遼河坳陷臺安-大洼斷裂帶新生代構造演化及油氣成藏

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)

0 引 言

遼河坳陷為中新生代復合斷陷盆地，坳陷內發育臺安-大洼斷裂、營口-佟二堡斷裂等多個重要斷裂帶，是油氣匯聚的重要構造單元。研究斷裂帶的構造演化及其對成烴成藏的控制作用，尤其是斷裂帶中深層的成藏體系，對深化遼河坳陷斷裂帶油氣成藏規律研究，尋找有利目標有重要的指導意義。此次研究以西部凹陷臺安-大洼斷裂帶為研究突破口，形成構造演化及成烴成藏的重要地質認識，進而在“十四五”中后期推廣至整個遼河坳陷，對東部凹陷、大民屯凹陷重要斷裂帶開展深化認識及目標優選。

1 研究區概況

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個次級構造單元。臺安-大洼斷裂帶位于西部凹陷與中央凸起的過渡帶，是一個中、新生代裂谷湖盆，呈北東向展布，大洼斷層作為區內一級斷層，將斷裂帶分為洼陷區和凸起區。依據主要構造變形時期(古近紀東營組沉積時期)的構造特征[1-3]，斷裂帶由北至南可劃分為8個次級構造單元：牛心坨反轉構造帶、牛心坨-臺安洼陷、冷家壓扭構造帶、陳家洼陷、興隆臺構造帶、清水洼陷、大小洼構造帶、海外河構造帶(圖1)。

圖1 臺安-大洼斷裂帶構造分區

臺安-大洼斷裂帶油氣資源豐富，是遼河坳陷最重要的含油氣區帶之一，為遼河油田勘探開發近50 a的重要支撐。由于研究區處于郯廬斷裂帶[4-6]，經歷了新生代強烈的伸展拉張和走滑反轉運動[7]，使得研究區北部和南部發育了不同的構造樣式，造成南北油氣富集程度及油氣富集規律差異較大，有必要對斷裂帶的構造樣式與發育演化特征及其與油氣成藏的關系進行分析研究。該文對臺安-大洼斷裂帶的構造樣式及新生代的構造演化特征進行了詳細分析，并系統總結了新生代構造演化對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。

2 新生代構造特征及演化

2.1 構造樣式

臺安-大洼斷裂帶斷裂體系復雜多樣，南北差異較大，根據新生代斷裂性質和構造特征，可以劃分為伸展型和走滑反轉型2類構造樣式。

2.1.1 伸展型構造樣式

伸展型構造主要集中發育于斷裂帶的中南部，即興隆臺構造帶、大小洼構造帶、清水洼陷、海外河構造帶，由NNE—NE向的鏟式正斷層和一組近NE向的次級正斷層構成(圖2)。依據斷層的發育期次，可分為古近紀始新世和漸新世2期正斷層斷裂系統。始新世發育的正斷層具有活動強度大、持續時間長的特點，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斷層，將斷裂帶切割成上盤和下盤，下盤為凸起區，成為相對穩定的塊體，上盤隨斷層活動持續沉降，成為洼陷區，并具有半地塹的特征。鏟式正斷層對斷裂帶的格局及油氣成藏具有重要影響。漸新世發育的次級正斷層活動強度差異較大，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，大多數斷層只斷至沙三上段或沙二段，這些次級斷層將斷裂帶分割成一系列的斷階帶。

圖2 臺安-大洼斷裂帶南部伸展型構造樣式地震剖面(剖面位置見圖1)

2.1.2 走滑反轉型構造樣式

圖3 臺安-大洼斷裂帶北部走滑反轉型構造樣式地震剖面(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力場下發育的正斷層，在漸新世晚期至新近紀右旋走滑應力場下反轉形成[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，反轉構造幅度一般為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造帶的形成，同時漸新世發育的一系列近NE向正斷層將冷家壓扭逆沖構造帶分割成外帶、中帶和內帶3個斷階帶。

