單俊峰,陳 昌,周曉龍,方 紅
(中國石油遼河油田分公司,遼寧 盤錦 124010)
遼河坳陷為中新生代復(fù)合斷陷盆地,坳陷內(nèi)發(fā)育臺(tái)安-大洼斷裂、營口-佟二堡斷裂等多個(gè)重要斷裂帶,是油氣匯聚的重要構(gòu)造單元。研究斷裂帶的構(gòu)造演化及其對(duì)成烴成藏的控制作用,尤其是斷裂帶中深層的成藏體系,對(duì)深化遼河坳陷斷裂帶油氣成藏規(guī)律研究,尋找有利目標(biāo)有重要的指導(dǎo)意義。此次研究以西部凹陷臺(tái)安-大洼斷裂帶為研究突破口,形成構(gòu)造演化及成烴成藏的重要地質(zhì)認(rèn)識(shí),進(jìn)而在“十四五”中后期推廣至整個(gè)遼河坳陷,對(duì)東部凹陷、大民屯凹陷重要斷裂帶開展深化認(rèn)識(shí)及目標(biāo)優(yōu)選。
遼河坳陷可劃分為西部凹陷、東部凹陷、大民屯凹陷和西部凸起、東部凸起、中央凸起6個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元。臺(tái)安-大洼斷裂帶位于西部凹陷與中央凸起的過渡帶,是一個(gè)中、新生代裂谷湖盆,呈北東向展布,大洼斷層作為區(qū)內(nèi)一級(jí)斷層,將斷裂帶分為洼陷區(qū)和凸起區(qū)。依據(jù)主要構(gòu)造變形時(shí)期(古近紀(jì)東營組沉積時(shí)期)的構(gòu)造特征[1-3],斷裂帶由北至南可劃分為8個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元:牛心坨反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶、牛心坨-臺(tái)安洼陷、冷家壓扭構(gòu)造帶、陳家洼陷、興隆臺(tái)構(gòu)造帶、清水洼陷、大小洼構(gòu)造帶、海外河構(gòu)造帶(圖1)。
圖1 臺(tái)安-大洼斷裂帶構(gòu)造分區(qū)
臺(tái)安-大洼斷裂帶油氣資源豐富,是遼河坳陷最重要的含油氣區(qū)帶之一,為遼河油田勘探開發(fā)近50 a的重要支撐。由于研究區(qū)處于郯廬斷裂帶[4-6],經(jīng)歷了新生代強(qiáng)烈的伸展拉張和走滑反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)[7],使得研究區(qū)北部和南部發(fā)育了不同的構(gòu)造樣式,造成南北油氣富集程度及油氣富集規(guī)律差異較大,有必要對(duì)斷裂帶的構(gòu)造樣式與發(fā)育演化特征及其與油氣成藏的關(guān)系進(jìn)行分析研究。該文對(duì)臺(tái)安-大洼斷裂帶的構(gòu)造樣式及新生代的構(gòu)造演化特征進(jìn)行了詳細(xì)分析,并系統(tǒng)總結(jié)了新生代構(gòu)造演化對(duì)油氣成藏的控制作用,分析了斷裂帶北部和南部、大洼斷層上升盤和下降盤的油氣成藏模式及主控因素,指出了下一步油氣勘探方向。
臺(tái)安-大洼斷裂帶斷裂體系復(fù)雜多樣,南北差異較大,根據(jù)新生代斷裂性質(zhì)和構(gòu)造特征,可以劃分為伸展型和走滑反轉(zhuǎn)型2類構(gòu)造樣式。
2.1.1 伸展型構(gòu)造樣式
