随着油气勘探的不断深入，断层相关褶皱在含油气盆地油气成藏中的作用日益显著(Hamblin，1965；Suppe，1983；何登发等，2005)，然而，断层位移褶皱作为伸展盆地中一种常见的断层相关褶皱类型，其相关研究相对较少.所谓断层位移褶皱，是指断层或断层之间沿走向位移量变化导致附近地层不规则变形形成的褶皱(Schlische，1995；汪新文，2008).断层生长主要存在4种模式，分别为最大位移与长度比固定模式、最大位移与长度比递增模式、长度不变模式以及断层分段生长连接模式(Kim and Sanderson, 2005).一般情况下，分段生长断层会经历孤立生长阶段、“软连接”阶段和“硬连接”阶段，每个阶段断层位移变化和地层变形特征差异会导致不同类型构造变换带的形成(Peacock and Sanderson, 1991；Walsh and Watterson, 1991；Faulds and Varga, 1998)，这些构造变换带就包括断层位移褶皱.根据断层生长模式和不同生长阶段断层位移的变化特征可以将断层位移褶皱分为孤立断层位移褶皱、“软连接”断层位移褶皱和“硬连接”断层位移褶皱.对于断层位移褶皱在油气勘探中的作用，前人也曾做过探讨，主要包括该类褶皱对烃灶分布(付晓飞等，2016)，沉积砂体展布(Faulds and Varga, 1998；孙思敏等，2016)以及油气运移(周心怀等，2008)的控制作用等方面研究，但关于断层位移褶皱的识别及相关油气圈闭构造的研究尚未见详细报导，尤其是在简单斜坡油气勘探中，简单斜坡是构造活动相对较弱的构造区带，地层弯曲程度低，断裂密度较小，断层位移变化特征受外界因素影响较小，主要受断层自身性质影响，断层位移褶皱作用更为明显.以往研究认为简单斜坡区圈闭类型以地层圈闭、岩性圈闭和构造-岩性圈闭为主(李火车等，2001；付晓飞等，2006)，而忽略了断层位移褶皱相关圈闭对油气聚集的影响.基于此，笔者在前人研究的基础上，明确各类型断层位移褶皱形成机制及其识别方法，对简单斜坡断层位移褶皱相关圈闭构造与实际油藏分布位置的耦合进行研究，对于丰富断层相关褶皱理论及断层型圈闭的成因具有重要的理论意义，同时，可以为油田勘探开发提供理论依据和方法指导.

文安斜坡位于霸县凹陷东部，是东抬西倾的沉积斜坡，整体呈北北东向展布，属于典型的简单斜坡(高长海等，2014).该斜坡新生代主要经历了三期断裂活动(胡望水等，2010)，受断裂控制，斜坡中南部发育史各庄鼻状构造带和长丰镇-议论堡鼻状构造带，其中中部史各庄鼻状构造带内主要发育斜列展布的北东东向断层，南部长丰镇-议论堡鼻状构造带内则以平行排列的北东向断层为主(图 1).文安斜坡成藏条件优越，油气主要来自西侧紧邻的霸县洼槽、马西洼槽和鄚州洼槽沙三段和沙一段烃源岩(赵贤正等，2016)，史各庄鼻状构造和长丰镇-议论堡鼻状构造作为主要的油气聚集带面向生油洼陷，是油气运移的主要指向(郭凯等，2015).

图 1

Figure 1

图 1 文安斜坡地质概况(a)及剖面形态(b) Figure 1 Geology situation(a) and sectional shape(b) of Wen'an slope

目前为止，文安油田已发现油藏主要分布在鼻状构造带内，其中南部长丰镇-议论堡鼻状构造带油气主要分布在王仙庄断层附近沙二段地层，中部史各庄鼻状构造带油气主要富集在SGZ₁、SSGZ₂和SSGZ₃三条断层附近沙一段地层.油气分布受断层圈闭控制作用明显，油气勘探结果显示：斜坡南部发育马西断层、梁召断层和王仙庄断层3条大断层，其中王仙庄断层距离油源距离最远，但圈闭最发育，油气也最为富集，距离油源较近的马西断层和梁召断层圈闭发育程度差，油气富集较少.前人研究认为断鼻圈闭的发育是该地区油气差异富集的重要因素(张博为等，2017)，但关于该类圈闭的成因机制和识别方法未做具体分析，因此，深入剖析此类圈闭的形成机制与识别方法，对于油藏预测具有重要的指导意义.

