柴永波，李偉，劉超，王光增，徐珂

（1.中海石油（中國）天津分公司，天津 300452；2.中國石油大學(xué)（華東）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580）

0 引言

渤海海域油氣資源豐富，其油氣勘探前景備受關(guān)注[1-7]，但古近紀(jì)斷裂體系復(fù)雜，單從幾何學(xué)特征描述不夠全面[8-9]，可以從運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)特征對斷裂體系的動態(tài)發(fā)育過程進(jìn)行研究。文中結(jié)合渤海海域現(xiàn)有的烴源巖資料[10-11]，探討渤海海域斷裂活動對烴源巖的控制作用，為在進(jìn)一步研究斷裂體系的基礎(chǔ)上預(yù)測優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育的有利區(qū)帶提供了新的方法思路和理論依據(jù)[12]。

羅群等在1998年提出了“斷裂控?zé)N”的概念，認(rèn)為“斷裂是控制油氣生成、運(yùn)移、聚集、保存和分布的根本原因”，并把能控制烴源巖形成、演化和分布的斷裂定義為控源斷裂[13]。在此基礎(chǔ)上，許多學(xué)者關(guān)于渤海海域斷裂活動對烴源巖的控制作用做了相關(guān)研究[14-19]，但范圍僅局限于郯廬斷裂等單一斷裂或者渤中凹陷等單一凹陷，缺乏相關(guān)因素具體的差異性對比，因此有必要具體深入地結(jié)合斷裂活動特征和烴源巖各要素，依照渤海海域同一凹陷不同層段，同一層段不同凹陷，以及同一層段不同盆地類型按照一定的順序進(jìn)行差異性對比，直觀、明確地顯示渤海海域斷裂活動對烴源巖的控制作用，進(jìn)一步豐富斷裂控?zé)N的規(guī)律性研究。

1 渤海海域古近紀(jì)斷裂活動特征

渤海海域位于渤海灣盆地東側(cè)的中部，在郯廬斷裂和滄東斷裂之間，海域面積約4.2×104km2[1]。其中含有黃驊坳陷東緣、埕寧隆起北緣、濟(jì)陽坳陷東北緣、渤中坳陷和下遼河坳陷的西南部分等5個一級構(gòu)造單元，坳陷內(nèi)分布有多個凸起和凹陷構(gòu)造單元[2]（見圖1）。

圖1 渤海海域構(gòu)造單元區(qū)劃及測線位置

為了明確不同構(gòu)造階段的控盆斷裂體系及其發(fā)育強(qiáng)度，選取渤海海域60余條主要斷裂近400個測線點(diǎn)統(tǒng)計斷層落差和斷層活動速率2個參數(shù)，對該區(qū)主要斷層的活動性進(jìn)行定量分析。對不同方向、不同性質(zhì)的控凹斷裂的垂向活動性進(jìn)行分析，認(rèn)為渤海海域主要發(fā)育4個方向的主干斷裂，即NNE—SSW向、NE—SW向、NW—SE向和近EW向；從不同方向斷裂的平均斷層活動速率統(tǒng)計中發(fā)現(xiàn)，整體上斷裂多在Ek—Es4期開始活動，且在Es3期活動達(dá)到峰值，隨后垂向活動逐漸減弱，但NNE—SSW向主干斷裂在Ed期相對于Es2+Es1期垂向活動性有所增強(qiáng)。

古近紀(jì)各地質(zhì)階段的斷裂體系具有繼承性活動的特點(diǎn)，但各時期活動斷裂體系又存在差異[20]。 1）Ek—Es4期為主干斷層形成初期。渤中西部、渤西地區(qū)近EW和NW向斷裂部分活動，但垂向活動性較強(qiáng)；東部NNE向斷裂普遍活動，但活動性較弱，活動速率多低于50 m/Ma。2）Es3期為渤海海域各斷裂古近紀(jì)垂向活動性最強(qiáng)的時期。斷層普遍垂向活動，整體上，近EW和NW向斷裂垂向活動速率普遍大于150 m/Ma，仍強(qiáng)于NNE和NE向斷裂（活動速率一般小于150 m/Ma）。 3）Es2—Ed期整個斷裂體系與前期具有繼承性，但活動強(qiáng)度有所差異。與Es3相比，整體上斷裂垂向活動性都減弱，且各方向斷裂垂向活動強(qiáng)度相近，活動速率一般小于等于50 m/Ma，次級斷裂普遍活動。

