渤海西部沙北構(gòu)造帶斷裂特征及其對沉積的控制作用

王明春，李德郁，張海義，李新琦

（中海石油（中國）有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津300452）

渤海西部沙北構(gòu)造帶斷裂特征及其對沉積的控制作用

王明春，李德郁，張海義，李新琦

（中海石油（中國）有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津300452）

渤海西部沙北構(gòu)造帶區(qū)域上受北東走向郯廬斷裂和北西走向張-蓬斷裂的影響，發(fā)育渤海最為典型的共軛剪切斷裂系統(tǒng)。通過對沙北地區(qū)北東、北西走向斷裂特征及其形成演化的系統(tǒng)研究，明確了斷裂對地層沉積的控制作用。新生代以來，沙北構(gòu)造帶斷裂系統(tǒng)主要表現(xiàn)為2期活動：古近紀時期斷裂為強拉張、弱走滑活動，斷裂控制古近系地層的沉積；新近紀時期斷裂為強走滑、弱拉張活動，斷裂不控制地層沉積僅起到對構(gòu)造的復(fù)雜化作用。沙北地區(qū)斷裂對沉積充填及砂體展布的控制主要表現(xiàn)為斷崖式、斷坡式和斷坡橫向疏導式等3種形式。

共軛斷裂；走滑斷層；花狀構(gòu)造；古地貌；沉積模式；沙北構(gòu)造帶；渤海西部

0　引言

渤海灣盆地區(qū)域上存在2條具有走滑性質(zhì)的大型斷裂，分別為北東走向的郯廬斷裂與北西走向的張-蓬斷裂。郯廬斷裂帶斜貫中國東部，總體走向為北北東向，綿延上千公里，新生代以來主要表現(xiàn)為右旋走滑斷層性質(zhì)［1-4］。郯廬斷裂在渤海海域又可分為東、西2枝，人們對渤海海域東部的郯廬斷裂東枝研究相對較為深入，而對渤海海域西部的郯廬斷裂西枝研究相對較少。張-蓬斷裂是貫穿華北地區(qū)的一條巨型斷裂，整體表現(xiàn)為北西走向，新生代以來主要表現(xiàn)為左旋走滑性質(zhì)［5-7］。張-蓬斷裂陸地部分人們研究相對較多，而海域部分研究相對較少，其原因主要為缺乏三維地震資料支持。前人研究表明［8-10］，渤海灣盆地油氣成藏與郯廬及張-蓬斷裂密切相關(guān)。沙北構(gòu)造帶位于郯廬斷裂西枝與張-蓬斷裂交會區(qū)，斷裂復(fù)雜，構(gòu)造類型多樣，長期受二維地震資料限制，前人對沙北構(gòu)造帶斷裂樣式認識不清，勘探進展緩慢。本次研究利用新采集的三維地震資料，在對沙北構(gòu)造帶精細構(gòu)造解釋的基礎(chǔ)上，對該區(qū)北東向和北西向共軛斷裂成因、斷裂特征及演化進行系統(tǒng)研究，明確該區(qū)斷裂結(jié)構(gòu)樣式及斷裂對地層沉積的控制作用，以期為渤海西部油氣勘探提供依據(jù)。

1　地質(zhì)概況

沙北構(gòu)造帶位于渤海海域西部，北部以石南斷層為界并與石臼坨凸起相鄰，南部與沙壘田凸起相接，西部為南堡凹陷，東側(cè)為渤中凹陷（圖1）。沙北構(gòu)造帶北側(cè)的石臼坨凸起和南側(cè)的沙壘田凸起是渤海灣盆地內(nèi)部的一級正向構(gòu)造單元，這2個凸起長期隆升，構(gòu)成沙北構(gòu)造帶古近系的主要物源區(qū)，直到新近紀時期開始沉降，并接受了新近系地層的沉積。沙北構(gòu)造帶西側(cè)的南堡凹陷屬于黃驊坳陷東北端的次級負向構(gòu)造單元，而東側(cè)的渤中西次洼則屬于渤中凹陷西側(cè)的次級負向構(gòu)造單元，二者均屬于中新生代持續(xù)強烈構(gòu)造沉降區(qū)。

區(qū)域上受張-蓬、郯廬斷裂影響，沙北地區(qū)斷裂復(fù)雜，構(gòu)造類型多樣，斷裂主要為長期活動的控凹邊界斷層（包括沙北斷層、石南斷層）以及控制中央走滑帶的早拉張、晚走滑的共軛斷裂（包括中央1號、2號、3號斷層）。研究區(qū)在伸展和走滑兩大斷裂體系的控制下發(fā)育“三坡、兩洼、一隆”的構(gòu)造格局。三坡為沙壘田凸起陡坡帶、沙壘田凸起斜坡帶、石臼坨凸起陡坡帶；兩洼為渤中西次洼、曹妃甸次洼；一隆為中央走滑帶。從目前勘探形勢來看，石臼坨凸起的秦皇島油田、南堡凹陷的南堡油田、沙壘田凸起的曹妃甸油田及渤中凹陷的渤中油田，均為億噸級油田。沙北構(gòu)造帶是渤中凹陷與南堡凹陷之間的一個凹中隆構(gòu)造，緊鄰油源，是油氣聚集的有利區(qū)帶。

