走滑-伸展斷裂疊合特征及其控藏作用

柳永軍，趙弟江，李正宇，溫宏雷，劉慶順

(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300452)

0 引 言

渤海灣盆地海域是一個在早白堊世被動裂陷盆地基礎(chǔ)上發(fā)育起來的新生代主動裂陷盆地，走滑作用貫穿始終，形成了大量走滑、伸展疊合構(gòu)造，伸展作用和走滑作用共同控制了油氣成藏[1-4]。伸展作用對油氣成藏的控制作用，前人已經(jīng)有了深刻的認(rèn)識，漆家福[5]強(qiáng)調(diào)了伸展作用形成的構(gòu)造變換帶對油氣聚集具有重要的意義；范柏江[6]以南堡凹陷斷裂為例，闡述了伸展斷裂對圈閉發(fā)育、儲層儲集條件、油氣運移的作用；張成[7]分析了渤中凹陷伸展斷裂對油氣的垂向運移作用。隨著對盆地成因機(jī)制研究的深入，學(xué)者們認(rèn)識到走滑作用對渤海灣盆地也具有明顯的影響[8-15]，池英柳等認(rèn)為走滑作用是新生代構(gòu)造變形、盆地形成和油氣聚集的主要控制因素；朱秀香等分析了黃河口地區(qū)走滑作用形成的轉(zhuǎn)換帶對油氣的控制作用，柳永軍分析了遼東灣坳陷走滑作用的差異及其對油氣成藏的影響。近幾年來，隨著研究地不斷深入，部分學(xué)者認(rèn)識到了走滑和伸展作用共同控制了疊合區(qū)的油氣成藏[16-17]，但是對于走滑-伸展作用的疊合方式以及疊合方式的差異性對油氣成藏的影響還未進(jìn)行研究?；谌S地震資料和鉆井等資料，分析了渤海灣盆地(海域)南北部伸展和走滑相互疊加作用的差異性及其對油氣成藏的控制作用，對于走滑-伸展疊合構(gòu)造區(qū)的油氣成藏研究具有重要意義。

1 盆地結(jié)構(gòu)及構(gòu)造演化特征

渤海灣盆地是發(fā)育在華北克拉通上的新生代裂陷盆地，郯廬斷裂從盆地東部穿過，控制了盆地的次級構(gòu)造，在古近紀(jì)始新世伸展作用和漸新世以來的走滑作用下形成一系列半地塹次級構(gòu)造單元，自北向南依次為遼東灣凹陷、渤中凹陷以及渤南地區(qū)的黃河口、萊州灣凹陷(圖1)。由于2種作用的方式不同，形成了不同的凹陷結(jié)構(gòu)，特別是北部的遼東灣地區(qū)和南部的渤南地區(qū)，凹陷結(jié)構(gòu)差異特征非常明顯[18-21]。

北部遼東灣凹陷整體表現(xiàn)為“三凹夾兩凸”的構(gòu)造特征(圖1)，即遼西凹陷、遼西凸起、遼中凹陷、遼東凸起與遼東凹陷整體呈北東向自西向東依次分布。古新世—始新世中期(Ek—Es3)由于地幔隆升而產(chǎn)生的強(qiáng)烈伸展作用，北東向張性斷裂發(fā)育；始新世晚期—漸新世(Es2—Ed)由于太平洋板塊俯沖方向由NNW轉(zhuǎn)為近NW向，使郯廬斷裂帶的性質(zhì)變?yōu)橛倚呋?，遼東灣坳陷除受裂后沉降的伸展作用還受北東向右旋拉分走滑作用的影響，遼東凸起進(jìn)一步抬升，最終形成“兩凹一凸”演化為“三凹夾兩凸”的構(gòu)造格局[22]。

