遼河盆地中央凸起南部海外河地區(qū)構(gòu)造演化特征

劉　斐

（中國石油遼河油田分公司，遼寧盤錦124010）

遼河盆地中央凸起南部海外河地區(qū)構(gòu)造演化特征

劉斐

（中國石油遼河油田分公司，遼寧盤錦124010）

摘要：根據(jù)走滑作用的強(qiáng)弱，將盆地內(nèi)沉積分為后走滑層序、同走滑層序和前走滑層序。后走滑層序受走滑活動(dòng)影響可以忽略，按照一般的平衡方法進(jìn)行恢復(fù)；同走滑層序和前走滑程序可根據(jù)斷層兩側(cè)厚度趨勢(shì)分別給予補(bǔ)償，使斷層兩側(cè)斷距經(jīng)補(bǔ)償恢復(fù)協(xié)調(diào)后按一般的平衡方法進(jìn)行恢復(fù)。通過海外河地區(qū)走滑盆地定量平衡恢復(fù)，獲得了該地區(qū)中－新生代構(gòu)造演化過程的直觀認(rèn)識(shí)。從中生代開始伸展裂陷，新生代進(jìn)一步張裂并發(fā)展成為大型的裂谷型盆地。沙河街組一段、二段沉積時(shí)期開始逐漸遭到NE向右行走滑改造，東營組沉積后盆地再次遭受較為強(qiáng)烈的剝蝕，基本結(jié)束了盆地的伸展裂陷歷史。最后綜合海外河地區(qū)石油地質(zhì)特征，探討了海外河地區(qū)油氣成藏模式及下一步重點(diǎn)勘探研究方向。

關(guān)鍵詞：走滑作用；平衡剖面恢復(fù)；構(gòu)造演化；海外河地區(qū)；遼河盆地

海外河地區(qū)位于遼河盆地中央突起南端傾末帶南端、大洼斷層走向轉(zhuǎn)折處（圖1），西接清水洼陷，東臨二屆溝洼陷，南至遼東洼海岸線，勘探面積為260km2。1969年開始鉆探，發(fā)現(xiàn)了太古界、中生界、新生界的房身泡組、沙河街組三段、沙河街組一段、東營組及館陶組等7套含油層系，石油地質(zhì)儲(chǔ)量0.45×108t。1989年正式開發(fā)，目前油田處于高含水后期，儲(chǔ)量接替成為制約油田發(fā)展的瓶頸。因此，深化區(qū)域構(gòu)造演化研究及構(gòu)造控藏分析對(duì)今后海外河地區(qū)的勘探增儲(chǔ)具有重要作用。

1　走滑盆地中平衡剖面恢復(fù)方法

平衡剖面技術(shù)是定量化研究盆地構(gòu)造發(fā)育史的最有效方法之一，被國內(nèi)外廣泛應(yīng)用在擠壓、伸展等不同構(gòu)造屬性的沉積盆地的構(gòu)造發(fā)育恢復(fù)之中［1－4］，取得了良好的效果，它不但驗(yàn)證了地震構(gòu)造解釋的合理性、再現(xiàn)盆地的詳細(xì)演化歷史，而且提供了一種可貴的構(gòu)造地質(zhì)學(xué)定量化的工具。然而，由于海外河地區(qū)位于大洼區(qū)域性走滑斷層下盤，使得“物質(zhì)不存在大規(guī)模走向遷移”這一平衡剖面的基本假設(shè)難以嚴(yán)格滿足。因此為克服包含走滑剖面的平衡恢復(fù)問題，采用了以下方法①張慶龍.海外河油田構(gòu)造演化研究及海35斷層周邊成藏潛力分析，遼河油田公司，2009.。

首先，根據(jù)走滑活動(dòng)影響強(qiáng)弱，將盆地內(nèi)沉積分為后走滑層序、同走滑層序和前走滑層序。后走滑層序指的是走滑活動(dòng)減弱或停止之后沉積的地層，它往往不整合覆蓋在下伏地層之上，走滑活動(dòng)對(duì)其基本沒有影響。遼河盆地中的后走滑層序指的是館陶組至第四系這套坳陷沉積。同走滑層序是指強(qiáng)走滑作用期同沉積地層，走滑活動(dòng)對(duì)其影響從上到下逐漸加強(qiáng)，最頂部層序?qū)?yīng)于走滑活動(dòng)結(jié)束時(shí)的沉積，其變形強(qiáng)度和后走滑層序相當(dāng)，遼河盆地中同走滑活動(dòng)相當(dāng)于沙河街組一、二段和東營組。前走滑層序指的是走滑活動(dòng)之前就已經(jīng)存在的地層，走滑活動(dòng)影響最大，其形變強(qiáng)度和同走滑層序最底部相當(dāng)，遼河盆地前走滑層序是指沙河街組三段及其之前沉積地層。

