余一欣,周心懷,徐長(zhǎng)貴,吳 奎,周 鑫,柳嶼博

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裂谷盆地是世界上重要的含油氣盆地類(lèi)型之一，雖然其面積約占全球盆地面積的5%[1]，但為全球提供了近三分之一的油氣發(fā)現(xiàn)[2]。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，在目前已發(fā)現(xiàn)的877個(gè)大型油氣田中，有271個(gè)是位于裂谷盆地中[3]，其中大部分油氣田的形成都受到了斷裂及其相互作用的影響[4-8]。渤海灣盆地位于我國(guó)東部大陸邊緣，是一個(gè)在華北克拉通基礎(chǔ)之上發(fā)育起來(lái)的中、新生代板內(nèi)裂谷盆地[9]，也是我國(guó)重要的含油氣盆地之一，其油氣產(chǎn)量已約占我國(guó)油氣總產(chǎn)量的三分之一[10]。受新生代地幔隆升作用影響，渤海海域(渤海灣盆地的海域部分)發(fā)育大量具有不同規(guī)模和方位的伸展斷裂[11-12]，自5.2Ma以來(lái)發(fā)生的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)在環(huán)渤中坳陷淺層也形成了密集分布的次級(jí)伸展斷裂[13-14]。此外，受NE向郯廬斷裂帶和NW向張家口-蓬萊斷裂帶的走滑作用影響，渤海地區(qū)還發(fā)育大量走滑斷裂和伸展-走滑復(fù)合斷裂[12]。這些不同性質(zhì)的斷裂在平面和剖面上都相互交織在一起，共同組成了渤海地區(qū)復(fù)雜的斷裂體系，對(duì)油氣的聚集成藏也產(chǎn)生了重要影響。前人已針對(duì)渤海地區(qū)的斷裂變形特征、活動(dòng)期次及其形成機(jī)理進(jìn)行了一定程度的研究[15-17]，并初步探討了斷裂聯(lián)接作用及其轉(zhuǎn)換帶的發(fā)育特征[18-23]，但目前還未對(duì)渤海海域內(nèi)不同類(lèi)型、規(guī)模和方位的斷裂之間的相互作用特征進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)梳理和分析。本文主要是在前期工作基礎(chǔ)之上，針對(duì)渤海地區(qū)伸展斷裂和走滑斷裂在平面和剖面上的相互作用方式進(jìn)行全面、系統(tǒng)的厘定與分析，并結(jié)合勘探新進(jìn)展，探討不同的斷裂相互作用方式對(duì)油氣成藏的影響，擬為該地區(qū)的油氣勘探部署提供借鑒和參考。

1 斷裂平面相互作用方式

依據(jù)斷裂相互作用發(fā)生的尺度范圍，可將渤海地區(qū)不同類(lèi)型斷裂的平面相互作用方式分為區(qū)域和局部?jī)纱箢?lèi)，其中區(qū)域級(jí)別的斷裂平面相互作用方式包括共軛型、直交型和斜交型，局部地區(qū)的相互作用方式則包括帚狀傳遞型、分支傳遞型、雁列斷層傳遞型和變換構(gòu)造傳遞型等。

渤海地區(qū)主要發(fā)育兩條大型走滑斷裂帶，即NE向的郯廬斷裂帶和NW向的張家口-蓬萊斷裂帶(圖1)。受太平洋板塊向歐亞板塊的俯沖方向從NNW向轉(zhuǎn)變?yōu)镹WW向的影響，郯廬斷裂帶的走滑方向在沙四段沉積末期(約43Ma)由左旋開(kāi)始變?yōu)橛倚齕24]，張家口-蓬萊斷裂帶自新近紀(jì)以來(lái)則是一條具有左旋平移活動(dòng)性質(zhì)的地殼破裂帶[25]。這兩條大型走滑斷裂帶在渤海地區(qū)呈X型相互交織在一起，共同構(gòu)成了我國(guó)大陸東部新構(gòu)造期的一套共軛剪切破裂系統(tǒng)(圖1)。這套共軛斷裂系統(tǒng)對(duì)渤海地區(qū)的斷裂發(fā)育產(chǎn)生了重要影響，不僅形成了多條走滑斷裂，而且還導(dǎo)致早期主要受地幔上隆作用影響而形成的許多伸展斷裂在后期活動(dòng)過(guò)程中都伴隨有走滑作用，其上盤(pán)發(fā)育了多條分支斷裂，從而形成伸展-走滑復(fù)合斷裂，在剖面上多表現(xiàn)為似花狀構(gòu)造特征[12]。

