康洪全，李明剛，賈懷存，楊海風(fēng)，孟金落

（1.中海油研究總院，北京 100083；2.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300452）

大型控盆邊界正斷層活動性評價方法及應(yīng)用

康洪全1，李明剛1，賈懷存1，楊海風(fēng)2，孟金落1

（1.中海油研究總院，北京 100083；2.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300452）

裂陷區(qū)存在大量缺失下盤地層沉積的控盆主邊界正斷層，這類斷層的運動學(xué)特征對認(rèn)識盆地的結(jié)構(gòu)、沉積充填及油氣成藏都具有重要意義。然而目前還沒有一種有效的該類斷層活動性評價方法，為此，以油區(qū)構(gòu)造解析理論為指導(dǎo)，在已有斷層活動性評價方法調(diào)研基礎(chǔ)上，通過斷裂活動與沉積充填響應(yīng)關(guān)系的系統(tǒng)分析，提出了一種新的評價方法——地層楔形體法。斷層的活動過程是上盤楔形地層超覆體的形成過程，某一地質(zhì)時期內(nèi)，因斷層活動的階段性而發(fā)育多個地層楔形體，所有地層楔形體的視厚度就代表了地層沉積時期的斷層活動產(chǎn)生的垂距。文中將地層楔形體法應(yīng)用于沙南—埕北地區(qū)，對缺失下盤地層沉積控盆邊界斷層的活動性做了評價，明確了沙三段沉積時期斷層活動強(qiáng)烈。

主邊界正斷層；評價方法；活動性；油區(qū)構(gòu)造解析理論；沙南—埕北地區(qū)

0 引言

斷層是巖層或巖體順破裂面發(fā)生明顯位移的構(gòu)造，是由外界應(yīng)力強(qiáng)度超過巖石彈性極限使巖石的連續(xù)性受到破壞造成的［1］。對斷層運動學(xué)特征的研究目前仍然較為薄弱，雖然有多種評價斷層活動性的方法，但是都有局限性［2-4］，目前還沒有一種有效的方法來評價下盤地層完全剝蝕殆盡的大型邊界正斷層的活動性問題。邊界正斷層活動不僅控制了盆地的演化，同時對盆地內(nèi)的沉積充填和油氣成藏也有重要影響［5-7］。因此，探討正斷層活動性的評價方法不僅具有重要的理論意義，也有明顯的現(xiàn)實價值。

1 正斷層活動性評價方法

目前正斷層的活動性評價方法有斷層生長指數(shù)和斷層落差法。斷層生長指數(shù)是評價斷層活動性的一種經(jīng)典方法，自從Thorsen提出以來被廣泛地應(yīng)用于同生斷層的研究中［8-10］。斷層生長指數(shù)是同一地層在斷層上盤和下盤的厚度比。對于正斷層來講，當(dāng)斷層生長指數(shù)為1時，說明斷層兩盤厚度相等，斷層不活動；當(dāng)斷層生長指數(shù)大于1時，說明上盤厚度大于下盤厚度，斷層活動，而且生長指數(shù)越大，斷層活動就越強(qiáng)烈。

斷層生長指數(shù)是一個地層厚度比，對厚度精度要求較高，在實際應(yīng)用過程中，受地層剝蝕和盆地沉降因素影響較大。這2個因素都會改變斷層上、下兩盤的地層厚度，進(jìn)而影響斷層生長指數(shù)。如果地層受到剝蝕，斷層活動微弱時，生長指數(shù)也可能很大。由于受盆地沉降的影響，斷層活動強(qiáng)烈時，斷層生長指數(shù)可能很小。

斷層落差法是目前比較實用的一種評價斷層活動性的方法。斷層落差是指在垂直于斷層走向的剖面上兩盤相當(dāng)層之間的鉛直距離，也稱鉛直斷層滑距。能夠在地震剖面上測量，也能夠在構(gòu)造圖上讀取?？梢杂脭鄬觾杀P同一地質(zhì)歷史時期的沉積地層厚度差表示該時期生長斷層落差［2，11］。因此，生長斷層的落差可以表示為兩盤地層的厚度差。

引入時間概念后，斷層落差可以轉(zhuǎn)化為斷層活動速率， 即斷層落差與相應(yīng)地層沉積時間的比值［3，12-13］。斷層落差法的優(yōu)勢是可以消除地層剝蝕和盆地沉降的影響［4，14］。斷層落差法雖然能夠克服斷層生長指數(shù)的不足，但是仍然不能夠解決下盤地層完全剝蝕殆盡的斷層的活動性。

