遼中凹陷南洼走滑伴生構(gòu)造帶發(fā)育特征及控藏作用*

吳 奎 徐長貴 張如才 王冰潔

(中海石油(中國)有限公司天津分公司 天津 300452)

遼中凹陷南洼走滑伴生構(gòu)造帶發(fā)育特征及控藏作用*

吳 奎 徐長貴 張如才 王冰潔

(中海石油(中國)有限公司天津分公司 天津 300452)

利用三維地震資料解釋結(jié)果，結(jié)合勘探實踐，對渤海遼東灣坳陷遼中凹陷南洼走滑伴生構(gòu)造帶的發(fā)育特征及控藏作用進行了分析，揭示了走滑斷層和伴生調(diào)節(jié)斷層與油氣分布的密切關(guān)系。遼中凹陷南洼內(nèi)部依附于北東向的走滑斷層發(fā)育了單斷、雙斷(多斷)和斷尾等3類走滑伴生構(gòu)造帶，每種類型走滑伴生構(gòu)造帶不同位置對應(yīng)形成了擠壓型和伸展型2個亞類，不同類型的走滑伴生構(gòu)造帶具有不同的構(gòu)造發(fā)育特征。遼中凹陷南洼走滑伴生構(gòu)造帶具有明顯的控藏作用，在擠壓應(yīng)力和伸展應(yīng)力的作用下分別形成了斷背斜類和斷塊類圈閉；伴隨著主走滑斷層所形成的調(diào)節(jié)斷層油氣運移活躍，而處于擠壓應(yīng)力環(huán)境下的主走滑控圈斷層閉合程度更高，對油氣側(cè)封起到了主導(dǎo)性的作用，形成了優(yōu)越的保存條件。

走滑伴生構(gòu)造帶；發(fā)育特征；控藏作用；遼中凹陷南洼；渤海

走滑伴生構(gòu)造帶是指在走滑帶內(nèi)部或附近區(qū)域，由于走滑位移而伴生的各種構(gòu)造變形的集合，與為保持區(qū)域應(yīng)變守恒而起調(diào)節(jié)平衡作用的構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶、變換帶或者傳遞帶所起的作用類似[1-6]。走滑伴生構(gòu)造帶是在構(gòu)造變形中為保持區(qū)域上走滑作用產(chǎn)生的縮短量或伸展量守恒而產(chǎn)生的調(diào)節(jié)構(gòu)造，對油氣的富集成藏具有重要作用[1-6]。走滑伴生構(gòu)造帶在走滑斷裂體系中的定義內(nèi)涵與走滑斷層相伴生的各類張性、壓性或張扭性、壓扭性構(gòu)造相關(guān)。

遼東灣坳陷發(fā)育多條北東向大型右旋走滑斷層及調(diào)節(jié)斷層，勘探實踐表明它們與油氣的分布具有密切的關(guān)系，但目前在該區(qū)對于從走滑斷層及其伴生構(gòu)造相結(jié)合的角度開展控藏作用的研究甚少。本文研究區(qū)為遼東灣坳陷遼中凹陷南洼，郯廬斷裂帶整體上呈北東—南西向貫穿整個洼陷區(qū)而形成大型的走滑斷層，并伴生一系列的調(diào)節(jié)斷層，因此，在走滑變形體系內(nèi)針對這類構(gòu)造進行深入分析，探討走滑伴生構(gòu)造帶的發(fā)育特征及對油氣聚集的影響，以期進一步揭示研究區(qū)油氣富集規(guī)律。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

遼東灣坳陷位于渤海東北部海域，是渤海灣盆地下遼河坳陷向海域的延伸部分，呈北東向狹長形態(tài)，南鄰渤中凹陷，西接燕山褶皺帶，東以膠遼隆起為界，是在中生界基底上發(fā)育的新生代坳陷[7]。遼東灣坳陷東西向表現(xiàn)為“三凹兩凸”的構(gòu)造格局，包括遼西凹陷、遼中凹陷和遼東凹陷等負向構(gòu)造單元和分隔凹陷的遼西凸起和遼東凸起等正向構(gòu)造單元。

