龐小軍,王清斌,代黎明,李 歡,陳 晶

[1.中海石油(中國)有限公司 天津分公司 渤海石油研究院,天津 300459; 2.中國石化 上海海洋油氣分公司，上海200120]

近年來,陸相斷陷盆地的研究越來越重視構(gòu)造活動(dòng)與沉積之間的關(guān)系。顏世勇等[1]總結(jié)了渤海灣盆地惠民凹陷斷層活動(dòng)特征與區(qū)域構(gòu)造演化的關(guān)系。姜華等[2]通過對(duì)珠江口盆地珠三坳陷神狐組-恩平組沉積時(shí)期南斷裂活動(dòng)性的定量分析,總結(jié)了斷層活動(dòng)性對(duì)古地貌形態(tài)、沉降中心變化、砂分散體系規(guī)模以及厚度等的控制作用。史冠中等[3]通過南堡凹陷柏各莊斷層活動(dòng)特征的分析,認(rèn)為斷層活動(dòng)的差異性對(duì)沉降中心的發(fā)育和轉(zhuǎn)移、砂分散體系類型、規(guī)模和分布的具有明顯控制作用。王華等、蔡佳等、劉琴琴等[4-6]通過對(duì)南陽凹陷、南堡凹陷、福山凹陷斷層活動(dòng)性與沉積特征的研究,認(rèn)為斷層活動(dòng)不僅與區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)具有一致性,同時(shí)控制了沉降中心和沉積體系的展布。因此,陸相斷陷盆地的斷層活動(dòng)與古地貌變化、沉積格局、沉降中心的分布和演化、砂分散體系的類型、規(guī)模和分布均具有明顯的響應(yīng)關(guān)系。近年來,秦南凹陷東南緣陡坡帶秦皇島29-2地區(qū)發(fā)現(xiàn)了億噸級(jí)大型油氣田,油氣主要分布在古近系,而該區(qū)的研究主要集中在層序地層格架、沉積相類型及分布、烴源巖特征、油氣成藏等宏觀方面[7-12],對(duì)斷層與沉積之間的關(guān)系研究比較少。本文充分利用鉆井、三維地震資料資料,運(yùn)用斷層活動(dòng)速率法,定量探討了秦南凹陷東南緣古近系石北斷層的分段活動(dòng)性及其對(duì)沉積的控制作用,對(duì)類似陡坡帶的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)提供借鑒。

1 地質(zhì)背景

秦南凹陷位于渤海海域的北部,北與昌黎凹陷以秦南凸起相隔,南與渤中凹陷以石臼坨凸起隔,西與南堡凹陷以柏各莊凸起相隔,東與遼西凸起、遼中凹陷相接,面積大約2 300 km2(圖1)。在2009年之前,該區(qū)鉆探數(shù)口探井,但均無重大油氣發(fā)現(xiàn)[9-11]；而在石臼坨凸起的南部陡坡帶古近系,均發(fā)現(xiàn)了大量的油氣[13-15]。2009年之后,相繼鉆探了QHD29-2構(gòu)造和QHD29-2E構(gòu)造,并發(fā)現(xiàn)了億噸級(jí)大型油氣田,揭示了該區(qū)較大的油氣勘探潛力。鉆井揭示,凹陷發(fā)育完整的古近系孔店組、沙河街組(沙四段、沙三段、沙二段、沙一段)、東營(yíng)組(東三段、東二段、東一段)、新近系和第四系。該區(qū)主要發(fā)育2套烴源巖,分別為沙三段和沙一段；已發(fā)現(xiàn)的油氣藏主要分布在沙一+二段儲(chǔ)層中；生烴史模擬揭示[11],凹陷西洼的烴源巖未進(jìn)入成熟階段,而油氣主要來源于東洼的烴源巖。研究區(qū)位于秦南凹陷東南緣的陡坡帶,該區(qū)邊界斷層發(fā)育(圖1)。

2 斷層活動(dòng)特征

2.1 斷層基本特征

秦南凹陷東南緣古近系邊界斷層發(fā)育,且由石北1號(hào)斷層和石北2號(hào)斷層組成(圖1),走向呈近東西向-北東向或近東西向,傾向?yàn)橄虮被蛳虮蔽鳌Ｆ渲惺?號(hào)斷層分為石北1西和石北1東等2段,石北2號(hào)斷層分為石北2西和石北2東等2段。石北1西段比石北1東段稍短,石北1西段斷層西部向石臼坨凸起延伸,東部伸入秦南凹陷,石北1東斷層西部與石北1西斷層相接,東部延伸至秦南凹陷；石北2西斷層比石北2東斷層延伸距離長(zhǎng),石北2西斷層西部向石臼坨凸起延伸,并與石北1東斷層?xùn)|部平行,該位置具有轉(zhuǎn)換帶的特點(diǎn),東部向秦南凹陷延伸,石北2東斷層長(zhǎng)度短,東部與石北2西相接,西部伸入秦南凹陷。該區(qū)古近系次生斷層不甚發(fā)育。

圖1 秦南凹陷東南緣研究區(qū)位置、斷層展布、統(tǒng)計(jì)點(diǎn)位置和編號(hào)Fig.1 Diagram showing the location and fault distribution(numbers and positions of statistic points)of southeastern margin of Qinnan Sag

