歧口凹陷斷裂密集帶形成演化特征及油氣富集差異研究

劉世瑞，王有功，劉海濤，于愛暄

(1.東北石油大學，黑龍江 大慶 163318；2.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；3.中國石油集團海洋工程有限公司，天津 300450)

0 引 言

斷裂密集帶(斷裂帶)是指平面上密集成帶，且剖面上相互交叉的斷裂組合[1-2]，在盆地中心、盆地邊緣、基底隆起區(qū)、盆地內(nèi)薄弱帶等位置均有發(fā)育[3]，通常表現(xiàn)出平行式、雁列式、辮狀等平面組合樣式，“Y”字形或“似花狀”等剖面組合樣式[4-5]。

在斜向伸展作用下，先存薄弱面會伴隨著應力的累積而開始活化，與伸展方向夾角較大的先存斷裂首先活動，隨后為其他產(chǎn)狀的薄弱面，斷裂持續(xù)向四周發(fā)育，并與新生的次級斷裂一起組成復雜的斷裂密集帶[6-7]。由于所處地區(qū)的構(gòu)造應力類型、應力方向、先存薄弱面及地層能干性存在差異，形成的斷裂帶有所差別[8-9]。若盆地經(jīng)歷了多期構(gòu)造活動的改造，不同規(guī)模、不同時代的斷裂在空間上相互疊加，構(gòu)成了更為復雜的斷裂密集帶，還原其形成演化過程難度較大。該文基于斜向伸展作用下斷裂演化規(guī)律，以歧口凹陷三維地震資料為基礎，通過斷裂的組合樣式、平面及剖面特征，分析斷裂帶的形成及演化過程，對比實鉆井油氣顯示結(jié)果，識別斷裂帶對油氣富集的控制作用。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

歧口凹陷位于渤海灣盆地黃驊坳陷中北部，屬于新生代時期形成的陸內(nèi)伸展型盆地。歧口凹陷主要由歧口主凹及其周邊的北塘凹陷、板橋凹陷、歧北凹陷、歧南凹陷4個小型斷陷盆地共同組成。作為黃驊坳陷最大的凹陷，歧口凹陷經(jīng)歷了古近紀強烈活動的裂陷階段及新近紀穩(wěn)定沉降的拗陷階段(圖1)。其中，裂陷階段進一步可以劃分為裂陷I幕和裂陷II幕，裂陷I幕為沙三段至沙二段沉積時期，該時期受太平洋板塊向華北板塊俯沖的影響，歧口凹陷整體表現(xiàn)為NW—SE向伸展作用，形成的斷裂以NE向、NEE向為主；裂陷II幕為沙一段至東營組沉積時期，受印度板塊和太平洋板塊的共同作用，應力場轉(zhuǎn)變?yōu)榻黃N向的伸展作用，該階段發(fā)育大量的EW向斷裂；至新近紀，構(gòu)造活動減弱，邊界斷裂的控陷作用減弱，盆地進入了快速沉降階段。

圖1 歧口凹陷斷裂密集帶分布及地層簡表Fig.1 Distribution of fault concentrated zones and brief stratigraphic table in Qikou Sag

2 斷裂密集帶構(gòu)造特征

在經(jīng)歷了多期多向構(gòu)造變形的疊加后，歧口凹陷的斷裂分布及組合樣式較為復雜。平面上，斷裂在盆地各個位置均有發(fā)育，并主要包含4種走向：NEE向、近EW向、NNE向及NWW向。其中，NEE向及近EW斷裂數(shù)量最多，NNE向斷裂數(shù)量相對較少，而NWW向斷裂零星分布(圖1)。在剖面上，斷裂在不同層位均有發(fā)育，部分斷裂從基底斷穿至地表附近，也有部分斷裂只在某個較短的時期內(nèi)活動，這些斷裂相互交叉，組成“Y”字形、“似花狀”等構(gòu)造樣式(圖2)。

圖2 歧口凹陷斷裂密集帶典型地震剖面Fig.2 Typical seismic section of fault concentrated zones in Qikou Sag

