引言

断陷盆地复杂的构造变形和丰富的油气资源一直是地质研究的热点，断层是盆地演化与油气聚集的关键要素，正断层相关褶皱作用是断陷盆地中圈闭形成的主要原因^[1-3]，滚动背斜因其良好的近源优势和整装的正向构造一直是油气勘探的首选目标区^[4-7]。随着南堡凹陷内整装勘探区块的减少和勘探难度的加大，老爷庙地区以滚动背斜构造主体的整装构造成为油气勘探的有利接替目标，但因其断裂体系、发育演化十分复杂，一直是制约该区钻探成功率的瓶颈。笔者通过老爷庙地区精细地震资料解释成果编制构造研究图件，运用油区构造解析原理对该区断裂几何学特征、运动学特征进行详尽分析，深入研究断裂系统与油气成藏的关系，系统总结该区的油气地质特征，进而为日后油气勘探工作提供借鉴。

1 地质概况

南堡凹陷老爷庙地区位于南堡凹陷西北部，是受西南桩断层控制的以滚动背斜为中心、较为整装的均一上盘断块体^[8]，面积约240 km$^2$。多期断陷作用形成众多以NNE、NE走向为的断裂及相关构造。研究区主要发育新生界地层及沉积体系，自下而上依次为古近系：始新统沙三段(E$s_3$)半深湖沉积；渐新统沙一段、沙二段(E$s_{1-2}$)滨浅湖沉积和东营组(E$d$)扇三角洲沉积。新近系：馆陶组(N$g$)辫状河沉积、明化镇组(N$m$)曲流河沉积^[9-11]。依据沉积地层厚度、断裂展布及构造演化特征的差异划分为3个次级构造单元：背斜主体带、侧斜坡带、(深、浅)洼槽带(图 1)。目前在明化镇组、馆陶组、东营组钻遇多套含油层系，储盖组合良好，成藏条件优越，具有良好的勘探前景。

2 断裂构造特征 2.1 断裂系统划分

断层是断陷盆地内最主要的构造要素，断层几何学、运动学要素之间的差异导致形成不同期次的断层及地层充填样式^[12-13]。老爷庙地区内西南桩断层根据几何形态可分为西段坡坪式、中段平直式、东段缓铲式3类(图 2)。老爷庙背斜主体区主要位于中段平直式断面之上。剖面结构样式在北部边界断层以“Y”型为主、中部背斜区以大型复杂化的“Y”型断裂组合为主。根据断裂的形成时期、切割深度、活动强度，以沙一期、沙二段为界可划分为上、下两套：即下部基底断裂系统和上部盖层断裂系统(图 2)。基底断裂系统可划分为两类：(1)主干基底断层，指从沙河街初期至新近纪持续活动，控制整个凹陷结构形态和地层沉积中心分布的断裂，如西南桩断层；(2)次级基底断层，指仅在沙河街期活动的断层。盖层断裂系统也可划分为两类：(1)主干盖层断层，指从沙一期、沙二末期至新近纪持续活动的断裂，该类断裂向下切至了沙河街组的巨厚地层；(2)次级盖层断层，主要指在新近纪发育的断裂，多下切至东营组内部终止。

2.2 断裂展布特征

断层的平面展布、组合方式是分析盆地结构的重要研究参数^[4-6]。笔者分别提取了对应不同构造期的地震等时相干切片，切片中可清晰看出基底断裂主体走向呈NNE、NE向(图 3d)，并在断裂周边发育大量火成岩(图 3c)；盖层断裂走向集中为NEE向，火山口发育数量较少(图 3a，图 3b)。断裂平面展布主要以串联式、并联式、线型接力式平面组合为主，NE走向的主干基底断层在各构造期平面展布中具有良好的继承性。通过垂向对比分析发现，盖层断裂在长度、走向、发育密度上明显受基底断裂分布位置的控制，其中盖层断裂发育密集部位多对应于深部的基底断裂和火成岩发育区，反映基底断裂展布对盖层断裂的发育具有重要的控制作用。

2.3 断裂构造样式

构造样式是断层及其相关地层变形演化的行迹体现，其中包含着丰富的运动学和动力学信息^[14]。南堡凹陷经历过多期不同方向的伸展变形及叠加效应，断裂垂向交切关系复杂且多具有复合样式的特征。笔者将老爷庙地区断裂构造样式对应划分为基底断裂样式，盖层断裂样式和火成岩样式3类(图 2，图 4)。

