渤中凹陷断裂成因类型及其对成藏的控制作用

王冠民，熊周海，张健，周东红，林国松

(1.中国石油大学(华东)地球科学与技术学院，山东青岛 266580; 2.海洋国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室，山东青岛 266071; 3.大庆油田采油八厂，黑龙江大庆 163514; 4.中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津塘沽 300457)

渤中凹陷断裂成因类型及其对成藏的控制作用

王冠民1，2，熊周海1，张健3，周东红4，林国松4

(1.中国石油大学(华东)地球科学与技术学院，山东青岛 266580; 2.海洋国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室，山东青岛 266071; 3.大庆油田采油八厂，黑龙江大庆 163514; 4.中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津塘沽 300457)

在对渤中凹陷进行大量精细地震解释基础上，按照断层的发育过程，将渤中凹陷古近系—新近系的断裂划分为消亡型、继承型、继承-改造型和新生型。结合目前所发现的油气藏分布特点，确定不同类型断裂对油气的运移和成藏具有不同的控制作用。消亡型断裂是由早期伸展作用而成的正断层，古近纪发育，新近纪停止活动，与该型断裂有关的油气藏很少;继承型断裂是从古近纪到新近纪持续受伸展作用形成的正断裂，因长期活动，该型断裂以垂向输导油气为主，以油气成藏为辅;继承-改造型断裂在古近纪受控于伸展作用，而在新近纪受控于剪切作用，该型断裂不但有利于油气的输导和运移，而且利于油气的成藏;新生型断裂在新近纪时期受强烈的剪切作用所形成，其与继承型或继承-改造型断裂相伴生时较有利于成藏。

断裂;分类;成藏;油气输导;渤中凹陷

0 引言

渤中凹陷不仅是环渤海湾盆地的沉积和沉降中心，也是一个规模巨大的富油气中心［1～3］，其油气的运移和成藏从馆陶组沉积期一直持续到现今。薛永安等［4］提出了沟通油源的断层是渤中凹陷成藏关键的观点，张成［5］也认为沟通油源与储层的长期断裂控制了渤中凹陷浅层油气藏的分布;罗群［6］、李才［7］等提出基底大断裂控制了烃源岩的发育和展布，主干断裂控制了圈闭的形成和展布，因此在今后渤中凹陷的油气勘探工作中，应以断层为主线，顺藤摸瓜，沿断层寻找有利油气藏。

但渤中凹陷的断层发育具有多期性，类型比较复杂。曾有学者提出渤中凹陷的断裂可划分为深浅两套断裂系统［7］，并可进一步分为4种类型，即早期伸展断裂、中期走滑伸展断裂、晚期走滑断裂和长期活动断裂［8］;也有研究者认为可分为3大断裂体系，即沿郯庐断裂发育的断裂系、以渤中凹陷为中心的拉张断裂系以及广泛分布于渤中地区的耙式断裂系［9］。但前人的研究大多趋向于凹陷的宏观断裂体系，结合断裂的活动时间和力学性质对渤中凹陷断裂类型的划分及其在油气成藏的控制作用上的系统性研究很少。本文在渤中凹陷大量二维和三维地震解释基础上，按照断层的形成和发育特点，对渤中凹陷的断层进行成因类型划分，并进一步分析不同断层对油气成藏的控制作用。

1 渤中凹陷的断裂成因类型

渤中凹陷的构造运动历时较长，目前至少可以追溯至中生代。中侏罗世太平洋板块以北北西方向向华北板块间歇式俯冲，造成郯庐断裂产生左行走滑;在晚白垩世至新生代，太平洋板块转向南西方向俯冲，郯庐断裂由左旋走滑转变为右旋走滑，局部产生拉张裂陷［10］。其中，沙三段沉积时期为强烈断陷期、东三段+东二段沉积时期为断拗转换期、明化镇组—第四系为新构造运动期，此三阶段构造运动强烈［11～13］。

渤中地区新生代的区域构造运动在不同时期的受力性质不同，断裂在不同时期、不同地点活动性质不仅可能发生变化，而且受力强度亦有可能不同。

经过三维地震精细解释，根据断裂的活动时间和力学性质，可把渤中地区的断裂分为4种类型，即消亡型、继承型、继承-改造型和新生型(见图1)。

图1 渤中地区断裂分类Fig.1 Classification of the fractures in Bozhong area

消亡型断裂在古近纪因伸展作用而发育，但在新近系中消失。该型断裂为盆地发育早期在拉张应力作用下形成的正断层，切割盆地基底，发育时间短，断面平直，规模小，数量少，级别低，多为三级断裂。消亡型断裂平面上分布不均，在石臼坨凸起和渤南低凸起上相对较常见(见图2)。

