東海盆地B構(gòu)造新生代斷裂特征及形成機(jī)制研究

祁 鵬，崔 敏，李 鋒

(中海油研究總院有限責(zé)任公司，北京 100028)

0 引 言

東海盆地發(fā)育多個(gè)新生代大型構(gòu)造帶[1-4]，B構(gòu)造是其中規(guī)模較大的一個(gè)北東向展布的背斜構(gòu)造。自20世紀(jì)80年代以來(lái)，B構(gòu)造已經(jīng)鉆井4口，揭示了多套含油層系，表明該構(gòu)造存在形成大型油氣藏的勘探潛力。前人研究認(rèn)為，由于斷裂活動(dòng)晚期過(guò)于活躍，造成油氣的逸散。因此，對(duì)B構(gòu)造新生代斷裂體系性質(zhì)和形成機(jī)制進(jìn)行深入分析是勘探研究的重點(diǎn)工作之一。該文在前人研究的基礎(chǔ)上，利用三維地震資料對(duì)B構(gòu)造開(kāi)展精細(xì)構(gòu)造解釋?zhuān)瑢?duì)其幾何學(xué)特征、運(yùn)動(dòng)學(xué)特征和形成機(jī)制進(jìn)行綜合分析，刻畫(huà)了新生代斷裂體系構(gòu)造特征及其對(duì)油氣運(yùn)聚的影響，為該構(gòu)造的油氣勘探提供地質(zhì)依據(jù)。

1 B構(gòu)造基本特征

自新生代以來(lái)，幕式構(gòu)造活動(dòng)在B構(gòu)造形成了多種構(gòu)造樣式，其中，最為典型的為正反轉(zhuǎn)構(gòu)造。正反轉(zhuǎn)構(gòu)造是指早期受拉張下降，晚期受擠壓上隆的一種反轉(zhuǎn)構(gòu)造。多發(fā)生在伸展斷層上盤(pán)，以早期形成的伸展斷層反向重新活動(dòng)為誘發(fā)機(jī)制[5-7]。反轉(zhuǎn)斷層是由早期伸展正斷層發(fā)展而來(lái)，上部?jī)A角大于下部，表現(xiàn)為上陡下緩[8-9]。由于擠壓強(qiáng)度不同，逆沖型正反轉(zhuǎn)構(gòu)造可分為隱伏型、穿透型和取直型3種樣式，對(duì)應(yīng)的擠壓作用依次增強(qiáng)[10]。

B構(gòu)造整體表現(xiàn)為褶皺型正反轉(zhuǎn)構(gòu)造(圖1)，是一個(gè)大型的北東走向的背斜，處于西湖凹陷應(yīng)力轉(zhuǎn)換和釋放區(qū)，自北向南分段性明顯。B構(gòu)造北段表現(xiàn)為較對(duì)稱(chēng)的直立背斜，頂部斷層發(fā)育較少，主要集中在漸新統(tǒng)及以下地層。背斜西翼斷層較為發(fā)育，構(gòu)成了復(fù)“Y”型斷層樣式。中段表現(xiàn)為向西傾斜的不對(duì)稱(chēng)寬緩背斜，斷層數(shù)量較少，以向東傾斜為主。南段表現(xiàn)為具有2個(gè)高點(diǎn)的向東傾斜的復(fù)合背斜，西側(cè)背斜表現(xiàn)為直立的復(fù)雜反“Y”型斷層樣式，東側(cè)表現(xiàn)為簡(jiǎn)單的“Y”型斷層樣式。絕大多數(shù)早期斷層被漸新統(tǒng)底界面所限制，或以逆斷層的形態(tài)終止在漸新統(tǒng)下部，少量的主干斷層持續(xù)活動(dòng)，穿透了中新統(tǒng)地層，終止于上新統(tǒng)底界面。在擠壓應(yīng)力的長(zhǎng)期作用下，B構(gòu)造翼部發(fā)育上緩下陡的張扭性斷層，與派生的小斷層構(gòu)成了花狀構(gòu)造樣式。

