王冠民，熊周海，張健，周東紅，林國松

(1.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; 2.海洋國家實驗室海洋礦產(chǎn)資源評價與探測技術(shù)功能實驗室，山東青島 266071; 3.大慶油田采油八廠，黑龍江大慶 163514; 4.中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津塘沽 300457)

渤中凹陷斷裂成因類型及其對成藏的控制作用

王冠民1，2，熊周海1，張健3，周東紅4，林國松4

(1.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; 2.海洋國家實驗室海洋礦產(chǎn)資源評價與探測技術(shù)功能實驗室，山東青島 266071; 3.大慶油田采油八廠，黑龍江大慶 163514; 4.中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津塘沽 300457)

在對渤中凹陷進(jìn)行大量精細(xì)地震解釋基礎(chǔ)上，按照斷層的發(fā)育過程，將渤中凹陷古近系—新近系的斷裂劃分為消亡型、繼承型、繼承-改造型和新生型。結(jié)合目前所發(fā)現(xiàn)的油氣藏分布特點，確定不同類型斷裂對油氣的運移和成藏具有不同的控制作用。消亡型斷裂是由早期伸展作用而成的正斷層，古近紀(jì)發(fā)育，新近紀(jì)停止活動，與該型斷裂有關(guān)的油氣藏很少;繼承型斷裂是從古近紀(jì)到新近紀(jì)持續(xù)受伸展作用形成的正斷裂，因長期活動，該型斷裂以垂向輸導(dǎo)油氣為主，以油氣成藏為輔;繼承-改造型斷裂在古近紀(jì)受控于伸展作用，而在新近紀(jì)受控于剪切作用，該型斷裂不但有利于油氣的輸導(dǎo)和運移，而且利于油氣的成藏;新生型斷裂在新近紀(jì)時期受強(qiáng)烈的剪切作用所形成，其與繼承型或繼承-改造型斷裂相伴生時較有利于成藏。

斷裂;分類;成藏;油氣輸導(dǎo);渤中凹陷

0 引言

渤中凹陷不僅是環(huán)渤海灣盆地的沉積和沉降中心，也是一個規(guī)模巨大的富油氣中心［1～3］，其油氣的運移和成藏從館陶組沉積期一直持續(xù)到現(xiàn)今。薛永安等［4］提出了溝通油源的斷層是渤中凹陷成藏關(guān)鍵的觀點，張成［5］也認(rèn)為溝通油源與儲層的長期斷裂控制了渤中凹陷淺層油氣藏的分布;羅群［6］、李才［7］等提出基底大斷裂控制了烴源巖的發(fā)育和展布，主干斷裂控制了圈閉的形成和展布，因此在今后渤中凹陷的油氣勘探工作中，應(yīng)以斷層為主線，順藤摸瓜，沿斷層尋找有利油氣藏。

但渤中凹陷的斷層發(fā)育具有多期性，類型比較復(fù)雜。曾有學(xué)者提出渤中凹陷的斷裂可劃分為深淺兩套斷裂系統(tǒng)［7］，并可進(jìn)一步分為4種類型，即早期伸展斷裂、中期走滑伸展斷裂、晚期走滑斷裂和長期活動斷裂［8］;也有研究者認(rèn)為可分為3大斷裂體系，即沿郯廬斷裂發(fā)育的斷裂系、以渤中凹陷為中心的拉張斷裂系以及廣泛分布于渤中地區(qū)的耙式斷裂系［9］。但前人的研究大多趨向于凹陷的宏觀斷裂體系，結(jié)合斷裂的活動時間和力學(xué)性質(zhì)對渤中凹陷斷裂類型的劃分及其在油氣成藏的控制作用上的系統(tǒng)性研究很少。本文在渤中凹陷大量二維和三維地震解釋基礎(chǔ)上，按照斷層的形成和發(fā)育特點，對渤中凹陷的斷層進(jìn)行成因類型劃分，并進(jìn)一步分析不同斷層對油氣成藏的控制作用。