南部渤南地區(qū)整體表現(xiàn)為“三凸隔兩凹”的構(gòu)造特征，由北向南依次為渤南低凸起、黃河口凹陷、萊北低凸起、萊州灣凹陷和濰北凸起，呈近東西向自北向南依次排列(圖1)。古新世—始新世中期(Ek—Es3)受地幔上涌產(chǎn)生的水平拉張應(yīng)力場，渤南地區(qū)主要表現(xiàn)為NW向斷裂和近EW向控凹斷裂發(fā)育，初步形成了北斷南超的半地塹結(jié)構(gòu)；始新世晚期—漸新世(Es2—Ed)郯廬斷裂帶已轉(zhuǎn)變?yōu)橛倚呋瑫r地幔上涌產(chǎn)生的水平拉張作用表現(xiàn)強(qiáng)烈，渤南地區(qū)整體以北西向拉張為主，控盆邊界伸展斷層發(fā)生繼承性活動，受右旋走滑作用的影響，走滑斷裂附近發(fā)育了大量的次級斷層，與3支走滑斷裂在平面上呈羽狀、帚狀和梳狀組合。

2 斷裂特征

伸展作用和郯廬斷裂走滑作用形成的主干斷裂共同控制了渤海灣盆地次級構(gòu)造單元的形成，北部遼東灣地區(qū)發(fā)育7條主干斷裂，南部渤南地區(qū)發(fā)育5條主干斷裂，這些斷裂受不同時期伸展和走滑作用的影響，在古近系表現(xiàn)出明顯的伸展斷裂特征，在新近系具有一定的走滑特征。

2.1 遼東灣地區(qū)斷裂特征

北部遼東灣坳陷主要發(fā)育7條主干斷裂，其中遼西地區(qū)發(fā)育4條主斷裂，分別為遼西1號斷裂、遼西2號斷裂、遼西3號斷裂、遼西南1號斷裂；遼中地區(qū)發(fā)育遼中1號斷裂和遼中2號斷裂；遼東地區(qū)發(fā)育遼東1號斷裂。這些斷裂在古新世和始新世早期和中期為伸展斷裂，漸新世以來具有一定的走滑性質(zhì)，并且走滑活動具有東強(qiáng)西弱的特征。

遼西1號斷裂由遼西凸起南端向北延伸至錦州25-1油田后分為2支，即遼西2號和3號斷裂，是分割遼西凸起和遼西凹陷的邊界斷裂。平面上整體為NE走向，斷裂面沿走向局部發(fā)生彎曲。剖面上表現(xiàn)為傾角較陡的鏟式正斷層，斷裂傾向為NWW；切割深度大、切穿層位多，次級斷裂發(fā)育較少，斷裂構(gòu)造樣式簡單。

遼西南1號斷裂位于遼西凹陷西斜坡，規(guī)模較小。平面上，主干斷裂連續(xù)性較差，由多條斷裂斷續(xù)組成，整體為NE走向平直延伸，次級斷層發(fā)育較少，一般與主干斷層平行或呈極小的夾角相交；剖面上，斷面較為直立，主要切割基底至東三段地層，局部可見“Y”組合或似花狀構(gòu)造。

圖1 區(qū)域位置及構(gòu)造單元劃分

遼中1號斷裂為郯廬斷裂帶的分支斷層，具有明顯走滑特征，為遼中凹陷的東部邊界斷層。平面上為NNE走向，延伸較遠(yuǎn)，貫穿整個遼中凹陷。剖面上斷面陡立，切割深度深；斷面傾向多變，北段SE傾，中段NW傾，南段NW傾，具有明顯的“海豚效應(yīng)”和“絲帶效應(yīng)”，主斷裂與上部次級斷裂組成花狀構(gòu)造或似花狀組合。遼中2號斷裂是遼東凸起與遼中凹陷的邊界斷裂，在平面上呈NE向展布，走向相對平直，部分呈“S”型；剖面上，主斷面傾向為NW，傾角下緩上陡，上部與次級斷層形成“Y”字形組合。向南與遼東1號走滑斷裂合為一條斷裂，并隨著遼東凸起的傾沒而逐漸消失(圖2)。

2.2 渤南地區(qū)斷裂特征

南部渤南地區(qū)主要發(fā)育5條主干斷裂，其中渤南1號斷裂和萊北1號斷裂為近東西向的控凹邊界斷裂，控制了渤南地區(qū)凹陷和凸起的結(jié)構(gòu)，屬于典型的伸展斷裂；郯廬斷裂在渤南地區(qū)分為東支、中支和西支3支，整體具有東強(qiáng)西弱的特征，為典型的走滑斷裂。

