遼中凹陷南洼構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶發(fā)育特征及其對油氣成藏的控制作用

李 強，田曉平，孫風(fēng)濤，來又春，蔡越釬

（中海石油（中國）有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津300459）

構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶是指在構(gòu)造變形中為保持區(qū)域上的應(yīng)變量守恒而產(chǎn)生的調(diào)節(jié)構(gòu)造。構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶最早由DAHLSTROM在研究加拿大落基山地區(qū)擠壓變形中褶皺-逆沖斷層的幾何形態(tài)時提出的［1］。MORLEY等將構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶的概念應(yīng)用于伸展構(gòu)造研究中［2］。近年的油氣勘探實踐發(fā)現(xiàn)，構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶與油氣的富集成藏關(guān)系密切，受到越來越廣泛的關(guān)注。中外學(xué)者針對構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶的類型與特征、成因機制及其對油氣成藏的控制作用開展了相關(guān)研究，并逐漸將構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶的概念外延至走滑構(gòu)造［3-13］。

走滑轉(zhuǎn)換構(gòu)造是指與走滑斷層伴生，或者由于斷層的走滑活動“轉(zhuǎn)換”而形成的壓性、張性、壓扭性或張扭性構(gòu)造。郯廬斷裂帶是中國東部著名的走滑斷裂帶，其渤海海域段的油氣資源豐富，探明儲量約占渤海海域的70%，其中走滑構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶具有較好的油氣發(fā)現(xiàn)，近年來在遼東灣坳陷遼中凹陷南洼發(fā)現(xiàn)的旅大21油田和旅大16油田均位于走滑構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶，證實構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶對油氣的富集成藏具有重要作用。前人對旅大21油田和旅大16油田開展了很多研究工作，主要包括構(gòu)造演化特征［14］、斷裂體系特征［15］、油氣成藏條件和主要控藏因素等方面［16］，但從整體角度探討該區(qū)構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶特征及對油氣成藏的控制作用方面則甚少。為此，筆者從遼中凹陷南洼最近發(fā)現(xiàn)的2個大中型油田出發(fā)，剖析其構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶類型及發(fā)育特征，并從構(gòu)造圈閉、優(yōu)質(zhì)儲層、油氣運移和斷層封堵方面探討構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶對油氣成藏的控制作用，研究成果對遼中凹陷南洼下步的油氣勘探具有一定的借鑒意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

遼東灣坳陷位于渤海海域東北部，為渤海灣盆地下遼河凹陷向渤海海域的延伸部分；其形態(tài)狹長，為在中生界基底之上發(fā)育的新生代坳陷（圖1）。遼東灣坳陷受控于郯廬走滑斷裂帶，由西至東被分割為遼西凹陷、遼西凸起、遼中凹陷、遼東凸起和遼東凹陷，表現(xiàn)為三凹兩凸的構(gòu)造格局。遼中凹陷為遼東灣坳陷的二級構(gòu)造單元，為東斷西超的半地塹斷陷，平面上呈NE—SW向展布［16］。

作為渤海灣盆地的重要組成部分，遼東灣坳陷新生代構(gòu)造演化主要分為5個階段：①初始裂陷階段，為古新世—始新世，距今65.0～38.0 Ma。②裂后熱沉降階段，為漸新世沙二段—沙一段沉積時期，距今38.0～32.8 Ma。③再次裂陷階段，為漸新世東營組沉積時期，距今32.8～24.6 Ma。④中新世拗陷階段，距今24.6～5.3 Ma。⑤上新世新構(gòu)造運動階段，自5.3 Ma以來至今［16］。受控于構(gòu)造演化，遼東灣坳陷新生界主要發(fā)育2套構(gòu)造層序，即古近系斷陷層序和新近系拗陷層序。古近紀(jì)為裂谷發(fā)育的鼎盛期，湖盆發(fā)育，新近紀(jì)湖泊基本消亡，以河流-泛濫平原沉積發(fā)育為特征。遼東灣坳陷遼中凹陷南洼古近系由下至上依次為孔店組、沙河街組和東營組，發(fā)育多套辮狀河三角洲、扇三角洲砂巖，與上覆湖相泥巖形成良好的儲蓋組合；新近系自下而上為館陶組和明化鎮(zhèn)組，為一套辮狀河-曲流河陸源粗碎屑沉積，新近系之上為第四系所覆蓋。

