歧口凹陷断裂密集带形成演化特征及油气富集差异研究

刘世瑞，王有功，刘海涛，于爱暄

(1.东北石油大学，黑龙江 大庆 163318；2.中国石油勘探开发研究院，北京 100083；3.中国石油集团海洋工程有限公司，天津 300450)

0 引 言

断裂密集带(断裂带)是指平面上密集成带，且剖面上相互交叉的断裂组合[1-2]，在盆地中心、盆地边缘、基底隆起区、盆地内薄弱带等位置均有发育[3]，通常表现出平行式、雁列式、辫状等平面组合样式，“Y”字形或“似花状”等剖面组合样式[4-5]。

在斜向伸展作用下，先存薄弱面会伴随着应力的累积而开始活化，与伸展方向夹角较大的先存断裂首先活动，随后为其他产状的薄弱面，断裂持续向四周发育，并与新生的次级断裂一起组成复杂的断裂密集带[6-7]。由于所处地区的构造应力类型、应力方向、先存薄弱面及地层能干性存在差异，形成的断裂带有所差别[8-9]。若盆地经历了多期构造活动的改造，不同规模、不同时代的断裂在空间上相互叠加，构成了更为复杂的断裂密集带，还原其形成演化过程难度较大。该文基于斜向伸展作用下断裂演化规律，以歧口凹陷三维地震资料为基础，通过断裂的组合样式、平面及剖面特征，分析断裂带的形成及演化过程，对比实钻井油气显示结果，识别断裂带对油气富集的控制作用。

1 研究区地质概况

歧口凹陷位于渤海湾盆地黄骅坳陷中北部，属于新生代时期形成的陆内伸展型盆地。歧口凹陷主要由歧口主凹及其周边的北塘凹陷、板桥凹陷、歧北凹陷、歧南凹陷4个小型断陷盆地共同组成。作为黄骅坳陷最大的凹陷，歧口凹陷经历了古近纪强烈活动的裂陷阶段及新近纪稳定沉降的拗陷阶段(图1)。其中，裂陷阶段进一步可以划分为裂陷I幕和裂陷II幕，裂陷I幕为沙三段至沙二段沉积时期，该时期受太平洋板块向华北板块俯冲的影响，歧口凹陷整体表现为NW—SE向伸展作用，形成的断裂以NE向、NEE向为主；裂陷II幕为沙一段至东营组沉积时期，受印度板块和太平洋板块的共同作用，应力场转变为近SN向的伸展作用，该阶段发育大量的EW向断裂；至新近纪，构造活动减弱，边界断裂的控陷作用减弱，盆地进入了快速沉降阶段。

图1 歧口凹陷断裂密集带分布及地层简表Fig.1 Distribution of fault concentrated zones and brief stratigraphic table in Qikou Sag

2 断裂密集带构造特征

在经历了多期多向构造变形的叠加后，歧口凹陷的断裂分布及组合样式较为复杂。平面上，断裂在盆地各个位置均有发育，并主要包含4种走向：NEE向、近EW向、NNE向及NWW向。其中，NEE向及近EW断裂数量最多，NNE向断裂数量相对较少，而NWW向断裂零星分布(图1)。在剖面上，断裂在不同层位均有发育，部分断裂从基底断穿至地表附近，也有部分断裂只在某个较短的时期内活动，这些断裂相互交叉，组成“Y”字形、“似花状”等构造样式(图2)。

图2 歧口凹陷断裂密集带典型地震剖面Fig.2 Typical seismic section of fault concentrated zones in Qikou Sag

在歧口凹陷的坳陷层中，断裂以带状分布为主，断裂密集带主体呈3种走向：NEE—SWW向、EW向、NNE—SSW向(图1)。为了识别不同断裂带在不同层位几何学的差异，文中对断裂带的断裂密度及断裂累计长度进行统计(图3，图3中饼状图为断裂密度，表示500km2内的断裂条数)其中，断裂密度表明断裂带的发育程度，断裂密度的增加通常表明了断裂走滑数量的增加。而断裂累计长度代表了断裂带的规模，断裂长度的增加通常表明断裂的伸展分量的增加。

图3 歧口凹陷断裂密集带几何学特征统计Fig.3 Statistics of geometric characteristics of fault concentrated zones in Qikou Sag

NEE向断裂带在剖面上表现为“Y”字形或“似花状”结构(图2)，断裂密度在裂陷II幕有明显增加，坳陷期变化不大，说明该类断裂带主要形成时期为裂陷II幕。断裂长度只存在一个峰值，说明该断裂带发育的次级断裂与先存断裂的走向基本一致，断裂带主要表现为平行式或雁裂式的组合样式(图1、3)。

EW向断裂带在剖面上同样表现为“Y”字形或“似花状”结构(图2)，断裂密度在坳陷期有明显增加，说明该类断裂带的形成时期为坳陷期。断裂长度同样只存在一个峰值，说明该断裂带发育的次级断裂与先存断裂的走向基本一致，断裂带主要表现为平行式或雁裂式2种组合样式(图1、3)。