受貫穿遼中凹陷南洼的郯廬斷裂帶的影響，研究區(qū)在走滑作用體系的影響下右旋走滑伴生構(gòu)造帶發(fā)育，主要有旅大16-21、遼中1號和中央等3個走滑伴生構(gòu)造帶(圖1)，每個走滑伴生構(gòu)造帶的變形特征都與其內(nèi)部多條北東向為主的走滑斷裂相關(guān)。區(qū)內(nèi)古近系自下而上為孔店組(E1-2k)、沙河街組(E2-3s)和東營組(E3d)，發(fā)育多套辮狀河三角洲、扇三角洲沉積體系；新近系包括館陶組(N1g)和明化鎮(zhèn)組(N2m)，為一套辮狀河到曲流河的沉積體系?？碧綄嵺`表明，目前在該區(qū)已發(fā)現(xiàn)的眾多中小型油田和含油構(gòu)造主要圍繞著走滑伴生構(gòu)造帶分布，表明走滑伴生構(gòu)造帶在該區(qū)是油氣勘探的有利場所。

圖1 遼中凹陷南洼構(gòu)造特征

2 走滑伴生構(gòu)造帶類型劃分及發(fā)育特征

2.1 類型劃分

以往對走滑帶內(nèi)伴生構(gòu)造的分類往往依據(jù)擠壓和伸展2種局部應(yīng)力場進行一級劃分?？紤]到斷陷盆地中斷層活動是圈閉形成的首要條件，而斷層活動特征的差異性在很大程度上又取決于斷層部位的不同，所以筆者提出按走滑伴生構(gòu)造帶相對斷層位置關(guān)系進行一級分類，再按照其內(nèi)部作用的應(yīng)力狀態(tài)進行亞類劃分。根據(jù)上述劃分方案，研究區(qū)走滑伴生構(gòu)造帶可以分為單斷、雙斷(多斷)和斷尾等3種類型，每種類型內(nèi)部根據(jù)其局部應(yīng)力場應(yīng)力狀態(tài)的差異又可對應(yīng)形成擠壓型和伸展型2種亞類(圖2)。其中，單斷走滑伴生構(gòu)造帶發(fā)育于主走滑斷層內(nèi)部，主要是由于斷層彎曲導(dǎo)致局部應(yīng)力場的變化而發(fā)生的調(diào)節(jié)變形，其中擠壓型在走滑斷層彎曲段發(fā)育擠壓應(yīng)力環(huán)境，伸展型在走滑斷層彎曲段發(fā)育拉張伸展應(yīng)力環(huán)境(圖2a、b)；雙斷(多斷)走滑伴生構(gòu)造帶發(fā)育在2條或多條走滑斷層之間，主要是由于斷層的側(cè)接、疊置產(chǎn)生的局部應(yīng)力場變化而產(chǎn)生的調(diào)節(jié)變形，在右行左階和左行右階的條件下發(fā)生擠壓調(diào)節(jié)變形，在右行右階和左行左階的條件下發(fā)生伸展調(diào)節(jié)變形(圖2c、d)；斷尾走滑伴生構(gòu)造帶發(fā)育在主走滑斷層的末端，形成了受主斷層尾端效應(yīng)控制產(chǎn)生的局部擠壓或伸展應(yīng)力場，并形成相對應(yīng)的變形調(diào)節(jié)，平面構(gòu)造多呈疊瓦狀和馬尾狀(圖2e、f)。

圖2 遼中凹陷南洼走滑伴生構(gòu)造帶類型劃分及模式

2.2 發(fā)育特征

1) 單斷走滑伴生構(gòu)造帶。單斷走滑伴生構(gòu)造帶在研究區(qū)內(nèi)發(fā)育最為廣泛，只要走滑斷層的走向發(fā)生變化，在其彎曲部位均發(fā)育該類伴生構(gòu)造。遼中凹陷南洼中央大型單斷走滑伴生構(gòu)造帶最為典型，該構(gòu)造帶整體依附于中央走滑斷層形成，主干走滑斷層整體上呈北東向穿過遼中凹陷，在平面上呈“S”形(圖3);主干走滑斷層兩旁形成一系列呈北北東向和近東西向的次級調(diào)節(jié)斷層，延伸長度0.5～6.0 km，斷距相對較小,這些次級斷裂在相互疊置段為傳遞斷層位移的調(diào)節(jié)帶，形成若干個局部構(gòu)造高點。因此，研究區(qū)單斷走滑伴生構(gòu)造帶呈現(xiàn)出沿主干走滑斷裂展布的特征,剖面上主干斷層及次級斷層構(gòu)成“負花狀”構(gòu)造，為走滑構(gòu)造的標志[8]。

