走滑-伸展断裂叠合特征及其控藏作用

柳永军，赵弟江，李正宇，温宏雷，刘庆顺

(中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300452)

0 引 言

渤海湾盆地海域是一个在早白垩世被动裂陷盆地基础上发育起来的新生代主动裂陷盆地，走滑作用贯穿始终，形成了大量走滑、伸展叠合构造，伸展作用和走滑作用共同控制了油气成藏[1-4]。伸展作用对油气成藏的控制作用，前人已经有了深刻的认识，漆家福[5]强调了伸展作用形成的构造变换带对油气聚集具有重要的意义；范柏江[6]以南堡凹陷断裂为例，阐述了伸展断裂对圈闭发育、储层储集条件、油气运移的作用；张成[7]分析了渤中凹陷伸展断裂对油气的垂向运移作用。随着对盆地成因机制研究的深入，学者们认识到走滑作用对渤海湾盆地也具有明显的影响[8-15]，池英柳等认为走滑作用是新生代构造变形、盆地形成和油气聚集的主要控制因素；朱秀香等分析了黄河口地区走滑作用形成的转换带对油气的控制作用，柳永军分析了辽东湾坳陷走滑作用的差异及其对油气成藏的影响。近几年来，随着研究地不断深入，部分学者认识到了走滑和伸展作用共同控制了叠合区的油气成藏[16-17]，但是对于走滑-伸展作用的叠合方式以及叠合方式的差异性对油气成藏的影响还未进行研究。基于三维地震资料和钻井等资料，分析了渤海湾盆地(海域)南北部伸展和走滑相互叠加作用的差异性及其对油气成藏的控制作用，对于走滑-伸展叠合构造区的油气成藏研究具有重要意义。

1 盆地结构及构造演化特征

渤海湾盆地是发育在华北克拉通上的新生代裂陷盆地，郯庐断裂从盆地东部穿过，控制了盆地的次级构造，在古近纪始新世伸展作用和渐新世以来的走滑作用下形成一系列半地堑次级构造单元，自北向南依次为辽东湾凹陷、渤中凹陷以及渤南地区的黄河口、莱州湾凹陷(图1)。由于2种作用的方式不同，形成了不同的凹陷结构，特别是北部的辽东湾地区和南部的渤南地区，凹陷结构差异特征非常明显[18-21]。

北部辽东湾凹陷整体表现为“三凹夹两凸”的构造特征(图1)，即辽西凹陷、辽西凸起、辽中凹陷、辽东凸起与辽东凹陷整体呈北东向自西向东依次分布。古新世—始新世中期(Ek—Es3)由于地幔隆升而产生的强烈伸展作用，北东向张性断裂发育；始新世晚期—渐新世(Es2—Ed)由于太平洋板块俯冲方向由NNW转为近NW向，使郯庐断裂带的性质变为右旋走滑，辽东湾坳陷除受裂后沉降的伸展作用还受北东向右旋拉分走滑作用的影响，辽东凸起进一步抬升，最终形成“两凹一凸”演化为“三凹夹两凸”的构造格局[22]。

南部渤南地区整体表现为“三凸隔两凹”的构造特征，由北向南依次为渤南低凸起、黄河口凹陷、莱北低凸起、莱州湾凹陷和潍北凸起，呈近东西向自北向南依次排列(图1)。古新世—始新世中期(Ek—Es3)受地幔上涌产生的水平拉张应力场，渤南地区主要表现为NW向断裂和近EW向控凹断裂发育，初步形成了北断南超的半地堑结构；始新世晚期—渐新世(Es2—Ed)郯庐断裂带已转变为右旋走滑，同时地幔上涌产生的水平拉张作用表现强烈，渤南地区整体以北西向拉张为主，控盆边界伸展断层发生继承性活动，受右旋走滑作用的影响，走滑断裂附近发育了大量的次级断层，与3支走滑断裂在平面上呈羽状、帚状和梳状组合。

2 断裂特征

伸展作用和郯庐断裂走滑作用形成的主干断裂共同控制了渤海湾盆地次级构造单元的形成，北部辽东湾地区发育7条主干断裂，南部渤南地区发育5条主干断裂，这些断裂受不同时期伸展和走滑作用的影响，在古近系表现出明显的伸展断裂特征，在新近系具有一定的走滑特征。

2.1 辽东湾地区断裂特征

北部辽东湾坳陷主要发育7条主干断裂，其中辽西地区发育4条主断裂，分别为辽西1号断裂、辽西2号断裂、辽西3号断裂、辽西南1号断裂；辽中地区发育辽中1号断裂和辽中2号断裂；辽东地区发育辽东1号断裂。这些断裂在古新世和始新世早期和中期为伸展断裂，渐新世以来具有一定的走滑性质，并且走滑活动具有东强西弱的特征。

