大型控盆邊界正斷層活動(dòng)性評(píng)價(jià)方法及應(yīng)用

康洪全，李明剛，賈懷存，楊海風(fēng)，孟金落

（1.中海油研究總院，北京 100083；2.中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津 300452）

大型控盆邊界正斷層活動(dòng)性評(píng)價(jià)方法及應(yīng)用

康洪全1，李明剛1，賈懷存1，楊海風(fēng)2，孟金落1

（1.中海油研究總院，北京 100083；2.中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津 300452）

裂陷區(qū)存在大量缺失下盤(pán)地層沉積的控盆主邊界正斷層，這類(lèi)斷層的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征對(duì)認(rèn)識(shí)盆地的結(jié)構(gòu)、沉積充填及油氣成藏都具有重要意義。然而目前還沒(méi)有一種有效的該類(lèi)斷層活動(dòng)性評(píng)價(jià)方法，為此，以油區(qū)構(gòu)造解析理論為指導(dǎo)，在已有斷層活動(dòng)性評(píng)價(jià)方法調(diào)研基礎(chǔ)上，通過(guò)斷裂活動(dòng)與沉積充填響應(yīng)關(guān)系的系統(tǒng)分析，提出了一種新的評(píng)價(jià)方法——地層楔形體法。斷層的活動(dòng)過(guò)程是上盤(pán)楔形地層超覆體的形成過(guò)程，某一地質(zhì)時(shí)期內(nèi)，因斷層活動(dòng)的階段性而發(fā)育多個(gè)地層楔形體，所有地層楔形體的視厚度就代表了地層沉積時(shí)期的斷層活動(dòng)產(chǎn)生的垂距。文中將地層楔形體法應(yīng)用于沙南—埕北地區(qū)，對(duì)缺失下盤(pán)地層沉積控盆邊界斷層的活動(dòng)性做了評(píng)價(jià)，明確了沙三段沉積時(shí)期斷層活動(dòng)強(qiáng)烈。

主邊界正斷層；評(píng)價(jià)方法；活動(dòng)性；油區(qū)構(gòu)造解析理論；沙南—埕北地區(qū)

0 引言

斷層是巖層或巖體順破裂面發(fā)生明顯位移的構(gòu)造，是由外界應(yīng)力強(qiáng)度超過(guò)巖石彈性極限使巖石的連續(xù)性受到破壞造成的［1］。對(duì)斷層運(yùn)動(dòng)學(xué)特征的研究目前仍然較為薄弱，雖然有多種評(píng)價(jià)斷層活動(dòng)性的方法，但是都有局限性［2-4］，目前還沒(méi)有一種有效的方法來(lái)評(píng)價(jià)下盤(pán)地層完全剝蝕殆盡的大型邊界正斷層的活動(dòng)性問(wèn)題。邊界正斷層活動(dòng)不僅控制了盆地的演化，同時(shí)對(duì)盆地內(nèi)的沉積充填和油氣成藏也有重要影響［5-7］。因此，探討正斷層活動(dòng)性的評(píng)價(jià)方法不僅具有重要的理論意義，也有明顯的現(xiàn)實(shí)價(jià)值。

1 正斷層活動(dòng)性評(píng)價(jià)方法

目前正斷層的活動(dòng)性評(píng)價(jià)方法有斷層生長(zhǎng)指數(shù)和斷層落差法。斷層生長(zhǎng)指數(shù)是評(píng)價(jià)斷層活動(dòng)性的一種經(jīng)典方法，自從Thorsen提出以來(lái)被廣泛地應(yīng)用于同生斷層的研究中［8-10］。斷層生長(zhǎng)指數(shù)是同一地層在斷層上盤(pán)和下盤(pán)的厚度比。對(duì)于正斷層來(lái)講，當(dāng)斷層生長(zhǎng)指數(shù)為1時(shí)，說(shuō)明斷層兩盤(pán)厚度相等，斷層不活動(dòng)；當(dāng)斷層生長(zhǎng)指數(shù)大于1時(shí)，說(shuō)明上盤(pán)厚度大于下盤(pán)厚度，斷層活動(dòng)，而且生長(zhǎng)指數(shù)越大，斷層活動(dòng)就越強(qiáng)烈。