在歧口凹陷的坳陷層中，斷裂以帶狀分布為主，斷裂密集帶主體呈3種走向：NEE—SWW向、EW向、NNE—SSW向(圖1)。為了識別不同斷裂帶在不同層位幾何學的差異，文中對斷裂帶的斷裂密度及斷裂累計長度進行統(tǒng)計(圖3，圖3中餅狀圖為斷裂密度，表示500km2內(nèi)的斷裂條數(shù))其中，斷裂密度表明斷裂帶的發(fā)育程度，斷裂密度的增加通常表明了斷裂走滑數(shù)量的增加。而斷裂累計長度代表了斷裂帶的規(guī)模，斷裂長度的增加通常表明斷裂的伸展分量的增加。

圖3 歧口凹陷斷裂密集帶幾何學特征統(tǒng)計Fig.3 Statistics of geometric characteristics of fault concentrated zones in Qikou Sag

NEE向斷裂帶在剖面上表現(xiàn)為“Y”字形或“似花狀”結(jié)構(gòu)(圖2)，斷裂密度在裂陷II幕有明顯增加，坳陷期變化不大，說明該類斷裂帶主要形成時期為裂陷II幕。斷裂長度只存在一個峰值，說明該斷裂帶發(fā)育的次級斷裂與先存斷裂的走向基本一致，斷裂帶主要表現(xiàn)為平行式或雁裂式的組合樣式(圖1、3)。

EW向斷裂帶在剖面上同樣表現(xiàn)為“Y”字形或“似花狀”結(jié)構(gòu)(圖2)，斷裂密度在坳陷期有明顯增加，說明該類斷裂帶的形成時期為坳陷期。斷裂長度同樣只存在一個峰值，說明該斷裂帶發(fā)育的次級斷裂與先存斷裂的走向基本一致，斷裂帶主要表現(xiàn)為平行式或雁裂式2種組合樣式(圖1、3)。

NNE向斷裂帶在剖面上表現(xiàn)為“多級復式似花狀”(圖2)，斷裂密度在裂陷II幕、坳陷期都有明顯增加，說明該類斷裂帶在盆地演化的各階段均有發(fā)育。斷裂長度存在2個峰值，說明次級斷裂與先存斷裂斜向交叉，斷裂帶主要表現(xiàn)為辮狀交叉式的組合樣式(圖1、3)。

3類斷裂密集帶中，NEE向斷裂帶的密度最小，斷裂累計長度最大，而NNE向斷裂帶的密度最大，斷裂累計長度最小，這反映出NEE向斷裂帶所經(jīng)歷的正交伸展作用較強，而NNE向斷裂帶所經(jīng)歷的斜向伸展作用較強。

3 斷裂密集帶演化規(guī)律

不同斷裂密集帶的幾何學特征與組合樣式存在明顯的區(qū)別，這是由于每類斷裂帶的先存斷裂與構(gòu)造演化方式的差異所導致(圖4)。

圖4 歧口凹陷不同類型斷裂密集帶構(gòu)造演化史Fig.4 Tectonic evolution histories of various fault concentrated zones in Qikou sag

NEE向斷裂帶：裂陷I幕，在NW—SE向的伸展作用下，基底的NEE向先存斷裂開始活動，該時期斷裂以傾向滑動(伸展變形)為主，斷層位移集中在主干斷裂上；裂陷II幕，由于應力方向的轉(zhuǎn)變，斷裂發(fā)生斜向滑動，斷裂帶伴隨著次級斷裂的發(fā)育而形成；至拗陷期，構(gòu)造活動強度減弱，斷裂帶整體樣式變化不大。

EW向斷裂帶：EW向斷裂通常形成于裂陷II幕，該時期斷裂以傾向滑動(伸展變形)為主，次級斷裂發(fā)育的數(shù)量較少；至拗陷期，主干斷裂周圍發(fā)育大量次級斷裂，次級斷裂相互交叉形成EW向斷裂帶。

