南堡凹陷4號構造帶斷裂活化及其對油氣成藏的控制作用

劉露，孫永河，陳昌，婁瑞，王琦

（1. 東北石油大學地球科學學院，黑龍江大慶 163318；2. 重慶科技學院非常規(guī)油氣開發(fā)研究院，重慶 401331；3. 復雜油氣田勘探開發(fā)重慶市重點實驗室，重慶 401331；4. 中國石油遼河油田公司，遼寧盤錦 124010）

0 引言

先存構造活化或再活動這一現(xiàn)象在渤海灣盆地[1]、塔里木盆地[2-3]、Phitsanulok盆地[4]和渤海海域[5]等含油氣盆地或海域中普遍存在。通過野外露頭、地震資料及物理模擬研究發(fā)現(xiàn)，先存構造再活動強烈影響盆地結構及演化，主要表現(xiàn)在 3個方面：①先存構造再活動是促使斷層生長傳播的重要因素[6-8]。②先存構造再活動影響晚期新生斷裂成核點位置[9]。③先存構造再活動還會改變或擾動局部應力場，進而從根本上影響、改變區(qū)域的變形特征及構造樣式[9-12]。如中國渤海灣盆地新生代演化受基底先存郯廬斷裂帶再活動強烈影響，造成盆地部分地區(qū)繼承了基底走滑斷裂變形，形成了大量變換帶，同時影響了新生斷裂的發(fā)育[1]。然而，前人關于先存構造再活動的研究主要集中于裂谷系統(tǒng)中先存低角度正斷層和逆斷層的繼承性活動[13-17]，而對裂谷系統(tǒng)中走滑斷裂的再活動研究卻相對匱乏。究其原因，主要有兩方面：①由于走滑變形獨特的力學機制及伴生多種類型次級構造，使得走滑斷裂再活動的成因機制難于判斷。②走滑構造在陸內伸展、收縮應力場下通常會與鄰區(qū)新生斷裂帶發(fā)生相互作用，導致變形特征極其復雜。

渤海灣盆地前新生界基底廣泛發(fā)育大量不同走向的先存斷裂[18]，其中北西向走滑斷裂在新生代再活動控制了渤海灣盆地局部地區(qū)復雜的構造變形[19-20]，起到了明顯的分區(qū)效應。例如，南堡凹陷內發(fā)育的北西向F4號斷裂于新生代再活動控制了南堡凹陷4號構造帶的形成與演化[21-24]。近年來的油藏評價表明南堡凹陷 4號構造帶淺層具有良好的勘探潛力，多口井獲得油氣顯示，但僅在局部構造的高部位油氣相對富集。南堡凹陷 4號構造帶的結構樣式較為復雜，不同時期構造帶內斷裂的性質、變形特征、空間組合樣式存在顯著差異，然而作為控制 4號構造帶演化的基底先存F4號斷裂在新生代如何發(fā)生再活動、如何控制 4號構造帶的形成和演化及其與鄰區(qū)2號、3號構造帶如何發(fā)生相互作用等方面尚未有明確認識，因而制約了油氣勘探效果。

南堡凹陷4號構造帶包括4號斷裂帶及其相關構造變形，其中4號斷裂帶是指基底先存F4號走滑斷裂及其派生的次級斷裂組合。本文以南堡凹陷 4號構造帶為研究區(qū)，通過對 4號斷裂帶構造樣式的解剖和斷裂活動期次的厘定，分析F4號斷裂在新生代再活動變形特征及生長方式；然后根據(jù)斷裂變形的幾何學特征、位移特征，結合砂箱物理模擬實驗等手段，重新厘定F4號斷裂在新生代再活動形成的 4號斷裂帶與鄰區(qū) 2號、3號斷裂帶演化相關關系；通過構建斜交先存構造走向的伸展作用下先存斷裂再活動變形機制判別圖版，判斷F4號斷裂在不同時期再活動的成因機制和變形方式；最后分析北西向F4號前新生代基底斷裂再活動對油氣藏的控制作用，以期揭示渤海灣盆地北西向基底先存走滑構造再活動與油氣成藏的內在聯(lián)系，指導油氣勘探潛力評價和有利區(qū)帶優(yōu)選。

