渤海湾盆地冀中坳陷典型斜坡带成因机制及油气成藏特征

董大伟，赵 利，李婷婷，施 瑞，李 彤，孙艺飞，孙 昊

(1.中国石油大学 胜利学院，山东 东营 257061；2.山东农业大学 资源与环境学院， 山东 泰安 271018)

斜坡带为深凹陷带向凸起过渡的地带，其边缘部位翘起较高，是以斜坡形式与凸起相连的超、剥单斜带[1-6]，在断陷盆地中范围广阔，是油气聚集的有利区带之一[7-8]。“凹陷生油、斜坡成藏”是一个普遍的规律[9]，自1990年代以来，斜坡带发现油气地质储量近 15×108t[10]，已成为富油凹陷精细二次勘探发现规模储量的重点[11-12]。

目前国内外已有众多学者对其研究，将斜坡带(缓坡带)定义均表征了相似的特征，但对斜坡分类出发点各不相同。根据研究需要分别以斜坡带形成机理、层序发育特征、地层沉积特点和构造特点等对斜坡带进行划分，导致分类方案繁多。如根据斜坡带的形成机理，将其分为沉积斜坡、构造斜坡和构造—沉积复合斜坡[13-15]；以层序发育特征为依据，将斜坡带分为宽缓型、窄陡型和双元型[1-2]；以地层发育展布为依据，将斜坡带分为继承性超覆型、继承性超剥型、先凹后斜型和构造型[10,16-18]；根据斜坡带对层序类型、地层结构特征的控制及地貌特征、成因，将斜坡带分为单断—沉积坡断型、单断—斜坡型和双断—构造破折型[19-20]；以剖面和平面特征为依据，将斜坡带分为两大类十种类型[2]；根据基底和盖层断层的发育情况及其组合方式，分为单断型斜坡和双断型斜坡[21]。这些分类要素在斜坡带类型划分中的意义各不相同，斜坡带类型划分必须遵循科学性和实用性的原则。随着断陷盆地斜坡带构造、沉积研究的深入以及油气勘探推进，斜坡带分类方案需在前人分类方案基础上进行修改，以适应和推广油气勘探新思路。本文选取斜坡带坡度和宽度作为分类依据，在统计可查阅到的斜坡带坡度和宽度的基础上，对斜坡带进行分类；以斜坡带类型发育多样的渤海湾盆地冀中坳陷为例，重点对文安斜坡、蠡县斜坡、束鹿西斜坡进行各类型斜坡带成因机制和成藏模式研究，以期完善斜坡带成因机制，丰富斜坡带油气勘探理论。

1 冀中坳陷区域构造概况

冀中坳陷西邻太行山隆起，东至沧县隆起，南接邢衡隆起，北依燕山隆起，整体呈NNE向展布，面积为2.8×104km2(图1)。冀中坳陷地层结构分为三层：下构造层为基底层，包括古生界(Pz)和中生界(Mz)；中构造层为断陷层，包括古新统—渐新统的孔店组(Ek)、沙河街组四段(Es4)、沙河街组二—三段(Es2-3)、沙河街一段—东营组(Es1-Ed)，中新统馆陶组(Ng)；上构造层为拗陷层，主要是指上新统明化镇组(Nm)和第四系平原组(Qp)。

图1 渤海湾盆地冀中坳陷区域位置及构造格局Fig.1 Regional location and structural pattern of Jizhong Depression, Bohai Bay Basin

冀中坳陷内主要断层有NW、NE和近 EW3组走向(图 1)。NE走向断层最为发育，太行山山前断层、大兴断层、牛东断层等一系列大型断层均呈NE走向；NW 向断层多发育于坳陷的中南部，倾向南西，献县断层南部、马西断层等均为NW走向，构成了冀中坳陷中南部的东侧边界；近 EW 向断层发育于坳陷内构造转换位置，往往作为调节断层出现，数量较少，如衡水断层、徐水断层[22]。

2 斜坡带的定义与分类

本文在前人研究的基础上，结合冀中坳陷内斜坡带构造特征，将斜坡带定义为：断陷盆地内以缓坡形式连接凸起与洼陷的二级构造带，其地层翘倾、剥蚀后被拗陷层所覆盖，向盆外以凸起为界，向盆内以最后一条盆倾断层为界。

