遼中凹陷北部新構(gòu)造運動及其石油地質(zhì)意義*

徐長貴 彭靖淞 柳永軍 柳嶼博 吳 奎

(中海石油(中國)有限公司天津分公司 天津 300452)

遼中凹陷北部新構(gòu)造運動及其石油地質(zhì)意義*

徐長貴 彭靖淞 柳永軍 柳嶼博 吳 奎

(中海石油(中國)有限公司天津分公司 天津 300452)

遼中凹陷是渤海海域一個重要的富烴凹陷，發(fā)現(xiàn)了一批大中型油氣田。但是，長期以來，遼東灣坳陷被認(rèn)為是早斷早衰型盆地，晚期新構(gòu)造運動不活躍，新近系勘探?jīng)]有獲得重要突破。高精度三維地震資料及鉆井等資料分析表明，由于遼東凸起的晚期隆升，遼中凹陷北部晚期具有較為強烈的新構(gòu)造運動，晚期斷裂發(fā)育，且具有伸展和走滑的雙重特征。在新構(gòu)造運動作用下，遼中凹陷北部不僅發(fā)育了大規(guī)模的淺層圈閉，而且在新近紀(jì)成為整個遼東灣坳陷的沉積沉降中心，改善了遼中凹陷北部的新近系儲蓋組合。同時，晚期斷裂活動增強，不僅為遼中凹陷北部淺層圈閉提供了通暢的油氣運移通道，也為晚期成藏提供了油氣運移的動力，使得遼中凹陷北部新近系具備了良好的成藏條件。通過對遼中北洼新構(gòu)造運動及其成藏條件的新認(rèn)識，遼中凹陷北部淺層獲得了重要的勘探發(fā)現(xiàn)。

新構(gòu)造運動；晚期成藏；新近系；遼中凹陷北部

新構(gòu)造運動是指新近紀(jì)以來發(fā)生的構(gòu)造運動[1-6]。渤海海域地處新構(gòu)造運動強烈活動區(qū),因此新構(gòu)造運動對渤海海域油氣晚期成藏具有重要意義。10多年來，關(guān)于新構(gòu)造運動對渤海海域油氣晚期成藏的控制作用研究得到了高度重視[7-17]。朱偉林 等[7]詳細闡述了渤中凹陷晚期成藏的重要特征；郝芳 等[8]討論了新構(gòu)造運動控制下油氣成藏的物質(zhì)和能量效應(yīng)；龔再升 等[5,9]系統(tǒng)論述了我國東部近海新生代盆地新構(gòu)造運動與油氣成藏的關(guān)系,認(rèn)為新構(gòu)造運動活動區(qū)仍然是油氣成藏的有利地區(qū)；鄧運華[10-11]重點探討了郯廬斷裂新構(gòu)造運動對油氣聚集的控制作用。在這些晚期成藏理論的指導(dǎo)下，渤海海域新近系淺層油氣勘探取得了豐碩的成果，在渤海中南部地區(qū)發(fā)現(xiàn)了一批大中型油氣田，淺層油氣儲量占總儲量的70%以上。

但是，渤海新近系淺層油氣發(fā)現(xiàn)極不平衡，目前淺層油氣田主要集中在渤海海域中南部地區(qū)，而渤海海域北部遼東灣地區(qū)新近系淺層油氣田極少，主要因為遼東灣坳陷長期以來被認(rèn)為是早斷早衰型坳陷，即斷裂活動的主要時期在古近紀(jì)，新近紀(jì)斷裂衰亡，新構(gòu)造運動及其晚期斷裂不活躍[12-17]。

本文通過近年來新采集的大面積三維地震資料精細解釋及鉆井資料、分析化驗資料的重新認(rèn)識，認(rèn)為遼東灣北部地區(qū)存在晚期構(gòu)造活化，新構(gòu)造運動較為強烈，并且新構(gòu)造運動對大規(guī)模圈閉的形成、儲蓋組合的優(yōu)化、油氣運移等關(guān)鍵成藏要素都具有重要意義。在這一創(chuàng)新認(rèn)識的指導(dǎo)下，近年來在遼東灣北部地區(qū)新近系淺層發(fā)現(xiàn)了以錦州23-2為代表的大中型油氣田，推動了遼東灣北部新近系淺層勘探進程，豐富了渤海海域晚期成藏理論。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