2 斷裂活動控制下烴源巖的發(fā)育和展布

邱楠生等2010年對渤海海域源巖發(fā)育和分布特征進(jìn)行了比較詳盡的評價和預(yù)測，認(rèn)為該區(qū)主要分布東二段與東三段、沙二段與沙一段、沙三段及孔店組與沙四段等4套烴源巖[21]。在此基礎(chǔ)上，筆者補(bǔ)充探井巖性和石油地化資料120余口，并查閱相關(guān)文獻(xiàn)對圖件進(jìn)行修改和校正，得出了更準(zhǔn)確的渤海海域暗色泥巖厚度及有機(jī)質(zhì)豐度、類型和成熟度的展布規(guī)律。

2.1 Ek—Es4段

該段發(fā)育的泥巖為潛在的烴源巖，但僅有其厚度數(shù)據(jù)，暗色泥巖出現(xiàn)在渤中凹陷的周緣地區(qū)，如遼東灣、歧口、萊州灣地區(qū)，這些都是伴隨主干斷裂活動發(fā)生裂陷作用的地區(qū)。

2.2 Es3段

該段對應(yīng)的地質(zhì)時期內(nèi)，斷裂活動最強(qiáng)且活動持續(xù)時間較長，接受深湖或半深湖相沉積，氣候潮濕，物源和水供應(yīng)充足，發(fā)育了富含藻類的腐泥型（Ⅱ1和Ⅱ2型為主）有機(jī)質(zhì)較高的暗色泥巖 （最厚可達(dá)800 m以上），是渤海海域的主力烴源巖。各局限深洼有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高。其中：沿張家口—蓬萊斷裂最高，呈長條狀沿斷裂NW向分布，有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高可達(dá)4.0%；遼東灣有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對較低，最高3.0%，且分布局限。有機(jī)質(zhì)沿以上斷裂呈條帶狀發(fā)育。其中：以窄長型湖盆發(fā)育最好，如遼東灣坳陷，多以Ⅱ1和Ⅰ型為主；寬泛湖盆如渤中凹陷，緊鄰斷裂處，發(fā)育較好；而其余區(qū)域則以Ⅱ2型為主。

2.3 Es2—Es1段

有機(jī)質(zhì)的沉積和保存受氣候和斷裂雙重作用影響，且受斷裂活動作用影響明顯。由于斷裂活動性減弱，有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)高值區(qū)（3.0%～3.5%）與沙三段相比明顯減??；由于近EW向和NW向斷裂活動性較強(qiáng)，故有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)高值區(qū)多集中在郯廬斷裂西側(cè)的NW或近EW向斷裂附近，與斷裂近平行展布。有機(jī)質(zhì)類型與沙三段類似，依然沿郯廬斷裂和張家口—蓬萊斷裂呈條帶狀發(fā)育，只是局部范圍Ⅱ1型進(jìn)一步擴(kuò)大，如渤中凹陷，其余凹陷相差不大。

2.4 Ed段

該段對應(yīng)東營期，受早期NNE向郯廬斷裂右旋走滑—伸展作用加強(qiáng)，以及共軛的NW向張家口—蓬萊斷裂左旋走滑—伸展共同作用影響，暗色泥巖厚度增大（最厚可達(dá)1 400 m），渤中凹陷最發(fā)育，其次為遼東灣坳陷，整體呈NNE向展布。有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)總體較低，局部高值可達(dá)2.5%，遼東灣依然相對較低，且整體向遼中凹陷偏移，局部高值位于遼西凸起內(nèi)部小洼陷。有機(jī)質(zhì)類型與有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)相似：張家口—蓬萊斷裂南支以南以Ⅱ2型為主，往北則以Ⅱ1型為主，緊鄰斷裂處多發(fā)育Ⅰ型；遼東灣地區(qū)，僅遼中凹陷發(fā)育較好，以Ⅱ1型為主，遼西凹陷以Ⅱ2型為主，遼東凹陷則以Ⅲ型為主。該時期由于其厚度較大，構(gòu)成渤海海域第2套主力烴源巖。