辽西1号断裂由辽西凸起南端向北延伸至锦州25-1油田后分为2支，即辽西2号和3号断裂，是分割辽西凸起和辽西凹陷的边界断裂。平面上整体为NE走向，断裂面沿走向局部发生弯曲。剖面上表现为倾角较陡的铲式正断层，断裂倾向为NWW；切割深度大、切穿层位多，次级断裂发育较少，断裂构造样式简单。

辽西南1号断裂位于辽西凹陷西斜坡，规模较小。平面上，主干断裂连续性较差，由多条断裂断续组成，整体为NE走向平直延伸，次级断层发育较少，一般与主干断层平行或呈极小的夹角相交；剖面上，断面较为直立，主要切割基底至东三段地层，局部可见“Y”组合或似花状构造。

图1 区域位置及构造单元划分

辽中1号断裂为郯庐断裂带的分支断层，具有明显走滑特征，为辽中凹陷的东部边界断层。平面上为NNE走向，延伸较远，贯穿整个辽中凹陷。剖面上断面陡立，切割深度深；断面倾向多变，北段SE倾，中段NW倾，南段NW倾，具有明显的“海豚效应”和“丝带效应”，主断裂与上部次级断裂组成花状构造或似花状组合。辽中2号断裂是辽东凸起与辽中凹陷的边界断裂，在平面上呈NE向展布，走向相对平直，部分呈“S”型；剖面上，主断面倾向为NW，倾角下缓上陡，上部与次级断层形成“Y”字形组合。向南与辽东1号走滑断裂合为一条断裂，并随着辽东凸起的倾没而逐渐消失(图2)。

2.2 渤南地区断裂特征

南部渤南地区主要发育5条主干断裂，其中渤南1号断裂和莱北1号断裂为近东西向的控凹边界断裂，控制了渤南地区凹陷和凸起的结构，属于典型的伸展断裂；郯庐断裂在渤南地区分为东支、中支和西支3支，整体具有东强西弱的特征，为典型的走滑断裂。

图2 研究区不同走滑断层特征对比

渤南1号断裂为渤南低凸起和黄河口凹陷的边界断裂，被郯庐断裂中支切割为东西2段，其中西段平面上呈近EW向展布，延伸距离约为25 km。剖面上主断裂表现为上陡下缓的铲式正断层，南倾。断裂切割层系较多，下部到前新生界基底，上部到第四纪地层。次级断裂发育，呈多级“Y”字形组合。平面上整体走向为近EW向，中部北凸。深层主断面清晰连续，浅层主断面不连续，由一系列次级断裂组成。东段长约为35 km，特征与西段相似。

莱北1号断裂为莱州湾凹陷北部的控凹边界断裂，平面延伸距离约为43 km。剖面上主断裂表现为高角度铲式正断层，南倾。断裂切割层系较多，下部到前新生界基底，上部到明化镇组。次级断裂发育，与主干断裂组成“Y”字形组合，局部地区组成多级“Y”字形组合或似花状构造。平面上整体走向为近EW向，近郯庐断裂处被改造为NNE向。

走滑断裂分为东支、中支和西支3支，整体具有东强西弱的特征(图2)。东支断裂带平面延伸较远，宽度大，由2～3条走滑断裂组成。剖面上表现为近直立的高角度板式，具有丝带效应，北部倾向为NWW，到南部倾向转变为SEE。切割层系多，下可到新生界基底，浅层次级断裂发育，与主干断裂成似花状或负花状组合。平面上整体走向为NNE向。

中支分中支1号和中支2号2条断裂，呈NE向平行排列，中支1号郯庐断裂为渤南段中部分支中较短的一支。从剖面上看主断面表现为高角度板式正断层，倾向为SEE向，次级断裂不发育。中支2号平面延伸距离较远，从剖面上看主断面表现为近直立的高角度板式正断层或直立断层，倾向为NWW向。浅层次级断裂发育，与主干断裂组成似花状或负花状构造样式组合。

西支断裂带走滑强度较弱，为中等强度到弱走滑，由4条规模小的断层组成，延伸距离不等，主断裂剖面上为近垂直的高角度断层，倾向为NWW向。切割层系少，下可到前新生界基底，上可切穿东营组，浅层发育次级断裂可与主断裂形成多级“Y”字形组合。平面上整体为NNE向，深层断面清晰，连续浅部由一系列近NE向次级断裂呈雁列状组合而成。

