渤海遼中南洼共軛走滑格局與新生界火成巖發(fā)育特征

柳嶼博，郭 濤，樊建華，徐坤明，王 鑫，王冰潔

（1.中國海洋石油國際有限公司，北京 100028；2.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300452）

遼中南洼位于渤海海域三大富烴凹陷之一的遼中凹陷南部，西側(cè)為遼西凸起，東側(cè)為膠遼隆起，是渤海遼東灣地區(qū)開展油氣勘探的重點靶區(qū)，近年來陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了旅大21-2、旅大16-3 南等多個大中型油氣田，展現(xiàn)了良好的勘探前景。

作為郯廬斷裂帶遼東灣段的一部分，區(qū)域級別大型走滑斷層對遼中南洼新生代構(gòu)造變形產(chǎn)生重要影響，從構(gòu)造單元劃分來看，遼中南洼主要可劃分為東部走滑反轉(zhuǎn)帶與西部斜坡帶兩個構(gòu)造帶[1-7]。對上述兩個構(gòu)造帶的成因及油氣成藏特征前人開展了深入的研究[8-12]，為下一步油氣勘探工作提供了有益的思路。然而，前人研究往往側(cè)重于討論郯廬斷裂帶對遼中南洼構(gòu)造變形的重要作用，但缺少對遼中南洼地區(qū)北西向基底斷層的關(guān)注與探討，對遼中南洼發(fā)育的共軛走滑格局的討論鮮有發(fā)表。

此外，地質(zhì)認識常常伴隨著鉆井揭示的新現(xiàn)象而向前發(fā)展，近期鉆探的LD-A 井首次在遼中南洼乃至遼東灣地區(qū)新生界鉆遇厚層火成巖且測井解釋油層7.8 m。由此認為，新生界火成巖值得作為新的勘探領(lǐng)域加以關(guān)注。那么，如何認識遼中南洼新生界火成巖的成因，如何評價火成巖地質(zhì)體的儲層條件及勘探潛力成為影響下部勘探部署的核心問題。

本文充分利用遼東灣大連片地震資料、鉆井資料，加之與遼河油田東部凹陷鉆遇的新生界火成巖開展詳細類比，分析了遼中南洼構(gòu)造格局與新生代火山活動之間的關(guān)系。通過對火成巖巖性、巖相開展研究工作，分析了遼中南洼新生界火成巖勘探潛力。

1 遼中南洼共軛走滑格局

共軛走滑斷層一般是指統(tǒng)一構(gòu)造應(yīng)力場形成兩組方向不同、剪切方向相反、大體同時發(fā)育的交叉剪切帶。因此，區(qū)域塊體拼貼位置及不同構(gòu)造應(yīng)力疊加地區(qū)常為共軛走滑斷層發(fā)育區(qū)。從區(qū)域構(gòu)造位置來看，遼中南洼所處的構(gòu)造位置具有一定的特殊性，主要表現(xiàn)在三個方面：（1）遼中南洼位于渤海灣盆地的二級構(gòu)造單元由渤中坳陷向下遼河坳陷的過渡區(qū)；（2）處于渤海凸起走向發(fā)生明顯變化的轉(zhuǎn)折區(qū)；（3）多組不同方向構(gòu)造應(yīng)力疊加區(qū)。正是由于上述三個特征，使得剖析遼中南洼構(gòu)造格局，進而認識遼中南洼構(gòu)造變形特征成為了進一步拓展該區(qū)油氣勘探局面的關(guān)鍵。

分析認為，遼中南洼發(fā)育兩組共軛走滑斷層體系，分別為北東向郯廬斷裂帶與北西向秦皇島-旅順斷裂帶（以下簡稱秦-旅斷裂帶）構(gòu)成的直角式共軛走滑組合，以及同屬于郯廬斷裂帶的兩支北東向與近南北向斷裂系構(gòu)成的銳角式共軛走滑組合。

