岩性油气藏  2024, Vol. 36 Issue (3): 106-116       PDF    
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渤东凹陷新生代伸展-走滑叠合断裂时空差异演化模式及控藏效应
董柔1,2, 李坤2, 殷际航2, 薛煜恒2, 江涛3, 徐国盛2    
1. 中国石油长庆油田分公司 第十一采油厂,甘肃 庆阳 745000;
2. 油气藏地质及开发工程国家重点实验室(成都理工大学),成都 610059;
3. 中海石油(中国)有限公司天津分公司,天津 300452
摘要: 以三维地震精细解释为基础,通过构造剖面恢复,系统分析了渤东凹陷新生代伸展-走滑叠合断裂的时空差异演化特征及控藏作用。研究结果表明:①渤东凹陷新生代广泛发育以NNE向为主干、NE向为派生、NW向为叠加的伸展-走滑叠合断裂体系,可划分为强伸展-弱走滑断裂和强走滑-弱伸展断裂2类;整体具有深浅分层、南北分段的特征,纵向上,古近系主要发育强伸展-弱走滑断裂,断裂大而稀,新近系—第四系主要发育强走滑-弱伸展断裂,断裂小而密;平面上,同一断裂在不同段的构造组合样式存在差异。②研究区新生代伸展-走滑叠合断裂的演化主要表现为北部断裂活动强度“早强晚弱”,中部断裂继承性持续发育,南部断裂活动强度“早弱晚强”;演化模式分为初始断陷(孔店组—沙四段沉积期)、强烈断陷(沙三段—东营组沉积期)和走滑坳陷(馆陶组—平原组沉积期)3个阶段,初始断陷阶段,NNE—NE向强伸展与弱走滑叠合,NE向强伸展-弱走滑断裂为主控,NW向先存断裂活化,分割凹陷;强烈断陷阶段,NNE—NE向强伸展与弱走滑叠合,NNE向强伸展-弱走滑断裂变为主控,NW向断裂活动减弱或停止;走滑坳陷阶段,NNE向强走滑与弱伸展叠合,断裂不控制沉积,但对地层展布具有调整作用。③研究区伸展-走滑叠合断裂的发育演化与油气成藏密切相关,整体具有“早期伸展控源、晚期走滑控运、多期叠加控圈”的特征,东部斜坡带是油气运聚的有利区。
关键词: 伸展-走滑叠合断裂    断裂演化    油气运聚    断裂控藏    沙河街组    东营组    新生代    渤东凹陷    
Spatial-temporal differential evolution model and reservoir control effect of Cenozoic extensional and strike-slip superimposed faults in Bodong Sag
DONG Rou1,2, LI Kun2, YIN Jihang2, XUE Yuheng2, JIANG Tao3, XU Guosheng2    
1. No. 11 Oil Production Plant, PetroChina Changqing Oilfield Company, Qingyang 745000, Gansu, China;
2. State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China;
3. Tianjin Branch of China National Offshore Oil Corporation, Tianjin 300452, China
Abstract: Based on 3D seismic interpretation, the spatial-temporal differential evolution characteristics and reservoir control effect of Cenozoic extensional and strike-slip superimposed faults in Bodong Sag were systematically analyzed through structural profile restoration. The results show that: (1)Extensional and strike-slip superimposed faults with NNE trending as the main stem, NE trending as the derivative, and NW trending as the superposition, were widely developed in Cenozoic in Bodong Sag, and these faults can be divided into two types: strong extensional and weak strike-slip faults, strong strike-slip and weak extensional faults. The superimposed fault system has obvious characteristics of deep and shallow stratification and north-south segmentation. Vertically, the Paleogene mainly developed strong extensional and weak strike-slip faults, which are large and sparse, and the Neogene-Quaternary mainly developed strong strike slip and weak extensional faults, which are small and dense. On the plane, there are differences in the structural combination styles of the same fault in different segments.(2)The evolution of the Cenozoic extensional and strike-slip superimposed faults in the study area are manifested as early strong and late weak activity of the northern faults, inherited and continuous development of the central faults, and early weak and late strong activity of the southern faults. The evolution model can be divided into three stages: initial fault depression stage(Kongdian Formation-Sha 4 sedimentary period), strong fault depression stage (Sha 3 member-Dongying Formation sedimentary period) and strike-slip depression stage (Guantao Formation-Pingyuan Formation sedimentary period). In the initial fault depression stage, NNE-NE trending strong extensional and weak strike-slip faults superimposed, dominated by NE trending strong extensional and weak strike-slip faults, with NW trending pre-existing fault activation, dividing the depression. In the strong fault depression stage, NNE-NE trending strong extensional and weak strike-slip faults superimposed, dominated by NNE trending strong extensional and weak strike-slip faults, with NW trending fault activity weakened or stopped. In the strike-slip depression stage, NNE trending strong strike-slip and weak extensional faults superimposed, and the faults did not control the sedimentation, but has adjustment on stratigraphic distribution.(3)The development and evolution of the extensional and strike-slip superimposed faults in the study area are closely related to hydrocarbon accumulation, with the overall characteristics of early extensional faults control source, late strikeslip faults control migration, and multi-stage superimposed faults control traps. The eastern slope zone is a favorable area for hydrocarbon migration and accumulation.
Key words: extensional and strike-slip superimposed fault    fault evolution    hydrocarbon migration and accumulation    fault control reservoir    Shahejie Formation    Dongying Formation    Cenozoic    Bodong Sag    
0 引言