图2 渤中地区各种类型断裂分布Fig.2 Distribution of various types of fracture in Bozhong area

继承型断裂表现为一直受伸展作用形成的正断裂，其断裂力学性质始终保持一致。此类断裂贯穿古近系和新近系，规模大，延伸远，往往为一级或二级断裂。因新近纪渤中凹陷普遍受郯庐断裂走滑作用影响，使得长期拉张的继承型断裂发育数量较少，该型断裂主要分布在渤南低凸起及石臼坨凸起东南部靠近洼陷处，分布较局限。

继承-改造型断裂是指在发育过程中力学性质发生明显变化的断裂，一般在古近纪受伸展作用控制，新近纪因郯庐断裂活动影响转而受剪切作用控制。该型断裂一般为一级断裂或二级断裂，规模大，延伸远，多属于凸起边界断裂或分布在凸起附近，分布范围较广，控制着凹陷的形成和演化。

新生型断裂是在新近纪时期多由主断裂在右旋走滑过程中派生发育形成的断裂，具有一定的拉张走滑性质。该型断裂规模小，数量多，往往集中在一起形成断裂带或断裂组合。越靠近主断裂，新生型断裂越密集。

将渤中凹陷的T8(古近系底面)与T0(明化镇组中段的顶面)断裂平面展布叠合起来(见图2)，可展示出渤中地区不同类型断裂的分布和垂向变化情况。

2 断裂类型与油气成藏特征

断裂在油气运聚成藏过程中扮演着重要的角色［14～18］，不仅沟通油源，控制油气的运移输导，还控制油气藏的类型和分布范围［19～22］。对渤中地区目前已发现的237个典型油气藏的分析统计表明，不同断裂类型成因机制不同，它们的成藏特征亦存在很大的差异性。

2.1 消亡型断裂成藏特征

消亡型断裂平面上一般呈分支状或弯曲带状，剖面上呈阶梯状、地垒式等样式，走向主要为东西、北东向，倾向变化大，倾角55°—75°。断裂数量不多，目前发现与之相关的油气藏亦较少，仅占所统计油藏数量的7%(见图3)。与该类型断裂有关的主要是断块、断背斜油气藏，尤以屋脊断块油气藏和阶梯状断块油气藏常见，部分同不整合一起构成复合油气藏。

图3 渤中凹陷不同断裂类型控制油藏数量Fig.3 The number of reservoir associated with different fault types in Bozhong sag

2.2 继承型断裂成藏特征

该型断裂平面上与其他断裂构成斜交、帚状、单条弯曲等组合样式，剖面上形成Y字形、地垒地堑等组合样式。断层走向以东西向为主，倾向南、北，倾角60°—70°(见图4b)。与该型断裂有关的圈闭主要是断块、滚动背斜等，以同向遮挡为主，所形成的油藏主要发育在古近系。目前所发现与该类型有关的油气藏亦不是很多(见图3)，约占油气藏总数的8%。

2.3 继承-改造型断裂成藏特征

继承-改造型断裂常见于各凸起边缘的陡坡带和凸起带。该型断裂可与其他断裂组合形成斜交式、雁列式、平行式、单条弯曲等平面组合样式以及Y字形、垒堑式、阶梯状等剖面组合样式。断层走向为北西西、北东东、东西等，倾向北西、南东、北、南等，倾角50°—75°(见图4a)。与该型断裂有关的圈闭类型较多，相关油气藏一般多分布在古近系，若与新生型断裂搭配组合，则更多地在新近系发育油藏。其中滚动背斜、断鼻等油气藏多在断层下降盘发育，断块、断背斜、披覆背斜油气藏等多在断层上升盘及凸起之上发育，以反向断层遮挡为主。研究区与其直接相关的油气藏约占总数的31%。

2.4 新生型断裂成藏特征

新生型断裂主要发育在新近系和第四系，全区广泛分布。平面上常见雁列式、斜交式、帚状等组合样式，剖面上常见花状、似花状、阶梯状、多级Y、复合Y等组合样式。断层走向北东东、北东，倾向南东、北西，倾角60°—80°。与该型断裂有关的圈闭主要有断块、断鼻、断背斜、扭动背斜等，所形成的油气藏几乎都分布在新近系，且与继承型或继承-改造型断裂相伴的新生型断裂更利于成藏(见图5)。新生型断裂中阶梯状断裂形成的油气藏一般分布在下降盘，同向遮挡;而其他断裂样式形成的油气藏一般为反向遮挡。渤中凹陷目前发现与新生型断裂相关的油气藏数量最多，占油气藏总数的54%。

图4 继承-改造型(a)和继承型(b)断裂成藏图Fig.4 Themap showing accumulation of inheritance-reformed fracture(a)and inheritance fracture(b)

