渤海海域断裂相互作用及其油气地质意义

余一欣,周心怀,徐长贵,吴 奎,周 鑫,柳屿博

[1. 中国石油大学(北京) 油气资源与探测国家重点实验室，北京 102249； 2.山东科技大学 山东省沉积成矿作用与沉积矿产重点实验室，山东 青岛 266590； 3.中海石油(中国)有限公司 上海分公司，上海 200030； 4.中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300452]

裂谷盆地是世界上重要的含油气盆地类型之一，虽然其面积约占全球盆地面积的5%[1]，但为全球提供了近三分之一的油气发现[2]。据资料统计，在目前已发现的877个大型油气田中，有271个是位于裂谷盆地中[3]，其中大部分油气田的形成都受到了断裂及其相互作用的影响[4-8]。渤海湾盆地位于我国东部大陆边缘，是一个在华北克拉通基础之上发育起来的中、新生代板内裂谷盆地[9]，也是我国重要的含油气盆地之一，其油气产量已约占我国油气总产量的三分之一[10]。受新生代地幔隆升作用影响，渤海海域(渤海湾盆地的海域部分)发育大量具有不同规模和方位的伸展断裂[11-12]，自5.2Ma以来发生的新构造运动在环渤中坳陷浅层也形成了密集分布的次级伸展断裂[13-14]。此外，受NE向郯庐断裂带和NW向张家口-蓬莱断裂带的走滑作用影响，渤海地区还发育大量走滑断裂和伸展-走滑复合断裂[12]。这些不同性质的断裂在平面和剖面上都相互交织在一起，共同组成了渤海地区复杂的断裂体系，对油气的聚集成藏也产生了重要影响。前人已针对渤海地区的断裂变形特征、活动期次及其形成机理进行了一定程度的研究[15-17]，并初步探讨了断裂联接作用及其转换带的发育特征[18-23]，但目前还未对渤海海域内不同类型、规模和方位的断裂之间的相互作用特征进行过系统梳理和分析。本文主要是在前期工作基础之上，针对渤海地区伸展断裂和走滑断裂在平面和剖面上的相互作用方式进行全面、系统的厘定与分析，并结合勘探新进展，探讨不同的断裂相互作用方式对油气成藏的影响，拟为该地区的油气勘探部署提供借鉴和参考。

1 断裂平面相互作用方式

依据断裂相互作用发生的尺度范围，可将渤海地区不同类型断裂的平面相互作用方式分为区域和局部两大类，其中区域级别的断裂平面相互作用方式包括共轭型、直交型和斜交型，局部地区的相互作用方式则包括帚状传递型、分支传递型、雁列断层传递型和变换构造传递型等。

渤海地区主要发育两条大型走滑断裂带，即NE向的郯庐断裂带和NW向的张家口-蓬莱断裂带(图1)。受太平洋板块向欧亚板块的俯冲方向从NNW向转变为NWW向的影响，郯庐断裂带的走滑方向在沙四段沉积末期(约43Ma)由左旋开始变为右旋[24]，张家口-蓬莱断裂带自新近纪以来则是一条具有左旋平移活动性质的地壳破裂带[25]。这两条大型走滑断裂带在渤海地区呈X型相互交织在一起，共同构成了我国大陆东部新构造期的一套共轭剪切破裂系统(图1)。这套共轭断裂系统对渤海地区的断裂发育产生了重要影响，不仅形成了多条走滑断裂，而且还导致早期主要受地幔上隆作用影响而形成的许多伸展断裂在后期活动过程中都伴随有走滑作用，其上盘发育了多条分支断裂，从而形成伸展-走滑复合断裂，在剖面上多表现为似花状构造特征[12]。