渤海湾盆地为新生代多旋回叠合断陷盆地,断裂系统错综复杂,受构造应力场和边界条件控制,产生了一系列呈NNE—NE向展布的狭长槽盆,如辽西凹陷、辽东凹陷、渤东凹陷等[1-2]。渤海湾盆地古近纪发育的伸展断裂系统表现为燕山期NNE向断裂与印支期NW向断裂,新近纪—第四纪走滑断裂系统表现为一系列雁行状断裂[3-4]。以往对渤海湾盆地新生代构造演化的动力学背景进行了大量研究,普遍认为深部地幔上涌是水平伸展作用的主要动力源,而印度板块与太平洋板块对欧亚板块的斜向俯冲是走滑剪切作用的主要动力源,加之板块俯冲方向和强度的持续变化,最终造就了渤海湾盆地现今的复杂差异构造格局[5-7]

断裂控藏一直都是油气勘探过程中的研究热点,断裂的类型、组合样式、活动期次以及活动强度等特征是影响油气成藏的关键因素[8-10]。断裂的发育演化对生、储、盖、圈、运、保都有影响,对断陷盆地的影响尤为显著[11]。渤东凹陷位于郯庐走滑断裂带中段,属于盆地边缘斜坡带,成藏条件较优越[12-13],但其构造条件复杂,受NNE向郯庐断裂带与NW向张蓬断裂在时空上的共同叠加控制[14]。近年来,在渤东凹陷古近系沙河街组和东营组、新近系馆陶组及明化镇组均获得油气发现,但一直未有规模性突破,呈“多层系含油、有油不富”的成藏特征,因此亟需对该区的伸展-走滑叠合断裂体系进行深入研究,并明确断裂控藏效应。

以三维地震精细解释为基础,梳理渤东凹陷新生代伸展-走滑叠合断裂体系发育特征,明确其差异演化过程,并剖析断裂与油气赋存的关系,以期为该区下一步的油气勘探工作提供新思路。

1 地质概况

渤东凹陷呈NNE—NE向展布,总面积约3 000 km2,整体表现为“北西断、南东超”的箕状半地堑,构造地质较为复杂,被多个构造单元包围,西临渤中凹陷,东至胶辽隆起,主要受NE向长兴岛断裂和NNE向渤东2号断裂所控制[15]图 1)。渤东凹陷古近纪中期发育的伸展断层系统和古近纪末期—新近纪发育的走滑断层系统叠加复合,受断裂活动、板块碰撞、深部地幔上涌等动力学机制共同控制[1]。受郯庐断裂带影响,研究区断裂发育具有多方向、多种类并存的特征。钻井资料显示,区内新生界主要发育古近系孔店组(E1-2k)、沙河街组(E2s)、东营组(E3d),新近系馆陶组(N1g)、明化镇组(Nm)以及第四系平原组(Qp)。其中,古近系发育较好的烃源岩主要集中在沙四上亚段(E2s4 )、沙三段(E2s3)、沙一—二段(E2s1+2)及东三段(E3d3)。