遼東灣坳陷屬于新生代發(fā)育的華北克拉通裂谷斷陷盆地，是下遼河坳陷向渤海的自然延伸部分,呈現(xiàn)“三凹兩凸”的構(gòu)造格局，自西向東依次為遼西凹陷、遼西凸起、遼中凹陷、遼東凸起、遼東凹陷。遼中凹陷位于遼東灣坳陷中部，呈NNE向展布，面積約為4 300 km2；該凹陷西面與遼西低凸起以緩坡形式逐漸過渡，東面則為陡坡帶與遼東凸起接觸，具有明顯的東斷西超的箕狀凹陷特征，沉積了巨厚的新生代地層，最厚可達6 000 m(圖1)。

圖1 遼中凹陷區(qū)域位置圖

遼東灣坳陷新生代構(gòu)造演化主要劃分為3個階段[7,18-21]：①古新世—始新世中期伸展裂陷階段。該階段由于地幔隆升，NE向張性斷裂發(fā)育，形成了遼東灣半地塹的構(gòu)造格局，發(fā)育遼西、遼中凹陷以及2個凹陷之間的遼西凸起。②始新世晚期—漸新世晚期走滑-伸展階段。該階段遼東灣坳陷始終受郯廬斷裂右旋走滑活動的影響，在坳陷東部形成了遼東凸起和遼東凹陷，“兩凹一凸”演化為“三凹夾兩凸”的構(gòu)造格局。③新近紀(jì)整體拗陷下沉階段。

2 新構(gòu)造運動表現(xiàn)形式與動力學(xué)分析

2.1 新構(gòu)造運動表現(xiàn)形式

本文在新采集的大面積三維地震資料基礎(chǔ)上，通過區(qū)域研究，認(rèn)為遼中凹陷北部存在較為強烈的新構(gòu)造運動，具有諸多新構(gòu)造運動的表現(xiàn)形式。

2.1.1 遼中凹陷北部新近系仍然存在明顯的構(gòu)造沉降，是下遼河坳陷的沉降沉積中心

新近系沉降幅度增大和沉積厚度增大常被認(rèn)為是新構(gòu)造運動的一種表現(xiàn)形式[22-23]。下遼河坳陷古近紀(jì)發(fā)育NE—SW向深大斷裂，形成現(xiàn)今坳陷的格局，控制著構(gòu)造帶的形成和發(fā)展，在靠近斷裂帶的地方形成沉降中心。湖盆沉降中心通常通過地層厚度和由構(gòu)造運動控制的古地貌形態(tài)來進行表征。結(jié)合前人研究，通過構(gòu)造演化分析、古地貌恢復(fù)對下遼河坳陷新生代地層厚度進行統(tǒng)計，結(jié)果表明：受構(gòu)造活動影響，沙河街組沉積時期至新近系沉積時期在下遼河坳陷形成多個沉降中心[24](圖2)；遼河西部和東部凹陷沉降中心具有自北往南遷移的特征，而遼東灣坳陷沉降中心具有自南往北遷移的特征(圖3)；進入新近紀(jì)以后，遼東灣坳陷整體進入下沉階段，沉降中心明顯繼承了東營組沉降中心的位置，遼中凹陷北部成為下遼河坳陷的沉降中心，對物源體系、匯聚水系和沉積體系都有重要的控制作用[25-27]。

2.1.2 遼中凹陷北部晚期斷裂非常發(fā)育

晚期斷裂活動是新構(gòu)造運動最直觀、最重要的表現(xiàn)形式[20-21,24]。遼中凹陷北部整體呈東斷西超的箕狀斷陷特征，晚期斷裂十分發(fā)育。主控斷裂為位于洼陷東側(cè)的遼中2號斷裂，同時該斷裂也是遼東凸起的西側(cè)邊界。遼中2號斷裂及其伴生發(fā)育的眾多晚期活動斷裂共同構(gòu)成該區(qū)斷裂系統(tǒng)，反映了新近紀(jì)以來遼中凹陷北部顯著的構(gòu)造活化現(xiàn)象。遼中2號斷裂具有伸展和走滑復(fù)合特征，即在古近紀(jì)早期伸展斷層基礎(chǔ)上疊加了漸新世以來的走滑特征。平面上，遼中2號斷裂整體為NNE向展布，呈弱彎曲“S”型；剖面上，遼中2號斷裂主斷面由南向北逐漸由陡坡與緩坡交替的坡坪式過渡為上陡下緩的鏟式特征。