伸展型構(gòu)造主要集中發(fā)育于斷裂帶的中南部,即興隆臺(tái)構(gòu)造帶、大小洼構(gòu)造帶、清水洼陷、海外河構(gòu)造帶,由NNE—NE向的鏟式正斷層和一組近NE向的次級(jí)正斷層構(gòu)成(圖2)。依據(jù)斷層的發(fā)育期次,可分為古近紀(jì)始新世和漸新世2期正斷層斷裂系統(tǒng)。始新世發(fā)育的正斷層具有活動(dòng)強(qiáng)度大、持續(xù)時(shí)間長的特點(diǎn),為切割基底的鏟式正斷層,圖2中的大洼斷層為斷裂帶一級(jí)斷層,將斷裂帶切割成上盤和下盤,下盤為凸起區(qū),成為相對(duì)穩(wěn)定的塊體,上盤隨斷層活動(dòng)持續(xù)沉降,成為洼陷區(qū),并具有半地塹的特征。鏟式正斷層對(duì)斷裂帶的格局及油氣成藏具有重要影響。漸新世發(fā)育的次級(jí)正斷層活動(dòng)強(qiáng)度差異較大,向下多在沙三段滑脫消亡,不切割基底,向上切割至東營組頂部。圖2中的海外河斷層斷至沙三下段,大多數(shù)斷層只斷至沙三上段或沙二段,這些次級(jí)斷層將斷裂帶分割成一系列的斷階帶。
圖2 臺(tái)安-大洼斷裂帶南部伸展型構(gòu)造樣式地震剖面(剖面位置見圖1)
2.1.2 走滑反轉(zhuǎn)型構(gòu)造樣式
圖3 臺(tái)安-大洼斷裂帶北部走滑反轉(zhuǎn)型構(gòu)造樣式地震剖面(剖面位置見圖1)
走滑逆沖斷層為始新世至漸新世早期拉張應(yīng)力場下發(fā)育的正斷層,在漸新世晚期至新近紀(jì)右旋走滑應(yīng)力場下反轉(zhuǎn)形成[8]。走滑逆沖斷層均為向下切割至基底、向上切割至館陶組的大斷裂,并與鏟式正斷層形成“Y”字形或“X”字形斷裂組合,在二者之間形成低幅度的沖起背斜,反轉(zhuǎn)構(gòu)造幅度一般為100~150 m。圖3中的冷家逆斷層切割大洼斷層和基底,與大洼斷層共同控制了冷家壓扭逆沖構(gòu)造帶的形成,同時(shí)漸新世發(fā)育的一系列近NE向正斷層將冷家壓扭逆沖構(gòu)造帶分割成外帶、中帶和內(nèi)帶3個(gè)斷階帶。
大洼斷層作為臺(tái)安-大洼斷裂帶的一級(jí)主干斷層,將斷裂帶分割成凸起區(qū)和洼陷區(qū)。大洼斷層發(fā)育于古近紀(jì)始新世,劇烈活動(dòng)于始新世和漸新世,消亡于新近紀(jì),其活動(dòng)期次明顯具有分段性和不均衡性[9]。在古新世房身泡(Ef)至沙四(Es4)沉積時(shí)期,大洼斷層主要在北段活動(dòng),在中南段并未發(fā)育;在始新世沙三(Es3)沉積時(shí)期,大洼斷層在全區(qū)活動(dòng),此時(shí)活動(dòng)速率達(dá)到最大,且活動(dòng)劇烈強(qiáng)度逐步向南轉(zhuǎn)移,沙三中時(shí)期在中段達(dá)到最大,沙三上時(shí)期在南段達(dá)到最大,沙三段底界的滑距整體為6 000~9 000 m,最大滑距達(dá)10 780 m。漸新世沙二(Es2)至東營(Ed)沉積時(shí)期,大洼斷層的活動(dòng)強(qiáng)度進(jìn)一步向南轉(zhuǎn)移,呈現(xiàn)出南強(qiáng)北弱的格局,斷層的活動(dòng)強(qiáng)度在南段達(dá)到最大;館陶組沉積期及以后,大洼斷層活動(dòng)強(qiáng)度逐漸變?nèi)?,至明化?zhèn)組沉積期停止活動(dòng)。
