遼中凹陷南洼A走滑構造特征及成因分析

劉 豐，吳 奎，王冰潔，張如才，鄭 彧

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300452）

遼中凹陷南洼A走滑構造特征及成因分析

劉 豐，吳 奎，王冰潔，張如才，鄭 彧

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300452）

基于三維地震資料精細解釋結果，在遼中凹陷南洼A識別出兩條主干走滑斷層，受其發育特征差異性的控制，形成了不同的伴生構造類型。結合物理模擬實驗對其構造成因進行了分析，結果表明，由于兩條主走滑斷層兩側在不同位置應力條件和活動性的差異，走滑斷層與其伴生斷層形成了多級“Y”形、負花狀和下鏟上花狀三種構造樣式，并相應形成走滑雙控疊覆伸展構造、走滑主控斷內伸展構造和走滑主控斷內擠壓構造三種構造類型，各種構造類型具有不同的圈閉效應和油氣運移條件。

遼中凹陷；走滑斷裂；斷裂特征；構造特征

近年來，在渤海海域沿走滑斷裂帶發現了一系列大規模的油氣田，證實走滑斷裂帶是油氣有利聚集區[1–7]。在遼中凹陷走滑斷裂帶也發現了一系列含油氣構造，其中92%以上分布于走滑斷裂帶上，獲得可觀的地質儲量。研究區逐漸演變為一個重要的油區，對走滑斷層的進一步研究是促進該區油氣高效勘探的有效手段。本文以遼中凹陷南洼A構造為研究區，利用研究區三維地震資料對構造進行解析，有效識別出走滑斷裂帶。

1 區域地質背景

遼東灣坳陷位于渤海灣盆地的東北部，自西向東可分為“遼西凹陷–遼西凸起–遼中凹陷–遼東凸起–遼東凹陷”五個二級構造單元[8–9]，走向為NNE–SSW向，呈狹長條帶狀展布，表現出“三凹兩凸”的構造格局（圖1a）。研究區位于遼中凹陷南洼，主要發育了Ⅰ號和Ⅱ號兩條主干走滑斷層，隨著這兩條主干走滑斷層的形成和活動，產生了一系列的伴生斷層，主走滑斷層及其伴生斷層組成A構造主體，受不同斷層控制可以將A構造分為南、北兩塊（圖1b）。

2 走滑斷層識別

走滑斷層產生于獨特的應力背景之下，它具有一系列獨特的幾何學特征，這是判識其是否存在的重要標志。在剖面上，走滑斷裂帶主斷面產狀近于直立插入基底，具有上緩下陡的特征；走滑斷層形成的伴生斷層與主走滑斷層組合成豐富的構造樣式。從平面上看，走滑斷裂帶形跡十分豐富，可以是一條光滑的連續線，也可以是由多條斷層構成的雁列狀斷層組[10]。在研究區三維地震資料基礎上，在地震剖面上能識別出負花狀構造樣式，在空間上主斷面具有絲帶效應的特征，這些都是走滑斷層發育的重要證據。

2.1 走滑剖面標志

花狀構造是鑒定走滑構造最重要的剖面標志[11]。從橫切區內的三維地震局部剖面上，可以看出走滑斷層主斷面均具有相對的上緩下陡的特征。Ⅰ號走滑斷層在深層構造層近直立地切入基底，在中淺層構造層局部受引張，或者是斜向離散走滑，發育一系列的伴生斷層，形成向上發散、分支而形成漏斗狀的“Y” 形破裂帶或者花形破裂帶，在剖面上組成多級“Y”字形和負花狀的構造樣式（圖2a、b）。Ⅱ號走滑斷層同樣在中深層構造層近直立，在淺層構造層則表現為負花狀構造樣式，整體形態在剖面上表現為典型的下鏟上花狀構造樣式（圖2c）。絲帶效應是指走滑斷層近直立，但是沿走滑斷層走向斷層傾向有變化，造成不同剖面有正斷層和逆斷層的表現（圖3）[4]。從圖2中①、②實例剖面主斷面特征來分析，Ⅰ號走滑斷層從南至北傾向逐漸由SE向演變為NW向，即同一條斷層沿斷層走向在空間上表現出傾向交替變化的絲帶效應，是研究區走滑斷層存在的另一個證據。

