局息息相关。

共轭走滑断裂交汇处构造应力最为集中，将会对地层产生较强的破碎作用，既主导了反转构造的发育，也为岩浆的上涌提供通道。调研表明，新生界火成岩在辽河油田东部凹陷广泛分布，控制火成岩分布的大型走滑断裂均位于凹陷中部，火山口沿走滑断层呈串珠状分布。前人基于钻井和地震资料分析了火成岩发育与构造反转之间的成因关系[20，21]，认为正反转构造经历了早期伸展成洼，后期挤压隆升的过程。在伸展阶段，受盆地基底拉张减薄影响，为深部岩浆上涌提供了通道，进入挤压反转阶段以后，岩浆活动逐渐停止，火成岩发育位置逐渐定型，即伴随着盆地反转过程，岩浆活动经历了上涌-喷发-成岩的演化过程。辽中南洼在共轭走滑断裂格局的主导下，洼陷东部发育显著反转构造，旅大A 构造新钻井即位于反转带边部，是新生代火成岩发育的有利位置。

3 辽中南洼火成岩特征

目前，在松辽、渤海湾等盆地已经发现多个火成岩油气藏，展现了火成岩具备较好的勘探前景[22-25]。作为辽东湾地区已被钻井证实的富烃洼陷之一，辽中南洼新生界火成岩储层物性条件是影响勘探潜力的关键要素，因此，本次研究重点围绕探井钻遇的火成岩特征开展分析。根据前人的研究认识，火成岩有效储层主要受岩性、岩相、裂缝等方面控制。其中，岩性决定储集空间类型及后期蚀变改造程度，岩相控制着储层的规模和原生孔缝发育带，裂缝的发育情况主要影响岩石的渗透率。断裂控制着火山岩体的空间展布和次生裂缝发育情况，火成岩储层沿大型走滑断裂，尤其是主断裂与主断裂之间，或主断裂与派生断裂交汇位置集中发育。基于前述对辽中南洼宏观共轭走滑断裂格局的分析，以下从钻井成果出发，重点对旅大A 构造沙三段火成岩岩性、岩相、裂缝发育条件开展研究，继而分析勘探潜力。

3.1 岩性特征

综合地质录井和岩石薄片分析结果，分析认为LD-A 井沙三段上部3 371～3 562 m 井段火成岩岩性主要为火山碎屑岩，包括火山角砾岩和火山角砾-凝灰岩，局部为安山岩。沙三段下部3 562～3 680 m 井段岩性主要为粗面岩。颗粒成分主要为晶屑和岩屑，晶屑主要为钾长石和斜长石，石英含量次之（见图3）；岩屑黏土化强烈，可见基质为交织结构，杏仁构造局部可见，杏仁体为方沸石矿物，推断岩屑为中基性喷出岩。颗粒间充填细粒火山尘，发生黏土化，少量粉砂混入泥质填隙物中，局部集中分布。溶孔约2%，主要为岩屑基质内溶孔，孔径0.03～0.08 mm，形态以圆形、椭圆形居多，局部连通性尚可。通过与辽河东部凹陷类比，LD-A 井钻遇的火山角砾岩可作为优质储层，并且辽河东部凹陷也发现了以粗面岩为主要岩性的火成岩成藏实例。

图3 LD-A 井电测曲线特征与典型井壁取心薄片Fig.3 Characteristics of LD-A well log and typical sidewall coring sections

3.2 岩相特征

火成岩相能够解释火成岩空间展布规律和不同岩性组合之间的成因联系，是对火成岩开展成因和物性研究的重要内容[26，27]。王璞珺（2006）等[28]针对松辽盆地火成岩岩相划分为5 种相，15 种亚相，该划分方案兼具分类原则和实用性，为中国东、西部多个盆地火成岩研究提供了一个行之有效的分类方案。本次研究依据“岩性-组构-成因”等三元指标开展旅大A 构造火成岩岩相分析。