圖1　遼河盆地海外河地區(qū)構(gòu)造地質(zhì)略圖

其次，對(duì)后走滑層序、同走滑層序、前走滑層序采用不同的方法進(jìn)行恢復(fù)。后走滑層序受走滑活動(dòng)影響可以忽略，按照一般的平衡方法進(jìn)行恢復(fù)。走滑斷層造成的斷層效應(yīng)在同走滑層序中會(huì)出現(xiàn)斷層兩側(cè)地層厚度不一致的情況，但由于斷面兩側(cè)滑動(dòng)是相對(duì)的，可以假設(shè)只有一盤在滑動(dòng)而對(duì)盤保持穩(wěn)定，根據(jù)穩(wěn)定盤的地層厚度對(duì)滑動(dòng)盤厚度做相應(yīng)的補(bǔ)償或者剝蝕，使兩盤地層厚度相匹配，使之在地質(zhì)上保持合理性。假設(shè)前走滑層序沿?cái)鄬幼呦虿淮嬖诘貙雍穸茸兓?，?jīng)過同走滑層序的恢復(fù)，前走滑層序頂面在斷面兩側(cè)應(yīng)該沒有斷距，這也可以用來檢驗(yàn)同走滑層序恢復(fù)的合理與否；若前走滑層序在斷面兩側(cè)厚度不一致，即仍有斷距存在，說明該走滑斷層是在先存在斷層的基礎(chǔ)上再活動(dòng)；若斷層兩側(cè)厚度一致，則說明該走滑斷層在前走滑層序沉積時(shí)期并不存在或隱伏而未活動(dòng)。這樣前走滑層序的恢復(fù)也回到一般的平衡剖面制作上。

如果不存在同走滑層序，即走滑活動(dòng)是在暴露條件下進(jìn)行的，這時(shí)走滑活動(dòng)必先造成前走滑層序的剝蝕，可根據(jù)斷層兩側(cè)厚度趨勢(shì)分別給予補(bǔ)償。如果前走滑層序沿?cái)鄬幼呦虿淮嬖诤穸茸兓瑒t補(bǔ)償恢復(fù)后斷層兩側(cè)斷距應(yīng)該協(xié)調(diào)，否則，可以應(yīng)用上述恢復(fù)同走滑層序的方法對(duì)其進(jìn)行估計(jì)，使其恢復(fù)到地質(zhì)合理的狀態(tài)。

2　海外河地區(qū)平衡剖面恢復(fù)及構(gòu)造演化研究

從解釋的地震剖面構(gòu)造形態(tài)來看（圖2），海外河地區(qū)所在的西部凹陷是在大洼斷層控制下發(fā)育的典型箕狀半地塹，中生界至東營組的同裂陷層序呈楔形，靠近大洼斷層處厚度最大，向西部斜坡上逐漸變薄甚至尖滅。大洼斷層為一條復(fù)雜的長期活動(dòng)的同沉積斷層，其總體為一條向NW傾斜的犁式斷層，斷層傾角上部向下逐漸變緩，至剖面深部幾乎趨于水平。從平衡剖面演示的構(gòu)造發(fā)育變化可以看出（圖3），該斷層早期為單一的犁式斷層，控制中生界至沙河街組三段的沉積，至沙河街組一段、二段沉積時(shí)期，斷層發(fā)生分叉，變?yōu)閮蓷l與早期斷層傾向一致但傾角不同的主干斷層，并派生出若干條次級(jí)斷層，這些次級(jí)斷層大多數(shù)傾角與主斷層相同，屬于同向調(diào)節(jié)斷層（圖3）。通過平衡剖面的恢復(fù)并結(jié)合板塊活動(dòng)理論可將海外河地區(qū)構(gòu)造活動(dòng)分為中生代裂陷期、新生代裂陷期及新生代坳陷期3個(gè)時(shí)期。

