渤海海域廟西南洼陷走滑構(gòu)造特征及其對油氣成藏的控制作用

趙 野，楊海風，黃 振，趙弟江，王 航

（中海石油（中國）有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津 300452）

郯廬斷裂帶是中國東部地區(qū)發(fā)育的一條巨型線性構(gòu)造帶，在其沿線發(fā)育松遼盆地、渤海灣盆地等多個含油氣盆地，其構(gòu)造演化對盆地的油氣聚集成藏具有重要影響［1-2］。渤海海域內(nèi)郯廬斷裂帶的發(fā)育、發(fā)展、斷裂形式以及幾何形態(tài)具有分段特征［3-4］，其南部萊州灣段對廟西南洼陷及萊州灣凹陷的形成和演化的控制作用明顯［5］。眾多學者對郯廬斷裂帶渤海海域內(nèi)遼東灣段的走滑增壓控圈［6-9］、走滑控藏特征［10-11］方面均有深入系統(tǒng)地研究，但在廟西南洼陷由于受三維地震資料條件限制，鮮見針對郯廬斷裂帶控制洼陷形成、演化方面的研究。筆者利用研究區(qū)最新采集的三維地震資料，結(jié)合新近鉆、測井資料和分析化驗資料，應用方差切片等技術(shù)對洼陷區(qū)走滑斷裂帶的斷裂組合特征、洼陷形成演化規(guī)律進行研究，并針對走滑斷裂控圈、控烴、控儲、控運、控藏等方面展開分析，取得的認識對廟西南洼陷及其圍區(qū)油氣田的發(fā)現(xiàn)具有指導意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

廟西南洼陷位于渤海南部海域，是在元古界-中生界（局部發(fā)育中生界）基底之上發(fā)育的NNE走向的新生代盆緣洼陷［12-16］。其東部緊鄰膠遼隆起，西北部為渤南低凸起，西部及南部與黃河口東洼、萊州灣東北洼相通，北部為廟西南凸起（圖1）；洼陷包括南、北2個次級洼陷［17］，總面積近1 200 km2。郯廬斷裂萊州灣段由北向南穿過廟西南洼陷，將其分割成東、西兩部分，自西向東劃分為西支走滑帶、中央隆起帶、東支走滑帶。廟西南洼陷發(fā)育古近系和新近系2個構(gòu)造層；其中，古近紀為裂陷演化階段，發(fā)育扇三角洲-辮狀河三角洲砂礫巖和湖相泥巖；新近紀為拗陷演化階段，發(fā)育河流相和淺水三角洲沉積［18］。

圖1 廟西南洼陷區(qū)域構(gòu)造位置Fig.1 Regional location of Miaoxinan Sag

2 走滑構(gòu)造特征及洼陷構(gòu)造演化特征

2.1 走滑構(gòu)造特征

最新采集的大連片三維地震資料顯示，廟西南洼陷發(fā)育東、西2條走滑斷裂。結(jié)合三維可視化及方差切片等技術(shù)，對研究區(qū)走滑斷裂體系進行精細解釋。分析地震反射時間分別為2 100和1 500 ms（近似代表深、淺層）的方差切片（圖2）發(fā)現(xiàn)，東、西2支走滑斷裂總體呈NNE走向貫穿廟西南洼陷。在深層方差切片上，中央隆起帶走滑特征明顯，東、西支走滑斷裂之間伴生NEE向走滑調(diào)節(jié)斷裂；淺層方差切片上中央隆起帶走滑斷裂消失，與走滑斷裂相伴生的一系列NEE走向雁列狀排列的調(diào)節(jié)斷裂發(fā)育。此外，淺層東支走滑斷裂北部具有帚狀排列特征，南部具有右旋左階排列特征，東支走滑斷裂的單條斷裂延伸長度短于西支走滑斷裂，且局部可見壓扭彎曲特征。西支走滑斷裂為近SN走向貫穿式走滑斷裂，延伸長度較長，演化程度較高。淺層西支走滑斷裂兩側(cè)的調(diào)節(jié)斷裂數(shù)量較深層明顯增多，沿斷裂走向彎曲特征也更為明顯。

