辽东地区构造演化及其对构造样式的影响

2018-03-26朱文森柳永军张江涛

石油地质与工程 2018年1期

朱文森，柳永军，张江涛

（中海石油（中国）有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津 300452）

辽东地区位于渤海湾盆地辽东湾坳陷内东北部，北邻下辽河坳陷，南接渤中凹陷、渤东凹陷。其内部二级构造单元包括辽中凹陷、辽西凹陷、辽东凹陷、辽西凸起及辽东凸起，主体呈北北东向展布，其中辽东凸起处于郯庐断裂内的辽中2号和辽东1号断裂之间，是由南北两个似菱形的基岩块体错列组成[1-5]（图 1）。

研究区内已有探井30余口，多数分布在凸起区及陡坡带，其中凸起区钻井部分钻遇古生界或中生界，陡坡带钻井大多钻至沙三段。研究区主要含油层位为馆陶组、东营组和沙河街组。目前发现了锦州32–4、锦州27–6S、锦州 27–6、锦州 27–2、锦州22–1、锦州23–1、锦州17–3、锦州23–2和锦州23–2N共9个含油气构造。

图1 辽东地区构造区域位置

1 研究区构造层的划分

以三维地震数据、岩心和测井数据为基础，结合周边凹陷地层数据，建立了研究区新近系垂向地层格架。新近系主要发育T8、T5和T2三个构造层序反射界面，将新近系划分为孔店组和沙河街组组成下部构造层，东营组组成中部构造层，馆陶组、明化镇组和第四系组成上部构造层（图2）。三套构造层沉积特征的差异性对应了凹陷3期不同的构造演化阶段：孔店组–沙河街组沉积期的强烈断陷阶段、东营组沉积期强走滑–弱伸展断坳转换阶段、新近系-第四系沉积期的热沉降坳陷阶段[6-7]。

图2 辽东地区地震剖面结构特征

2 断裂发育特征

断裂是研究区最主要的构造变形方式，控制了凸起的形成发育及其与凹陷之间的耦合关系。笔者根据地震、钻井资料，绘制了研究区各重要界面T6、T3、T2现今断裂体系分布图，分别对应下部构造层断裂体系、中部构造层断裂体系和上部构造层断裂体系[8-10]。整体而言，研究区主要发育以NNE向断裂为主枝、近EW向断裂为侧枝的拉张-走滑断裂体系，其中NNE向主干断裂主要包括辽中1号断裂、辽中2号断裂和辽东断裂，控制了研究区的凹-凸组合关系及构造带的发育特征，次级断裂主要包括辽中凹陷内部和辽东凹陷内部的断裂体系[11-12]。

2.1 剖面特征

辽中1号断裂剖面上南北差异明显，南段断面直立，切割深度较深，上部与次级断裂组合形成负花状构造，沿着断层发育的底辟构造导致地层的上拱，东二段地层在底辟附近明显上超；北段断面由近直立发育转为东倾，底辟不发育，负花状构造减弱。辽中2号断裂主断面北西倾，断面下缓上陡，为典型的铲式断层，上部与次级断层形成“Y”字形组合。辽东断裂剖面上主断面南东倾，断层近直立，上部与次级断层形成“Y”字形组合，局部地区上部层系受晚期走滑的影响形成似花状构造（图2）。

2.2 平面特征

对比各构造层系断裂系统图，研究区现今不同构造层系的断裂体系存在着明显差异，体现了多期次构造差异演化的叠加效应。

下部构造层。主干断层走向以北北东向为主，断距大，辽中1号断层倾向由南向北逐渐由北西向变为南东向，体现了断层面发育的丝带效应。次级断层以北东向、近东西向及北北东向发育为主，断层数量较少，组合类型简单（图3a）。

中部构造层。断层数量增加，断距减小，主干断层走向北北东向。辽中1号断裂北段呈雁列式排列，至东营期辽中2号断裂南段呈多条侧列式断层，辽中凹陷发育多条次级断裂，北东走向，为右旋背景下形成的具有走滑性质的拉张正断层；中部多北西倾，北部两种倾向都发育，呈雁列式排列（图3b）。

上部构造层。南部次级断裂数量减少，北部次级断裂明显较南部发育；主干断裂呈雁列式排布，次级断裂以北东东向和北东向发育为主，与主干断层斜交，平面组合样式主要有雁列式、帚状和斜交式（图3c）。

