劉 睿， 黃曉波， 汪 晶， 劉占博， 劉藝萌

( 中海石油(中國)有限公司 天津分公司，天津 300459 )

0 引言

渤海灣盆地存在兩條大型走滑斷裂帶，即北東向的郯廬斷裂帶與北西向的張蓬斷裂帶。人們研究走滑斷裂對渤海灣盆地油氣聚集的控制作用并取得許多成果。鄧運華[1]、龔再升等[2]、萬桂梅等[3]研究郯廬斷裂對渤海海域油氣成藏的控制作用，認為郯廬斷裂是控制渤海海域油氣成藏的重要因素。徐長貴[4]分析渤海走滑轉(zhuǎn)換帶對大中型油氣田形成的控制作用，認為增壓型轉(zhuǎn)換帶控制大中型油氣田的分布。黃雷[5]、彭文緒等[6]分析走滑作用對渤海凸起區(qū)油氣聚集的控制作用，認為NE向斷層對油氣運聚的控制作用是長期演化的累積效果。李才等[7]、張參等[8]、黃曉波等[9]、王玉秀等[10]、張宏國等[11]認為郯廬斷裂東支不同段均對油氣運聚有控制作用。李明剛等[12]、張曉慶等[13]、朱秀香等[14]、武衛(wèi)峰等[15]、吳俊剛等[16]認為斷裂控制構(gòu)造格局、圈閉形成分布及油氣運聚。董月霞等[17]，Liu Xiaofeng等[18]，王家豪等[19]、李新琦等[20]、張華文等[21]研究張蓬斷裂渤海段特征及其對油氣成藏的控制，認為走滑斷裂決定圈閉發(fā)育、沉積展布及油氣運移輸導，分段差異性控制油氣成藏差異。周天偉等[22]、余一欣等[23]分析南堡凹陷晚新生代X型斷層形成機制及油氣意義，認為X型斷層可以作為油氣運移的有效通道，與圍巖構(gòu)成深層及淺層有效圈閉而控制油氣成藏。這些研究成果主要集中于郯廬斷裂東支及張蓬斷裂陸上部分，分析單條走滑帶對油氣的控制作用，而有關(guān)兩條走滑帶相交形成的共軛走滑斷裂帶對油氣控制方面的研究較少。

在渤海灣沙北地區(qū)，郯廬斷裂西支與張蓬斷裂渤海段交匯形成X型共軛走滑斷裂帶。由于受三維地震資料缺少的限制，給該地區(qū)共軛走滑斷裂整體研究帶來較大困難，油氣勘探進展緩慢。筆者利用沙北地區(qū)最新的三維地震資料，結(jié)合鉆井和巖心薄片資料，分析共軛走滑斷裂帶特征，明確共軛走滑斷裂對沉積體系展布、圈閉發(fā)育及油氣運聚的控制作用，指明有利勘探方向，為沙北地區(qū)下一步的油氣勘探提供借鑒。

1 地質(zhì)概況

沙北地區(qū)共軛走滑斷裂帶位于渤海海域西部，為夾持于沙壘田凸起、石臼坨凸起、南堡凹陷和渤中凹陷之間的中央構(gòu)造帶[24-26](見圖1)。鉆井資料顯示，該地區(qū)地層從中生界到第四系發(fā)育。古近紀早期主要以扇三角洲—湖相沉積為主，晚期發(fā)育辮狀河三角洲—湖相沉積。新近紀早期館陶組主要以辮狀河三角洲砂礫巖沉積為主，單層厚度大；晚期明化鎮(zhèn)組演變?yōu)榍骱由澳嗷映练e。

圖1 渤海灣沙北地區(qū)共軛走滑斷裂帶區(qū)域位置Fig.1 Regional location of the Shabei area conjugate strike-slip fault zone in Bohai Bay

古近紀時期，共軛走滑斷裂主要表現(xiàn)為伸展正斷層性質(zhì)，與邊界斷裂共同作用形成“三坡、三洼、一隆”的古地貌格局[27]?！叭隆睘槭蠁螖嘈投钙隆⑸潮眴螖嘈投钙潞蜕硸|北斷階型緩坡；“三洼”為石南次洼、沙東北次洼和曹妃甸次洼；“一隆”為沿張蓬斷裂走向發(fā)育的中央凸起。目前，該地區(qū)以古近系為主要目的層的6-4油田、6-1X油田及南堡4號構(gòu)造帶位于“三坡一隆”區(qū)，表明斷裂對油氣具有重要控制作用。走滑斷裂與邊界斷裂交匯區(qū)及共軛走滑斷裂交匯部位圈閉發(fā)育(見圖1)，儲蓋組合良好，且緊鄰富生油的渤中凹陷和南堡凹陷，為最有利的油氣聚集區(qū)域。