研究表明，断层在孤立生长阶段具有中部位移大，向端部逐渐减小至零的特征(Rippon，1985)，这种情况下，断层下降盘地层下降幅度沿断层走向由断层中部向两侧逐渐减小，形成轴向垂直于断层走向的横向向斜构造.而受重力均衡作用(Schlische，1995)，即断层下降盘下降幅度越大，相应上升盘上升幅度也越大，相应在断层上升盘地层发生掀斜翘倾形成轴向垂直于断层走向的横向背斜构造.孤立断层这种位移变化特征导致附近地层变形形成的皱褶称为孤立断层位移褶皱，褶皱轴向垂直于断层走向，属于横向褶皱(图 2a).

图 2

Figure 2

图 2 断层位移褶皱模式图 Figure 2 Type model of fault-displacement folds

随着断层的生长，两条原本孤立的断层之间虽然不直接连接，但在运动学上相互影响，通过断层之间地层变形来完成位移的传递，这种断层相互作用方式称为“软连接”(Walsh and Watterson, 1991).断层“软连接”阶段可以形成多种类型的变换构造，根据断层间倾向及叠覆段位移变化特征可以将这些变换构造划分为同向叠覆的走向斜坡、背向叠覆的地垒凸起和对向叠覆的斜向背斜3种类型(Morley et al., 1990)，仅对向叠覆的斜向背斜具备褶皱形成的基本要素，因此斜向背斜构造属于“软连接”断层位移褶皱(图 2b)，也称为变换带褶皱(Faulds and Varga, 1998).对向叠覆的2条断层在端点处位移量最小，向断层中部位移量逐渐增大，因此可以形成以2条断层端点连线为轴向的斜向背斜构造，其轴向与断层走向通常在22.5°~67.5°之间，属于斜向褶皱(Janecke et al., 1998).这种在断层“软连接”阶段位移变化引起地层变形形成的褶皱称为“软连接”断层位移褶皱.

断层“硬连接”是指一条断层与另一条断层通过分叉线相交，断层间的位移可以直接传递和转换(Walsh and Watterson, 1991).多条断层“硬连接”为一条断层，其连接位置断层位移量最小，沿断层走向形成了多个位移最大区和最小区(Peacock，2002；张军龙等，2009).由于正断层“硬连接”这种位移分布特征，在断层上盘和下盘发育多个横向背斜和横向向斜构造，并表现出正玄式分布特征(图 2c).在断层下降盘相互连接的位置(分段生长点)附近形成横向背斜构造，各断层段中部位移最大的位置形成横向向斜构造；而断层上升盘各断层段中部位移最大位置附近形成横向背斜构造，断层相互连接的位置(分段生长点)附近形成横向向斜构造.这种在断层“硬连接”阶段，断层位移变化导致附近地层变形形成的褶皱称为“硬连接”断层位移褶皱，褶皱轴向与断层走向垂直，属横向褶皱.

断层不同生长阶段特有的位移变化特征形成不同类型的断层位移褶皱，其发育部位与断层位移变化密切相关，确定断层分段生长部位及其生长阶段是识别断层位移褶皱的关键.

关于断层分段生长点的识别存在多种方法，其中以位移-距离曲线、断层面断距等值线和断面埋深等值线应用最为广泛，位移距离曲线存在低值区、断面断距等值线出现“鞍部”以及断面埋深等值线出现隆起区均代表断层为分段生长断层，该位置为断层分段生长部位(Peacock and Sanderson, 1994；付晓飞等，2015).由于断层位移与断距之间存在线性关系，也可以应用断距-距离曲线对断层的分段性进行定量表征.

在已有三维地震数据基础上确定断层断距，并应用断距-距离曲线方法对文安斜坡中南部文安油田主要含油区块内4条主要断层分段生长特征进行研究，其中王仙庄断层和SSGZ₁断层均为典型的分段生长断层，王仙庄断层发育4个分段生长点表现为5段式生长特征(图 3a)，SSGZ₂断层在L2600测线附近发育1个分段生长点，具有2段式生长特征(图 3b).对向叠覆的SSGZ₃断层和SSGZ₄断层断距具有向叠覆区端点处减小的特征，叠覆段位于L2500测线附近(图 3c).

