渤海沙垒田凸起北部中央走滑带断裂对圈闭的控制*

2014-10-24李慧勇王粤川李新琦

天然气勘探与开发 2014年2期

李慧勇茆利王粤川李新琦

（中海石油(中国)有限公司天津分公司）

0 引言

目前有关渤海海域走滑断层的研究多集中在东部北东向郯庐右行走滑断层，并取得了丰硕成果[1-3]，而对西部北西向走滑断层研究相对较少，已有的少量研究也主要集中在南堡凹陷[4-5]。渤海西部沙垒田凸起北部中央走滑带NW向走滑断层及其派生NE断层较发育，构造较复杂，之前长期受二维地震资料限制，勘探一直未取得进展，近年来，中国石油将紧邻中央走滑带的南堡凹陷4号构造带内NW向走滑断层形成的构造圈闭作为重要的勘探目标，已获得良好的油气发现，揭示了NW向走滑断层控圈控藏的重要性。本文对沙北地区中央走滑构造带的断裂发育演化特征进行解剖，明确构造变形对圈闭发育的控制作用，以期为该地区的油气勘探决策提供一定的参考。断裂的主要断裂带上，中央1号断层、中央3号断层均为其分支断层，中央2号断层则为其调节断层。中央走滑带沙河街组地层主要为扇三角洲—滨浅湖—半深湖相沉积，除中央1号断层下降盘外普遍较薄，钻井仅揭示50 m左右，东营组地层为辫状河三角洲—滨浅湖—半深湖相沉积，呈现出中央1号、中央2号断层下降盘厚度明显大于上升盘的特征，新近系地层则主要为辫状河—曲流河沉积，研究区沉积厚度普遍较大（图1）。

1 地质概况

中央走滑带位于沙垒田凸起和石臼坨凸起之间，为一继承性发育的洼中隆，分割了南堡凹陷曹妃甸次洼和渤中西次洼，北距南堡35-2油田约10 km。作为郯庐断裂的共轭走滑断层，张蓬走滑断裂表现为强烈左旋走滑，研究区中央走滑带位于张蓬走滑

图1 研究区位置图

2 断裂特征

研究区内主要发育NW和NE方向两组断裂，其中NE方向断层（中央2号断层）将NW方向断层分为北支（中央1号断层）和南支（中央3号断层）。剖面上，深层主断裂清晰，断层数量相对较少、产状陡直，其中北西向断层倾向为南西方向，而北东向断层倾向为为南东方向；浅层则发育许多盖层断层，与主断裂组合呈“负花状”或“Y”字形（图2）。平面上，深层两组主断裂呈“X”型交叉展布，以北西走向为主；浅层主断裂不明显，后期发育的盖层断层多呈斜列羽状交汇，显示出北西向、北东向断层走滑所形成伴生断层的特征，其中中央1号断层平面为帚状、剖面为负花状构造，中央2号断层和中央3号断层平面表现为雁列式，剖面上以Y字形和反Y字形组合特征为主（图2、图3）。

对不同方向断层的伸展活动速率分别进行统计和对比分析，结果表明：新生代断裂活动明显存在两期，渐新世及上新世之后是活动最强时期；总体来说，北西向断层的伸展活动始终强于北东向断层，其中中央1号断层更是与沙北断层联合控制了曹妃甸次洼的形成，其控洼作用明显强于中央3号断层。古近纪时期，从剖面特征及平面断层组合来看，北东、北西向断层主要为陡倾正断层，显示强烈的伸展特征。新近纪时期，北西向断层发生明显的强烈左旋走滑活动的迹象，剖面上，在浅层往往围绕北西向主干断层发育许多伴生的盖层断层，这些断层向上撒开发育呈似花状构造，平面上散开呈帚状或雁列状，伴生断层呈近东西向与主干断层近45°相交，显示出主干断层发生自下向上透入式走滑活动所产生伴生断层的特点；北东向断层在地震剖面上浅层散开，与深层断裂组合呈似花状构造形态[6]，同时，以北东向断层为界，北西向断层的南北两支明显发生平移。据此可以判断，新近纪时期，中央走滑带表现出北西向左旋走滑和北东向右旋走滑共同存在的构造行迹。

图2 中央走滑带断裂系统几何学特征（图1剖面①）

图3 中央走滑带断裂系统几何学特征（相干切片）

通过断裂系统几何学、运动学特征的分析，证实古近纪和新近纪为两期差异明显的构造活动：古近纪时期，中央构造带主要为强拉张、弱走滑的构造形迹；而新近纪时期，中央构造带主要为强走滑、弱拉张的构造形迹，它们对研究区构造格局的塑造和宏观展布起到了关键性作用。