1 地質背景

渤海灣盆地是發(fā)育在華北陸塊上的中生代—新生代裂陷盆地[25-26]，晚侏羅世—早白堊世為中生代盆地的主要成盆期，在北西—南東向伸展作用下盆地主要發(fā)育北東—北北東向伸展構造和北西向變換構造[27-28]。南堡凹陷位于渤海灣盆地北部（見圖1a），控制凹陷東部邊界的北西向柏各莊斷層和北部邊界的北東—北東東向西南莊斷層均為自中生代開始活動的斷裂[29]。此外，南堡凹陷內部還發(fā)育北北東向F1、F1-5、F2、F3、F3-1、北東東向F5和北西向F4共7條主要的前新生代基底先存斷裂（見圖1b）。新生代南堡凹陷構造演化具有多幕發(fā)育的特點，多期不同方向的區(qū)域伸展或多種構造體制的疊加形成了現(xiàn)今凹陷內復雜的構造格局[21,30-31]。關于南堡凹陷的成因，前人提出了多種成因模式[21,30-33]，但都很難用統(tǒng)一應力場解釋斷裂的分布、組合樣式及斷裂活動。童亨茂等[24]和梁杰等[34]分別基于斷裂解析和物理模擬實驗提出了分期異向伸展疊加模式，認為新生代構造應力場存在一次轉變，由北西—南東向伸展轉為南北向伸展，這種模式解決了上述存在的問題，并由此將南堡凹陷構造演化史分為裂陷Ⅰ幕、裂陷Ⅱ幕和后裂陷期。

圖1 渤海灣盆地區(qū)域構造位置（a）、南堡凹陷構造單元劃分圖（b）及地層綜合柱狀圖[24]（c）

南堡凹陷是受西南莊斷層、柏各莊斷層和沙北斷層控制的三角形不對稱地塹結構。北接老王莊凸起、西南莊凸起；南鄰沙壘田凸起；東連柏各莊凸起和馬頭營凸起。內部發(fā)育北北東向、北西向基底先存斷裂和北東向、近東西向新生代新生斷裂，控制了 3個次洼和 5個復雜構造帶的形成，總體呈現(xiàn)“五凸三凹、凸凹相間”的構造格局，其中北西走向的 4號構造帶位于凹陷東南部（見圖1b）。

根據(jù)古近系沙三段底界角度不整合面、古近系東營組底界微角度不整合面和新近系館陶組底界微角度不整合面，南堡凹陷自下而上劃分 4套構造層[31]：前新生界基底構造層、古近系裂陷Ⅰ幕構造層（沙河街組）、裂陷Ⅱ幕構造層（東營組）和新近系坳陷構造層（館陶組—明化鎮(zhèn)組）（見圖1c）。

2 南堡凹陷F4號斷裂再活動證據(jù)及特征

本文通過對研究區(qū)南堡凹陷 4號斷裂帶靜態(tài)構造樣式的描述和解析、動態(tài)活動性的分析和總結、斷距回剝恢復4號斷裂帶與2號、3號斷裂帶的相互作用過程，為F4號斷裂作為前新生界基底先存斷裂在新生代再活動提供可靠依據(jù)。