2.1中生代伸展裂陷期

古近紀(jì)時(shí)期太平洋板塊以NW－NNW向向歐亞大陸東緣俯沖，弧后地區(qū)處于強(qiáng)烈的擴(kuò)張背景，俯沖帶相對(duì)于中生代古太平洋板塊向東發(fā)生遷移，使得弧后伸展中心也隨之東移至遼河盆地一線，整個(gè)郯廬斷裂帶在這一時(shí)期發(fā)生廣泛裂陷活動(dòng)，形成“郯廬裂谷系”，遼河盆地是這一裂谷系中伸展強(qiáng)度相對(duì)較大的地區(qū)。

圖2　遼河盆地海外河地區(qū)西部凹陷L1563測(cè)線地震剖面

從恢復(fù)后的剖面構(gòu)造形態(tài)看，遼河盆地這一時(shí)期屬于“多米諾式”正斷層控制下的半地塹盆地，大洼斷層此時(shí)就已經(jīng)是一條邊界斷層，控制著盆地沉積。從恢復(fù)的數(shù)據(jù)看，西部凹陷此階段伸展量為3.4km，有效伸展率是12.9％，平均伸展速率約0.07km/Ma。由此可見中生界伸展量和伸展速率均較大，幾乎占到剖面伸展量和伸展率的一半，即與新生代裂谷期伸展量相當(dāng)，伸展作用相當(dāng)強(qiáng)烈。

圖3　遼河盆地海外河地區(qū)構(gòu)造發(fā)育史平衡地質(zhì)剖面

2.2新生代裂陷期

始新世晚期至漸新世，太平洋板塊向歐亞板塊俯沖方向的轉(zhuǎn)變，整個(gè)渤海灣盆地內(nèi)部應(yīng)力場(chǎng)由EW向拉張改變?yōu)閿D壓作用，在近EW向縮短作用下使NNE－NE走向的郯廬斷裂發(fā)生右行走滑［5－14］，并由此在遼河盆地東部凹陷形成一系列雁行小背斜，而在西部凹陷發(fā)育大量近EW向的正斷層。大洼斷層作為郯廬斷裂帶的延伸，這一時(shí)期也表現(xiàn)出明顯的右行走滑活動(dòng)。遼河盆地西部凹陷從沙河街組一段、二段沉積時(shí)期開始出現(xiàn)右行走滑活動(dòng)，并逐漸加強(qiáng)，至東營組沉積末期走滑活動(dòng)最為強(qiáng)烈。海外河地區(qū)處于大洼斷層帶內(nèi)，沙河街組一段、二段—東營組沉積時(shí)期斷裂的成因及性質(zhì)與NE向的郯廬斷裂帶右行走滑－伸展活動(dòng)相適應(yīng)。這一時(shí)期又可進(jìn)一步劃分為初始裂陷、快速伸展、伸展－走滑改造3個(gè)時(shí)期。

2.2.1初始裂陷期

以房身泡組堿性玄武巖大規(guī)模噴發(fā)為標(biāo)志，玄武巖分布受深大斷裂的控制，其厚度則與古地形有關(guān)，是遼河盆地進(jìn)入新生代裂谷階段的標(biāo)志。

2.2.2快速伸展期

沙河街組三段沉積期是西部凹陷繼中生代伸展裂陷之后又一期強(qiáng)烈的伸展期，此時(shí)大洼斷層強(qiáng)烈活動(dòng)，由原先平面正斷層演化為一條犁式斷層，控制了西部凹陷巨厚的沙河街組三段沉積，厚度1500m。由于犁式斷層活動(dòng)導(dǎo)致盆地基底的撓曲，沉積厚度遠(yuǎn)離主斷層逐漸變薄，同時(shí)使斷層上盤出現(xiàn)反向調(diào)節(jié)斷層。這一時(shí)期西部凹陷湖盆發(fā)生了明顯的水進(jìn)過程，湖盆不斷加深，在湖盆中心沉積了巨厚的暗色泥巖，但由于距物源近，碎屑顆粒較粗，分選性和磨圓度較差，生烴和儲(chǔ)集能力有限。從恢復(fù)后的伸展數(shù)據(jù)來看，西部凹陷這階段伸展量為1km，有效伸展率為3.5％，伸展速率為0.2km/Ma，拉張速率明顯大于中生代，說明盆地新生界伸展是以快速拉張為特征。