2.2 斷層活動(dòng)特征

目前,斷層活動(dòng)的研究方法主要有斷層落差法、生長(zhǎng)指數(shù)法和活動(dòng)速率法[1-6],由于斷層活動(dòng)速率法同時(shí)考慮了斷層活動(dòng)形成的落差和沉積時(shí)間,因此能夠較為準(zhǔn)確地反映斷層的活動(dòng)性。本文以秦南凹陷東南緣古近系邊界斷層為研究對(duì)象,選取了過斷層的20條典型地震測(cè)線(圖1),對(duì)石北1號(hào)斷層、石北2號(hào)斷層不同段不同層位的斷層落差進(jìn)行了詳細(xì)的統(tǒng)計(jì),并根據(jù)各落差對(duì)應(yīng)的沉積時(shí)間跨度計(jì)算了不同測(cè)線處不同層位的斷層活動(dòng)速率,繪制了邊界斷層不同段的平均活動(dòng)速率演化圖(圖2)以及活動(dòng)速率的空間演化圖(圖3),并分析了邊界斷層不同段的活動(dòng)特征。

圖2揭示,同一斷層,不同時(shí)期的邊界斷層活動(dòng)強(qiáng)度不同。研究區(qū)石北1西、石北1東、石北2西斷層在古近系的活動(dòng)性表現(xiàn)為“弱-強(qiáng)-弱-強(qiáng)-弱-最弱”的特點(diǎn),即孔店組-沙四段為盆地的初始裂陷期,斷層開始活動(dòng)；沙三段為盆地的強(qiáng)裂陷期,斷層活動(dòng)增強(qiáng)；沙一+二段為弱斷陷期,斷層活動(dòng)減弱；東營(yíng)組為盆地的斷拗轉(zhuǎn)換期,東三段斷層活動(dòng)再次最強(qiáng),東二段減弱,至東一段,斷層停止活動(dòng)。而石北2西、石北2東斷層活動(dòng)在沙三段最強(qiáng),而沙一+二段和東三段活動(dòng)速率相差不大,活動(dòng)速率均較大。

圖2 秦南凹陷東南緣邊界斷層各段活動(dòng)速率空間演化曲線Fig.2 Evolution curves showing activity rates of each section ofthe boundary faults,southeastern margin of Qinnan Sag

同一時(shí)期,不同斷層的活動(dòng)強(qiáng)度也具有差異性?？椎杲M-沙四段、沙三段沉積時(shí)期,邊界斷層各段的活動(dòng)強(qiáng)度表現(xiàn)為“石北1東>石北2西>石北2東>石北1西”；沙一+二段沉積期,斷層各段的活動(dòng)強(qiáng)度表現(xiàn)為“石北2西>石北1東>石北1西>石北2東”；東三段和東二段沉積期,斷層各段的活動(dòng)強(qiáng)度表現(xiàn)為“石北1東>石北1西>石北2西>石北2東”；至東一段沉積期,斷層停止活動(dòng)。

圖3揭示,不同時(shí)期,各邊界斷層的活動(dòng)強(qiáng)度均表現(xiàn)為“弱-強(qiáng)-弱”的特點(diǎn),且在同一斷層活動(dòng)強(qiáng)度的峰值處具有繼承性發(fā)育特點(diǎn)。古近系沉積時(shí)期,石北1西斷層在A4處斷層活動(dòng)強(qiáng)度最大,孔店組-沙四段、沙三段、沙一+二段、東三段、東二段各時(shí)期最大斷層活動(dòng)速率分別為3.7,67.2,25.5,244.0及99.7 m/Ma；石北1東斷層在B3處活動(dòng)強(qiáng)度最大,各時(shí)期的最大斷層活動(dòng)速率分別為12.7,123.3,23.5,140.0及52.8 m/Ma；石北2西斷層在C4處活動(dòng)強(qiáng)度最大,各時(shí)期的最大斷層活動(dòng)速率分別為11.8,131.8,57.8,90.0及93.8 m/Ma；石北2東斷層在D2處活動(dòng)強(qiáng)度最大。在斷層的兩端或在斷層的相接處斷層活動(dòng)較弱。

總之,研究區(qū)邊界斷層具有明顯的分段性,各段的斷層活動(dòng)具有明顯的差異性,同一條斷層不同位置的活動(dòng)強(qiáng)度不同,同一時(shí)期不同段、不同位置的活動(dòng)強(qiáng)度也不相同。這種斷層在平面上和縱向上的差異性導(dǎo)致了構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶的變化以及物源剝蝕強(qiáng)度、沉降中心的不同,進(jìn)而對(duì)砂分散體系的展布、類型以及砂礫巖百分含量、厚度具有重要的影響。

圖3 秦南凹陷東南緣不同位置不同層位邊界斷層活動(dòng)速率空間演化曲線Fig.3 Evolution curves showing activity rates of boundary faults in different horizons at different locations,southeastern margin of Qinnan Sag