由于斜坡地层坡度和宽度是所有斜坡带共有的几何特征，可以广泛适用于斜坡带分类，并且地层坡度和宽度能直接反映斜坡的不同成因机制和沉积构造特点，对油气成藏具有重要影响，因此，本文选取斜坡带地层坡度与宽度2要素作为分类标准。通过统计中国断陷盆地内的斜坡带，发现地层坡度小于4°的斜坡带很少，并且宽度大于10 km的斜坡，地层坡度一般小于10°(表1)，因此，本文将宽度10 km、地层坡度4°和10°作为斜坡带类型划分的分界点，将斜坡带类型划分为“宽缓型”、“平台型”、“窄陡型”。宽缓型斜坡带的地层坡度在4°～10°，宽度大于10 km；平台型斜坡带的地层坡度小于4°，宽度大于10 km；窄陡型斜坡带的地层坡度大于10°，宽度小于10 km。冀中坳陷内的文安斜坡、蠡县斜坡和束鹿凹陷西斜坡对应前述3种类型斜坡。

3 典型斜坡带几何学特征

3.1 文安斜坡带

文安斜坡位于冀中坳陷霸县凹陷东南部，东邻沧县隆起，南接饶阳凹陷，西靠霸县洼槽，北部以里澜断层为界(图1)。斜坡内正断层发育，由于受到早期NE向的先存基底断层的影响，断层的走向主要以NE向为主。斜坡整体断层发育，主要受到西侧主干断层——牛东断层的控制，发育大量次一级断层。牛东断层是古近纪继承发育的一级控盆断层，是霸县凹陷的控凹断层，其规模较大，延伸较长，影响着整个斜坡的断层发育。文安斜坡带斜坡坡度为9.6°，坡度适中，沿斜坡上倾方向地层大量超覆、尖灭；在斜坡顶部，剥蚀相对较弱，只在南部有较明显的地层剥蚀。

根据断层的平面分布特征，文安斜坡大致可分为三部分：北部信安镇地区断层较密集，以NNE、NWW向的断层为主，形成交叉式断层组合样式，交错纵横形成明显的网状；中部苏桥—文安地区断层也较为密集，以NE向为主，多呈平行式断层组合特征；南部长丰镇地区断层成雁列式组合特征(图2a)。单条断层在平面上的几何形态以直线型、弧形、“S”型为主，直线型断层延伸较短，规模较小。受Es3—Es2时期NE—SW向张扭作用，断层平面呈现“S”型和弧形，“S”型断层延伸较远，规模较大，由多级伸展变形叠加而成，贯穿整个斜坡。断层在平面上的组合特征多为平行式、交叉式、雁列式和羽状。剖面上，文安斜坡发育大量正断层，断层形态主要以板式为主；在牛东断层的控制下，断层组合样式多为“Y”字形、多级“Y”字形样式(图3a)。

表1 中国部分断陷盆地斜坡带坡度和宽度统计Table 1 Gradient and width of some slope zones in China

图2 渤海湾盆地冀中坳陷文安、蠡县和束鹿斜坡带断层平面分布Fig.2 Fault distribution in Wen’an (a), Lixian (b) and Shulu (c) slope zones in Jizhong Depression, Bohai Bay Basin

3.2 蠡县斜坡带

蠡县斜坡位于冀中坳陷饶阳凹陷中西部，南部与刘村—深泽低凸起相接，西部紧邻高阳低凸起，北部与徐水—文安变换带相邻(图1)。蠡县斜坡主要发育NE、NNE向断层，以及少量与斜坡走向基本一致的NW向断层。蠡县斜坡仅有高阳断层等几条比较大的断层，其余都是一些比较小的断裂。高阳断层是一条NE走向的正断层，其尾部派生出一系列NE向断层(图2b)。断层总体规模比较小、构造简单，主要集中在斜坡中北部。北部构造活动相对比较强烈，断裂发育，受NW、NE向断层影响，形成垒堑相间的构造格局。南部构造活动相对较弱，断裂不发育，断层数量较少，仅发育2条控制斜坡的大型边界断层——高阳和大百尺断层，地层超覆、剥蚀关系不明显。断层剖面组合样式主要为“Y”字形和阶梯状断层组合样式(图3b)。

