0 引言

断层圈闭作为含油气盆地油气聚集的重要圈闭类型之一，是指断层在变形过程中形成的圈闭构造^[1]。斜坡区作为断陷盆地重要的组成部分，其面积约占断陷盆地总面积的1/3或1/2^[2]，顺向断层和反向断层是斜坡区广泛发育的2大断层体系，顺向断层倾向与地层倾向相同，而反向断层倾向与地层倾向相反^[3-4]。近年来，关于断层对圈闭的控制作用，国内外学者进行了大量的研究和探讨，主要集中在断层相关褶皱作用对圈闭形成的控制作用^[5-7]、断-砂的配置控制油气聚集^[8]以及断层活动对圈闭储集条件的改善^[9]等方面，对断层圈闭发育部位及形成时期的研究方法主要是从区域断层变形特征的角度来剖析整体断层圈闭的发育情况^[10]，缺少对单条断层控制圈闭发育部位及形成时期更为精细的研究方法。此外，斜坡区作为断陷盆地二次勘探的主要区带，通常将构造-岩性圈闭、岩性圈闭以及地层圈闭作为有利勘探目标，而关于断层圈闭的深入研究没有得到足够重视^[11-12]，这些研究的局限性无疑影响了斜坡区油气勘探的深入。因此，充分利用三维地震资料，开展斜坡区断层圈闭发育部位及其形成时期的识别方法研究，对于丰富断层控藏理论以及准确预测斜坡区有利勘探目标具有重要意义。

1 断层圈闭发育部位及其形成时期 1.1 断层圈闭发育部位

在裂陷盆地或与裂陷作用有关的盆地内，断层分段生长具有普遍性，断层生长主要经历孤立生长阶段、“软连接”阶段和“硬连接”阶段^[13]。断层处于孤立生长阶段，其位移通常表现为中部最大，向两端逐渐减小至零的特征，这种断层位移变化特征与断层规模无关^[14]，孤立断层这种位移变化特征导致其附近地层沿断层走向变形特征不同，在断层两盘形成不同的褶皱类型。断层上盘中部位移大导致地层下降幅度大，两侧下降幅度减小，表现为向斜特征；相应的在重力均衡作用下，位移最大的位置断层上盘下降幅度大导致其下盘相对上升幅度大，向两侧上升幅度减小，表现为背斜特征。无论是背斜还是向斜，其褶皱轴向均垂直于断层走向，属于横向褶皱^[15]。在斜坡区，对于孤立断层而言，由于顺向断层横向背斜上倾方向没有断层遮挡，不能形成有效的断层圈闭，而反向断层横向背斜发育在面向生油洼陷的一盘，其上倾方向受该条断层遮挡能够形成反向断层圈闭(图 1a)。

“软连接”阶段，相互连接的两条断层间开始相互作用，引起“软连接”作用部位地层发生变形，从而形成多种类型的转换带^[16]，“软连接”阶段断层间并未连接，主要依靠地层变形传递位移。因此，断层分段生长点处不能形成有效的遮挡，导致了处于“软连接”阶段的断层与处于孤立生长阶段的断层形成的断层圈闭是一致的，即顺向断层不能形成有效的断层圈闭，而反向断层每个断层段下盘位移最大部位均能够形成反向断层圈闭(图 1b)。

“硬连接”阶段，断层之间相互作用增强，形成完整的大断层，处于“硬连接”阶段的断层分段生长连接部位断层位移最小^[17-18]，向两侧断层段中部位移逐渐增大。这种情况下，根据断层位移变化对地层变形特征的影响，断层上盘横向背斜发育在分段生长点处，断层下盘横向背斜则发育在各断层段位移最大位置。此时，顺向断层上盘面向生油洼陷，发育的横向背斜在上倾方向受该条断层遮挡，形成顺向断层圈闭，反向断层圈闭依然是在面向生油洼陷一盘，各断层段位移最大处是其发育部位(图 1c)。

1.2 断层圈闭形成时期

断层生长进入“硬连接”阶段，斜坡区顺向断层上盘面向生油洼陷，分段生长点处形成的横向背斜在上倾方向能够形成有效的遮挡，因此，顺向断层圈闭形成时期为断层生长进入“硬连接”时期。而对于反向断层而言，无论是处于孤立生长阶段，还是“软连接”阶段或“硬连接”阶段，其断层下盘最大位移处既有断层遮挡，同时又受地层掀斜作用能够发育反向断层圈闭，断层形成时期即为反向断层圈闭形成时期，反向断层圈闭定型时期为断层停止活动时期。