2 共軛走滑斷裂帶特征

利用最新的三維地震資料，通過方差切片及構(gòu)造分析表明，沙北地區(qū)存在兩期明顯的構(gòu)造活動。古近紀時期主要表現(xiàn)為強拉張、弱走滑的特點，新近紀時期斷裂活動發(fā)生明顯變化，以強走滑、弱拉張為主[28-29]。共軛走滑斷裂帶受區(qū)域構(gòu)造應力場控制，在平面及剖面上具有明顯分期、分段特征，為早期伸展、晚期走滑的伸展—走滑復合斷裂帶。

通過方差切片分析不同沉積期走滑派生斷裂發(fā)育數(shù)量及密度，研究不同期、不同段走滑強弱的差異。平面上，古近紀早期斷裂相對簡單，北西向的張蓬斷裂和北東向的郯廬斷裂西支呈X型相交，派生斷裂不發(fā)育，走滑作用弱(見圖2(a))；古近紀晚期斷裂由伸展向走滑轉(zhuǎn)變，到館陶組及明下組沉積期，主走滑附近派生斷裂大量發(fā)育，走滑活動明顯加劇。強走滑作用導致張蓬斷裂被中央2號斷裂錯斷為中央1號斷裂和中央3號斷裂(見圖2(b))。中央1號斷裂派生斷裂發(fā)育于主走滑南側(cè)，與主走滑低角度搭接，呈馬尾狀分布；中央3號斷裂派生斷裂同樣發(fā)育于主走滑南側(cè)，與主走滑搭接，呈帚狀。根據(jù)派生斷裂發(fā)育密度，中央2號斷裂派生斷裂少，走滑作用相對弱；中央1號斷裂、中央3號斷裂派生斷裂發(fā)育，表明張蓬斷裂的走滑作用明顯強于郯廬斷裂的。

圖2 沙北地區(qū)共軛走滑斷裂帶地震數(shù)據(jù)體方差切片F(xiàn)ig.2 Variance slice of the seismic data volume in the Shabei area conjugate strike-slip fault zone

剖面上，古近紀早期沙北及石南控凹邊界斷裂表現(xiàn)為大型陡直拉張斷裂，共軛走滑斷裂帶主要表現(xiàn)為伸展拉張斷裂性質(zhì)，呈板式構(gòu)造樣式，控制古近紀地層沉積；古近紀晚期大量發(fā)育的派生斷裂收斂于深層主斷裂，構(gòu)成典型的花狀構(gòu)造，石南邊界斷裂同樣發(fā)育走滑形成的花狀構(gòu)造(見圖3(a))。

圖3 沙北地區(qū)共軛走滑斷裂帶典型地震剖面(剖面位置見圖1)Fig.3 Typical seismic profile of the Shabei area conjugate strike-slip fault zone(see profile position in the fig.1)

根據(jù)北西、南東向剖面(見圖3(b))，中央2號斷裂對中央1號斷裂和中央3號斷裂分割作用明顯。中央1號斷裂和中央3號斷裂主要表現(xiàn)為梳狀樣式，前者“梳齒”密度更大，花狀構(gòu)造更為復雜；后者“梳齒”相對簡單，表明中央1號斷裂走滑活動更強。

3 對油氣的控制作用

3.1 沉積體系展布

沙壘田凸起和石臼坨凸起長期隆升，是沙北地區(qū)的兩大主要物源[30]。通過該地區(qū)古近紀沉積體系分析，石臼坨凸起南部溝谷發(fā)育明顯，溝谷對應的石南陡坡下降盤發(fā)育楔形前積結(jié)構(gòu)的近源扇三角洲沉積(見圖4)。已鉆探井35-1-1資料顯示，古近系沙一二段為一套粒度粗、分選差的厚層砂礫巖儲層，單層砂體厚度最大可達21.6 m，地震資料上表現(xiàn)為明顯的前積特征(見圖5(a))，為快速堆積的近源扇三角洲沉積。沙壘田凸起北部坡度緩，主要發(fā)育延伸距離較遠的辮狀河三角洲沉積，地震反射特征呈低角度前積。共軛走滑斷裂帶對古近紀沉積體系的控制主要表現(xiàn)在兩個方面：一是郯廬斷裂決定物源水系注入湖盆的主要位置，郯廬斷裂與邊界斷裂近垂直相交，走滑活動導致它與邊界斷裂交匯形成斷槽型溝谷，地勢低，溝谷規(guī)模大，成為物源水系進入湖盆的重要通道。二是張蓬斷裂與郯廬斷裂共同活動并控制形成“三洼一隆”的古地貌格局，不僅影響古水流入湖后的流向，也決定沉積體系的發(fā)育類型及展布規(guī)模。郯廬斷裂控制沉積區(qū)古水流流向，對砂體起到良好疏導作用；走滑斷裂根部是水下分流河道的主要發(fā)育地帶，砂體展布具有沿走滑斷裂走向富集的特征(見圖4)。