圖2 下遼河坳陷新生代沉降中心變化趨勢

圖3 遼東灣地區(qū)新生代沉降中心變化趨勢

從斷裂密度來看，遼中凹陷北部沙河街組沉積時期平均為38條/100 km2，東營組沉積時期平均為130條/100 km2，而中新世平均為300條/100 km2(圖4a、b)。總體上看，隨著地質(zhì)年代的變新，斷裂密度明顯增大，在深層主干斷裂(即遼中2號斷裂)由若干條斷裂搭接構(gòu)成，調(diào)節(jié)斷裂發(fā)育較少；但在淺層主干斷裂羽化特征明顯，遼中2號斷裂較少斷至新近系，取而代之的是眾多伴生在遼中2號斷裂之上的晚期斷裂在新近系大量發(fā)育。平面上，晚期調(diào)節(jié)斷裂與遼中2號斷裂呈一定夾角，多為NE向，延伸距離集中在1～2 km范圍內(nèi)；剖面上，晚期調(diào)節(jié)斷裂主要發(fā)育在新近系，與遼中2號斷裂構(gòu)成類型豐富的斷裂組合。從平面上看，遼東灣中南部、西部斷裂都比較少，斷裂密度低，但從遼東灣西部、中南部向遼中凹陷北部斷裂活動逐漸增強，說明遼中凹陷北部新近紀(jì)以來新構(gòu)造活動增強(圖4c)。

2.1.3 遼中凹陷邊緣新生代走滑活動

遼中凹陷北部還發(fā)現(xiàn)了新構(gòu)造運動中走滑活動的證據(jù)：垂直于遼東1號斷層切取剖面，可見走滑壓扭形成的“花狀構(gòu)造”(圖5a)，該走滑斷層及其“花狀構(gòu)造”一直切割到館陶組和明化鎮(zhèn)組，表明新構(gòu)造運動具有走滑性質(zhì)。通過對遼東1號斷層兩側(cè)館陶組大型砂礫巖體的屬性提取可見，在該砂礫巖體的西南邊緣存在明顯的走滑錯動(圖5b)。根據(jù)參考點對比(圖5b、c)，其錯動距離達4 km，走滑斷距較大。同時，在遼中2號斷層S型走滑轉(zhuǎn)換區(qū)(即遼中北洼陡坡帶)發(fā)育大范圍“右旋右階”走滑拉張構(gòu)造，使遼中北洼漸新世以來的沉降得到了繼承和強化。

圖4 遼中凹陷北部中新統(tǒng)斷裂系統(tǒng)

圖5 遼中凹陷北部晚期走滑構(gòu)造及其斷距分析

2.1.4 遼中凹陷明化鎮(zhèn)組上段與下段之間存在較明顯不整合

地層之間的不整合是構(gòu)造運動的表現(xiàn)形式之一[5,19-21,24]。遼中凹陷北部館陶組沉積之后，在明化鎮(zhèn)組上段和下段之間存在明顯的不整合，這也表明遼中凹陷北部上新世以來存在比較強烈的構(gòu)造運動(圖6)。

圖6 遼中凹陷北部明化鎮(zhèn)組上、下段之間的不整合(剖面位置見圖1)

2.1.5 遼中凹陷北部新近系淺層至海底發(fā)育氣煙囪

渤海渤中地區(qū)普遍發(fā)育“氣煙囪”現(xiàn)象，這表明新構(gòu)造運動至今斷裂的活動及其油氣的運移和逸散[26-27]。三維地震資料分析表明，遼中凹陷北部海底位置亦普遍存在“氣煙囪”現(xiàn)象，即受部分晚期斷裂斷至海底的影響，賦存于深部的天然氣向上發(fā)生逸散，導(dǎo)致局部地層成像模糊不清，這也從側(cè)面印證了晚期斷裂發(fā)育且活動的特征(圖7)。