從過廟西南洼陷NW—SE方向地震剖面（圖3）可以看出，東、西支走滑斷裂垂向上貫穿古近系斷陷構(gòu)造層和新近系拗陷構(gòu)造層。其中，東支走滑斷裂具有早期伸展、晚期走滑特征，古近紀孔店組—沙四段沉積時期具有伸展特征，控制孔店組—沙四段局部的沉積充填，新近紀受強烈右旋走滑活動影響，淺層地層壓扭變形特征明顯。西支走滑斷裂的形成受前古近系基底NEE走向先存斷裂及走滑斷裂多期活動控制，剖面上西支走滑斷裂與其調(diào)節(jié)斷裂在不同反射界面上形成多期花狀構(gòu)造，表現(xiàn)為“花上開花”的特點，其“花瓣”斷裂頂部端點消失位置可指示走滑變形時期。此外，中央隆起帶早期發(fā)育具有伸展性質(zhì)的走滑斷裂，且古近紀早期的斷距較大，對沉積具有一定的控制作用，斷裂活動時間較短，終止于東營組沉積早期。

從過廟西南洼陷南、北次洼地震剖面（圖4）可以看出，剖面上以東支走滑斷裂為界，將南次洼與北次洼分隔。南次洼東、西支走滑斷裂之間發(fā)育一系列走滑調(diào)節(jié)斷裂，該類斷裂深切基底，晚期活動性強，而北次洼走滑調(diào)節(jié)斷裂不發(fā)育。古近紀不同時期南、北次洼地層厚度變化明顯，反映廟西南洼陷沉積中心發(fā)生過多次遷移。此外，南次洼南部斜坡帶（東、西支走滑斷裂之間）存在強振幅火山巖發(fā)育區(qū)，指示該區(qū)域在東營組—館陶組沉積時期經(jīng)歷過多期火山活動。

圖2 廟西南洼陷深、淺層方差切片F(xiàn)ig.2 Variance slices of deep（left）and shallow（right）layers in Miaoxinan Sag

圖3 過廟西南洼陷NW—SE方向地震剖面Fig.3 Seismic section from northwest to southeast in Miaoxinan Sag

2.2 洼陷構(gòu)造演化特征

圖4 過廟西南洼陷南、北次洼地震剖面Fig.4 Seismic section through south and north subsags of Miaoxinan Sag

廟西南洼陷處于雙支走滑應力場活動帶內(nèi)，受伸展、走滑雙重力學性質(zhì)影響，具有斷陷早期伸展和拗陷晚期強烈走滑疊加改造的特征。結(jié)合精細構(gòu)造解釋結(jié)果及古近紀不同時期洼陷沉積中心的遷移特征，將廟西南洼陷構(gòu)造演化劃分為5個階段：①中生代至新生代始新世早期，受西太平洋板塊俯沖、印度洋板塊碰撞等周緣板塊運動影響，渤海灣盆地基底深大斷裂形成，成為后期走滑形變的先存斷裂。②自古新世開始，上地幔上隆導致地殼引張破裂，凸起邊界早期先存斷裂在局部開始發(fā)生裂陷，廟西南洼陷形成南、北2個彼此分隔的沉積中心，此時的中央隆起帶初具形態(tài)，其兩側(cè)早期伸展斷裂控制局部沉積充填，東支走滑先存斷裂伸展特征明顯，控制局部地層的沉積厚度（圖5a）。在孔店組沉積末期和沙四段沉積末期，洼陷東部膠遼隆起均有不同程度隆升，導致先期沉積地層遭受不同程度剝蝕。受膠遼隆起構(gòu)造隆升作用影響，此后廟西南洼陷沉積中心逐漸向西南方向遷移。③中始新世，渤海灣盆地SN向伸展達到高峰期，并伴隨郯廬斷裂帶右行走滑活動開始，渤海灣盆地進入走滑拉分演化時期［18］。廟西南洼陷東部受膠遼隆起隆升作用的影響，沉積中心繼續(xù)向西南遷移，與洼陷西側(cè)黃河口東洼、南部萊州灣東北洼形成統(tǒng)一的洼陷格局（圖5b）。同時，廟西南洼陷南次洼受EW走向伸展斷裂與NNE走向走滑斷裂共同控制，使得2組斷裂交匯區(qū)可容納空間持續(xù)增大，導致南次洼交匯區(qū)長期處于欠補償沉積狀態(tài)，最終演化成為廟西南洼陷的沉積沉降中心。至沙三段沉積末期，渤海灣盆地大規(guī)模隆升遭受剝蝕，洼陷東部膠遼隆起區(qū)沙三段剝蝕殆盡。晚始新世沙二段—沙一段沉積時期洼陷進入短暫的拗陷階段，構(gòu)造活動較為穩(wěn)定，湖盆變得開闊（圖5c）。④漸新世以來，渤海灣盆地經(jīng)歷強烈右旋走滑拉分作用，盆地在伸展-張扭斷裂系統(tǒng)之上進一步疊加右旋走滑斷裂形變作用，最終奠定了廟西南洼陷NNE走向狹長條帶狀洼陷的格局（圖5d）。在東營組沉積時期，洼陷經(jīng)歷了完整的上升—下降沉積旋回，南次洼沉積中心最終統(tǒng)一，洼陷總體上接受了巨厚的泥巖蓋層沉積。此后，渤海灣盆地開始由斷陷階段轉(zhuǎn)為拗陷階段，盆地整體抬升，遭受大面積剝蝕。⑤新近紀以來，渤海灣盆地整體處于拗陷期，湖盆逐漸萎縮消亡，湖盆范圍受湖平面升降變化影響，發(fā)育河流相及淺水三角洲相沉積，地層厚度總體變化較小。新構(gòu)造運動（距今5.1 Ma）以來，區(qū)域性地幔熱活動引發(fā)的盆地伸展作用減弱，NEE走向郯廬斷裂帶走滑活動逐漸增強，與走滑斷裂相伴生的派生調(diào)節(jié)斷裂大量發(fā)育。