1 渤中凹陷的斷裂成因類型

渤中凹陷的構(gòu)造運動歷時較長，目前至少可以追溯至中生代。中侏羅世太平洋板塊以北北西方向向華北板塊間歇式俯沖，造成郯廬斷裂產(chǎn)生左行走滑;在晚白堊世至新生代，太平洋板塊轉(zhuǎn)向南西方向俯沖，郯廬斷裂由左旋走滑轉(zhuǎn)變?yōu)橛倚呋?，局部產(chǎn)生拉張裂陷［10］。其中，沙三段沉積時期為強(qiáng)烈斷陷期、東三段+東二段沉積時期為斷拗轉(zhuǎn)換期、明化鎮(zhèn)組—第四系為新構(gòu)造運動期，此三階段構(gòu)造運動強(qiáng)烈［11～13］。

渤中地區(qū)新生代的區(qū)域構(gòu)造運動在不同時期的受力性質(zhì)不同，斷裂在不同時期、不同地點活動性質(zhì)不僅可能發(fā)生變化，而且受力強(qiáng)度亦有可能不同。

經(jīng)過三維地震精細(xì)解釋，根據(jù)斷裂的活動時間和力學(xué)性質(zhì)，可把渤中地區(qū)的斷裂分為4種類型，即消亡型、繼承型、繼承-改造型和新生型(見圖1)。

圖1 渤中地區(qū)斷裂分類Fig.1 Classification of the fractures in Bozhong area

消亡型斷裂在古近紀(jì)因伸展作用而發(fā)育，但在新近系中消失。該型斷裂為盆地發(fā)育早期在拉張應(yīng)力作用下形成的正斷層，切割盆地基底，發(fā)育時間短，斷面平直，規(guī)模小，數(shù)量少，級別低，多為三級斷裂。消亡型斷裂平面上分布不均，在石臼坨凸起和渤南低凸起上相對較常見(見圖2)。

圖2 渤中地區(qū)各種類型斷裂分布Fig.2 Distribution of various types of fracture in Bozhong area

繼承型斷裂表現(xiàn)為一直受伸展作用形成的正斷裂，其斷裂力學(xué)性質(zhì)始終保持一致。此類斷裂貫穿古近系和新近系，規(guī)模大，延伸遠(yuǎn)，往往為一級或二級斷裂。因新近紀(jì)渤中凹陷普遍受郯廬斷裂走滑作用影響，使得長期拉張的繼承型斷裂發(fā)育數(shù)量較少，該型斷裂主要分布在渤南低凸起及石臼坨凸起東南部靠近洼陷處，分布較局限。

繼承-改造型斷裂是指在發(fā)育過程中力學(xué)性質(zhì)發(fā)生明顯變化的斷裂，一般在古近紀(jì)受伸展作用控制，新近紀(jì)因郯廬斷裂活動影響轉(zhuǎn)而受剪切作用控制。該型斷裂一般為一級斷裂或二級斷裂，規(guī)模大，延伸遠(yuǎn)，多屬于凸起邊界斷裂或分布在凸起附近，分布范圍較廣，控制著凹陷的形成和演化。

新生型斷裂是在新近紀(jì)時期多由主斷裂在右旋走滑過程中派生發(fā)育形成的斷裂，具有一定的拉張走滑性質(zhì)。該型斷裂規(guī)模小，數(shù)量多，往往集中在一起形成斷裂帶或斷裂組合。越靠近主斷裂，新生型斷裂越密集。

將渤中凹陷的T8(古近系底面)與T0(明化鎮(zhèn)組中段的頂面)斷裂平面展布疊合起來(見圖2)，可展示出渤中地區(qū)不同類型斷裂的分布和垂向變化情況。

2 斷裂類型與油氣成藏特征

斷裂在油氣運聚成藏過程中扮演著重要的角色［14～18］，不僅溝通油源，控制油氣的運移輸導(dǎo)，還控制油氣藏的類型和分布范圍［19～22］。對渤中地區(qū)目前已發(fā)現(xiàn)的237個典型油氣藏的分析統(tǒng)計表明，不同斷裂類型成因機(jī)制不同，它們的成藏特征亦存在很大的差異性。