臺(tái)安-大洼斷裂帶屬于下遼河坳陷的一個(gè)三級(jí)構(gòu)造單元,其形成機(jī)制與整個(gè)渤海灣新生代盆地的動(dòng)力學(xué)過程有密切關(guān)系。同時(shí),下遼河坳陷位于郯廬斷裂帶之上,其構(gòu)造演化過程又與新生代郯廬斷裂帶活動(dòng)有直接關(guān)系。因此,臺(tái)安-大洼斷裂帶的形成,既有伸展運(yùn)動(dòng),也有走滑運(yùn)動(dòng)。正是由于受郯廬斷裂帶走滑運(yùn)動(dòng)的影響,臺(tái)安-大洼斷裂帶南北段演化具有一定的差異性,但整體也存在共性,大致可以分為3個(gè)階段[10]。
2.3.1 斷陷期(古近紀(jì)古新世—始新世)
古近紀(jì)早期,遼河盆地繼承中生代以來的構(gòu)造運(yùn)動(dòng),軟流圈熱流物質(zhì)上涌,使地殼減薄,產(chǎn)生拉張應(yīng)力場,盆地內(nèi)產(chǎn)生一系列北東方向?yàn)橹鞯膹埿詳嗔裑11]。早期臺(tái)安-大洼斷裂帶北部的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)劇烈,大洼斷層形成,將穩(wěn)定基底切割為凸起區(qū)和洼陷區(qū),大量火山物質(zhì)沿大洼斷層噴發(fā),在斷裂帶北部堆積巨厚的玄武巖,期間斷裂帶中南部仍為穩(wěn)定塊體。始新世沙三沉積時(shí)期,斷裂帶發(fā)育處于鼎盛時(shí)期,大洼斷層在全區(qū)活動(dòng)加劇,并向南轉(zhuǎn)移,將南部地區(qū)切割成凸起區(qū)和洼陷區(qū),興隆臺(tái)至海外河地區(qū)大幅沉降,接受深湖相沉積。沙三末期斷裂帶整體抬升,湖盆消失。
2.3.2 斷陷和右旋走滑期(漸新世沙二沉積期—東營期)
經(jīng)過始新世末期短暫的回返間歇之后,漸新世早期,斷裂帶在區(qū)域拉張應(yīng)力場下開始新的沉陷,繼承發(fā)育伸展構(gòu)造。漸新世中晚期,整個(gè)中國東部區(qū)域應(yīng)力場發(fā)生改變,由原來拉張應(yīng)力場逐步轉(zhuǎn)化為右旋走滑應(yīng)力場[12-15]。由于區(qū)域應(yīng)力場的改變,使斷裂帶產(chǎn)生新的構(gòu)造格局,伸展構(gòu)造繼承性發(fā)育,同時(shí)還產(chǎn)生走滑構(gòu)造、擠壓構(gòu)造,因此,斷裂帶在漸新世具備斷陷和右旋走滑反轉(zhuǎn)的雙重特點(diǎn)。期間,斷裂帶沉降中心仍具備由北向南轉(zhuǎn)移的特征,同時(shí)各構(gòu)造帶的局部沉降中心也發(fā)生變遷。
2.3.3 坳陷期(晚古近紀(jì)—第四紀(jì))
為分析空間距離(各省區(qū)省會(huì)城市距離張家界的直線距離)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、人口數(shù)量對(duì)客源市場結(jié)構(gòu)變化的影響,本文以國慶和中秋節(jié)為例,計(jì)算各省區(qū)客流量增加值,并收集各省區(qū)人口數(shù)量、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平(GDP)、空間距離數(shù)據(jù)(表5)。
由于早古近紀(jì)期間地下能量大量釋放,沉積蓋層厚度不斷增加,因此,晚古近紀(jì)—第四紀(jì)期間,地球內(nèi)部達(dá)到物質(zhì)均衡,火山活動(dòng)和斷裂活動(dòng)減弱,大洼斷層及其次級(jí)斷層活動(dòng)逐漸減弱直至停止,斷裂帶整體坳陷,坳陷平坦,全區(qū)接受沉積(圖4、5)。
圖4 臺(tái)安-大洼斷裂帶南部構(gòu)造演化模式(剖面位置見圖1)
圖5 臺(tái)安-大洼斷裂帶北部構(gòu)造演化模式(剖面位置見圖1)