下载原图 图 1 渤东凹陷构造纲要图 注:PDZ. 主位移带;P,R. 同向剪切破裂;T. 张破裂;R'. 反向剪切破裂;C. 收缩分量;E. 伸展分量;F1. 中央走滑断裂;F2. 渤东2号断裂;F3. 长兴岛断裂;F4. 渤东3号断裂;F5. 蓬莱1号断裂;F6. 蓬莱2号断裂;F7. 蓬莱3号走滑断裂;F8. 断阶1号断裂;F9. 断阶2号断裂;F10. 断阶3号断裂;F11. 断阶4号断裂;F12. 断阶5号断裂;F13. 断阶6号断裂。 Fig. 1 Structural outline of Bodong Sag

研究区断裂体系表现为以NNE向断裂与NW向断裂组成的共轭系统(图 1),其中长兴岛断裂与渤东2号、渤东3号断裂为边界主干断裂,中央走滑断裂为区内规模最大的断裂,属郯庐断裂带的一部分。NNE向的断阶2号断裂、断阶1号断裂、中央走滑断裂及渤东2号断裂由东向西依次斜列展布,属于主位移带;NE向的长兴岛断裂、断阶3号断裂、渤东3号断裂由北向南依次斜列展布,属于NNE向右旋走滑过程中产生的张性破裂。NW向的断阶4号断裂、断阶5号断裂、蓬莱3号走滑断裂、断阶6号断裂由北向南依次平行展布,属于应力椭球体中的里德尔共轭剪切破裂带。

2 伸展-走滑叠合断裂体系特征

在古近纪NNE—NE向强烈伸展、新近纪—第四纪NNE向强烈右旋走滑的宏观应力背景下,渤东凹陷广泛发育伸展-走滑叠合断裂,以NNE向为主干、NE向为派生、NW向为叠加,菱形交错,控制着凹陷的构造格局。NNE—NE向断裂控制着凹陷的形成与演化,NW向断裂在渤东地区发育较弱,主要起分割凹陷的作用。

2.1 类型划分

根据构造背景和断裂发育特征,伸展断裂与走滑断裂在渤东凹陷中不是单一存在的,而是以在时空上不同程度的复合叠加形式存在,通常其伸展与走滑的作用力占比并不相同,本文据此将渤东凹陷主干断裂划分为强伸展-弱走滑断裂和强走滑-弱伸展断裂2类。其中,强伸展-弱走滑断裂表现为强伸展作用与弱走滑作用叠加,主要在古近纪活动,剖面上表现为板式-铲式伸展特征,具“Y”字形组合样式,如渤东2号断裂、渤东3号断裂和长兴岛断裂;强走滑-弱伸展断裂表现为强走滑作用与弱伸展作用叠加,主要在新近纪—第四纪活动,剖面上表现为直立走滑特征,具负花状组合样式,如中央走滑断裂和蓬莱3号走滑断裂(图 2)。

下载原图 图 2 渤东凹陷主干断裂剖面样式栅状图 注:F1. 中央走滑断裂;F2. 渤东2号断裂;F3. 长兴岛断裂;F4. 渤东3号断裂;F5. 蓬莱1号断裂;F6. 蓬莱2号断裂;F7. 蓬莱3号走滑断裂;F8. 断阶1号断裂;F9. 断阶2号断裂;F10. 断阶3号断裂;F11. 断阶4号断裂;F12. 断阶5号断裂;F13. 断阶6号断裂。 Fig. 2 Grid diagram of profile pattern of main faults in Bodong Sag
2.2 分层特征

在伸展-走滑交替叠加的背景下,渤东凹陷叠合断裂体系可划分为下部(古近系)的强伸展-弱走滑断裂系统和上部(新近系—第四系)的强走滑-弱伸展断裂系统,垂向差异明显。

下部强伸展-弱走滑断裂系统在平面上表现为断裂大而稀,在NNE向、NE向、NW向均有发育;在剖面上铲式特征明显,断裂延伸长、断距大,具有典型的同沉积特征,控制着凹陷的沉积与演化。上部强走滑-弱伸展断裂系统在平面上表现为断裂小而密,一系列NEE向小断裂呈雁列状展布;在剖面上,板式特征明显,断裂延伸短、断距小,具有典型的负花状构造,张扭特征明显,强烈的走滑剪切作用改造了凹陷的地层展布形态(图 3图 4)。

