遼東灣坳陷斷裂聯接及其控油氣作用

徐長貴,余一欣,吳 奎,萬 靜，柳嶼博，徐小龍，吳 航

[1.中海石油(中國)有限公司 天津分公司，天津 300452; 2.中國石油大學 油氣資源與探測國家重點實驗室，北京 102249;3.中國石油大學 盆地與油藏研究中心，北京 102249； 4.中國石油 新疆油田分公司 準東采油廠 勘探開發研究院，新疆 阜康 831511]

遼東灣坳陷斷裂聯接及其控油氣作用

徐長貴1,余一欣2,3,吳 奎1,萬 靜4，柳嶼博1，徐小龍2，3，吳 航2

[1.中海石油(中國)有限公司 天津分公司，天津 300452; 2.中國石油大學 油氣資源與探測國家重點實驗室，北京 102249;3.中國石油大學 盆地與油藏研究中心，北京 102249； 4.中國石油 新疆油田分公司 準東采油廠 勘探開發研究院，新疆 阜康 831511]

根據構造解釋成果，并結合油氣勘探實踐，對渤海遼東灣坳陷的斷裂聯接特征及其對油氣聚集成藏的影響進行了分析。遼東灣坳陷主要發育NE和NEE走向的伸展斷裂、走滑斷裂和伸展-走滑復合斷裂，其中部分斷裂通過硬聯接和軟聯接方式發生了相互作用。根據斷裂發育特征及其聯接作用的表現形式，可將硬聯接方式分為接力型、消減型和傳遞型3類，將軟聯接分為同向斜坡型、斜向背斜型和背向地壘型3類。遼東灣坳陷斷裂及其聯接作用對沉積體系發育、圈閉形成和儲層質量改善等都產生了重要影響，有利于油氣在斷裂相互作用區聚集成藏。

斷裂；硬聯接；軟聯接；油氣成藏；遼東灣坳陷

裂陷盆地邊緣和內部一般都發育大量不同尺度的正斷層，這些斷層或是以相交、合并和分叉等硬連接方式直接連鎖在一起，或是以平行、雁列和側列等方式發生軟連接。隨著伸展作用的逐漸增強，正斷層多以孤立正斷層—正斷層軟聯接—正斷層硬聯接的形式發生改變，這也體現了它們之間的漸進演化關系[1]。不論以何種方式發生聯接，斷層位移都會發生傳遞，并在三維空間里保持守恒[2]，而且軟聯接還會在斷層疊置區內形成多種類型的構造變換帶[3-8]。遼東灣坳陷是渤海灣盆地最重要的油氣產區和有利探區之一[9]。近年來，隨著油氣勘探及研究工作的逐步深入，已認識到該坳陷內發育數量眾多、規模不等、性質多樣的斷裂，而且斷裂之間還通過硬聯接和軟聯接方式發生了復雜的相互作用，并對油氣聚集成藏產生了重要影響[10-21]。本文針對遼東灣坳陷的斷裂聯接特征及其對油氣成藏的控制作用進行深入研究，對渤海灣盆地相似地區的構造解釋和油氣勘探都具有重要指導意義。

1 斷裂發育特征

遼東灣坳陷屬于渤海灣盆地北部下遼河坳陷——遼東灣坳陷的海域部分，整體呈NE走向的長條形，南北長約200 km，東西寬約60 km(圖1)。遼東灣坳陷 新生代地層發育齊全，從下到上分別為古近系孔店組(Ek)、沙河街組(Es)和東營組(Ed)，新近系館陶組(Ng)和明化鎮組(Nm)，以及第四系平原組(Qp)。遼東灣坳陷的整體結構和變形受到NW-SE向伸展作用和NE向郯廬走滑斷裂帶的控制和影響，整體被分割為具有明顯凹凸相間特征的構造格局(圖1)。

圖1 遼東灣坳陷構造綱要[15]Fig.1 Structural outline of the Liaodongwan Depression[15]

遼東灣坳陷切割基底的主干斷裂一般呈NE走向，傾向NW或SE，連續性較好，延伸較長。而次級斷裂多發育于NE向主干斷裂旁側，延伸較短，呈NEE走向(圖2)。遼東灣地區中、深層斷裂活動繼承性較好，至東營組開始沉積后，構造活動強度明顯減弱，淺部地層僅發生輕微變形，斷裂較少發育(圖1)。

