周維維, 王偉鋒, 單晨晨

(1.中國科學院南海海洋研究所中國科學院邊緣海地質(zhì)重點實驗室，廣東廣州 510301;2.中國石油大學地球科學與技術學院，山東青島 266580)

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歧口凹陷隱性斷裂帶特征及其對油氣聚集的控制作用

周維維1, 王偉鋒2, 單晨晨2

(1.中國科學院南海海洋研究所中國科學院邊緣海地質(zhì)重點實驗室，廣東廣州 510301;2.中國石油大學地球科學與技術學院，山東青島 266580)

隱性斷裂帶(斷裂趨勢帶)是指盆地沉積蓋層內(nèi)發(fā)育的弱變形(隱蔽性較強)構造帶,屬于斷裂帶形成演化早、中期階段的產(chǎn)物，由于缺乏明顯的斷裂面(帶)和顯著的位移而難以識別。在對蘇北盆地、渤海灣盆地隱性斷裂帶研究基礎上,于歧口凹陷識別出基底斷裂走滑型隱性斷裂帶,并分析其特征、形成機制、控藏作用等。該斷裂趨勢帶其自南向北可以分3個區(qū)段:南段基底斷裂與蓋層斷裂體系直接連接構成花狀構造;中段古近系的花狀構造終止于沙二段,新近系僅發(fā)生撓曲變形,成為東西側(cè)不同構造單元、南北部不同構造特征的平衡點;北段新近系發(fā)育的花狀構造深部收斂于古近系的重力滑脫斷層,基底斷裂通過影響滑脫斷層控制蓋層斷裂體系。研究結(jié)果表明,古近系基底斷裂扭動作用主要以直接傳遞、調(diào)節(jié)傳遞、間接傳遞等3種方式控制影響蓋層中隱性斷裂帶的形成。深部隱伏斷裂切入基底,有利于熱作用傳遞而促進烴源巖成熟;蓋層中的隱性斷裂帶控制了沉積體系和隱蔽性圈閉的形成和分布;隱性斷裂帶的觀點豐富了構造地質(zhì)學理論，為油氣勘探提供了新認識。

隱性斷裂帶; 基底斷裂活動; 花狀構造; 調(diào)節(jié)構造; 滑脫構造; 油氣成藏

盆地基底先存斷裂走滑活動引起沉積蓋層斷裂的產(chǎn)生過程是:早期發(fā)育弱雁列式裂縫,裂縫密度和規(guī)模擴大;中期主斷裂面(P斷裂)斷續(xù)出現(xiàn),主斷裂面貫通;后期主斷裂面錯動。盆地蓋層斷裂的形成是裂縫稀疏、裂縫密集、裂縫擴大、裂縫貫通的過程[1-3],也是斷裂帶變形由弱到強,主斷面從無到有,由隱性到顯性的過程?，F(xiàn)在能夠識別的斷層絕大多數(shù)屬于顯性斷層,即具有顯著的位移和明顯的斷裂面(帶)。斷裂發(fā)育早、中期的隱性斷裂帶(斷裂趨勢帶)應該是沉積盆地客觀存在的構造現(xiàn)象[4-5]。從成因上分析,隱性斷裂帶是區(qū)域或局部構造應力場、基底斷裂走滑、基底差異升降、地塊(潛山)旋扭等因素影響下在沉積盆地蓋層中產(chǎn)生的弱變形斷裂趨勢帶。隱性斷裂帶是沉積盆地蓋層中普遍存在的一種斷裂構造,屬于斷裂形成演化初期或中期階段的產(chǎn)物,一般沒有明顯的斷裂面,有斷裂面時往往呈線狀斷續(xù)分布，時隱時現(xiàn),斷裂帶與周圍未變形的正常地層呈漸變過渡關系,一般通過線狀分布的次級構造等特征進行識別。筆者在前期對蘇北盆地[6]和渤海灣盆地隱性斷裂帶[7-8]研究基礎上,在歧口凹陷識別出基底斷裂走滑型隱性斷裂帶,并對其特征、形成機制、控藏作用等問題進行探討。