2.2.3伸展－走滑改造期

從沙河街組一段、二段沉積時(shí)期開始，遼河盆地內(nèi)部斷層出現(xiàn)走滑活動(dòng)，至東營組沉積末期走滑強(qiáng)度達(dá)到最大，在該剖面的表現(xiàn)為大洼斷層向上發(fā)生分叉，發(fā)育為兩條主干斷層，并派生出一系列次級(jí)同向調(diào)節(jié)斷層，在剖面上構(gòu)成“樹枝狀”或者“負(fù)花狀”構(gòu)造，共同控制海外河地區(qū)的沉積。這些次級(jí)斷層走向近EW向，是在大洼斷層右行走滑派生出EW向張性裂縫的基礎(chǔ)上發(fā)育起來的，它們的形成是西部凹陷出現(xiàn)走滑活動(dòng)的標(biāo)志。具體來說，沙河街組一段、二段仍以伸展沉降為主，但伸展活動(dòng)比沙河街組三段時(shí)期弱，西部凹陷伸展量為0.4km，有效伸展率為1.2％，伸展速率也相對(duì)較小，為0.12km/Ma。東營組沉積期擴(kuò)張扭曲活動(dòng)逐漸加強(qiáng)，上述派生構(gòu)造強(qiáng)烈活動(dòng)，派生出新的小斷層，它們共同控制了巨厚的東營組沉積，厚度甚至超過沙河街組三段，整個(gè)西部凹陷的伸展量為2.2km，有效伸展率為7.2％，幾乎是沙河街組三段沉積時(shí)期的兩倍，由于東營組沉積時(shí)間較長，盆地伸展速率為0.21km/Ma，與沙河街組三段沉積時(shí)期相當(dāng)。

值得指出的是，大洼斷層走滑作用對(duì)盆地構(gòu)造形成與性質(zhì)起到重要控制作用，但沙河街組一段、二段—東營組沉積時(shí)期遼河盆地仍處于裂谷期，NW－SE向的伸展作用仍相當(dāng)強(qiáng)烈，因此遼河盆地這一時(shí)期應(yīng)該屬于走滑伸展盆地，這也解釋了大多數(shù)具有走滑性質(zhì)的斷層在剖面上仍表現(xiàn)為正斷層的事實(shí)。

2.3新生代坳陷期

東營組沉積結(jié)束之后，遼河盆地存在較長時(shí)間的抬升暴露、風(fēng)化剝蝕，形成明顯的角度不整合面。從剖面上可以看出西部凹陷斜坡剝蝕量最大，東營組末期剝蝕總量達(dá)354.8m。此后盆地進(jìn)入統(tǒng)一的熱沉降階段，構(gòu)造活動(dòng)大幅度減弱，大洼斷層及其大多數(shù)派生次級(jí)斷層的扭張性活動(dòng)逐漸減弱直至停止活動(dòng)，最終被第四系沉積覆蓋。雖然凹陷期較裂谷期剖面伸展量大大減小，但西部凹陷各個(gè)地區(qū)差異性仍很明顯，海外河地區(qū)相對(duì)其他地區(qū)仍較強(qiáng)烈，盆地伸展量為0.3km，有效伸展率為0.8％，平均伸展速率為0.01km/Ma。

綜上所述，海外河地區(qū)所在的遼河盆地西部凹陷中南部經(jīng)歷了較為復(fù)雜的構(gòu)造活動(dòng)歷史。該區(qū)從中生代開始伸展裂陷，經(jīng)歷了長時(shí)間的暴露剝蝕之后，新生代進(jìn)一步張裂，發(fā)展成為大型的裂谷型盆地，沉積了巨厚的沙河街組三段暗色泥巖，沙河街組一段、二段沉積時(shí)期開始逐漸遭到NE向右行走滑改造，使盆地構(gòu)造復(fù)雜化，至東營組沉積之后，盆地再次遭受較為強(qiáng)烈的剝蝕，基本結(jié)束了盆地的伸展裂陷歷史，新近紀(jì)至第四紀(jì)盆地冷卻凹陷。