2.1 南堡凹陷4號斷裂帶幾何學特征

2.1.1 斷裂平面展布特征

南堡凹陷4號斷裂帶受控于北西向F4號斷裂，在基底頂界面F4號斷裂表現(xiàn)為1條平直斷裂呈線性延伸（見圖1b），淺層則表現(xiàn)為由若干個右階雁列式斷層組成的疊瓦扇構造，斷層南端沿F4號斷裂走向逐漸收斂，北端向外撒開，且與2號、3號斷裂帶相交復合在一起（見圖2a），斷裂帶延伸長度和寬度向上均逐漸變大。其總體特征與先存高角度走滑斷裂再活動在蓋層中主要呈現(xiàn)間隔較小的、多斷層段雁行排列的疊瓦扇構造幾何特征相一致。此外，南堡凹陷 4號斷裂帶由南向北斷層段間距逐漸增大、斷裂規(guī)模變大、斷裂帶寬度逐漸變寬，呈現(xiàn)顯著的馬尾狀構造特征（見圖2a），由南向北走滑變形強度逐漸減弱，伸展變形強度逐漸增強。

圖2 南堡凹陷4號構造帶明化鎮(zhèn)組底界平面斷裂分布圖（a）和剖面結構樣式（b）

2.1.2 斷裂剖面結構樣式

南堡凹陷 4號斷裂帶在剖面上表現(xiàn)為負花狀構造特征，F(xiàn)4號斷裂南部斷距大，向下切穿基底，深部近于直立，向上傳播逐漸分叉形成花狀構造或半花狀構造，其最外部邊界斷裂作為基底先存斷裂與下部直立段構成“椅狀”樣式，斷裂兩側地層厚度差異大，沙河街組西盤厚度明顯大于東盤，斷裂帶變形較強，寬度較窄，走滑變形特征明顯（見圖2b中 AA′、BB′、CC′剖面）；向北部F4號斷裂斷距逐漸變小、斷裂向下仍切穿基底，但深部斷裂傾角變平緩，斷層向西傾，向上與淺層新生分支斷裂構成負花狀構造，西盤和東盤的沙河街組厚度幾乎相同，變形相對較弱（見圖2b中 DD′、EE′剖面），但斷裂帶寬度變大，伸展變形特征顯著。此外，4號斷裂帶與2號、3號斷裂帶在淺部復合交織在一起，但斷裂樣式明顯不同。2號和3號斷裂帶主干斷裂剖面形態(tài)為鏟式，斷裂帶剖面組合樣式主要為復合“y”字形，為伸展斷裂系統(tǒng)（見圖2b中BB′、CC′剖面），而4號斷裂帶剖面組合樣式為花狀構造或半花狀構造，屬于走滑斷裂系統(tǒng)。

2.2 南堡凹陷4號斷裂帶位移特征

基于精細地震解釋及構造層序界面，讀取、計算得到F4號斷裂在新生代各時期的活動斷距和斷層上、下盤地層厚度，編制F4號斷裂走向位移-距離曲線、斷距-埋深曲線和生長指數(shù)曲線，厘定F4號斷裂的生長方式、活動期次及活動強度，為F4號斷裂作為前新生界基底先存斷裂在新生代再活動提供可靠依據(jù)。

F4號斷裂作為南堡凹陷 4號構造帶的主控斷裂，在新生代不同沉積時期F4號斷裂的活動特征存在明顯差異，其走向位移-距離曲線顯示F4號斷裂具有顯著的分段性，為“兩大段、多亞段”式分段生長模式（見圖3）。根據(jù)沙三段—沙一段底界F4號斷裂的位移-距離曲線，發(fā)現(xiàn)存在一個明顯分段點，在前新生界頂界（Es3底界），F(xiàn)4號斷裂主要由 F41和 F42兩大段組成，F(xiàn)41在北部還包含1個分支斷層F41-2亞段，圖3灰色和紅色陰影代表的位移差分別為 F41-2亞段在沙三段和沙一段底界面的活動斷距，F(xiàn)41段在沙河街組沉積時期南部活動斷距最大，由南向北逐漸減小并在末端形成一個分支斷層，最終斷距減小至 0，即為從南向北傳播生長；F42段中部斷距最大，向兩端逐漸減小，由中部向兩端傳播生長。根據(jù)東營組底界—明化鎮(zhèn)組底界 F4號斷裂的位移-距離曲線，發(fā)現(xiàn)F4號斷裂延伸長度逐漸變長，在淺部東一段底界面存在6個斷層段，南部由F41段向上傳播形成的3個斷層亞段（F41-1、F41-2和F41-3）活動斷距大，北部 F42段向上傳播形成的 3個斷層亞段（F42-1、F42-2和F42-3）斷距較?。ㄒ妶D3）。