图5 渤中凹陷不同类型断裂对油气的输导作用Fig.5 Map showing faults transport oil and gas

3 断裂类型对油气成藏的控制机理

断裂的成藏作用主要体现在对油气的输导运移和封闭的有效性方面。不同类型断裂的规模大小、切割深度、空间组合以及活动性和封闭性各异，导致它们的成藏作用存在很大差别。

3.1 断裂的输导作用

油气输导层是沟通烃源岩和储集层的桥梁和纽带，主要存在3种类型，即不整合、砂体和断裂［23］，其中断裂是油气垂向运移的主要通道［24～26］，在油气运聚成藏过程中起着举足轻重的作用［27～28］。

消亡型断裂活动期较短，垂向上延伸范围较小，在后期埋藏成岩作用过程中易被充填。渤中凹陷沙河街组烃源岩成熟和大规模生排烃主要发生在东一段沉积后期［29］，故消亡型断裂不利于油气的输导。但形成的圈闭若处在油气优势运移通道上亦利于成藏，此类油气藏的油气运移可通过不整合面或者砂体的侧向运移来实现。

继承型断裂长期受伸展应力作用，断开了古近系和新近系，断距大，活动时间长，断层封闭性弱，油气输导性好。若与新近系新生型断裂搭配组合输导油气，则有利于油气沿花状的新生型断裂聚集成藏(见图5a)。

继承-改造型断裂是在早期伸展作用转变为后期剪切作用过程中形成的，对油气输导起着重要作用。尤其是为适应剪切应力，地层因变形、破裂而产生的断裂带规模大，平面上延伸远，垂向深度大，沟通源储，活动时间长，利于油气输导。其中断层破碎带、剪节理、沿平面非直线状断层面所产生的局部拉张，在断层活动期都是油气输导的有利通道。该型断裂主要受郯庐断裂带的控制。

新生型断裂数目众多，一般发育在新近系，常与深大断裂匹配(见图5b)，大多是主断裂因走滑剪切而沿断层周围卸载、调整压力所派生的次级断裂。新生型断裂的平面形态常不平直，在活动过程中可呈开放状态，能够对深部运移上来的油气进一步扩散、输导起重要作用。

渤中凹陷的烃源岩主要分布在古近系沙河街组和东三段中，继承型和继承-改造型断裂平面延伸远，活动时间长，能够切穿古近系和新近系，沟通烃源岩和上覆地层，与主断裂相接的新生型断裂再次分配输导油气，使得油气呈枝状输导运移，不同类型断裂相互配合构成了良好的油气运移通道(见图5)。

3.2 断裂对圈闭有效性的控制作用

断裂对油气运移聚集具有双重作用，既可以作为油气的输导通道，运移油气，亦可作为有效圈闭的遮挡条件，封堵油气。断层封闭性是评价断裂控制圈闭有效性的重要依据，本文采用断层泥比率(SGR)法和断裂带泥质含量(Rm)法［30～34］对封闭性进行分析，二者值越大，表示断层封闭能力越强。它们的计算方法如下:

式中:Vsh——地层的泥质含量，%;H——目的层厚度，m;L——垂直断距，m;n——被错断的泥岩层数;h1i，h2i——被断层上、下两盘错断的第i层泥岩的厚度，m。

根据该计算方法对研究区主要油气富集区——石臼坨地区和渤南地区48条次级断裂进行统计(见图6)，结果表明，当SGR值大于0.5、Rm大于0.4时，断层封闭性较好，可作为遮挡条件促使油气聚集成藏。石臼坨地区断裂大多为继承型断裂，以同向遮挡成藏，SGR和Rm偏小;而渤南地区断裂大多为继承-改造型断裂，以反向遮挡成藏，SGR和Rm偏大(见图6)，油气藏的规模和分布范围相对更大、更广。渤中地区古近系和明化镇组中泥岩普遍较发育，常有厚层泥岩夹砂岩或砂泥岩互层，为大量次级断裂提高封闭性提供了良好的地层条件。

图6 封闭断层SGR及Rm参数分布Fig.6 Parameter distribution of SGR and Rm of closed fault

从本质上来说，封闭性参数SGR及Rm的本质是断层的力学性质、活动时期等对圈闭有效性的影响，不同断裂类型、组合以及同一断裂的不同部位对圈闭有效性的控制均存在明显的差异。

消亡型断裂仅在古近纪时期活动，在新近纪埋藏成岩过程中，断层带易被充填，断层封闭性较强。消亡型断裂的上断点多数止于沙河街组或东三段的泥岩层，这更增加了该类型断裂的垂向封堵能力。

继承型断裂在长期伸展应力的作用下，其封闭性较差，且圈闭多以同向遮挡为主，断裂侧向封堵油气的能力较弱。不仅如此，该类型断裂在新近纪的长期活动还易破坏先期的油气藏，使油气散失，对油气成藏起消极作用。因此，继承型断裂以垂向输导作用为主，圈闭成藏作用为辅(见图4，图5)。