3 走滑構(gòu)造對油氣成藏的控制作用

3.1 控制圈閉形成及分布

新生代以來廟西南洼陷受早期伸展斷裂拉伸、多期構(gòu)造隆升、晚期走滑斷裂的強烈改造，于前古近系先存斷裂基礎(chǔ)上形成一系列走滑斷裂，依附于走滑斷裂形成一系列具有壓扭性質(zhì)的斷塊、斷背斜圈閉群（圖6）。受東、西支走滑斷裂特征差異的影響，不同構(gòu)造帶的圈閉成因及類型具有較大差異。其中，東支走滑斷裂帶發(fā)育帚狀排列的走滑斷裂，斷裂早期伸展、晚期壓扭形變特征明顯，走滑斷裂增彎段及“右行左階”疊覆區(qū)形成了一系列大型斷背斜、斷塊圈閉群。例如洼陷南部的龍口31-C構(gòu)造區(qū)形成于膠遼隆起向南次洼延伸的傾末端背景之上，構(gòu)造位于雙支走滑疊覆區(qū)，晚期走滑調(diào)節(jié)斷裂與走滑斷裂配置，形成深、淺層繼承性發(fā)育的斷背斜圈閉。洼陷區(qū)龍口31-B構(gòu)造位于走滑增壓轉(zhuǎn)換帶內(nèi)，為依附于東支走滑斷裂發(fā)育的“右行左階”斷塊圈閉。東支走滑斷裂北部蓬萊25-A構(gòu)造區(qū)處于走滑疊覆區(qū)內(nèi)，古近系遭受多期擠壓抬升剝蝕，新構(gòu)造運動以來強烈右旋擠壓走滑作用，導致該區(qū)淺層發(fā)育大型斷背斜圈閉。西支走滑斷裂東、西側(cè)地層產(chǎn)狀及圈閉特征差異明顯；其中，走滑斷裂西側(cè)的蓬萊31構(gòu)造區(qū)為走滑斷裂與其調(diào)節(jié)斷裂共同作用控制形成的“牙刷狀”斷塊圈閉群，走滑斷裂北部蓬萊25西構(gòu)造區(qū)古近系發(fā)育壓扭性質(zhì)斷塊、斷背斜構(gòu)造圈閉群。此外，南次洼中央構(gòu)造脊之上深層發(fā)育受早期（具有走滑性質(zhì)）斷裂控制的龍口31-A斷塊、斷背斜圈閉，該構(gòu)造區(qū)緊鄰洼陷中心，上覆蓋層厚度大，保存條件優(yōu)越。

圖5 廟西南洼陷古近紀不同時期沉積厚度Fig.5 Sedimentary thickness map of Paleogene in different sedimentary periods in Miaoxinan Sag