2.2 大洼斷層的活動時期

大洼斷層作為臺安-大洼斷裂帶的一級主干斷層，將斷裂帶分割成凸起區和洼陷區。大洼斷層發育于古近紀始新世，劇烈活動于始新世和漸新世，消亡于新近紀，其活動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)沉積時期，大洼斷層主要在北段活動，在中南段并未發育；在始新世沙三(Es3)沉積時期，大洼斷層在全區活動，此時活動速率達到最大，且活動劇烈強度逐步向南轉移，沙三中時期在中段達到最大，沙三上時期在南段達到最大，沙三段底界的滑距整體為6 000～9 000 m，最大滑距達10 780 m。漸新世沙二(Es2)至東營(Ed)沉積時期，大洼斷層的活動強度進一步向南轉移，呈現出南強北弱的格局，斷層的活動強度在南段達到最大；館陶組沉積期及以后，大洼斷層活動強度逐漸變弱，至明化鎮組沉積期停止活動。

2.3 構造演化

臺安-大洼斷裂帶屬于下遼河坳陷的一個三級構造單元，其形成機制與整個渤海灣新生代盆地的動力學過程有密切關系。同時，下遼河坳陷位于郯廬斷裂帶之上，其構造演化過程又與新生代郯廬斷裂帶活動有直接關系。因此，臺安-大洼斷裂帶的形成，既有伸展運動，也有走滑運動。正是由于受郯廬斷裂帶走滑運動的影響，臺安-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個階段[10]。

2.3.1 斷陷期(古近紀古新世—始新世)

古近紀早期，遼河盆地繼承中生代以來的構造運動，軟流圈熱流物質上涌，使地殼減薄，產生拉張應力場，盆地內產生一系列北東方向為主的張性斷裂[11]。早期臺安-大洼斷裂帶北部的構造運動劇烈，大洼斷層形成，將穩定基底切割為凸起區和洼陷區，大量火山物質沿大洼斷層噴發，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定塊體。始新世沙三沉積時期，斷裂帶發育處于鼎盛時期，大洼斷層在全區活動加劇，并向南轉移，將南部地區切割成凸起區和洼陷區，興隆臺至海外河地區大幅沉降，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，斷裂帶在區域拉張應力場下開始新的沉陷，繼承發育伸展構造。漸新世中晚期，整個中國東部區域應力場發生改變，由原來拉張應力場逐步轉化為右旋走滑應力場[12-15]。由于區域應力場的改變，使斷裂帶產生新的構造格局，伸展構造繼承性發育，同時還產生走滑構造、擠壓構造，因此，斷裂帶在漸新世具備斷陷和右旋走滑反轉的雙重特點。期間，斷裂帶沉降中心仍具備由北向南轉移的特征，同時各構造帶的局部沉降中心也發生變遷。

2.3.3 坳陷期(晚古近紀—第四紀)

為分析空間距離(各省區省會城市距離張家界的直線距離)、經濟發展水平、人口數量對客源市場結構變化的影響，本文以國慶和中秋節為例，計算各省區客流量增加值，并收集各省區人口數量、經濟發展水平(GDP)、空間距離數據(表5)。

由于早古近紀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—第四紀期間，地球內部達到物質均衡，火山活動和斷裂活動減弱，大洼斷層及其次級斷層活動逐漸減弱直至停止，斷裂帶整體坳陷，坳陷平坦，全區接受沉積(圖4、5)。

圖4 臺安-大洼斷裂帶南部構造演化模式(剖面位置見圖1)

圖5 臺安-大洼斷裂帶北部構造演化模式(剖面位置見圖1)