1.1 直角式共軛走滑組合

郯廬斷裂帶在渤海海域具有顯著的分段性，自南向北大致可劃分為渤南段、渤中段和遼東灣段。其中作為渤南段與渤中段分段依據(jù)的張家口-蓬萊斷裂帶（以下簡稱張-蓬斷裂帶）的研究已經(jīng)得到充分重視[13-16]。然而，對于郯廬斷裂帶渤中段和遼東灣段之間是否發(fā)育大型分段斷層卻一直以來較為模糊，本次在調(diào)研華北天然地震研究[17-19]的基礎(chǔ)上，依據(jù)遼東灣三維連片地震資料刻畫了遼東灣南部發(fā)育的深部北西向斷裂帶。該條北西向斷裂為新生代盆地基底斷裂，屬于區(qū)域上北西向展布的秦-旅斷裂帶的一部分，與渤海中部發(fā)育的張-蓬斷裂帶同屬于渤海灣盆地深部北西向左旋走滑斷層系，對渤海海域分段性起到重要的節(jié)點作用。

因而秦-旅斷裂帶是由大型碟狀的渤中坳陷向箕狀的下遼河坳陷轉(zhuǎn)變的分界，北西向斷裂兩側(cè)盆地內(nèi)部凸起的走向發(fā)生明顯變化，從渤中坳陷西北環(huán)近東西向展布的凸起（例如石臼坨凸起）急劇轉(zhuǎn)變?yōu)楸睎|向展布的凸起（例如遼西凸起、遼東凸起）。從區(qū)域構(gòu)造位置來看，秦-旅斷裂帶與郯廬斷裂帶在遼中南洼南部交匯，構(gòu)成直角式共軛走滑格局。

依據(jù)地震方差切片，秦-旅斷裂帶在遼中南洼平面延伸約90 km，由于郯廬斷裂帶強烈的北東向走滑活動，導(dǎo)致與之共軛相交的秦-旅斷裂帶遭到較強切割改造作用，平面上并非是連續(xù)的斷層軌跡，而是主要由東、西兩段斷層構(gòu)成，呈現(xiàn)出多條斷裂構(gòu)成的斷裂帶特征。剖面上，秦-旅斷裂帶主斷面向上切穿新生代盆地基底而進入古近系，但沒有在新近系形成斷距，整體表現(xiàn)為早期伸展疊加晚期走滑的特征（見圖1）。

圖1 秦-旅斷裂帶平面延伸與剖面形態(tài)圖（剖面位置見左圖）Fig.1 Plane extension and profile diagram of Qinhuangdao-Lvshun fault zone

1.2 銳角式共軛走滑組合

在分析了遼中南洼發(fā)育直角式共軛走滑斷裂格局的基礎(chǔ)上，本次研究又細化識別了遼中南洼發(fā)育第二組共軛斷裂體系，即渤南地區(qū)存在的郯廬斷層?xùn)|支和西支，進入遼中南洼以后，受先存斷裂影響，發(fā)生走向的改變，斷裂走向由26°～41°呈順時針過渡，形成銳角式共軛現(xiàn)象，兩組斷裂呈小角度交匯特征。

通過分析不同位置的地震剖面可以觀察從渤東低凸起北部，到遼中南洼，再到遼東凸起南段，兩組斷裂發(fā)育位置改變，平面上具有交叉換位的現(xiàn)象，且都對地層變形具有控制作用。這組銳角式共軛斷層發(fā)育的意義是控制遼中南洼東西分帶性，控圈模式也有顯著不同。東帶主要受北東向斷層控制形成雙走滑控制下的反轉(zhuǎn)構(gòu)造變形，西帶為東深西淺斜坡背景下近南北向走滑控制下形成的壓扭構(gòu)造。平面上的一個差異表現(xiàn)是，遼中南洼發(fā)育的反轉(zhuǎn)構(gòu)造主要位于斷裂帶東側(cè)，反轉(zhuǎn)帶范圍沒有延伸到西側(cè)，東西塊體差異活動。

1.3 共軛走滑格局與遼中南洼構(gòu)造變形

研究認為，遼中南洼東部發(fā)育走滑反轉(zhuǎn)帶，西部發(fā)育走滑斜坡帶的特征，乃至遼東灣地區(qū)凸起走向與渤海其他地區(qū)凸起走向的不同均與兩組共軛走滑斷裂體系在遼中南洼交匯直接相關(guān)。正是在這一特殊的區(qū)域主干斷層彼此交切、互為錯動的共軛活動背景下，遼中南洼主要經(jīng)歷了中生代-古新世以及始新世以來兩個決定區(qū)域宏觀格局的構(gòu)造變形過程（見圖2）。受直角式和銳角式兩組共軛斷層控制下的遼中南洼構(gòu)造變形規(guī)律分述如下：