圖1 研究區構造位置和構造特征

圖2 走滑斷層剖面發育的構造樣式（剖面位置見圖1）

2.2 不同深度水平方差切片特征

研究區構造主體受Ⅰ號和Ⅱ號走滑斷層的控制，這兩條走滑斷層呈疊置關系，在不同構造層兩條走滑斷層也表現出不同特征。從不同深度三維地震水平方差切片可以分析走滑斷層不同構造層發育特征，深部構造層（2 600 ms，圖4c）Ⅰ號走滑斷層主斷面呈 NE走向連續分布，表現為連續的近線狀延伸的特點，并發育NNE向伴生斷層；Ⅱ號走滑斷層主斷面表現為連續微彎曲特點，兩條主走滑斷層通過伴生斷層硬連接于一起[12]。中部構造層（1 800 ms，圖4b）Ⅱ號走滑斷層活動減弱出現雁列化，走滑主斷面消亡，演變為一系列NNE向雁行式伴生斷層；Ⅰ號走滑斷層在南段表現出雁列化的現象，而北段仍表現為連續線狀延伸特征。淺部構造層（1 000 ms，圖4a）兩條走滑斷層的主斷面均消亡，演變為雁行式的斷層組。從走滑斷層及其伴生斷層的平面展布特征來看，兩條走滑斷層在沙河街組和東營組時期的活動性最強，之后便一同開始減弱，而Ⅱ號走滑斷層減弱更明顯，在東營組末期主斷面消亡。斷裂在水平方差切片的不同深度表現特征，與走滑斷層普遍演化模式一致[13–15]，可以直觀地表現研究區兩條走滑斷層的發育特征。

圖3 走滑斷層的絲帶效應

3 走滑構造特征及成因

受郯廬走滑斷裂的影響，A走滑構造在新生代時期右旋剪切應力場作用下，斷層普遍具有右旋走滑特征[6，16]，不同構造層、不同區域斷層性質差異明顯。

圖4 研究區不同深度三維地震水平方差切片顯示走滑斷層平面展布

3.1 構造類型

走滑斷裂系統中局部走滑變形帶的發育特征一般與走滑斷層的疊置關系以及走滑位移等因素關系密切[17]，這也是走滑構造類型劃分的重要依據之一[18]。按照走滑構造變形帶所發育的位置及其應力狀態進行次級構造單元劃分[19]，將研究區劃分為Ⅰ號走滑斷層主控斷內伸展構造、走滑斷層雙控疊覆伸展構造和Ⅱ號走滑斷層主控斷內擠壓構造三種構造類型。Ⅱ號走滑主控斷內擠壓構造是指受Ⅱ號走滑斷層單條控制，在其兩側應力擠壓部位形成的構造變形區；走滑雙控疊覆伸展構造和Ⅰ號走滑主控斷內伸展指兩條走滑斷層之間和單條走滑斷層兩側在應力拉張部位形成的構造變形區，以各類張性和張扭性構造為主。研究區伴隨Ⅱ號走滑斷層演化而形成的典型擠壓構造為A構造N塊，伴隨Ⅰ號走滑斷層演化而形成的A構造S塊為走滑雙控疊覆伸展構造和單控斷內伸展構造組成（圖5）。基于走滑斷層及其發育的伴生斷層，結合右行力偶走滑應變橢圓分析，單控斷內構造帶伴生斷層均位于主位移帶（PDZ）R剪切破裂和R′剪切破裂的位置。這些伴生斷層與主走滑斷層夾角越小，走滑性越強；雙控疊覆伸展構造帶的伴生斷層受兩條主走滑斷層的共同影響，斷層多為近東西向具有伸展性質的正斷層。