下载原图 图 3 渤东凹陷伸展-走滑叠合断裂体系平面特征 Fig. 3 Planar characteristics of extensional and strike-slip superimposed fault system in Bodong Sag
下载原图 图 4 渤东凹陷伸展-走滑叠合断裂体系剖面特征(剖面位置见图 1 Fig. 4 Profile characteristics of extensional and strike-slip superimposed fault system in Bodong Sag
2.3 分段特征

由于不同构造位置的受力不同,同一断裂在不同段的构造组合样式也具有一定差异。本文对长兴岛断裂、渤东3号断裂、渤东2号断裂以及中央走滑断裂的分段差异性进行了重点分析(图 4)。

长兴岛断裂为早期控洼断裂,断裂活动整体表现为“早强晚弱”,在孔店组—沙四段沉积期断裂活动速率最大,可达60 m/Ma。渤东3号断裂为中期控洼断裂,断裂活动整体表现为中期强、早期和晚期弱,在沙三段沉积期断裂活动速率最大,可达100 m/Ma。渤东2号断裂为中—晚期控洼断裂,断裂活动整体表现为“早弱晚强”,在东营组沉积期断裂活动速率最大,可达98 m/Ma(表 1)。

下载CSV 表 1 渤东凹陷控洼断裂活动速率统计 Table 1 Activity rate of depression-control faults in Bodong Sag

长兴岛断裂倾向为南东向,北段、中段倾角大,相对较陡,次级断裂较少,分别与主干断裂组成反“Y”字形、似花状组合样式;南段倾角小,相对较缓,次级断裂发育中等,与主干断裂组成反“Y”字形组合样式,在中—深层被中央走滑断裂切割,呈负花状构造与铲式正断层交切的组合样式(参见图 2a)。渤东3号断裂倾向为北西向,北段、中段倾角大,相对较陡,次级断裂极少,分别与主干断裂组成“Y”字形组合样式,呈似花状组合样式;南段倾角小,相对较缓,次级断裂发育较多,呈多级“Y”字形组合样式(参见图 2b)。渤东2号断裂倾向为南东向,北段倾角小,相对较缓,主干断裂与少量次级断裂组成反“Y”字形组合样式,在中—深层被中央走滑断裂切割,呈负花状构造与铲式正断层交切的组合样式;中段、南段倾角较大,相对较陡,中段发育大量次级断裂,呈多级反“Y”字形组合样式,而南段次级断裂发育中等,呈似花状组合样式(参见图 2c)。中央走滑断裂的断面近于直立,“丝带效应”明显,在剖面上表现为北段次级断裂发育中等,具负花状构造样式,且在中—深层切割渤东2号断裂;中段次级断裂发育较多,呈半花状构造样式;南段次级断裂发育中等,呈典型的负花状构造样式(参见图 2d)。

3 伸展-走滑叠合断裂时空差异演化模式

渤东凹陷早期强伸展和晚期强走滑共同控制着凹陷的形成、发育和演化[16-19],其构造格局主要受郯庐断裂带演化控制,经历了初始断陷、强烈断陷、断坳转换和坳陷等4个阶段。在以往研究成果和三维地震资料精细解释的基础上,将渤东凹陷断裂的演化细分为6个期次(表 2):初始断陷期(古近系孔店组—沙四段沉积期)、强烈断陷期(沙三段沉积期)、第一次岩石圈热沉降期(沙一—二段沉积期)、断陷强化期(东营组沉积期)、第二次岩石圈热沉降期(新近系馆陶组沉积期)以及走滑坳陷期(新近系明化镇组—第四系平原组沉积期)。

下载CSV 表 2 渤东凹陷构造演化期次(据文献[20]修改) Table 2 Tectonic evolution stages in Bodong Sag
3.1 演化差异