圈閉是油氣藏形成的重要條件,臺(tái)安-大洼斷裂帶目前已發(fā)現(xiàn)的圈閉與斷層有關(guān)[16-17],多期多性質(zhì)的斷裂作用導(dǎo)致斷裂帶發(fā)育多種圈閉類型。古近紀(jì)沙四段—沙三段沉積時(shí)期的伸展構(gòu)造變形階段是早期圈閉形成的主要時(shí)期,主要形成斷塊、斷鼻、滾動(dòng)背斜、披覆背斜圈閉等,如斷裂帶北部的高81塊斷鼻構(gòu)造、中部的興隆臺(tái)披覆背斜、南部的海57斷塊構(gòu)造等。古近紀(jì)東營組沉積時(shí)期的走滑構(gòu)造變形階段是晚期圈閉形成的主要時(shí)期,主要形成斷塊、斷背斜、滾動(dòng)背斜、壓扭背斜等。壓扭背斜主要發(fā)育于斷裂帶中北部,南部以斷塊和斷背斜為主,如斷裂帶北部的牛心坨反轉(zhuǎn)背斜、中部的冷家壓扭背斜、南部的清4斷塊。同時(shí),古近紀(jì)沙四段—沙一段沉積時(shí)期,由于不同沉積體系的控制,在斷裂帶的洼陷區(qū)形成了大量的巖性圈閉,部分巖性圈閉與構(gòu)造圈閉相匹配形成巖性-構(gòu)造復(fù)合圈閉,成為斷裂帶油氣成藏的主要圈閉類型之一。
構(gòu)造運(yùn)動(dòng)控制斷裂帶洼陷區(qū)的沉降,從而控制了烴源巖的分布。斷裂帶主要烴源巖為沙四段、沙三段、沙一段廣泛發(fā)育的暗色泥巖,其中,沙三段烴源巖最發(fā)育,其次是沙四段和沙一段[18-20]。大洼斷層活動(dòng)的不均衡性,使斷裂帶南部和北部的烴源巖分布特征差異明顯(圖6)。始新世沙四段沉積時(shí)期,大洼斷層在斷裂帶北部劇烈活動(dòng),使得牛心坨、臺(tái)安、陳家地區(qū)快速沉陷接受深湖相暗色泥巖沉積,沙四段烴源巖具有北厚南薄的特征,最厚處位于牛心坨洼陷,厚度達(dá)700 m。始新世沙三段沉積時(shí)期,大洼斷層在全區(qū)劇烈活動(dòng),使牛心坨、臺(tái)安、陳家、清水地區(qū)產(chǎn)生四大生烴洼陷。由于大洼斷層活動(dòng)強(qiáng)度由北往南遷移,在清水地區(qū)活動(dòng)強(qiáng)度達(dá)到最大,使清水洼陷成為斷裂帶沙三沉積時(shí)期最大的生烴洼陷,烴源巖最大厚度達(dá)1 600 m,最大生油強(qiáng)度為8 400×104t/km2,最大生氣強(qiáng)度為52 000×106m3/km2。沙一段烴源巖厚度中心也位于清水洼陷,厚度達(dá)600 m。
圖6 西部凹陷中央洼槽帶古近系殘留厚度軸向變化趨勢
臺(tái)安-大洼斷裂帶發(fā)育多種類型油氣儲(chǔ)集體。構(gòu)造演化對(duì)斷裂帶儲(chǔ)集體的控制體現(xiàn)在2個(gè)方面:一是在不同演化階段,斷裂帶不同部位的沉積體系分布特征和儲(chǔ)集體發(fā)育程度不同。沙四段沉積時(shí)期為斷陷初期,湖盆水體淺,水系流域小,河流短小,發(fā)育扇三角洲—淺湖相沉積體系,在斷裂帶北部,凸起殘留的中生代火山巖和太古代變質(zhì)巖成為物源區(qū),為牛心坨地區(qū)和陳家地區(qū)的碎屑巖沉積提供充足的母巖條件。沙三段沉積時(shí)期為斷陷主要時(shí)期,強(qiáng)烈的深陷使湖盆水體擴(kuò)大、變深,水系流域擴(kuò)大,河流水量充沛;大洼斷層活動(dòng)的不均衡性使斷裂帶南部湖盆水體達(dá)到最大直至覆蓋到凸起區(qū),在凸起區(qū)發(fā)育扇三角洲沉積體系,在洼陷區(qū)直接轉(zhuǎn)變?yōu)樯钏亓α鞒练e,發(fā)育湖底扇—深湖相沉積體系,形成的大量濁積巖成為斷裂帶重要的油氣儲(chǔ)集體,在斷裂帶北部牛心坨地區(qū),繼承發(fā)育了扇三角洲—淺湖相沉積體系。