圖7 遼中凹陷北部淺層氣分布

2.2 晚期構(gòu)造活動機制

渤海灣盆地在中、新生代以來始終處于環(huán)太平洋俯沖方向變化和喜馬拉雅構(gòu)造運動(下文簡稱喜山運動)華北板塊向東擠出的協(xié)調(diào)作用之下，在二者互為消長的共同影響下，遼中凹陷發(fā)生多期裂陷，構(gòu)造運動活躍[18-20,28-31]。通過對明化鎮(zhèn)組斷裂系統(tǒng)的走向分析得到，遼中凹陷和渤中凹陷的新構(gòu)造運動同處于NNW—SSE向的斜向拉分應(yīng)力場中，可能與中新世末期青藏高原發(fā)生的一次快速隆升導(dǎo)致的華北板塊向NE方向擠出和板塊底部地幔“熱積累”后重新上涌溶融、拆沉的共同作用有關(guān)[32-35]。

通過沙箱構(gòu)造模擬實驗的方法，模擬了渤海海域在遼中凹陷NE—SW向和渤中凹陷近E—W向先存斷裂系統(tǒng)的約束下NNE—SSW斜向拉分應(yīng)力場中新構(gòu)造運動的演化過程(圖8)，得到了以下認(rèn)識：

1) 遼中凹陷北部新構(gòu)造運動具有走滑和拉分雙重特征。模擬結(jié)果表明：先存斷裂控制了區(qū)域應(yīng)力釋放的方式，在先存斷裂走向基本垂直于應(yīng)力方向的渤中凹陷主要發(fā)生伸展構(gòu)造；而在先存斷裂走向斜交于應(yīng)力方向的遼中凹陷，伸展構(gòu)造和走滑構(gòu)造均十分發(fā)育。因此，渤中凹陷的沉降和伸展作用強于遼中凹陷，遼中凹陷的走滑作用強于渤中凹陷。

2) 平面上走滑拉分區(qū)為新構(gòu)造運動的活躍區(qū)。模擬實驗中渤中凹陷和遼中北洼分別相當(dāng)于郯廬斷裂渤海段南北的“右旋右階走滑拉分區(qū)”，其水平伸展及垂向斷距最大，因而成為2個新構(gòu)造運動的中心。

3) 遼中凹陷和渤中凹陷的新構(gòu)造運動同時發(fā)生。模擬實驗顯示：雖然遼中凹陷和渤中凹陷的新構(gòu)造運動表現(xiàn)形式有所不同，但由于板塊基底和斷裂的剛性傳遞，其構(gòu)造運動是“等時的”，遼中凹陷必然存在與渤中凹陷新構(gòu)造運動聯(lián)動的同時構(gòu)造響應(yīng)，即遼中凹陷的新構(gòu)造運動。

圖8 渤海斜向拉分的沙箱模擬實驗

3 石油地質(zhì)意義

3.1 新構(gòu)造運動形成大規(guī)模構(gòu)造圈閉

受新構(gòu)造運動的影響，在遼中凹陷北部沿遼東凸起和遼中凹陷走向形成了一系列有利的大規(guī)模圈閉群(圖9)。

1) 凸起披覆背斜和半背斜圈閉。這類圈閉主要發(fā)育于遼東凸起，依附于遼東1號走滑斷裂。新近紀(jì)，遼東灣坳陷整體進入下沉階段，遼中凹陷繼承了東營組沉積時期構(gòu)造運動的右旋走滑拉分應(yīng)力場，走滑強度減弱，但遼中凹陷北部是整個凹陷的構(gòu)造活躍區(qū)，主要表現(xiàn)為遼東凸起和遼中凹陷的邊界斷裂即遼中2號斷裂走滑特征明顯，斷層兩側(cè)地層受擠壓作用影響存在明顯的抬升現(xiàn)象，從而依附于遼東1號走滑斷裂形成了大規(guī)模的背斜、半背斜圈閉群，如錦州23圈閉群，圈閉幅度小、面積大，是油氣運移的長期指向區(qū)，成藏條件較好。