3 斷層活動(dòng)對(duì)構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶的控制

研究區(qū)石北1號(hào)斷層與石北2號(hào)斷層之間存在一個(gè)構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶(圖1),該構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶形成于古近系孔店組-沙四段時(shí)期,該時(shí)期石北1東(B2至B4位置處)斷層活動(dòng)性比石北2西(C1至C3處)斷層大(圖3),兩斷層交匯處的平均斷層活動(dòng)速率分別為9.1 m/Ma和8.3 m/Ma,兩者相差0.8 m/Ma。沙三段時(shí)期,構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶兩側(cè)斷層活動(dòng)繼承了孔店組-沙四段的發(fā)育特征,石北1東與石北2西斷層交匯處的平均斷層活動(dòng)速率分別為94.8 m/Ma和87.8 m/Ma,前者比后者的斷層活動(dòng)速率大,兩者相差7 m/Ma。沙一+二段時(shí)期,構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶兩側(cè)斷層平均活動(dòng)速率15 m/Ma和25.5 m/Ma,石北1東斷層活動(dòng)性小于石北2西斷層,且兩者相差10.5 m/Ma。東三段沉積期,構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶兩側(cè)斷層平均活動(dòng)速率變?yōu)?01.1 m/Ma和26.7 m/Ma,石北1東斷層活動(dòng)性大于石北2西斷層,兩者相差73.4 m/Ma。東二段時(shí)期,兩側(cè)斷層平均活動(dòng)速率變?yōu)?3.6 m/Ma和20.3 m/Ma,石北1東斷層活動(dòng)性大于石北2西斷層,兩者相差13.3 m/Ma。東一段時(shí)期,斷層停止活動(dòng)。

因此,沙一+二段沉積時(shí)期構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶兩側(cè)表現(xiàn)為石北1東斷層活動(dòng)性比石北2西弱,造成構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶地層向石北2西斷層傾,形成斷槽,更有利于辮狀河三角洲砂體的搬運(yùn)和堆積；而其他時(shí)期,石北1東斷層活動(dòng)性比石北2號(hào)強(qiáng),導(dǎo)致構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶地層向石北1東斷層傾,形成斷坡,易發(fā)育向石北2號(hào)斷層超覆的泥巖沉積,不利于砂體的搬運(yùn)和堆積?？傊?不同時(shí)期石北1東與石北2西斷層活動(dòng)的差異性控制了構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶的演化以及它在沉積過程中的不同角色。

4 斷層活動(dòng)對(duì)物源剝蝕強(qiáng)度的控制

研究區(qū)邊界斷層為控盆斷層,它的差異活動(dòng)直接控制了剝蝕區(qū)與沉積區(qū)的差異升降作用,進(jìn)而控制著物源區(qū)不同位置的剝蝕強(qiáng)度。以整個(gè)古近系為例,利用鉆井和三維地震資料,對(duì)石北1西、石北1東和石北2西、石北2東斷層不同位置的斷層活動(dòng)速率進(jìn)行了統(tǒng)計(jì),并繪制了古近系斷層活動(dòng)速率曲線圖(圖4)。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),石北2西斷層C4處古近系斷層活動(dòng)速率最大,為40.8 m/Ma,剝蝕厚度約1 800 m左右,造成該位置附近物源區(qū)中生界剝蝕殆盡,出露二疊系砂泥巖互層,剝蝕強(qiáng)度較大；而石北1西和石北1東斷層的A4和B2處古近系斷層活動(dòng)速率出現(xiàn)峰值,分別為30.9 m/Ma和29.4 m/Ma,剝蝕厚度約為980 m左右,該位置附近的物源區(qū)殘留厚度較大的中生界火山巖,與石北2西斷層C4處相比,剝蝕強(qiáng)度小。總之,古近系沉積時(shí)期,由于西部斷層活動(dòng)強(qiáng)度小于東部,導(dǎo)致東部物源區(qū)(如D3和D4井區(qū))抬升速率大于西部物源區(qū)(如D2井區(qū)),因而東部物源區(qū)的剝蝕強(qiáng)度大于西部物源區(qū),最終使得東部物源區(qū)剝蝕厚度大于西部。而在古近紀(jì)的各沉積時(shí)期,邊界斷層的活動(dòng)強(qiáng)度與物源區(qū)的抬升、剝蝕也具有同樣的特點(diǎn),這里不再做贅述。

5 斷層活動(dòng)對(duì)沉積的控制

秦南凹陷東南緣古近系石北1西、石北1東、石北1西和石北1東斷層的活動(dòng)性及其相互配置關(guān)系形成的古地貌對(duì)砂分散體系和砂體展布具有明顯的控制作用[2-6]。

圖4 秦南凹陷東南緣古近系斷層活動(dòng)強(qiáng)度與物源區(qū)剝蝕強(qiáng)度對(duì)比Fig.4 Intensity comparison of fault activity and provenance erosion during the Paleogene in southeastern margin of Qinnan Saga.古近系斷層活動(dòng)速率曲線；b.物源區(qū)殘留地層地震反射特征