2 断层圈闭发育部位的预测方法

根据断层圈闭发育部位以及形成时期研究可知，断层形成演化过程中位移变化规律以及断层生长阶段控制断层圈闭的形成与分布，因此，只有明确断层分段生长阶段以及分段生长部位才能厘定断层圈闭发育部位。

制作断层位移-距离曲线是一种有效的断层分段生长识别方法。由于断层位移与垂直断距之间存在线性关系，通过三维地震数据更易获取断距数据，通常用制作断距-距离曲线的方法来识别断层分段生长，断层分段生长部位通常发育在断距-距离曲线上的断距低值点^[19-20]。

明确断层为分段生长断层以及分段生长部位后，就要对断层各分段生长点处生长阶段进行识别。综合国内外野外观察、统计分析和实验模拟等已经公开发表的断层相关数据^[21-26]，利用转换位移(d)和离距(s)2个参数关系，建立断层平面组合模式的判别标准^[27](图 2)。相互连接的两条断层在叠覆段中心处的位移之和即为转换位移，叠覆段中心处的距离即为离距。处于“硬连接”阶段的断层，受地震分辨率影响，会出现不能有效识别消亡断层的情况，此时，断层走向突变段中部位移为转换位移，相互连接的断层近平行段之间距离的1/2即为离距。通过转换位移与离距的比值可以对断层平面组合模式进行识别，当d/s>1时，相互连接的断层连接处处于完全破裂阶段，该时期断裂处于“硬连接”生长阶段；当d/s < 0.27时，相互连接的断层连接处侧列叠覆，相互作用较弱，断层处于“软连接”阶段；当0.27≤d/s≤1时，断层连接处开始破裂，该时期断层既有“硬连接”阶段，也有“软连接”阶段。

顺向断层圈闭发育部位识别分为2步：①制作断距-距离曲线对分段生长点发育部位进行识别；②获取分段生长点处转换位移和离距，利用断层平面组合模式的判别标准判断断层生长阶段。由于反向断层圈闭在反向断层各个时期均有发育，可以通过制作断距-距离曲线来识别其是否为分段生长断层：若断层为孤立生长断层，反向断层圈闭发育在断层下盘断距最大的部位；若为分段生长断层，反向断层圈闭发育在每个断层段下盘断距最大处。

3 断层圈闭形成时期预测方法

断层圈闭是断距变化导致的地层变形所形成的，其形成时期受地质历史时期断层断距变化的影响，断层生长是一个动态的过程，可以通过识别古断距分布来确定断层生长演化历史，从而确定圈闭形成时期。如果现今圈闭发育部位在油气成藏期时就存在，表明圈闭在成藏期前已经形成，可以作为油气聚集的场所^[28]。

目前，垂直断距相减法^[29-30]和最大断距相减法^[31]是2种常见的古断距恢复方法(图 3)^[32]。垂直断距相减法恢复古断距属于“断距减小，长度不变”模式，而最大断距相减法恢复古断距遵循最大位移与延伸长度线性递增模式，能够更真实反映断裂形成演化历史^[33-35]，从而判别断层圈闭形成时期。最大断距相减法基于现今断距-距离曲线，假设要恢复T沉积时期古断距，则利用各沉积地层断距减去相同测线对应的各断层段在T沉积时期地层最大断距，结果为零或负值视为断裂在T沉积时期处于静止状态。

4 实例应用

选取冀中坳陷文安斜坡中南部王仙庄断层和史各庄断层为例，其中王仙庄断层为顺向断层，史各庄断层为反向断层。利用上述方法对2条断层圈闭发育部位进行识别，并通过确定断层圈闭形成时期与油气成藏期时间匹配关系来分析断层圈闭形成时期是否有利于油气聚集，并结合文安斜坡实际油气分布情况，验证该方法对于识别断层圈闭发育部位及其形成时期的可行性。

文安斜坡位于渤海湾盆地霸县凹陷东侧，属于东抬西倾的沉积斜坡，整体呈北北东走向，该区新生代经历了古近纪早期(孔店组—沙三段沉积时期)、古近纪晚期(沙二段—东营组沉积时期)和新近纪(馆陶组沉积时期至今)3期较为明显的构造演化阶段^[36]，多期的构造演化导致斜坡断层较为发育，断层走向以北东向、北北东向为主(图 4)。油气主要来自西侧紧邻的霸县洼漕和马西—鄚州洼槽沙三段和沙一段烃源岩^[37]，烃源岩生成的油气沿断层和砂体自洼槽区向斜坡区呈阶梯状运移(图 5)，油气主要分布在史各庄、长丰镇和议论堡3个鼻状构造内。