就斷裂活動對烴源巖發(fā)育演化的控制作用而言，某一時期的斷裂活動跟現(xiàn)今有機(jī)質(zhì)的成熟度沒有太大聯(lián)系，但斷裂活動引起的區(qū)域沉降和熱作用，對烴源巖的成熟和演化起著重要作用，尤其是斷裂繼承性發(fā)育導(dǎo)致的持續(xù)沉降，持續(xù)沉降作用劇烈的地區(qū)往往成熟度較高[14]。渤海海域自孔店組以來成熟度逐漸減小，并以渤中凹陷為高值向外逐漸遞減，到沙南凹陷附近又有所增加。

3 斷裂活動控制作用的差異性

為了更直觀地顯示斷裂活動與源巖發(fā)育和演化的關(guān)系，對渤海海域典型凹陷不同時期源巖要素進(jìn)行了統(tǒng)計，并與其附近的斷層落差、斷層活動速率及由斷層的長期活動導(dǎo)致的現(xiàn)今構(gòu)造沉降量進(jìn)行對比，來分析控制作用在不同要素間的差異性。

3.1 斷層落差與暗色泥巖厚度

斷層落差控制著斷層上、下盤地層的厚度差，尤其在盆地發(fā)育早期，控凹斷裂的落差就等于地層發(fā)育的厚度。Es2—Ed期為渤海海域的斷坳轉(zhuǎn)換期，通常，凸起上Es2—Es1期地層發(fā)育零星，到東營期地層才基本全部覆蓋。

3.1.1 同一凹陷不同層段

各凹陷斷層落差與源巖厚度有很好的正相關(guān)關(guān)系（見圖2），其中萊州灣凹陷由Es2—Es1到Ed出現(xiàn)了不一致的趨勢，這是由于Es3之后萊州灣凹陷沉積中心由萊北斷裂逐漸轉(zhuǎn)為萊州東支斷裂控制，落差有所減小但暗色泥巖一直在沉積。值得注意的是，單一凹陷斷裂活動僅控制源巖發(fā)育的趨勢，并沒有明確的數(shù)值關(guān)系，因此源巖發(fā)育除受斷裂活動主因素的控制外，還可能與氣候和物源有關(guān)。

圖2 同一凹陷不同層段斷層落差與暗色泥巖厚度對比

3.1.2 不同凹陷同一層段

不同凹陷同一層段斷層落差與暗色泥巖厚度兩者具有很好的正相關(guān)關(guān)系 （見圖3）。南北方向上 （見圖3a），斷層落差和暗色泥巖厚度高值都由萊州灣凹陷向渤中凹陷遷移；東西方向上（見圖3b），渤中凹陷自孔店組—沙四段以來都是高值區(qū)，可見渤中凹陷受NNE向郯廬斷裂和NW向張家口—蓬萊斷裂共軛剪切作用影響明顯，斷裂活動性強(qiáng)且暗色泥巖很發(fā)育。

3.1.3 不同類型盆地同一層段

對于不同類型盆地同一層段而言，雙向斷裂控盆有機(jī)質(zhì)發(fā)育要優(yōu)于單向斷裂控盆，例如：由NNE和NW向共軛走滑斷裂控盆的“斗狀”盆地（渤中凹陷）發(fā)育最好，強(qiáng)烈拉分時期的走滑拉分盆地（萊州灣凹陷）發(fā)育次之。就單向斷裂控盆也有差異性，以NNE向斷裂為主支、NE向斷裂為次支的“帚狀”構(gòu)造體系（渤東凹陷）發(fā)育最差。另外，遼中凹陷為NNE向斷裂控制的“塹壘”構(gòu)造體系，沙南凹陷為NW向早期伸展晚期走滑斷裂控制的盆地（見圖3）。

圖3 不同凹陷同一層段的斷層落差與暗色泥巖厚度

3.2 斷層活動速率與有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)

快速的斷裂活動可以短時間內(nèi)形成欠補(bǔ)償深水湖盆，易于形成還原—半還原環(huán)境，從而利于有機(jī)質(zhì)的富集和保存，斷層活動速率應(yīng)該與有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)具有較好的相關(guān)性。統(tǒng)計結(jié)果表明，斷層活動速率與有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在同一凹陷不同層段、不同凹陷同一層段和不同盆地類型同一層段，均具有同斷層落差與暗色泥巖厚度類似的、很好的正相關(guān)關(guān)系。