图3 渤海湾盆地冀中坳陷文安斜坡(a)、蠡县斜坡(b)和束鹿斜坡(c)构造演化剖面位置见图1。Fig.3 Tectonic evolutions in Wen’an (a), Lixian (b) and Shulu (c) slope zones in Jizhong Depression, Bohai Bay Basin

3.3 束鹿西斜坡带

束鹿西斜坡位于冀中坳陷束鹿凹陷西部，西接宁晋凸起，南部紧靠邢衡隆起，北接深县凹陷并与宝坻—桐柏镇变换带相邻。束鹿西斜坡内断裂体系发育规模小且数量较少，大部分断层走向为NE向和NNE向。断层活动强度大，斜坡坡度陡且范围小。其早期以超覆沉积为主，晚期退覆沉积加强且顶部剥蚀作用剧烈。断层平面组合样式总体以斜列式和平行式为主，主要集中在束鹿西斜坡的南部区域，北部断层较少；中部地区断层密集，主要发育近EW方向的横向调节断层，为平行式断层组合样式(图2c)。剖面上发育大量的正向断层和反向断层，边界断层为铲式正断层，断层倾角较大(图3c)。

3.4 不同斜坡带构造特征对比

文安斜坡的坡度为9.6°，宽度为18.4 km，属于宽缓型斜坡；蠡县斜坡的坡度为2.5°，宽度为15.4 km，属于平台型斜坡；束鹿西斜坡的坡度为20°，宽度为8.5 km，属于窄陡型斜坡。基于地层坡度和宽度要素，上述3个斜坡分属于不同类型斜坡，其对应的凹陷、控凹断层等亦存在明显差异。

文安斜坡对应的霸县凹陷为单断型，构造伸展量一般较大，为断阶式或堑垒相间式，属于沉积斜坡；斜坡带发育较多次级断层，而控凹断层倾角较小，拆离深度小于10 km，相对较小(表2)。蠡县斜坡对应的饶阳凹陷属于双断型，凹陷受控于双侧断层的活动，斜坡断层发育中等，斜坡带构造样式多为堑垒相间，属于构造—沉积复合斜坡；斜坡带还发育一条与控凹断层规模相当的反向断层，而盆地控凹断层倾角中等，拆离深度约为10 km，相对中等(表2)。束鹿西斜坡对应的束鹿凹陷属于单断型，斜坡断层发育强烈，构造样式多为顺向断阶式，反向断层较少，属于构造型斜坡；盆地控凹断层倾角大，拆离深度大于10 km，相对较大，推测断层具有走滑性质(表2)。

4 典型斜坡带运动学特征

通过平衡剖面恢复，可以分析斜坡带断层发育及其构造演化特征。文安斜坡及其对应凹陷在晚白垩世处于区域挤压背景，牛东断层逆冲，研究区处于隆升剥蚀状态；进入新生代，研究区及邻区转换为NW—SE向伸展。Ek—Es4时期，牛东断层负反转，研究区演变成断陷盆地斜坡带并发育多条次级正断层，剖面伸展量约2.9 km、伸展率约13.5%。Es3—Es2时期，研究区强烈变形并发育大量次级断层，斜坡带翘倾显著，地层整体呈西厚东薄；该时期剖面伸展量约5.4 km、伸展率约21.2%。Es1—Ed时期，研究区断层继承性发育，地层横向变化不大；该时期剖面伸展量约2.2 km、伸展率约7.2%。N—Q时期，研究区断层活动逐渐消亡，但地层东厚西薄，沉积中心向东迁移；该时期剖面伸展量约1.0 km、伸展率约3.4%(表3、图4)。