NNE向斷裂帶：裂陷I幕，NNE向基底先存斷裂開始活動，斷裂發(fā)生斜向滑動，斷裂帶伴隨著次級斷裂的發(fā)育而形成；至裂陷II幕，斜向伸展作用加劇，使得先存斷裂遭受的走滑分量增大，斷裂帶在原先的規(guī)模上繼續(xù)生長，在其頂端發(fā)育新的花狀構(gòu)造；至坳陷期，斷裂數(shù)量繼續(xù)增加，最終形成現(xiàn)今樣貌。

4 斷裂密集帶對油氣的控制作用

斷裂密集帶對油氣的運移和聚集具有十分重要的作用。若斷裂垂向斷距大，斷裂對蓋層破壞作用強，在斷距足夠大時，油氣既可在蓋層之下聚集成藏，也可沿斷裂穿過蓋層，在斷裂密集帶及其附近聚集成藏；若斷裂垂向斷距較小，斷裂對蓋層沒起明顯的破壞作用，油氣則只能在蓋層下方聚集成藏[1-2]。

歧口凹陷作為渤海灣盆地的富油凹陷之一，主要發(fā)育沙三段及沙一段2套烴源巖，并發(fā)育了沙三段一亞段、沙一段中亞段、東營組二段和明化鎮(zhèn)組下段4套區(qū)域性蓋層。通過鉆井資料統(tǒng)計出的斷裂密集帶油氣分布可知，在歧口凹陷的深、淺層均有油氣分布，部分斷裂帶的油氣主要在東營組蓋層之下的儲層內(nèi)富集，而部分斷裂帶的油氣在東營組蓋層之下、東營組蓋層之上的儲層均有分布。

歧口凹陷斷裂帶的油氣在縱向上呈多層系富集，這與3類斷裂帶的差異演化有著密不可分的關系。其中，由于NEE向斷裂帶所受的伸展變形作用最強，其蓋層與斷距的比值相對最大，對蓋層的破壞作用最強，而NEE向斷裂帶所受的伸展變形作用最弱，其蓋層與斷距的比值相對最小，對蓋層的破壞作用最弱(圖5)。因此，NEE向斷裂帶油氣在斷裂帶的深、淺層均有分布；NNE向斷裂帶的伸展強度最弱，導致油氣在深層較為富集；而EW向斷裂帶活動強度介于兩者之間，油氣既有可能只在深層分布，也有可能在深、淺層均有分布。

圖5 歧口凹陷不同斷裂密集帶斷蓋配置關系Fig.5 Fault-caprock configurations of various fault concentrated zones in Qikou Sag

5 結(jié) 論

(1) 歧口凹陷經(jīng)歷了多期裂陷作用，形成了構(gòu)造樣式復雜的斷裂密集帶。其中，NEE向和EW向斷裂帶以“Y”字形或“似花狀”的剖面組合樣式、平行式或雁裂式的平面組合樣式為主，而NNE向斷裂帶表現(xiàn)為“多級復式似花狀”的剖面樣式、辮狀交叉式的平面樣式。

(2) 不同走向斷裂密集帶的演化規(guī)律存在差異。裂陷I幕，NEE向先存斷裂主要表現(xiàn)為傾向滑動，而NNE向先存斷裂發(fā)生斜向伸展作用，形成斷裂帶；裂陷II幕，由于區(qū)域應力的轉(zhuǎn)變，凹陷內(nèi)部發(fā)育大量的EW向斷裂，NEE向及NNE向斷裂帶在該時期較為發(fā)育；至拗陷期，EW向斷裂帶開始發(fā)育，3類斷裂密集帶在原有規(guī)模上繼續(xù)生長。

(3) 受控于演化規(guī)律的差異，不同類型斷裂密集帶的油氣縱向分布存在一定的差別，NEE向斷裂帶對蓋層的破壞作用最強，油氣在深、淺層均有分布；NNE向斷裂帶的垂向封閉能力最好，油氣在深層較為富集。