東營凹陷高青—平南走滑斷裂特征解析

李繼巖

(中國石化勝利油田分公司，山東 東營 257000)

0 引 言

東營凹陷是渤海灣盆地中油氣最為富集的凹陷之一。隨著油氣資源的逐年銳減，盆地探邊與深層挖潛成為目前油氣勘探研究的熱點，而斷裂構(gòu)造屬性的準確認識又是含油氣盆地研究的關(guān)鍵所在。走滑構(gòu)造一直是地質(zhì)勘探中研究的重點和難點，尤其是處于覆蓋區(qū)的小型走滑構(gòu)造更是如此[1-5]。高青—平南斷裂位于渤海灣盆地東營凹陷西南部，是一條長期活動的繼承性邊界主斷裂，該斷裂不僅控制了下降盤博興洼陷的構(gòu)造演化與地層結(jié)構(gòu)，而且影響了上升盤青城凸起、平南潛山、平方王潛山的形成與演化。近年來，高青—平南斷裂的研究多集中在對幔源氣體的輸導(dǎo)作用方面[6-12]，缺少對斷裂本身的構(gòu)造特征進行系統(tǒng)分析。該文利用地震、野外地質(zhì)考察等多種資料，深入剖析了高青—平南斷裂的構(gòu)造屬性，明確了其成因機制及其油氣地質(zhì)意義，從而為濟陽坳陷乃至渤海灣盆地走滑構(gòu)造體系研究提供可借鑒依據(jù)。

1 走滑斷裂的構(gòu)造樣式特征

不同構(gòu)造部位的斷裂剖面特征存在明顯差異(圖1)，L1測點附近近EW走向的高青—平南斷裂呈上陡下緩的鏟式形態(tài)，古近系斷面傾角約為45～55 °，最大落差為1 250 m；高青—平南斷裂中段L5測點附近斷面近乎直立，古近系斷面為65～80 °，最大落差為2 200 m，淺部層系發(fā)育“似花狀”構(gòu)造，說明高青—平南斷裂中段具有走滑的性質(zhì)；在斷裂東段L8附近斷面轉(zhuǎn)為鏟式形態(tài)，但古近系斷面傾角顯著增大，為40～70 °，最大斷層落差為2 100 m。平面上，高青—平南斷裂平面上呈“S”型展布[5]，在斷裂中段北部發(fā)育多條次級斷裂與主斷裂呈小角度相交，構(gòu)成“帚狀”斷裂體系，這些次級斷裂為走滑作用下派生的正斷裂，高青—平南斷裂中段發(fā)育的帚狀構(gòu)造樣式，與古近系區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場派生正斷裂的方向是完全一致的。

圖1 不同構(gòu)造部位高青—平南斷裂剖面形態(tài)

2 走滑斷裂的沉積地層變化響應(yīng)特征

走滑-拉張斷裂的典型特征是拉張分量大于走滑分量，與其相關(guān)的沉積作用也比較特殊。關(guān)于走滑斷陷盆地形成的沉積作用已有詳盡的研究[13-19]，其具有如下典型的特征：走滑斷陷盆地具有相對較高的沉積速率，其沉積巖相帶常發(fā)生突變，相應(yīng)的沉積層序也呈現(xiàn)迅速變化；另外，走滑斷陷盆地沿著主干斷裂帶可發(fā)育礫巖、角礫巖等邊緣相的粗碎屑物質(zhì)，形成狹長的條帶，受斷裂走滑分量的變化影響，沉積物沿著盆地軸向搬運，形成多期的沉積中心變化與遷移。由于走滑運動所伴生的盆地沉積中心遷移與控盆走滑斷裂的運動方向相反，后期沉積物向沉積中心形成“地層疊瓦”狀分布的特征。

博興洼陷在古近紀裂陷伸展作用下發(fā)育了多期充填，高青—平南邊界斷裂活動的差異造成了古近系各組段沉積厚度、沉降中心及沉積物充填等存在明顯差別。根據(jù)地震剖面、巖心、鉆井、測井等數(shù)據(jù)，對博興洼陷西部古近系地層進行劃分對比，分別統(tǒng)計出Es4、Es3、Es2、Es1、Ed的地層厚度，在此基礎(chǔ)上編制了不同沉積期的地層等厚圖(圖2)，研究高青—平南斷裂控制下博興洼陷古近紀不同沉積期古地貌特征及其相應(yīng)的沉積充填規(guī)律。

