濟(jì)陽坳陷長堤地區(qū)走滑構(gòu)造特征及對(duì)油氣聚集的控制作用

程燕君，吳智平，張 杰

（中國石油大學(xué)（華東）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島 266580）

走滑斷層并不是一條平直的斷層，在其彎曲和疊置部位往往派生出局部拉張或擠壓應(yīng)力，因此其對(duì)油氣的運(yùn)移和封堵具有雙重效應(yīng)，導(dǎo)致在走滑斷層附近油氣成藏復(fù)雜化，增加了勘探的難度。前人研究認(rèn)為長堤地區(qū)主要以伸展構(gòu)造為主［1-5］，而近年來越來越多的研究成果表明，該區(qū)受走滑作用影響明顯，其中以NNE 向走滑構(gòu)造為主，且伴生大量NE向以及近EW 向次級(jí)斷層，復(fù)雜的構(gòu)造條件對(duì)長堤地區(qū)油氣成藏與分布有著重要的影響［1-5］。根據(jù)目前勘探情況可知，長堤低凸起油氣主要聚集于淺層，潛山油氣不發(fā)育；就淺層而言，油氣主要集中分布于長堤走滑斷裂帶中部，南部和北部油氣分布相對(duì)較少。結(jié)合前人的研究成果，筆者進(jìn)一步對(duì)長堤地區(qū)走滑構(gòu)造對(duì)油氣聚集的控制作用進(jìn)行研究，探討造成油氣差異富集的原因，以期為該區(qū)今后的油氣勘探提供借鑒。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

長堤地區(qū)位于濟(jì)陽坳陷沾化凹陷東北部，主要包括長堤低凸起及其周緣洼陷。凸起北部和東部以緩坡帶伸入黃河口凹陷，東南部以孤東斷層與孤東低凸起相隔，南部與孤南洼陷相接，西部以長堤斷層分隔，與孤北洼陷、樁西洼陷相鄰（圖1a）［6-7］。長堤斷層和與其相鄰的孤東、墾東斷層在黃河口凹陷均可以找到與之相對(duì)應(yīng)的郯廬斷裂帶分支斷層，且整體表現(xiàn)為NNE 向展布，由此可知長堤斷層的形成與郯廬斷裂帶新生代右旋走滑應(yīng)力場有關(guān)（圖1b）。其中長堤低凸起的形成主要受西界長堤邊界斷層的控制，低凸起上為披覆于中生界基底之上的新生界［2］，從下至上主要發(fā)育東營組、館陶組和明化鎮(zhèn)組，部分地區(qū)發(fā)育沙河街組一段和二段，低凸起整體表現(xiàn)為南高北低、西陡東緩的構(gòu)造形態(tài)。

長堤斷層不僅控制著長堤地區(qū)的構(gòu)造形態(tài)，而且對(duì)其油氣聚集與成藏具有重要的影響［1-3，7-11］。從圖1b可知，長堤地區(qū)油氣藏主要分布在由長堤斷層所控制形成的孤北洼陷深部和長堤低凸起淺部，且長堤斷層中部油氣比較聚集，兩端相對(duì)較少，這均與長堤地區(qū)復(fù)雜的構(gòu)造特征密切相關(guān)。

2 構(gòu)造特征

長堤斷層為研究區(qū)主要的控制斷層，同時(shí)伴生大量的NE 向以及近EW 向次級(jí)斷層。受郯廬斷裂帶不同地質(zhì)歷史時(shí)期活動(dòng)的影響，長堤地區(qū)新生代以來經(jīng)歷了多個(gè)階段的構(gòu)造演化，且內(nèi)部各構(gòu)造單元的構(gòu)造演化具有明顯差異。正是由于這種差異性，使得長堤斷層并非是一條單一的斷層，而是在不同構(gòu)造層由不同方向、不同性質(zhì)的多組斷層組成，所以嚴(yán)格意義上說，長堤斷層應(yīng)稱為長堤斷裂帶［10］。因此，對(duì)長堤地區(qū)構(gòu)造發(fā)育特征的研究應(yīng)以長堤斷裂帶為主。

2.1 平面發(fā)育特征

圖1 長堤地區(qū)區(qū)域構(gòu)造位置及油藏分布Fig.1 Tectonic framework and hydrocarbon accumulation in Changdi area