根據斷裂形成的力學性質，可將遼東灣地區發育的斷裂分為伸展斷裂、走滑斷裂和伸展-走滑復合斷裂等3類。伸展斷裂在遼東灣全區均有分布。大型伸展斷裂在剖面上表現為上陡下緩的鏟式正斷層特征，呈NE走向，主要與NW-SE向的伸展作用有關(圖1)。遼東灣東部地區淺層大部分伸展斷裂都是NE向郯廬走滑斷裂帶的派生斷裂，規模較小，呈NEE向展布，分布在郯廬走滑斷裂兩側(圖2)。走滑斷裂主要分布在遼東和遼中地區，在剖面上具有比較典型的花狀構造特征，屬于郯廬斷裂帶的組成部分。如遼中1號斷裂縱貫遼東灣坳陷南北，在平面上發育伸展疊瓦扇和走滑雙重構造，在剖面上表現為花狀構造(圖1)。伸展-走滑復合斷裂則是指早期伸展破裂面在晚期受郯廬斷裂帶影響，發生走滑運動。該類斷裂主要分布在遼西地區，在剖面上表現為主干鏟式，正斷層上盤淺部地層發育多條反向或同向分支斷裂，組成似花狀構造[17]。

圖2 遼東灣坳陷古近系底界斷裂系統Fig.2 Fault system on the base of the Paleogene in the Liaodongwan Depression

2 斷裂硬聯接作用

斷裂的硬聯接作用在平面上主要表現為斷裂直接相交或通過傳遞斷層發生聯接。根據遼東灣坳陷斷裂發育特征，并結合斷裂聯接區構造形態及勘探實際需要，將斷裂硬聯接方式劃分為接力型、消減型和傳遞型等三大類，其中根據傳遞型的差異，還可將其進一步細分為橫向傳遞型和雁列傳遞型兩類(圖3)。

接力型是指一條斷裂的端點大致疊置在另一條斷裂的中部，多條斷裂以此方式呈接力狀排列，單條斷裂 在平面上呈弧形展布，斷距變化符合“中間大、兩端小”的“弓箭原則”。斷裂的聯接部分呈“V”字型的墻角形態，內部地層發生褶皺變形，發育背斜構造圈閉(圖3a)。遼東灣坳陷LD5-2，SZ36-1和JZ17-23構造區的斷裂聯接就屬于該類方式(圖4)。

消減型是指一條主干斷裂的旁側發育一條或多條分支斷裂，主干斷裂的斷距自兩端向中間逐漸減小，一般在分支斷裂與主干斷裂的交匯部位達到最小。在斷距最小的主干斷裂中部與分支斷裂形成與接力型相似的“V”字型墻角背斜(圖3b)，如遼東灣坳陷JZ25-1構造3和構造4井區、JZ20-2N和JZ20-5構造區的斷裂聯接就屬于此類型(圖5a)。

傳遞型是指兩條邊界主干斷裂通過位于其間的傳遞斷層發生聯接，根據傳遞斷層的發育特征，可將傳遞型進一步劃分為橫向傳遞型和雁列傳遞型兩類(圖3c,d)。橫向傳遞型主要表現為兩條邊界斷裂之間發育橫向聯接斷層，該聯接斷層一般對應隆起高部位，兩側為洼陷(圖3c)。如JZ25-1-7井南側的NW向聯接斷層將兩條NE向的邊界斷裂直接聯接起來，目前已在聯接斷裂兩側發育的構造圈閉內發現了豐富的油氣儲量(圖5a)。雁列傳遞型與橫向傳遞型相似，主要區別在于傳遞斷層由走向與邊界斷裂基本一致，并呈雁行式排列的一系列次級斷裂構成，圈閉面積也較大(圖3d)，JZ32-4構造區的斷裂聯接方式就屬于該類型(圖5b)。

圖3 遼東灣坳陷斷裂硬聯接平面示意圖Fig.3 Schematic map showing hard linkages of faults in the Liaodongwan Depressiona.接力型；b.消減型；c.橫向傳遞型；d.雁列傳遞型

圖4 遼東灣坳陷LD5-2及鄰區斷裂發育特征Fig.4 Characteristics of fault systems in LD5-2 and adjacent areas in the Liaodongwan Depressiona.東營組二段底界斷裂系統；b.相干體切片(1 000 ms)

圖5 遼東灣坳陷消減型和傳遞型斷裂聯接特征Fig.5 Consumering and transferring linkages of faults in the Liaodongwan Depressiona. JZ25-1構造區沙河街組一段底界斷裂系統；b. JZ32-4構造區東營組二段底界斷裂系統

3 斷裂軟聯接作用

斷裂的軟聯接作用主要表現為斷裂首尾疊置，但并不直接發生聯接，而是通過疊置區內的構造變換帶發生相互作用[3-8]。當斷裂發生軟聯接時，其位移量會向斷裂疊置部位逐漸減小，并通過疊置區內的構造變換帶向另一條邊界斷裂進行傳遞，從而使發生相互作用的斷裂的位移總量在空間上基本保持守恒。

