渤海海域辽东东地区断裂特征及构造样式

2017-05-02徐昊清

中国石油大学胜利学院学报 2017年1期

关键词：正断层字型辽东

徐昊清

(中国石化胜利油田分公司勘探开发研究院,山东东营 257015)

渤海海域辽东东地区断裂特征及构造样式

徐昊清

(中国石化胜利油田分公司勘探开发研究院,山东东营 257015)

辽东东地区是胜利油田在渤海湾东部的外围探矿区。利用三维地震资料,分析了研究区的断裂体系发育特征,识别了主要构造样式。研究表明,辽东东地区断层活动具有明显阶段性,边界断层和同沉积断层主要形成于渐新世之前,具有伸展和走滑双重特征;三、四级断层主要形成于上新世—第四纪,为典型走滑断层。区内主要发育2种成因类型的构造样式,即伸展构造样式和走滑构造样式,后者普遍发育,形成2组共轭走滑断裂带。研究明确了辽东东地区的构造特征及圈闭条件,对油气勘探具有一定指导意义。

断裂特征;构造样式;辽东东地区;渤海海域

辽东东地区是胜利油田在渤海湾东部的浅海海域登记的外围探矿区,于2005年发现了胜顺油田,控制石油地质储量663×104t。前期,受油田储量规模小、地面配套设施不完善等因素制约,该区不具备投入开发的商业价值,未能建成工业产能,导致油气勘探研究工作投入不足。中海油在研究区西南部紧邻的庙西北凸起发现了亿吨级大油田——PL9-1油田[1],预示着成藏条件相似的辽东东地区具有较大的勘探潜力。但该区的构造特征及发育规律等基本地质问题认识不足,影响了油气成藏条件研究的进一步深入。笔者利用三维地震资料,对辽东东地区断裂体系进行系统刻画,识别区内发育的主要构造样式,明确该区的构造格局、构造特征,对下一步的成藏研究及油气勘探具有重要意义。

1 区域构造背景

辽东东地区位于渤海湾盆地渤中坳陷与胶辽隆起的结合部,受区域构造应力场的控制,该区新生代构造演化与渤海湾盆地基本一致。北北东向的郯庐断裂带东支断层从区内穿过,其走滑活动对本区构造发育具有显著的控制作用[2]。孔店—沙四期,为初始裂陷阶段,盆地为相对分散、独立的小断陷,地层具有填平补齐的沉积充填特征,断层下降盘沉积了巨厚的沙四段—孔店组;沙四晚期构造整体抬升,遭受剥蚀夷平[3],形成了辽东东地区东高西低的构造形态。沙三—东营期,渤海湾盆地处于区域拉张应力场控制下的强烈伸展断陷期,伸展断层剧烈活动[3-6],同时郯庐断裂表现为右行走滑活动[7-8],形成了区内北北东向断层及与之共轭的北西西向走滑断层,凹陷区沉积了巨厚的沙三段—东营组,盆缘带呈超覆式沉积,东营末期整体抬升遭受剥蚀,形成了古近系与新近系间的角度不整合。新近纪—第四纪,为新构造运动期,郯庐断裂右旋走滑运动强烈[9-10],形成了大量小规模的北东向和近东西向走滑断裂,控制形成了区内广泛发育的走滑构造样式。

2 断层发育特征

辽东东地区主要发育北东向、北北东向、北西西向、近南北向和近东西向等5个不同走向的断层,断裂体系复杂(图1)。依据断层的性质、活动强度及活动时间等,将断层划分为3类,即边界大断层、盆倾同沉积断层和晚期走滑断层。

图1 辽东东三维区新近系底部断裂系统

2.1 边界大断层

研究区存在东西两条边界大断层,其中西部渤东东边界断层为分隔渤东凹陷与东部凸起区的一级断层,呈近南北向、北东向延伸,为郯庐断裂带内东支断裂带内的3条分支断层,其持续活动时间长,断层落差大,自前古近系基底一直断至新近系,断层落差最大可达1 000 m。剖面上,该类断层为西倾的顺向盆倾断层,断面呈铲式,控制了区内古近系各套地层的发育。西部边界大断层上升盘古近系仅保留孔店组及东营组,下降盘为渤东凹陷区,古近系发育完整。

2.2 同沉积断层

同沉积断层为盆地形成期持续活动的二级断层,这类断层延伸距离远,自古近纪渐新世以来持续活动,至馆陶期活动减弱,断层落差一般为50～100 m,走向多为北西西向和近东西向,南倾和北倾断层均有发育。该类断层主要分布在三维区中部南北两侧,控制了古近系至新近系下部地层的沉积,其下降盘易形成滚动背斜构造。北西西向和近东西向的同沉积断层与近南北向的边界断层共同控制了该区的构造格局。

2.3 晚期走滑断层

晚期走滑断层为形成于新近纪上新世—第四纪新构造运动时期的三、四级断层,主要为北东走向,少量为北西向及近东西向,断层规模较小,断距一般为20～50 m,延伸不远。剖面上,断面陡直,倾向多变,多与古近系同沉积断层组成Y字型或似花状构造,平面上多呈雁行状排列。