圖1B構(gòu)造正反轉(zhuǎn)構(gòu)造剖面

2 B構(gòu)造斷裂特征

斷裂活動(dòng)是東海盆地中、新生代構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的重要表現(xiàn)形式之一，正反轉(zhuǎn)構(gòu)造的形成不僅受控于持續(xù)活動(dòng)的斷裂，而且在其形成的過(guò)程中又新生了不同性質(zhì)的斷裂。根據(jù)地震剖面解釋結(jié)果，B構(gòu)造斷層具有如下基本特征：①縱向上發(fā)育兩大斷層體系，正斷層和逆斷層主要發(fā)育在中深層的漸新統(tǒng)及以下地層，走滑斷層及張扭斷層主要發(fā)育在中淺層的中新統(tǒng)及以上地層(圖2)；②平面上斷層規(guī)模中等，5 km規(guī)模以上斷層有300多條，大部分?jǐn)鄬邮菨u新世之后發(fā)育的擠壓反轉(zhuǎn)斷層，但這期斷層的平面走向和裂陷期的正斷層沒(méi)有明顯的區(qū)別，主干斷層為長(zhǎng)期發(fā)育的斷層；③斷層按走向分類(lèi)主要呈現(xiàn)為2組，一組是NNE—NE向斷層，全區(qū)分布，構(gòu)成B構(gòu)造的主要格架；一組是NW—NWW向斷層，屬晚期斷層。

2.1 斷層的基本性質(zhì)

B構(gòu)造受東海盆地西湖凹陷區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的控制，經(jīng)歷了斷陷、拗陷—擠壓反轉(zhuǎn)和區(qū)域沉降3個(gè)演化階段，斷層極其發(fā)育。在構(gòu)造演化過(guò)程中，該構(gòu)造保留了多種性質(zhì)的斷層系統(tǒng)。正斷層大多數(shù)是殘存的早期斷陷階段的斷層，發(fā)育在研究區(qū)的邊緣位置，受擠壓應(yīng)力影響較小，主要的展布方向?yàn)镹E向。正斷層組合在剖面上常見(jiàn)到一些“馬尾狀”、“ 羽狀”、“ 階梯狀”和“Y”型等構(gòu)造樣式。逆斷層主要發(fā)育在中深層。受到持續(xù)的擠壓作用，大多數(shù)早期正斷層發(fā)生反轉(zhuǎn)形成逆斷層。這些斷層控制了該構(gòu)造的基本形態(tài)和規(guī)模，在平面延伸較遠(yuǎn)，主斷層能達(dá)到200km以上，但逆斷距普遍較小，一般不超過(guò)300 m，平面展布方向以NNE向?yàn)橹?。逆斷層在剖面上常?jiàn)到“階梯狀”、“ 鏟式”、“Y”型和反“Y”型等。

B構(gòu)造的張扭性斷層是發(fā)育在中淺層的晚期斷層，主要發(fā)育在其寬緩的一翼。在翼部構(gòu)造薄弱帶，由于水平剪切應(yīng)力的不均衡性，地質(zhì)體發(fā)生相對(duì)位移錯(cuò)位，形成了一系列以近NW或NWW向剪切平移為主的張扭性斷層。這些斷層在平面上延伸不長(zhǎng)，一般為10～50 km，在剖面上上緩下陡，與次級(jí)派生斷層構(gòu)成似花狀構(gòu)造樣式。

斷層在赤平投影網(wǎng)上的統(tǒng)計(jì)表明，B構(gòu)造的斷層傾角普遍大于30°，走向以北東向和北西向?yàn)橹?，進(jìn)一步細(xì)分為3組，分別是北北東向逆斷層，北東向伸展斷層和北西向張扭斷層。北西向的斷層對(duì)北東向的斷層形成了切割。

圖2B構(gòu)造淺層發(fā)育張扭性斷層

2.2 斷層的形成機(jī)制

B構(gòu)造不同沉積時(shí)期的斷層展布特征表明，伸展斷層發(fā)育最早，逆斷層次之，張扭斷層最晚。在發(fā)育機(jī)制上，B構(gòu)造漸新世之前主要受拉張作用的控制，發(fā)育了大量的伸展正斷層；漸新世之后主要受近東西向擠壓作用，導(dǎo)致了構(gòu)造正反轉(zhuǎn)，一些早期發(fā)育的正斷層沿著原斷層面向上逆沖，形成了疊瓦狀或者反向的逆斷層系；隨著擠壓作用的進(jìn)一步增強(qiáng)，張扭性斷層也逐步發(fā)育(圖3)。

圖3B構(gòu)造新生代斷裂發(fā)育機(jī)制

2.2.1 裂陷期(前漸新世)