继承-改造型断裂在从早期的拉张作用转变到后期的剪切作用过程中，断层的挤压应力增强，封闭性能会显著提高，对油气的封堵能力增大，圈闭有效性变好，相对于继承型断裂更易于成藏保存。该型断裂在上升盘或临近凸起上发育的断块、断背斜、披覆背斜等圈闭多以反向遮挡为主，利于油气的成藏(见图5a);在下降盘所发育的滚动背斜、断鼻等圈闭亦利于成藏保存。此外，在继承-改造型断裂之间的地层往往发生褶皱，在背斜部位也是油气聚集成藏的有利场所。

与继承-改造型断裂相伴生的新生型断裂常具有走滑性质，在非活动期，剪切应力作用下的断层封闭性大多表现较强，圈闭的有效性好。与继承型断裂相伴生的新生型断裂则多具拉张性质，在伸展应力作用下断层封闭性较弱，圈闭有效性差。整体上看，渤中地区新近纪处在郯庐断裂右旋走滑的作用下，新生型断裂多以走滑性质为主，拉张性质为辅，较利于圈闭的成藏。

不难看出，继承型和继承-改造型主断裂沟通油源，以垂向输导油气为主，圈闭成藏为辅。新生型次级断裂则形成各种构造圈闭，并从主断裂再次分配油气，以油气成藏为主。主断裂与新生型次级断裂的有机结合可为油气成藏创造有利条件。

4 结论

渤中凹陷的断裂可划分为4种类型，即消亡型、继承型、继承-改造型和新生型，不同的断裂对油气成藏具有不同的控制作用。

消亡型断裂为古近纪早期由伸展作用所形成的正断层。其规模小且数量少，断裂活动期早于生排烃高峰期，不利于油气垂向输导，油气以侧向运移为主，与其相关的油气藏较少。

继承型断裂为长期受伸展作用形成的正断层。其规模大，延伸远，油气输导作用强，且断裂多以同向遮挡为主，圈闭有效性较差。油气藏多分布于古近系，以断块油气藏和滚动背斜油气藏为主。

继承-改造型断裂早期表现为伸展作用，晚期转变为剪切作用，由此发育形成的复合断层。该类断裂不但规模大、延伸远，而且油气输导性和圈闭封闭性较强，利于油气的运聚成藏和保存。油气藏在古近系和新近系皆有发育，断层下降盘以滚动背斜、断鼻油气藏为主，上升盘及凸起则以断块、断背斜和披覆背斜油气藏为主。

新生型断裂为新近纪在走滑作用下沿主干断裂派生出的次一级断层。其规模小但数量多，剖面上呈花状与继承和继承-改造型深大断裂相匹配，利于油气运聚成藏。新生型断裂形成的油气藏多分布于断层下降盘，并以同向遮挡的阶梯状断块油气藏最为常见。

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GENETIC TYPESOF THE FRACTURE AND ITS CONTROL ON HYDROCARBON ACCUMULATION IN BOZHONG SAG

WANG Guan-min1，2，XIONG Zhou-hai1，ZHANG Jian3，ZHOU Dong-hong4，LIN Guo-song4

(1.School of Geosciences，China University of Petroleum(East China)，Qingdao 266580，Shandong，China; 2.Laboratory for Marine Mineral Resources，Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology，Qingdao 266071，China;3.Daqing Oilfield，Daqing 163514，China; 4.Tianjin Branch of CNOOC，Tianjin 300452，China)

Based on numerous seismic interpretations to Bozhong sag，the study classifies the fracture of Neogene and Paleogene into four types in terms of the process of faults development．They are extinct fracture，inheritance fracture，inheritance-reformed fracture，and new fracture．Combined with the current statistics of reservoir，the analysis shows that each type has a different effect on the hydrocarbon migration and accumulation．Extinct fracture developed from Paleogene to early Neogene is normal fault formed by extensional effect and has few reservoirs．Inheritance fracture is sustained extensional normal fault from early Paleogene to late Neogene．It plays amajor role in the vertical transporting oil and gas and a supporting role for hydrocarbon accumulation．Inheritance-reformed fracture controlled by extensional effect in Paleogene and shearing action in Neogene is not only conducive to transport oil and gas，but also conducive to hydrocarbon accumulation．New fracture developed by strong shearing effect in Neogene is more favorable to accumulate oil and gas when accompanying with inheritance fracture or inheritance-reformed fracture．

fracture;classification;accumulation;oil and gas transporting;Bozhong sag

TE122.1+2

A

1006-6616(2016)02-0346-11

2015-11-20

国家“十二五”科技重大专项“渤中凹陷油气成藏规律及勘探方向研究”(2011ZX05023-001-013)

王冠民(1969-)，男，吉林省桦甸市人，教授，博士，主要从事储层地质学研究。E-mail:wguanmin@ sina.com