沙一段沉積時(shí)期大洼斷層活動(dòng)變?nèi)?,湖盆水體變淺,斷裂帶繼承發(fā)育扇三角洲—淺湖相沉積體系。東營組沉積時(shí)期,大洼斷層已轉(zhuǎn)移至南部海外河地區(qū)劇烈活動(dòng),因此,在斷裂帶中北部發(fā)育河流相沉積,在南部清水、海外河地區(qū)發(fā)育三角洲沉積。二是漸新世晚期的劇烈走滑構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)前古近系基底進(jìn)行大規(guī)模改造,使基巖產(chǎn)生多期、多角度裂縫,成為有利油氣儲(chǔ)集體。
3.4.1 對(duì)復(fù)式油氣輸導(dǎo)體系的控制
古近紀(jì)的伸展拉張和走滑反轉(zhuǎn)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使斷裂帶廣泛發(fā)育了“Y”字形和“X”字形的斷裂組合,“Y”字形斷層中通常有1條斷層斷至沙三段和沙四段,在泥巖中滑脫消失,成為新生古儲(chǔ)和下生上儲(chǔ)型油氣藏最重要的油氣運(yùn)移通道。斷裂帶在沙三段沉積末期和沙一段沉積末期的整體抬升,產(chǎn)生區(qū)域性不整合面,也可作為重要的油氣運(yùn)移通道之一。漸新世晚期的走滑構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使前古近系基底產(chǎn)生大規(guī)模、多角度裂縫,成為基巖內(nèi)幕油氣運(yùn)移的重要通道,裂縫與斷層、不整合面構(gòu)成了復(fù)式油氣輸導(dǎo)體系,為基巖油氣成藏提供了豐富的油氣運(yùn)移途徑。
3.4.2 與多期成藏的配置關(guān)系
油氣包裹體研究表明,臺(tái)安-大洼斷裂帶具有多期成藏的特點(diǎn),油氣排烴主要時(shí)期為東營組末期,與該時(shí)期斷裂的劇烈活動(dòng)形成良好的時(shí)空匹配關(guān)系。
臺(tái)安-大洼斷裂帶整體具有十分優(yōu)越的油氣成藏條件,但北部和南部的宏觀構(gòu)造特征差異較大,各時(shí)期的沉積體系也存在差異,因此,北部和南部的油氣成藏模式不同。
斷裂帶北部發(fā)育牛心坨-臺(tái)安、陳家兩大生油氣洼陷,具備沙四段、沙三段2套生油層系,同期的扇三角洲沉積體系在洼陷區(qū)展布范圍廣、沉積砂體厚度大,具備縱向上多期扇體疊置、平面上多套扇體連片的儲(chǔ)層分布特征,古近紀(jì)的伸展拉張和走滑反轉(zhuǎn)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了大量的斷塊、斷鼻、滾動(dòng)背斜、擠壓背斜等構(gòu)造圈閉。因此,沙三段和沙四段發(fā)育了大量的構(gòu)造油氣藏和巖性油氣藏(圖7),在陳家洼陷和冷家壓扭構(gòu)造帶形成了億噸級(jí)探明儲(chǔ)量規(guī)模的沙四段牛心坨油藏、高升油藏和沙三段大凌河油藏、熱河臺(tái)油藏。東營期的走滑構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)前古近系基底的儲(chǔ)層具有強(qiáng)烈的改造作用,使儲(chǔ)層破碎、裂縫發(fā)育,靠近生油洼陷的潛山具有優(yōu)越的油氣成藏條件。因此,斷裂帶北部下一步勘探目標(biāo)應(yīng)尋找洼陷區(qū)巖性油氣藏及前古近系潛山油氣藏。