根據常用的以斷裂傾向及其組合關系進行分類的標準[3]，可將遼東灣地區的斷裂軟聯接類型劃分為同向斜坡型、斜向背斜型和背向地壘型等3類(圖6)。

同向斜坡型是指兩條走向一致的邊界斷裂向同一方向傾斜，在斷裂首尾疊置的部位發育變換斜坡構造(圖6a)。如在遼東灣坳陷JZ25-1S構造區，遼西1號和遼西2號兩條邊界斷裂呈NE走向，傾向NW，并發生首尾疊置，其斷距均往疊置區逐漸減小，直至終止，在疊置區內形成了斜坡型的變換構造(圖7a)。

斜向背斜型是指兩條走向一致的邊界斷裂傾向相對，在斷裂疊置部位發育斜向背斜(圖6b)。如JX1-1構造區的兩條NE向主干斷裂傾向分別為NW和SE，并發生首尾疊置，疊置區內發育菱形斷塊構造。由于該構造變換帶已演化至晚期的成熟階段，變換帶的南北兩側已發育破裂聯接斷層，將兩條邊界斷裂硬聯接在一起(圖7b)。

背向地壘型是指兩條走向基本一致的邊界斷裂傾向相背，斷裂疊置部位發育地壘構造(圖6c)，如JZ9-3構造區的斷裂聯接方式(圖7c)。

4 斷裂聯接與油氣成藏

遼東灣坳陷的油氣勘探實踐已經證實，該地區的油氣成藏與斷裂及其相互作用有著非常密切的關系。概括起來，斷裂及其相互作用對油氣聚集成藏的影響主要體現在以下幾個方面。

4.1 對沉積體系發育的影響

裂陷盆地的沉降作用主要受主干正斷層誘導的斷塊升降運動影響，當水系需要穿越斷裂進入盆地時，河流會自然地選擇在地形相對平緩的構造變換帶位置注入湖盆。因此，變換帶往往是河流進出盆地的位置，也是沉積物源進入沉積區的主要通道，控制了物源——砂巖分散、匯聚體系，進而控制碎屑物質的富集位置。如JZ25-1S構造區來自西南方向的物源通過斜坡變換帶進入后，發生卸載和堆積，形成了扇三角洲等有利儲集相帶。

依據斷裂及其相互作用特征，可相對應地將遼東灣坳陷古近系砂巖匯聚體系分為5類，包括墻角式匯聚體系、同向斜坡式匯聚體系、消減式匯聚體系、溝谷式匯聚體系和走滑匯聚體系等(圖8)。該斷裂與砂巖匯聚體系相互關系模式的建立，對油氣勘探起到了重要指導作用，目前已在各類匯聚體系中都發現了優質油氣田(藏)。

圖6 遼東灣坳陷斷裂軟聯接示意圖Fig.6 Schematic map showing soft linkages of faults in the Liaodongwan Depressiona.同向斜坡型；b.斜向背斜型；c.背向地壘型

圖7 遼東灣坳陷斷裂軟聯接特征Fig.7 Characteristics of soft linkages of faults in the Liaodongwan Depressiona. JZ25-1S構造區東營組二段斷裂系統；b. JX1-1構造區東營組二段斷裂系統；c. JZ9-3構造區沙河街組一段斷裂系統

圖8 遼東灣坳陷斷裂與古近系砂巖匯聚體系發育示意圖Fig.8 Schematic map showing the relationships between faults and collective systems of sands in the Liaodongwan Depression

4.2 對圈閉形成的影響

遼東灣坳陷經歷了不同時期發生的伸展、走滑和反轉等性質不同的構造活動，多期構造變形的疊加，形成了多種類型的斷裂和圈閉，為油氣聚集成藏提供了良好條件。斷裂相互作用部位一般都是局部強應變區，地層變形程度較高，易形成斷背斜、斷塊和斷鼻等類型的圈閉(圖4，圖5，圖7)。另外，在斷裂發生軟聯接而形成構造變換帶的過程中，邊界斷裂的位移會通過疊置區內斷塊體的旋轉進行傳遞，從而有利于翹傾斷塊圈閉的形成。位于遼西1號和遼西2號斷裂之間的JZ25-1S構造變換帶內的太古界基巖翹傾斷塊圈閉面積約13 km2，探明石油地質儲量3 173×104t。在油氣勘探過程中，還結合實鉆情況，根據構造變換帶模式重新歸位了JX構造的邊界主干斷裂，從而使圈閉面積得到了增加，新增石油地質儲量超過2 000×104t。