由于長堤斷裂帶受不同地質(zhì)歷史時(shí)期、不同性質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)的影響，不同區(qū)段斷裂帶性質(zhì)以及剖面結(jié)構(gòu)存在明顯的差異，因此將其分為北段、中段和南段3個(gè)部分進(jìn)行分析。在新生代受郯廬斷裂帶右旋走滑應(yīng)力場作用，平面上長堤斷裂帶北段和南段為“S”型走滑釋壓彎曲段，斷裂帶性質(zhì)表現(xiàn)為走滑拉張作用，走滑斷裂兩側(cè)斷塊在此離散，地層因張扭作用而形成張扭性構(gòu)造；中段為“S”型走滑增壓彎曲段，走滑斷裂兩側(cè)斷塊在此匯聚，地層因壓扭作用而拱升形成壓扭性構(gòu)造［12］（圖2）。

2.2 剖面發(fā)育特征

對(duì)長堤斷裂帶不同區(qū)段、不同性質(zhì)斷裂剖面進(jìn)行分析，斷裂帶北段和南段剖面（圖3a，3b）顯示，其主斷面陡立，向下切割新生界基底，向上切割至明化鎮(zhèn)組，傾向?yàn)镹W 向，深部主斷面兩側(cè)地層較平緩，未發(fā)現(xiàn)明顯擠壓現(xiàn)象，且下降盤斷層落差較大，表現(xiàn)為單一鏟式正斷層；淺部地層次級(jí)斷裂發(fā)育，與主斷層組合形成多級(jí)“Y”字形或似花狀構(gòu)造，表現(xiàn)為明顯的走滑性質(zhì)，這些現(xiàn)象與“S”型走滑拉張作用相吻合，為釋壓彎曲段。斷裂帶中段剖面（圖3c）顯示，其主斷面相對(duì)于北段和南段更加直立，傾向?yàn)镹W 向，深部主斷面與中生代形成的五號(hào)樁斷層相接，存在明顯的轉(zhuǎn)換關(guān)系，斷層兩側(cè)地層發(fā)生彎曲，斷面緊閉，存在明顯的擠壓現(xiàn)象；淺部地層次級(jí)斷裂較發(fā)育，且斷面直立，剖面上與主斷面?zhèn)攘衅叫姓共?，表現(xiàn)為明顯的走滑性質(zhì)，這種現(xiàn)象與“S”型走滑擠壓作用相吻合，為增壓彎曲段。

2.3 斷裂演化過程

圖2 新生代長堤斷層增壓、釋壓發(fā)育模式Fig.2 Cenozoic fault developing modes of Changdi fault during pressure increasing and pressure releasing processes

圖3 長堤斷層不同區(qū)段地震剖面Fig.3 Seismic profiles for different sections of Changdi fault

針對(duì)走滑斷裂彎曲派生的張扭和壓扭構(gòu)造，前人進(jìn)行了物理模擬實(shí)驗(yàn)［13］，該實(shí)驗(yàn)與長堤斷層右旋走滑運(yùn)動(dòng)方式相吻合。結(jié)果顯示：在右旋走滑作用下，隨著主斷層走滑位移量的增加，“S”型走滑斷裂中間彎曲段受擠壓作用，斷面緊閉表現(xiàn)為壓扭性，而南北兩端表現(xiàn)為張扭性；此外，在主走滑斷面附近派生次級(jí)斷裂體系（圖4）。

在新生代不同時(shí)期活動(dòng)的斷裂的分布特征反映出長堤地區(qū)斷裂體系發(fā)育具有明顯的時(shí)空差異性。

孔店組—沙四段沉積時(shí)期長堤地區(qū)主要受郯廬斷裂帶左旋走滑運(yùn)動(dòng)影響［14-15］，西部邊界主干斷層以五號(hào)樁斷層NW 向左旋走滑拉張性質(zhì)為主，表現(xiàn)為斷距較大的正斷層。此時(shí)長堤斷層開始形成，區(qū)域內(nèi)開始發(fā)育NE 以及EW 向次級(jí)斷層，數(shù)量較少，與主干斷層斜交，主要集中在長堤低凸起北部和南部地區(qū)，中部地區(qū)相對(duì)較少（圖5a）。

圖4 長堤地區(qū)右旋走滑物理模擬實(shí)驗(yàn)Fig.4 Physical simulation experiment of dextral strike slip in Changdi area