2.1 消亡型斷裂成藏特征

消亡型斷裂平面上一般呈分支狀或彎曲帶狀，剖面上呈階梯狀、地壘式等樣式，走向主要為東西、北東向，傾向變化大，傾角55°—75°。斷裂數(shù)量不多，目前發(fā)現(xiàn)與之相關(guān)的油氣藏亦較少，僅占所統(tǒng)計油藏數(shù)量的7%(見圖3)。與該類型斷裂有關(guān)的主要是斷塊、斷背斜油氣藏，尤以屋脊斷塊油氣藏和階梯狀斷塊油氣藏常見，部分同不整合一起構(gòu)成復(fù)合油氣藏。

圖3 渤中凹陷不同斷裂類型控制油藏數(shù)量Fig.3 The number of reservoir associated with different fault types in Bozhong sag

2.2 繼承型斷裂成藏特征

該型斷裂平面上與其他斷裂構(gòu)成斜交、帚狀、單條彎曲等組合樣式，剖面上形成Y字形、地壘地塹等組合樣式。斷層走向以東西向為主，傾向南、北，傾角60°—70°(見圖4b)。與該型斷裂有關(guān)的圈閉主要是斷塊、滾動背斜等，以同向遮擋為主，所形成的油藏主要發(fā)育在古近系。目前所發(fā)現(xiàn)與該類型有關(guān)的油氣藏亦不是很多(見圖3)，約占油氣藏總數(shù)的8%。

2.3 繼承-改造型斷裂成藏特征

繼承-改造型斷裂常見于各凸起邊緣的陡坡帶和凸起帶。該型斷裂可與其他斷裂組合形成斜交式、雁列式、平行式、單條彎曲等平面組合樣式以及Y字形、壘塹式、階梯狀等剖面組合樣式。斷層走向為北西西、北東東、東西等，傾向北西、南東、北、南等，傾角50°—75°(見圖4a)。與該型斷裂有關(guān)的圈閉類型較多，相關(guān)油氣藏一般多分布在古近系，若與新生型斷裂搭配組合，則更多地在新近系發(fā)育油藏。其中滾動背斜、斷鼻等油氣藏多在斷層下降盤發(fā)育，斷塊、斷背斜、披覆背斜油氣藏等多在斷層上升盤及凸起之上發(fā)育，以反向斷層遮擋為主。研究區(qū)與其直接相關(guān)的油氣藏約占總數(shù)的31%。

2.4 新生型斷裂成藏特征

新生型斷裂主要發(fā)育在新近系和第四系，全區(qū)廣泛分布。平面上常見雁列式、斜交式、帚狀等組合樣式，剖面上常見花狀、似花狀、階梯狀、多級Y、復(fù)合Y等組合樣式。斷層走向北東東、北東，傾向南東、北西，傾角60°—80°。與該型斷裂有關(guān)的圈閉主要有斷塊、斷鼻、斷背斜、扭動背斜等，所形成的油氣藏幾乎都分布在新近系，且與繼承型或繼承-改造型斷裂相伴的新生型斷裂更利于成藏(見圖5)。新生型斷裂中階梯狀斷裂形成的油氣藏一般分布在下降盤，同向遮擋;而其他斷裂樣式形成的油氣藏一般為反向遮擋。渤中凹陷目前發(fā)現(xiàn)與新生型斷裂相關(guān)的油氣藏數(shù)量最多，占油氣藏總數(shù)的54%。

圖4 繼承-改造型(a)和繼承型(b)斷裂成藏圖Fig.4 Themap showing accumulation of inheritance-reformed fracture(a)and inheritance fracture(b)