直交型相互作用主要发生在伸展断裂和走滑断裂之间，两者在平面上近垂直相交，在渤海南部地区表现最为典型(图1)。该地区的主干伸展断裂呈近EW向展布，NNE向郯庐断裂带分东、西两个分支从渤南地区通过，并与近EW向伸展断裂近于垂直相交，并对伸展断裂产生了一定的改造作用(图1)。早期有部分研究人员认为渤南地区的莱州湾凹陷等是受郯庐断裂带走滑作用影响而形成的走滑拉分凹陷[26]，但新的地震资料表明，渤南地区的凸起和凹陷结构主要还是受近EW向伸展断裂控制，凹陷都表现为箕状断陷特征。郯庐断裂带在剖面上切割了早期的盆缘伸展断裂，但并没有控制沉积过程，仅是对凹陷结构有一定的后期改造作用(图2)。

斜交型是指主干走滑断裂在走滑过程中形成一系列派生的次级伸展断裂，其规模较小，与主干走滑断裂呈斜交关系。发生该类作用方式的走滑断裂和伸展断裂具有成因联系，在盆地东部郯庐断裂带经过的大部分地区都比较普遍(图3)。

与区域性的断裂相互作用方式相比，局部地区发生的断裂相互作用更为复杂。根据断裂发育特征，可以划分为帚状传递型、分支传递型、雁列断层传递型和变换构造传递型等。

发生帚状传递型相互作用的断裂在平面上多呈弧形弯曲，其中一条断裂大致搭接在另一条断裂的中间凸出部位，多条断裂联接成扫帚状，并发生位移传递。此类断裂相互作用方式的形成可能与早期伸展断裂在后期遭受郯庐断裂带右行走滑作用的影响有关，在辽西地区最为典型，如SZ36-1构造区和LD5-2构造区的断裂相互作用方式(图4a)。另外，在渤东地区和石臼坨凸起QHD34-2构造区也有发育。

分支传递型是指一条主干断裂的旁侧或尾端发育多条分支断裂，主干断裂的位移向发育分支断裂的部位逐渐最小，最终向分支断裂发生传递，如辽东湾坳陷JZ25-1构造3、4井区的断裂联接方式(图4b)。雁列断层传递型是指两条边界主干断裂通过位于其叠置区内呈雁列式排列的多条次级断层发生相互作用，如石臼坨凸起南缘东段两条边界断裂之间就是通过多条次级断层联接在一起而发生了相互作用(图4c)。

图1 渤海海域新生代构造纲要图Fig.1 The Cenozoic structure outline map of offshore Bohai Bay Basin

变换构造传递型是指发生相互作用的断裂之间并不发生直接联接，而是通过发育在断裂叠置区间内不同类型的变换构造发生相互作用。根据发生相互作用的断裂的倾向及其组合关系，可进一步将其划分为斜坡型、地垒型和断块型等三类。斜坡型是指两条近于平行展布的主干断裂同向倾斜，其位移通过发育在断裂叠置部位的变换斜坡进行传递。如辽西JZ25-1S构造区内两条NE走向的伸展断裂均向NW方向倾斜，并发生侧列叠接。这两条主干断裂在沙四-沙三段和东三段沉积期同时发生强烈活动，其平面位移均往断裂叠置区逐渐减小，直至终止，在叠置区内形成了斜坡型构造变换带(图5a)。石臼坨凸起北侧QHD29-2构造区的断裂相互作用也具有相似特征(图5b)。地垒型是指两条近于平行展布的断裂倾向相背，断裂下盘发育地垒构造，断裂位移在整个空间里保持守恒，如辽东湾坳陷JZ9-3、LD27-2构造区的断裂相互作用方式(图5c)。

图2 渤南地区地震剖面(剖面位置见图1)Fig.2 Seismic line across southern offshore Bohai Bay Basin (See Fig.1 for the location)(红色表示郯庐走滑断裂带，黑色表示伸展断裂。)

图3 渤海海域东部平面斜交型断裂相互作用特征Fig.3 Oblique interaction of faults in eastern offshore Bohai Bay Basina. JX构造区东二段底界断裂系统；b. KL6-5构造及邻区东二段底界断裂系统