圖7 臺(tái)安-大洼斷裂帶北部油氣成藏模式圖(剖面位置見圖1)
斷裂帶南部發(fā)育遼河坳陷內(nèi)最大的生油氣洼陷即清水洼陷,為南部地區(qū)油氣成藏提供了充足的油氣源條件,具備立體油氣成藏模式(圖8)。東營組沉積時(shí)期的走滑構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使斷裂帶南部洼陷區(qū)和凸起區(qū)淺層?xùn)|營組、沙一段、沙二段均產(chǎn)生了大量的斷塊、斷背斜、斷鼻等構(gòu)造圈閉。因此,淺層發(fā)育了大量的構(gòu)造油氣藏,在興隆臺(tái)構(gòu)造帶、大洼構(gòu)造帶、海外河構(gòu)造帶形成了億噸級(jí)探明儲(chǔ)量規(guī)模的沙一、二段興隆臺(tái)油藏和東營組馬圈子油藏。洼陷區(qū)和凸起區(qū)深層沙三段及前古近系基巖油氣成藏條件存在差異,洼陷區(qū)沙三段發(fā)育了大量的湖底扇濁積巖儲(chǔ)層,并被同期形成的優(yōu)質(zhì)烴源巖包圍,具備源內(nèi)型巖性油氣藏形成的優(yōu)越條件。因此,洼陷區(qū)下一步勘探目標(biāo)應(yīng)尋找沙三段巖性油氣藏及陡坡帶沙一、二段巖性油氣藏。凸起區(qū)中生界和太古界基底潛山受東營期走滑應(yīng)力場控制,變質(zhì)巖和火山巖產(chǎn)生大量的裂縫成為有利儲(chǔ)集體,同時(shí)潛山通過大洼斷層與清水洼陷沙三段烴源巖大面積接觸,具有多期成藏優(yōu)先俘獲油氣的優(yōu)勢,大洼斷層、不整合面、潛山內(nèi)幕裂縫構(gòu)成了復(fù)式油氣輸導(dǎo)體系。因此,凸起區(qū)下一步勘探目標(biāo)應(yīng)尋找中生界和太古界潛山油氣藏。
圖8 臺(tái)安-大洼斷裂帶南部油氣成藏模式圖(剖面位置見圖1)
(1) 臺(tái)安-大洼斷裂帶作為郯廬斷裂帶在遼河坳陷內(nèi)的重要組成部分,新生代時(shí)期經(jīng)歷了強(qiáng)烈的伸展拉張和走滑反轉(zhuǎn)雙重構(gòu)造運(yùn)動(dòng),發(fā)育了伸展構(gòu)造和走滑反轉(zhuǎn)構(gòu)造2種構(gòu)造樣式,由于受力作用強(qiáng)度不同,造成北部和南部構(gòu)造樣式存在明顯差異,北部發(fā)育走滑反轉(zhuǎn)構(gòu)造和伸展拉張構(gòu)造雙重疊合構(gòu)造系統(tǒng),南部發(fā)育伸展拉張構(gòu)造系統(tǒng)。
(2) 大洼斷層的發(fā)育及活動(dòng)對(duì)斷裂帶的形成及演化起到重要控制作用。斷裂帶的演化過程可分為古近紀(jì)古新世至始新世的斷陷期、漸新世沙二—東營期的斷陷和右旋走滑反轉(zhuǎn)期、晚古近紀(jì)—第四紀(jì)的坳陷期。大洼斷層的活動(dòng)不均衡性造就了斷裂帶北部和南部構(gòu)造格局和沉積體系的差異,斷裂帶的構(gòu)造演化對(duì)圈閉的形成、烴源巖的分布、儲(chǔ)集體的規(guī)模、油氣輸導(dǎo)條件的類型起到了直接控制作用。
(3) 構(gòu)造演化控制了斷裂帶的油氣成藏條件,使南部和北部、凸起區(qū)和洼陷區(qū)具備不同的油氣成藏條件和油氣成藏模式,北部勘探方向?yàn)橥菹輩^(qū)的巖性油氣藏和前古近系潛山油氣藏,南部勘探方向?yàn)橥菹輩^(qū)的深層源內(nèi)型巖性油氣藏、中淺層陡坡帶砂礫巖巖性油氣藏,以及凸起區(qū)的前古近系潛山油氣藏。