沉积盆地隐性断裂带特征及其地质意义

王伟锋，周维维，单新建，刘玉瑞



沉积盆地隐性断裂带特征及其地质意义

王伟锋1，周维维1，单新建2，刘玉瑞3

(1. 中国石油大学(华东) 地球科学与技术学院，山东青岛，266580；2. 中国地震局地质研究所，北京，100039；3. 江苏石油勘探局，江苏扬州，225000)

隐性断裂带是区域或局部应力场或基底断裂活动影响下在沉积盆地盖层中产生的断裂趋势带，由于特征不明显、隐蔽性强、识别困难常常被忽略。对国内外多个沉积盆地盖层断裂系统的特征进行研究。研究结果表明：隐性断裂带是沉积盆地盖层常见的一种构造现象并且具有多种表现形式。依据组成成分分为4种类型：疏密相间，走向一致、长短不一的小断层形成的雁列构造型隐性断裂带；多个凹陷线状排列、首尾相连、侧列式展布形成的凹陷侧列型隐性断裂带；雁列式展布的多条断裂，其间由小断层或局部构造断续相连形成的断续断层型隐性断裂带；复杂构造型隐性断裂带。盆地盖层中的这些隐性断裂带没有明显的控制性主断裂存在，但依据小型断层、褶皱、凹陷、油藏等的规律性分布可以初步识别隐性断裂带的存在，结合重磁资料、地震资料以及地质和钻井资料，就可确定和预测隐性断裂带发育区。隐性断裂带具有多方面的地质意义，可以作为调节构造带调节盆地不均匀伸展活动，并分隔凹陷、隆起等构造单元，影响盆地构造格局；可以控制盆地沉积相带发育分布，影响断陷湖盆砂体的展布范围；隐性断裂带上常常形成串珠状、带状、环状油气富集带；长期活动的隐性断裂带其交汇处既是地震易发区，也是油气等矿产最易聚集区。

隐性断裂带；基底断裂；雁列式；油藏带；调节构造；震中

基底断裂和未出露地表的断裂都可称为隐伏断裂，它们具有断裂的固有特征，即具有明显的断裂面(带)和显著的识别标志。隐性断裂带是指在区域或局部应力场或基底断裂活动而产生于沉积盆地盖层中的弱变形趋势带。往往沿着1个或几个方向断断续续、时隐时现、似有似无成带分布，我们暂时称之为隐性断裂带。隐伏深大断裂活动可以在中浅层形成隐性断裂带，中浅层的小规模隐伏断裂可以被识别为盆地级别隐性断裂带的一部分。二者在空间分布上具有一定重叠性，但亦具有特征迥异的差异性。由于隐性断裂带不具有一般断裂带固有特征，具有较强的隐蔽性，没有显性断裂带那样的识别标志，地震反射剖面上的同相轴也没有明显错断，一般容易被忽略。这种趋势带越靠近基底断裂变形越强，特征就越明显，由深到浅远离基底断裂变形减弱甚至变形消失[1]。通过国内外多个沉积盆地研究发现，这种弱变形趋势带是一种常见的构造现象，对盆地构造格局、沉积相带展布、油气藏分布[2−5]等有明显的控制作用，特别是在隐性断裂带交汇部位控藏作用更加显著。这就意味着隐性断裂带是油气勘探的重要靶区，在隐性断裂带未发现油气藏的地段或隐性断裂交汇部位是进一步发现油气藏的重点区域。目前，这种隐性断裂带控藏现象尚未引起足够的重视。本文作者提出隐性断裂带的概念，探讨这类断裂的特征及其地质意义。

1 隐性断裂带的类型及特征

表1所示为隐性断裂趋势带分类。隐性断裂带的发现归因于苏北盆地金湖凹陷的东阳地区和高邮凹陷的花庄地区发现的隐蔽性圈闭带，由于控制原因不明，刘玉瑞等通过基底断裂重磁资料、精细的三维地震勘探等资料和油藏成带分布特征发现，在整个金湖凹陷中分布着与基底断裂对应的北东、北西、南北向3组隐性断裂带。经研究发现世界很多沉积盆地中都发育这种不同规模、断续分布、时隐时现控制油气藏成串、成带分布的断裂趋势带。通过鄂尔多斯盆地、渤海湾盆地、四川盆地、苏北盆地以及国外的威利斯顿、密执安等盆地研究表明，隐性断裂带规模、力学性质、组成成分、走向以及地质意义各有不同，见表1。