王仙庄断层是文安斜坡议论堡地区重要的控圈断层，断面西倾，是一条典型的顺向断层，延伸长度约27 km，油气在王仙庄断层控制下主要分布在沙河街组二段。图 6为王仙庄断层断距-距离曲线，从图 6a看出，王仙庄断层具有分段生长特征，表现为8段式生长，沿断裂走向在Line1182、Line1246、Line1438、Line1534、Line1646、Line1790和Line- 1990测线处发育7个分段生长点。断层上盘在对应每个分段生长点处均发育横向背斜构造(图 7)，且断层上盘面向生油洼陷，如果该时期王仙庄断层处于“硬连接”阶段，则横向背斜上倾方向受断层本身遮挡，能够形成顺向断层圈闭。

在三维地震精细解释成果的基础上，读取王仙庄断层各分段生长点处转换位移的值，通过制作相干体切片来获取每个分段生长点处离距(图 8)。计算d/s值，利用断层分段生长阶段定量判别标准标定不同分段生长部位所处生长阶段，王仙庄断层7个分段生长点处断层生长均已进入“硬连接”阶段(表 1)，满足顺向断层发育的条件。

在明确王仙庄断层圈闭发育部位的基础上，对断层圈闭形成时期进行分析，从而判别其是否有利于聚集油气。油气勘探表明，文安斜坡油气成藏期为东营组沉积末期^[38]。如果王仙庄断层圈闭形成时期早于东营组沉积末期或同期，该断层形成的顺向断层圈闭有利于油气聚集，晚于东营组沉积末期，不利于油气聚集。因此，在明确圈闭发育部位的基础上，王仙庄断层圈闭是否有利于油气聚集的关键是其形成时期确定。利用最大断距相减法对王仙庄断层油气成藏期古断距进行恢复，并制作东营组沉积末期沙二段顶面古断距-距离曲线来表征油气成藏期沿断层走向断距变化(图 6b)。结果表明，沿断层走向Line1182、Line1438、Line1534和Line1646测线处在东营组沉积末期即为分段生长断层，该时期已经形成顺向断层圈闭，与油气成藏期匹配关系良好，形成的圈闭有利于油气成藏，结合油气勘探实践，断圈①、断圈③、断圈④和断圈⑤分别发育有文117油藏、文121油藏、文86油藏和文6油藏，均有油气富集，勘探效果较好(图 6)。断圈②、断圈⑥和断圈⑦分别位于Line1246、Line1790和line1990测线处分段生长点部位，东营组沉积末期断层尚未形成，圈闭不发育，不利于油气聚集，位于3个圈闭内的文123、文107和苏88井均钻探失利，文123和文107井测试结果为油气显示井，同时文107井处对应的王仙庄断层下盘出现油气聚集，进一步证实了在地质历史时期文123和文107井处发生过油气运移，圈闭形成时期晚于油气成藏期导致油气不能有效聚集(图 6)。

史各庄断层是文安斜坡中部史各庄构造内重要的控圈反向断层，该断层控制油气主要分布在沙河街组一段。断距-距离曲线见图 9，图 9a显示：史各庄断层具有两段式生长特征，发育一个断层分段生长点，在面向生油洼陷一侧，断层下盘分段生长点两侧最大断距处发育横向背斜构造(图 10)，横向背斜上倾方向受史各庄断层遮挡可以形成反向断层圈闭。根据反向断层圈闭形成时期和油气成藏期匹配关系，对史各庄断层进行成藏期古断距恢复表明，东营组沉积末期，史各庄断层分段生长点两侧反向断层圈闭已经形成，能够有效的聚集油气，圈闭内文63和文20油藏均有油气富集，勘探效果较好(图 9)。

通过对文安斜坡中南部的王仙庄和史各庄2条断层断层圈闭发育部位及形成时期的识别，结果与目前油气分布吻合较好，表明此断层圈闭发育部位及形成时期识别方法是可行的。

5 结论

1) 顺向断层圈闭形成于断层生长进入“硬连接阶段”，面向生油洼陷的顺向断层上盘分段生长点处是其发育部位；反向断层圈闭形成于断层开始形成时期，面向生油洼陷的各断层段下盘断距最大处是其发育部位。

2) 利用详细三维地震资料，通过断距-距离曲线、相干体切片以及断层生长阶段定量判别标准能够识别断层圈闭发育部位，通过古断距恢复可以确定断层圈闭形成时期，对比断层圈闭形成时期与油气成藏期匹配关系判断断层圈闭是否有利于油气聚集。

3) 文安斜坡王仙庄断层发育7个分段生长点，现今均可形成顺向断层圈闭，其中断圈①、③、④、⑤形成时期早于油气成藏期，能够有效的聚集油气；史各庄断层形成的2个反向断层圈闭形成时期与油气成藏期匹配良好，均形成有效的油气聚集。