斷層生長(zhǎng)指數(shù)是一個(gè)地層厚度比，對(duì)厚度精度要求較高，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，受地層剝蝕和盆地沉降因素影響較大。這2個(gè)因素都會(huì)改變斷層上、下兩盤(pán)的地層厚度，進(jìn)而影響斷層生長(zhǎng)指數(shù)。如果地層受到剝蝕，斷層活動(dòng)微弱時(shí)，生長(zhǎng)指數(shù)也可能很大。由于受盆地沉降的影響，斷層活動(dòng)強(qiáng)烈時(shí)，斷層生長(zhǎng)指數(shù)可能很小。

斷層落差法是目前比較實(shí)用的一種評(píng)價(jià)斷層活動(dòng)性的方法。斷層落差是指在垂直于斷層走向的剖面上兩盤(pán)相當(dāng)層之間的鉛直距離，也稱(chēng)鉛直斷層滑距。能夠在地震剖面上測(cè)量，也能夠在構(gòu)造圖上讀取。可以用斷層兩盤(pán)同一地質(zhì)歷史時(shí)期的沉積地層厚度差表示該時(shí)期生長(zhǎng)斷層落差［2，11］。因此，生長(zhǎng)斷層的落差可以表示為兩盤(pán)地層的厚度差。

引入時(shí)間概念后，斷層落差可以轉(zhuǎn)化為斷層活動(dòng)速率， 即斷層落差與相應(yīng)地層沉積時(shí)間的比值［3，12-13］。斷層落差法的優(yōu)勢(shì)是可以消除地層剝蝕和盆地沉降的影響［4，14］。斷層落差法雖然能夠克服斷層生長(zhǎng)指數(shù)的不足，但是仍然不能夠解決下盤(pán)地層完全剝蝕殆盡的斷層的活動(dòng)性。

2 地層楔形體法內(nèi)涵

為了解決斷陷區(qū)普遍存在的那些只有下降盤(pán)有地層沉積的大型控盆邊界斷裂的活動(dòng)性問(wèn)題，本文在斷層落差法的基礎(chǔ)上提出了一種全新的方法——地層楔形體法。

斷層活動(dòng)對(duì)活動(dòng)期沉積地層具有明顯的控制作用，引起斷層上盤(pán)地層厚度增大，斷層落差大于0，在斷層不活動(dòng)的地質(zhì)時(shí)期沉積的地層在斷層上、下兩盤(pán)厚度基本一致，斷層落差為0。因此，斷層活動(dòng)的效應(yīng)造成了斷層上盤(pán)地層厚度的增加。

如果在斷層上盤(pán)各構(gòu)造層內(nèi)分別繪制一條輔助線(xiàn)，使輔助線(xiàn)到各自構(gòu)造層頂界面的距離和同一構(gòu)造層在斷層下盤(pán)的厚度相當(dāng)，就把評(píng)價(jià)斷層活動(dòng)性問(wèn)題完全轉(zhuǎn)移到斷層上盤(pán)地層中，不同構(gòu)造層底界面與斷層的交點(diǎn)到其內(nèi)部的輔助線(xiàn)的視厚度就代表了各地層沉積時(shí)期的斷層活動(dòng)產(chǎn)生的斷層落差。這就為評(píng)價(jià)缺失下盤(pán)地層沉積的斷層的活動(dòng)性提供了新的思路。

一般來(lái)講，斷層活動(dòng)能夠?yàn)槌练e物堆積提供可容空間，造成地層連續(xù)超覆在底界面之上。當(dāng)斷層不活動(dòng)，處于構(gòu)造穩(wěn)定期時(shí)，地層則會(huì)穩(wěn)定沉積，垂向上層層疊置，表現(xiàn)出平行層序。因此，輔助線(xiàn)應(yīng)該代表了不同地質(zhì)時(shí)期最大地層超覆面，不同構(gòu)造層底界面和其內(nèi)部的最大地層超覆面所圍限的地層楔形體的最大視厚度就代表了不同時(shí)期斷層的活動(dòng)強(qiáng)度。