2 地層楔形體法內(nèi)涵

為了解決斷陷區(qū)普遍存在的那些只有下降盤有地層沉積的大型控盆邊界斷裂的活動性問題，本文在斷層落差法的基礎(chǔ)上提出了一種全新的方法——地層楔形體法。

斷層活動對活動期沉積地層具有明顯的控制作用，引起斷層上盤地層厚度增大，斷層落差大于0，在斷層不活動的地質(zhì)時期沉積的地層在斷層上、下兩盤厚度基本一致，斷層落差為0。因此，斷層活動的效應(yīng)造成了斷層上盤地層厚度的增加。

如果在斷層上盤各構(gòu)造層內(nèi)分別繪制一條輔助線，使輔助線到各自構(gòu)造層頂界面的距離和同一構(gòu)造層在斷層下盤的厚度相當(dāng)，就把評價斷層活動性問題完全轉(zhuǎn)移到斷層上盤地層中，不同構(gòu)造層底界面與斷層的交點到其內(nèi)部的輔助線的視厚度就代表了各地層沉積時期的斷層活動產(chǎn)生的斷層落差。這就為評價缺失下盤地層沉積的斷層的活動性提供了新的思路。

一般來講，斷層活動能夠為沉積物堆積提供可容空間，造成地層連續(xù)超覆在底界面之上。當(dāng)斷層不活動，處于構(gòu)造穩(wěn)定期時，地層則會穩(wěn)定沉積，垂向上層層疊置，表現(xiàn)出平行層序。因此，輔助線應(yīng)該代表了不同地質(zhì)時期最大地層超覆面，不同構(gòu)造層底界面和其內(nèi)部的最大地層超覆面所圍限的地層楔形體的最大視厚度就代表了不同時期斷層的活動強(qiáng)度。

也就是說，斷層的活動過程是斷層下降盤楔形地層超覆體的形成過程，某一地質(zhì)時期內(nèi)，斷層活動可能具有階段性，而在斷層下盤發(fā)育多個地層楔形體，所有地層楔形體的最大視厚度之和就代表了這個時期斷層活動產(chǎn)生的垂距（見圖1）。圖1是地層楔形體法的應(yīng)用模型，某一時期斷層的垂距為圖中紅色立柱累加和。

圖1 地層楔形體法應(yīng)用模型

3 地層楔形體法的應(yīng)用

渤海灣新生代沉積盆地表現(xiàn)出明顯的裂陷構(gòu)造特征，斷裂普遍發(fā)育，具有“大盆地、小凹陷”的宏觀結(jié)構(gòu)特征［15-19］。其中，不同凹陷多發(fā)育一到兩條控凹的邊界斷層，這些斷裂都表現(xiàn)出缺失下盤地層沉積的特征，使得地層楔形體法可以得到廣泛應(yīng)用。

如渤海西部海域沙南—埕北地區(qū)，夾持于沙壘田凸起和埕子口凸起之間，發(fā)育沙南、埕北2個NW—SE走向凹陷（見圖2）。沙南斷層、沙東南斷層和埕北斷層是控制沙南凹陷和埕北凹陷的邊界斷層。這3條邊界斷層都背靠凸起，下盤缺失地層沉積，運用地層楔形體法，依據(jù)橫穿斷層的地震剖面，對它們的活動性進(jìn)行了測量分析（見圖3）。

圖2 沙南—埕北地區(qū)構(gòu)造單元劃分

總體來看，沙南斷層、沙東南斷層和埕北斷層都是早期活動斷層，僅在孔店組—沙河街組沉積時期活動。其中，沙三段沉積時期這3條斷層活動都最為強(qiáng)烈，斷層垂距大，沙南斷層和沙東南斷層垂距普遍超過1 000 m，埕北斷層垂距也基本都超過500 m；而在沙四段—孔店組和沙一、二段沉積時期，斷層活動強(qiáng)度明顯減弱，尤其是沙一、二段沉積時期，沙南斷層和沙東南斷層基本不活動，埕北斷層也只是輕微活動，斷層垂距很小。沿著斷層走向的不同區(qū)段，斷層活動性差異較大，沙南斷層和埕北斷層都有2個斷層強(qiáng)烈活動中心，沙東南斷層有一個斷層強(qiáng)烈活動中心，不同斷層的強(qiáng)烈活動中心和這一地區(qū)發(fā)育的沉積洼陷一一對應(yīng)，顯示了斷層活動對盆地沉積-沉降中心的控制作用。