圖3 遼中凹陷南洼中央走滑伴生構(gòu)造帶斷層展布和圈閉分布

2) 雙斷(多斷)走滑伴生構(gòu)造帶。雙斷(多斷)走滑伴生構(gòu)造帶包括雙斷(多斷)平行疊置型和雙斷(多斷)平行圍限型2種類型，其中雙斷(多斷)平行疊置型是由2條相鄰走滑斷層平行疊置引起的走滑伴生構(gòu)造帶；而雙斷(多斷)平行圍限型也屬于斷層平行疊置而形成的伴生構(gòu)造，只是構(gòu)造四面均被斷層圍限，且其形狀規(guī)則，呈菱形[9]。在遼中凹陷南洼西側(cè)，圍繞旅大16-21走滑伴生構(gòu)造帶南部主干走滑斷層與其東側(cè)的伴生走滑斷層發(fā)育雙斷平行疊置型走滑伴生構(gòu)造帶，形成了旅大21-1構(gòu)造，該構(gòu)造主干走滑斷層整體呈北東向，延伸長度在研究區(qū)內(nèi)超過40 km，其東側(cè)形成的次級走滑斷層亦呈北東向展布，2條走滑斷層通過近東西向離散轉(zhuǎn)換斷層橫向連接(圖4)，表現(xiàn)為通過硬連接[10]的方式相互發(fā)生作用，說明其走滑作用相對較強，構(gòu)造演化程度相對較高[11]。

3) 斷尾走滑伴生構(gòu)造帶。研究區(qū)北部的旅大16-3南構(gòu)造為一典型的斷尾走滑伴生構(gòu)造帶(圖5)，位于主走滑斷層?xùn)|側(cè)的伴生走滑斷層末端逐漸消亡，而在其旁側(cè)則發(fā)育多條具有拉張應(yīng)力影響的分支斷層，連接至主走滑斷層，規(guī)模相對較小，受主走滑斷層的影響延伸距離也較小，呈帚狀和馬尾狀。

圖4 遼中凹陷南洼旅大21-1構(gòu)造雙斷走滑伴生構(gòu)造帶斷層展布和圈閉分布

圖5 遼中凹陷南洼旅大16-3南構(gòu)造斷尾走滑伴生構(gòu)造帶斷層展布和圈閉分布

3 走滑伴生構(gòu)造帶對油氣成藏的控制作用

國內(nèi)外大量研究表明，與走滑斷層相關(guān)的多種構(gòu)造類型與油氣成藏具有非常密切的關(guān)系[12-14]。遼中凹陷南洼的勘探實踐也證實了走滑伴生構(gòu)造帶對油氣富集的控制作用，據(jù)統(tǒng)計該區(qū)油氣發(fā)現(xiàn)大都與走滑伴生構(gòu)造帶相關(guān)，90%以上的探明儲量與走滑伴生構(gòu)造帶對圈閉、油氣運移和保存條件等成藏因素的影響密切相關(guān)。

3.1 走滑伴生構(gòu)造帶的圈閉效應(yīng)

從圖3～5可以看出，圍繞著走滑斷層發(fā)育大量構(gòu)造圈閉，說明走滑伴生構(gòu)造帶和圈閉形成具有密切關(guān)系。在單斷、雙斷(多斷)和斷尾走滑伴生構(gòu)造帶中，根據(jù)斷層彎曲方向的不同、走滑斷層的性質(zhì)和走滑斷層間的疊置關(guān)系，局部擠壓和局部伸展2種應(yīng)力場接替對偶出現(xiàn)，對應(yīng)形成了擠壓型和伸展型走滑伴生構(gòu)造帶。根據(jù)研究區(qū)地震資料解釋，這2種不同應(yīng)力狀態(tài)的伴生構(gòu)造帶均發(fā)育構(gòu)造圈閉，但整體上看擠壓型走滑伴生構(gòu)造帶的圈閉效應(yīng)更為明顯，主要是因為在擠壓應(yīng)力更為集中的條件下斷塊發(fā)生匯聚作用，這一結(jié)果與McClay[15]根據(jù)自然界中存在的彎曲段的顯著特征建立的擠壓段實驗室物理模型的模擬結(jié)果相一致；而伸展型走滑伴生構(gòu)造帶在拉張部位發(fā)生離散作用，地層因張扭作用而形成張扭性構(gòu)造，多為負地形。例如，對于圖3所示的遼中凹陷南洼中央單斷走滑伴生構(gòu)造帶，在右旋走滑作用下旅大27-2、旅大21-2和旅大22-1南構(gòu)造形成了擠壓型應(yīng)力環(huán)境，圈閉面積合計為37.1 km2，在旅大27-2南和旅大27-1構(gòu)造形成了伸展應(yīng)力環(huán)境，圈閉面積合計為12.6 km2，可見擠壓應(yīng)力環(huán)境下的圈閉面積明顯要大。再例如，圖4所示的遼中凹陷南洼旅大21-1構(gòu)造雙斷走滑伴生構(gòu)造帶也明顯具有這種特征，旅大21-1構(gòu)造在2條走滑斷層中間的擠壓段形成了明顯的圈閉，而在伸展段則形成了負向的構(gòu)造單元。另外，從圖6所示的走滑伴生構(gòu)造帶剖面特征對比也可以看出，旅大21-1構(gòu)造擠壓段地層變形整體收斂，形成一反轉(zhuǎn)構(gòu)造，且規(guī)模較大；而旅大16-3南構(gòu)造在拉張部位形成伸展調(diào)節(jié)斷層，形成斷塊圈閉，剖面上表現(xiàn)為階梯狀。