蠡县斜坡的构造演化与文安斜坡类似。前新生代研究区处于区域挤压背景，斜坡带发育多条逆断层。Es4—Ek时期，邻区饶阳凹陷演变成断陷盆地，前述逆断层负反转，研究区强烈变形并发育成斜坡带，剖面伸展量约0.25 km、伸展率约11.8%。Es2—Es3时期，研究区变形减弱，斜坡带未明显翘倾，地层厚度横向变化不大；该时期剖面伸展量约0.09 km、伸展率约4.2%。Es1—Ed时期，研究区断层继承性发育并有所增强；该时期剖面伸展量约0.17 km、伸展率约6.7%。N—Q时期，研究区断层活动逐渐消亡，但地层东厚西薄；该时期剖面伸展量约0.07 km、伸展率约2.8%(表3、图4)。

表2 渤海湾盆地冀中坳陷典型斜坡带构造变形差异
Table 2 Differences of tectonic deformation in typical slope zones in Jizhong Depression, Bohai Bay Basin

表3 渤海湾盆地冀中坳陷文安、蠡县、束鹿西斜坡带平衡剖面伸展量、伸展率及速率统计Table 3 Extension amount, rate and velocity of Wen’an, Lixian and Shulu West slope zones in Jizhong Depression, Bohai Bay Basin

图4 渤海湾盆地冀中坳陷典型剖面的伸展速率Fig.4 Extension rate of typical profiles in Jizhong Depression, Bohai Bay Basin

束鹿西斜坡的构造演化与前述斜坡带有所差异。前新生代研究区处于区域挤压背景，但斜坡带区未发育明显构造。Es4—Ek时期，邻区束鹿凹陷强烈断陷，研究区发育成斜坡带，地层翘倾显著，剖面伸展量约1.3 km、伸展率约30.8%。Es2—Es3时期，研究区变形继承性发育并减弱，但斜坡带发育多条次级正断层；该时期剖面伸展量约0.9 km、伸展率约17.0%。Es1—Ed时期，研究区构造活动有所增强，沉积中心靠近控凹断层；该时期剖面伸展量约1.2 km、伸展率约17.5%。N—Q时期，研究区断层活动逐渐消亡，地层整体东厚西薄；该时期剖面伸展量约0.17 km、伸展率约2.2%(表3、图4)。

在平衡剖面的基础上，通过统计、对比各地质时期伸展量、伸展率、伸展速率等数据，可以分析斜坡带活动强度演变等特征。分析表3可以得到如下结论：文安斜坡的伸展率在Es3—Es1时期最强，之后逐渐变弱，变化规律是“弱—强—弱”，反映文安斜坡是正态演化型的演化过程。蠡县斜坡的伸展率Ek—Es4时期较强，Es3—Es2时期变弱，Es1时期增强，之后逐渐变弱，变化规律是“强—弱—强—弱”，反映蠡县斜坡是继承性多期发育的演化过程。束鹿西斜坡的伸展率在N—Q时期之前都比较强，在Es1为最强，变化规律则是“强—弱”，反映束鹿西斜坡是消亡型的演化过程。此外，从图4可以看出，3个典型斜坡带的伸展速率皆呈正态演化。

根据前述斜坡带的构造演化及其活动强弱的变化，本文将3个斜坡带的演化分为基底发育期(前新生代)、初始发育期(Ek—Es4)、强烈发育期(Es3—Ed)以及发育衰亡期(N—Q)4个阶段。基底发育期研究区为挤压应力场，形成基底构造层序以及不同的先存构造；初始发育期研究区转变为伸展应力场，控凹断层发生负反转，断陷盆地斜坡带形成；强烈发育期研究区进入差异化发展阶段，奠定平台型、宽缓型、窄陡型斜坡带，并与初始发育期共同沉积断陷构造层序；发育衰亡期研究区各斜坡带统一进入热沉降阶段，构造变形进一步减弱，沉积特征亦趋同，并最终形成拗陷构造层序。

5 典型斜坡带动力学机制分析

综合冀中坳陷3大斜坡几何学运动学变形特征及构造演化史分析，表明冀中坳陷古近纪时期整体断裂活动性强，断陷活动变化特征明显，同时明确断陷盆地中大多数生长断层的发育具有不均衡的特征，即断层活动初期较微弱，中期强度最大，末期则微弱活动直到停止，整体呈现一个完整的断裂运动旋回。