5.1 斷層活動(dòng)對(duì)沉降速率的控制

5.1.1 平面控制規(guī)律

研究區(qū)古近系各沉積時(shí)期邊界斷層的差異活動(dòng)導(dǎo)致沉降中心的形成及其分布的差異性(圖5)。

沙三段沉積期,邊界斷層活動(dòng)較強(qiáng),且在邊界斷層中部活動(dòng)強(qiáng),兩側(cè)弱,進(jìn)而在研究區(qū)形成了統(tǒng)一的沉降中心,最大沉降速率約為320 m/Ma。石北1西和石北2東斷層活動(dòng)較弱,石北2東和石北2西斷層活動(dòng)較強(qiáng),沉降速率較大,在地震測(cè)線B3和C4處斷層活動(dòng)速率最大,分別為123.3 m/Ma、131.8 m/Ma,沉降中心靠近這兩個(gè)位置,且沉降中心的范圍較大。沉降中心的長(zhǎng)軸軸方向與邊界斷層的走向一致,因此,邊界斷層對(duì)沉降中心具有明顯的控制作用。

沙一+二段沉積期,邊界斷層活動(dòng)減弱,沿邊界斷層發(fā)育3個(gè)沉降中心。該時(shí)期斷層活動(dòng)速率變化較快,在邊界斷層活動(dòng)較強(qiáng)的A4，B3，C4處分別發(fā)育范圍較小的沉降中心,斷層活動(dòng)速率分別為25.5，23.5，57.8 m/Ma,最大沉降速率分別為103、87和123 m/Ma,沉降中心的范圍在A4處和C4處較大,B3處較小。

東三段沉積期,邊界斷層活動(dòng)再次增強(qiáng),且石北1西和石北1東斷層活動(dòng)明顯大于石北2西和石北2東斷層,沿邊界斷層發(fā)育2個(gè)沉降中心,具有明顯的繼承性,分別位于石北1西和石北1東斷層的A4和B3處,斷層活動(dòng)速率分別為244、140 m/Ma,對(duì)應(yīng)沉降中心的最大沉降速率為320和280 m/Ma,沉降中心范圍相差不大。而石北2西和石北2東斷層活動(dòng)較弱,沉降中心遠(yuǎn)離該邊界斷層,且對(duì)沉降中心的控制作用較弱。

至東二段沉積期,邊界斷層活動(dòng)再次減弱,該時(shí)期的早期,斷層活動(dòng)控制著沉降中心的發(fā)育,且沿?cái)鄬幼呦蛟谑?西和石北2西斷層的A4和C4處發(fā)育沉降中心,A4處斷層活動(dòng)速率為99.7 m/Ma,對(duì)應(yīng)沉降中心的最大沉降速率約為210 m/Ma,沉降中心范圍小；而C4處斷層活動(dòng)速率為93.8 m/Ma,對(duì)應(yīng)沉降中心的最大沉降速率約為230 m/Ma,沉降中心范圍大。至東二段沉積期晚期,斷層停止活動(dòng),東營(yíng)組沉積物覆蓋凸起。

5.1.2 縱向演化規(guī)律

縱向上,不同時(shí)期不同位置的斷層活動(dòng)性既具有相似性,又具有差異性。石北1西、石北1東、石北2西和石北2東斷層的A4，B3，C4和D2位置斷層活動(dòng)性始終最強(qiáng),因此,在A4，B3，C4處的沉降速率均較大,在這3個(gè)位置容易形成沉降中心。石北1西、石北1東和石北2西斷層均表現(xiàn)為“弱-強(qiáng)-弱”的活動(dòng)特征,在縱向上具有繼承性演化的特點(diǎn),沉降中心往往靠近斷層活動(dòng)強(qiáng)的位置,且在縱向上繼承性發(fā)育。但是,不同時(shí)期的斷層活動(dòng)強(qiáng)度不同,導(dǎo)致沉降速率大小具有差異性,沙三段斷層活動(dòng)強(qiáng),沉降速率大；沙一+二段斷層活動(dòng)減弱,沉降速率減?。粬|三段斷層活動(dòng)強(qiáng)度增大,沉降速率也相應(yīng)地增大；東二段斷層活動(dòng)減弱,至東二段后期斷層停止活動(dòng),對(duì)應(yīng)的沉降速率減小。沙三段和東三段沉積期,石北1西和石北1東斷層活動(dòng)強(qiáng),沉降中心主要沿石北1西斷層或石北1東斷層分布；而沙一+二段和東二段沉積期,石北2西斷層活動(dòng)大于石北1西和石北1東斷層,沉降中心主要沿石北2西斷層分布。

圖5 秦南凹陷東南緣不同沉積時(shí)期地層沉降速率與邊界斷層活動(dòng)速率疊合圖Fig.5 Overlay chart showing subsidence rate and boundary fault activity rate during different deposition stages,southeasternmargin of Qinnan Saga.沙三段；b.沙一+二段；c.東三段；d東二段

5.2 斷層活動(dòng)對(duì)沉積體系的控制

斷層活動(dòng)對(duì)沉積相類型、展布及其巖性具有明顯的控制作用[2-6],下面對(duì)秦南凹陷東南陡坡帶古近系的斷層活動(dòng)與沉積體系的關(guān)系進(jìn)行詳細(xì)闡述。