圖5 渤中凹陷不同類型斷裂對油氣的輸導(dǎo)作用Fig.5 Map showing faults transport oil and gas

3 斷裂類型對油氣成藏的控制機(jī)理

斷裂的成藏作用主要體現(xiàn)在對油氣的輸導(dǎo)運移和封閉的有效性方面。不同類型斷裂的規(guī)模大小、切割深度、空間組合以及活動性和封閉性各異，導(dǎo)致它們的成藏作用存在很大差別。

3.1 斷裂的輸導(dǎo)作用

油氣輸導(dǎo)層是溝通烴源巖和儲集層的橋梁和紐帶，主要存在3種類型，即不整合、砂體和斷裂［23］，其中斷裂是油氣垂向運移的主要通道［24～26］，在油氣運聚成藏過程中起著舉足輕重的作用［27～28］。

消亡型斷裂活動期較短，垂向上延伸范圍較小，在后期埋藏成巖作用過程中易被充填。渤中凹陷沙河街組烴源巖成熟和大規(guī)模生排烴主要發(fā)生在東一段沉積后期［29］，故消亡型斷裂不利于油氣的輸導(dǎo)。但形成的圈閉若處在油氣優(yōu)勢運移通道上亦利于成藏，此類油氣藏的油氣運移可通過不整合面或者砂體的側(cè)向運移來實現(xiàn)。

繼承型斷裂長期受伸展應(yīng)力作用，斷開了古近系和新近系，斷距大，活動時間長，斷層封閉性弱，油氣輸導(dǎo)性好。若與新近系新生型斷裂搭配組合輸導(dǎo)油氣，則有利于油氣沿花狀的新生型斷裂聚集成藏(見圖5a)。

繼承-改造型斷裂是在早期伸展作用轉(zhuǎn)變?yōu)楹笃诩羟凶饔眠^程中形成的，對油氣輸導(dǎo)起著重要作用。尤其是為適應(yīng)剪切應(yīng)力，地層因變形、破裂而產(chǎn)生的斷裂帶規(guī)模大，平面上延伸遠(yuǎn)，垂向深度大，溝通源儲，活動時間長，利于油氣輸導(dǎo)。其中斷層破碎帶、剪節(jié)理、沿平面非直線狀斷層面所產(chǎn)生的局部拉張，在斷層活動期都是油氣輸導(dǎo)的有利通道。該型斷裂主要受郯廬斷裂帶的控制。

新生型斷裂數(shù)目眾多，一般發(fā)育在新近系，常與深大斷裂匹配(見圖5b)，大多是主斷裂因走滑剪切而沿斷層周圍卸載、調(diào)整壓力所派生的次級斷裂。新生型斷裂的平面形態(tài)常不平直，在活動過程中可呈開放狀態(tài)，能夠?qū)ι畈窟\移上來的油氣進(jìn)一步擴(kuò)散、輸導(dǎo)起重要作用。

渤中凹陷的烴源巖主要分布在古近系沙河街組和東三段中，繼承型和繼承-改造型斷裂平面延伸遠(yuǎn)，活動時間長，能夠切穿古近系和新近系，溝通烴源巖和上覆地層，與主斷裂相接的新生型斷裂再次分配輸導(dǎo)油氣，使得油氣呈枝狀輸導(dǎo)運移，不同類型斷裂相互配合構(gòu)成了良好的油氣運移通道(見圖5)。

3.2 斷裂對圈閉有效性的控制作用

斷裂對油氣運移聚集具有雙重作用，既可以作為油氣的輸導(dǎo)通道，運移油氣，亦可作為有效圈閉的遮擋條件，封堵油氣。斷層封閉性是評價斷裂控制圈閉有效性的重要依據(jù)，本文采用斷層泥比率(SGR)法和斷裂帶泥質(zhì)含量(Rm)法［30～34］對封閉性進(jìn)行分析，二者值越大，表示斷層封閉能力越強(qiáng)。它們的計算方法如下:

式中:Vsh——地層的泥質(zhì)含量，%;H——目的層厚度，m;L——垂直斷距，m;n——被錯斷的泥巖層數(shù);h1i，h2i——被斷層上、下兩盤錯斷的第i層泥巖的厚度，m。