3 走滑和伸展作用差异叠合特征

辽东湾和渤南地区断裂发育特征表明，2个地区特征既非典型的伸展，又非典型的走滑，而是走滑和伸展作用的叠加，但是北部辽东湾地区和南部渤南地区走滑和伸展作用强弱和叠合方式存在明显差异。

辽东湾地区古新世—始新世中期受地幔上涌的影响，NW向伸展作用强烈[23]，发育多条NE向伸展断裂(图3a)，控制了相应洼陷和凸起的形成；渐新世NE向右旋拉分走滑活动叠加在先期的伸展断裂上，控制了东营组的沉积，受走滑活动影响，沿着边界断裂发育了一系列次级走滑伴生断裂(图3b)，同时使早期张性断裂复杂化。晚期走滑作用垂直于早期伸展作用相互叠加，并且是较弱的走滑作用和强烈伸展作用的叠加。

图3 辽东湾地区伸展-走滑断裂叠合模式

南部渤南地区古新世—始新世中期(Ek—Es3)太平洋板块对欧亚板块的俯冲方向为NNW向，加之地幔上涌产生的水平拉张应力场[24]，渤南地区处于走滑影响下的裂陷伸展活动，受近SN向拉张作用控制，NW向断裂和近EW向控凹断裂发育，形成了黄河口凹陷及莱州湾凹陷两大凹陷(图4a)，但伸展作用相对于北部辽东湾地区较弱；始新世晚期——渐新世太平洋板块俯冲方向由NNW向转换为NWW向向欧亚板块俯冲[25-26]，导致NNE走向的右旋滑动断层强烈活动，主要发育3支走滑断裂，走滑断裂切割早期形成的凹陷，并使凹陷继续南北向伸展，同时主干走滑断裂发育大量次级断裂与之呈羽状相交，凹陷内发育NE向雁列排布的次级断裂(图4b)。渤南地区为晚期强走滑作用平行叠加于早期弱伸展作用。

图4 渤南地区伸展-走滑断裂叠合模式

4 叠合差异对油气成藏的控制作用

4.1 控制油气垂向分布层系

辽东湾地区古新世—始新世中期以及渐新世东营组三段和二段沉积期，伸展作用强烈，控凹的边界断裂活动速率大，可达150～200 m/Ma，可容纳空间增大，在辽西和辽中凹陷内沉积了厚达500～2 000 m 的深湖—半深湖相泥岩，形成巨厚的区域性泥岩盖层，而晚期走滑作用较弱，断裂活动性不强，油气不利于向新近系运移，主要集中在古近系沙河街组和东营组成藏(图5a)。渤南地区早期伸展活动弱于辽东湾地区，断层活动速率基本小于80 m/Ma，凹陷内形成的泥岩厚度为300～1 500 m，相对较薄，同时晚期走滑作用强，利于油气向新近系运移，因此，油气主要在新近系明下段和馆陶组聚集成藏(图5b)。

4.2 控制油气平面分布位置

渤海油田发现的油气田多沿断层带分布，充分表明断层输导体系对油气成藏具有明显的控制作用。研究区主要油气运移断裂为边界断裂和走滑伴生断裂。辽东湾地区晚期走滑作用垂直叠加在早期伸展断裂之上，同时晚期走滑伴生断裂沿着控制凹陷和凸起的主干断裂分布，因此油气围绕控凹断裂分布于断层下降盘的陡坡带和上升盘的凸起区。渤南地区晚期走滑作用平行叠加在早期伸展断裂之上，除控凹断裂晚期继续活动外，晚期走滑作用在凹陷之中形成的走滑断裂及其伴生断裂同样起到油气运移作用，因此，油气除在陡坡带和凸起区成藏外，凹陷内的走滑带同样是油气聚集的有利位置(图1)。

图5 研究区不同油气成藏模式对比

5 结 论

(1) 北部辽东湾地区主要发育7条主干断裂，古新世至始新世中期表现为伸展特征，渐新世晚期以来为具有一定的走滑性质；南部渤南地区主要发育5条主干断裂，其中渤南1号断裂和莱北1号断裂为典型的伸展断裂；走滑断裂在渤南地区分为东支、中支和西支。

(2) 走滑和伸展作用强弱和叠合方式存在明显差异，辽东湾地区为早期强伸展和晚期弱走滑垂直叠加，渤南地区为早期伸展和晚期强走滑平行叠加。

(3) 叠合作用方式的不同控制了油气差异成藏，辽东湾地区油气主要分布于陡坡带和凸起区，成藏层系以古近系为主；渤南地区主要分布于凹陷内走滑带、陡坡带和凸起区，成藏层系以新近系为主。