2) 斷塊圈閉。這類圈閉主要發(fā)育于遼中凹陷。新近紀(jì)，遼中凹陷在相對較弱的右旋走滑拉分應(yīng)力場的影響下，形成了一系列呈雁行排列的走滑調(diào)節(jié)斷裂，在這些調(diào)節(jié)斷裂之間形成了一系列具有滾動背景的斷塊型圈閉，如錦州17斷塊圈閉群，圈閉面積大、近油源，是油氣成藏的有利地區(qū)。

3.2 新構(gòu)造運動改善儲蓋組合

新近紀(jì)遼東灣坳陷主要為辮狀河沉積，砂巖百分含量高(>70%)，泥巖蓋層不發(fā)育，難以形成較好的儲蓋組合，而新構(gòu)造運動使遼中凹陷北部成為下遼河坳陷的沉積匯水中心。從遼東灣坳陷明化鎮(zhèn)組和館陶組砂巖百分含量圖(圖10)可以看出，自遼西凹陷往遼中凹陷砂巖百分含量逐漸降低(可達50%以下)，泥巖含量增加，單層泥巖厚度逐漸增大。鉆井揭示，遼中凹陷北部單層泥巖厚度可以達到55 m以上，泥巖的顏色從東西兩側(cè)往北部由灰綠、綠灰色逐漸變?yōu)榛疑?，出現(xiàn)分帶性，說明遼中凹陷北部是明顯的匯水中心。

圖9 遼中凹陷北部T2層圈閉分布

新近紀(jì)遼中凹陷北部成為匯水中心，使得遼中凹陷北部出現(xiàn)多套局部區(qū)域性泥巖蓋層，有效地改善了儲蓋組合(圖11)。其中，儲層主要為低彎度曲流河河道砂巖，單層平均厚度約10 m;蓋層主要為曲流河的河漫泥巖，在明下段底部和館陶組中部還形成了局部區(qū)域性泥巖蓋層，泥巖百分含量高(60%～80%)，泥巖單層厚度為2～30 m。這些泥巖和砂巖形成了良好的儲蓋組合，為油氣大規(guī)模成藏提供了有利條件。

3.3 新構(gòu)造運動有利于油氣垂向輸導(dǎo)

在右旋走滑應(yīng)力場的影響下，明化鎮(zhèn)組沉積時期遼中凹陷北部構(gòu)造活動較為強烈，斷裂發(fā)育，為油氣垂向輸導(dǎo)提供了良好的通道。目前在遼中凹陷北部地區(qū)發(fā)現(xiàn)的油氣藏主要集中于遼東凸起北段，油源來自遼中凹陷，因此遼中2號斷裂成為主要的油氣運移通道。明化鎮(zhèn)組沉積之前，由于較強的右旋走滑作用，遼中2號斷裂斷面較為平直，底部深切基底，頂部斷至東營組頂部地層，平面上連續(xù)；明化鎮(zhèn)組沉積以后，由于構(gòu)造活化，在遼中2號斷裂發(fā)育的基礎(chǔ)上，發(fā)育大量派生斷裂，但由于走滑作用較弱，這些派生斷裂規(guī)模較小且呈NE向雁行排列，在剖面上與早期的遼中2號斷裂呈“Y”字形或“復(fù)Y”字形，共同組成了油氣垂向運移通道(圖12)。

圖10 遼東灣坳陷明化鎮(zhèn)組和館陶組砂巖百分含量分布

圖11 遼中凹陷北部新近系儲蓋組合對比

圖12 遼中凹陷北部淺層油氣成藏模式圖(剖面位置見圖1)