沙三段—東營組沉積時(shí)期郯廬斷裂帶由左旋走滑變?yōu)橛倚呋?4-15］，長堤斷層開始繼承改造NW 向五號(hào)樁斷層，表現(xiàn)為NNE 向右旋走滑斷層。在平面上，長堤主斷裂呈“S”型展布，沙三段沉積時(shí)期斷面連續(xù)，且長堤低凸起上次級(jí)斷層發(fā)育較少；至沙二段和沙一段沉積時(shí)期，長堤斷層活動(dòng)強(qiáng)度開始減弱，長堤主斷裂面開始不連續(xù)，表現(xiàn)為由2 條NNE 向次級(jí)斷層左階側(cè)列組成，且長堤低凸起上NE 以及近EW 向次級(jí)斷層有所增加；至東營組沉積時(shí)期，斷層活動(dòng)強(qiáng)度進(jìn)一步減弱，同時(shí)長堤斷層北部和南部由于走滑拉張作用，斷面連續(xù)性降低，由多條NNE 向次級(jí)斷層左階雁列組成，中部斷層由于受走滑擠壓作用，斷面緊閉且連續(xù)性較好，為單一次級(jí)斷層，此時(shí)長堤低凸起次級(jí)斷層發(fā)育特征與沙三段、沙二段和沙一段沉積時(shí)期相似，但次級(jí)斷層總體數(shù)量明顯增加（圖5b—5d）。

館陶組—明化鎮(zhèn)組沉積時(shí)期長堤斷層活動(dòng)強(qiáng)度明顯減弱，到后期逐漸停止活動(dòng)。主斷面北部和南部次級(jí)斷層有所減少，斷裂規(guī)模明顯減小，由一系列小的次級(jí)斷層左階雁列組成，但由于北部斷層活動(dòng)性強(qiáng)于南部，因此北部次級(jí)斷層更為發(fā)育；中部斷層連續(xù)性依然較好，走滑強(qiáng)度減弱，相比于東營組沉積時(shí)期長堤低凸起次級(jí)斷層有所減少，斷裂主要集中分布于長堤主斷層的南部和北部，中部相對(duì)較少（圖5e）。

3 走滑活動(dòng)對(duì)油氣聚集的控制作用

長堤地區(qū)油氣儲(chǔ)量十分豐富，目前已探明油氣總量可達(dá)3 585.23×104t［1-4，8-9，16-20］。長堤低凸起的油氣主要在新近系淺層聚集成藏，而相鄰孤北洼陷油氣主要富集于古近系，新近系淺層未成藏［21-23］。長堤地區(qū)淺層油氣成藏區(qū)主要位于長堤低凸起中段，北段和南段油氣分布相對(duì)較少。整體而言，長堤地區(qū)油氣分布存在明顯的時(shí)空差異性，而對(duì)于這種差異性的成因機(jī)制前人還未做出明確的研究，因此筆者結(jié)合研究區(qū)走滑構(gòu)造特征，對(duì)其油氣聚集的控制作用進(jìn)行分析。

圖5 長堤地區(qū)新生代不同時(shí)期活動(dòng)斷裂分布Fig.5 Distribution of active faults in Changdi area in different stages of Cenozoic

根據(jù)對(duì)長堤潛山帶油氣分布規(guī)律及走滑斷裂帶構(gòu)造特征的綜合分析可知，長堤走滑斷裂帶為研究區(qū)主要的油氣運(yùn)移通道，其斷裂帶的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)對(duì)長堤地區(qū)的油氣運(yùn)聚和成藏起到重要的控制作用。長堤走滑斷裂帶在長堤低凸起中段為“S”型走滑斷層彎曲段，斷面緊閉，分隔性強(qiáng)，深洼區(qū)的油氣被斷層阻隔，未能穿過斷層運(yùn)移至長堤和孤東潛山成藏，而是在斷層西側(cè)孤北洼陷的陡坡帶成藏（圖6），這也就是目前在長堤、孤東、墾東潛山未發(fā)現(xiàn)大規(guī)模潛山油氣藏的主要原因；至淺層該類斷層分割性減弱，通過砂體和拉張斷層運(yùn)移至淺層的油氣會(huì)沿著該類斷層繼續(xù)運(yùn)移并成藏。此外，由于長堤地區(qū)南高北低的構(gòu)造形態(tài)，使得長堤低凸起東北部樁東凹陷的油氣可以沿著斜坡帶的不整合面以及儲(chǔ)集砂體進(jìn)行橫向運(yùn)移，最終在淺部層系圈閉中聚集成藏。

長堤走滑斷裂帶南段和北段為長堤地區(qū)油氣貧瘠區(qū)。長堤走滑斷裂帶在長堤低凸起南段和北段為“S”型走滑釋壓彎曲段，斷面開啟，孤北洼陷生成的油氣一部分沿著長堤斷裂帶南段和北段垂向運(yùn)移，最終在地表逸散，使得南部和北部地區(qū)次級(jí)斷層的側(cè)向封堵性較差，油氣難以聚集成藏；另一部分來自樁東凹陷的油氣沿著長堤低凸起北側(cè)斜坡帶的不整合面和儲(chǔ)集砂體向長堤低凸起中段構(gòu)造高部位圈閉中運(yùn)移，而北段和南段由于地勢(shì)較低而難以聚集油氣。