也就是說(shuō)，斷層的活動(dòng)過(guò)程是斷層下降盤(pán)楔形地層超覆體的形成過(guò)程，某一地質(zhì)時(shí)期內(nèi)，斷層活動(dòng)可能具有階段性，而在斷層下盤(pán)發(fā)育多個(gè)地層楔形體，所有地層楔形體的最大視厚度之和就代表了這個(gè)時(shí)期斷層活動(dòng)產(chǎn)生的垂距（見(jiàn)圖1）。圖1是地層楔形體法的應(yīng)用模型，某一時(shí)期斷層的垂距為圖中紅色立柱累加和。

圖1 地層楔形體法應(yīng)用模型

3 地層楔形體法的應(yīng)用

渤海灣新生代沉積盆地表現(xiàn)出明顯的裂陷構(gòu)造特征，斷裂普遍發(fā)育，具有“大盆地、小凹陷”的宏觀(guān)結(jié)構(gòu)特征［15-19］。其中，不同凹陷多發(fā)育一到兩條控凹的邊界斷層，這些斷裂都表現(xiàn)出缺失下盤(pán)地層沉積的特征，使得地層楔形體法可以得到廣泛應(yīng)用。

如渤海西部海域沙南—埕北地區(qū)，夾持于沙壘田凸起和埕子口凸起之間，發(fā)育沙南、埕北2個(gè)NW—SE走向凹陷（見(jiàn)圖2）。沙南斷層、沙東南斷層和埕北斷層是控制沙南凹陷和埕北凹陷的邊界斷層。這3條邊界斷層都背靠凸起，下盤(pán)缺失地層沉積，運(yùn)用地層楔形體法，依據(jù)橫穿斷層的地震剖面，對(duì)它們的活動(dòng)性進(jìn)行了測(cè)量分析（見(jiàn)圖3）。

圖2 沙南—埕北地區(qū)構(gòu)造單元?jiǎng)澐?/p>

總體來(lái)看，沙南斷層、沙東南斷層和埕北斷層都是早期活動(dòng)斷層，僅在孔店組—沙河街組沉積時(shí)期活動(dòng)。其中，沙三段沉積時(shí)期這3條斷層活動(dòng)都最為強(qiáng)烈，斷層垂距大，沙南斷層和沙東南斷層垂距普遍超過(guò)1 000 m，埕北斷層垂距也基本都超過(guò)500 m；而在沙四段—孔店組和沙一、二段沉積時(shí)期，斷層活動(dòng)強(qiáng)度明顯減弱，尤其是沙一、二段沉積時(shí)期，沙南斷層和沙東南斷層基本不活動(dòng)，埕北斷層也只是輕微活動(dòng)，斷層垂距很小。沿著斷層走向的不同區(qū)段，斷層活動(dòng)性差異較大，沙南斷層和埕北斷層都有2個(gè)斷層強(qiáng)烈活動(dòng)中心，沙東南斷層有一個(gè)斷層強(qiáng)烈活動(dòng)中心，不同斷層的強(qiáng)烈活動(dòng)中心和這一地區(qū)發(fā)育的沉積洼陷一一對(duì)應(yīng)，顯示了斷層活動(dòng)對(duì)盆地沉積-沉降中心的控制作用。

近年來(lái)，沙南—埕北地區(qū)的油氣勘探活動(dòng)頻頻受挫，多口探井失利。一項(xiàng)新的研究成果表明（國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)——近海富烴凹陷資源潛力再評(píng)價(jià)和新區(qū)、新領(lǐng)域勘探方向）：控洼主干斷層的平均活動(dòng)速率達(dá)到150 m/Ma，洼陷就達(dá)到了富生烴的標(biāo)準(zhǔn)。這增加了地層楔形體法這種新的斷層活動(dòng)性評(píng)價(jià)方法的實(shí)用價(jià)值。