圖1 遼中凹陷南洼區(qū)域構(gòu)造位置Fig.1 Structural location of south subsag of Liaozhong Sag

在遼東灣海域南部遼中凹陷南洼，郯廬斷裂帶從S至N走向由NNE突變?yōu)镹E向，走向的突變導(dǎo)致該區(qū)構(gòu)造活動強烈，并在遼中凹陷南洼發(fā)育中央走滑斷層、旅大16-3斷層、旅大16-21斷層及相應(yīng)的調(diào)節(jié)斷層。3條走滑斷層的彎曲和疊覆形成一系列走滑轉(zhuǎn)換構(gòu)造。近年來在遼中凹陷南洼的構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶發(fā)現(xiàn)了旅大21油田和旅大16油田，其中旅大21油田的主要成藏層位為沙河街組、東營組和館陶組，旅大16油田的主要成藏層位為東營組，且旅大16油田北部、中部和南部油氣成藏具有差異富集的特點?？碧綄嵺`表明，構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶是遼中凹陷南洼油氣勘探的有利場所，在走滑斷層的不同部位發(fā)育不同類型的構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶，進(jìn)而具有不同的發(fā)育特征和油氣富集特點。

2 構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶類型及發(fā)育特征

針對構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶類型的劃分及其發(fā)育特征的刻畫是明確構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶對油氣成藏控制作用的基礎(chǔ)。利用三維地震資料對遼中凹陷南洼進(jìn)行構(gòu)造解釋，并將剖面解釋與平面成圖分析相結(jié)合，以近年新發(fā)現(xiàn)的旅大21油田和旅大16油田為例，從勘探實踐角度，對這2個油田的構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶類型進(jìn)行劃分，并分析其發(fā)育特征。

2.1 構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶類型

先前多根據(jù)局部應(yīng)力場對走滑構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶進(jìn)行劃分，共分為擠壓型和伸展型走滑構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶［9］。目前考慮到斷層對斷塊型油藏的控制作用，首先針對構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶在走滑斷層的位置，劃分為斷邊型、斷間型和斷梢型3大類；再根據(jù)構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶形態(tài)及其與斷層的相互作用將3大類構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶進(jìn)一步細(xì)分，其中斷邊型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶可以劃分為“S”型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶和帚狀構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶，斷間型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶劃分為疊覆型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶、雙重型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶和共軛型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶，斷梢型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶主要為疊瓦扇型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶；最后根據(jù)構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶的局部應(yīng)力特征，將各小類再細(xì)分為增壓型和釋壓型［9］。

2.2 構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶發(fā)育特征

2.2.1 “S”型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶

“S”型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶在旅大21油田和旅大16油田均有發(fā)育。斷邊型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶是指發(fā)育于一條走滑斷層的邊部或一條斷層內(nèi)形成的構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶。由于斷裂兩盤巖性的差異，導(dǎo)致走滑過程中受阻形成局部彎曲段，在彎曲部位產(chǎn)狀發(fā)生變化，并形成“S”型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶［9］。

遼中凹陷南洼發(fā)育的斷裂系統(tǒng)屬于郯廬走滑斷裂帶的一部分，控制研究區(qū)及其伴生構(gòu)造的形成。走滑斷層并非一條直線，而是呈“S”形彎曲。利用三維地震資料開展構(gòu)造解釋工作，并結(jié)合方差切片分析，在旅大21油田識別落實中央走滑斷層，其走向從S至N由NNE突變?yōu)镹E向，長度為40～50 km，傾向為SE向，傾角為70°～80°（圖2）。中央走滑斷層是遼中凹陷南洼的東部控洼斷層，并將旅大21油田分為東、西兩部分；在剖面上與走滑調(diào)節(jié)斷層形成負(fù)花狀構(gòu)造，具有典型的走滑構(gòu)造標(biāo)志；平面上該斷層呈NE向穿過旅大21油田，具有左階“S”型彎曲的特點，而郯廬斷裂自古近紀(jì)以來具有右旋走滑的特征，右旋左階“S”型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶處于擠壓應(yīng)力背景下，在中央走滑斷層的局部彎曲段形成斷邊型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶，即旅大21油田增壓型“S”型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶。