圖1　沙北構(gòu)造帶位置Fig.1　Regional location of Shabei structural zone

圖2　沙北構(gòu)造帶地震數(shù)據(jù)相干體切片F(xiàn)ig.2　Seismic variance slice of Shabei structural zone

2　斷裂特征

沙北地區(qū)受郯廬斷裂及張-蓬斷裂影響主要發(fā)育北東、北西走向2組斷裂，共同形成了共軛剪切斷裂系統(tǒng)。

平面上，早期斷裂相對簡單，從2 500 ms相干切片［圖2（a）］上看，主要發(fā)育沙北、石南邊界斷層，及其在中央走滑帶發(fā)育北東、北西走向斷層共同組成一組共軛斷裂，呈“X”型。從1 000 ms地震數(shù)據(jù)相干切片［圖2（b）］上看，晚期沙北、石南邊界斷層持續(xù)活動，早期派生及調(diào)節(jié)斷層發(fā)育。在中央走滑帶的北西、北東走向斷裂均表現(xiàn)為“掃帚”狀，北西走向斷層被北東走向中央2號斷層分為中央1號斷層及中央3號斷層2枝，其中中央1號斷層比中央3號斷層更為發(fā)育。從斷裂平面組合（圖3）分析看，北西走向的中央1號、中央3號斷層具有左旋走滑特點，北東走向的中央2號斷層表現(xiàn)為右旋走滑，二者共同形成了一組共軛斷裂系。

剖面上，邊界斷層的沙北斷層與石南斷層表現(xiàn)為“Y”字型樣式，早期斷層控制地層沉積，晚期調(diào)節(jié)及派生斷層發(fā)育，具有走滑性質(zhì)［圖4（a）］。中央走滑斷裂在剖面上表現(xiàn)為花狀構(gòu)造，一系列分枝斷層向下收斂于深層近直立的斷層［圖4（a）］。中央走滑帶花狀構(gòu)造的內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有特殊性，淺部常常表現(xiàn)為上凸的背形，而下部表現(xiàn)為下凹的向形，背形和向形之間為水平鏡象界面，習慣把這種花狀構(gòu)造稱為渤海之花。沿北西、南東方向［圖4（b）］，中央1號、中央3號斷層表現(xiàn)為梳子狀，一組平行斷層向深層收斂到主枝斷層上。中央2號斷層將北西走向斷層分割為中央1號、中央3號斷層2枝，中央3號斷層相對中央1號斷層花狀構(gòu)造相對簡單，表明中央3號斷層活動較中央1號斷層弱。

圖4　沙北構(gòu)造帶斷裂典型剖面Fig.4　Typical seismic profile of Shabei structural zone

3　斷裂演化及其對沉積的控制

沙北構(gòu)造帶斷裂系統(tǒng)的形成演化與渤海灣盆地內(nèi)的郯廬、張-蓬2條大型斷裂的活動密切相關(guān)。根據(jù)區(qū)域應(yīng)力場分析及研究區(qū)構(gòu)造演化認識［1，3］，沙北地區(qū)斷裂自新生代以來明顯存在2期活動，主要表現(xiàn)為古近紀時期的強拉張、弱走滑和新近紀時期的強走滑、弱拉張活動。古近紀時期斷裂拉張控制地層沉積，新近紀時期斷裂以走滑為主不控制地層沉積。

圖5為沙北構(gòu)造帶古近紀和新近紀古地貌圖。古近紀時期，渤海灣盆地整體處于伸展-走滑應(yīng)力背景下的斷陷階段。這一時期的主要應(yīng)力場以近南北向拉伸作用為主，斷層活動主要為正向伸展，帶有一定的斜向走滑分量。從古地貌圖［圖5（a）］上可看出，沙北斷層與中央1號斷層聯(lián)合控制了曹妃甸次洼的形成，而石南斷層與中央3號斷層分別對石南小次洼和沙北小次洼的形成具有一定的控制作用。古近紀斷陷期，沙北構(gòu)造帶的構(gòu)造格局基本確定，形成了夾持在石臼坨凸起和沙壘田凸起之間的復(fù)式斷陷，整體表現(xiàn)為“三洼夾一凸”的構(gòu)造格局。