圖3 沙南—埕北地區(qū)邊界斷層的活動(dòng)特征

本文對(duì)控制5個(gè)洼陷的邊界斷層活動(dòng)性做了評(píng)價(jià)，結(jié)果表明僅沙三段沉積時(shí)期（見(jiàn)圖3d），控制各個(gè)洼陷的主干斷層的平均垂直活動(dòng)速率最小為161.5 m/ Ma，最大達(dá)到了378.5 m/Ma，都超過(guò)了150 m/Ma，所以各個(gè)洼陷都達(dá)到了富生烴洼陷的標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該具有好的勘探前景。綜合各種成藏條件分析，南部的沙南、埕北斜坡帶發(fā)育扇三角洲砂體，長(zhǎng)期處于油氣運(yùn)移指向區(qū)，發(fā)育各種斷塊、地層型圈閉，是有利的勘探區(qū)帶。

4 結(jié)論

1）斷層的活動(dòng)過(guò)程是其上盤(pán)楔形地層超覆體的形成過(guò)程，某一地質(zhì)時(shí)期內(nèi)，斷層活動(dòng)可能具有階段性，從而在斷層上盤(pán)發(fā)育多個(gè)地層楔形體，所有地層楔形體的視厚度和就代表了地層沉積時(shí)期的斷層活動(dòng)產(chǎn)生的垂距。

2）應(yīng)用地層楔形體法，對(duì)渤海灣盆地沙南—埕北地區(qū)控盆邊界斷層的活動(dòng)性分析表明，邊界斷層主要在孔店組—沙河街組沉積時(shí)期活動(dòng)，其中沙三段沉積時(shí)期斷層活動(dòng)最為強(qiáng)烈，平均垂直活動(dòng)速率都超過(guò)了150 m/Ma，進(jìn)而確定了沙南凹陷和埕北凹陷是富生烴凹陷，具有油氣勘探潛力。

3）地層楔形體法充分體現(xiàn)了斷裂活動(dòng)與地層充填的響應(yīng)關(guān)系，能夠解決裂陷區(qū)普遍存在的缺失下盤(pán)地層沉積的控盆主邊界斷層的活動(dòng)性，豐富了斷層活動(dòng)性的評(píng)價(jià)理論。

［1］徐開(kāi)禮，朱志澄．構(gòu)造地質(zhì)學(xué)［M］.2版．北京：地質(zhì)出版社，2002：126-128．

［2］趙勇，戴俊生．應(yīng)用落差分析研究生長(zhǎng)斷層［J］．石油勘探與開(kāi)發(fā)，2003，30（3）：13-15．

［3］李勤英，羅鳳芝，苗翠芝．?dāng)鄬踊顒?dòng)速率研究方法及應(yīng)用探討［J］．?dāng)鄩K油氣田，2000，7（2）：15-17．

［4］陳剛，戴俊生，葉興樹(shù)，等．生長(zhǎng)指數(shù)與斷層落差的對(duì)比研究［J］．西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007，29（3）：20-23．

［5］李夢(mèng)萍，戴俊生，鄒娟．冀中坳陷古近紀(jì)地層厚度變化及斷層活動(dòng)特征［J］．?dāng)鄩K油氣田，2016，23（2）：137-141.

［6］史冠中，王華，徐備，等．南堡凹陷柏各莊斷層活動(dòng)特征及對(duì)沉積的控制［J］．北京大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010，47（2）：69-74．

［7］顏照坤，李勇，李?yuàn)^生，等．滄東斷層孔店期伸展、走滑作用的沉積響應(yīng)［J］．?dāng)鄩K油氣田，2012，19（2）：158-162.

［8］萬(wàn)濤，蔣有錄，林會(huì)喜，等．?dāng)鄬踊顒?dòng)性和封閉性的定量評(píng)價(jià)及與油氣運(yùn)聚的關(guān)系：以車(chē)西洼陷曹家莊斷階帶為例［J］．石油天然氣學(xué)報(bào)，2010，32（4）：18-24．

［9］盧浩，蔣有錄，徐昊清．饒陽(yáng)凹陷主斷層活動(dòng)期與新近系油氣成藏關(guān)系［J］．?dāng)鄩K油氣田，2011，18（5），594-597.