3 構造演化及油氣成藏

3.1 構造演化對圈閉的控制

圈閉是油氣藏形成的重要條件，臺安-大洼斷裂帶目前已發現的圈閉與斷層有關[16-17]，多期多性質的斷裂作用導致斷裂帶發育多種圈閉類型。古近紀沙四段—沙三段沉積時期的伸展構造變形階段是早期圈閉形成的主要時期，主要形成斷塊、斷鼻、滾動背斜、披覆背斜圈閉等，如斷裂帶北部的高81塊斷鼻構造、中部的興隆臺披覆背斜、南部的海57斷塊構造等。古近紀東營組沉積時期的走滑構造變形階段是晚期圈閉形成的主要時期，主要形成斷塊、斷背斜、滾動背斜、壓扭背斜等。壓扭背斜主要發育于斷裂帶中北部，南部以斷塊和斷背斜為主，如斷裂帶北部的牛心坨反轉背斜、中部的冷家壓扭背斜、南部的清4斷塊。同時，古近紀沙四段—沙一段沉積時期，由于不同沉積體系的控制，在斷裂帶的洼陷區形成了大量的巖性圈閉，部分巖性圈閉與構造圈閉相匹配形成巖性-構造復合圈閉，成為斷裂帶油氣成藏的主要圈閉類型之一。

3.2 構造演化對烴源巖的控制

構造運動控制斷裂帶洼陷區的沉降，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、沙一段廣泛發育的暗色泥巖，其中，沙三段烴源巖最發育，其次是沙四段和沙一段[18-20]。大洼斷層活動的不均衡性，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期，大洼斷層在斷裂帶北部劇烈活動，使得牛心坨、臺安、陳家地區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700 m。始新世沙三段沉積時期，大洼斷層在全區劇烈活動，使牛心坨、臺安、陳家、清水地區產生四大生烴洼陷。由于大洼斷層活動強度由北往南遷移，在清水地區活動強度達到最大，使清水洼陷成為斷裂帶沙三沉積時期最大的生烴洼陷，烴源巖最大厚度達1 600 m，最大生油強度為8 400×104t/km2，最大生氣強度為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

3.3 構造演化對儲集體的控制

臺安-大洼斷裂帶發育多種類型油氣儲集體。構造演化對斷裂帶儲集體的控制體現在2個方面：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集體發育程度不同。沙四段沉積時期為斷陷初期，湖盆水體淺，水系流域小，河流短小，發育扇三角洲—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巖成為物源區，為牛心坨地區和陳家地區的碎屑巖沉積提供充足的母巖條件。沙三段沉積時期為斷陷主要時期，強烈的深陷使湖盆水體擴大、變深，水系流域擴大，河流水量充沛；大洼斷層活動的不均衡性使斷裂帶南部湖盆水體達到最大直至覆蓋到凸起區，在凸起區發育扇三角洲沉積體系，在洼陷區直接轉變為深水重力流沉積，發育湖底扇—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集體，在斷裂帶北部牛心坨地區，繼承發育了扇三角洲—淺湖相沉積體系。沙一段沉積時期大洼斷層活動變弱，湖盆水體變淺，斷裂帶繼承發育扇三角洲—淺湖相沉積體系。東營組沉積時期，大洼斷層已轉移至南部海外河地區劇烈活動，因此，在斷裂帶中北部發育河流相沉積，在南部清水、海外河地區發育三角洲沉積。二是漸新世晚期的劇烈走滑構造運動對前古近系基底進行大規模改造，使基巖產生多期、多角度裂縫，成為有利油氣儲集體。

3.4 構造演化對油氣運移、聚集的控制

3.4.1 對復式油氣輸導體系的控制

古近紀的伸展拉張和走滑反轉構造運動使斷裂帶廣泛發育了“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，成為新生古儲和下生上儲型油氣藏最重要的油氣運移通道。斷裂帶在沙三段沉積末期和沙一段沉積末期的整體抬升，產生區域性不整合面，也可作為重要的油氣運移通道之一。漸新世晚期的走滑構造運動使前古近系基底產生大規模、多角度裂縫，成為基巖內幕油氣運移的重要通道，裂縫與斷層、不整合面構成了復式油氣輸導體系，為基巖油氣成藏提供了豐富的油氣運移途徑。

3.4.2 與多期成藏的配置關系

油氣包裹體研究表明，臺安-大洼斷裂帶具有多期成藏的特點，油氣排烴主要時期為東營組末期，與該時期斷裂的劇烈活動形成良好的時空匹配關系。

4 成藏模式及勘探方向

臺安-大洼斷裂帶整體具有十分優越的油氣成藏條件，但北部和南部的宏觀構造特征差異較大，各時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。