结合构造演化的迁移性和断裂配置的差异性,将渤东凹陷伸展-走滑叠合断裂分为北部、中部和南部,对比其差异演化过程(图 5)。

下载原图 图 5 渤东凹陷骨架剖面断裂演化特征 Fig. 5 Fault evolution diagram of skeleton profile in Bodong Sag

初始断陷期(孔店组—沙四段沉积期),凹陷边界控洼断裂已发育形成,长兴岛断裂、渤东2号断裂北段和渤东3号断裂剧烈活动,都表现为铲式正断层,控制着凹陷的沉积格局,分支断裂较少,此时中央走滑断裂和蓬莱3号走滑断裂表现为板式正断层。强烈断陷期(沙三段沉积期),研究区表现为快速断陷,断裂继承性发育,主要变化为长兴岛断裂和渤东2号断裂北段的活动强度减弱,渤东3号断裂和渤东2号断裂南段活动强度变大,分支断裂开始变多。第一次岩石圈热沉降期(沙一—二段沉积期),断裂活动较为平静,仅渤东2号断裂有微弱性活动,次级断裂不发育。断陷强化期(东营组沉积期),断裂活动重新开始,且活动强度大幅增加,伸展作用达到高峰,其中渤东2号断裂为主控断裂,其活动强度最大,长兴岛断裂和渤东3号断裂次之,中央走滑断裂的断面开始变陡,次级断裂继承性发育。第二次岩石圈热沉降期(馆陶组沉积期),为断陷向坳陷转换的过渡期,断裂活动再次进入平静期,主要表现为伸展活动强度大幅减小,断裂不再控制沉积,而随着走滑剪切作用的逐渐增强,次级断裂数量开始增加。走滑坳陷期(明化镇组—平原组沉积期),研究区处于新构造运动期,右旋走滑作用大幅增强,中央走滑断裂和蓬莱3号走滑断裂表现出典型的走滑性质,走滑作用达到巅峰,次级断裂大量发育,调整了地层的展布格局。

整体而言,渤东凹陷叠合断裂体系的演化具有显著差异。从区域上看,北部断裂演化表现为活动强度“早强晚弱”,中部断裂演化表现为继承性持续发育,而南部断裂演化表现为活动强度“早弱晚强”;从断裂的活动性来看,渤东2号断裂持续活动性最强,主要活动期为沙三段—东营组沉积期;长兴岛断裂次之,主要活动期为孔店组—沙四段沉积期;渤东3号断裂持续活动性最弱,主要活动期为沙三段沉积期。

3.2 演化模式

通过以上分析,进一步将研究区伸展-走滑叠合断裂演化总结为3个阶段:初始断陷阶段、强烈断陷阶段以及走滑坳陷阶段(图 6)。

下载原图 图 6 渤东凹陷伸展-走滑叠合断裂演化模式 Fig. 6 Evolution model of extensional and strike-slip superimposed faults in Bodong Sag

(1)初始断陷阶段(孔店组—沙四段沉积期),为燕山运动至喜山运动的过渡期,西太平洋板块对欧亚板块的俯冲方向变为NWW向,加之欧亚板块与向北俯冲的印度板块产生强烈挤压碰撞[5-8],右旋走滑剪切应力场出现在华北地区。该阶段伸展作用较强,板块碰撞产生的剪切作用和地幔上冲产生的伸展作用相互叠加,NE向为主控断裂,活动剧烈;NNW向为优势伸展方向,凹陷以一系列NE向展布的箕状半地堑形式呈现;NNE向断裂活动较弱,而NW向先存断裂活化,切割凹陷。该时期南北分区特征明显,表现为“北强南弱、东强西弱”(图 6a)。

(2)强烈断陷阶段(沙三段—东营组沉积期),为喜山运动早期,沙三段沉积期,西太平洋板块俯冲方向变为NWW向[21],NWW向为优势伸展方向;主控断裂为NNE向,活动剧烈,一系列箕状半地堑从NE向转变为NNE向,断裂转换至右旋的过程基本结束;NE向和NW向走滑作用强度及其活动性减弱。该时期由于印度板块与扩张的日本海碰撞挤压[2-6],郯庐断裂带右旋走滑增强,区内伸展断裂体系被NNE向走滑断裂叠加活动改造,断裂活动性整体明显增强,NNE向伸展断裂活动显著,且持续控洼;NWW向伸展作用强度持续增加;NE向伸展断裂活动不明显;NW向断裂几乎停止活动,但走滑作用有所增强,发育少量次级断裂,在平面上呈NE向雁列状展布于主走滑带两侧。该时期断裂活动性表现为“南强北弱、西强东弱”(图 6b)。