圖2 共軛走滑體系控制遼中南洼構(gòu)造變形模式圖Fig.2 Conjugate strike-slip fault system controls the structural deformation of southern sag of Liaozhong depression

控制作用之一是造成遼中南洼不同塊體發(fā)生旋轉(zhuǎn)。中生代晚期-古新世，郯廬斷裂帶主要為左旋走滑活動，且北西向秦-旅斷裂帶同樣左旋活動，在此作用下兩組共軛斷裂控制下的塊體處于同向旋轉(zhuǎn)的構(gòu)造應(yīng)力場之中，使得郯廬斷裂帶遼東灣段的主干斷層整體走向發(fā)生小角度順時針旋轉(zhuǎn)。

控制作用之二是遼中南洼局部發(fā)育反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶。進入始新世以來，受西太平洋板塊向歐亞板塊俯沖角度發(fā)生改變帶來的邊界作用影響，郯廬斷裂帶發(fā)生右旋走滑活動。與基底存在的秦-旅斷裂帶左旋活動發(fā)生疊合，在兩組共軛走滑斷裂的控制作用下，遼中南洼內(nèi)部的多個塊體所處的局部構(gòu)造應(yīng)力場不同，表現(xiàn)為局部處于增壓區(qū)，形成反轉(zhuǎn)構(gòu)造，共軛斷裂另一側(cè)的相鄰塊體處于釋壓區(qū)，形成小型洼陷。

2 共軛走滑格局與火成巖發(fā)育之間的關(guān)系

歷經(jīng)40 余年勘探，目前遼東灣地區(qū)探井?dāng)?shù)量已達近300 口，但是近期在遼中南洼旅大A 構(gòu)造鉆探揭示的沙三段近300 m 厚火成巖是遼東灣地區(qū)首次在新生界發(fā)現(xiàn)厚層火成巖，這一特殊地質(zhì)現(xiàn)象的成因及其勘探潛力受到關(guān)注。本次研究認為，新鉆井發(fā)現(xiàn)的厚層火成巖與遼中南洼所處的共軛走滑斷裂格局息息相關(guān)。

共軛走滑斷裂交匯處構(gòu)造應(yīng)力最為集中，將會對地層產(chǎn)生較強的破碎作用，既主導(dǎo)了反轉(zhuǎn)構(gòu)造的發(fā)育，也為巖漿的上涌提供通道。調(diào)研表明，新生界火成巖在遼河油田東部凹陷廣泛分布，控制火成巖分布的大型走滑斷裂均位于凹陷中部，火山口沿走滑斷層呈串珠狀分布。前人基于鉆井和地震資料分析了火成巖發(fā)育與構(gòu)造反轉(zhuǎn)之間的成因關(guān)系[20，21]，認為正反轉(zhuǎn)構(gòu)造經(jīng)歷了早期伸展成洼，后期擠壓隆升的過程。在伸展階段，受盆地基底拉張減薄影響，為深部巖漿上涌提供了通道，進入擠壓反轉(zhuǎn)階段以后，巖漿活動逐漸停止，火成巖發(fā)育位置逐漸定型，即伴隨著盆地反轉(zhuǎn)過程，巖漿活動經(jīng)歷了上涌-噴發(fā)-成巖的演化過程。遼中南洼在共軛走滑斷裂格局的主導(dǎo)下，洼陷東部發(fā)育顯著反轉(zhuǎn)構(gòu)造，旅大A 構(gòu)造新鉆井即位于反轉(zhuǎn)帶邊部，是新生代火成巖發(fā)育的有利位置。