直交型相互作用主要發(fā)生在伸展斷裂和走滑斷裂之間，兩者在平面上近垂直相交，在渤海南部地區(qū)表現(xiàn)最為典型(圖1)。該地區(qū)的主干伸展斷裂呈近EW向展布，NNE向郯廬斷裂帶分東、西兩個(gè)分支從渤南地區(qū)通過(guò)，并與近EW向伸展斷裂近于垂直相交，并對(duì)伸展斷裂產(chǎn)生了一定的改造作用(圖1)。早期有部分研究人員認(rèn)為渤南地區(qū)的萊州灣凹陷等是受郯廬斷裂帶走滑作用影響而形成的走滑拉分凹陷[26]，但新的地震資料表明，渤南地區(qū)的凸起和凹陷結(jié)構(gòu)主要還是受近EW向伸展斷裂控制，凹陷都表現(xiàn)為箕狀斷陷特征。郯廬斷裂帶在剖面上切割了早期的盆緣伸展斷裂，但并沒(méi)有控制沉積過(guò)程，僅是對(duì)凹陷結(jié)構(gòu)有一定的后期改造作用(圖2)。

斜交型是指主干走滑斷裂在走滑過(guò)程中形成一系列派生的次級(jí)伸展斷裂，其規(guī)模較小，與主干走滑斷裂呈斜交關(guān)系。發(fā)生該類(lèi)作用方式的走滑斷裂和伸展斷裂具有成因聯(lián)系，在盆地東部郯廬斷裂帶經(jīng)過(guò)的大部分地區(qū)都比較普遍(圖3)。

與區(qū)域性的斷裂相互作用方式相比，局部地區(qū)發(fā)生的斷裂相互作用更為復(fù)雜。根據(jù)斷裂發(fā)育特征，可以劃分為帚狀傳遞型、分支傳遞型、雁列斷層傳遞型和變換構(gòu)造傳遞型等。

發(fā)生帚狀傳遞型相互作用的斷裂在平面上多呈弧形彎曲，其中一條斷裂大致搭接在另一條斷裂的中間凸出部位，多條斷裂聯(lián)接成掃帚狀，并發(fā)生位移傳遞。此類(lèi)斷裂相互作用方式的形成可能與早期伸展斷裂在后期遭受郯廬斷裂帶右行走滑作用的影響有關(guān)，在遼西地區(qū)最為典型，如SZ36-1構(gòu)造區(qū)和LD5-2構(gòu)造區(qū)的斷裂相互作用方式(圖4a)。另外，在渤東地區(qū)和石臼坨凸起QHD34-2構(gòu)造區(qū)也有發(fā)育。

分支傳遞型是指一條主干斷裂的旁側(cè)或尾端發(fā)育多條分支斷裂，主干斷裂的位移向發(fā)育分支斷裂的部位逐漸最小，最終向分支斷裂發(fā)生傳遞，如遼東灣坳陷JZ25-1構(gòu)造3、4井區(qū)的斷裂聯(lián)接方式(圖4b)。雁列斷層傳遞型是指兩條邊界主干斷裂通過(guò)位于其疊置區(qū)內(nèi)呈雁列式排列的多條次級(jí)斷層發(fā)生相互作用，如石臼坨凸起南緣東段兩條邊界斷裂之間就是通過(guò)多條次級(jí)斷層聯(lián)接在一起而發(fā)生了相互作用(圖4c)。

圖1 渤海海域新生代構(gòu)造綱要圖Fig.1 The Cenozoic structure outline map of offshore Bohai Bay Basin