基底断裂构造样式是在正向伸展变形以张应力为主的作用下形成的，在西南桩断裂上盘的沙河街组发育，依附于边界断裂的几何形态(铲式、坡坪式、平直型)及其与次级基底断层的组合方式(同倾、反倾)可进一步划分为同倾铲式扇、反倾铲式扇、同倾平直式、反倾平直式、同倾坡坪式、反倾坡坪式等6种次级样式。盖层断裂样式是在斜向伸展变形背景下以张扭应力为主的作用下形成的，主要发育于主体背斜带和南部侧斜坡带的东营组─明化镇组，分为地垒─地堑式、共轭交切式、复“Y”字型样式、多米诺式、“V”字型样式、负花状样式等6种，其中复“Y”字型样式和负花状样式中的主干断层多为主干盖层断层。老爷庙地区在东一段和东三段中发育大量火成岩，火成岩是深浅两套断裂系统变形中的“韧性”转接带，通过其耦合接触纵向传导“力源”，将基底和盖层构造样式组合成有机的整体。根据其对断裂变形影响和与地层接触关系，划分为3类：刺穿背斜式、层状悬挂式、顶部断裂式。

3 断裂演化特征 3.1 断裂活动期次

断陷盆地中正断层是控制盆地断陷期纵向沉降和横向伸展的主控因素，通过统计研究区内各构造期断层的水平断距进而能够分析滚动背斜的形成时间和断裂演化期次^[15-16]。研究认为，老爷庙地区主要经历了两期强伸展、两期弱伸展变形，即沙三段、东营组的强伸展变形期及沙一段、沙二段、明化镇组的弱伸展变形期。其中沙三期和东营期伸展量峰值分别达到5.7 km、2.4 km；沙一段、沙二段和明化镇期伸展量峰值降至1.5 km和0.9 km，馆陶期伸展量仅0.3~0.4 km(图 5)。从前文断裂系统中也可发现断裂发育具有明显的强、弱、强、弱交替的幕式特征。老爷庙地区滚动背斜发育区主要位于研究区中段(Line4─Line6)，其发育位置与盆地的强伸展变形带具有高度相关性，说明滚动背斜形成时期为沙一段、沙二期至东营期。

3.2 构造演化特征

构造演化剖面不仅能够反映盆地的沉降、沉积过程，同时可清晰厘定断裂演化期次与发育特征^[17-19]。不同构造期断裂伸展量(图 5)表明，老爷庙地区整体具有幕式断陷的演化特征，通过编制老爷庙地区构造演化剖面可知，构造演化史分为裂陷和裂后沉降两大构造期(图 6)。

裂陷期，始新世(E$s_3$)南堡凹陷处于北西─南东向的区域伸展环境下，受NE走向西南桩边界断层控制，在该时期发生强烈的正向伸展断陷，形成一系列与边界断层走向近平行的NNE、NE向的正断层及负向构造，由于断面坡度平直且低缓，在大断面上盘发育一些列低角度顺倾次级基底断层。这一时期老爷庙地区形成一系列NE走向的沉积洼槽，地层沉积北厚南薄。

渐新世(E$s_{1+2}$─E$d$)，随着区域应力场变化，盆地伸展方向转为近南北向伸展，沙一期、沙二期随着区域伸展作用的减弱，断裂活动强度降低；部分基底断裂停止发育，盆地进入断陷间歇期过渡期。东营期，受始新统的NE向构造要素的影响，盆地经历强烈的斜向伸展断陷，形成大量与边界断层斜交的NEE走向、剖面上切深至沙三段内的盖层断裂，部分盖层断裂与该时期持续活动的主干基底断层组合成“Y”型样式。这一时期沉积地层南北厚度均匀，主体背斜区地层受隆升剥蚀略薄，滚动背斜成型。

新近纪(N─Q)以来，随着区域伸展断陷作用减弱，盆地进入裂后沉降期，盆地地层沉积明显不受控于活动断裂展布，盆地呈拗陷结构特征。馆陶期盆地断裂活动进入相对静止期。明化镇期，断裂活动变强，但不控制地层沉积，受深部断裂走滑变形影响发生拗断变形，形成大量的浅层次级盖层断层，剖面组合以复“Y”字型样式，“V”字型样式、负花状样式为主。

老爷庙地区基底断裂主要呈NNE─NE走向，在始新世主要表现为正向伸展变形、渐新世─新近纪由于应力场转变为斜向伸展变形；盖层断裂主要呈NEE走向，在渐新世─新近纪呈正向伸展变形。盖层断裂性质主要为伸展正断层，但其发育规模和动力学成因受深部基底断裂走滑变形控制。

4 对油气成藏的贡献

断陷盆地中断裂不仅控制着盆地沉降-沉积中心迁移，同时控制着圈闭的发育与油气疏导系统的分布及耦合^[20-21]。老爷庙地区目前勘探工作集中在东营组以上的中─浅层中，已发现的油气藏中90%与断裂相关，断裂是油气成藏演化中的关键要素。

4.1 利于烃源岩沉积和成熟

断陷作用控制着盆地沉积空间的展布与规模，进而控制烃源岩的沉积和埋藏^[22-23]。老爷庙地区的有效烃源岩主要为东营组和沙河街组内的暗色泥岩。两大套烃源岩发育与盆地两个断陷演化期吻合，烃源岩分布受主干基底断层和主干盖层断层控制。