圖2 旅大21油田構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶發(fā)育模式及圈閉展布Fig.2 Development mode of structural transfer zone and traps distribution in LD21 Oilfield

在旅大16油田識別落實旅大16-3斷層和旅大16-21斷層。根據(jù)斷層彎曲和疊覆特征，將旅大16油田分為北部、中部和南部3部分。旅大16-21斷層為遼中凹陷南洼的西部控洼斷層，近SN走向，長度為60～65 km，斷面陡直，略微南傾。其在剖面上與東側(cè)走滑調(diào)節(jié)斷層形成半花狀構(gòu)造，平面上具有右階“S”型彎曲的特點，右旋右階“S”型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶處于伸展應(yīng)力背景下，在旅大16-21斷層的局部彎曲段形成斷邊型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶，即旅大16油田南部釋壓型“S”型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶（圖3）。

圖3 旅大16油田構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶發(fā)育模式及圈閉展布Fig.3 Development mode of structural transfer zone and traps distribution in LD16 Oilfield

旅大16-3斷層位于旅大16-21斷層?xùn)|部，為洼中走滑斷層，近NE走向，長度為20～25 km。在剖面上，斷面直立，控制小型洼陷的形成，東盤發(fā)育反轉(zhuǎn)構(gòu)造；平面上具有左階“S”型彎曲的特點，右旋左階“S”型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶處于擠壓應(yīng)力背景下，在旅大16-3斷層的局部彎曲段形成斷邊型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶，即旅大16油田北部增壓型“S”型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶（圖3）。

2.2.2 疊覆型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶

疊覆型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶發(fā)育于旅大16油田中部，是斷間型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶的一種。斷間型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶是指在2條斷層或多條斷層之間，由于斷層的相互作用而形成的轉(zhuǎn)換帶。若2條或多條走滑斷層首尾疊覆但不搭接的交替排列，在這些走滑斷層之間的過渡區(qū)則形成疊覆型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶［9］。

在旅大16油田中部，旅大16-3斷層和旅大16-21斷層表現(xiàn)為首尾互相疊覆，在這2條走滑斷層之間發(fā)育被調(diào)節(jié)斷層復(fù)雜化的斷塊構(gòu)造。旅大16-3斷層和旅大16-21斷層右階排列，右旋右階“S”型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶處于伸展應(yīng)力背景下，在疊覆區(qū)形成斷間型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶，即旅大16油田中部釋壓型疊覆型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶（圖3）。

轉(zhuǎn)換帶改變了分段斷層的傳遞應(yīng)力，使三維空間應(yīng)變守恒，采用斷層位移-距離法探討旅大16油田中部釋壓型疊覆型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶的變形特征［17］。結(jié)果表明（圖4），從旅大16-3斷層和旅大16-21斷層的發(fā)育特征來看，其位移量從斷層一端至疊覆位置逐漸減小，并最終減小為0，且旅大16-3斷層和旅大16-21斷層沿走向位置的位移總量基本保持一致。

圖4 旅大16油田中部釋壓型疊覆型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶主要斷層沿走向的位移量變化Fig.4 Displacement-distance features along fault strike in central intersecting structural transfer zone of LD16 Oilfield

3 構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶對油氣成藏的控制作用

中外研究結(jié)果表明，構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶與油氣的富集成藏關(guān)系密切，發(fā)現(xiàn)了大量與構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶相關(guān)的油氣田［15-27］。而遼中凹陷南洼的勘探實踐表明，構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶對油氣成藏的控制作用主要表現(xiàn)在對構(gòu)造圈閉形成、優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育、油氣運移過程以及斷層封堵能力等方面。

3.1 控制構(gòu)造圈閉形成

遼中凹陷南洼旅大21油田和旅大16油田發(fā)育的4個構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶的應(yīng)力性質(zhì)和斷層發(fā)育存在差異性，但多類型的構(gòu)造轉(zhuǎn)化帶從應(yīng)力性質(zhì)來看可以分為2種：一種是增壓型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶，包括旅大21油田增壓型“S”型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶和旅大16油田北部增壓型“S”型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶；另一種是釋壓型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶，包括旅大16油田南部釋壓型“S”型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶和中部釋壓型疊覆型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶。