1 地質(zhì)概況

歧口凹陷位于黃驊坳陷中區(qū),面積約5 280 km2。該凹陷被長約250 km的渤西海岸線分成西側(cè)的陸上地區(qū)和東側(cè)的海域地區(qū)。凹陷受北北東、北東和東西向斷裂的控制,具有伸展斷陷特征。近南北向發(fā)育的蘭聊走滑斷裂從凹陷基底穿過,使得凹陷區(qū)內(nèi)的走滑活動十分活躍[9]。歧口凹陷構造單元包括歧口主凹、板橋次凹、歧北次凹、歧南次凹4個負向構造單元,北大港潛山、南大港潛山、濱海一號斷裂構造帶、埕北斷階帶4個正向構造單元,呈現(xiàn)東西分帶,南北分塊的構造格局。沉積蓋層歷經(jīng)了古近紀裂陷期和新近紀坳陷期兩個演化階段,地震、鉆井資料顯示,歧口凹陷地層由前古近紀基底和新生代蓋層構成,新生代蓋層包括古近系沙河街組和東營組、新近系館陶組和明化鎮(zhèn)組。

2 歧口凹陷隱性斷裂帶的存在依據(jù)

2.1 隱性斷裂帶形成的力學機制

Moley等[10]應用三軸應力莫爾圓闡述了先存斷裂(上覆蓋層)和先存薄弱帶活動形成顯性斷裂帶需要滿足的力學條件[5],該準則適用于判斷非均勻變形域中的任何先存構造的活動性?；纂[伏斷裂重新活動的條件是沿斷層的剪應力τn超過C(抗剪強度),因此在應力場作用下隱性斷裂帶的形成演化本質(zhì)上是一個力學問題。應力摩爾圓代表一點的應力狀態(tài),巖石破裂的應力莫爾圓為臨界摩爾圓,其共切包絡線為破裂包絡線。圖1中,a代表具有統(tǒng)一破裂面的斷裂,屬于顯性期;c為基底隱伏斷層起始活動線,上覆蓋層開始發(fā)生破裂,形成裂隙,蓋層中的斷裂帶屬于隱性期;ac之間的矩形區(qū)域代表基底斷裂活動強度漸增形成的薄弱帶;b代表薄弱帶破裂線,該時期以后斷裂帶內(nèi)部的裂隙和小斷層開始擴展,連接形成較大規(guī)模的斷裂,趨向于顯性(圖1)[10]。

圖1 隱性斷裂帶形成演化的三軸應力莫爾圓圖解Fig.1 Three-axis stress Moore diagam of non-coordination criteria

2.2 歧口凹陷基底結(jié)構與構造格局

歧口凹陷隱性斷裂帶兩側(cè)顯示出完全不同的航磁異常特征:左側(cè)的魯西基底表現(xiàn)為變化復雜的高值異常區(qū),總體表現(xiàn)為NE走向的地質(zhì)塊體:右側(cè)太行山基底以NNE向和NE向的開闊正負交替的低值區(qū)為特征(圖2(a))。在歧口凹陷之下是魯西、太行山、燕山三大結(jié)晶基底的“三聯(lián)點”部位,這種特殊的構造位置正如Morley[10]所述的薄弱帶,在區(qū)域應力場作用下易發(fā)生扭動,長期弱活動或者局部巖性不均勻可以形成隱性斷裂帶。隱性斷裂帶兩側(cè)的潛山、凹陷呈雁列式錯位分布分布于隱性斷裂帶兩側(cè)(圖2(b)),西部表現(xiàn)為板橋次凹—北大港潛山—岐北次凹—南大港潛山—歧南次凹構成的隆—凹相間格局,東側(cè)的歧口凹陷表現(xiàn)為地塹式的結(jié)構。