3　海外河地區(qū)油氣成藏模式

清水洼陷內(nèi)沉積的巨厚沙河街組三段、四段暗色泥巖累計(jì)厚度超過2000m，且生烴能力強(qiáng)，在沙河街組一段、二段沉積時(shí)期成熟并開始排烴，到東營組二段時(shí)期達(dá)到排烴高峰。多通道的運(yùn)移使得海外河地區(qū)油氣平面分布面積大。大洼斷層長期處于活動(dòng)狀態(tài)，清水凹陷排烴時(shí)期正是其右行走滑拉分作用時(shí)期，因此成為流體運(yùn)移的良好通道，洼陷排出的烴類通過次級(jí)斷層及不整合面進(jìn)行再分配。

海外河地區(qū)自上而下發(fā)育多套儲(chǔ)集層，其中東營組三角洲砂體是該區(qū)常規(guī)儲(chǔ)層，90％以上的油氣均產(chǎn)于此段。海外河古潛山在沙三沉積時(shí)期開始逐漸被埋藏，不整合面在沙河街組三段排烴時(shí)期可作為良好的運(yùn)移通道，其邊界與大洼斷層相通，或直接與清水洼陷烴源巖相接觸，并且其形態(tài)北高南低向西南方向緩傾，有利于油氣向潛山構(gòu)造高點(diǎn)運(yùn)移，進(jìn)入圈閉聚集后便可形成一定規(guī)模的油氣藏。

4　結(jié)論與建議

1）平衡剖面恢復(fù)的本質(zhì)是通過幾何學(xué)法則對(duì)構(gòu)造變形進(jìn)行恢復(fù)，提供一種最符合地質(zhì)思維或滿足現(xiàn)有地質(zhì)數(shù)據(jù)的模式化構(gòu)造發(fā)展史。走滑活動(dòng)雖然使剖面面積并不守恒，但是可以根據(jù)地質(zhì)學(xué)模式對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償，再應(yīng)用幾何學(xué)法則對(duì)其進(jìn)行恢復(fù)。對(duì)遼河盆地這樣的走滑改造盆地的構(gòu)造發(fā)展史復(fù)原過程具有重要意義。

2）清水凹陷和大洼斷層為海外河油田提供了豐富的油源和良好的運(yùn)移通道，使其成為一高豐度油氣田，20年來的高效開發(fā)為遼河油田年產(chǎn)穩(wěn)定在1000×104t以上起到了重要作用。深層潛山裂縫型油藏［15］、淺層斷塊油藏將是下步勘探開發(fā)的重要目標(biāo)［16－18］，儲(chǔ)層發(fā)育狀況及成藏后斷層封閉作用是下步需要研究的重點(diǎn)內(nèi)容。

致謝：本文得到南京大學(xué)張慶龍教授指導(dǎo)和幫助，在此表示衷心感謝!

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（編輯高巖）

中圖分類號(hào)：TE121.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：0253－9985（2011）02－0259－06

收稿日期：2010－03－19；

修訂日期：2011－03－07。

作者簡介：劉斐（1983—），男，工程師，油田開發(fā)地質(zhì)。

Characteristics of structural evolution in Haiwaihe area，the southern part of the Central Salient in the Liaohe Basin

Liu Fei
（CNPC Liaohe Oilfield Company，Panjin，Liaoning 124010，China）

Abstract：Sedimentary system in the Liaohe Basin could be divided into pre-strike-slip sequence，syn-strike-slip sequence，and post-strike-slip sequence according to the strength of strike-slip activities.The post-strike-slip sequence，which was slightly influenced by the strike-slip activities，could be restored by traditionalmethods of balanced cross-section.By contrast，the syn-and pre-strike-slip sequences，significantly controlled and influenced by the strike-slip activities，have to be restored with different thickness on both sides of the fault to balance the volume in two-dimension.The quantitative balanced cross-section restoration of the strike-slip basin reveals the structural evolution process of the study area during themesozoic and Cenozoic.Balanced cross sections in Haiwaihe area show that the Liaohe Basin underwent progressively extension and depression during themesozoic，and evolved into a rift basin in the Cenozoic.The basin wasmodified by the NE-trending dextral strike-slip during the deposition of the first and secondmembers of Shahejie Formation，and was uplifted and eroded again after the deposition of the Dongying Formation.Finally，based on a comprehensive analysis of the petroleum geological characteristics in Haiwaihe area，this paper discusses themodel of hydrocarbon accumulation and prospects for exploration.

Key words：strike-slip activity，balanced cross-section restoration，structural evolution，Haiwaihe area，Liaohe Basin