断块型相互作用方式主要发生在侧列叠接的走滑断裂之间。渤海地区的郯庐断裂带实际上由多条走滑断裂(带)组成，这些走滑断裂在局部地区发生侧列叠接，进而通过叠置区内的断块构造发生相互作用。如位于辽东湾坳陷中部的NE向辽中1号走滑断裂带由2～3条分段断裂组成，并在JX构造区发生相互作用，形成了JX断块构造(图3a)。此外，在渤南地区的黄河口凹陷中部和莱州湾凹陷东部地区，走滑断裂之间的断块型相互作用方式也比较常见(图3b)。

2 断裂剖面相互作用方式

渤海地区断裂在剖面上的相互作用方式主要包括X型、混合型和叠加型等3类，其中最普遍，也是最重要的是X型断裂组合型式。

X型断裂组合由两组具有相同走向和相反倾向的正断层组成，在剖面上多表现为简单或复杂的X型形态[27]。根据断裂发育特征，可将渤海地区的X型断裂划分为两类。一类主要发育在浅部明化镇组内，规模较小，形态简单，表现为对称、单一的X型结构(图6a)。另一类X型断裂在除辽东湾坳陷以外的地区都广泛发育，其下部断裂断至前新生代基底，断距较大，上部发育多条具有较小断距的分支断层，组合形成不同类型的X型结构(图6b，c)。有些地区相邻的多个X型断裂还连接在一起，形成了形态复杂的连锁X型断裂系(图6b)。已有研究表明，渤海地区简单的X型断裂主要发育在主干走滑断裂的旁侧，是在两组断层的同步滑动过程中形成的，而复杂X型断裂的形成主要受基底断裂的继承性活动影响[28]。

图4 渤海海域断裂局部平面相互作用特征Fig.4 Local interaction of faults in the offshore Bohai Bay Basina. LD5-2-SZ36-1构造区东二段底界断裂系统；b. JZ25-1构造区沙一段底界断裂系统；c. 石臼坨凸起南缘相干体切片(1 000 ms)

图5 渤海海域变换构造传递型断裂相互作用特征Fig.5 Transfer structures in the offshore Bohai Bay Basina. JZ25-1S构造及邻区东二段底界断裂系统；b. QHD29-2构造及邻区东三段底界断裂系统；c. JZ9-3构造区沙一段底界断裂系统

混合型是指走滑断裂和伸展断裂的破裂面在不同时期被另一类断裂活动所利用，最终形成两类断裂系统相互叠加的复杂变形现象，在辽东湾坳陷东北部地区比较典型。该地区基底先存的郯庐断裂带中的部分断裂面被新生代伸展断裂利用和改造，而渐新世郯庐断裂带的走滑活动又利用和改造了始新世时期的伸展断裂面，从而形成了伸展断裂和走滑断裂混合在一起的复杂构造变形系统(图7)。

叠加型是指早期裂陷作用形成的伸展断裂受后期郯庐断裂带右行走滑活动影响，发生走滑位移，主干断裂多表现为上陡下缓的铲式正断层特征，其上盘发育多条同向或反向分支断裂，组成似花状构造。该类断裂相互作用方式主要发生在渤海东侧地区，如庙西北等凸起的两侧边界断裂都具有此特征[12]。

3 油气地质意义

渤海地区的勘探实践已经证实，断裂相互作用区是有利的油气聚集成藏区，在此类部位已经发现了多个大中型油气田。这主要是由于断裂的相互作用会对圈闭发育、储层物性和油气运移等产生一些有利影响。

图6 渤海海域X型断裂组合样式(剖面位置见图1)Fig.6 X-type faults in the offshore Bohai Bay Basin (See Fig.1 for the location)

渤南地区伸展断裂和走滑断裂发生的直交型相互作用不仅影响了凹陷结构(图2)，对局部的圈闭发育也产生了一定影响。如KL9-1构造的东、西两侧均被郯庐断裂带的分支断裂所限制，其南侧边界则由一条近EW走向的伸展断裂充当，在该地区已发现了较丰富的油气资源(图8a)。与主干走滑断裂发生斜交型相互作用的次级伸展断裂可以充当油气运移通道，进而控制油气富集程度和聚集层位。如LD6-2构造的南部地区次级断层发育，而北部次级断层较少，导致南区的储量丰度明显大于北区(图8b)。JX构造区和KL6-4构造区主干走滑断裂带旁侧都发育多条与之斜交的次级伸展断裂，进而也极大改善了这些部位的含油气性(图3)。