5.2.1 沉積相類型及其展布

利用鉆/測(cè)井、巖芯、三維地震反射及屬性分析(圖6),在前人研究的基礎(chǔ)上[7],確定了秦南凹陷東南緣古近系的沉積相類型和展布(圖7)。

以沙一+二段沉積相為例進(jìn)行沉積相類型及展布的確定(圖6,圖7b)。沙一+二段沉積期,主要發(fā)育扇三角洲和湖泊沉積,錄井上,主要以厚層砂礫巖夾灰色薄層泥巖為主,礫石較粗,分選、磨圓差,粒徑約0.3～15 cm不等；測(cè)井上,單個(gè)砂層發(fā)育扇三角洲前緣亞相河口壩微相的漏斗狀特征,以及水下分流河道微相中的齒化箱型特征；地震上,由物源區(qū)向湖盆方向表現(xiàn)為弱振幅前積反射逐漸向強(qiáng)振幅低頻較連續(xù)亞平行反射過渡的特征,代表扇三角洲向湖相沉積逐漸轉(zhuǎn)變；均方根振幅屬性上,由于扇三角洲與湖相過渡的位置波阻抗最強(qiáng),因此,出現(xiàn)環(huán)帶現(xiàn)象,環(huán)帶的外邊界代表扇三角洲與湖相之間的界限。

通過上述方法,確定了研究區(qū)沙三段、沙一+二段、東三段和東二段各沉積期的沉積相類型及展布(圖7),并分析了各沉積時(shí)期沉積相的類型和展布特征。研究表明,秦南凹陷古近系主要發(fā)育扇三角洲、辮狀河三角洲、湖泊等幾種沉積相類型。

沙三段沉積期,主要發(fā)育扇三角洲和湖泊沉積,扇三角洲環(huán)繞石臼坨凸起分布,分布范圍較小,向湖泊延伸距離短,而湖泊相分布廣泛。在研究區(qū)西部扇三角洲較發(fā)育,東部?jī)H在石北2西斷層的東部發(fā)育(圖7a)。

沙一+二段沉積期,主要發(fā)育辮狀河三角洲、扇三角洲和湖泊沉積,辮狀河三角洲和扇三角洲環(huán)繞石臼坨凸起繼承性發(fā)育,分布范圍明顯擴(kuò)大,湖泊范圍減小。在研究區(qū)西部以及石北1西、石北1東、石北2西、石北2東斷層的下降盤,辮狀河三角洲和扇三角洲均發(fā)育(圖7b)。

圖6 秦南凹陷東南緣沙一+二段沉積相類型及平面展布的確定Fig.6 Sedimentary facies and their plane distribution in Es1+2,southeastern margin of Qinnan Saga.地震相近特征;b.均方根振幅屬性(黃色邊界代表扇三角洲邊界);c.Q-13井巖心特征(砂礫巖);d.Q-16井壁心特征(砂礫巖);e.Q-19井錄井/測(cè)井特征

圖7 秦南凹陷東南緣古近系各時(shí)期斷層活動(dòng)速率與沉積相疊合圖Fig.7 Overlay chart showing fault activity rate and sedimentary facies in the Paleogene,southeastern margin of Qinnan Saga.沙三段；b.沙一+二段；c.東三段；d.東二段

東三段沉積期,主要發(fā)育辮狀河三角洲、扇三角洲和湖泊沉積,但辮狀河三角洲和扇三角洲范圍明顯減小,湖泊范圍明顯擴(kuò)大。辮狀河三角洲和扇三角洲僅在研究區(qū)西部和石北1西、石北1東斷層下降盤發(fā)育(圖7c)。

至東二段沉積期,主要發(fā)育曲流河三角洲和湖泊沉積,石臼坨凸起被東二段沉積物覆蓋,凸起不再提供物源,秦南凹陷以及石臼坨凸起被曲流河三角洲充填和覆蓋(圖7d)。

5.2.2 斷層活動(dòng)對(duì)沉積相類型及展布的控制

斷層不同位置的差異活動(dòng)主要對(duì)研究區(qū)古近系的沉積相類型和展布具有明顯控制作用(圖7)。

沙三段沉積期,斷層活動(dòng)強(qiáng)烈,平均斷層活動(dòng)速率為60.6 m/Ma,最大斷層活動(dòng)速率為131.8 m/Ma,處于盆地的強(qiáng)斷陷期,盆地快速沉降,扇三角洲沉積發(fā)育,范圍較小。該時(shí)期秦南凹陷處于區(qū)域性的湖盆擴(kuò)張期,湖水范圍分布廣,石北1西斷層的中部、石北1西斷層的西部以及石北2西斷層的西部斷層活動(dòng)性較強(qiáng),因此,形成統(tǒng)一的沉降中心,湖泊沉積廣泛發(fā)育。受強(qiáng)斷層活動(dòng)的影響,在靠近沉降中心的凸起周圍發(fā)育一系列延伸距離較短、分布范圍小的扇三角洲沉積,如圖7a中的A4-B2和C5-C7等位置。

沙一+二段沉積期,斷層活動(dòng)明顯減弱,平均斷層活動(dòng)速率為20.3 m/Ma,最大斷層活動(dòng)速率為57.8 m/Ma,處于盆地的弱斷陷期,扇三角洲和辮狀河三角洲發(fā)育,范圍明顯擴(kuò)大。斷層對(duì)沉積相的控制依然很明顯。受斷層活動(dòng)差異的影響,在研究區(qū)形成3個(gè)靠近斷層的沉降中心,因此,在石北1西斷層西部,斷層活動(dòng)弱,沉降中心距離物源區(qū)較遠(yuǎn),主要發(fā)育辮狀河三角洲,而在斷層活動(dòng)較強(qiáng)的石北1東、石北2西和石北2東斷層的位置,沉降中心離物源較近,扇三角洲沉積發(fā)育,如圖7b中B1-B3，C1-C3及C4-D2等位置。