3.2 斷裂平面特征

通過統計各構造層斷層走向、平面延伸長度和發育密度，對斷層平面特征進行分析。在深層構造層，Ⅰ號走滑斷內伸展構造區的伴生斷層走向以NE向為主，斷層在平面延伸長度較長，多數達2～4 km，斷層發育密度0.92 條/km2。走滑雙控疊覆伸展構造區的伴生斷層走向為NNE或近EW向，伸展作用相對強，斷層平面延伸長度以大于2 km為主，斷層密度0.48條/km2。Ⅱ號走滑斷內擠壓構造區的伴生斷層以NNE向為主，延伸長度以1～2 km為主，斷層密度 0.5條/km2（圖 5）。在中部構造層，Ⅱ號走滑斷層活動減弱，主斷面消亡，發育 NE向為主的雁行式斷層組，斷層在平面延伸長度以小于 2 km為主，發育密度0.61條/km2；Ⅰ號走滑伸展構造區的伴生斷層基本上繼承深層構造層特征，但是南段雁列化，主要伴生斷層走向以 NE向為主，平面延伸長度稍變長，以4 km以上為主，斷層密度0.49條/km2；雙控疊覆伸展構造區的伴生斷層走向轉變為近EW向，平面延伸長度變長，斷層密度減小為0.31條/km2（圖6a）。在淺部構造層，以雁行式伸展正斷層為主，在A構造S塊比N塊的斷層平面延伸長度 及發育密度都相對大（圖6b）。

圖5 研究區斷裂系統和構造類型分布

圖6 研究區不同構造層斷裂系統特征分布

3.3 成因分析

渤海海域走滑構造是在地幔熱隆起（伸展動力）和斜向擠壓（走滑動力）雙動力作用下形成的[20]。郯廬斷裂的走滑作用與盆地的伸展作用相互疊加、相互影響，這一動力學過程在遼東灣斷陷區表現極為明顯，為走滑構造帶在該區的發育提供了良好動力學背景。從遼東灣地區勘探地震資料揭示的走滑斷層的展布特征來看，區內發育多條北東向大型走滑斷層，這些走滑性質的大斷裂貫穿遼東灣海域（圖1a），在平面上發生頻繁的彎曲、疊置、側接、平面消亡，而且在時間和空間演化上存在差異性[8]，這一差異性導致了活動強弱的變形差異，在應力場突然發生變化部位促使走滑構造帶出現來調節區域應變。顯然這一基本的斷裂構造特征為區內伴生構造的發育提供了動力學基礎，也限定了這些伴生構造帶發育的空間位置。研究區內的Ⅰ號走滑斷層和Ⅱ號走滑斷層均為郯廬斷裂在遼中南洼的一部分，而A構造就是調節郯廬斷裂局部擠壓應力和拉張應力而產生的區域應變。從走滑斷層發育的時間上來看，前新生代表現為左旋走滑，進入新生代主要表現為右旋走滑[6–7，21]，且新生代的走滑活動主要有兩期，即分別為古近紀漸新世和新近紀上新世的右旋走滑拉分。所以，前新生代的左旋運動構成了走滑伴生構造帶形成的基礎，而新近紀的郯廬走滑斷裂的活動最終控制了走滑伴生構造帶的形成時間，也是A構造的定型時期。

3.4 物理模擬

研究區走滑斷層的成因可以通過物理模擬實驗來進行分析。圖7為物理模型模擬走滑構造類型實驗結果，該模型基底為剛性板塊，面積 40 cm×40 cm，蓋層為沙泥層，模型大小40 cm×40 cm×6 cm，同時在模擬時也考慮到研究區面積與新生代地層厚度的比值關系。模型設置時，因為走滑斷層在前新生代就已經發育，所以模擬新生代右旋走滑時在模型中增加了先存斷裂。因為Ⅱ號走滑斷層走向呈稍彎曲狀態，Ⅰ號走滑斷層走向相對比較平直，故按實際斷裂模型來進行模擬，其中圖7a和b先存斷裂走向彎曲，用來模擬Ⅱ號主走滑斷層。圖7c和d先存斷裂走向平直，用來模擬Ⅰ號走滑斷層。根據右行力偶應變橢圓的分析結果（圖5），從R剪切破裂位置發育的伴生斷層和主走滑斷層所夾銳角的角頂來看，這兩個構造的東盤均為走滑斷層兩側的主動盤，將東盤設置為主動盤。