變換構(gòu)造傳遞型是指發(fā)生相互作用的斷裂之間并不發(fā)生直接聯(lián)接，而是通過(guò)發(fā)育在斷裂疊置區(qū)間內(nèi)不同類(lèi)型的變換構(gòu)造發(fā)生相互作用。根據(jù)發(fā)生相互作用的斷裂的傾向及其組合關(guān)系，可進(jìn)一步將其劃分為斜坡型、地壘型和斷塊型等三類(lèi)。斜坡型是指兩條近于平行展布的主干斷裂同向傾斜，其位移通過(guò)發(fā)育在斷裂疊置部位的變換斜坡進(jìn)行傳遞。如遼西JZ25-1S構(gòu)造區(qū)內(nèi)兩條NE走向的伸展斷裂均向NW方向傾斜，并發(fā)生側(cè)列疊接。這兩條主干斷裂在沙四-沙三段和東三段沉積期同時(shí)發(fā)生強(qiáng)烈活動(dòng)，其平面位移均往斷裂疊置區(qū)逐漸減小，直至終止，在疊置區(qū)內(nèi)形成了斜坡型構(gòu)造變換帶(圖5a)。石臼坨凸起北側(cè)QHD29-2構(gòu)造區(qū)的斷裂相互作用也具有相似特征(圖5b)。地壘型是指兩條近于平行展布的斷裂傾向相背，斷裂下盤(pán)發(fā)育地壘構(gòu)造，斷裂位移在整個(gè)空間里保持守恒，如遼東灣坳陷JZ9-3、LD27-2構(gòu)造區(qū)的斷裂相互作用方式(圖5c)。

圖2 渤南地區(qū)地震剖面(剖面位置見(jiàn)圖1)Fig.2 Seismic line across southern offshore Bohai Bay Basin (See Fig.1 for the location)(紅色表示郯廬走滑斷裂帶，黑色表示伸展斷裂。)

圖3 渤海海域東部平面斜交型斷裂相互作用特征Fig.3 Oblique interaction of faults in eastern offshore Bohai Bay Basina. JX構(gòu)造區(qū)東二段底界斷裂系統(tǒng)；b. KL6-5構(gòu)造及鄰區(qū)東二段底界斷裂系統(tǒng)

斷塊型相互作用方式主要發(fā)生在側(cè)列疊接的走滑斷裂之間。渤海地區(qū)的郯廬斷裂帶實(shí)際上由多條走滑斷裂(帶)組成，這些走滑斷裂在局部地區(qū)發(fā)生側(cè)列疊接，進(jìn)而通過(guò)疊置區(qū)內(nèi)的斷塊構(gòu)造發(fā)生相互作用。如位于遼東灣坳陷中部的NE向遼中1號(hào)走滑斷裂帶由2～3條分段斷裂組成，并在JX構(gòu)造區(qū)發(fā)生相互作用，形成了JX斷塊構(gòu)造(圖3a)。此外，在渤南地區(qū)的黃河口凹陷中部和萊州灣凹陷東部地區(qū)，走滑斷裂之間的斷塊型相互作用方式也比較常見(jiàn)(圖3b)。

2 斷裂剖面相互作用方式

渤海地區(qū)斷裂在剖面上的相互作用方式主要包括X型、混合型和疊加型等3類(lèi)，其中最普遍，也是最重要的是X型斷裂組合型式。

X型斷裂組合由兩組具有相同走向和相反傾向的正斷層組成，在剖面上多表現(xiàn)為簡(jiǎn)單或復(fù)雜的X型形態(tài)[27]。根據(jù)斷裂發(fā)育特征，可將渤海地區(qū)的X型斷裂劃分為兩類(lèi)。一類(lèi)主要發(fā)育在淺部明化鎮(zhèn)組內(nèi)，規(guī)模較小，形態(tài)簡(jiǎn)單，表現(xiàn)為對(duì)稱(chēng)、單一的X型結(jié)構(gòu)(圖6a)。另一類(lèi)X型斷裂在除遼東灣坳陷以外的地區(qū)都廣泛發(fā)育，其下部斷裂斷至前新生代基底，斷距較大，上部發(fā)育多條具有較小斷距的分支斷層，組合形成不同類(lèi)型的X型結(jié)構(gòu)(圖6b，c)。有些地區(qū)相鄰的多個(gè)X型斷裂還連接在一起，形成了形態(tài)復(fù)雜的連鎖X型斷裂系(圖6b)。已有研究表明，渤海地區(qū)簡(jiǎn)單的X型斷裂主要發(fā)育在主干走滑斷裂的旁側(cè)，是在兩組斷層的同步滑動(dòng)過(guò)程中形成的，而復(fù)雜X型斷裂的形成主要受基底斷裂的繼承性活動(dòng)影響[28]。

圖4 渤海海域斷裂局部平面相互作用特征Fig.4 Local interaction of faults in the offshore Bohai Bay Basina. LD5-2-SZ36-1構(gòu)造區(qū)東二段底界斷裂系統(tǒng)；b. JZ25-1構(gòu)造區(qū)沙一段底界斷裂系統(tǒng)；c. 石臼坨凸起南緣相干體切片(1 000 ms)