圖3 南堡凹陷F4號斷裂走向位移-距離曲線

F4號斷裂不同斷層段的活動強度和活動期次也存在差異。由南向北選取不同位置典型剖面進行解釋（見圖4a）并編制F4號斷裂不同段的斷距-埋深曲線和生長指數(shù)曲線，結果顯示：南部 F41（見圖4b）、北部 F42中段（見圖4c）均為長期活動斷裂，累計斷距由上至下逐漸增大，斷距梯度一直保持正數(shù)，生長指數(shù)大于1，但是在沙河街組和東營組沉積期，F(xiàn)42段生長指數(shù)明顯小于F41段的生長指數(shù)，表明F4號斷裂由南到北活動強度減弱；當F4號斷裂傳播至斷裂北部末端時（F42北段），斷裂的斷距-埋深曲線存在 1個極大值點（見圖4d），斷裂成核點位于東營組內，斷裂開始活動的時期為東營組沉積期，表明F4號斷裂向北活動時間逐漸變晚。

圖4 南堡凹陷F4號斷裂斷距-埋深曲線和生長指數(shù)曲線（剖面位置見圖2）

綜上，F(xiàn)4號斷裂在新生代發(fā)生了再活動，沙河街組沉積期主要包括兩個斷層，南部F41段走滑變形特征顯著，斷距大，斷裂陡直，北部F42段走滑變形特征減弱，斷距小，斷裂傾角變??；東營組沉積期主要包括6個斷層段，南部F41段變形強度仍最大，同時具有走滑和伸展變形特征，向北F42段變形強度小于F41段變形強度，F(xiàn)42段斷裂末端向北持續(xù)傳播生長，且主要表現(xiàn)為伸展變形。館陶組—明化鎮(zhèn)組沉積期，由南向北，位移逐漸減小，至斷裂北部末端僅表現(xiàn)為伸展變形特征。

2.3 南堡凹陷4號斷裂帶與2號、3號斷裂帶相互作用關系

現(xiàn)今南堡凹陷4號斷裂帶與2號、3號斷裂帶復合交織在一起，通過編制跨帶斷裂走向位移-距離曲線發(fā)現(xiàn)，這些斷裂的斷距均存在明顯的低值點，即分段點，斷距回剝顯示跨帶斷裂為館陶組或東一段沉積時期斷裂通過分段生長連接而成（見圖5a—圖5c）。此外，跨帶斷裂分段點位置主要位于斷裂走向“彎轉”部位，即過分段點向 4號斷裂帶方向斷裂走向發(fā)生變化，由北西西向變?yōu)楸睎|東向，最后逐漸收斂于北東向斷裂帶（見圖5d）。因此4號斷裂帶與2號、3號斷裂帶間存在構造轉換帶，以此為界，東部的弧形彎曲帶為 4號斷裂帶，西部為2號、3號斷裂帶（見圖5d）。沿4號斷裂帶走向地震剖面發(fā)現(xiàn)，4號斷裂帶內新生次級斷裂均收斂于東營組內的F4號斷裂面上（見圖5e）。

圖5 南堡凹陷4號斷裂帶與2號、3號斷裂帶相互作用關系圖

綜上所述，南堡凹陷F4號斷裂再活動控制4號斷裂帶演化并不是孤立運動，而是在統(tǒng)一應力場下與鄰區(qū)2號、3號斷裂帶發(fā)生強烈相互作用，3個斷裂帶在沙河街組和東營組沉積期獨立生長，受控于不同斷裂體系，之后在館陶組或東一段沉積期發(fā)生硬鏈接從而形成現(xiàn)今的構造樣式。