根據(jù)該計算方法對研究區(qū)主要油氣富集區(qū)——石臼坨地區(qū)和渤南地區(qū)48條次級斷裂進(jìn)行統(tǒng)計(見圖6)，結(jié)果表明，當(dāng)SGR值大于0.5、Rm大于0.4時，斷層封閉性較好，可作為遮擋條件促使油氣聚集成藏。石臼坨地區(qū)斷裂大多為繼承型斷裂，以同向遮擋成藏，SGR和Rm偏小;而渤南地區(qū)斷裂大多為繼承-改造型斷裂，以反向遮擋成藏，SGR和Rm偏大(見圖6)，油氣藏的規(guī)模和分布范圍相對更大、更廣。渤中地區(qū)古近系和明化鎮(zhèn)組中泥巖普遍較發(fā)育，常有厚層泥巖夾砂巖或砂泥巖互層，為大量次級斷裂提高封閉性提供了良好的地層條件。

圖6 封閉斷層SGR及Rm參數(shù)分布Fig.6 Parameter distribution of SGR and Rm of closed fault

從本質(zhì)上來說，封閉性參數(shù)SGR及Rm的本質(zhì)是斷層的力學(xué)性質(zhì)、活動時期等對圈閉有效性的影響，不同斷裂類型、組合以及同一斷裂的不同部位對圈閉有效性的控制均存在明顯的差異。

消亡型斷裂僅在古近紀(jì)時期活動，在新近紀(jì)埋藏成巖過程中，斷層帶易被充填，斷層封閉性較強(qiáng)。消亡型斷裂的上斷點多數(shù)止于沙河街組或東三段的泥巖層，這更增加了該類型斷裂的垂向封堵能力。

繼承型斷裂在長期伸展應(yīng)力的作用下，其封閉性較差，且圈閉多以同向遮擋為主，斷裂側(cè)向封堵油氣的能力較弱。不僅如此，該類型斷裂在新近紀(jì)的長期活動還易破壞先期的油氣藏，使油氣散失，對油氣成藏起消極作用。因此，繼承型斷裂以垂向輸導(dǎo)作用為主，圈閉成藏作用為輔(見圖4，圖5)。

繼承-改造型斷裂在從早期的拉張作用轉(zhuǎn)變到后期的剪切作用過程中，斷層的擠壓應(yīng)力增強(qiáng)，封閉性能會顯著提高，對油氣的封堵能力增大，圈閉有效性變好，相對于繼承型斷裂更易于成藏保存。該型斷裂在上升盤或臨近凸起上發(fā)育的斷塊、斷背斜、披覆背斜等圈閉多以反向遮擋為主，利于油氣的成藏(見圖5a);在下降盤所發(fā)育的滾動背斜、斷鼻等圈閉亦利于成藏保存。此外，在繼承-改造型斷裂之間的地層往往發(fā)生褶皺，在背斜部位也是油氣聚集成藏的有利場所。

與繼承-改造型斷裂相伴生的新生型斷裂常具有走滑性質(zhì)，在非活動期，剪切應(yīng)力作用下的斷層封閉性大多表現(xiàn)較強(qiáng)，圈閉的有效性好。與繼承型斷裂相伴生的新生型斷裂則多具拉張性質(zhì)，在伸展應(yīng)力作用下斷層封閉性較弱，圈閉有效性差。整體上看，渤中地區(qū)新近紀(jì)處在郯廬斷裂右旋走滑的作用下，新生型斷裂多以走滑性質(zhì)為主，拉張性質(zhì)為輔，較利于圈閉的成藏。

不難看出，繼承型和繼承-改造型主斷裂溝通油源，以垂向輸導(dǎo)油氣為主，圈閉成藏為輔。新生型次級斷裂則形成各種構(gòu)造圈閉，并從主斷裂再次分配油氣，以油氣成藏為主。主斷裂與新生型次級斷裂的有機(jī)結(jié)合可為油氣成藏創(chuàng)造有利條件。