图 3

Figure 3

图 3 文安斜坡断层断距-距离曲线 Figure 3 The fault displacement-distance curve of Wen'an slope

断层不同的生长阶段形成的断层位移褶皱类型存在差异，为了准确判别断层分段生长阶段，综合国内外学者已公开发表的模拟实验数据、野外地质观测以及数值统计分析的相关断层数据(Soliva and Benedicto, 2004；Acocella et al., 2005；Soliva et al., 2008；王海学等，2014)，建立了基于断层系总长度Lt与离距S以及转换位移D和离距S两组参数的比值关系来定量判别断层分段生长阶段(王海学等，2014)(图 4)，其中转换位移D指的是叠覆段中心处2条断层位移之和，离距S指的是叠覆段中心处2条断层的垂直距离，其具体数值可以通过沿层相干切片获得.对于非共线未叠覆的两条断层，当Lt/S值大于14时，两条断层处于相互作用阶段，当比值小于14时，两条断层未发生相互作用，处于孤立成核阶段.对于开始相互作用的两条断层，当D/S大于1时，断层处于“硬连接”阶段，具备形成“硬连接”断层位移褶皱的条件，当D/S小于1时，断层处于“软连接”阶段，此时若断层对向叠覆，则可以形成“软连接”断层位移褶皱.

图 4

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图 4 断层分段生长阶段定量判别标准(据王海学等修改，2014) Figure 4 The quantitative discrimination criterion of fault segmentation growth stage

由文安斜坡中南部断层平面分布形态可以看出，王仙庄断层和SSGZ₁断层处于相互作用阶段，对向叠覆的SSGZ₂断层和SSGZ₃断层之间处于相互作用阶段或孤立断层阶段.由于人工地震解释存在较大的主观因素以及断裂位置和组合方式的不确定性(王海学等，2014)，通过沿层相干切片能够更客观、准确地落实断层的组合及搭接关系，可以有效识别断裂的平面形态(图 5)，并通过断层分段生长阶段定量判别标准判断断层生长阶段(表 1)，结果表明：王仙庄断层4个分段生长部位均处于“硬连接”阶段，SSGZ₁断层也处于“硬连接”阶段.对向叠覆的SSGZ₂断层和SSGZ₃断层Lt与S比值为17.1，两条断层之间已经开始相互作用，处于“软连接”阶段.

图 5

Figure 5

图 5 T4反射层沿层相干切片 Figure 5 The coherence slice along T4 reflecting layer

表 1 (Table 1)

表 1 文安斜坡断裂转换位移与离距关系 Table 1 The relationship between separation and relay displacement of fault in Wen'an slope

表 1 文安斜坡断裂转换位移与离距关系 Table 1 The relationship between separation and relay displacement of fault in Wen'an slope

油气勘探实践表明：背斜是重要的油气圈闭构造，断层位移褶皱在一定遮挡条件下能够形成多种类型的圈闭，包括断背斜圈闭、断鼻圈闭以及上超、砂体尖灭等岩性圈闭.本次研究所讨论的圈闭类型为断层遮挡条件下形成的圈闭.

根据断层倾向与砂体倾向在剖面上的配置关系可以将断裂砂体配置关系分为四种类型，即顺向断层、反向断层、“屋脊式”断层和反“屋脊式”断层(付广等，2014).当断裂作为圈闭遮挡条件时，根据断层位移背斜发育部位与上倾方向断层遮挡关系可知：顺向断层圈闭发育在断层上盘分段生长点附近；反向断层圈闭发育在断层下盘分段生长点之间断距最大位置附近；“屋脊式”断层圈闭发育在上盘分段生长点处和下盘分段生长点间断距最大位置附近，沿断层走向呈正弦曲线式分布；反“屋脊式”断层形成的断层位移褶皱在上倾方向无断裂遮挡，不能形成有效的圈闭(图 6).

图 6

Figure 6

图 6 “硬连接”断层位移褶皱相关圈闭模式图 Figure 6 The model of traps related with "hard-lingkage" fault displacement folds

王仙庄断层倾向与地层倾向相同，属于典型的顺向断层，根据“硬连接”断层位移褶皱形成机制，在平行于断层走向的地震剖面上断层上盘分段生长点处均能够形成轴向垂直于王仙庄断层的“硬连接”断层位移背斜(图 7a)，这些背斜构造在上倾方向受王仙庄断层遮挡形成圈闭.文安斜坡南部议论堡地区文117油藏、文121油藏、文86油藏和文6油藏分别位于L1182、L1438、L1534和L1646测线处此类圈闭内(图 7b).