(3)走滑坳陷阶段(馆陶组—平原组沉积期),为喜山运动晚期,馆陶组沉积期为岩石圈热沉降期,伸展断裂系统基本停止活动,右旋走滑作用不明显,次级断裂发育较少。该时期发育NNE向和NW向2组共轭走滑系统,浅层走滑次级断裂密集发育,在平面上呈一系列近EW向、NE向雁列状展布于主走滑带,调整地层展布格局,渤东凹陷和渤中凹陷以单斜坡西倾形式连为一体,走滑强度表现为南强北弱、西强东弱(图 6c)。

综上所述,渤东凹陷伸展-走滑叠合断裂演化规律为,初始断陷阶段NNE—NE向强伸展与弱走滑叠合,NE向强伸展-弱走滑断裂为主控,NW向断裂活化,分割凹陷;强烈断陷阶段NNE—NE向强伸展与弱走滑叠合,NNE向强伸展-弱走滑断裂为主控,NW向断裂活动减弱或停止;走滑坳陷阶段NNE向强走滑与弱伸展叠合,断裂不控制沉积,主要表现为对地层展布的调整作用。

4 伸展-走滑叠合断裂控藏效应

断裂的差异演化过程控制着沉积充填与油气聚集成藏过程,而伸展-走滑叠合断裂的控藏效应更复杂[22-25]。勘探实践表明,郯庐断裂带上已发现的油气占渤海海域油气总发现的70% 以上,可见断裂发育与油气成藏关系密切[26-29]。以渤东凹陷伸展- 走滑叠合断裂演化为主线,重点探讨断裂对烃源岩、圈闭以及油气运聚的控制作用。

4.1 控制烃源岩展布与规模

渤东凹陷发育沙四上亚段、沙三段、沙一—二段和东三段4套烃源岩,早期强伸展-弱走滑断裂控制了有效烃源岩的展布范围与规模。NNE向渤东2号断裂、NE向长兴岛断裂和NE向渤东3号断裂作为凹陷的边界断裂控制沉积格局。

沙四上亚段沉积期,NE向伸展断裂剧烈活动,平面上烃源岩主要呈NE向展布,整体表现为东北部厚、西南部薄,最大厚度约750 m(图 7a)。沙三段沉积期,NNE向伸展断裂剧烈活动,烃源岩主要呈NNE向展布,整体表现为西南部厚、东北部薄,厚度最大可达1 200 m(图 7b)。沙一—二段沉积期,NNE向伸展断裂依旧为主控断裂,且NE向伸展断裂活动进一步减弱,平面上烃源岩呈NNE向展布,整体表现为“西厚东薄”,且开始出现东西分带特征,厚度最大可达550 m,该套烃源岩厚度最小(图 7c)。东三段沉积期,NNE向伸展断裂控凹作用更加明显,同时NE向伸展断裂和NW向伸展断裂的控制作用进一步减弱,平面上烃源岩呈NNE向展布,表现为西南部厚、东北部薄,东西分带特征明显,厚度最大可达2 150 m,该套烃源岩厚度最大,该时期继承了沙一—二段的沉积格局,主要变化为沉积中心由西部转移到西南部(图 7d)。

下载原图 图 7 渤东凹陷新生界不同烃源岩层厚度展布特征 注:F1. 中央走滑断裂;F2. 渤东2号断裂;F3. 长兴岛断裂;F4. 渤东3号断裂;F7. 蓬莱3号走滑断裂;F8. 断阶1号断裂;F9. 断阶2号断裂;F10. 断阶3号断裂;F11. 断阶4号断裂;F12. 断阶5号断裂;F13. 断阶6号断裂。 Fig. 7 Thickness distribution of different Cenozoic source rocks in Bodong Sag