3 遼中南洼火成巖特征

目前，在松遼、渤海灣等盆地已經(jīng)發(fā)現(xiàn)多個火成巖油氣藏，展現(xiàn)了火成巖具備較好的勘探前景[22-25]。作為遼東灣地區(qū)已被鉆井證實的富烴洼陷之一，遼中南洼新生界火成巖儲層物性條件是影響勘探潛力的關(guān)鍵要素，因此，本次研究重點圍繞探井鉆遇的火成巖特征開展分析。根據(jù)前人的研究認識，火成巖有效儲層主要受巖性、巖相、裂縫等方面控制。其中，巖性決定儲集空間類型及后期蝕變改造程度，巖相控制著儲層的規(guī)模和原生孔縫發(fā)育帶，裂縫的發(fā)育情況主要影響巖石的滲透率。斷裂控制著火山巖體的空間展布和次生裂縫發(fā)育情況，火成巖儲層沿大型走滑斷裂，尤其是主斷裂與主斷裂之間，或主斷裂與派生斷裂交匯位置集中發(fā)育?；谇笆鰧|中南洼宏觀共軛走滑斷裂格局的分析，以下從鉆井成果出發(fā)，重點對旅大A 構(gòu)造沙三段火成巖巖性、巖相、裂縫發(fā)育條件開展研究，繼而分析勘探潛力。

3.1 巖性特征

綜合地質(zhì)錄井和巖石薄片分析結(jié)果，分析認為LD-A 井沙三段上部3 371～3 562 m 井段火成巖巖性主要為火山碎屑巖，包括火山角礫巖和火山角礫-凝灰?guī)r，局部為安山巖。沙三段下部3 562～3 680 m 井段巖性主要為粗面巖。顆粒成分主要為晶屑和巖屑，晶屑主要為鉀長石和斜長石，石英含量次之（見圖3）；巖屑黏土化強烈，可見基質(zhì)為交織結(jié)構(gòu)，杏仁構(gòu)造局部可見，杏仁體為方沸石礦物，推斷巖屑為中基性噴出巖。顆粒間充填細?；鹕綁m，發(fā)生黏土化，少量粉砂混入泥質(zhì)填隙物中，局部集中分布。溶孔約2%，主要為巖屑基質(zhì)內(nèi)溶孔，孔徑0.03～0.08 mm，形態(tài)以圓形、橢圓形居多，局部連通性尚可。通過與遼河?xùn)|部凹陷類比，LD-A 井鉆遇的火山角礫巖可作為優(yōu)質(zhì)儲層，并且遼河?xùn)|部凹陷也發(fā)現(xiàn)了以粗面巖為主要巖性的火成巖成藏實例。

圖3 LD-A 井電測曲線特征與典型井壁取心薄片F(xiàn)ig.3 Characteristics of LD-A well log and typical sidewall coring sections

3.2 巖相特征

火成巖相能夠解釋火成巖空間展布規(guī)律和不同巖性組合之間的成因聯(lián)系，是對火成巖開展成因和物性研究的重要內(nèi)容[26，27]。王璞珺（2006）等[28]針對松遼盆地火成巖巖相劃分為5 種相，15 種亞相，該劃分方案兼具分類原則和實用性，為中國東、西部多個盆地火成巖研究提供了一個行之有效的分類方案。本次研究依據(jù)“巖性-組構(gòu)-成因”等三元指標開展旅大A 構(gòu)造火成巖巖相分析。

LD-A 井沙三段上部鉆遇厚度約200 m 火山碎屑巖段，以火山碎屑結(jié)構(gòu)為主，塊狀、基質(zhì)支撐，該套地層整體反映火山活動較強，巖漿沿大型斷裂交匯位置發(fā)育的火山通道強烈爆發(fā)或溢流式噴發(fā)。結(jié)合地震剖面外部構(gòu)型和內(nèi)部反射特征以及測井相特征綜合分析認為，旅大A 構(gòu)造火成巖巖相包括自盆地深層向上呈直立狀的火山通道相，靠近火山通道發(fā)育侵出相，火成巖主體下部以溢流相為主，上部為爆發(fā)相（見圖4）。其中，火山碎屑巖段測井解釋孔隙度14.2%～22.1%，滲透率28.9～184.4 mD，為中孔-中滲儲層，該套優(yōu)勢儲層段以爆發(fā)相夾局部溢流相為主，反映這一地區(qū)古近紀經(jīng)歷了多期不同噴發(fā)強度的火山活動。

圖4 旅大A 構(gòu)造火成巖巖性模式圖Fig.4 Lithologic pattern diagram of igneous rocks of Lvda-A structure