断裂相互作用区的应力都比较集中，属于强应变区，而且地层易发生掀斜，可以形成断背斜、断块和断鼻等多类圈闭(图4，图5)。变换斜坡还是沉积物源进入沉积区的主要通道，可以控制碎屑物质的富集位置，从而有利优质储层的发育。如来自西南方向的物源通过变换斜坡进入JZ25-1S构造区后，发生卸载和堆积，形成了扇三角洲等有利储集相带[19]。而且受断裂相互作用区的强应变影响，变换斜坡部位的储层一般都发育较多的构造裂缝，从而可以提高储集性能。如辽西JZ25-1S地区的太古界潜山裂缝发育，具有孔、洞、缝并存，非均质程度较高的双重介质特点[19]。目前已在渤海地区断裂的局部相互作用区发现了LD5-2,QHD35-2,JZ25-1S,QHD29-2和LD27-2等多个油气田(图4，图5)。

图7 渤海辽东湾坳陷伸展断裂和走滑断裂混合作用特征(剖面位置见图1)Fig.7 Hybrid interaction of extensional faults and strike-slip faults in the Liaodongwan depression (See Fig.1 for the location)

图8 渤海海域断裂相互作用与典型油气田Fig.8 Interaction of faults and typical oil and gas fields in the offshore Bohai Bay Basina. KL9-1构造区明化镇组底界断裂系统；b. LD6-2构造区东二段底界断裂系统；c. 黄河口凹陷BZ34油田剖面

走滑断裂的组合方式及走滑方向共同决定了圈闭发育状况。如果走滑断裂的侧列叠接部位是局部的挤压区，易形成背斜类圈闭，规模也较大。如果是拉张区，则易形成断块类圈闭，圈闭规模小且分散。在黄河口凹陷中部的BZ28和BZ34构造区以及莱州湾凹陷东部的KL6-5构造区，郯庐断裂带的分支断裂均呈左阶右行方式叠置，在挤压性的叠接区内发育了多个背斜类圈闭群(图3b)。而在辽东湾坳陷的JX构造区，两条郯庐断裂带的分支断裂呈右阶右行方式叠置，形成了拉张性的JX走滑双重构造，以断块型圈闭为主，而且断层的侧向封堵能力也较差，走滑双重构造内部并不有利于油气的大规模聚集(图3a)。

由于独特的断裂组合型式，不仅易在X型断裂的上、下部及邻侧形成断块圈闭和地层-岩性圈闭，而且由于X型断裂多已断至基底，能起到沟通油源的作用，有利于浅层油气藏的形成。目前已在X型断裂作用区发现了多个油气田，如BZ13-1S，QHD34-3，BZ25-1S和BZ34-1等(图8c)。但需要注意的是，由于X型断裂交叉点处的断距一般都较小，有时不能形成有效圈闭，如辽东湾坳陷JZ27-2构造的钻探失利就有这方面的原因。

4 结论

受地幔上隆和区域走滑作用影响，渤海海域发育大量不同方位与规模的伸展断裂、走滑断裂及其复合断裂，在不同尺度范围内断裂也通过多种方式发生了相互作用。区域范围内断裂发生的相互作用方式包括共轭型、直交型和斜交型，局部地区的相互作用则包括帚状传递型、分支传递型、雁列断层传递型和变换构造传递型等，而且变换构造传递型进一步可分为斜坡型、地垒型和断块型等。断裂在剖面上的相互作用方式主要包括X型、混合型和叠加型。渤海地区不同类型的断裂相互作用不仅控制了圈闭发育，对油气运移及其储层发育和储集性能的提高也有重要影响，断裂相互作用区的含油气性值得关注。

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