圖2 歧口凹陷基底結(jié)構與構造格局Fig.2 Basement structure and tectonic framework in Qikou Sag

2.3 切片資料反映的線狀帶

歧口凹陷相干體切片顯示深部存在一條呈北北東向展布的“S”形走滑斷層(圖3(a)),表現(xiàn)為相關系數(shù)很低的暗色條帶,淺部相干體切片反映暗色條帶呈線狀斷斷續(xù)續(xù)分布(圖3(b)),依稀可以識別。

圖3 切片資料反映的隱性斷裂帶Fig.3 Coherent slice of subtle fault zones

2.4 小型顯性構造分布揭示的隱性斷裂帶

歧口凹陷隱性斷裂帶兩側(cè)的次級構造具有以下特點:斷層傾向相反,走向突變(西側(cè)北北東,東側(cè)近東西向)(圖4，據(jù)文獻[11]略改);兩側(cè)斷層疊覆量較小,沿著隱性斷裂帶走向發(fā)育一系列的中低幅度凸起(4～8 km)呈雁列式展布。

圖4 歧口凹陷斷裂分布與構造位置Fig.4 Fault distribution and tectonic location in Qikou Sag

3 隱性斷裂帶特征

根據(jù)基底斷裂與蓋層斷裂體系的斷裂發(fā)育特征可以將歧口凹陷隱性斷裂帶分為南、中、北3段,南段為基底與蓋層垂向連接的直接傳遞帶,中段為蓋層發(fā)生撓曲變形的調(diào)節(jié)傳遞帶,北段則為基底斷裂通過觸發(fā)滑脫斷層,控制蓋層構造變形形成的間接傳遞帶。

3.1 南段直接傳遞帶

位于羊二莊斷層與南大港斷層之間的段落,基底抬升較大,基底走滑斷層埋深淺,對蓋層變形影響顯著。隱性斷裂帶兩側(cè)的顯性斷裂走向變化不顯著,斷層傾向截然相反。古近系基底中發(fā)育典型的負花狀構造,并在深部逐漸收斂為一條陡直向下延伸的斷層(圖5(a)左圖);古近紀主干斷層活動性較強,上部蓋層沉積物較松散,新近系花狀構造主斷層內(nèi)側(cè)發(fā)育一系列“Y”字型或反“Y”字型構造樣式,

圖5 隱性斷裂帶剖面特征Fig.5 Profile feature of concealed fault zones

并在每個“Y”字型構造中形成小背斜(圖5(a)中圖),平面上呈雁列式展布,同時伴有巖漿活動和滑塌濁積體發(fā)育。張北斷層與南大港斷層夾持的古近系與新近系呈鏡像關系(圖5(a)右圖),褶皺軸向的傾斜反映了基底扭動作用向蓋層的直接傳遞作用(圖6(a))。

3.2 中段調(diào)節(jié)傳遞帶

中段為歧東與港東斷層之間的菱形區(qū)域,隱性斷裂帶兩側(cè)斷層走向變化顯著,西側(cè)斷層為NE走向S傾向,東側(cè)斷層為近東西走向N傾向。深部主干走滑斷層根部插入基底、斷面陡直、局部斷面彎曲不規(guī)則,總體向上撒開呈“花狀”、上正下逆等特點(圖5(b))。隱性斷裂帶形成于古近系,古近系表現(xiàn)為較為寬緩的花狀構造,變形帶從深部的斷端開始變形,向上傳遞逐漸變寬。沙二段時期活動強度開始減弱,新近系則表現(xiàn)為大型斜向撓曲變形帶。從其對不同構造單元的伸展量、沉降量、兩側(cè)斷層的產(chǎn)狀、走向、傾向以及地層厚度的影響看,中帶是具有調(diào)節(jié)性質(zhì)的隱性斷裂帶(圖6(b))。