表1 隐性断裂趋势带分类

基于隐性断裂带的组成成分对次级构造、盆地格局、砂体分布、控藏控震等方面具有重要的地质意义。

1.1 雁列构造型隐性断裂带

图1所示为蒙大拿湖盆雁列构造型隐性断裂带(据AAPG论文集51略改)。蒙大拿湖盆一系列小断层长短不齐、时疏时密，沿北西西方向呈不规则雁列式展布(图1)。这些小断层具有一致的走向，倾向相同或相背，沿着北西西走向形成一系列的隆起、凹陷、褶皱等构造。它们平面上多表现为分段的特征，如湖盆西段为密集平行排列的雁列式小断层带，东段为分散稀疏排列的小断层带，规律性差，不易被识别。研究证实这是在左行张扭应力场作用下形成的弱变形趋势带。这种雁列状弱变形趋势带在张扭和压扭盆地中较发育，如渤海湾盆地、苏北盆地和江汉盆地等。

图1 蒙大拿湖盆雁列构造型隐性断裂带(据AAPG论文集51略改)

1.2 凹陷侧列型隐性断裂带

图2所示为密执安盆地Scipio-Albion构造线凹陷侧列型隐性断裂带(据AAPG论文集51略改)。沿密执安盆地Scipio—Albion构造线发育了多个窄长的凹陷，呈线状排列，凹陷长轴近东西、短轴近南北向，二者长度比值大于3.5，为典型的窄盆。这些凹陷首尾相连，侧列式展布，凹陷内部的产油气区也沿着长轴方向呈成带分布(图2)。这种类型的弱变形趋势带规模较大，通常是由于区域走滑应力场作用下基底隐伏断裂活动在盖层侧列式断层，每一段控制一个凹陷。因此，多个断陷盆地沿着基底断裂的走向发育，形成凹陷侧列型隐性断裂带。

(a) 从奥陶系Trenton组顶部等高线圈定的油田中北部构造图，该组直接覆在产油层之上；(b) 由构造等高线确定的凹陷轴线式样

1.3 断续断层型隐性断裂带

图3所示为断续断层型隐性断裂带(苏北盆地汊涧地区阜宁组底界构造图)。苏北盆地金湖凹陷汊涧构造带发育一系列近东西向和北东东向张性正断层，构成雁列式构造样式。平行于凹陷东部边界杨村断裂，凹陷内一系列小断层断断续续构成北东向隐性断裂带(图3(a))。北东向小断层一致东倾，显示了成因上的联系。北东向断层与近东西向断层连接形成了北东向的雁列式展布的墙角式断块圈闭带，这些圈闭多形成于北东向小断层上升盘，如天X83、天X79和天X90等断块圈闭。同时，这种断续分布的小断层控制的油气圈闭带也是识别隐性断裂存在的标志之一。

图3 断续断层型隐性断裂带(苏北盆地汊涧地区阜宁组底界构造图)

Subei basin

1.4 油藏串珠型隐性断裂带

图4所示为金湖凹陷卞闵杨地区油藏串珠型隐性断裂带。苏北盆地金湖凹陷卞闵杨构造带发育两个近南北向展布的串珠状油藏带(图4)，这也是隐性断裂趋势带控藏的两个典型实例。从构造图上分析，这2个油藏带上并没有近南北向控制性断层，实际上这就是由多个油藏组成的弱变形趋势带。隐性断裂带上通常会形成两类圈闭带，第1类即上述的墙角式断块圈闭，雁列式展布，其间由小断层断续相连；第2类宽缓的弧形断块圈闭呈雁列式或平行式展布。在这些弧形小断层的内测和外侧均可以圈闭油气。这种串珠状油藏带也是识别隐性断裂趋势带的标志之一。

图4 金湖凹陷卞闵杨地区油藏串珠型隐性断裂带

1.5 复杂构造型隐性断裂带

图5所示为复杂构造型隐性断裂带特征，是指沿着走向以不同的构造变形类型而显现隐性断裂带存在。渤海湾盆地济阳坳陷垦东凸起存在1条浅层断续分布的小断层带(图5(a))。这条隐性断裂带位于垦东南断层的转折端，将垦东凸起分成东西两个部分，隐性断裂西侧断层走向近北东，东侧断层走向近东西向。隐性断裂带整体为北北东走向，分为南、中、北3段：南段走向北北东，由一系列近北东向北倾或南倾的张性小断层形成雁列式断层带；中段走向北北东，表现为一系列北东向小断层彼此平行，呈雁列式分布，并有北北东向断层断续相连；北段走向近北北东向，表现为较大规模的北东向断层雁列式展布。隐性断裂带中段剖面上自下而上主要表现为单根插入基底的深大断裂、沿主断裂撒开的花状构造、沿花状构造外延扩散的断裂破碎带三个部分(图5(b))。隐性断裂带上形成了古2、孤南25、孤南29、孤南451、孤南32等断块油藏构成的北北东向的油藏带。