圖4 沙北地區(qū)古近紀共軛走滑斷裂帶沉積體系展布

5-5-2井位于中央凸起，鉆井資料表明，沙一二段是以鈣質(zhì)砂巖、中砂巖夾含生物碎屑灰?guī)r為主的混積灘，鏡下可見完整的鮞粒均勻分布(見圖5(b))。根據(jù)地震特征分析，沙東南緩坡帶發(fā)育的辮狀河三角洲沉積沿郯廬斷裂推進到中央凸起之上；因遠離物源區(qū)，三角洲砂體受后期波浪改造作用而形成含生物碎屑的混積灘(見圖4)，其展布規(guī)模受中央凸起嚴格控制，分布局限，面積約為6.5 km2。因此，共軛走滑斷裂帶對該地區(qū)沉積體系具有明顯的控制作用。

3.2 圈閉

研究區(qū)共軛走滑斷裂帶對圈閉發(fā)育的控制主要表現(xiàn)為兩方面。

首先，共軛走滑斷裂帶與其派生斷裂、邊界斷裂控制圈閉發(fā)育類型。根據(jù)最新的三維地震資料，沙北地區(qū)古近紀主要發(fā)育斷塊圈閉、斷鼻圈閉、斷背斜圈閉3種類型。共軛走滑斷裂與邊界斷裂之間發(fā)育依附邊界斷裂的中型斷塊圈閉，共軛走滑斷裂相交形成5-5大型斷背斜構(gòu)造圈閉，東三段圈閉面積達20.0 km2(見圖6(a))。新近紀時期，共軛主走滑斷裂與其派生斷裂之間發(fā)育一批依附主走滑斷裂的夾角式斷塊圈閉(如中央1號斷裂及中央3號斷裂南北兩側(cè))，館陶組形成多個斷塊組成的、面積約為42.0 km2的斷塊群(見圖6(b))。

圖5 沙北地區(qū)沙一二段已鉆井地震剖面及沉積特征Fig.5 Seismic profile and sedimentary characteristics of the drilled well of the Es1-2 in the Shabei area

圖6 沙北地區(qū)共軛走滑斷裂帶圈閉發(fā)育Fig.6 Trap development of the Shabei area conjugate strike-slip fault zone

其次，共軛走滑斷裂帶內(nèi)應力作用決定圈閉發(fā)育規(guī)模。根據(jù)圈閉所受應力狀態(tài)，主要有兩種類型(見圖6)：一種是增壓型圈閉，處于以擠壓應力為主的應力環(huán)境，圈閉規(guī)模較大；另一種是釋壓型圈閉，處于以張性應力為主的應力環(huán)境，圈閉規(guī)模較小。以5-5構(gòu)造古近紀東三段為例，共軛走滑斷裂帶增壓型圈閉面積約為15.4 km2，釋壓型圈閉面積約為4.6 km2。

3.3 油氣運聚

共軛走滑主斷裂深入基底，直接與其兩側(cè)生烴次洼的深層烴源巖接觸，是油氣垂向疏導的主要通道。同時，共軛走滑斷裂兩盤相互錯動形成的裂縫可作為良好的油氣運移通道。物理模擬實驗表明，在共軛走滑斷裂帶不同位置，斷裂封閉性差異較大。增壓區(qū)斷裂閉合程度強，側(cè)封性好，有利于油氣保存；釋壓區(qū)斷裂側(cè)封性相對差，更有利于油氣的疏導運移[4]。

古近紀時期，油氣沿運移通道至共軛走滑斷裂帶控制形成的圈閉，由于派生斷裂不發(fā)育，橫向再分配少，為增壓型圈閉形成斷塊油氣藏、斷鼻油氣藏和斷背斜油氣藏等規(guī)模性油氣田創(chuàng)造條件。共軛走滑斷裂帶增壓區(qū)鉆探的5-5-2井，含油氣層厚度顯示為88.7 m；沙一二段可疑氣層厚度達79.2 m，其側(cè)鉆井5-5-2Sa明下段油層厚度為23.1 m，說明該區(qū)增壓型圈閉有利于油氣聚集保存(見圖7)。新近紀時期，主走滑斷裂附近發(fā)育一系列派生調(diào)節(jié)斷裂，釋壓型圈閉油氣通過派生斷裂及館陶組砂礫巖體進行輸導，油氣橫向再分配于側(cè)封性更好的圈閉或砂體。

圖7 沙北地區(qū)過5-5-2/2Sa井油藏剖面Fig.7 Reservoir section go through 5-5-2/2Sa well in the Shabei area

4 結(jié)論

(1)渤海灣沙北地區(qū)是由郯廬斷裂東支和張蓬斷裂渤海段交匯形成的X型共軛走滑斷裂帶，具有明顯分期及分段特征，為早期伸展、晚期走滑的伸展—走滑復合斷裂帶。

(2)郯廬斷裂控制物源水系注入湖盆的主要位置，共軛走滑斷裂決定沉積地貌格局，控制沉積體系發(fā)育類型、輸砂方向及展布規(guī)模。共軛走滑斷裂與其派生斷裂、邊界斷裂控制圈閉發(fā)育類型，走滑應力作用決定圈閉規(guī)模。主走滑斷裂是油氣垂向疏導主通道，派生斷裂促進油氣橫向再分配。

(3)增壓型圈閉規(guī)模大，側(cè)封性更好，有利于油氣保存，是沙北地區(qū)下一步的有利勘探目標。

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