圖9 遼東灣坳陷JZ25-1油田橫向傳遞斷層封閉性Fig.9 Sealing ability of transverse transfering faults in JZ25-1 oilfield in the Liaodongwan Depression

4.3 對圈閉封閉性的影響

斷層的硬連接對圈閉的封閉性有較大的影響，不同性質的連接類型封閉性差異較大。對于接力型的連接方式，斷層的匯聚段具有較好的封閉性，斷層的撒開段一般以伸展性為主，主要起到油氣運移的作用，斷層的封閉性一般較差。對于消減型連接方式，主干斷裂一般具有較好的封閉性，而分支斷裂的封閉性較差。橫向傳遞性斷層一般為北東向走滑斷裂之間的共軛走滑斷裂，這類斷裂雖然斷距不大，但是因為其一般具有壓扭作用，因此，往往也具有良好的封閉性，JZ25-1油田7井區南側斷層就是橫向傳遞型斷層，斷距只有十幾米，但是斷層兩側的油藏的油水界面卻完全不同，表明該斷層具有良好的封閉性，對油藏起到了很好的分割作用(圖9)。

4.4 對儲層質量的影響

斷裂相互作用區不僅能沉積有利的儲集相帶，而且由于此類地區一般都是斷裂位移發生變化和傳遞的區域，其應變和應力釋放都較強，內部還能發育眾多的次級斷裂和裂縫，能使儲集層中的裂縫和孔隙度增加，從而可以改善儲集性能。如JZ25-1S地區太古界潛山儲層受斷層活動和變換帶發育影響，屬裂縫性儲層，具有孔、洞、縫并存、非均質程度較高的雙重介質特點，孔隙度最大可達28.8%，平均12.2%[14]。

5 結論

1) 渤海遼東灣坳陷發育大量伸展斷裂、走滑斷裂和伸展-走滑復合斷裂，其中有部分斷裂通過硬聯接或軟聯接的方式發生了相互作用。根據斷裂發育及其相互作用方式，可將斷裂硬聯接方式劃分為接力型、消減型和傳遞型，軟聯接類型可分為同向斜坡型、斜向背斜型和背向地壘型。

2) 遼東灣坳陷斷裂及其聯接作用是油氣聚集成藏的主控因素，對沉積體系發育、圈閉形成、斷層封閉性能和儲層質量改善等都產生了重要影響，斷裂相互作用區是有利的油氣勘探區域。

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(編輯 張玉銀)

Fault linkages and their control on hydrocarbon accumulation in the Liaodongwan Depression,offshore Bohai Bay Basin

Xu Changgui1,Yu Yixin2,3,Wu Kui1,Wan Jing4,Liu Yubo1,Xu Xiaolong2,3,Wu Hang2

(1.TianjinBranch,CNOOCLimited,Tianjin300452,China;2.StateKeyLaboratoryofPetroleumResourcesandProspecting,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China;3.Basin&ReservoirResearchCenter,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China;4.PetroleumExplorationandDevelopmentResearchInstitate,ZhundongOilProdutionPlantofXinjiangOilfieldCompany,PetroChina,Fukang,Xinjiang831511,China)

On the basis of structural interpretation and hydrocarbon exploration,this paper addresses fault linkages and their control on hydrocarbon accumulation in the Liaodongwan Depression,offshore Bohai Bay Basin.The extensional,strike-slip and compound faults with NE and NEE strikes are predominant in the Liaodongwan Depression,and they inte-ract with each other by hard or soft linkages.According to the assemble patterns of faults and their linkages,the hard linkages of faults can be divided into three types:relaying,consumering and transferring.Similarly,the types of soft lin-kages involve synthetic ramp,convergent anticline and divergent horst.Faults and their interaction exerted important influences on depositional systems,structural traps and reservoir properties.The interaction zones of faults are the favorable objectives for oil and gas exploration in the Liaodongwan Depression.

fault;hard linkage;soft linkage;hydrocarbon accumulation;Liaodongwan Depression

2014-01-15;

2014-05-16。

徐長貴(1971—),男,高級工程師,石油地質。E-mail:xuchg@cnooc.com.cn。

國家自然科學基金項目(91114202)；國家科技重大專項(2011ZX05031-001-008HZ，2011ZX05002-006-007HZ，2011ZX05029-002)；中國石油大學(北京)基金項目(KYJJ2012-01-11)。

0253-9985(2014)04-0456-07

10.11743/ogg201403

TE121.2

A