3.3 北段間接傳遞帶

主要指港東斷層以北的區(qū)域。隱性斷裂帶兩側(cè)形成港西斷裂、港東斷裂、唐家河斷裂、白水頭斷裂、長蘆斷裂等顯性斷裂。剖面上發(fā)育密集的南東傾向斷層,收斂于主斷層,并在新生代底界面上發(fā)生滑脫;滑脫斷裂系表現(xiàn)為上陡下緩的鏟式幾何形態(tài),向深部有會聚的趨勢。密集斷裂帶順層進入滑脫帶,由此導致斷裂上部位移被調(diào)節(jié)消失而形成隱性斷裂帶。古近紀的變形基本都限定在區(qū)域性底滑脫界面之上(圖5(c)),在主滑脫帶的上盤出現(xiàn)褶皺變形,而其下保持中生代末期的的構造面貌,基本沒有變形?；撁嬷系鸟薨櫛幻芗闹亓摂鄬悠茐?古近紀以來的伸展作用使早期的逆斷層改造成為正斷層,導致本區(qū)淺部斷層多為正斷層，深部為逆斷層,淺部斷層斷距具有較強的隱蔽性(圖6(c))。

圖6 岐口斷裂趨勢帶的3種構造模式Fig.6 Three structure models of concealed fault zones in Qikou Sag

4 隱性斷裂帶的形成機制及演化特點

新生代太平洋板塊由NW向俯沖轉(zhuǎn)為近EW向俯沖,使中國大陸東部處于右旋張扭的應力場之下[11],總體上隱性斷裂帶的構造組合特征受到深部向北隱沒的基底右旋走滑斷裂活動的控制。隱性斷裂帶由南向北不同的構造變形特征反映了基底斷裂活動性的不同傳遞方式,在統(tǒng)一的張扭應力場作用下,影響了盆地演化過程中伸展位移的分配方式,從而形成隱性斷裂帶。

一般來說,隱性斷裂帶形成演化可以劃分為不同的階段,并且具有多種特點。有些隱性斷裂帶雖然經(jīng)歷了長期發(fā)育,但始終處于早期階段,如鄂爾多斯盆地的隱性斷裂帶[5],盡管基底斷裂長期升降活動,隱性斷裂帶規(guī)模巨大,但活動量小,構造變形微弱,一直處于早期演化階段;還有一些規(guī)模較小但演化程度較高的隱性斷裂帶,如東營凹陷南斜坡八面河構造帶,油氣分布呈串狀,說明P斷面已連接貫通,演化程度已接近顯性[12]。歧口凹陷隱性斷裂帶具有演化程度不均勻的特點,垂向上深部呈顯性而淺部表現(xiàn)為隱性特征,走向上“隱”“顯”交替分段發(fā)育或“時顯時隱”，如南段的張北斷層為顯性發(fā)育段(圖4),中、北段則呈“隱性”。上述的成因機制及演化特點揭示了基底斷裂活動性對蓋層變形的控制作用,這與前人提出的“基底—應力—應變”[13]、“先存構造活動性[10]”等認識是一致的。

5 對油氣聚集的控制作用

基底斷裂控制了烴源巖形成和分布,蓋層中的隱性斷裂帶控制了沉積體系和隱蔽性圈閉的形成與分布。油氣在歧口凹陷沿岸帶聚集的構造本質(zhì)是基底斷裂與蓋層隱性斷裂帶的耦合控藏效應。

5.1 對沉積儲層的控制作用

隱性斷裂帶控制了大量的雁列式、斷續(xù)狀小斷層帶的形成和分布,二者形成切割、連接等組合關系,剖面上表現(xiàn)為斷階、地塹等小構造形成斷裂破碎帶,河道極易取其走向沖刷下切,沿著隱性斷裂帶走向形成沉積物卸載區(qū)。