東海盆地西湖凹陷的裂陷活動(dòng)開(kāi)始于早白堊世末期，直到始新世沉積末期[11]。該時(shí)期形成的斷層具有以下特征：①形成時(shí)間早，活動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)。大多數(shù)斷層活動(dòng)結(jié)束于始新世末期的玉泉運(yùn)動(dòng)，部分?jǐn)鄬拥街行率乐型砥诓磐Ｖ够顒?dòng)，這些斷層在不同的時(shí)候表現(xiàn)為不同的構(gòu)造性質(zhì)。②斷層規(guī)模大。斷距從深層到淺層具有明顯的繼承性，但絕大多數(shù)局限于中深層。③控制著早白堊世末期到始新世的沉積活動(dòng)。凹陷邊界斷層控制著古新統(tǒng)、始新統(tǒng)、漸新統(tǒng)地層沉積，在其下降盤(pán)沉積了巨厚的沉積物，在斜坡之上形成多個(gè)局部次洼。④控制局部構(gòu)造的形成和發(fā)育。局部構(gòu)造的形成都與斷層密切相關(guān)，形成了一系列斷塊、斷鼻和斷背斜構(gòu)造。

2.2.2 拗陷—擠壓反轉(zhuǎn)期(漸新世—中新世)

漸新世，西湖凹陷處于拗陷演化階段，漸新統(tǒng)地層廣泛超覆于斜坡帶之上。中新世，東海盆地處于NW—SE 向強(qiáng)烈擠壓應(yīng)力場(chǎng)作用下。中新世末的龍井運(yùn)動(dòng)，具有擠壓、褶皺、抬升和巖漿活動(dòng)頻繁等綜合性質(zhì)，導(dǎo)致B構(gòu)造劇烈褶皺，并形成一系列正反轉(zhuǎn)逆斷層，大型背斜發(fā)育。同時(shí)，在局部構(gòu)造薄弱帶，伴生了近E—W向剪切斷層，起應(yīng)力調(diào)節(jié)作用，主要發(fā)育在背斜的翼部以及B構(gòu)造的北段頂部。

2.2.3 區(qū)域沉降期(上新世—現(xiàn)今)

發(fā)生于上新世與更新世之間的沖繩海槽運(yùn)動(dòng)，應(yīng)力場(chǎng)性質(zhì)以張性為主，B構(gòu)造發(fā)育了少量NE、NNE向正斷層，一般延伸短、斷距小，使構(gòu)造進(jìn)一步復(fù)雜化，且伴有少量天然氣向淺部逸散。

3 B構(gòu)造演化構(gòu)造及區(qū)域背景

在新生代早期，由于太平洋板塊對(duì)歐亞大陸的俯沖后撤作用，中國(guó)東部地區(qū)處于伸展環(huán)境中，形成了多個(gè)斷陷盆地[12-14]，東海盆地也不例外，并一直持續(xù)到始新世[15]。東海盆地西湖凹陷表現(xiàn)為斷陷作用，北東向正斷層十分發(fā)育，控制了巨厚的古新世和始新世的沉積地層。始新世末期—漸新世，太平洋板塊對(duì)歐亞大陸的俯沖由斜向俯沖轉(zhuǎn)為低速正向俯沖，中國(guó)東部地區(qū)處于微弱的擠壓環(huán)境中。西湖凹陷在漸新統(tǒng)沉積時(shí)期開(kāi)始受到玉泉運(yùn)動(dòng)擠壓作用的影響，凹陷地質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大變化，由斷陷結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)為坳陷結(jié)構(gòu)，凹陷東部開(kāi)始出現(xiàn)擠壓剝蝕，B構(gòu)造的主斷層開(kāi)始顯現(xiàn)反轉(zhuǎn)性質(zhì)，微弱的背斜開(kāi)始發(fā)育。漸新統(tǒng)沉積末期，受花港運(yùn)動(dòng)作用影響，西湖凹陷受擠壓作用增強(qiáng)，開(kāi)始產(chǎn)生小規(guī)模反轉(zhuǎn)，進(jìn)入構(gòu)造反轉(zhuǎn)期。受中新世末期龍井運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈擠壓作用的影響，盆地內(nèi)發(fā)生大規(guī)模的擠壓反轉(zhuǎn)，B構(gòu)造強(qiáng)烈褶皺隆升，頂部中新統(tǒng)地層遭受強(qiáng)烈剝蝕，B構(gòu)造最終定型。龍井運(yùn)動(dòng)之后，整個(gè)東海盆地再次進(jìn)入?yún)^(qū)域熱沉降階段，B構(gòu)造之上接受廣泛的上新統(tǒng)—第四系沉積(圖4)。