4 走滑增壓彎曲段油氣成藏模式

基于上述研究，筆者總結(jié)出長堤地區(qū)走滑及派生構(gòu)造對(duì)油氣成藏的控制模式，由于油氣主要在長堤低凸起中段成藏，而南段和北段成藏較少，因此建立長堤斷裂帶中段油氣成藏模式為走滑增壓彎曲油氣成藏模式。長堤地區(qū)增壓彎曲段由長堤斷層右旋彎曲走滑作用所產(chǎn)生，該斷層平面上表現(xiàn)為一條“S”型斷層，中間彎曲段增壓；剖面上表現(xiàn)為地層向上拱張，斷面緊閉，傾角較大，對(duì)油氣起到良好的分割和封堵作用，因此油氣未能運(yùn)移至潛山成藏；此外，淺部次級(jí)斷層發(fā)育，對(duì)淺部油氣聚集成藏起到了關(guān)鍵的控制作用（圖7）。具體而言，長堤地區(qū)走滑增壓彎曲段油氣成藏模式為：①淺層成藏。長堤斷層斷面緊閉，斷層分割性強(qiáng)，少量油氣沿著該斷層運(yùn)移，大部分來自于孤北洼陷油氣沿著派生的NE 向斷層運(yùn)移至淺層成藏，同時(shí)樁東凹陷的油氣沿著緩坡帶運(yùn)移至長堤地區(qū)淺層成藏。②雙源、多層系供烴。長堤地區(qū)向西通過長堤斷層和孤北洼陷相連，向東以緩坡伸入樁東凹陷，兩側(cè)凹陷（洼陷）均可向研究區(qū)供烴，油源條件較好，目前沙河街組烴源巖為主力烴源巖層系。③復(fù)式輸導(dǎo)體系。長堤地區(qū)西部主要是以派生的NE 向正斷層以及砂體作為主要的輸導(dǎo)體系進(jìn)行垂向輸導(dǎo)，生排烴期斷裂活動(dòng)，有利于油氣向淺層輸導(dǎo)，而東部以不整合面和連通砂體為主要的輸導(dǎo)體系進(jìn)行側(cè)向輸導(dǎo)。

5 結(jié)論

圖6 長堤地區(qū)油藏剖面示意Fig.6 Hydrocarbon accumulation framework of Changdi area

圖7 長堤地區(qū)走滑增壓彎曲段油氣成藏模式Fig.7 Hydrocarbon accumulation mode for strike-slip pressurization flexure in Changdi area

長堤斷裂帶由于受不同地質(zhì)歷史時(shí)期、不同性質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)的影響，不同區(qū)段斷裂帶構(gòu)造特征存在明顯的差異性。長堤斷裂帶具有明顯的走滑特征，同時(shí)由于斷層彎曲，不同區(qū)段應(yīng)力具有明顯的差異。長堤走滑斷裂帶中段為“S”型走滑增壓彎曲段，地層受走滑擠壓表現(xiàn)為隆升，形成有利于油氣聚集的小型背斜和斷鼻構(gòu)造，且次級(jí)斷層發(fā)育，孤北洼陷的油氣可以沿著派生的NE 向次級(jí)斷層運(yùn)移至淺層成藏，同時(shí)樁東凹陷的油氣沿著緩坡帶運(yùn)移至長堤地區(qū)淺層成藏。南段和北段為“S”型走滑釋壓彎曲段，地層受走滑拉張表現(xiàn)為斷陷，且次級(jí)斷層側(cè)向封堵性較差，使得油氣沿?cái)鄬酉蛏线\(yùn)移，最終在上部地層中逸散，難以成藏。該研究成果對(duì)濟(jì)陽坳陷乃至渤海灣盆地走滑斷層“S”型彎曲段的油氣成藏研究具有重要的借鑒意義，目前在渤海遼東灣地區(qū)發(fā)育多個(gè)“S”型走滑彎曲段，以遼東低凸起地區(qū)為例，其為典型的“S”型走滑增壓彎曲段，并發(fā)現(xiàn)了大量的油氣。長堤走滑斷裂帶中段屬于走滑增壓彎曲段油氣成藏模式，具有淺層成藏，雙源、多層系供烴和復(fù)式輸導(dǎo)體系3個(gè)成藏特征。通過分析和研究長堤地區(qū)走滑構(gòu)造特征及其對(duì)油氣聚集的控制作用及成藏模式，可以為進(jìn)一步提高油氣勘探開發(fā)效益提供保障。