NNE向断裂带在剖面上表现为“多级复式似花状”(图2)，断裂密度在裂陷II幕、坳陷期都有明显增加，说明该类断裂带在盆地演化的各阶段均有发育。断裂长度存在2个峰值，说明次级断裂与先存断裂斜向交叉，断裂带主要表现为辫状交叉式的组合样式(图1、3)。

3类断裂密集带中，NEE向断裂带的密度最小，断裂累计长度最大，而NNE向断裂带的密度最大，断裂累计长度最小，这反映出NEE向断裂带所经历的正交伸展作用较强，而NNE向断裂带所经历的斜向伸展作用较强。

3 断裂密集带演化规律

不同断裂密集带的几何学特征与组合样式存在明显的区别，这是由于每类断裂带的先存断裂与构造演化方式的差异所导致(图4)。

图4 歧口凹陷不同类型断裂密集带构造演化史Fig.4 Tectonic evolution histories of various fault concentrated zones in Qikou sag

NEE向断裂带：裂陷I幕，在NW—SE向的伸展作用下，基底的NEE向先存断裂开始活动，该时期断裂以倾向滑动(伸展变形)为主，断层位移集中在主干断裂上；裂陷II幕，由于应力方向的转变，断裂发生斜向滑动，断裂带伴随着次级断裂的发育而形成；至拗陷期，构造活动强度减弱，断裂带整体样式变化不大。

EW向断裂带：EW向断裂通常形成于裂陷II幕，该时期断裂以倾向滑动(伸展变形)为主，次级断裂发育的数量较少；至拗陷期，主干断裂周围发育大量次级断裂，次级断裂相互交叉形成EW向断裂带。

NNE向断裂带：裂陷I幕，NNE向基底先存断裂开始活动，断裂发生斜向滑动，断裂带伴随着次级断裂的发育而形成；至裂陷II幕，斜向伸展作用加剧，使得先存断裂遭受的走滑分量增大，断裂带在原先的规模上继续生长，在其顶端发育新的花状构造；至坳陷期，断裂数量继续增加，最终形成现今样貌。

4 断裂密集带对油气的控制作用

断裂密集带对油气的运移和聚集具有十分重要的作用。若断裂垂向断距大，断裂对盖层破坏作用强，在断距足够大时，油气既可在盖层之下聚集成藏，也可沿断裂穿过盖层，在断裂密集带及其附近聚集成藏；若断裂垂向断距较小，断裂对盖层没起明显的破坏作用，油气则只能在盖层下方聚集成藏[1-2]。

歧口凹陷作为渤海湾盆地的富油凹陷之一，主要发育沙三段及沙一段2套烃源岩，并发育了沙三段一亚段、沙一段中亚段、东营组二段和明化镇组下段4套区域性盖层。通过钻井资料统计出的断裂密集带油气分布可知，在歧口凹陷的深、浅层均有油气分布，部分断裂带的油气主要在东营组盖层之下的储层内富集，而部分断裂带的油气在东营组盖层之下、东营组盖层之上的储层均有分布。

歧口凹陷断裂带的油气在纵向上呈多层系富集，这与3类断裂带的差异演化有着密不可分的关系。其中，由于NEE向断裂带所受的伸展变形作用最强，其盖层与断距的比值相对最大，对盖层的破坏作用最强，而NEE向断裂带所受的伸展变形作用最弱，其盖层与断距的比值相对最小，对盖层的破坏作用最弱(图5)。因此，NEE向断裂带油气在断裂带的深、浅层均有分布；NNE向断裂带的伸展强度最弱，导致油气在深层较为富集；而EW向断裂带活动强度介于两者之间，油气既有可能只在深层分布，也有可能在深、浅层均有分布。

图5 歧口凹陷不同断裂密集带断盖配置关系Fig.5 Fault-caprock configurations of various fault concentrated zones in Qikou Sag

5 结 论

(1) 歧口凹陷经历了多期裂陷作用，形成了构造样式复杂的断裂密集带。其中，NEE向和EW向断裂带以“Y”字形或“似花状”的剖面组合样式、平行式或雁裂式的平面组合样式为主，而NNE向断裂带表现为“多级复式似花状”的剖面样式、辫状交叉式的平面样式。

(2) 不同走向断裂密集带的演化规律存在差异。裂陷I幕，NEE向先存断裂主要表现为倾向滑动，而NNE向先存断裂发生斜向伸展作用，形成断裂带；裂陷II幕，由于区域应力的转变，凹陷内部发育大量的EW向断裂，NEE向及NNE向断裂带在该时期较为发育；至拗陷期，EW向断裂带开始发育，3类断裂密集带在原有规模上继续生长。

(3) 受控于演化规律的差异，不同类型断裂密集带的油气纵向分布存在一定的差别，NEE向断裂带对盖层的破坏作用最强，油气在深、浅层均有分布；NNE向断裂带的垂向封闭能力最好，油气在深层较为富集。