圖2 研究區(qū)不同走滑斷層特征對比

渤南1號斷裂為渤南低凸起和黃河口凹陷的邊界斷裂，被郯廬斷裂中支切割為東西2段，其中西段平面上呈近EW向展布，延伸距離約為25 km。剖面上主斷裂表現(xiàn)為上陡下緩的鏟式正斷層，南傾。斷裂切割層系較多，下部到前新生界基底，上部到第四紀(jì)地層。次級斷裂發(fā)育，呈多級“Y”字形組合。平面上整體走向為近EW向，中部北凸。深層主斷面清晰連續(xù)，淺層主斷面不連續(xù)，由一系列次級斷裂組成。東段長約為35 km，特征與西段相似。

萊北1號斷裂為萊州灣凹陷北部的控凹邊界斷裂，平面延伸距離約為43 km。剖面上主斷裂表現(xiàn)為高角度鏟式正斷層，南傾。斷裂切割層系較多，下部到前新生界基底，上部到明化鎮(zhèn)組。次級斷裂發(fā)育，與主干斷裂組成“Y”字形組合，局部地區(qū)組成多級“Y”字形組合或似花狀構(gòu)造。平面上整體走向為近EW向，近郯廬斷裂處被改造為NNE向。

走滑斷裂分為東支、中支和西支3支，整體具有東強(qiáng)西弱的特征(圖2)。東支斷裂帶平面延伸較遠(yuǎn)，寬度大，由2～3條走滑斷裂組成。剖面上表現(xiàn)為近直立的高角度板式，具有絲帶效應(yīng)，北部傾向為NWW，到南部傾向轉(zhuǎn)變?yōu)镾EE。切割層系多，下可到新生界基底，淺層次級斷裂發(fā)育，與主干斷裂成似花狀或負(fù)花狀組合。平面上整體走向為NNE向。

中支分中支1號和中支2號2條斷裂，呈NE向平行排列，中支1號郯廬斷裂為渤南段中部分支中較短的一支。從剖面上看主斷面表現(xiàn)為高角度板式正斷層，傾向為SEE向，次級斷裂不發(fā)育。中支2號平面延伸距離較遠(yuǎn)，從剖面上看主斷面表現(xiàn)為近直立的高角度板式正斷層或直立斷層，傾向為NWW向。淺層次級斷裂發(fā)育，與主干斷裂組成似花狀或負(fù)花狀構(gòu)造樣式組合。

西支斷裂帶走滑強(qiáng)度較弱，為中等強(qiáng)度到弱走滑，由4條規(guī)模小的斷層組成，延伸距離不等，主斷裂剖面上為近垂直的高角度斷層，傾向為NWW向。切割層系少，下可到前新生界基底，上可切穿東營組，淺層發(fā)育次級斷裂可與主斷裂形成多級“Y”字形組合。平面上整體為NNE向，深層斷面清晰，連續(xù)淺部由一系列近NE向次級斷裂呈雁列狀組合而成。

3 走滑和伸展作用差異疊合特征

遼東灣和渤南地區(qū)斷裂發(fā)育特征表明，2個地區(qū)特征既非典型的伸展，又非典型的走滑，而是走滑和伸展作用的疊加，但是北部遼東灣地區(qū)和南部渤南地區(qū)走滑和伸展作用強(qiáng)弱和疊合方式存在明顯差異。

遼東灣地區(qū)古新世—始新世中期受地幔上涌的影響，NW向伸展作用強(qiáng)烈[23]，發(fā)育多條NE向伸展斷裂(圖3a)，控制了相應(yīng)洼陷和凸起的形成；漸新世NE向右旋拉分走滑活動疊加在先期的伸展斷裂上，控制了東營組的沉積，受走滑活動影響，沿著邊界斷裂發(fā)育了一系列次級走滑伴生斷裂(圖3b)，同時使早期張性斷裂復(fù)雜化。晚期走滑作用垂直于早期伸展作用相互疊加，并且是較弱的走滑作用和強(qiáng)烈伸展作用的疊加。