歧口凹陷隱性斷裂帶控相作用明顯,其中南段基底斷裂活動較強,蓋層中形成了張北顯性斷層,隱性斷裂帶向北以左階雁列式展布,最北端可以延伸至大神堂斷層轉(zhuǎn)折端。沙三段扇三角洲伸展進入湖盆[7],物源水系攜帶大量的砂體沿著雁列狀展布的隱性斷裂帶沉積下來。

5.2 對隱蔽圈閉的控制作用

隱性斷裂帶上主要形成了4種類型的隱蔽性圈閉。一類是基底斷裂活動在蓋層中形成的斷續(xù)分布的NNE向小斷層,它們被限制在近NE向顯性斷層之間組合構成的交叉型隱性斷塊圈閉。如歧55、85斷塊。第二類是NE向與NNE向隱性斷層聯(lián)合形成弧型隱性斷塊圈閉,如歧南9X1斷塊。需要指出的是,盡管上述兩種圈閉具有隱性斷裂帶控制的構造背景,但圈閉成因應該受巖性和構造雙重控制。例如歧南9X1井鉆探揭示該井沙三段油藏高度達120 m,其上傾方向的斷層斷距僅為30～40 m,很難封堵如此高的油氣藏,故推測還受巖性的控制。第三類是砂巖差異壓實或者構造活動強度較低的情況下形成的微構造圈閉,該類圈閉幅度低,含油高度一般較小,如隱性斷裂帶上的港深33斷塊。第四類兩種走向的斷層都不發(fā)育,僅形成一些低幅度坡折帶控制的巖性上傾尖滅圈閉,如北大港南翼聯(lián)盟地區(qū)的沙一下板2+3油組,這是隱性斷裂帶對古地貌改造而形成的一類隱蔽性圈閉。

5.3 隱性斷裂帶控藏模式

基底斷裂活動強度和方式控制著烴源巖熱演化和分布、儲集層物性、圈閉發(fā)育程度以及輸導條件,進而影響了油氣聚集分布規(guī)律。根據(jù)渤海灣盆地歧口隱性斷裂帶南、中、北段基底斷裂的活動強度及活動方式建立了3類油氣垂向分布模式:①三層聚集式?；讛嗔炎呋橛写怪鄙颠\動,花狀構造的根部及分支都可以作為油源斷裂,具備較好的圈閉、輸導及動力條件。深部層系可以形成基巖潛山油氣藏、裂縫油氣藏和不整合油氣藏,古近系形成大量的斷鼻、斷塊、斷背斜油氣藏,新近系斷鼻、斷塊油氣藏呈雁列狀含油斷塊圈閉聚集模式或者帶狀含油斷塊圈閉聚集模式,垂向上形成復式油氣聚集帶(圖7(a)),也可稱為三明治式垂向分布模式。②夾層聚集式?；讛嗔讶踝呋顒?溝通新近系的油源斷層不發(fā)育(圖7(b)),新近系具有較好的封蓋條件,油氣具有向古近系富集的規(guī)律,也可稱為餡餅式垂向分布模式。③蓋層聚集式?；讛嗔研毕蚧瑒?具有較好的烴源巖條件和儲集層條件(圖7(c)),且垂向上具有較好的輸導性,油氣主要向新近系富集,也可稱為披薩式垂向分布模式。

圖7 隱性斷裂帶控藏模式Fig.7 Hydrocarbon accumulation model of concealed fault zone

盆地沉積蓋層隱性斷裂帶的觀點解決了弱變形斷裂帶存在與否、如何識別、形成演化、結(jié)構與分布等構造地質(zhì)學難題。目前,渤海灣盆地已經(jīng)識別出的顯性斷裂應屬于斷裂趨勢帶進一步演化階段的產(chǎn)物。提出了斷裂構造新類型——隱性斷裂帶(斷裂趨勢帶),是斷裂形成演化早期變形較弱階段的構造現(xiàn)象。它沒有統(tǒng)一的斷裂面,平面上的主要特征是雁列狀斷層密集帶或斷續(xù)分布的次級斷層,剖面上自上而下次級斷層變形增強，規(guī)模增大，連續(xù)性增加。這一認識對未來成熟探區(qū)、陸上新盆地、近海海域及非常規(guī)等油氣勘探領域具有重要指導意義。