增壓型與釋壓型2類構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶形成的圈閉特征具有明顯的差異性：一是圈閉類型的差異。增壓型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶以擠壓應(yīng)力為主，通常形成背斜、斷背斜和鼻狀構(gòu)造（圖2），而釋壓型構(gòu)造轉(zhuǎn)化帶以張性應(yīng)力為主，通常由于離散作用形成負(fù)地形（圖3）。二是圈閉規(guī)模的差異。例如旅大21油田增壓型“S”型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶，右旋左階“S”型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶處于擠壓應(yīng)力背景下，形成依附于中央走滑斷層的旅大21油田大型半背斜圈閉，最大單塊圈閉面積達(dá)12.5 km2（圖2，表1）；而旅大16油田中部釋壓型疊覆型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶，右旋右階“S”型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶處于伸展應(yīng)力背景下，形成逐級下掉的小型斷塊圈閉，最大單塊圈閉面積為2.3 km2（圖3，表1）；與之毗鄰的南部釋壓型“S”型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶，最大單塊圈閉面積為3.7 km2（圖3，表1）；而北部增壓型“S”型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶與中部釋壓型疊覆型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶的構(gòu)造位置相距較近，但由于應(yīng)力背景不同，處于擠壓應(yīng)力環(huán)境的北部增壓型“S”型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶的最大單塊圈閉面積為7.3 km2（圖3，表1）［15］。

3.2 控制優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育

構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶控制優(yōu)質(zhì)儲層的發(fā)育主要體現(xiàn)在2個方面：一是控制儲層的展布范圍。構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶是運輸物源的重要通道，由于走滑斷層的右旋作用，在走滑調(diào)節(jié)斷層處形成的順向斷槽為良好的輸砂通道。古近紀(jì)東營組沉積時期遼中凹陷南洼郯廬斷裂帶的持續(xù)右旋走滑作用造成源-匯耦合帶不斷向北遷移，形成垂向上由深至淺呈“魚躍式”展布、平面上由南至北疊置展布的砂體發(fā)育模式?；谝陨险J(rèn)識，在旅大16油田東三段的地震剖面上，通過已鉆井標(biāo)定識別出3期呈“魚躍式”疊置展布的扇三角洲-辮狀河三角洲前緣砂體，并鉆探發(fā)現(xiàn)了高豐度油藏，證實該區(qū)“魚躍式”砂體發(fā)育模式的正確性［18］。二是改善儲層的質(zhì)量。郯廬斷裂帶在遼中凹陷南洼從南至北走向發(fā)生變化，構(gòu)造活動強烈，構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶一般均為局部強應(yīng)變帶，應(yīng)變和應(yīng)力釋放強烈，為構(gòu)造裂縫的產(chǎn)生提供了條件；此外斷層的活動也會導(dǎo)致儲層孔隙和裂縫比例的增加，儲集性能變好。旅大16油田東三段發(fā)育的扇三角洲-辮狀河三角洲前緣沉積的巖心分析結(jié)果表明：其平均孔隙度為24.9%，滲透率為156.6 mD，為中孔中滲透儲層；東二段上亞段和東一段發(fā)育的辮狀河三角洲前緣沉積的平均孔隙度為27.7%，滲透率為1 113.0 mD，為高孔高滲透儲層。