辽东东地区断层活动强度具有明显的阶段性,区内边界断层和同沉积断层主要形成于渐新世之前,有北北东向和北西西向两组,北北东向断层为郯庐断裂带的分支断层,而北西西向断层为郯庐主干断裂活动派生的结果。晚期走滑断层断层主要形成于上新世—第四纪,断层走向主要为北东走向,与郯庐断裂带走向一致。早期断层受区域拉张应力场控制,并叠加了郯庐走滑活动的影响,具有拉张和走滑双重特征;晚期断层主要为郯庐断裂带走滑活动派生的次级小断层,具典型走滑特征。

3 构造样式

构造样式是指在剖面形态、平面展布和应变机制上相互间有着密切联系的特定构造组合。根据区内断层特征及其组合特征,可识别出伸展构造样式和走滑构造样式2种成因类型的构造样式。

3.1 伸展构造样式

伸展构造样式是指在区域性拉张作用下形成的构造组合。受渐新世早期渤海湾盆地强烈伸展活动的宏观构造背景控制,区内发育由正断层组合形成的伸展构造样式,包括“Y字型”和反“Y字型”断层组合、多级“Y字型”断层组合、阶梯状断层组合、“入字型”断层组合等多种剖面构造样式,以前两种为主,平面上呈平行式或斜交式组合。

3.1.1 “Y字型”和“反Y字型”断层

“Y字型”和“反Y字型”断层主要表现为相互平行的一条主干断层和一条反向的次级分支断层的组合,它们共用一个下降盘(图2)。主干断层的断层规模和断距大,切割深,通常切割到基底,形成时间长;而反向次级断层的断层规模和断距小,切割浅,通常分布在新近系,形成时间短。

图2 “Y字型”、反“Y字型”、多级“Y字型”断层典型剖面

3.1.2 多级“Y字型”断层组合

多级“Y字型”断层组合主要表现为一条主干正断层与若干条反向分支断层相交组合而成(图2)。分支断层由一组与主干断层倾向相反的次级正断层组成。这组次级断层相互平行,倾向一致,规模大致相同。分支断层明显地受主干正断层的限制,越靠近主干断层下部的反向次级断层切割地层越老,说明其形成时间越早;相反,越靠近主干断层上部的反向次级断层切割地层越新,其形成时间越晚。

3.1.3 阶梯状断层和“入”字型断层

阶梯状断层主要发育在东西向斜坡上,由多条相互平行的同向西倾正断层排列,包括地层倾向与断层倾向相同的同向阶梯状正断层组合以及地层倾向与断层倾向相反的反向阶梯状正断层组合(图3)。“入”字型断层主要表现为两条相互平行但倾向相反的正断层断层组合。“入”字型断层组合反映了两条断层的形成时间不一致,早期形成的断层规模小,而后期形成的断层规模大。

图3 阶梯状、“入”字型断层典型剖面

3.2 走滑构造样式

走滑构造,也称扭动构造样式,是在水平剪切应力作用下产生的压扭性聚敛和张扭性离散的断裂组合。区内断层走滑特征明显,走滑构造样式发育,剖面上单条断层产状陡、落差小,断裂带呈典型的负花状构造、半花状构造或卷心菜式构造,平面上呈雁列式排列。

3.2.1 负花状构造与半花状构造

在走滑作用下,剖面上常见主干断层在深部变窄变陡,浅部呈撒开的花状构造。渤海湾盆地整体以区域伸展构造环境为主,而研究区内又叠加了郯庐断裂的走滑作用,因此研究区主要表现为张扭应力环境,形成负花状构造(图4)。当负花状构造发育不完整时,往往表现为半花状构造。

3.2.2 卷心菜式断层组合

除了常见的典型的花状构造外,研究区内还发育一类正断层组成的“卷心菜”式断层组合,也称无

根负花状构造。它们没有明显的切入深部主干断层,往往由多个花状构造或半花状构造组合在一起。断层的断距小,数量多,断层切割层位浅(图5)。

3.2.3 平行陡直式断层组合

断层的倾角与其性质有关,在伸展作用下形成的正断层倾角最大一般为60°～70°,在挤压作用下形成的逆断层倾角通常为40°～50°,甚至更低,而走滑断层的倾角往往较大(大于70°)。研究区东部发育的大量平行陡直式断层组合也是走滑构造的典型样式(图6)。

图6 平行陡直式断层典型剖面

辽东东三维区内主要发育2组共轭走滑带,一组发育于三维区东、西两侧,呈北北东—南南西走向的2个右行走滑带,断层呈右行排列,与郯庐断裂的走滑特征一致;另一组发育于三维区的南、北两侧北西西—南东东走向的2个左行走滑带,其正断层呈左行排列(图1)。2组共轭走滑带为新近纪以来北东东—南西西向区域挤压应力场作用下形成。