東三段沉積期,斷層活動(dòng)再次增強(qiáng),平均斷層活動(dòng)速率為56.9 m/Ma,最大斷層活動(dòng)速率為244 m/Ma,處于盆地的強(qiáng)斷陷期,扇三角洲和辮狀河三角洲發(fā)育,范圍明顯縮小,數(shù)量也減小。斷層對(duì)沉積的控制作用很明顯,在斷層活動(dòng)較強(qiáng)的A4和B3位置附近形成了2個(gè)靠近斷層的沉降中心,在石北1西和石北1東斷層的西部發(fā)育辮狀河三角洲和扇三角洲沉積,石北2西和石北2東斷層附近以湖相沉積為主。

至東二段沉積期,斷層活動(dòng)減弱,平均斷層活動(dòng)速率為29.4 m/Ma,最大斷層活動(dòng)速率為99.7 m/Ma,處于盆地的斷-拗轉(zhuǎn)換期,發(fā)育來自西北部和北部2個(gè)方向的曲流河三角洲發(fā)育,石臼坨凸起不再提供物源。該沉積期的早期,斷層依然活動(dòng),而湖盆快速擴(kuò)大,至改成及其的中晚期,盆地整體沉降,斷層停止活動(dòng),導(dǎo)致湖水漫過石臼坨凸起,至此,石臼坨凸起處于水下而成為接受沉積的位置。

整體上,斷層的差異活動(dòng)控制了古地貌、沉降中心以及碎屑沉積物運(yùn)移的方向,進(jìn)而控制了沉積相的類型和展布。沙三段至東三段,在斷層活動(dòng)強(qiáng)的位置扇三角洲發(fā)育,而在斷層活動(dòng)弱的西部辮狀河三角洲發(fā)育,扇三角洲和辮狀河三角洲主要沿?cái)鄬踊顒?dòng)弱的位置向斷層活動(dòng)強(qiáng)的位置進(jìn)積；東二段,斷層活動(dòng)最終停止活動(dòng),盆地整體處于熱沉降期,石臼坨凸起不再提供物源,主要發(fā)育來自外部物源的曲流河三角洲沉積。

5.2.3 斷層活動(dòng)對(duì)三角洲延伸長(zhǎng)度及碎屑巖巖性的控制

利用錄/測(cè)井、巖心、壁芯及三維地震等資料,在精細(xì)刻畫古近系各沉積時(shí)期的扇三角洲、辮狀河三角洲、曲流河三角洲展布范圍的基礎(chǔ)上,統(tǒng)計(jì)了各沉積時(shí)期扇三角洲和辮狀河三角洲發(fā)育位置的斷層活動(dòng)速率以及扇三角洲的延伸長(zhǎng)度,以及斷層附近各沉積時(shí)期斷層的活動(dòng)速率及其對(duì)應(yīng)的各井的中細(xì)砂巖、砂礫巖和總的砂巖的百分含量,繪制了斷層活動(dòng)速率與三角洲延伸長(zhǎng)度、不同類型砂巖百分含量的關(guān)系圖(圖8,圖9),在此基礎(chǔ)上,分析了斷層活動(dòng)對(duì)三角洲延伸度、不同類型砂巖百分含量的控制作用。

結(jié)果表明,斷層活動(dòng)速率與三角洲延伸長(zhǎng)度、砂巖百分含量均具有很好的對(duì)數(shù)關(guān)系。三角洲延伸長(zhǎng)度隨著邊界斷層活動(dòng)的增強(qiáng)而變短,砂巖百分含量隨著邊界斷層活動(dòng)的減弱而增加。當(dāng)斷層活動(dòng)較弱時(shí),沉降中心遠(yuǎn)離斷層發(fā)育,三角洲向沉降中心進(jìn)積的距離變長(zhǎng),另外,三角洲往往沿著弱斷層活動(dòng)形成的高地勢(shì)位置向強(qiáng)斷層活動(dòng)形成的低地勢(shì)位置進(jìn)積,因此,低地勢(shì)的位置距離物源較近,造成了斷層活動(dòng)弱的位置砂巖百分含量高,斷層活動(dòng)強(qiáng)的位置,砂巖百分含量低。在三角洲發(fā)育的位置,斷層活動(dòng)越強(qiáng),越有利于形成粒徑較大的砂礫巖(圖9中的砂礫巖),反之,形成的砂巖粒徑較小(圖9中的中細(xì)砂巖)。

圖8 秦南凹陷東南緣斷層活動(dòng)速率與三角洲延伸長(zhǎng)度的關(guān)系Fig.8 Relationship between fault activity rate and deltaextension length,southeastern margin of Qinnan Sag

圖9 秦南凹陷東南緣斷層活動(dòng)速率與砂巖百分含量的關(guān)系Fig.9 Relationship between fault activity rate and sandstonecontent,southeastern margin of Qinnan Sag