3 南堡凹陷F4號斷裂再活動成因機制探討

新生代以來南堡凹陷發(fā)生了多幕構造運動，F(xiàn)4號斷裂再活動導致 4號斷裂帶具有雁行展布、分段連接和多期發(fā)育的特征，本文通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計、理論分析和構造物理模擬研究，對F4號斷裂的再活動成因機制進行分析和模擬驗證。

3.1 南堡凹陷F4號斷裂再活動動力背景

南堡凹陷前新生界基底斷裂再活動和古近紀新生斷裂的形成與演化的區(qū)域應力體制一直備受爭議[29,32]。前人通過平衡剖面、數(shù)值模擬和物理模擬等手段對區(qū)域應力機制轉換的研究發(fā)現(xiàn)，在渤海灣盆地構造演化格局轉換背景下，南堡凹陷古近紀構造演化具有多幕發(fā)育的特點，為兩期斜向伸展作用疊加變形的結果，伸展方向由沙河街組沉積期的北西—南東向轉變?yōu)闁|營組沉積期的南北向[34-36]。東營組沉積早期是構造體制轉變的關鍵時期，這可能是距今36 Ma時太平洋板塊向歐亞板塊俯沖方向的改變所引起[1,37]。沙河街組沉積期，北西—南東向伸展作用控制南堡凹陷北東向主干斷裂的形成，西南莊斷層北北東和北東向斷層段、柏各莊斷層、北北東向基底斷裂發(fā)生再活動，受南堡凹陷邊界斷層以及基底先存斷裂的影響，不同構造帶局部應力場特征存在差異，北西—南東向伸展作用在北北東向1號構造帶產生局部伸展應力場，在北西向4號構造帶產生局部左旋走滑應力場，使北西向F4號斷裂發(fā)生左旋走滑變形，位移主要集中在F4號斷裂上，因此剖面上表現(xiàn)為直立特征，平面上表現(xiàn)為線性斷裂。東營組沉積期，受近南北向伸展作用影響，在南堡凹陷內新生少量東西向和北東東向斷裂，西南莊斷層東西向斷層段活動性增強，北北東向 1號斷裂帶與南北向伸展作用成逆時針 35°～40°斜交，產生右旋張扭應力場，而北西向 F4號斷裂與其成順時針 45°斜交，產生左旋張扭應力場，同時發(fā)生左旋走滑變形和伸展變形，在蓋層中誘導產生次級雁行分支正斷層，剖面上表現(xiàn)為花狀構造。新近紀館陶組—明化鎮(zhèn)組沉積期，在持續(xù)南北向伸展作用下，凹陷內西南莊斷裂、柏各莊斷裂、北東向主干斷裂持續(xù)活動，新生大量的東西向次級斷層，F(xiàn)4號斷裂在斜向伸展作用下變形加強。

3.2 南堡凹陷F4號斷裂再活動作用機制

南堡凹陷F4號斷裂再活動與區(qū)域應力狀態(tài)有密切關系。沙河街組沉積期應力場方向與F4號斷裂平行，東營組沉積期應力場方向發(fā)生旋轉，北西向F4號斷裂在東營組沉積期處于非優(yōu)勢走向方位，但是作為盆地內部的先存薄弱構造非常容易復活[38-39]。

東營組沉積期，北西向F4號斷裂與近南北向伸展方向斜交，既具有走滑分量也有傾滑分量，那么F4號斷裂到底是在伸展應力場下發(fā)生變形，還是在走滑應力場下發(fā)生變形成為最受關注的問題。原因在于斜向伸展作用下同樣可以產生與走滑（特別是張扭作用）變形相類似的構造樣式，但與這兩種變形相關的應力狀態(tài)卻是不同的，這取決于中間主應力σ2的方向。斜向伸展是指在正斷層的安德森應力狀態(tài)（σ1豎直，σ2大于σ3，σ3水平）下使基底先存斷裂發(fā)生再活動，而張扭作用是在走滑斷層的安德森應力狀態(tài)下（σ2豎直，σ1、σ3水平），使變形帶發(fā)生應變分區(qū)，同時兼具走滑分量和傾滑分量。這里建立基底先存斷裂斜交伸展方向運動學模型（見圖6a），并引入運動學渦度（Wk）來表示純剪切和簡單剪切比重[40]（見圖6b）：