圖6 廟西南洼陷深、淺層圈閉分布Fig.6 Distribution of shallow and deep traps in Miaoxinan Sag

3.2 控制中深層沉積體系分布

走滑斷裂對廟西南洼陷古近系沉積體系分布的控制作用主要表現(xiàn)在2個方面。一方面，走滑斷裂活動造成廟西南洼陷周緣物源區(qū)巖石發(fā)生破裂，形成大量碎屑物質(zhì)，后經(jīng)水系沖刷搬運至洼陷區(qū)沉積。以東支走滑斷裂為例，該斷裂為早期先存走滑斷裂，在古新世具有伸展斷裂性質(zhì)，對斷裂下降盤小型扇三角洲沉積體的楔形充填控制作用明顯。另一方面，走滑斷裂活動除了觸發(fā)、提供物源供給以外，與廟西南洼陷東南構(gòu)造斜坡背景配置構(gòu)成斷裂斜坡或負向溝谷地貌單元，為碎屑物質(zhì)向洼陷內(nèi)搬運提供通道。以東支走滑斷裂為例，始新世末期—漸新世早期洼陷東南方向長期繼承性發(fā)育大型溝谷搬運通道，來自膠遼隆起方向的辮狀河三角洲通過走滑斷裂與洼陷東南斜坡負向地貌單元耦合向南次洼搬運碎屑物質(zhì)，使得中央構(gòu)造脊之上沙二段底部發(fā)育一套厚層辮狀河三角洲沉積（圖7）；龍口31-A鉆井揭示該套儲層巖性為含礫中砂巖，礫石成分以石英為主，粒徑為2～3 mm，分選程度中等；同時，井-震標定結(jié)果表明，該套儲層在地震剖面上具有低頻強振幅反射特征，應用均方根振幅屬性輔助判斷物源供給方向來自于洼陷東南膠遼隆起區(qū)。

3.3 控制烴源巖發(fā)育及分布

郯廬斷裂在古近紀的活動控制了盆地洼陷的形成和充填，走滑斷裂活動也控制了洼陷沙三段主力烴源巖的分布和演化［1-2，19］。沙三段沉積時期南次洼成為廟西南洼陷主沉積中心的原因，一方面是由于洼陷東部盆緣膠遼隆起的隆升導致洼陷沉積中心向西南遷移，另一方面南次洼位于西支走滑斷裂與萊北低凸起北側(cè)邊界斷裂交匯區(qū)，受2組斷裂活動控制，使得該區(qū)可容納空間持續(xù)增大，長期處于欠補償沉積狀態(tài)，以接受低能富泥沉積為主。地震剖面上該區(qū)沙三段具有中強振幅平行連續(xù)反射特征，沉積厚度最大可達800 m。

此外，前人研究成果［20-21］表明，受渤海灣盆地東南緣巖石圈減薄、地幔上涌、與郯廬斷裂帶強烈走滑活動相伴生的火山噴發(fā)、火山巖體侵入等因素影響，廟西南洼陷圍區(qū)大地熱流值升高，平均地溫梯度為36.0 ℃/km，遠高于渤海海域的平均地溫梯度（28.2 ℃/km），高熱能高地溫梯度有利于烴源巖的快速演化。

圖7 龍口31-A井沙河街組巖性及地球化學參數(shù)對比剖面Fig.7 Comparative profile of lithology and geochemical parameters of Shahejie Formation in Well LK31-A

南次洼龍口31-A鉆井揭示沙三段巖性為灰褐色泥巖夾薄層粉砂巖、泥巖，其質(zhì)地較純，微咸水-半咸水藻類化石大量發(fā)育，渤海藻屬、副渤海藻屬富集，反映為濕潤氣候下的深水低能水體環(huán)境，為半深湖-深湖相沉積。地化分析結(jié)果表明，廟西南洼陷沙三段錄井泥巖樣品的總有機碳含量（TOC）為0.07%～3.73%，平均為2.07%；生烴潛量（S1+S2）為5.39～27.89 mg/g，平均為15.72 mg/g；總烴含量為1 039.56～3 845.16 μg/g，平均為2 235.95 μg/g；氯仿瀝青“A”含量為0.205 6%～0.531 9%，平均為0.325 3%；氫指數(shù)（HI）為421～874 mg/g，平均為708 mg/g，有機質(zhì)類型為Ⅰ—Ⅱ1型（圖7）。綜合各項地化參數(shù)，廟西南洼陷沙三段烴源巖有機質(zhì)豐度高、類型好、生烴潛力大，為好-很好烴源巖（圖8）。有機質(zhì)轉(zhuǎn)化系數(shù)（（S1+S2）/TOC）分析結(jié)果顯示，廟西南洼陷的排烴門限在2 250 m，對應鏡質(zhì)組反射率（Ro）為0.6%，有效烴源巖主要分布于南次洼，其排烴門限深度明顯淺于渤海灣盆地其他洼陷，這與郯廬斷裂帶造成的高地溫場加速烴源巖的熱演化過程有關(guān)，廟西南洼陷走滑斷裂強烈改造-高地溫-咸化湖盆背景確實有利于烴源巖早生早排［22-24］。