圖3 遼東灣地區(qū)伸展-走滑斷裂疊合模式

南部渤南地區(qū)古新世—始新世中期(Ek—Es3)太平洋板塊對歐亞板塊的俯沖方向為NNW向，加之地幔上涌產(chǎn)生的水平拉張應(yīng)力場[24]，渤南地區(qū)處于走滑影響下的裂陷伸展活動，受近SN向拉張作用控制，NW向斷裂和近EW向控凹斷裂發(fā)育，形成了黃河口凹陷及萊州灣凹陷兩大凹陷(圖4a)，但伸展作用相對于北部遼東灣地區(qū)較弱；始新世晚期——漸新世太平洋板塊俯沖方向由NNW向轉(zhuǎn)換為NWW向向歐亞板塊俯沖[25-26]，導(dǎo)致NNE走向的右旋滑動斷層強(qiáng)烈活動，主要發(fā)育3支走滑斷裂，走滑斷裂切割早期形成的凹陷，并使凹陷繼續(xù)南北向伸展，同時主干走滑斷裂發(fā)育大量次級斷裂與之呈羽狀相交，凹陷內(nèi)發(fā)育NE向雁列排布的次級斷裂(圖4b)。渤南地區(qū)為晚期強(qiáng)走滑作用平行疊加于早期弱伸展作用。

圖4 渤南地區(qū)伸展-走滑斷裂疊合模式

4 疊合差異對油氣成藏的控制作用

4.1 控制油氣垂向分布層系

遼東灣地區(qū)古新世—始新世中期以及漸新世東營組三段和二段沉積期，伸展作用強(qiáng)烈，控凹的邊界斷裂活動速率大，可達(dá)150～200 m/Ma，可容納空間增大，在遼西和遼中凹陷內(nèi)沉積了厚達(dá)500～2 000 m 的深湖—半深湖相泥巖，形成巨厚的區(qū)域性泥巖蓋層，而晚期走滑作用較弱，斷裂活動性不強(qiáng)，油氣不利于向新近系運移，主要集中在古近系沙河街組和東營組成藏(圖5a)。渤南地區(qū)早期伸展活動弱于遼東灣地區(qū)，斷層活動速率基本小于80 m/Ma，凹陷內(nèi)形成的泥巖厚度為300～1 500 m，相對較薄，同時晚期走滑作用強(qiáng)，利于油氣向新近系運移，因此，油氣主要在新近系明下段和館陶組聚集成藏(圖5b)。

4.2 控制油氣平面分布位置

渤海油田發(fā)現(xiàn)的油氣田多沿斷層帶分布，充分表明斷層輸導(dǎo)體系對油氣成藏具有明顯的控制作用。研究區(qū)主要油氣運移斷裂為邊界斷裂和走滑伴生斷裂。遼東灣地區(qū)晚期走滑作用垂直疊加在早期伸展斷裂之上，同時晚期走滑伴生斷裂沿著控制凹陷和凸起的主干斷裂分布，因此油氣圍繞控凹斷裂分布于斷層下降盤的陡坡帶和上升盤的凸起區(qū)。渤南地區(qū)晚期走滑作用平行疊加在早期伸展斷裂之上，除控凹斷裂晚期繼續(xù)活動外，晚期走滑作用在凹陷之中形成的走滑斷裂及其伴生斷裂同樣起到油氣運移作用，因此，油氣除在陡坡帶和凸起區(qū)成藏外，凹陷內(nèi)的走滑帶同樣是油氣聚集的有利位置(圖1)。

圖5 研究區(qū)不同油氣成藏模式對比

5 結(jié) 論

(1) 北部遼東灣地區(qū)主要發(fā)育7條主干斷裂，古新世至始新世中期表現(xiàn)為伸展特征，漸新世晚期以來為具有一定的走滑性質(zhì)；南部渤南地區(qū)主要發(fā)育5條主干斷裂，其中渤南1號斷裂和萊北1號斷裂為典型的伸展斷裂；走滑斷裂在渤南地區(qū)分為東支、中支和西支。

(2) 走滑和伸展作用強(qiáng)弱和疊合方式存在明顯差異，遼東灣地區(qū)為早期強(qiáng)伸展和晚期弱走滑垂直疊加，渤南地區(qū)為早期伸展和晚期強(qiáng)走滑平行疊加。

(3) 疊合作用方式的不同控制了油氣差異成藏，遼東灣地區(qū)油氣主要分布于陡坡帶和凸起區(qū)，成藏層系以古近系為主；渤南地區(qū)主要分布于凹陷內(nèi)走滑帶、陡坡帶和凸起區(qū)，成藏層系以新近系為主。