根據模擬結果，先存斷裂彎曲的條件下，在擠壓應力環境中可以看到伴隨著走滑量的不斷增加，在彎曲的走滑斷層兩側形成一系列的伴生斷層，發育擠壓構造（圖7a、b），在擠壓部位模型有隆起現象；先存斷裂平直的條件下，在拉張應力環境中可以看到伴隨著走滑量的不斷增加，在走滑斷層主動盤附近形成一系列的伴生斷層，發育張性構造（圖7c、圖7d）。上述模擬結果與研究區實際構造特征相吻合，很好地演示了A構造走滑斷層的成因，以及解釋了研究區三種次級構造類型的成因特征。

圖7 雙走滑構造類型物理模擬實驗結果

4 走滑識別的地質意義

4.1 走滑作用可形成豐富的構造圈閉

走滑斷層及其伴生的地層變形可以形成背斜、斷鼻、斷塊等各類構造圈閉及復合圈閉[9]。從研究區走滑斷層極其伴生斷層與圈閉的發育位置來看（圖8a），圈閉的發育明顯受到了走滑及其伴生斷層的控制，在不同的應力區域形成了不同的圈閉類型，其中構造N塊地層受到擠壓作用，圈閉表現為明顯背斜形態（圖 8b）；構造 S塊地層由于伸展作用而形成伴生斷層，形成一系列雁行式斷塊圈閉群，圈閉群構造高點受調節斷層控制（圖8c）。

根據研究區圈閉條件的統計結果來看，構造 N塊背斜圈閉面積為10.9 km2，閉合度高為220 m；構造S塊單個斷塊圈閉面積最大為4.2 km2，閉合度最高為150 m。這表明在擠壓應力條件下發育的圈閉規模更大、形態更好；在走滑斷裂疊置區的斷塊圈閉由于受伴生斷層的影響，圈閉面積相對較小，閉合度相對較低，圈閉條件往往要差于背斜圈閉。

圖8 研究區構造圈閉發育特征

4.2 走滑斷裂對油氣運聚的影響

走滑斷層既控制著構造圈閉的形成，其伴生斷層又可成為油氣運移的良好通道。在渤海灣地區，斷裂與油氣的關系也是非常密切，目前已發現的油氣田基本上都是沿著斷裂分布。走滑斷裂帶對含油氣層系有重要影響，一般主干走滑斷裂的封閉性較好，使較多的油氣聚集在下部層位中。然而，走滑伴生斷層多數以伸展或張扭作用為主，這種引張作用在某一時期使斷裂開啟，對油氣起到輸導作用，有利于油氣向淺部層系運移，在淺層形成油氣藏。因此，走滑斷層兩側是油氣最富集的部位，一是走滑斷層所控制的古地貌高地勢帶規模一般較大；二是在后期油氣成藏過程中，走滑斷層及其伴生斷層起到油氣縱向輸導和橫向運移的作用，易于油氣在不同層系的有效圈閉中聚集。

5 結論

（1）依據走滑斷裂發育特征，在研究區識別出兩條主干走滑斷層，在中深部構造層Ⅰ號走滑活動強度相對較大，伴生斷裂發育規模相對較大；在淺部構造層走滑活動減弱，斷裂雁列化；Ⅱ號走滑活動強度相對Ⅰ號走滑弱，在中部構造層表現雁列化特征，發育伴生斷裂規模小，斷裂在平面延伸長度相對較短，斷裂在平面發育密度也較小。

（2）依附于主走滑斷裂及其伴生斷裂在不同的應力區形成了走滑雙控疊覆伸展構造、走滑主控斷內伸展構造和走滑主控斷內擠壓構造三種構造類型，分別控制了斷塊圈閉和背斜圈閉的形成，具有不同的聚油條件，且伴生斷裂能為油氣的縱向輸導和橫向運移創造良好的條件。

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TE111.2

A

1673–8217（2017）06–0001–06

2017–08–02

劉豐，碩士，工程師，1983年生，2010年畢業于長江大學石油地質專業，現從事石油地質研究及油氣勘探工作。

國家科技重大專項“近海大中型油氣田形成條件與分布”（2011ZX05023-006）。

趙川喜