4 結(jié)論

渤中凹陷的斷裂可劃分為4種類型，即消亡型、繼承型、繼承-改造型和新生型，不同的斷裂對油氣成藏具有不同的控制作用。

消亡型斷裂為古近紀(jì)早期由伸展作用所形成的正斷層。其規(guī)模小且數(shù)量少，斷裂活動期早于生排烴高峰期，不利于油氣垂向輸導(dǎo)，油氣以側(cè)向運移為主，與其相關(guān)的油氣藏較少。

繼承型斷裂為長期受伸展作用形成的正斷層。其規(guī)模大，延伸遠(yuǎn)，油氣輸導(dǎo)作用強(qiáng)，且斷裂多以同向遮擋為主，圈閉有效性較差。油氣藏多分布于古近系，以斷塊油氣藏和滾動背斜油氣藏為主。

繼承-改造型斷裂早期表現(xiàn)為伸展作用，晚期轉(zhuǎn)變?yōu)榧羟凶饔?，由此發(fā)育形成的復(fù)合斷層。該類斷裂不但規(guī)模大、延伸遠(yuǎn)，而且油氣輸導(dǎo)性和圈閉封閉性較強(qiáng)，利于油氣的運聚成藏和保存。油氣藏在古近系和新近系皆有發(fā)育，斷層下降盤以滾動背斜、斷鼻油氣藏為主，上升盤及凸起則以斷塊、斷背斜和披覆背斜油氣藏為主。

新生型斷裂為新近紀(jì)在走滑作用下沿主干斷裂派生出的次一級斷層。其規(guī)模小但數(shù)量多，剖面上呈花狀與繼承和繼承-改造型深大斷裂相匹配，利于油氣運聚成藏。新生型斷裂形成的油氣藏多分布于斷層下降盤，并以同向遮擋的階梯狀斷塊油氣藏最為常見。

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GENETIC TYPESOF THE FRACTURE AND ITS CONTROL ON HYDROCARBON ACCUMULATION IN BOZHONG SAG

WANG Guan-min1，2，XIONG Zhou-hai1，ZHANG Jian3，ZHOU Dong-hong4，LIN Guo-song4

(1.School of Geosciences，China University of Petroleum(East China)，Qingdao 266580，Shandong，China; 2.Laboratory for Marine Mineral Resources，Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology，Qingdao 266071，China;3.Daqing Oilfield，Daqing 163514，China; 4.Tianjin Branch of CNOOC，Tianjin 300452，China)

Based on numerous seismic interpretations to Bozhong sag，the study classifies the fracture of Neogene and Paleogene into four types in terms of the process of faults development．They are extinct fracture，inheritance fracture，inheritance-reformed fracture，and new fracture．Combined with the current statistics of reservoir，the analysis shows that each type has a different effect on the hydrocarbon migration and accumulation．Extinct fracture developed from Paleogene to early Neogene is normal fault formed by extensional effect and has few reservoirs．Inheritance fracture is sustained extensional normal fault from early Paleogene to late Neogene．It plays amajor role in the vertical transporting oil and gas and a supporting role for hydrocarbon accumulation．Inheritance-reformed fracture controlled by extensional effect in Paleogene and shearing action in Neogene is not only conducive to transport oil and gas，but also conducive to hydrocarbon accumulation．New fracture developed by strong shearing effect in Neogene is more favorable to accumulate oil and gas when accompanying with inheritance fracture or inheritance-reformed fracture．

fracture;classification;accumulation;oil and gas transporting;Bozhong sag

TE122.1+2

A

1006-6616(2016)02-0346-11

2015-11-20

國家“十二五”科技重大專項“渤中凹陷油氣成藏規(guī)律及勘探方向研究”(2011ZX05023-001-013)

王冠民(1969-)，男，吉林省樺甸市人，教授，博士，主要從事儲層地質(zhì)學(xué)研究。E-mail:wguanmin@ sina.com