圖5 渤海海域變換構(gòu)造傳遞型斷裂相互作用特征Fig.5 Transfer structures in the offshore Bohai Bay Basina. JZ25-1S構(gòu)造及鄰區(qū)東二段底界斷裂系統(tǒng)；b. QHD29-2構(gòu)造及鄰區(qū)東三段底界斷裂系統(tǒng)；c. JZ9-3構(gòu)造區(qū)沙一段底界斷裂系統(tǒng)

混合型是指走滑斷裂和伸展斷裂的破裂面在不同時(shí)期被另一類(lèi)斷裂活動(dòng)所利用，最終形成兩類(lèi)斷裂系統(tǒng)相互疊加的復(fù)雜變形現(xiàn)象，在遼東灣坳陷東北部地區(qū)比較典型。該地區(qū)基底先存的郯廬斷裂帶中的部分?jǐn)嗔衙姹恍律煺箶嗔牙煤透脑?，而漸新世郯廬斷裂帶的走滑活動(dòng)又利用和改造了始新世時(shí)期的伸展斷裂面，從而形成了伸展斷裂和走滑斷裂混合在一起的復(fù)雜構(gòu)造變形系統(tǒng)(圖7)。

疊加型是指早期裂陷作用形成的伸展斷裂受后期郯廬斷裂帶右行走滑活動(dòng)影響，發(fā)生走滑位移，主干斷裂多表現(xiàn)為上陡下緩的鏟式正斷層特征，其上盤(pán)發(fā)育多條同向或反向分支斷裂，組成似花狀構(gòu)造。該類(lèi)斷裂相互作用方式主要發(fā)生在渤海東側(cè)地區(qū)，如廟西北等凸起的兩側(cè)邊界斷裂都具有此特征[12]。

3 油氣地質(zhì)意義

渤海地區(qū)的勘探實(shí)踐已經(jīng)證實(shí)，斷裂相互作用區(qū)是有利的油氣聚集成藏區(qū)，在此類(lèi)部位已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了多個(gè)大中型油氣田。這主要是由于斷裂的相互作用會(huì)對(duì)圈閉發(fā)育、儲(chǔ)層物性和油氣運(yùn)移等產(chǎn)生一些有利影響。

圖6 渤海海域X型斷裂組合樣式(剖面位置見(jiàn)圖1)Fig.6 X-type faults in the offshore Bohai Bay Basin (See Fig.1 for the location)

渤南地區(qū)伸展斷裂和走滑斷裂發(fā)生的直交型相互作用不僅影響了凹陷結(jié)構(gòu)(圖2)，對(duì)局部的圈閉發(fā)育也產(chǎn)生了一定影響。如KL9-1構(gòu)造的東、西兩側(cè)均被郯廬斷裂帶的分支斷裂所限制，其南側(cè)邊界則由一條近EW走向的伸展斷裂充當(dāng)，在該地區(qū)已發(fā)現(xiàn)了較豐富的油氣資源(圖8a)。與主干走滑斷裂發(fā)生斜交型相互作用的次級(jí)伸展斷裂可以充當(dāng)油氣運(yùn)移通道，進(jìn)而控制油氣富集程度和聚集層位。如LD6-2構(gòu)造的南部地區(qū)次級(jí)斷層發(fā)育，而北部次級(jí)斷層較少，導(dǎo)致南區(qū)的儲(chǔ)量豐度明顯大于北區(qū)(圖8b)。JX構(gòu)造區(qū)和KL6-4構(gòu)造區(qū)主干走滑斷裂帶旁側(cè)都發(fā)育多條與之斜交的次級(jí)伸展斷裂，進(jìn)而也極大改善了這些部位的含油氣性(圖3)。