圖6 遼中凹陷南洼擠壓型(a)和伸展型(b)走滑伴生構(gòu)造帶剖面特征(剖面位置見圖1)

3.2 調(diào)節(jié)斷裂的油氣運移作用

走滑伴生構(gòu)造帶主干走滑斷層及其伴生的調(diào)節(jié)斷層的活動性使得伴生構(gòu)造帶尤其是擠壓型的伴生構(gòu)造帶在地史時期長期處于構(gòu)造高部位，形成油氣運移的低勢區(qū)，在宏觀上控制油氣的運移聚集成藏。同時，走滑伴生構(gòu)造帶內(nèi)部伴隨著主走滑斷層形成的調(diào)節(jié)斷裂更為發(fā)育，且具有張扭性作用，有利于油氣的運移。如遼中凹陷南洼中央走滑伴生構(gòu)造帶的旅大27-2和旅大27-2南構(gòu)造，主走滑斷層兩側(cè)的調(diào)節(jié)斷層在很大程度上強烈促進了烴類垂向輸導(dǎo)(圖3)。位于該走滑伴生構(gòu)造帶南部的LZ-A井東營組砂巖儲層測井解釋為水層或含油水層，但LZ-B井東營組含烴包裹體豐度為13%～31%，砂巖薄片中可以看到孔隙中有明顯的瀝青質(zhì)充填(圖7)。根據(jù)LZ-B井流體包裹體顯微測溫結(jié)果，東營組與油包裹體同期的鹽水包裹體均一溫度具有2期，第1期為70～90 ℃，第2期為90～110 ℃；利用埋藏史圖投影法[16]，在恢復(fù)埋藏史和熱史的基礎(chǔ)上對鹽水包裹體的均一溫度進行投影，均顯示為10 Ma以來成藏，這與渤海海域的新構(gòu)造運動[17-19]在時間上相匹配，說明在新構(gòu)造運動的影響下斷層活化作用導(dǎo)致東營組在稍早時期聚集的原油和烴源巖后來新生成的原油沿斷層向淺層運移，勘探實踐也證實了該區(qū)油氣主要分布在淺層明化鎮(zhèn)組和館陶組。分析認為，這種油氣運移活躍的現(xiàn)象一方面是由于調(diào)節(jié)斷裂與砂體在空間進行有效組合[20]，形成眾多的斷塊圈閉；另一方面調(diào)節(jié)斷裂也可以作為油氣運移通道，對通過油源斷裂進行垂向運移的油氣在走滑伴生構(gòu)造帶內(nèi)部的復(fù)雜圈閉群中進行有效分配，使得斷層斷至的層位均有油藏發(fā)現(xiàn)(圖8)，形成多個斷塊含油的特點。此外，調(diào)節(jié)斷裂也可以溝通深層發(fā)育的砂體，伴隨著油氣運移的活躍，形成有效的油氣輸導(dǎo)“中轉(zhuǎn)站”模式[21]。

圖7 遼中凹陷南洼LZ-B井東營組儲層中的瀝青質(zhì)充填

圖8 遼中凹陷南洼旅大21-2構(gòu)造館陶組油藏剖面(剖面位置見圖1)

3.3 主走滑斷層擠壓部位的油氣保存能力

對于主走滑斷層來講，由于與調(diào)節(jié)斷層所處的應(yīng)力環(huán)境具有差異性，所以油氣的保存能力也存在差別，特別是其擠壓位置由于處于擠壓應(yīng)力場中，斷裂呈閉合狀態(tài)，隨著走滑位移量的增大，其擠壓幅度逐漸變大，斷裂封閉性逐漸增強，并出現(xiàn)旋扭的現(xiàn)象，閉合程度增加，泥巖的涂抹作用也更為強烈。因此，主走滑斷層擠壓部位擠壓作用對保存條件產(chǎn)生的正面影響往往可以抵消其他控制斷層側(cè)封的因素[22-23]對保存條件帶來的負面影響，使主走滑斷層擠壓部位具備了遮擋流體繼續(xù)運移的重要條件，對圈閉成藏起到了決定性的作用。另外，在其他影響側(cè)封能力地質(zhì)因素相同的條件下，相對于伸展型的主走滑斷層控制的圈閉，擠壓型的主走滑斷層控制的圈閉具有更好的側(cè)封條件。如旅大21-2構(gòu)造單斷走滑伴生構(gòu)造帶淺層館陶組厚層砂體發(fā)育，從主走滑斷層兩側(cè)巖性對接圖上可以看到斷層兩盤在構(gòu)造高部位出現(xiàn)明顯的砂-砂對接現(xiàn)象(圖9)，但由于該段主走滑斷層處于擠壓型的應(yīng)力環(huán)境中，斷層對油藏具有明顯的側(cè)封作用，其控制的油柱高度達到100 m以上。