纵向上,东三段烃源岩规模最大,为主力烃源岩层,沙三段次之,沙四上亚段与沙一—二段烃源岩规模较小;平面上,渤东凹陷北部烃源岩规模较小,且主要发育在新生代早期,而中部、南部烃源岩规模均较大,主要发育在新生代中—晚期;沙四上亚段—东三段烃源岩的发育表现出由东北向西南迁移的特征,与控洼断裂活动强度的演化规律一致。此外,沙三段和沙四上亚段烃源岩分布相对分散,沙一—二段和东三段烃源岩分布相对集中,这与NW向断裂的切割作用密切相关,且与NW向断裂活动性早期强、晚期弱的特征相吻合。

4.2 控制圈闭类型与发育时间

研究区断裂体系发育,具有多种构造及相关圈闭,包括断块圈闭、断鼻圈闭、断背斜圈闭、断块潜山圈闭、地层超覆圈闭、地层不整合圈闭以及断层-岩性圈闭等。断裂对圈闭具有控制作用,主要表现为断裂的发育演化控制着圈闭的类型、展布及发育时间。

受断裂配置差异影响,在研究区不同部位发育不同类型的圈闭(图 8)。在凸起部位,即大型边界控洼断裂附近,主要发育断块潜山圈闭、断块圈闭和堑垒叠置型圈闭;在凹陷内部,发育走滑断裂带,圈闭类型较多,主要有断块圈闭、断鼻圈闭、半背斜圈闭、断背斜圈闭和堑垒叠置型圈闭;在斜坡部位,发育同向或反向断阶带,主要有地层超覆圈闭、地层不整合圈闭和地层-岩性圈闭。同时,断裂也决定着圈闭的展布方位,对盖层中发育的圈闭尤为明显,渤东凹陷无论是凸起带、凹陷带还是斜坡带上发育的盖层圈闭,其展布方向与断裂的走向都近乎一致。

下载原图 图 8 渤东凹陷圈闭类型及油气运移剖面示意图(剖面位置见图 1 注:①. 断块圈闭;②. 断鼻圈闭;③. 半背斜圈闭;④. 断背斜圈闭;⑤. 断块-古潜山圈闭;⑥. 堑垒叠置圈闭;⑦. 断层-岩性圈闭;⑧. 地层超覆圈闭;⑨. 地层不整合圈闭。 Fig. 8 Schematic diagram of hydrocarbon migration profile and trap types in Bodong Sag

在时间尺度上,研究区伸展-走滑叠合断裂的演化过程影响着不同类型圈闭的发育。古近纪强伸展断陷阶段,在凸起部位和斜坡带形成了一系列断块潜山圈闭、扭动背斜圈闭、断块圈闭、断鼻圈闭等,在东北部斜坡部位发育地层不整合圈闭、地层超覆圈闭和断层-岩性圈闭。新近纪—第四纪强走滑阶段是渤东凹陷构造圈闭的主要形成期,强烈的右旋走滑扭动形成了大量圈闭,在凸起带和斜坡部位形成了一系列半背斜圈闭、断背斜圈闭、断块圈闭和断鼻圈闭,在凹陷内部形成了一系列张扭断背斜圈闭和堑垒叠置型圈闭。

4.3 控制油气运聚指向与富集规模

渤东凹陷主力烃源岩层都分布在古近系,但最终却在新近系成藏,足以证明油气运移的重要性[30-31]。研究区断裂体系极为发育,是油气运移的主要通道,其对油气运聚的控制主要表现为断层-地层的组合关系控制着油气运聚指向,油源断裂的展布与活动强度控制着油气垂向运移的富集部位。此外,与强伸展-弱走滑断裂相比,强走滑-弱伸展断裂的断面更陡且次级断裂发育更密集,因此其垂向运移效果也更佳。