斷裂相互作用區(qū)的應(yīng)力都比較集中，屬于強(qiáng)應(yīng)變區(qū)，而且地層易發(fā)生掀斜，可以形成斷背斜、斷塊和斷鼻等多類(lèi)圈閉(圖4，圖5)。變換斜坡還是沉積物源進(jìn)入沉積區(qū)的主要通道，可以控制碎屑物質(zhì)的富集位置，從而有利優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的發(fā)育。如來(lái)自西南方向的物源通過(guò)變換斜坡進(jìn)入JZ25-1S構(gòu)造區(qū)后，發(fā)生卸載和堆積，形成了扇三角洲等有利儲(chǔ)集相帶[19]。而且受斷裂相互作用區(qū)的強(qiáng)應(yīng)變影響，變換斜坡部位的儲(chǔ)層一般都發(fā)育較多的構(gòu)造裂縫，從而可以提高儲(chǔ)集性能。如遼西JZ25-1S地區(qū)的太古界潛山裂縫發(fā)育，具有孔、洞、縫并存，非均質(zhì)程度較高的雙重介質(zhì)特點(diǎn)[19]。目前已在渤海地區(qū)斷裂的局部相互作用區(qū)發(fā)現(xiàn)了LD5-2,QHD35-2,JZ25-1S,QHD29-2和LD27-2等多個(gè)油氣田(圖4，圖5)。

圖7 渤海遼東灣坳陷伸展斷裂和走滑斷裂混合作用特征(剖面位置見(jiàn)圖1)Fig.7 Hybrid interaction of extensional faults and strike-slip faults in the Liaodongwan depression (See Fig.1 for the location)

圖8 渤海海域斷裂相互作用與典型油氣田Fig.8 Interaction of faults and typical oil and gas fields in the offshore Bohai Bay Basina. KL9-1構(gòu)造區(qū)明化鎮(zhèn)組底界斷裂系統(tǒng)；b. LD6-2構(gòu)造區(qū)東二段底界斷裂系統(tǒng)；c. 黃河口凹陷BZ34油田剖面

走滑斷裂的組合方式及走滑方向共同決定了圈閉發(fā)育狀況。如果走滑斷裂的側(cè)列疊接部位是局部的擠壓區(qū)，易形成背斜類(lèi)圈閉，規(guī)模也較大。如果是拉張區(qū)，則易形成斷塊類(lèi)圈閉，圈閉規(guī)模小且分散。在黃河口凹陷中部的BZ28和BZ34構(gòu)造區(qū)以及萊州灣凹陷東部的KL6-5構(gòu)造區(qū)，郯廬斷裂帶的分支斷裂均呈左階右行方式疊置，在擠壓性的疊接區(qū)內(nèi)發(fā)育了多個(gè)背斜類(lèi)圈閉群(圖3b)。而在遼東灣坳陷的JX構(gòu)造區(qū)，兩條郯廬斷裂帶的分支斷裂呈右階右行方式疊置，形成了拉張性的JX走滑雙重構(gòu)造，以斷塊型圈閉為主，而且斷層的側(cè)向封堵能力也較差，走滑雙重構(gòu)造內(nèi)部并不有利于油氣的大規(guī)模聚集(圖3a)。

由于獨(dú)特的斷裂組合型式，不僅易在X型斷裂的上、下部及鄰側(cè)形成斷塊圈閉和地層-巖性圈閉，而且由于X型斷裂多已斷至基底，能起到溝通油源的作用，有利于淺層油氣藏的形成。目前已在X型斷裂作用區(qū)發(fā)現(xiàn)了多個(gè)油氣田，如BZ13-1S，QHD34-3，BZ25-1S和BZ34-1等(圖8c)。但需要注意的是，由于X型斷裂交叉點(diǎn)處的斷距一般都較小，有時(shí)不能形成有效圈閉，如遼東灣坳陷JZ27-2構(gòu)造的鉆探失利就有這方面的原因。

4 結(jié)論

受地幔上隆和區(qū)域走滑作用影響，渤海海域發(fā)育大量不同方位與規(guī)模的伸展斷裂、走滑斷裂及其復(fù)合斷裂，在不同尺度范圍內(nèi)斷裂也通過(guò)多種方式發(fā)生了相互作用。區(qū)域范圍內(nèi)斷裂發(fā)生的相互作用方式包括共軛型、直交型和斜交型，局部地區(qū)的相互作用則包括帚狀傳遞型、分支傳遞型、雁列斷層傳遞型和變換構(gòu)造傳遞型等，而且變換構(gòu)造傳遞型進(jìn)一步可分為斜坡型、地壘型和斷塊型等。斷裂在剖面上的相互作用方式主要包括X型、混合型和疊加型。渤海地區(qū)不同類(lèi)型的斷裂相互作用不僅控制了圈閉發(fā)育，對(duì)油氣運(yùn)移及其儲(chǔ)層發(fā)育和儲(chǔ)集性能的提高也有重要影響，斷裂相互作用區(qū)的含油氣性值得關(guān)注。

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