圖6 先存構造再活動應力分解模式圖（a）、伸展應力場下先存斷裂再活動變形機制判別圖版（b）

當θ大于等于 45°且小于 55°時，Wk大于 0.81且小于等于 1，ε2方向豎直，為簡單剪切控制走滑變形/張扭變形；當θ等于 55°時，Wk等于 0.81，ε2方向發(fā)生轉變；當θ大于55°且小于等于90°時，Wk大于等于0且小于 0.81，ε2方向水平，為純剪切控制正交伸展/斜向伸展變形（見圖6b）。

通過理論分析和物理模擬證實，當伸展方向與先存構造邊界斜交時，誘發(fā)局部應力場的水平最大瞬時拉伸軸ε1方向為塊體相對位移方向與先存構造邊界法線夾角（即斜度，α）的平分線[41]（見圖6a）：

根據(jù)（1）式和（3）式得到，當α為90°時，發(fā)生純走滑變形；當α大于 70°且小于 90°時，先存構造受局部應力場控制發(fā)生以簡單剪切為主的張扭變形；α等于70°時為臨界值，ε2方向發(fā)生轉換，由垂直轉變?yōu)樗?；當α大?°且小于70°時，先存構造受局部應力場控制發(fā)生以純剪切為主的斜向伸展變形；當α等于 0°時，發(fā)生正交伸展變形。

因此，基于水平最大瞬時拉伸軸與剪切帶之間的夾角θ、斜度α和運動學渦度Wk的關系，建立了斜交先存構造走向的伸展作用下先存斷裂再活動變形機制判別圖版（見圖6b）。沙河街組沉積期，北西向前新生界基底先存F4號斷裂在北西—南東向伸展作用下，兩盤相對運動方向與伸展方向近于平行，局部產生走滑應力，發(fā)生走滑變形；東營組—館陶組—明化鎮(zhèn)組沉積期，在近南北向伸展作用下兩盤運動方向相對基底先存斷裂夾角α為45°，F(xiàn)4號斷裂再活動主要發(fā)生以純剪切為主的斜向伸展變形。

3.3 南堡凹陷F4號斷裂再活動物理模擬

關于先存斷裂再活動的構造物理模擬，已經(jīng)有許多學者進行過相關實驗。本文根據(jù)研究區(qū)實際斷裂發(fā)育情況，設計模擬F4號斷裂再活動及與鄰區(qū)斷裂相互作用過程實驗。實驗模型為研究區(qū)簡化的基底先存構造模型，將硬質泡沫一側固定在軟橡膠皮上，傾角為80°的硬質泡沫與軟橡膠皮交界位置模擬沙河街組沉積期復活后的北西向先存F4號斷裂，在南北向伸展作用下發(fā)生斜向伸展作用，軟橡膠皮其余位置不設置任何先存構造，模擬不受先存構造控制區(qū)域發(fā)生正交伸展變形及與F4號斷裂相互作用變形。實驗材料選擇干燥的石英砂，其變形遵循莫爾-庫侖破壞準則，內摩擦角為31°左右，與地層巖石內摩擦角相近[42]。實驗裝置及基底設置如圖7a、圖7b所示，實驗過程如圖7c—圖7h所示。