图 7

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图 7 王仙庄断层位移褶皱形态及与油气分布 Figure 7 Wangxianzhuang fault-displacement fold morphology and the relationship with oil-gas distribution

SSGZ₁断层倾向与地层倾向相反，属于典型的反向断层，在平行断层走向地震剖面上断层下盘分段生长点两侧断距高值区能够形成“硬连接”断层位移背斜(图 8a)，此类断层位移背斜受SSGZ₁断层遮挡在其下降盘能够形成断层遮挡型断鼻圈闭.文20油藏和文63油藏分别位于L2600测线分段生长点两侧此类圈闭内(图 8b).

图 8

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图 8 SSGZ1断层位移褶皱与油气分布 Figure 8 SSGZ1 fault displacement fold morphology and the relationship with oil-gas distribution

SSGZ₂断层和SSGZ₃断层叠覆段D/S值偏低，可能是因为这两条断层间一系列断层的存在吸收部分位移导致转换位移D值偏低而离距S不变造成的，但不影响对向叠覆的SSGZ₂断层和SSGZ₃断层形成以两条断层叠覆区端点连线为轴向的斜向背斜构造，根据该类断层位移褶皱形成机制，在垂直于两条断层端点连线的地震剖面上才能表现出褶皱的真实形态(图 9a)，该斜向背斜是史各庄鼻状构造带主要的含油气构造，同时，在两条断层相互作用部位应力集中，裂缝发育程度较高，有利于油气在此处聚集成藏，文64油藏和文47油藏位于该斜向背斜形圈闭内(图 9b).

图 9

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图 9 SSGZ2-SSGZ3断层位移褶皱形态及与油气分布 Figure 9 SSGZ2-SSGZ3 fault displacement fold morphology and the relationship with oil-gas distribution

文安油田位于文安斜坡中南部，其钻探工作始于1975年，沙河街组地层累计探明储量达1200万吨，共17个含油区块.多数油气储量圈闭均位于断层位移褶皱相关圈闭内，主要包括“硬连接”断层位移褶皱相关圈闭和“软连接”断层位移褶皱相关圈闭.其中，“硬连接”断层位移褶皱相关圈闭油气聚集最多，包括文117、文121、文86和文20等区块均位于该类褶皱相关圈闭内，累积可采储量达到510万吨.其次“软连接”断层位移褶皱相关圈闭油气聚集较多，文64和文47区块位于该类褶皱相关圈闭内，累积可采储量达136万吨.

断层位移褶皱相关圈闭内可采储量占沙河街组地层总储量的50%以上，可见断层位移褶皱相关圈闭在文安油田油气勘探中的重要作用，这也说明了文安斜坡断层位移褶皱发育的部位是有利的油气勘探区带.以往对于文安斜坡这类简单斜坡的勘探多集中于寻找地层圈闭、岩性圈闭和断层岩性圈闭，而忽略断层位移褶皱相关圈闭构造，从技术层面来看，关于断层位移褶皱相关圈闭的识别难度要比发现岩性圈闭的难度小得多.相对来说，断层位移褶皱相关圈闭作为有利勘探目标在未来油气勘探中应该受到足够重视.

断层位移褶皱是简单斜坡中一种常见的断层相关褶皱类型，根据断层的不同生长阶段位移变化的差异性将断层位移褶皱划分为孤立断层位移褶皱、“软连接”断层位移褶皱和“硬连接”断层位移褶皱.孤立断层位移褶皱和“硬连接”断层位移褶皱属于横向褶皱，而“软连接”断层位移褶皱属于斜向褶皱.

断层分段性和断层分段生长阶段的定量表征可以有效识别断层位移褶皱类型及其发育部位，文安斜坡中南部王仙庄断层和SSGZ₁断层均为处于“硬连接”阶段的分段生长断层，形成“硬连接”断层位移褶皱，对向叠覆的SSGZ₂断层和SSGZ₃断层处于相互作用的“软连接”阶段，形成“软连接”断层位移褶皱.

断层位移褶皱相关圈闭作为简单斜坡内重要的圈闭类型，是文安斜坡中南部沙河街组地层主要含油气圈闭，控制油气主要聚集在王仙庄断层和SSGZ₁断层发育的“硬连接”断层位移背斜内以及SSGZ₂断层和SSGZ₃断层相互作用共同发育的斜向背斜内，断层位移褶皱内的可采储量达总可采储量的50%以上.

简单斜坡油气勘探不应局限在地层和岩性圈闭上，断层位移褶皱相关圈闭作为重要的含油气圈闭类型可以作为简单斜坡区有利的勘探目标.