從斷裂對沉積充填及砂體展布的控制來看，主要表現(xiàn)為3種模式（圖6、圖7）：第一種是物源垂直斷層走向的單斷陡坡帶斷崖沉積模式，以石南斷層東段為典型，斷裂外側(cè)的石臼坨凸起直接提供物源，沿斷層上盤持續(xù)發(fā)育垂向疊置的粗碎屑體系，其特征是上盤沉積地層產(chǎn)狀水平或傾向斷層方向；第二種是單斷陡坡帶斷坡控砂沉積模式，以沙北斷層為典型，沙壘田凸起提供物源，物源方向垂直斷層走向，斷層控制裙狀分布的碎屑巖扇體，其主要特點是斷層上盤沉積地層產(chǎn)狀向盆地傾斜，且在遠端容易產(chǎn)生由滑塌作用形成的滑塌濁積扇；第三種是物源方向與斷層走向一致，形成斷坡帶橫向疏導沉積模式，以北西向中央走滑斷裂與石南斷裂西段為典型。西部燕山隆起區(qū)物源水系與北西向中央走滑斷裂及石南斷裂帶控制的斷坡帶走向一致，碎屑物質(zhì)主要沉積在斷裂上盤構(gòu)成的斷槽中，形成軸向辮狀河三角洲體系。

圖5　沙北構(gòu)造帶古近紀（a）和新近紀（b）古地貌Fig.5　Paleogene（a）and Neogene（b）palaeogeomorphology of Shabei structural zone

圖6　陡崖式與斷坡式沉積模式Fig.6　Sedimentary models of fault scarp and fault ramp

圖7　斷坡橫向疏導沉積模式Fig.7　Sedimentary model of lateral translocation of fault ramp

古近紀時期在斷裂控制作用下，沙北地區(qū)主要發(fā)育近源扇三角洲沉積及遠源辮狀河三角洲沉積。圖8是沙北地區(qū)東二段沉積相圖，從圖中可以看出在石南斷層及沙北斷層下降盤發(fā)育扇三角洲沉積，在中央走滑帶上升盤發(fā)育遠源辮狀河三角洲沉積，為研究區(qū)儲層有利富集區(qū)。

新近紀時期，由于太平洋板塊對歐亞大陸的俯沖方向的改變，使得整個中國東部地區(qū)處于擠壓環(huán)境，渤海灣盆地在擠壓-走滑應(yīng)力背景下處于坳陷階段。沙北構(gòu)造帶在東西向擠壓應(yīng)力場的作用下發(fā)育強烈的共軛走滑斷裂體系，這一時期斷層已基本不控制沉積［圖5（b）］。走滑斷裂主要表現(xiàn)為大型負花狀構(gòu)造或“Y”字型結(jié)構(gòu)，且走滑斷層的主斷裂沿著先存斷裂位置發(fā)育，起到對構(gòu)造復(fù)雜化的作用。

圖8　沙北構(gòu)造帶東二段沉積相Fig.8　Sedimentary facies of E3d2in Shabeistructural zone

4　結(jié)論

（1）沙北地區(qū)斷裂的形成主要受北東走向的郯廬斷裂和北西走向的張-蓬斷裂2組區(qū)域斷裂影響。

（2）沙北地區(qū)斷裂的形成演化主要分為2期。古近紀以拉張為主兼具走滑性質(zhì)，斷層控制古近系地層沉積；新近紀主要表現(xiàn)為劇烈共軛走滑特點，斷層基本不控制沉積，主要發(fā)育大型“花狀”或“Y”字型構(gòu)造，斷裂平面上表現(xiàn)為“掃帚”狀。

（3）古近紀時期，斷裂對沉積的控制作用主要表現(xiàn)為3種形式，分別是物源方向與斷層走向垂直時的斷崖式和斷坡式沉積模式，以及斷層順物源方向時的斷坡橫向疏導沉積模式。

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（本文編輯：楊琦）

Characteristics of fault and its controlling on deposition in Shabei structural zone of western Bohai Sea

Wang Mingchun，Li Deyu，Zhang Haiyi，Li Xinqi
（Bohai Oilfield Research Institute，Tianjin Branch of CNOOC Ltd.，Tianjin 300452，China）

Influenced by the Tang-Lu fault in NE trend and Zhang-Peng fault in NW trend，the most typical conjugate faults developed in Shabei structural zone of western Bohai Sea.Based on the study of the characteristics and evolution of the NE and NW faults，the controlling effect of fault on sedimentation was made clear.The conjugate faults in Shabei structural zone underwent two stages of activities since the Cenozoic:in the Paleogene period，the conjugate faults were strong tension with weak slip and controlled the Paleogene sedimentation；in the Neogene Period，the conjugate faults were strong slip with weak tension，and they did not control the deposition but complicated the structure.Controlling effect of faults on sedimentary filling and sand body distribution are mainly in three forms:fault scarp type，fault ramp type and lateral translocation of fault ramp type.

conjugate fault；strike-slip fault；flower-like structure；paleogeomorphology；sedimentarymodel；Shabei structural zone；western Bohai Sea

TE121.2

A

1673-8926（2015）05-0167-05

2015-05-25；

2015-07-08

國家重大科技專項“渤海海域大中型油氣田地質(zhì)特征”（編號：2011ZX05023-006-002）資助

王明春（1981-），男，碩士，工程師，主要從事地震構(gòu)造解釋及儲層預(yù)測方面的研究工作。地址：（300452）天津市塘沽區(qū)閘北路609信箱。E-mail：wangmch4@cnooc.com.cn。