6 結(jié) 論

(1)隱性斷裂帶(斷裂趨勢帶)是指盆地沉積蓋層內(nèi)發(fā)育的弱變形(隱蔽性較強)構造帶,屬于斷裂帶形成演化早、中期階段的產(chǎn)物,具有重要的控藏作用。

(2)多種證據(jù)揭示了隱性斷裂帶的存在依據(jù),按照基底斷裂與蓋層斷裂的構造特征可以將隱性斷裂帶分為南段直接傳遞帶、中段的調(diào)節(jié)傳遞帶和北段的間接傳遞帶。

(3)南段直接傳遞帶的隱蔽性機制為強烈扭動形成的斷裂破碎帶;中段主要為調(diào)節(jié)作用和反轉(zhuǎn)作用;北段主要為滑脫的深部收斂作用以及反轉(zhuǎn)作用。

(4)基底斷裂分段活動控制了歧口凹陷NNE向蓋層隱性斷裂帶的形成以及油氣的富集和分布，沉積盆地中的這些隱性斷裂帶應該是未來油氣勘探值得重視的領域。

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(編輯 修榮榮)

Characteristics of concealed fault zone and its significance in hydrocarbon accumulation in Qikou Sag

ZHOU Weiwei1, WANG Weifeng2, SHAN Chenchen2

(1.KeyLaboratoryofMarginalSeaGeology,SouthChinaSeaInstituteofOceanology,ChineseAcademyofSciences,Guangzhou510301,China;2.SchoolofGeosciencesinChinaUniversityofPetroleum,Qingdao266580,China)

Concealed fault zones or fault trend zones formed in the cap rocks of sedimentary basin, which is influenced by the regional or local stress field, and activities in the basement rift system. A concealed fault zone is characterized by strong concealment and is associated with dominant fault zone. Based on the previous research of Subei and Bohai bay basins, using basement structure, structural framework, small dominant structure, seismic section features and coherent slices of Huanghua Sag, we recognized a NNE concealed fault zone and analyzed its characteristics, formation mechanism, and hydrocarbon accumulation potentials. The results show that the newly found concealed fault can be divided into three different tectonic deformation sections, the flower structure linked by the basement rift and the cap rock rift system in the south part; the Paleogene flower structure ended in the second member of Shahejie Formation in the middle part where bending deformations only occurred in the Neogene stratum and became the balance point of different structural units; and the flower structure developed in the Neogene stratum of north part deeply converged to gravitational detachment fault of Paleogene, where basement rift controlled the cap rock rift system by affecting gravitational detachment fault balance point. Studies show that former Paleogene basement rift twist controlled and affected the formation of concealed fault zone in the cap rock in three forms: direct transmission, regulatory transmission and indirect transmission. Deep buried faults cut into the basement, facilitating heat transfer to accelerate the maturity of source rock. Concealed fault zones in the cap rock controlled the formation and the distribution of the sedimentary system and disguised traps. The viewpoint of concealed fault zone enriches structural geology theory and provides a new understanding for oil and gas exploration.

concealed fault zone; basement fault activity; flower structure; accommodation structure;decollement structure; hydrocarbon accumulation

2015-12-05

國家自然科學基金項目(41340008)；中央高?；究蒲袠I(yè)務費專項(14CX06069)

周維維(1986-)，男，助理研究員，博士，研究方向為含油氣盆地地質(zhì)構造。E-mail:weiwei29100591@163.com。

1673-5005(2016)04-0029-08

10.3969/j.issn.1673-5005.2016.04.004

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