從不同凹陷同一層段來看：

1）Es2—Es1時期，盡管斷層活動速率較小，但具有較高的有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，這說明有機(jī)質(zhì)的富集與否，還與其形成時的古氣候和湖泊的生產(chǎn)力以及水介質(zhì)條件有關(guān)。具體原因主要是，Es2干燥的氣候環(huán)境導(dǎo)致湖水咸化，從而在水體不深的情況下有機(jī)質(zhì)得到保存；而Es1則延續(xù)了這種咸化環(huán)境，且濕潤的氣候使藻類含量增高，促成了高的生產(chǎn)力。因而，Es2—Es1期，斷層活動速率與有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系普遍異常。盡管斷層活動速率和有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間的變化趨勢相同，但沒有明顯的數(shù)值比例關(guān)系。

2）Es3—Ed期，東西方向上，有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)高值區(qū)由渤中凹陷轉(zhuǎn)為沙南凹陷，又轉(zhuǎn)回渤中凹陷；南北方向上，則一直集中于渤中凹陷。

3.3 現(xiàn)今構(gòu)造沉降量與源巖成熟度

從同一凹陷不同層段來看，遼中凹陷和渤中凹陷各構(gòu)造層頂面源巖成熟度最高，遼東凹陷最低。從不同凹陷同一層段來看，現(xiàn)今構(gòu)造沉降量與源巖成熟度在東西、南北方向上高值均集中在渤中凹陷。從不同盆地類型同一層段來看，現(xiàn)今構(gòu)造沉降量和源巖成熟度雙向斷裂控盆依然優(yōu)于單向斷裂控盆，就單向斷裂控盆的盆地而言，以NNE為主支、NE向斷裂為側(cè)支的 “帚狀”構(gòu)造體系（渤東凹陷）較好，NNE向控盆的“塹壘”構(gòu)造體系（遼中凹陷）和NW向早期伸展晚期走滑斷裂的盆地（沙南凹陷）相差不大，而以NNE向走滑斷裂控盆的走滑拉分性質(zhì)盆地（萊州灣凹陷）最差。

3.4 控凹斷裂對不同構(gòu)造帶源巖發(fā)育的影響

為了研究在同一層段垂直于控凹斷裂方向 （即同一凹陷同一層段不同構(gòu)造帶）的源巖發(fā)育規(guī)律，選取了5個典型凹陷沙三段不同構(gòu)造帶的源巖各要素進(jìn)行了數(shù)據(jù)統(tǒng)計，并建立了相對應(yīng)的柱狀圖（見圖1、圖4）。由圖4可以看出，不同盆地結(jié)構(gòu)類型各構(gòu)造帶源巖要素的發(fā)育特征相差不大，均表現(xiàn)為由緩坡帶向緊鄰控凹斷裂的洼陷帶源巖各指標(biāo)逐漸變好。其中，雙斷式盆地（渤中凹陷）洼陷帶各要素相比單斷式盆地要好，中央隆起帶各要素比兩側(cè)略差（沙南凹陷（西））。

圖4 不同盆地結(jié)構(gòu)類型各構(gòu)造帶源巖要素發(fā)育特征

以渤南地區(qū)萊州灣凹陷為例，有效烴源巖主要來自Es3下亞段和Es4上亞段暗色泥巖。受基底斷裂萊北斷裂在Ek期的繼承性活動影響，該期斷層落差和斷層活動速率顯示較高值，并且凹陷內(nèi)墾利1號和墾利2號斷裂均有活動，形成了中央隆起帶。由此，預(yù)測萊州灣凹陷內(nèi)中央隆起帶兩側(cè)北部洼陷帶和南部洼陷帶Ek中2亞段可能為烴源巖層，具體位置見圖5。與此類似，黃河口凹陷Ek上1亞段可能為烴源巖層。

圖5 萊州灣凹陷主力烴源巖和預(yù)測烴源巖層位

5 結(jié)束語

分析表明，雖然渤海海域古近紀(jì)烴源巖的發(fā)育是受物源、氣候、火山作用及斷裂活動等多種因素影響的，但斷裂活動與烴源巖的各要素間在同一凹陷不同層段和不同凹陷同一層段表現(xiàn)出很好的正相關(guān)性；從不同盆地類型和同一凹陷不同構(gòu)造帶內(nèi)源巖發(fā)育的差異性對比可以看出，斷裂活動作為主控因素，控制著渤海海域古近紀(jì)烴源巖的發(fā)育和展布。這就為以后深入精細(xì)地研究該地區(qū)斷裂活動特征，并預(yù)測其烴源巖的發(fā)育提供了方法思路和理論依據(jù)。

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