圖8 廟西南洼陷烴源巖成熟度及類型Fig.8 Maturity and types of source rocks in Miaoxinan Sag

4 油氣成藏模式

根據(jù)廟西南洼陷圍區(qū)勘探實踐經(jīng)驗，總結(jié)出2種類型油氣成藏模式，即以渤中36-A構(gòu)造區(qū)為代表的遠源匯聚型油氣成藏模式，以及洼陷區(qū)蓬萊31-B構(gòu)造區(qū)和洼中隆起區(qū)龍口31-A構(gòu)造區(qū)為代表的近源垂向貫通型油氣成藏模式（圖9）。

4.1 遠源匯聚型油氣成藏模式

廟西南洼陷西北、東南方向繼承性發(fā)育向洼陷中心延伸的構(gòu)造脊。西北方向渤中36構(gòu)造脊之上發(fā)育大型富砂沉積體，通過區(qū)域不整合面或斷裂構(gòu)成的空間滲透性脊狀地質(zhì)體與烴源巖間接接觸，油氣大規(guī)模通過脊狀地質(zhì)體遠距離向構(gòu)造高部位匯聚，再經(jīng)由切至構(gòu)造脊高部位斷裂的調(diào)節(jié)分配，最終于淺層館陶組、明化鎮(zhèn)組下段斷塊圈閉聚集成藏。黃河口東洼北部陡坡帶已發(fā)現(xiàn)的渤中36-A油田即屬于該種油氣成藏模式。

4.2 近源垂向貫通型油氣成藏模式

廟西南洼陷沙三段烴源巖生成的油氣在晚期走滑拉分活動觸發(fā)下，通過早期斷裂就近向中央隆起區(qū)運移，受上覆巨厚東營組泥巖蓋層有效遮擋，最終于龍口31-A沙二段辮狀河三角洲儲層內(nèi)近距離聚集成藏。此外，位于西支走滑斷裂左側(cè)的蓬萊31-B構(gòu)造處于強烈走滑調(diào)節(jié)區(qū)，走滑調(diào)節(jié)斷裂深切洼陷中心烴源巖，同時由于該區(qū)域上覆泥巖蓋層厚度薄、封蓋能力差，與走滑斷裂相伴生的調(diào)節(jié)斷裂斷距大且長期活動，深層生成的油氣通過斷裂發(fā)生向上垂向輸導，最終運移至淺層館陶組和明下段“牙刷狀”斷塊圈閉聚集成藏。

圖9 廟西南洼陷油氣成藏模式Fig9 Hydrocarbon accumulation mode in Miaoxinan Sag

5 結(jié)論

廟西南洼陷為走滑斷裂強烈改造型盆緣洼陷，自新生代以來在走滑活動主導下的伸展、構(gòu)造隆升活動控制著洼陷的充填演化，對洼陷內(nèi)油氣成藏條件具有控制作用。廟西南洼陷走滑斷裂分為東、西2支，走滑斷裂增彎段、疊覆區(qū)及中央隆起帶發(fā)育一系列大型斷塊、斷背斜圈閉群。不同沉積時期的走滑斷裂活動控制著洼陷內(nèi)構(gòu)造圈閉的形成、優(yōu)質(zhì)烴源巖的發(fā)育以及古近系有利辮狀河三角洲沉積體系的展布。走滑斷裂及其調(diào)節(jié)斷裂與烴源巖、構(gòu)造脊配置，可形成遠源匯聚型和近源垂向貫通型油氣成藏模式。研究成果指導了廟西南洼陷及其圍區(qū)多個油氣田的發(fā)現(xiàn)。