圖7 南堡凹陷4號斷裂帶演化過程及與2號、3號斷裂帶相互作用模擬實驗裝置及結果

實驗結果顯示：①在南北向伸展作用下，在預設北西向先存基底和無先存基底處產生兩種類型斷裂帶，即先存斷裂復活帶和伸展斷裂帶（見圖7c—圖7h）。前者發(fā)生斜向伸展變形，斷裂總體沿著先存基底呈右階雁行排列（見圖7c、圖7f）。斷裂帶同時具有走滑位移和伸展位移，并具有分區(qū)特征，走滑位移主要集中在相對狹窄的斷裂帶上；隨著位移增大，雁行斷裂南端逐漸收斂，北端逐漸向外撒開彎曲，走向逐漸趨于垂直伸展方向，斷裂位移從南向北由走滑位移轉為伸展位移（見圖7d、圖7e、圖7g、圖7h）。后者發(fā)生正交伸展變形，斷裂全區(qū)發(fā)育，走向垂直于伸展方向（見圖7d、圖7g），隨著位移增大，斷裂數(shù)量增多，位移變大，斷裂延伸長度變長（見圖7e、圖7h）。②在統(tǒng)一應力場作用下，初始變形期，兩個斷裂帶為孤立發(fā)育（見圖7c、圖7f），斷裂獨立生長傳播（見圖7c黃色框）；隨著位移增大，伸展斷裂帶內新生斷裂延伸長度變長（見圖7d、圖7g），其末端與先存斷裂復活帶內彎曲斷裂互相接觸（見圖7d黃色框）；隨位移進一步增大，先存斷裂復活帶寬度變寬，兩個變形帶內斷裂位移增大、長度變長（見圖7e、圖7h），斷裂端部發(fā)生相互作用，連接在一起（見圖7e黃色框）。這與前述分析得到4號斷裂帶與2號、3號斷裂帶在統(tǒng)一應力場下，各時期發(fā)生“獨立生長—相互接觸—作用連接”過程（見圖7i—圖7k）相一致。

4 先存走滑斷裂再活動的控藏作用

4.1 控制油氣垂向運移

基底先存走滑斷裂再活動向上傳播生長能夠起到溝通油源的良好作用。以本研究區(qū)為例，F(xiàn)4號斷裂再活動，一方面基底斷裂持續(xù)向上傳播生長可穿透上覆蓋層，另一方面誘導蓋層中形成新生次級雁行斷裂并與基底先存斷裂垂向搭接。兩者均良好地溝通了下部沙一段和沙三段主力烴源巖，為油氣向淺層運移提供通道（見圖8）。4號構造帶南部油藏主要圍繞走滑復活帶呈多層系分布，沙一段—明化鎮(zhèn)組均有油氣富集，表明F4號斷裂再活動作為油源斷裂控制油氣垂向跨層運移，調整油氣聚集層位。以 np4-12井為例，東二段和館陶組都見到良好的油氣顯示，為驗證東一段是否存在古油藏后期被調整至淺層，采集np4-12井館陶組、東一段和東二段巖屑樣品，進行了儲集層顆粒定量熒光分析[43]和儲集層顆粒萃取液定量熒光分析[43]，這兩種分析技術均屬于儲集層定量熒光技術，通過定量檢測儲集層顆粒表面吸附烴和顆粒內部油包裹體的熒光強度和熒光光譜特征，用于識別儲集層的含油氣性、判別現(xiàn)今油層和古油層等。結果顯示檢測樣品Q值都大于4，Qe值都小于20（見圖8），說明東一段確實存在古油藏，后期油氣發(fā)生了垂向運移。

圖8 南堡凹陷4號構造帶過典型井油藏剖面圖（a）及np4-12井綜合柱狀圖（b）

4.2 控制砂體展布

基底先存走滑斷裂再活動在淺層形成雁列斷層，斷裂疊覆部位形成的轉換帶為水系入盆的重要通道，控制砂體展布。F4號斷裂再活動向上生長平面上多個斷層段呈右階雁行排列，由于強烈的斜向伸展作用，疊覆部位形成左旋右階張性轉換帶。從東二段斷裂分布與砂體配置關系來看，斷裂疊覆區(qū)形成的構造轉換帶明顯位于河道發(fā)育區(qū)內，并在此處形成了扇三角洲砂體（見圖9）。因此，F(xiàn)4號斷裂再活動形成轉換帶控制了砂體入盆的位置，砂體由轉換帶進入湖盆后，沿著垂直斷層走向向湖盆深部延伸。