3.3 控制油氣運移過程

構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶對油氣運移過程的控制作用主要體現(xiàn)在2個方面：一方面是走滑斷層派生的擠壓應(yīng)力控制走滑轉(zhuǎn)換帶的形成和演化。古近紀(jì)由于走滑斷層的右旋走滑活動和垂向差異升降，斷裂的左階排列和“S”型彎曲形成了各類構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶，特別是增壓型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶，在古近紀(jì)處于構(gòu)造高部位，為油氣運移的低勢區(qū)［14］。東營組沉積時期，在遼中凹陷中央部位沿早期正斷層發(fā)生右旋走滑運動，中央走滑斷層的“S”型彎曲在壓扭構(gòu)造帶形成左階排列的擠壓應(yīng)力場，由于擠壓應(yīng)力作用控制地層發(fā)生反轉(zhuǎn)，形成旅大21反轉(zhuǎn)構(gòu)造，并被遼中富生烴凹陷包圍，長期處于油氣運移的低勢區(qū)。另一方面，由于擠壓應(yīng)力，增壓型走滑構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶的主干斷裂通常并不具有油氣運移作用，但主干斷裂的伴生斷裂卻可以起到較好的油氣運移作用［19-20］。旅大21油田主干斷裂的伴生斷裂斷至新近系，并深入沙河街組烴源巖，其伴生斷裂將東盤分割為多個斷塊，新構(gòu)造運動時期斷層活動，將古近系油藏的油氣調(diào)整至淺層新近系成藏。而在旅大16油田，走滑派生斷層同樣起到較好的油氣運移作用，但不同的是旅大16油田的北部主要受擠壓應(yīng)力作用，而中部和南部主要受伸展應(yīng)力作用，應(yīng)力性質(zhì)的不同導(dǎo)致其油氣成藏層位的差異。在北部擠壓應(yīng)力處，油氣主要在東三段富集；而中部和南部伸展應(yīng)力處，派生斷層更發(fā)育，構(gòu)造活動更強烈，油氣成藏層位更豐富，在東三段、東二段上亞段和東一段均有油氣富集，反映出走滑派生斷層活躍的油氣運移能力。

表1 構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶控圈要素Table1 Elements of traps controlled by structural transfer zone

3.4 控制斷層封堵能力

渤海海域?qū)儆诓澈撑璧氐囊徊糠?，為?fù)雜的陸相斷陷盆地，自古近紀(jì)以來，經(jīng)歷了多期裂陷活動，斷層發(fā)育，也形成大量與斷層相關(guān)的斷塊圈閉，而控圈斷層的封堵性對油氣保存具有重要作用，側(cè)封性也影響油氣富集的豐度［21-27］。旅大21油田和旅大16油田的油氣豐度統(tǒng)計結(jié)果顯示，旅大21油田處于擠壓應(yīng)力背景，斷層主斷面呈擠壓閉合狀態(tài)，擠壓幅度大，旋扭作用強，封閉性好，泥巖涂抹程度高，利于油氣保存，油氣豐度達(dá)900×104t/km2；同樣在旅大16油田，其北部處于擠壓應(yīng)力背景，油氣豐度達(dá)800×104t/km2，而中部和南部處于伸展應(yīng)力背景下，油氣豐度僅為200×104t/km2（表1），表明增壓型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶的斷層封堵性較好，而良好的油氣保存條件利于形成高豐度油氣藏，因此遼中凹陷南洼增壓型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶為有利的油氣勘探領(lǐng)域。

4 結(jié)論

受郯廬走滑斷裂右旋走滑活動的影響，遼中凹陷南洼形成多個構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶。在中央走滑斷層、旅大16-3斷層和旅大16-21斷層的局部彎曲段形成旅大21油田增壓型“S”型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶、旅大16油田北部增壓型“S”型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶和南部釋壓型“S”型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶，在旅大16-3斷層和旅大16-21斷層的疊覆區(qū)形成旅大16油田中部釋壓型疊覆型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶，不同的構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶類型具有不同的發(fā)育特征和油氣富集特點。構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶對油氣成藏具有控制作用，主要表現(xiàn)在：控制圈閉的類型和規(guī)模，增壓型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶以背斜、斷裂背斜和鼻狀構(gòu)造為主，圈閉規(guī)模較大，釋壓型構(gòu)造轉(zhuǎn)化帶以斷塊圈閉為主，圈閉規(guī)模相對較??；控制儲層的展布范圍和改善儲層的質(zhì)量；控制油氣運移過程，增壓型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶在古近紀(jì)處于構(gòu)造高部位，為油氣運移的低勢區(qū)，主干斷裂派生斷層斷至的層位控制油氣成藏的層位；控制斷層封堵能力，擠壓應(yīng)力背景斷層的主斷面呈擠壓閉合狀態(tài)，封閉性好，有利于油氣的保存，油氣豐度高。遼中凹陷南洼增壓型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶為有利的油氣勘探領(lǐng)域。