圖9 遼中凹陷南洼旅大21-2構(gòu)造主走滑斷層高部位巖性對接

4 結(jié)論

1) 郯廬斷裂帶走滑斷層貫穿遼中凹陷南洼，并伴生一系列調(diào)節(jié)斷層，使得該區(qū)發(fā)育了單斷、雙斷(多斷)和斷尾等3類走滑伴生構(gòu)造帶，每種類型走滑伴生構(gòu)造帶不同位置對應(yīng)形成了擠壓型和伸展型2個亞類,不同類型走滑伴生構(gòu)造帶具有不同的構(gòu)造發(fā)育特征。

2) 走滑伴生構(gòu)造帶對遼中凹陷南洼油氣成藏具有明顯的控制作用，主要體現(xiàn)為：走滑伴生構(gòu)造帶在擠壓應(yīng)力和伸展應(yīng)力的作用下分別形成了大規(guī)模的斷背斜和斷塊類圈閉；走滑伴生構(gòu)造帶內(nèi)部調(diào)節(jié)斷層更為發(fā)育，主要處于伸展應(yīng)力環(huán)境中，形成了有利的輸導(dǎo)通道，使得油氣運移活躍，對油氣在不同斷塊的分配作用更加明顯；處于擠壓應(yīng)力環(huán)境中的主走滑斷層控制形成的圈閉，其閉合程度更高，對油氣側(cè)封起到了主導(dǎo)性的作用，表現(xiàn)出了優(yōu)越的保存條件，有利于油氣的聚集。

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(編輯：張喜林)

Developmental characteristics and hydrocarbon accumulation controlling of strike-slip associated structure zone in southern Liaozhong sag

Wu Kui Xu Changgui Zhang Rucai Wang Bingjie

(TianjinBranchofCNOOCLtd.,Tianjin300452,China)

Structural characteristics of strike-slip associated structure zone and its control on hydrocarbon accumulation are analyzed using the 3D seismic data interpretation and exploration practice in southern Liaozhong sag, Liaodong bay depression, and the close relationship between strike-slip fault and its associated regulative fault and hydrocarbon distribution is revealed. On the NE strike-slip fault in southern Liaozhong sag, such three types of strike-slip associated structure zones as single strike-slip fault, double (multi-) strike-slip faults and end fault develop with different structure development characteristics, and each type of strike-slip associated structure zone corresponds to the formation of 2 subtypes of compression and extension in different positions. Strike-slip associated structure zone in southern Liaozhong sag has a significant control on hydrocarbon accumulation, and the anticlines and fault-block traps are respectively formed under compressional stress and extensional stress. Oil and gas migration is active in the regulative faults formed along the main strike-slip faults, and the main strike-slip trap-control faults under compressional stress have a higher degree of closure, which plays a dominant role on side seal of oil and gas, and produces superior preservation condition.

strike-slip associated structure zone; development characteristics; hydrocarbon accumulation controlling; southern Liaozhong sag; Bohai sea

吳奎，男，高級工程師，主要從事油氣勘探綜合研究工作。地址：天津市塘沽區(qū)閘北路1號609信箱(郵編：300452)。E-mail：wukui@cnooc.com.cn。

1673-1506(2016)03-0050-07

10.11935/j.issn.1673-1506.2016.03.007

TE121.2

A

2015-11-26 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與分布(編號：2011ZX05023-006)”部分研究成果。

吳奎,徐長貴,張如才，等.遼中凹陷南洼走滑伴生構(gòu)造帶發(fā)育特征及控藏作用[J].中國海上油氣，2016,28(3)：50-56.

Wu Kui,Xu Changgui,Zhang Rucai,et al.Developmental characteristics and hydrocarbon accumulation controlling of strike-slip associated structure zone in southern Liaozhong sag[J].China Offshore Oil and Gas,2016,28(3):50-56.