3 构造演化

渤海湾盆地作为新生代裂谷盆地，包括古近纪裂陷和新近纪裂后坳陷2个阶段[7-8]，这2个阶段的盆地凹陷充填结构在渤海海域也表现得非常明显[9-11]。前面提到古近纪时期，中央构造带主要为强拉张、弱走滑的构造背景；而新近纪时期，中央构造带主要为强走滑、弱拉张的构造背景。

3.1 古近纪裂陷阶段

中生代末，北西向断层北段已经开始剧烈活动，研究区中央构造带为一个整体的宽缓凸起古地貌形态（图4）。在这样的古构造背景下，沙河街组沉积时期，中央1号断层强烈拉张，对曹妃甸次洼的形成起到控制作用，中央构造带呈现持续性的西低东高的格局，中央2号断层活动性较弱，中央构造带呈现出整体的隆起形态。目前钻井揭示仅在西部曹妃甸次洼有较厚沉积，中央构造带主体部分沙河街组地层普遍较薄，此时，A块、B块和C块的圈闭已经形成，其中A块的圈闭主要受中央1号断层下降盘牵引形成，B块和C块的圈闭主要依附于古基底形态而形成。东三段沉积时期是研究区断层拉张性最强的时期，剧烈的断陷造成中央1号断层下降盘A块高陡、上升盘B块平缓，此时，中央2号断层伸展性增强，中央构造带C块加速沉降，地层的沉积厚度开始大于B块，中央构造带呈现B块高C块低的构造格局（图4，图5）。

图4 研究区各时期古构造图

图5 过中央走滑带构造主体平衡剖面(剖面位置见图1)

3.2 新近纪坳陷阶段

新近纪时期，在区域近东西向挤压应力的控制下，北西向断层强烈左旋走滑，并诱使北东向断层开始右旋走滑活动，而两组断层的拉张性明显变弱，剖面上浅层负花状构造明显、褶皱发育(图6)。

图6 沙北地区中央构造带新近纪走滑活动示意图

总体来讲，新近纪走滑活动呈逐渐变强的趋势，圈闭主要在明上—平原时期形成。A块地层在北西、北东向走滑断层交汇处伴生的挤压应力控制下，发生强烈的翘倾。中央1号断裂的强烈走滑使得其下降盘地层的沉积速率明显加大。中央3号断层走滑活动比1号断层弱，C块在中央2号、3号两组走滑断层交汇处挤压应力影响下形成的浅层圈闭，相比深层的圈闭，面积变大，而轴向也发生了变化。中央2号断层剖面上主要为Y字形，其下降盘因拉张形成的早期继承性高点在晚期的走滑作用下变为洼漕，深浅层圈闭的高点发生偏移（图4、图6）。新近纪末，中央构造带演化为高低起伏的复杂形态，其构造行迹最终定型。

4 构造演化对圈闭的控制

4.1 圈闭类型

通过对三维地震资料的精细构造解释，发现研究区的圈闭类型主要有潜山圈闭、断块圈闭、断鼻圈闭、断背斜圈闭（图7）。

图7 中央走滑带主要圈闭类型

（1）潜山圈闭主要分布在中央走滑带中生界地层，断裂切穿基底，形成各种断块型潜山圈闭类型。

（2）断背斜圈闭这类圈闭主要发育和分布在沙河街组、东下段地层的A块、B块和C块，披覆于古潜山之上的背斜被北西、北东向两组断层破坏和切割，走向与区域构造方向一致，为NE-SW向。

（3）断块圈闭这类圈闭广泛发育于研究区的各个层段，是最主要的圈闭类型，但规模较小。研究区内的断块圈闭多为走滑断层的派生雁列断层控制的断块圈闭，主要分布在中央构造带东上段—明上段地层A块、B块。

（4）断鼻圈闭断鼻圈闭是鼻状构造的上倾方向被断层封闭形成的圈闭，平面上表现为被一条断层遮挡。这类圈闭也是主要的圈闭类型，面积较大，但数量较少，且主要集中在东上段—明上段地层的C块。从构造位置来看，这类构造主要发育在断裂的上盘，其大小也受断裂延伸规模控制，断裂延伸距离大，断鼻构造的规模也就相应地增大[12-14]。

4.2 圈闭演化特征和分布规律

圈闭是在构造作用和沉积作用联合作用下形成的，它的发育演化与构造演化紧密相连。

由中央走滑带构造演化史可知，深层圈闭早期已经存在，主要为在北西、北东向拉张断层控制下形成的受古构造背景影响的圈闭，具有背斜背景，被北西、北东向断层切割为断背斜。而浅层圈闭主要形成于明上—平原期，分布在①单条走滑断层的增压段，主要为鼻状形态；②北西、北东向两组走滑应力交汇处，主要为较陡的断块和断鼻；③北西向左旋走滑断层与沙垒田凸起斜坡带隐伏左旋走滑断层交汇处，主要为掀斜断块、挤压鼻状构造，轴向为北东—南西向。