沙四段沉積時期，博興洼陷的構(gòu)造格局表現(xiàn)為“兩洼一凸”(圖2a)，南部的沉積中心較大，G22井與G81井之間地層沉積厚度最大，為350 m，2個沉積中心之間發(fā)育一個NEE向的橫向低突起。沙三段沉積時期，構(gòu)造格局同樣表現(xiàn)為“兩洼一凸”(圖2b)，湖盆范圍比沙四斷段沉積期有所擴大，沉積厚度明顯變厚，沉積中心發(fā)生了明顯的向北遷移，F(xiàn)12井附近的2個最大的沉積中心厚度為850 m，北部T21井區(qū)相對較小的沉積中心厚度為550 m，F(xiàn)119井和T21井之間形成較大的呈EW走向的凸起。沙二段沉積時期，基本繼承了沙三段沉積期的構(gòu)造格局(圖2c)，古地貌特征變化不大，博興洼陷的沉積中心相對穩(wěn)定，遷移的距離也較小，最大的沉積中心由沙三段沉積期的F119井區(qū)南部向北移動，范圍略有擴大，2個沉積中心之間的橫向低凸起呈SE向延伸。沙一段沉積時期，構(gòu)造格局、地層厚度、沉積中心發(fā)生明顯變化，由原來的2個演化為3個相對獨立的沉積中心，其中最大的沉積中心由沙二段沉積時期的F119井區(qū)向北遷移至T21井區(qū)附近，同時，在南部發(fā)育2個次級沉積中心，厚度均為250 m，3個沉積中心之間形成2個橫向低突起，形成“三洼兩突”的古地貌特征(圖2d)。東營組沉積時期，北部較大的沉積中心消亡，而南部的G22井區(qū)與G7井區(qū)附近的2個沉降沉積中心繼承性發(fā)育，兩者之間在F13井區(qū)附近形成一個SE向的水下橫向低凸起(圖2e)。

圖2 博興洼陷不同時期沉積中心遷移演化過程

由圖2可知，博興洼陷在古近紀沙四段至東營組沉積期發(fā)生過多期次沉積沉降中心向北遷移的演化，其中，沙四段沉積時期至沙二段沉積時期向北遷移距離比較大，而沙一段至東營組沉積時期遷移不明顯。沉積中心呈現(xiàn)“螺旋式”上升的堆砌方式由南向北遷移的規(guī)律性變化(圖2f)，反映了伴隨著高青—平南斷裂右旋伸展走滑過程。依高青—平南斷層上盤高7井為參照物，古近系高青—平南斷層至少走滑了5 km。

3 相鄰的區(qū)域走滑斷裂證據(jù)

研究區(qū)南部魯西隆起發(fā)育2條大型斷裂帶，一條是近SN向的磁村斷裂帶，另一條是文祖—白橋斷裂帶；兩者向東南延伸交于萊蕪斷裂之上。其中，具有左行走滑的文祖—白橋斷裂帶延伸至惠民凹陷內(nèi)已有定論[8]。對磁村斷裂進行野外踏勘，考察該斷裂的性質(zhì)及其發(fā)育規(guī)模(圖3)。

由圖3可知，沿大峪口村追蹤磁村斷層至桃園村處，斷裂帶寬度僅為0.4 m；在其東部相隔150 m處新發(fā)育EW向的斷裂帶，延伸只有400 m，斷裂帶較窄，灰白色斷層泥內(nèi)部發(fā)育橢圓狀角礫巖，其中斷裂上盤為奧陶系。向東300 m處發(fā)育斷面較陡的SN向斷裂，斷面光滑且斷層內(nèi)部形成粉末狀灰白色斷層泥(圖3a)。觀察點最東部的斷裂為大峪口村觀測的斷裂向北的延伸，斷裂規(guī)模有所減小。到達博山區(qū)磁村鎮(zhèn)北附近，在侏羅系—白堊系地層中發(fā)現(xiàn)一條NE向展布的斷裂，傾向為SSE，斷層帶寬約為1.1 m，最大斷距為1.7 m，斷裂帶內(nèi)充填物較為疏松，內(nèi)部見有明顯的棱角狀斷層角礫巖及紫紅色的泥巖(圖3b)。發(fā)育在石炭系—二疊系界面附近的走滑斷裂也有所減小，斷裂帶寬僅有0.5 m。因此，NE向斷裂為走滑斷裂派生的局部張性斷裂。周村再向北，磁村斷裂受疏松的侏羅系—白堊系砂巖覆蓋的影響，基本找不到明顯的斷裂面。磁村斷裂帶由多條次級走滑斷裂組成，形成“辮子狀”的斷裂帶，走滑強度由南向北逐漸減弱。