始新世(图 7a)发育大量NNE、NE向断层，形成多个NE向展布烃源岩沉积中心，主体背斜带受边界断层影响，沉降幅度大、沉积地层厚1 000~1 800 m，成为该沉积期的沉积-沉降中心，沉积物经河道汇积至主体背斜带。渐新世(图 7b)受区域应力改变的影响断层走向略转向NEE向，在主干盖层断层的影响下，沉积中心发生继承性迁移；但主体背斜带成为古高地，地层仅600~800 m。北部物源来的沉积物经过背斜及同沉积断层分流分散至环背斜带的沉积洼槽中。

多期断陷作用致使火成岩沿主干基底断层上涌，高热流动的火成岩加速烃源岩演化成熟。沙一段烃源岩在东营中后期开始生烃，在明化镇初期大量排烃；东三段烃源岩在明化镇晚期开始生烃，在第四纪初进入大量排烃阶段。两期断陷作用导致老爷庙地区在沙河街组呈中心埋烃，环向成藏，东营组中心成藏，环向埋烃的油气系统。

4.2 多期断裂控制圈闭演化

断陷盆地中圈闭的形成主要受断裂活动及其组合样式的控制^[24-25]。老爷庙地区断裂活动时间长、发育期次多十分有利于圈闭的形成。老爷庙滚动背斜是一个天然的大型优良圈闭，在滚动背斜顶部以背斜、断块圈闭为主，环背斜主体区侧斜坡带发育断鼻、断裂-岩性复合圈闭，沿基底断裂附近以及少量火成岩相关圈闭。

始新世，盆地沉积受控于西南桩断裂，强烈的断陷作用易于沿其上盘发育大量重力流、冲积扇沉积，与主干断层组合构成断裂-岩性复合圈闭，次级基底断层之间易于形成断块、断背斜圈闭。渐新世，老爷庙滚动背斜形成，盖层断裂使得背斜顶部构造圈闭进一步复杂，圈闭类型以断鼻、断块和断背斜为主。环背斜主体的侧斜坡带，在渐新世，随着背斜主体隆升抬高，周围地层外倾，形成河道及砂体沿盖层断层走向分流展布，剖面上组合成一端砂体尖灭、一端断裂相接的断裂-岩性圈闭。新近纪，构造变形强度弱，滚动背斜顶部被次级盖层切割复杂化，以断块、断背斜圈闭为主，侧斜坡带以宽换的断鼻、断背斜圈闭为主。

老爷庙地区已钻遇的油气井中发现火成岩在封堵油气的过程中也可自行成藏，火成岩上拱迫使上覆地层发生褶皱变形，从而在其顶部形成背斜圈闭，火成岩柱四周也可形成火成岩侧向封堵圈闭；火成岩平面横向流动侵蚀地层会使得在水平砂岩地层中形成上部由火成岩超覆的油气圈闭。

4.3 促进油气运移聚集

老爷庙背斜主体带被东、南、西三面的生油凹陷包围，是区内油气运移、聚集的长期指向区。研究区生排烃阶段同盆地断陷演化阶段高度耦合，始新统的主干基底断层和渐新统的主干盖层断层在纵向上切割多套油源组合，在断裂活动期(E$d$、N$m$)主干断层成为油气运移的主通道，沿其发育可形成多套垂向叠置的油气藏(图 8)，断陷期伴生的次级断层通过同主干断层切割、搭接促进油气在横向上运移，扩大油气藏分布范围。在断裂活动间歇期(E$s_{1+2}$、N$g$)主干断层、次级断层表现为相对封闭的状态，成为良好的圈闭遮挡要素，利于成藏。

5 结论

（1）老爷庙地区断裂走向以NNE、NE、NEE等3个走向为主，断裂系统可划分为基底断裂和盖层断裂两套系统，其又可分为主干基底断层、次级基底断层，主干盖层断层、次级盖层断层。

（2）老爷庙地区构造演化分为裂陷期和裂后沉降期两大演化阶段。裂陷期，断裂发育期主要有始新世(E$s_3$)的强烈正向伸展断陷形成的NNE、NE向基底断裂，组合样式多为铲式扇组合；和中晚渐新世(E$d$)斜向伸展断陷形成的NEE走向的盖层断裂，组合样式多为垒─堑式、共轭交切式，多米诺式。裂后沉降期，明化镇组(N$m$)盆地受深部断裂走滑变形形成一系列NEE走向的次级盖层断层，组合样式多为复“Y”字型，“V”字型、负花状。

（3）老爷庙地区发育的滚动背斜顶部被次级盖层断层切割复杂化，是一个天然有利的较整装圈闭构造。研究表明，老爷庙背斜主体带主要发育背斜、断块油气藏，侧斜坡带多发育断层-岩性复合油气藏。主干断层(基底、盖层)是区内主要的油源断层利于油气纵向疏导，次级断层利于油气的横向疏导；依附于主干断层的地层-岩性复合圈闭是侧斜坡带是有利勘探目标。