圖9 南堡凹陷4號構造帶東二段沉積相分布圖

4.3 控制有利圈閉的形成

基底先存走滑斷裂在新生代再活動控制兩種特殊類型斷層圈閉的形成，一種是走滑斷層圈閉，一種是伸展斷層圈閉。走滑斷層圈閉主要發(fā)育在東營組—明化鎮(zhèn)組，平面上分布在 4號斷裂帶北部。其形成受兩方面因素控制：①由于基底F4號斷裂斷面傾角大，斷裂向上傳播時將引起地層隆起變形（見圖8）。②F4號斷裂在東營組至明化鎮(zhèn)組沉積期再活動發(fā)生斜向伸展變形，形成雁列式斷裂，其與基底斷裂構成“椅狀”組合樣式。兩者共同控制上盤“背形負花狀構造”，為油氣富集提供聚集空間。伸展斷層圈閉主要分布在東二段—明化鎮(zhèn)組內，平面上分布在4號斷裂帶與鄰區(qū)2號、3號斷裂帶相互作用的構造轉換部位。圖10a中沿斷層走向的 JJ′剖面顯示，在現(xiàn)今相連的斷裂走向“拐彎”處下盤地層發(fā)生隆起（見圖10b），控制發(fā)育一系列斷塊圈閉（見圖10a），為油氣的有利富集部位。

圖10 南堡凹陷4號構造帶南部圈閉分布特征

綜上所述，基底先存走滑斷裂再活動對新近系油氣富集的控制作用主要體現(xiàn)在3個方面：①作為油氣運移通道輸導油氣，有利于油氣在淺層成藏。②控制砂體的展布。③控制淺層圈閉的形成，有利于油氣在淺層聚集。

5 結論

南堡凹陷前新生界北西向基底先存F4號走滑斷裂在新生代發(fā)生再活動，形成的 4號斷裂帶表現(xiàn)為多段式、右階雁行排列特征，由南向北傳播生長，南部以走滑變形為主，北部以伸展變形為主。

新生代4號斷裂帶與鄰區(qū)2號、3號斷裂帶為不同斷裂體系，通過物理模擬實驗顯示，它們是在統(tǒng)一應力場作用下，經(jīng)歷“獨立生長—相互接觸—作用連接”過程最終交織形成現(xiàn)今構造樣式。

基于水平最大瞬時拉伸軸與剪切帶之間的夾角θ、斜度α和運動學渦度Wk的關系，建立斜交先存構造走向的伸展作用下先存斷裂再活動變形機制判別圖版。沙河街組沉積期，北西向F4號前新生界基底斷裂受走滑作用影響發(fā)生再活動；東營組沉積期，受斜向伸展作用影響發(fā)生再活動。變形方式的轉變與古近紀東營組沉積期太平洋板塊向歐亞板塊俯沖方向的改變所引起應力場方向轉變有關。

先存走滑斷裂晚期再活動對成藏控制作用包括：①作為油源斷裂控制油氣垂向跨層運移；②形成走滑轉換帶控制砂體展布；③向上傳播生長及與鄰區(qū)相互作用控制兩類圈閉的形成，有利于油氣富集。

符號注釋：

GR——自然伽馬，API；n——斷層數(shù)量，個；Q——儲集層顆粒定量熒光指數(shù)；Qe——儲集層萃取液定量熒光指數(shù)；RLLD——深側向電阻率，Ω·m；t——雙程旅行時，s；Wk——運動學渦度；α——斜度，（°）；β——水平最大瞬時拉伸軸（ISAmax）與先存構造邊界法線之間的夾角，（°）；θ——水平最大瞬時拉伸軸（ISAmax）與剪切帶之間的夾角，（°）；σ1——最大主應力，MPa；σ2——中間主應力，MPa；σ3——最小主應力，MPa；ε1——水平最大瞬時拉伸軸；ε2——中間瞬時拉伸軸。