圖3 磁村斷裂帶區(qū)域位置及野外地質(zhì)剖面

4 走滑斷裂的成因機制及其油氣地質(zhì)意義

由高青—平南斷裂特征及磁村斷裂野外地質(zhì)資料可知，高青—平南斷裂在新生代的走滑分量為近SN向的磁村斷裂向北延伸的結(jié)果(圖4)，在東營凹陷內(nèi)走滑強度明顯減弱，走滑距離也相對較小。據(jù)Harding(1974)走滑斷裂組合分析[1]，魯西隆起上的文祖斷裂與磁村斷裂走滑方向相反，導(dǎo)致所夾持的斷塊體存在向NNW滑動的跡象，濟陽坳陷內(nèi)部近EW向展布的高青—平南斷裂西段、東段則為右行力偶右旋走滑應(yīng)力場所派生的正斷裂，而NE向的高青—平南斷裂中段是右行的走滑主位移帶，在斷裂的上、下盤派生的一系列次級雁列狀斷裂組合及“S”型次級斷裂則是斷裂走滑所派生的同向的表現(xiàn)形式。在主走滑斷裂上盤派生的一系列次級雁列狀斷裂組合。

圖4 魯西隆起斷裂與高青—平南斷裂空間關(guān)系示意圖

高青—平南斷裂由3個斷層段組成，西段與東段具有正斷層的構(gòu)造特征，中段呈現(xiàn)正斜滑性質(zhì)，三者之間通過斷層硬聯(lián)接的形式(變換帶)調(diào)節(jié)3個斷層段之間不同的構(gòu)造性質(zhì)和差異性的構(gòu)造變形。處于局部強應(yīng)變的變換帶變形相對復(fù)雜，不僅可以形成多種構(gòu)造圈閉，而且有利于增加儲層的裂縫及孔隙度，處于北部變換帶中的Bg26井奧陶系灰?guī)r中的節(jié)理頻度高達124條/m?？碧綄嵺`證實，博興洼陷中的油氣沿著高青—平南斷裂向構(gòu)造高部位運聚，由于不同斷層段的性質(zhì)不同，流體的運聚方式及其聚集部位存在較大差異。受高青—平南斷層中段走滑性質(zhì)的影響，斷裂面封閉性較好，故油氣沿斷裂面向左右兩側(cè)的變換帶運移；而其東段受伸展作用的影響，油氣沿斷面呈發(fā)散狀向高構(gòu)造部位運移，從而造成變換帶及其附近油氣最為富集(圖5)。

從中國東部發(fā)現(xiàn)的幔源CO2氣藏來看，均與深切上地幔的郯廬斷裂有著密切的關(guān)系，沿著郯廬斷裂派生的次級斷裂帶上分布。郯廬斷裂內(nèi)富含CO2及CH4的流體包裹體證實了其為中國東部重要的深大氣源斷層，其相鄰的派生次級斷裂則是幔源流體上涌的通道。郯廬斷裂派生的磁村斷裂向東營凹陷西部延伸，形成具有較大走滑分量的高青—平南斷層中段。高青—平南斷裂不同斷層段性質(zhì)的差異以及變換帶良好的儲集物性造成了斷裂的不同構(gòu)造部位流體活動方式及流體聚集的差異性，幔源流體沿高青—平南斷裂中部走滑段以侵入式活動為主，沿著高青—平南斷裂西、中、東段之間的變換帶部位形成了幔源流體帶來的CO2氣藏(圖5)。地幔流體的存在也反過來成為高青—平南斷裂走滑變形的有利證據(jù)。

圖5 高青—平南斷裂內(nèi)部變換帶對流體的控制

5 結(jié) 論

(1) 平面上，高青—平南斷裂中段發(fā)育“帚狀”斷裂組合，剖面上，中段斷面陡直，淺層發(fā)育“似花狀”構(gòu)造，平面及剖面的構(gòu)造樣式特征證實了高青—平南斷裂中段具有走滑特征。

(2) 高青—平南斷裂中段控制了下降盤博興洼陷古近系不同組段的沉積，古近系Es4至Ed沉積期沉積中心呈現(xiàn)“螺旋式”上升的堆砌方式沿高青—平南斷層由南向北遷移，沙四段至沙二段沉積期遷移距離比較大，而沙一段至東營組沉積期遷移不明顯，也揭示了高青—平南斷裂在古近紀右行走滑的特征。

(3) 野外露頭剖面觀察發(fā)現(xiàn)，高青—平南斷裂中段為魯西隆起上磁村斷裂向北的延伸，磁村斷裂由多條次級走滑斷裂組成。高青—平南斷裂三段斷裂性質(zhì)的差異造成不同構(gòu)造部位油氣及幔源流體聚集的差異性，其中變換帶及其附近油氣及幔源氣體最為富集。