2 隐性断裂带的识别

图6所示为加州圣安得列斯断裂“大弯转”处隐性断裂带分布。隐性断裂带沿着一定的方向时现时隐，似有似无，没有明显的控制断裂存在，地震剖面上也没有同相轴明显的错动，但其并不是无法识别的，盖层中形成的一些构造形迹可以作为初步识别的依据。首先，明确隐性断裂带通常有2种组成成分——雁列式的小断层带和其间分布的断续状小断层，因此，小断层带整体呈雁列式并有小断层断续相连可以推断其为隐性断裂带；其次，它所控制的小断层带并不是杂乱无章的，多为分段式的断裂系统，且断与断之间走向突变。区域走滑、斜向拉张、挤压活动较弱的段落则表现为稀疏分布的雁列式断裂带或断续分布的小断层，活动较强的段落表现为密集的雁列式小断层带(如蒙大拿湖盆)，或者断续状小断层相互连接与前者形成切割关系；再者，雁列式断裂带与断续分布的小断层交切关系可形成多个方向的圈闭带，油气运移至此就可以形成定向分布的油藏带，它们也指示了隐性断裂带的存在，如前述密执安盆地Scipio-Albion构造线的油藏带，后述的济阳坳陷东营凹陷的油藏带，威利斯顿盆地的油藏带；水系改向[6]也可以指示隐性断裂带的存在。加州圣安德列斯断裂“大弯转”处断裂特征表现为右行张扭，是由近东西向、北东向、近东西向三组雁列式小断层带组成S型断裂系统(图6)，河流的局部地段受断裂明显控制，在S型西段、中段、东段都形成了改向水系，沿着隐性断裂带还形成的S形的油藏带，因此，水系的变化可以作为识别隐性断裂带的依据之一。

1—断裂带；2—剥蚀线；3—油藏；4—隐性断裂带

图7所示为基底断裂与隐性断裂对应关系三层楼结构模式图。确认隐性断裂带存在的迹象以后，可以应用多种技术方法予以查明。首先，可以运用高精度的重磁资料推断分析。通过高精度的重磁资料解释可以解释基底断裂分布，将其与盆地盖层构造图相叠合，分析基底断裂与盖层中疑似隐性断裂的对应关系，若走向和位置完全对应，则基本可以确定断裂存在；对比时要先用最深的等T0构造图，是因为基底断裂活动初期特征明显，断陷盆地形成以后，随着沉积充填作用的进行，基底断裂的影响逐渐减弱[7]，区域走滑应力在盖层中形成扭动、撕裂作用越来越不显著。其二，是由深到浅的地震相干体切片检测。盖层深部的相干体切片应该反映一条延伸较远，断距较大，清晰的主断裂带；向浅部过渡，基底主断裂带逐渐模糊，开始分段；更浅的切片一般表现为雁列式小断层平行呈带沿着基底断裂走向分布。隐性断裂带与基底断裂对应关系可以简化为三层楼结构模式来阐述(图7)。确认存在基底断裂的位置，盖层中必然形成隐性断裂带。而基底断裂不存在的位置，若盖层中出现了隐性断裂带存在的特征迹象，则可能形成于斜向拉张、挤压或者走滑等区域应力背景下。隐性断裂带还可以形成于局部应力场。对不同时期断裂系统特征及组合关系分析，结合构造应力场模拟发现，局部应力场变化形成的隐性断裂带多存在于小型调节带的转换斜坡，并且与显性断裂存在演化过程，相对较易识别，由于其规模影响范围多为圈闭级，故地质意义有限。

图7 基底断裂与隐性断裂对应关系三层楼结构模式图

3 隐性断裂带的地质意义

3.1 调节构造变形幅度、控制盆地格局

图8所示为渤海湾盆地南部隐性断裂带分布。渤海湾盆地沿北西向不均匀伸展作用形成了多条北西向大致等间距分布的调节带。这些横向调节带是由2条断层叠覆或大断层分段活动显现的，这些断层断续分布，若隐若现，即形成所谓的隐性断裂带。这些隐性断裂带平行展布，大致将渤海湾盆地南部分隔为5个部分，成为东濮凹陷、临清坳陷、黄骅坳陷等构造单元的分界控凹断裂(图8)。隐性断裂带两侧的伸展强度、断裂活动方式、构造形态等方面都具有较大差异。这种调节型隐性断裂带若形成于凹陷，通常作为次级构造单元的分界。如苏北盆地的金湖凹陷的东部深凹带，北西向的隐性断裂带平行等间距展布将范水次凹、卞闵杨次凸、龙岗次凹等次级构造单元分隔开来。