Ek—Es4为初始发育期，受先存构造影响，各控凹断层活动各异；但是，控凹断层若倾角大则拆离深度大，进而使得斜坡带翘倾幅度大，整个凹陷狭窄。斜坡带在此时期活动较弱，地层沉积薄，其中蠡县斜坡发育范围、断层活动数量依次大于文安斜坡、束鹿斜坡，而束鹿斜坡以地层翘倾变形为主。Es3—Es1为强烈发育期，地层厚度变化明显加快，断层活动性增强，地层沉积厚，斜坡带基本定型。此时期文安斜坡的活动性最强，束鹿斜坡活动最弱，而蠡县斜坡断层多为继承性发育。Ed—Q为发育衰亡期，地层厚度变化明显减慢，断层活动处在逐渐减弱至消亡的过程，局部断层持续微弱活动，斜坡带基本形成。此后全区变形以拗陷为主，形成统一的沉降单元，各斜坡带变形基本无差异(表4)。

6 斜坡带油气成藏特征

6.1 斜坡坡度和宽度控制斜坡带储层发育及油气横向运移

斜坡坡度和宽度是控制斜坡带沉积相发育、展布的重要因素，进而控制着储层及储盖组合。宽缓型斜坡坡度相对适中，地层倾角中等，平面上沉积相的分布较为宽广，以河流—三角洲—湖泊沉积体系为特征。上述沉积特征使得斜坡带储层发育较多，但泥岩盖层较少，如文安斜坡区域盖层为沙一段烃源岩兼盖层，断层活动和断距中等，使油气能多层系垂向运移，连同横向运移形成网毯式成藏模式，主要形成断层、不整合、岩性尖灭型等油气藏(表5)。平台型斜坡地层倾角小，导致平面上沉积相变化小，沉积速率缓慢，发育河流相和滨浅湖相。上述沉积特征使得斜坡带储层发育少，如蠡县斜坡以潜山内幕、烃源岩附近储层砂体为主，多为自生自储或上生下储，区域盖层为沙一下亚段，主要形成潜山、断层、岩性尖灭等油气藏(表5)。窄陡型斜坡带坡度大，地层倾角大，导致平面上沉积相变化快，以快速堆积、分选差的冲积扇、扇三角洲为特征。上述沉积特征使得斜坡带储层、盖层发育，但储层多以砾岩、粗砂岩等为主，如束鹿西斜坡的沙三下亚段发育大量砂砾岩油气藏[23-25](表5)。

斜坡带的坡度和宽度可以控制油气横向运移范围。平台型斜坡的地层倾角小，油气难以横向运移，洼槽中生成的油气难以横向有效运移至斜坡上成藏，使得油气来源于斜坡带内邻近的生烃次洼。如蠡县斜坡南段未发育生烃次洼，则未发现油气；而北段油气藏的油源对比显示，油气主要来自斜坡带次洼内的沙一段下部烃源岩，进而形成一系列鼻状油气藏。宽缓型斜坡的地层倾角适中、宽度较大，油气能横向长距离运移，使油气平面分布宽广。窄陡型斜坡的地层倾角较大、宽度小，有利于油气垂向运移，但平面分布狭窄。

6.2 构造变形控制斜坡带主要圈闭类型及油气垂向运移

斜坡带相对于陡坡带的构造变形弱，但不同类型斜坡带的变形差异使其形成不同的圈闭类型组合。宽缓型斜坡断层发育多且呈断阶状，形成大量多层系含油的断层圈闭；同时，由于断阶的垂向输导作用，使地层圈闭有效性提高，发育较多隐蔽性地层圈闭，因此，宽缓型斜坡的圈闭组合为断层—地层型。平台型斜坡断层发育中等，断层圈闭是其重要类型之一；此外，斜坡带内断块以差异升降为主，形成多层系剥蚀和地层不整合，进而发育地层不整合圈闭和潜山内幕圈闭，因此，平台型斜坡的圈闭组合为断层—不整合—潜山型。窄陡型斜坡的断层发育强度大，易形成断层和裂缝型圈闭；而且，地层翘倾显著，使得地层剥蚀强烈且砾岩发育，进而发育不整合和砾岩圈闭，因此，窄陡型斜坡的圈闭组合为断层—裂缝—不整合—砾岩岩性型。