6 結(jié)論

1) 研究區(qū)古近系發(fā)育幕式構(gòu)造活動(dòng),邊界斷層具有明顯的分段性,在縱向上和平面上,斷層活動(dòng)既具有明顯的差異性,又表現(xiàn)出一定的相似性?？v向上,孔店組至沙四段,邊界斷層開始活動(dòng),斷層活動(dòng)速率較小；沙三段,斷層活動(dòng)增強(qiáng),斷層活動(dòng)速率增大；沙一二段,斷層活動(dòng)減弱,斷層活動(dòng)速率減?。粬|三段,斷層活動(dòng)再次增強(qiáng),斷層活動(dòng)速率增大；東二段沉積期,斷層活動(dòng)逐漸減弱,末期停止活動(dòng)；至東一段,斷層停止活動(dòng)。

2) 古近系時(shí)期,斷層活動(dòng)的變化控制了構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶的形成與演化；而斷層的差異活動(dòng)直接控制了剝蝕區(qū)與沉積區(qū)的差異升降作用,進(jìn)而控制著物源區(qū)不同位置的剝蝕強(qiáng)度,古近系沉積期斷層活動(dòng)強(qiáng)的位置,物源區(qū)抬升速度快,剝蝕速度也快。

3) 同一時(shí)期邊界斷層活動(dòng)性強(qiáng)的位置,沉降中心離斷層較近。垂向上,沙三段沉積期,研究區(qū)中部邊界斷層活動(dòng)較強(qiáng),具有統(tǒng)一的沉降中心,且沉降中心靠近斷層發(fā)育；沙一二段沉積期,斷層活動(dòng)減弱,且差異性活動(dòng)明顯,在斷層活動(dòng)強(qiáng)的位置發(fā)育范圍較小的沉降中心,沉降中離斷層較遠(yuǎn)；東三段沉積期,斷層活動(dòng)再次增強(qiáng),但差異性活動(dòng)明顯,在斷層活動(dòng)強(qiáng)的位置發(fā)育沉降中心,沉降中心靠近斷層發(fā)育；東二段沉積期,斷層活動(dòng)減弱,斷層活動(dòng)差異性明顯,沉降中心靠近斷層活動(dòng)強(qiáng)的位置。另外,沙一+二段沉積期,構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶兩側(cè)斷層差異活動(dòng)易形成斷槽。

4) 古近系沉積期,斷層活動(dòng)強(qiáng)的時(shí)期,扇三角洲和湖泊發(fā)育,扇三角洲范圍較小,如沙三段和東三段；斷層活動(dòng)弱的時(shí)期,扇三角洲、辮狀河三角洲和曲流河三角洲發(fā)育,范圍較大,如沙一+二段、東二段；三角洲的延伸長(zhǎng)度隨著斷層活動(dòng)性的增強(qiáng)而變長(zhǎng)。同一沉積期,三角洲往往沿著弱斷層活動(dòng)的低勢(shì)區(qū)向強(qiáng)斷層活動(dòng)的高勢(shì)區(qū)進(jìn)積,砂巖百分含量隨和斷層活動(dòng)的增強(qiáng)具有逐漸減小的趨勢(shì)。另外,在沙一+二段沉積期,構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶斷層差異活動(dòng)形成的斷槽更有利于辮狀河三角洲砂體的搬運(yùn)和堆積。

[1] 顏世永,吳智平,李月,等.渤海灣盆地惠民凹陷臨商斷層特征及其活動(dòng)機(jī)制[J].地質(zhì)論評(píng),2010,56(5)：647-652.

Yan Shiyong,Wu Zhiping,Li Yue,et al.Characteristics and faulting mechanism of Linshang fault in the Huimin Sag,Bohai Bay Basin[J].Geological Review,2010,56(5):647-652.

[2] 姜華,王華,劉軍,趙淑娥,等.珠江口盆地珠三坳陷神狐組-恩平組沉積時(shí)期南斷裂活動(dòng)性對(duì)沉積的控制作用[J].地質(zhì)科技情報(bào),2009,28(2)：49-53.

Jiang Hua,Wang Hua,Liu Jun,et al.Activity of South Fault of Zhu Ⅲ Depression and Its Controlling on Sedimentation during Shenhu Formation to Enping Formation in Pearl River Mouth Basin[J].Geological Science and Technology Information,2009,28(2):49-53.

[3] 史冠中,王華,徐備,等.南堡凹陷柏各莊斷層活動(dòng)特征及對(duì)沉積的控制[J].北京大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2011,47(1)：85-90.

Shi Guanzhong,Wang Hua,Xu Bei,et al.Activity of Baigezhuang fault of Nanpu Depression and Its Controlling on Sedimentation[J].Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis,2011,47(1):85-90.

[4] 王華,姜華,林正良,等.南堡凹陷東營(yíng)組同沉積構(gòu)造活動(dòng)性與沉積格局的配置關(guān)系研究[J].地球科學(xué)與環(huán)境學(xué)報(bào),2011,31(1)：70-77.