3.4 新構(gòu)造運動為油氣晚期快速成藏主要動力

遼東凸起北段新近系圈閉定型期在上新世晚期，因此油氣成藏期最早為上新世晚期，屬于典型的晚期成藏[1-16]。油氣成藏可分為穩(wěn)態(tài)成藏和非穩(wěn)態(tài)成藏2種類型[36-37]：穩(wěn)態(tài)成藏表現(xiàn)為連續(xù)的油氣充注，但充注效應(yīng)較弱，一般為受古構(gòu)造控制的原生油氣藏；非穩(wěn)態(tài)成藏與晚期構(gòu)造活動或突發(fā)性事件有關(guān)，油氣充注效應(yīng)強，油氣充注表現(xiàn)為多期次。根據(jù)油氣成藏的形成時間來推斷，遼東凸起北段油氣藏屬于非穩(wěn)態(tài)成藏，上新世以來的新構(gòu)造運動是該區(qū)帶多期幕式構(gòu)造運動中最后且對油氣成藏最重要的一幕，是晚期油氣調(diào)整、充注和成藏的主要動力。

4 結(jié)論

在喜山運動的遠程效應(yīng)和坳陷“熱積累”后地幔上涌的共同作用下，遼中北洼處在右旋右階的走滑拉分區(qū)，伸展和走滑構(gòu)造均十分發(fā)育，成為新構(gòu)造運動的活躍區(qū)。在新構(gòu)造運動的作用下，遼中凹陷北部不僅發(fā)育了大規(guī)模的淺層圈閉，而且在新近紀(jì)成為整個遼東灣坳陷的沉積沉降中心，改善了遼中凹陷北部的新近系儲蓋組合。同時，晚期斷裂活動增強，不僅使遼中凹陷北部淺層油氣運移通暢，也為晚期成藏中油氣運移提供了充足的動力。正是由于該區(qū)新構(gòu)造運動強烈，才使遼中北洼淺層勘探獲得了重要突破，也使得遼中凹陷北部淺層將成為遼東灣地區(qū)重要的勘探領(lǐng)域之一。

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(編輯：馮 娜)

Neotectonic movement and its petroleum geology significance in northern Liaozhong sag

Xu Changgui Peng Jingsong Liu Yongjun Liu Yubo Wu Kui

(TianjinBranchofCNOOCLtd.,Tianjin300452,China)

Liaozhong sag is an important hydrocarbon rich sag in Bohai sea, in which a lot of large-middle scale oil and gas fields are discoveried. However, there is no important breakthrough in Neogene exploration in Liaodong depression and it is regarded as an early faulted and early decline basin with inactive neotectonic movement for a long time. Analysis of high resolution 3D seismic and drilling data show that strong neotectonic movement happens and the faults with the characteristics of both stretch and strike-slip structures develop in late stage of northern Liaozhong sag because of the late stage rise in Liaodong uplift. Under the neotectonic movement, large scale traps in the shallow layer develop in northern Liaozhong sag and becomes the center of tectonics and sediment in Neogene Liaodong Bay depression, which improves reservoir-seal assemblage in Neogene northern Liaozhong sag. Moreover, the enhanced late stage faults activity not only offers hydrocarbon migration channels but also driving force for oil and gas migration for the late hydrocarbon accumulation, providing good accumulation conditions in Neogene northern Liaozhong sag. The new recognitions of neotectonic movement and its hydrocarbon accumulation guide some important discoveries in shallow layer in northern Liaozhong sag.

neotectonic movement; late hydrocarbon accumulation; Neogene; northern Liaozhong sag

徐長貴，男，博士，教授級高級工程師，中國海洋石油總公司油氣勘探專家，畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)(北京)，長期從事石油地質(zhì)與勘探工作。地址：天津市塘沽區(qū)609信箱(郵編：300452)。E-mail:xuchg@cnooc.com.cn。

1673-1506(2016)03-0020-11

10.11935/j.issn.1673-1506.2016.03.003

TE121.2

A

2015-11-20 改回日期：2016-02-29

* “十二五”國家科技重大專項“近海大中型油氣田形成條件及勘探技術(shù)(編號：2011ZX05023)”部分研究成果。

徐長貴,彭靖淞,柳永軍，等.遼中凹陷北部新構(gòu)造運動及其石油地質(zhì)意義[J].中國海上油氣，2016,28(3)：20-30.

Xu Changgui,Peng Jingsong,Liu Yongjun,et al.Neotectonic movement and its petroleum geology significance in northern Liaozhong sag[J].China Offshore Oil and Gas,2016,28(3):20-30.