1—老第三纪隆起和凸起；2—老第三纪凹陷；3—伸展断层；4—走滑断层；5—隐性断裂带位置；6—盆地基底面倾斜方向

3.2 控制沉积相形成展布

隐性断裂带控制了大量的雁列式、断续状小断层带的形成和分布，二者形成切割、连接等组合关系，剖面上表现为断阶、地堑等小构造形成断裂破碎带，河道冲刷下切就极易取其走向，富集了大量的河道砂体。因此，沿其走向物源水系十分发育，控相作用 显著。

图9所示为苏北盆地金湖凹陷西部斜坡隐性断裂带与沉积相分布图。苏北盆地金湖凹陷西斜坡地区阜宁期发育的2个广布型三角洲伸展入湖盆(图9)，物源来自西北部的建湖隆起和西南部的张八岭隆起，在建湖隆起短轴方向伸展入湖的三角洲，其分支河道多趋向于北东向伸展，其朵叶体沿着北东向隐性断裂带的方向生长，西南部张八岭隆起长轴方向伸展入湖的三角洲亦向北东方向推进隐性断裂带分布区域内。整个阜宁期北东向水系十分发育，湖盆北岸和西岸的三角洲砂体连片沿着北东向带状展布。

图9 苏北盆地金湖凹陷西部斜坡隐性断裂带与沉积相分布图

Fig. 9 Covert fault zone and sedimentary facies inwestern slope

3.3 控制油藏形成与分布

3.3.1 济阳坳陷东营凹陷的北东、北西、南北向油 气带

图10所示为济阳坳陷东营凹陷隐性断裂带分布图。东营凹陷是济阳坳陷南部的古近和新近系富油气凹陷，是渤海湾裂谷系内典型的开阔型箕状凹陷。多年来大量研究者都致力于理论技术等各方面创新去探索剩余油气资源量，而隐性断裂带的发现便解决了隐蔽油气藏的可能赋存位置的问题。东营凹陷明显存在着北东、北西、南北向3组油藏带(图10)。北东向的油藏带共有5条，它们分别是滨南—平方王油藏带、胜坨—大芦湖油藏带、永安镇—东辛—梁家楼油藏带、广利—王家岗—乐安油藏带以及八面河油藏带。北西向的油藏带共有3条，即胜坨—东辛—广利油藏带、滨南—王家岗油藏带、林樊家—平方王—纯化—乐安油藏带以及南北向的平方王—正理庄—金家油藏带。东营凹陷满凹含油，但几乎全部油藏都分布在隐性断裂带上，多个时期形成的多套含油气系统叠合连片分布在隐性断裂带交叉的部位，而隐性断裂带外围和之间几乎没有油藏分布，因此，隐性断裂带上油藏稀少和未发现油藏分布的段落是勘探需要重点查明的地区。

图10 济阳坳陷东营凹陷隐性断裂带分布图

3.3.2 威利斯顿盆地带状、环状油气带

图11所示为威利斯顿盆地隐性断裂带分布图(据AAPG论文集51略改)。威利斯顿盆地位于美国北达科他州西部、南达科他州西北部和蒙大拿州东部的落矶山脉东缘，是1个弱变形趋势带控油的典型盆地。该盆地内形成了北东向油藏带、北西向油藏带、环状油藏带以及南北向背斜油藏带(图11)。北东向油藏带包括Breckton-Froid，Deslacs，Stanlay和Lonetree-Glenburn 4条。北西向形成了包括Poplar，Goose lake和Mondak 在内的3条油藏带，Bismarck—Williston线性构造上还没发现大规模油气田，可能是未来获得新突破的勘探潜力区。密西西比Strandline环状油藏带上富集了该区大部分油气田，而南部北达科他州环状油藏带的油气田数量较少，南北向则形成了Nesson和Billings等背斜油藏带。从威利斯顿已发现的油气田来看，几乎全部油气田都分布在线状构造带上，大型的油气田主要形成于隐性断裂带上，极少部分形成于背斜构造带上。

图11 威利斯顿盆地隐性断裂带分布图(据AAPG论文集51略改)