4.1 斷裂帶北部油氣成藏模式及勘探方向

斷裂帶北部發育牛心坨-臺安、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層分布特征，古近紀的伸展拉張和走滑反轉構造運動產生了大量的斷塊、斷鼻、滾動背斜、擠壓背斜等構造圈閉。因此，沙三段和沙四段發育了大量的構造油氣藏和巖性油氣藏(圖7)，在陳家洼陷和冷家壓扭構造帶形成了億噸級探明儲量規模的沙四段牛心坨油藏、高升油藏和沙三段大凌河油藏、熱河臺油藏。東營期的走滑構造運動對前古近系基底的儲層具有強烈的改造作用，使儲層破碎、裂縫發育，靠近生油洼陷的潛山具有優越的油氣成藏條件。因此，斷裂帶北部下一步勘探目標應尋找洼陷區巖性油氣藏及前古近系潛山油氣藏。

圖7 臺安-大洼斷裂帶北部油氣成藏模式圖(剖面位置見圖1)

4.2 斷裂帶南部油氣成藏模式及勘探方向

斷裂帶南部發育遼河坳陷內最大的生油氣洼陷即清水洼陷，為南部地區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)。東營組沉積時期的走滑構造運動使斷裂帶南部洼陷區和凸起區淺層東營組、沙一段、沙二段均產生了大量的斷塊、斷背斜、斷鼻等構造圈閉。因此，淺層發育了大量的構造油氣藏，在興隆臺構造帶、大洼構造帶、海外河構造帶形成了億噸級探明儲量規模的沙一、二段興隆臺油藏和東營組馬圈子油藏。洼陷區和凸起區深層沙三段及前古近系基巖油氣成藏條件存在差異，洼陷區沙三段發育了大量的湖底扇濁積巖儲層，并被同期形成的優質烴源巖包圍，具備源內型巖性油氣藏形成的優越條件。因此，洼陷區下一步勘探目標應尋找沙三段巖性油氣藏及陡坡帶沙一、二段巖性油氣藏。凸起區中生界和太古界基底潛山受東營期走滑應力場控制，變質巖和火山巖產生大量的裂縫成為有利儲集體，同時潛山通過大洼斷層與清水洼陷沙三段烴源巖大面積接觸，具有多期成藏優先俘獲油氣的優勢，大洼斷層、不整合面、潛山內幕裂縫構成了復式油氣輸導體系。因此，凸起區下一步勘探目標應尋找中生界和太古界潛山油氣藏。

圖8 臺安-大洼斷裂帶南部油氣成藏模式圖(剖面位置見圖1)

5 結 論

(1) 臺安-大洼斷裂帶作為郯廬斷裂帶在遼河坳陷內的重要組成部分，新生代時期經歷了強烈的伸展拉張和走滑反轉雙重構造運動，發育了伸展構造和走滑反轉構造2種構造樣式，由于受力作用強度不同，造成北部和南部構造樣式存在明顯差異，北部發育走滑反轉構造和伸展拉張構造雙重疊合構造系統，南部發育伸展拉張構造系統。

(2) 大洼斷層的發育及活動對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期、晚古近紀—第四紀的坳陷期。大洼斷層的活動不均衡性造就了斷裂帶北部和南部構造格局和沉積體系的差異，斷裂帶的構造演化對圈閉的形成、烴源巖的分布、儲集體的規模、油氣輸導條件的類型起到了直接控制作用。

(3) 構造演化控制了斷裂帶的油氣成藏條件，使南部和北部、凸起區和洼陷區具備不同的油氣成藏條件和油氣成藏模式，北部勘探方向為洼陷區的巖性油氣藏和前古近系潛山油氣藏，南部勘探方向為洼陷區的深層源內型巖性油氣藏、中淺層陡坡帶砂礫巖巖性油氣藏，以及凸起區的前古近系潛山油氣藏。