3.3 裂縫發(fā)育程度

火成巖的儲集空間由孔隙和裂縫聯(lián)合構(gòu)成，裂縫對成儲的主要意義在于溝通孔隙，形成運移通道，提高儲層滲透能力。雖然遼中南洼經(jīng)歷了多期斷裂活動造成，對火成巖裂縫發(fā)育較為有利，通過薄片觀察也可以見到裂縫發(fā)育，但所見的未充填型裂縫縫寬較小，介于0.01～0.02 mm，并且可見到相當(dāng)比例的裂縫被方沸石礦物充填，殘余少量縫內(nèi)孔。巖石薄片資料顯示，LD-A井上鉆遇的火成巖裂縫類型以構(gòu)造縫為主，少量溶蝕縫，但裂縫發(fā)育程度整體偏低（見圖5）。由于LD-A 井鉆在火成巖體相對較低的位置，距離火山活動最強的中心噴發(fā)位置仍有一定距離，因而影響了其裂縫發(fā)育程度。

圖5 巖石薄片反映裂縫發(fā)育情況Fig.5 The section of rock reflects the development of fractures

3.4 火成巖成藏模式與潛力

由于火成巖儲層的巖性復(fù)雜，主體表現(xiàn)為孔、洞大小和分布的不均一，裂縫發(fā)育程度的差異性，儲集空間分布的斷續(xù)性，油氣難以在火成巖體內(nèi)部做長距離運移，因此，近油源是油氣成藏的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。類比遼河油田東部凹陷新生界火成巖勘探經(jīng)驗，“優(yōu)源-良儲-穩(wěn)蓋”三元因素耦合控制火成巖油氣藏規(guī)模，其中，較好的火成巖儲集體是控藏關(guān)鍵。研究認為，遼中南洼旅大A 構(gòu)造沙三段火成巖為源內(nèi)型成藏，其成藏模式可總結(jié)為，遼中南洼沙三中、下亞段暗色泥巖作為主要烴源巖，具有縱向厚度大以及平面分布廣的特點。前述分析表明，在共軛走滑斷裂控制作用下，遼中南洼近大型斷裂交匯位置發(fā)育厚層火成巖，且屬于爆發(fā)相的火成巖段可作為較好儲層。由于該套優(yōu)質(zhì)火成巖儲集體包裹在厚層烴源巖之中，油氣經(jīng)斷裂或儲層內(nèi)部近距離疏導(dǎo)，在火成巖儲集體中大量聚集。此外，遼中南洼東二下段和東三段發(fā)育厚層泥巖，可作為良好的區(qū)域性蓋層，從而阻止在火成巖中聚集的油氣繼續(xù)向上溢散。分析認為，已鉆的LD-A 井只鉆在本區(qū)沙三段爆發(fā)相火成巖相對低的位置，井點距離火成巖儲集體高點存在約200 m 幅度，因此認為該套火成巖高部位仍有較大勘探潛力，值得繼續(xù)鉆探。

4 結(jié)論與討論

（1）遼中南洼發(fā)育兩組共軛走滑斷層體系，分別為由北東向的郯廬斷裂帶與北西向秦-旅斷裂帶構(gòu)成的直角式共軛走滑組合，以及郯廬斷裂帶內(nèi)部兩支斷裂系構(gòu)成的銳角式共軛走滑組合。在兩組共軛走滑斷裂主導(dǎo)下，遼中南洼不同塊體發(fā)生旋轉(zhuǎn)，局部發(fā)育反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶，為這一地區(qū)新生代早期巖漿活動創(chuàng)造了有利的構(gòu)造條件。

（2）基于井-震綜合分析，旅大A 構(gòu)造在沙三段火成巖巖相包括爆發(fā)相、溢流相、侵出相和火山通道相，其中爆發(fā)相火山角礫巖儲層物性較好，可作為較好儲集體。遼中南洼沙三段火成巖具備優(yōu)源-良儲-穩(wěn)蓋成藏條件，旅大A 構(gòu)造火成巖高部位仍具有較大勘探潛力。

（3）目前遼東灣地區(qū)新生界火成巖發(fā)現(xiàn)較少，火成巖勘探仍屬冷區(qū)，但渤海灣盆地陸上地區(qū)，特別是遼河油田東部凹陷已經(jīng)在沙三段火成巖領(lǐng)域取得重要勘探突破。同樣作為下遼河坳陷的次級構(gòu)造單元之一，近期在遼中南洼沙三段首次鉆遇的厚層火成巖能否開啟一個新的勘探領(lǐng)域，這一思考需要研究思路認識轉(zhuǎn)變和勘探理論創(chuàng)新來給予答案。