3.4 隐性断裂带及交汇部位是地震引发区

图12所示为鄂尔多斯盆地中生界隐性断裂带、油气藏、震中叠合图(据赵文智略改，2003)。鄂尔多斯盆地内地震活动较弱，5级以上的地震时有发生，震中整体上呈北东向分布[8](图12)，并且与隐性断裂带具有很好的对应关系。大陆95%以上的地震属于岩石破裂引发的构造类地震[9]，且地壳内存在多震层，其孕震层通常是低速高导层，而鄂尔多斯盆地地壳内普遍存在一层高导层，基底深大断裂切穿高导层形成了深部流体的运移通道，流体上涌会导致基底断裂活化产生断裂或者发生地震[10]，同时盖层中对应的位置扭动、撕裂作用加剧形成隐性断裂带，由于基底断裂活化引发的地震，其震源垂直投影在盖层中的位置多位于隐性断裂带上或者附近，尤其是交汇处，因此，隐性断裂带及交汇处地震活动更加频繁。

图12 鄂尔多斯盆地中生界隐性断裂带、油气藏、震中叠合图(据赵文智略改，2003)

4 结论

1) 隐性断裂带是区域或局部应力场或基底断裂活动在盖层中形成的断裂趋势带，它们形成规模大至盆地，小至圈闭，普遍地存在于沉积盆地中，具有多方面重要的地质意义。

2) 隐性断裂带存在多种分类方案，按照组成成分可以分为疏密相间、长短不一的小断层构成的雁列构造型隐性断裂带、多个凹陷侧列式展布，长轴首尾相连形成的凹陷侧列型隐性断裂带、雁列式断裂带其间有小断层断续相连形成的断续断层型隐性断裂带、多个油藏定向展布构成的油藏串珠型隐性断裂带以及复杂构造型隐性断裂带。

3) 隐性断裂带调节了盆地走向上不均匀的伸展作用，平行等间距的分隔了凹陷、隆起等构造单元，控制影响了盆地格局、沉积相展布和油藏的分布。

4) 作为长期活动断裂，隐性断裂带上地震活动频繁，交汇部位震中密集分布，隐性断裂带的研究对地震危险性预测具有重要的参考价值。

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(编辑 陈爱华)

Characteristics of hidden fault zone and its significance in geology in sedimentary basin

WANG Weifeng1, ZHOU Weiwei1, SHAN Xinjian2, LIU Yurui3

(1. School of Geosciences, China University of Petroleum (Huadong), Qingdao 266580, China;2. China Earthquake Administration, Institute of Geology, Beijing 100039, China;3.Jiangsu Petroleum Exploration Bureau, Yangzhou 225000, China)

Hidden fault zone refers to the zone bearing rupture tendency yield by regional, local stress field or basement rift in the cap strata of sedimentary basin. These zones are hidden and exhibit insignificant characteristics. Therefore, they are difficult to be identified and likely to be ignored. The characteristics of the rift system in the cap strata of sedimentary basin were repeatedly studied by the researchers around the world. The results show that hidden fault zone is a tectonic phenomenon commonly arising in the cap strata of sedimentary basin in multiple forms. According to composition, hidden fault zone can be classified into 4 types: en echelon tectonic type which is composed by the small faults with consistent strikes but differed lengths and densities; Depression lateral alignment type, which contains a plurality of depressions aligned linearly by end to end; Fault type, which is constituted by the en echelon aligned rifts intermittently connected by small faults and local structures, complex tectonic type despite of the deficiency of apparent major controllable rift. These fault zones can be preliminarily recognized through the regular distribution of small faults, folds, depressions and reservoirs etc. Furthermore, the developed area of the hidden fault zone can be determined and predicted using magnetic data, seismic data, geological data and drilling data. Hidden fault zone is proved to be of geological significance. Firstly, it affects the tectonic pattern of basin by adjusting the inhomogeneous extension activities of fault zone in basin and separating the tectonic units including sags and uplifts etc.. Secondly, it determines the development and distribution of basin sedimentary facies and influences the distribution area of the sand in faulted basin; Thirdly, it yields bead string-like, belt-like, and ring-like oil-gas enrichment zones. The long-term active fault zones are prone to induce earthquake and gather minerals such as oil and gas on the junctions.

hidden fault zone; basement fault; en-echelon; reservoirs zone; accommodation structure; earthquake epicenter

10.11817/j.issn.1672-7207.2015.06.035

TE122.1

A

1672−7207(2015)06−2236−08

2014−06−13；

2014−08−20

国家自然科学基金资助项目(41340008)(Project (41340008) supported by the National Natural Science Foundation of China)

王伟锋，教授，博士生导师，从事石油地质、构造地质和工程地质的研究；E-mail：wangwf@upc.edu.cn