整体而言，研究区不同层系断裂发育具有明显的差异性。辽中1号断裂由下部层系的一条连续断层到上部构造层转变为由近EW向的小断裂沿NNE向雁列的断裂带；辽中凹陷中部由辽中1号断裂派生出来的帚状断裂体系上部层系较下部层系发育，南部由辽中2号断裂派生出来的帚状断裂体系中部层系发育；辽东凹陷内部次级断裂体系上部层系发育较弱。

3 构造演化阶段

研究区各构造层断裂发育特征存在明显的差异，表明新生代不同时期构造演化过程存在较大差异。本文选取与研究区内主要断裂走向基本垂直的北西西向地质剖面进行平衡剖面恢复，明确研究区凹陷与凸起的演化及其耦合过程[13-17]（图4）。

3.1 强伸展断陷阶段

3.1.1 裂陷Ⅰ幕

Ek～Es4时期，辽东凸起和辽东凹陷发育，辽中凹陷地层厚度变化差异性较大，南部沉积中心靠近辽中1号断裂东侧发育，至北部逐渐过渡到靠近辽中2号断裂东侧发育，断裂发育较少，构造样式主要以伸展构造为主。

3.1.2 裂陷Ⅱ幕

Es3时期，辽东凸起和辽东凹陷仍未形成，辽东凹陷地层厚度中心发育特征与前期不一致，南部沉积中心靠近辽中2号断裂发育，向北先逐渐向辽中1号断裂靠近，之后又向辽中2号断裂靠近。该时期断裂逐渐增多，与前期继承性断层组合成多级“Y”字形组合等伸展构造样式，辽中1号断裂继承上一期的发育特征。

Es1～Es2时期，研究区南部辽东凸起和辽东凹陷开始沉积，辽东凹陷开始形成的过程中，将辽东凸起从胶辽隆起中分离出来，体现了凹陷与凸起形成的耦合。该时期全区地层沉积较稳定，且地层发育较薄，次级断裂数量增多。南区次级断裂主要发育在辽中1号断裂和辽中2号断裂之间，北区则在辽中凹陷全区发育，形成翘倾断块、“Y”字形组合等伸展和伸展-走滑构造样式。

图3 辽东地区各构造期次断裂系统

图4 辽东地区构造演化剖面

3.2 强走滑-弱伸展断坳转换期

裂陷Ⅲ幕：Ed3沉积期，南部沉积中心位于辽中1号断裂西侧，西侧地层明显较东侧厚；沉积中心逐渐向辽中2号断裂迁移，至北区主要发育于辽中凹陷洼陷带，且地层沉积范围继续增大，伴随着辽东凸起的形成，辽东凹陷完全形成。此时辽东凸起完全从胶辽隆起中分离出来，次级断裂大量发育。Ed2时期，地层及断裂都继承上一时期的发育特征，次级断裂数量更多。Ed末期，研究区遭受挤压抬升，同时由于辽中1号断裂的压扭作用，地层在凸起及辽中1号断裂花心部位强烈剥蚀。

3.3 热沉降坳陷期

N+Q时期，盆地发生区域性热沉降，地层全区沉积，厚度稳定，次级断裂继承性发育；直至明化镇早期，断裂活动停止，盆地进入热沉降阶段。

4 研究区构造样式

构造样式系指同一期构造变形或同一应力作用下所产生的构造总和。基于上述断裂特征及其演化过程的分析，郯庐断裂带的演化与深部地幔活动共同控制了辽东湾地区的构造演化，在构造上体现出了走滑与拉张作用并存的特点。但是在不同的构造阶段、不同的构造部位走滑与拉张的强度存在差异，从而造成了构造样式的横向和垂向差异。

对应于3套构造层断裂发育所处应力环境的差异，形成了3套断裂构造样式。下构造层发育伸展构造样式，主要包括反向翘倾断块、顺向滑动断阶，体现了断陷阶段区域应力是以纯拉张为主；中构造层发育走滑构造样式和伸展–走滑构造样式，主要包括直立断层、似花状构造、花状构造、重力背形等，体现了断坳过渡阶段区域应力场是以拉张–走滑为主；上部构造层发育弱走滑构造样式，主要包括似花状构造、“Y”字形组合等（图5）。