LD-A 井沙三段上部钻遇厚度约200 m 火山碎屑岩段，以火山碎屑结构为主，块状、基质支撑，该套地层整体反映火山活动较强，岩浆沿大型断裂交汇位置发育的火山通道强烈爆发或溢流式喷发。结合地震剖面外部构型和内部反射特征以及测井相特征综合分析认为，旅大A 构造火成岩岩相包括自盆地深层向上呈直立状的火山通道相，靠近火山通道发育侵出相，火成岩主体下部以溢流相为主，上部为爆发相（见图4）。其中，火山碎屑岩段测井解释孔隙度14.2%～22.1%，渗透率28.9～184.4 mD，为中孔-中渗储层，该套优势储层段以爆发相夹局部溢流相为主，反映这一地区古近纪经历了多期不同喷发强度的火山活动。

图4 旅大A 构造火成岩岩性模式图Fig.4 Lithologic pattern diagram of igneous rocks of Lvda-A structure

3.3 裂缝发育程度

火成岩的储集空间由孔隙和裂缝联合构成，裂缝对成储的主要意义在于沟通孔隙，形成运移通道，提高储层渗透能力。虽然辽中南洼经历了多期断裂活动造成，对火成岩裂缝发育较为有利，通过薄片观察也可以见到裂缝发育，但所见的未充填型裂缝缝宽较小，介于0.01～0.02 mm，并且可见到相当比例的裂缝被方沸石矿物充填，残余少量缝内孔。岩石薄片资料显示，LD-A井上钻遇的火成岩裂缝类型以构造缝为主，少量溶蚀缝，但裂缝发育程度整体偏低（见图5）。由于LD-A 井钻在火成岩体相对较低的位置，距离火山活动最强的中心喷发位置仍有一定距离，因而影响了其裂缝发育程度。

图5 岩石薄片反映裂缝发育情况Fig.5 The section of rock reflects the development of fractures

3.4 火成岩成藏模式与潜力

由于火成岩储层的岩性复杂，主体表现为孔、洞大小和分布的不均一，裂缝发育程度的差异性，储集空间分布的断续性，油气难以在火成岩体内部做长距离运移，因此，近油源是油气成藏的基础和关键。类比辽河油田东部凹陷新生界火成岩勘探经验，“优源-良储-稳盖”三元因素耦合控制火成岩油气藏规模，其中，较好的火成岩储集体是控藏关键。研究认为，辽中南洼旅大A 构造沙三段火成岩为源内型成藏，其成藏模式可总结为，辽中南洼沙三中、下亚段暗色泥岩作为主要烃源岩，具有纵向厚度大以及平面分布广的特点。前述分析表明，在共轭走滑断裂控制作用下，辽中南洼近大型断裂交汇位置发育厚层火成岩，且属于爆发相的火成岩段可作为较好储层。由于该套优质火成岩储集体包裹在厚层烃源岩之中，油气经断裂或储层内部近距离疏导，在火成岩储集体中大量聚集。此外，辽中南洼东二下段和东三段发育厚层泥岩，可作为良好的区域性盖层，从而阻止在火成岩中聚集的油气继续向上溢散。分析认为，已钻的LD-A 井只钻在本区沙三段爆发相火成岩相对低的位置，井点距离火成岩储集体高点存在约200 m 幅度，因此认为该套火成岩高部位仍有较大勘探潜力，值得继续钻探。

4 结论与讨论

（1）辽中南洼发育两组共轭走滑断层体系，分别为由北东向的郯庐断裂带与北西向秦-旅断裂带构成的直角式共轭走滑组合，以及郯庐断裂带内部两支断裂系构成的锐角式共轭走滑组合。在两组共轭走滑断裂主导下，辽中南洼不同块体发生旋转，局部发育反转构造带，为这一地区新生代早期岩浆活动创造了有利的构造条件。

（2）基于井-震综合分析，旅大A 构造在沙三段火成岩岩相包括爆发相、溢流相、侵出相和火山通道相，其中爆发相火山角砾岩储层物性较好，可作为较好储集体。辽中南洼沙三段火成岩具备优源-良储-稳盖成藏条件，旅大A 构造火成岩高部位仍具有较大勘探潜力。

（3）目前辽东湾地区新生界火成岩发现较少，火成岩勘探仍属冷区，但渤海湾盆地陆上地区，特别是辽河油田东部凹陷已经在沙三段火成岩领域取得重要勘探突破。同样作为下辽河坳陷的次级构造单元之一，近期在辽中南洼沙三段首次钻遇的厚层火成岩能否开启一个新的勘探领域，这一思考需要研究思路认识转变和勘探理论创新来给予答案。