［10］張華文，周江羽，劉德志，等．南堡凹陷4號(hào)構(gòu)造帶蛤坨斷層特征與油氣成藏關(guān)系［J］．海洋石油，2010，30（2）：14-18．

［11］王新新，戴俊生，馬洪坤．金湖凹陷石港斷裂帶構(gòu)造特征及控油作用［J］．?dāng)鄩K油氣田，2015，22（6）：686-691，739.

［12］劉建國(guó)，劉延峰，黎有炎，等．惠民凹陷西部斷層活動(dòng)性研究［J］．石油天然氣學(xué)報(bào)，2009，31（4）：195-199．

［13］陳少平，王華，劉麗芳，等．?dāng)嗔褧r(shí)空差異性演化及其對(duì)生烴凹陷形成的控制：以珠江口盆地珠三坳陷為例［J］．?dāng)鄩K油氣田，2015，22（1）：1-6.

［14］陳剛，蔣戈平，周建新，等．用古落差法研究沙埝地區(qū)斷層活動(dòng)強(qiáng)度［J］．小型油氣藏，2008，13（2）：7-10．

［15］韓彧，黃娟，趙雯.墨西哥灣盆地深水區(qū)油氣分布特征及勘探潛力［J］.石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，2015，37（4）：473-478.

［16］鄧運(yùn)華.渤海灣盆地凹陷一凸起油氣聚集的差異性［J］．中國(guó)海上油氣（地質(zhì)），1999，13（6）：401-405.

［17］張立剛，陶鑫，閆鐵，等.利用鄰層反演水平層理頁(yè)巖地應(yīng)力方法［J］.石油鉆探技術(shù)，2015，43（5）：26-30.

［18］柳永軍,徐長(zhǎng)貴,吳奎,等.遼東灣坳陷走滑斷裂差異性與大中型油氣藏的形成［J］.石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，2015，37（5）：555-560.

［19］賈志斌，田新琦，孟祥順，等.渤海灣盆地成因機(jī)制與油氣評(píng)價(jià)［J］.石油地球物理勘探，2003，38（1）：62-66.

（編輯 楊會(huì)朋）

Evaluation method of large boundary normal fault activity and its application

KANG Hongquan1,LI Minggang1,JIA Huaicun1,YANG Haifeng2,MENG Jinluo1
(1.CNOOC Research Institute,Beijing 100083,China;2.Tianjin Branch of CNOOC Ltd.,Tianjin 300452,China)

Faulted depression area has massive main boundary normal faults with lost sedimentary strata in footwall.Kinematic characteristics of this type of fault have important significance to recognize basin structure,sedimentary filling and hydrocarbon accumulation,but there is not an effective method to evaluate fault activity.In order to solve the issue,a new method,formation wedge method,was proposed,which was based on oilfield structural analysis theory,the research of existing fault activity evaluation method, the systematic analysis of fault activity and sedimentary response.Wedge-shaped layer body developed in hanging wall is caused by fault activity.In a geological period,due to phase feature of fault activity and multiple stratigraphic wedges development,the apparent thickness of all formation wedges represents vertical distance induced by fault activity in different period.The formation wedge method was applied to Shanan-Chengbei Area to evaluate the activity of boundary faults in this area,and the result shows that the faults acted strongly in Sha-3 Member sedimentary period.

main boundary normal fault;evaluation method;activity;oilfield structural analysis theory;Shanan-Chengbei Area

國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)課題“大陸邊緣盆地類(lèi)比與油氣成藏規(guī)律研究”（2011ZX05030-001）

TE121

A

10.6056/dkyqt201703002

2016-09-10；改回日期：2017-03-04。

康洪全，男，1969年生，高級(jí)工程師，主要從事油氣成藏機(jī)理研究工作。E-mail：kanghq@cnooc.com.cn。

康洪全，李明剛，賈懷存，等.大型控盆邊界正斷層活動(dòng)性評(píng)價(jià)方法及應(yīng)用［J］.斷塊油氣田，2017，24（3）：307-310.

KANG Hongquan，LI Minggang，JIA Huaicun，et al.Evaluation method of large boundary normal fault activity and its application ［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2017，24（3）：307-310.