Wang Hua,Jiang Hua,Lin Zhengliang,et al.Relations between synsedimentary tectonic activity and sedimentary framework of Dongyi-ng Formation in Nanpu Sag[J].Journal of Earth Sciences and Environment,2011,31(1):70-77.

[5] 蔡佳,姜華,甘華軍,等.南陽凹陷南部邊界大斷裂活動(dòng)性及其對(duì)沉積的控制[J].西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2009,24(4)：9-12.

Cai Jia,Jiang Hua ,Gan Huajun,et al.Activities of the boundarymajor fault in the south of Nanyang Sag and their control effect on deposition[J].Journal of Xian Shiyou University( Natural Science Edition),2009,24(4)：9-12.

[6] 劉琴琴,黃傳炎,金思丁,等.福山凹陷美臺(tái)斷層活動(dòng)特征及其對(duì)沉積的控制[J].西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2015,37(4)：51-59.

Liu Qinqin,Huang Chuanyan,Jin Siding,et al.Activity characteristics of meitai fault of Fushan Depression and its controlling on sedimentation[J].Journal of Southwest Petroleum University(Science & Technology Edition) [J],2015,37(4):51-59.

[7] 賴維成,徐長(zhǎng)貴,王曉剛,等.秦南凹陷古近系層序地層和沉積體系研究及油氣勘探方向探討[J].中國海上油氣,2007,19(5)：300-305.

Lai Weicheng,Xu Changgui,Wang Xiaogang,et al.A study on Paleogene sequence stratigraohy and sedimentary systems and a discussion on hydrocarbon exploration directions in Qinnan depression [J].China Offshore Oil And Gas,2007,19(5):300-305.

[8] 莊新兵,鄒華耀,李楠,等.秦南凹陷烴源巖特征與油氣勘探新領(lǐng)域[J].斷塊油氣田,2011,18(2)：146-149.

Zhuang Xinbing,Zou Huayao,Li Nan,et al.Characteristics of source rock and new region of oil and gas exploration in Qinnan Sag[J].Fault-Block Oil & Gas Field,2011,18(2):146-149.

[9] 楊海風(fēng),魏剛,王德英,等.秦南凹陷秦皇島29-2油氣田原油來源及其勘探意義[J].油氣地質(zhì)與采收率,2011,18(6)：28-31.

Yang Haifeng,Wei Gang,Wang Deying,et al.Oil sources and exploration significance of Qinhuangdao29-2 oil-gas field[J].Petroleum Geology and Recovery Efficiency,2011,18(2):146-149.

[10] 魏剛,薛永安,柴永波,等.秦南凹陷油氣勘探思路創(chuàng)新與突破[J].中國海上油氣,2012,24(3)：7-11.

Wei Gang,Xue Yong’an,Chai Yongbo,et al.Philosophy innovations and a breakthrough in petroleum exploration in Qinnan sag[J].China Offshore Oil and Gas,2012,24(3):7-11.

[11] 莊新兵,鄒華耀,李楠,等.秦南地區(qū)天然氣成因與油氣勘探潛力分析[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(地球科學(xué)版),2011,41(3)：680-688.

Zhuang Xinbing,Zou Huayao,Li Nan,et al.Origin of natural gas and exploration potential of hydrocarbon,Qinnan area[J].Journal of Jilin University(Earth Science Edition),2011,41(3):680-688.

[12] 田立新,楊海風(fēng),王德英,等.渤海海域古近系油氣藏高含量CO2的成因及成藏期研究:以秦南凹陷Q油氣田為例[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2013,44(2)：673-678.

Tian Lixin,Yang Haifeng,Wang Deying,et al.Study on genesis of high contents of CO2and hydrocarbon accumulation period in Paleogene,Bohai Sea:An example in Q oil-gas field of Qinnan Sag[J].Journal of Central South University(Science and Technology),2013,44(2)：673-678.

[13] 王冠民,龐小軍,張雪芳,等.渤中凹陷古近系石南斷層活動(dòng)性及其對(duì)油氣成藏條件的控制作用[J].石油與天然氣地質(zhì),2012,33(6)：859-866.

Wang Guanmin,Pang Xiaojun,Zhang Xuefang,et al.Activity of Shinan fault and its control on hydrocarbon accumulation in the Paleogene in Bozhong Depression.Oil & Gas Geology,2012,33(6):859-866.

[14] 夏慶龍,龐雄奇,姜福杰,等.渤海海域渤中凹陷源控油氣作用及有利勘探區(qū)域預(yù)測(cè)[J].石油與天然氣地質(zhì),2009,30(4)：398-404,411.

Xia Qinglong,Pang Xiongqi,Jiang Fujie,et al.Control of source rock on hydrocarbon accumulation and prediction of favorable plays in the Bozhong Depression of the Bohai Sea waters.Oil & Gas Geology,2009,30(4):398-404,411.

[15] 周心懷,牛成民,滕長(zhǎng)宇.環(huán)渤中地區(qū)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)期斷裂活動(dòng)與油氣成藏關(guān)系[J].石油與天然氣地質(zhì),2009,30(4)：469-475,482.

Zhou Xinhuai,Niu Chengming,Teng Changyu.Relationship between faulting and hydrocarbon pooling during the Neotectonic movement around the central Bohai Bay.Oil & Gas Geology,2009,30(4):469-475,482.