4 B構(gòu)造中淺層斷層控藏分析

B構(gòu)造在中新世逐漸定型，形成了大規(guī)模的背斜圈閉。B1井砂巖儲(chǔ)層自生伊利石K-Ar同位素測(cè)年結(jié)果表明，該構(gòu)造中淺層的油氣充注發(fā)生在早中新世。砂巖中的鹽水包裹體共檢出早、中、晚3期包裹體，主要發(fā)育在新生代中期和晚期，即中新世末—第四紀(jì)。B構(gòu)造的斷層在新生代長(zhǎng)期活動(dòng)，并且主要斷層的斷距超過(guò)了60 m，貫通了淺部的儲(chǔ)層和深部的烴源巖部分，有利于油氣的向上運(yùn)移。從斷距在斷面上的分布情況看，斷層活動(dòng)性強(qiáng)的部位緊鄰構(gòu)造高點(diǎn)，有利于油氣向構(gòu)造高點(diǎn)的充注(圖5)。

從油氣充注與B構(gòu)造的時(shí)空配置關(guān)系來(lái)看，B構(gòu)造具有極佳的油氣充注條件。能量屬性表明，淺層發(fā)育了團(tuán)狀的異常反射，在剖面上表現(xiàn)為近直立狀，與周?chē)瓷湎啾扔兴俣鹊偷奶卣?，疑似是“氣云”。這些異常反射在平面上主要分布在斷層之上以及斷層的交叉部位。利用分頻體屬性對(duì)該異常反射進(jìn)行刻畫(huà)，發(fā)現(xiàn)其具有低頻增強(qiáng)、高頻衰減的特征，確定為含氣區(qū)。

在剖面上，“氣云”基本上就在斷層的頂部或者側(cè)翼發(fā)育，表明中淺層斷層是天然氣向上運(yùn)移的重要通道。同時(shí)，針對(duì)1 000 ms以上地震資料，以10 ms為間距用能量屬性逐層掃描，除了在150 ms發(fā)現(xiàn)了明顯的“氣云”之外，未發(fā)現(xiàn)大規(guī)模的“氣云”發(fā)育，而且淺層的斷層數(shù)量豐度低，因此，淺層斷層不會(huì)成為氣藏散失的巨大風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)對(duì)振幅能量、瞬時(shí)頻率、“甜點(diǎn)”等多種地震屬性進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是淺部的氣云還是鉆井標(biāo)定的中淺層氣層均表現(xiàn)為相對(duì)亮的反射特征，以均方根振幅屬性為例，亮反射的振幅值為2～6。將均方根振幅屬性的亮反射提取出來(lái)并與相干屬性體融合發(fā)現(xiàn)，斷層附近的亮反射普遍具有厚度大、層數(shù)多、延伸遠(yuǎn)的特點(diǎn)，也從側(cè)面證明這些亮反射極有可能是氣層。因此，將斷層和亮反射屬性相疊合，推測(cè)出B構(gòu)造發(fā)育3種油氣運(yùn)聚模式：①?gòu)?fù)雜反“Y”型斷層控藏模式，深部生成的天然氣依托主斷層自下而上進(jìn)行疏導(dǎo)，形成了深、中、淺層和極淺層的多層次氣層分布；②直立復(fù)“Y”型斷層控藏模式，天然氣主要依托兩側(cè)斷層的疏導(dǎo)，在背斜頂部聚集，形成多層的氣層分布；③張扭性斷層控藏模式，深部天然氣順陡直段向上運(yùn)移，在轉(zhuǎn)折端依靠漸新統(tǒng)頂部的厚層泥巖封堵，在中淺層形成層狀氣層。

圖4 西湖凹陷B構(gòu)造新生代構(gòu)造演化過(guò)程

圖5B構(gòu)造新生代斷裂特征及其構(gòu)造高點(diǎn)的空間配置

5 結(jié) 論

(1) 精細(xì)的三維地震解釋結(jié)果表明，B構(gòu)造是東海盆地西湖凹陷形成的大型新生代背斜構(gòu)造，發(fā)育典型的正反轉(zhuǎn)構(gòu)造。

(2) 構(gòu)造幾何學(xué)分析表明，B構(gòu)造斷裂體系分為中深層的正斷層及逆斷層和淺層的走滑斷層及扭動(dòng)斷層。運(yùn)動(dòng)學(xué)和構(gòu)造演化分析認(rèn)為，正斷層主要形成于漸新世之前的裂陷期，逆斷層主要形成于漸新世—中新世的拗陷—擠壓期，走滑斷層及扭動(dòng)斷層主要是擠壓期的產(chǎn)物。

(3) B構(gòu)造的演化定型與油氣充注配置關(guān)系好，深、淺層系的斷層在縱向上可以形成相互銜接的通道，促使油氣在中淺層聚集成藏，成為有利的油氣勘探后備領(lǐng)域。