近年來，沙南—埕北地區(qū)的油氣勘探活動頻頻受挫，多口探井失利。一項新的研究成果表明（國家科技重大專項——近海富烴凹陷資源潛力再評價和新區(qū)、新領(lǐng)域勘探方向）：控洼主干斷層的平均活動速率達(dá)到150 m/Ma，洼陷就達(dá)到了富生烴的標(biāo)準(zhǔn)。這增加了地層楔形體法這種新的斷層活動性評價方法的實用價值。

圖3 沙南—埕北地區(qū)邊界斷層的活動特征

本文對控制5個洼陷的邊界斷層活動性做了評價，結(jié)果表明僅沙三段沉積時期（見圖3d），控制各個洼陷的主干斷層的平均垂直活動速率最小為161.5 m/ Ma，最大達(dá)到了378.5 m/Ma，都超過了150 m/Ma，所以各個洼陷都達(dá)到了富生烴洼陷的標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該具有好的勘探前景。綜合各種成藏條件分析，南部的沙南、埕北斜坡帶發(fā)育扇三角洲砂體，長期處于油氣運移指向區(qū)，發(fā)育各種斷塊、地層型圈閉，是有利的勘探區(qū)帶。

4 結(jié)論

1）斷層的活動過程是其上盤楔形地層超覆體的形成過程，某一地質(zhì)時期內(nèi)，斷層活動可能具有階段性，從而在斷層上盤發(fā)育多個地層楔形體，所有地層楔形體的視厚度和就代表了地層沉積時期的斷層活動產(chǎn)生的垂距。

2）應(yīng)用地層楔形體法，對渤海灣盆地沙南—埕北地區(qū)控盆邊界斷層的活動性分析表明，邊界斷層主要在孔店組—沙河街組沉積時期活動，其中沙三段沉積時期斷層活動最為強(qiáng)烈，平均垂直活動速率都超過了150 m/Ma，進(jìn)而確定了沙南凹陷和埕北凹陷是富生烴凹陷，具有油氣勘探潛力。

3）地層楔形體法充分體現(xiàn)了斷裂活動與地層充填的響應(yīng)關(guān)系，能夠解決裂陷區(qū)普遍存在的缺失下盤地層沉積的控盆主邊界斷層的活動性，豐富了斷層活動性的評價理論。

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（編輯 楊會朋）

Evaluation method of large boundary normal fault activity and its application

KANG Hongquan1,LI Minggang1,JIA Huaicun1,YANG Haifeng2,MENG Jinluo1
(1.CNOOC Research Institute,Beijing 100083,China;2.Tianjin Branch of CNOOC Ltd.,Tianjin 300452,China)

Faulted depression area has massive main boundary normal faults with lost sedimentary strata in footwall.Kinematic characteristics of this type of fault have important significance to recognize basin structure,sedimentary filling and hydrocarbon accumulation,but there is not an effective method to evaluate fault activity.In order to solve the issue,a new method,formation wedge method,was proposed,which was based on oilfield structural analysis theory,the research of existing fault activity evaluation method, the systematic analysis of fault activity and sedimentary response.Wedge-shaped layer body developed in hanging wall is caused by fault activity.In a geological period,due to phase feature of fault activity and multiple stratigraphic wedges development,the apparent thickness of all formation wedges represents vertical distance induced by fault activity in different period.The formation wedge method was applied to Shanan-Chengbei Area to evaluate the activity of boundary faults in this area,and the result shows that the faults acted strongly in Sha-3 Member sedimentary period.

main boundary normal fault;evaluation method;activity;oilfield structural analysis theory;Shanan-Chengbei Area

國家科技重大專項課題“大陸邊緣盆地類比與油氣成藏規(guī)律研究”（2011ZX05030-001）

TE121

A

10.6056/dkyqt201703002

2016-09-10；改回日期：2017-03-04。

康洪全，男，1969年生，高級工程師，主要從事油氣成藏機(jī)理研究工作。E-mail：kanghq@cnooc.com.cn。

康洪全，李明剛，賈懷存，等.大型控盆邊界正斷層活動性評價方法及應(yīng)用［J］.斷塊油氣田，2017，24（3）：307-310.

KANG Hongquan，LI Minggang，JIA Huaicun，et al.Evaluation method of large boundary normal fault activity and its application ［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2017，24（3）：307-310.