表4 渤海湾盆地冀中坳陷典型斜坡构造演化异同
Table 4 Similarity and difference for tectonic evolution in typical slope zonesin Jizhong Depression, Bohai Bay Basin

表5 斜坡带成藏模式Table 5 Accumulation models in slope zones

此外，构造活动强度影响油气垂向运移，而其演化则控制油气垂向分布。宽缓型斜坡的构造演化为“弱—强—弱”模式，油气垂向运移存在主成藏期，垂向分布广但相对集中；平台型斜坡的构造虽然活动强度弱但具多期性，油气能多期成藏并且垂向多层系含油；窄陡型斜坡的构造演化为“强—弱”模式，断层断距大且继承性活动，使油气垂向运移。

6.3 不同斜坡带的地层不整合对油气成藏的影响

斜坡带是盆地内地层翘倾以及沉降区剥蚀的重要区带，发育大量地层不整合。而且，不同类型斜坡带的不整合类型不同，进而在油气输导、圈闭类型等方面有所差异[26]。

宽缓型斜坡的构造活动强度相对平台型适中，且地层坡度较小，使其发育超覆不整合。该类型不整合形成于湖平面上升期，发育区域泥岩盖层，具有较好的封闭有效性。因此，当不整合面侧向封堵油气时，该类型斜坡在不整合面之上、之下皆可形成油气藏。

平台型斜坡，如蠡县斜坡在前新生代的褶皱冲断以及新生代的正断层的差异升降，使其发育褶皱型和断块型潜山及其对应不整合。该类型不整合发育较完整风化壳，对下伏潜山具有较好的垂向封闭有效性，且风化裂缝、砂砾岩等为较好的储层；同时，平台型斜坡地层坡度小，泥岩较为发育，亦为潜山提供良好盖层。因此，该类型斜坡多形成不整合面之下的潜山油气藏。

窄陡型斜坡的坡度最大，地层的显著翘倾作用使其形成削截型不整合和超覆型不整合。削截型不整合的垂向封闭有效性和横向输导有效性与平台型潜山相似，但该类型不整合发育于斜坡带外缘，形成不整合面之下油气藏。超覆型不整合的垂向封闭有效性与宽缓型斜坡相似，但该类型不整合发育于斜坡带内缘。

7 结论

(1)根据斜坡带的坡度和宽度，将坡度在4°～10°、宽度大于10 km的斜坡带归为宽缓型斜坡带，将坡度小于4°、宽度大于10 km的斜坡带划分为平台型斜坡带，将坡度大于10°、宽度小于10 km的斜坡带划分为窄陡型斜坡带。

(2)宽缓型斜坡凹陷一般为单断型，伸展量大，斜坡断层发育弱，为断阶式或堑垒式，成因上为沉积斜坡；斜坡带发育大量次级断层，而盆地控凹断层倾角小，拆离深度相对较小。平台型斜坡凹陷一般为双断型，伸展量和斜坡断层发育中等，构造样式为堑垒式，成因上为构造—沉积复合斜坡；斜坡带发育一条与控凹断层规模相当的反向断层，而盆地控凹断层倾角中等且皆未拆离至基底面。窄陡型斜坡凹陷为单断型，伸展量小、斜坡断层发育强，为顺向断阶式，反向断层少，成因上为构造斜坡；盆地控凹断层倾角大，拆离深度相对较大，常具有走滑性质。

(3)宽缓型斜坡坡度、断距中等，油气能横向长距离、垂向多层系运移，形成网毯式成藏模式，发育断层、不整合、岩性尖灭等类型油气藏；平台型斜坡坡度小，油气难以横向运移，断层活动弱，断距小，不能沟通源储，油气难以垂向运移，油气丰度取决于斜坡内生烃次洼，发育潜山、断层、岩性尖灭等类型油气藏；窄陡型斜坡带坡度大，油气易于横向运移，但凹陷窄导致运移距离近，断层活动强，断距大且继承性活动，断层沟通油源，使油气垂向运移，发育断层、不整合、砾岩及泥灰岩裂缝等类型油气藏。