4.3.1 断层-地层的组合关系控制油气运聚指向

油源断裂是指连接源岩和目的层,且在油气成藏期内活动的断裂。油气沿油源断裂从古近系运移至新近系后,在断裂两盘储层中的流向完全不同。按照研究区油源断裂与上、下盘地层产状的组合关系,可将断层-地层组合关系分为正向正断式、反向正断式、屋脊式和反屋脊式4种类型[31]图 9)。正向正断式的主要特征为上升盘地层向油源断裂下倾,下降盘地层向油源断裂上抬,油气主要向上升盘储层运移并富集,下降盘储层为水层;反向正断式的特征与正向正断式特征相反,油气富集在下降盘,上升盘储层为水层;反屋脊式表现为上升盘和下降盘地层中均能富集油气;屋脊式则表现为上升盘和下降盘地层中油气均不富集。统计发现,长兴岛断裂主要为反向正断式,渤东2号断裂主要为反向正断式和屋脊式,渤东3号断裂和发育在东部斜坡部位的断阶带则主要为正向正断式和反屋脊式。因此,东部斜坡带是油气运聚的有利区域。

下载原图 图 9 渤东凹陷地层-断层组合关系(据文献[30]修改) Fig. 9 Assemblage relationship between strata and faults in Bodong Sag
4.3.2 油源断裂的展布与活动强度控制油气垂向运移的富集部位

NNE向渤东2号断裂、NE向渤东3号断裂、NE向长兴岛断裂和NNE向中央走滑断裂都是大型油源断裂,断面陡、断开层位多,且长期继承性活动,为油气运移提供了天然通道。油源断裂的活动期与烃源岩生排烃期的耦合关系是油气运移的关键。渤东凹陷排烃高峰期为中新世至今,而该时期正处于新构造运动期,两者具有极佳的耦合关系[32-33],在拉张与剪切叠合的作用下,断裂体系发育,油源断裂持续活动,活动强度越大,油气的垂向运移效率就越高,将深层油气源源不断地运向浅层,最终在合适的圈闭中聚集成藏。

以渤东凹陷南部凸起部位P3井和L5井为例,P3井和L5井分别位于渤东2号断裂下盘、渤东3号断裂下盘的低凸起上,均属于油气运移低势区,然而这2口井在东一段、东二段、馆陶组和明化镇组均钻遇了油层,其中L5井的油层厚度达27.2 m。分析认为,控凹断裂在古近纪沉积了巨厚的东三段优质烃源岩,在新近纪—第四纪强烈走滑作用影响下,次级断裂发育且活动性较强,充当有利的油源断裂,将油气垂向运移至浅层圈闭成藏,这也证明了规模性油气藏的分布往往与油源断裂的展布和活动性高度吻合。

综上所述,渤东凹陷伸展-走滑叠合断裂的控藏特征为“早期伸展控源、晚期走滑控运、多期叠加控圈”。

5 结论

(1)渤东凹陷新生代广泛发育以NNE向为主干、NE向为派生、NW向为叠加的伸展-走滑叠合断裂,这些断裂菱形交错控制着凹陷的构造格局,可划分为强伸展-弱走滑断裂和强走滑-弱伸展断裂,前者主要分布在古近系,断裂发育大而稀,后者主要分布在新近系—第四系,断裂发育小而密;断裂活动性和断裂样式存在明显的南北分段差异。

(2)渤东凹陷伸展-走滑叠合断裂演化可细分为6个期次,演化过程分区差异明显,北部表现为“早强晚弱”,中部表现为继承性持续发育,南部表现为“早弱晚强”。其时空差异演化模式分为初始断陷、强烈断陷和走滑坳陷3个阶段,初始断陷阶段为NNE—NE向强伸展与弱走滑叠合,NE向强伸展-弱走滑断裂为主控,NW向先存断裂活化,分割凹陷;强烈断陷阶段为NNE—NE向强伸展与弱走滑叠合,NNE向强伸展-弱走滑断裂变为主控,NW向断裂活动减弱或停止;走滑坳陷阶段为NNE向强走滑与弱伸展叠合,断裂不控制沉积,主要表现为对地层展布的调整作用。

(3)渤东凹陷伸展-走滑叠合断裂的发育演化与油气成藏密切相关,主要表现为早期强伸展-弱走滑断裂控制了有效烃源岩的展布范围与规模;断裂的多期叠加演化控制圈闭的类型、展布及发育时间;断层-地层的组合关系控制着油气运聚指向,油源断裂的展布与活动强度控制了油气垂向运移的富集部位。

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