渤海海域渤東低凸起中南段構造演化與油氣成藏

張 參，官大勇，王明臣，劉朋波，張海義，張宏國

（中海石油（中國）有限公司天津分公司 渤海石油研究院，天津 300452）

0 引言

渤東低凸起位于渤海東部海域，20世紀70年代以來，低凸起雖然經過多輪勘探研究，但是效果并不理想.渤東低凸起的構造位置特殊，表現在兩個方面：一是郯廬斷裂與秦皇島—旅順斷裂兩組共軛走滑斷裂的交匯處；二是渤海海域二級構造單元軸向發生變化的區域，因此研究區構造復雜，給構造及油氣成藏方面的研究帶來困難.郯廬斷裂帶作為油氣富集區帶，一直是人們研究的熱點與難點[1－4]；渤東低凸起位于郯廬斷裂油氣富集帶的中段，四面環凹，有較大的勘探潛力.構造活動貫穿盆地形成、地層發育和輸導體系形成的始終，對油氣生成、運移和聚集有重要的控制作用[5]，因此對于低凸起的形成時間及形成機制等方面的研究尤為重要.

目前，對于渤東低凸起的隆升時間研究有較大的分歧，人們很少涉及低凸起的形成機制方面的研究.葛建黨[6]研究認為，渤東低凸起是郯廬斷裂在中生代末期的走滑作用形成的一個雁列式褶皺中的背斜部分.另外，還有學者認為它形成時間較晚，在東營組二段沉積前低凸起雛形開始形成[7].渤海海域內存在多個凹中隆是沙三段末期區域擠壓反轉后，擠壓應力釋放回彈導致伸展斷層發生而形成的[8]，證明在沙三段末期渤海東部海域受郯廬斷裂走滑的影響形成局部擠壓應力場.在三維地震資料的精細解釋基礎上，筆者分析渤東低凸起中南段的構造樣式、形成時間與機制、構造演化等，確定渤東低凸起的形成時間及形成動力來源，對于尋找該區油氣有利富集區和確定成藏主控因素等具有指導作用.

1 地質概況

渤東低凸起夾持在渤中凹陷、渤東凹陷之間，主體呈北北東走向，是一個由新近系、古近系和新生代基底地層構成的一個壘塊構造.渤東低凸起在構造單元劃分上隸屬于渤中坳陷，古近系東西向剖面結構表現為“兩凹夾一隆”的地壘狀構造，受低斜坡的分割作用，低凸起有北、中、南3個高點，進而把低凸起劃分為北、中、南3段.平面上受北北東向3條邊界斷裂的控制，低凸起北、中、南3段呈北北東向左階展布，且各段的西南側均以斜坡形式與渤中凹陷過渡（見圖1）；新近系及以上地層總體呈“牛頭狀”披蓋在古近系上，形成整體坳陷的格局.

圖1 研究區區域位置Fig.1 Location of study area

受郯廬斷裂影響，低凸起東西兩側邊界斷裂具有一定走滑性質；受北東向或北東東向走滑派生斷裂分割作用，在低凸起西側形成PL7－3、PL7－4構造，在東側形成PL 7－2、PL7－7、PL13－1、PL13－2構造.在平面上，研究區可進一步劃分為渤東低凸起中南段、低凸起西側斷坡帶和渤東凹陷東南斜坡帶3個構造區帶（見圖2）：

（1）低凸起中南段被2條近北東向邊界斷層所夾持，新近系下為具有潛山披覆背景的構造，新近系上為受新構造運動的影響而表現為多高點的斷塊圈閉；

（2）低凸起西側斷坡帶緊鄰渤中凹陷，主要受渤東低凸起西側邊界斷層控制而形成斷坡帶，新近紀西側邊界斷層與晚期斷層配置形成似“花狀”構造，內部被北東走向的斷層分割成多個斷塊圈閉；

（3）渤東凹陷東南斜坡帶發育于渤東凹陷區，為整體向東南抬升的斜坡帶，古近紀受凸起東側邊界斷裂的影響形成渤東深凹區，新近紀主要受一組北東東向斷層控制的一系列斷鼻或斷塊圈閉影響.

圖2 研究區構造區帶劃分Fig.2 Division of structural zones of study area

2 新生代構造樣式及演化

2.1 中南段及鄰區構造樣式

渤東低凸起中南段及鄰區斷裂十分發育，總體上具有多組斷裂發育方向、多種斷裂性質并存、垂向差異明顯的特點[9].根據斷裂性質劃分走滑斷裂和伸展斷裂兩類斷裂體系（見圖3）.

圖3 渤東低凸起及鄰區斷裂體系Fig.3 Fault system of Bodong low uplift and surrounding area

2.1.1 走滑斷裂體系

在低凸起中南段及鄰區共有4條走滑斷層（見圖3（a）的F1、F2、F3、F4），其中F1、F2斷層走向主體由近SN向至NNE向偏轉，屬于郯廬斷裂帶的組成部分.另外，對于低凸起中南段東西兩側的邊界斷裂（見圖3（a）的f1、f2），具有伸展—走滑復合性質.研究區地震解釋剖面見圖4（剖面位置見圖1，E3d3、E3s、E2k為東三段、沙河街組和孔店組；E3d2L為東二下亞段；N1gL、E3d1＋2U為館下亞段和東上亞段；N1gU為館上段；N1mL為明下段；N2mU為明上段）.由圖4剖面①可以看出，渤東低凸起兩側邊界斷裂在孔店組—沙四段沉積時期為正斷層，具有控制沉積的作用，后期疊加區域產生走滑作用，研究區的走滑具有“早斷晚衰型”特征；在沙三段—東營組沉積時期走滑主斷面發育，但派生斷層較少，部分斷層在剖面上形成復“Y”型結構；到淺部館陶組、明化鎮組沉積時期走滑主斷面基本不發育，表現為北北東向雁列式調節斷層與晚期次級斷層構成似“花狀”構造的走滑特征（見圖3（b）和圖4）.按照主走滑斷面的活動時期，研究區凸起邊界斷裂為伸展—走滑復合長期活動斷裂，凹陷—斜坡區的斷層為“早斷早衰”型走滑斷裂（指斷穿基底，向上消失于漸新世東營組地層，并且具有一定隱伏特征的斷層）.總之，此類走滑斷層對低凸起構造格局的形成具有控制作用.

圖4 研究區地震解釋剖面Fig.4 Seismic sections of study area

2.1.2 伸展斷裂體系

研究區伸展斷裂按照活動期次分為兩小類：第一類早期活動斷裂，走向多為NNW向，主要分布于低凸起西側的渤中凹陷，在平面上呈階梯狀展布；在低凸起東側北北西向斷裂也有少量存在，控制研究區早期的構造面貌.第二類為晚期次級活動斷裂，具有復雜化構造圈閉和油氣垂向再分配作用.兩小類斷裂在凸起兩側凹陷區的剖面上構成上、下兩組斷裂體系，早期活動的斷裂主要活動時期為孔店—沙四段時期，大多消失于古近系東三段地層，屬于下斷裂系統；晚期次級活動斷裂多數切穿新近系地層，消失于東三段地層，屬于上斷裂系統（見圖4剖面②）.研究區上、下兩套斷裂系統的存在，尤其在渤東凹陷中上、下兩套斷裂系統的斷層傾向完全相反，表明在沙三段末期研究區構造應力場的明顯變化.

2.2 演化史與形成機制

對于渤東低凸起的隆升時間研究一直有分歧.在對低凸起鉆井揭示地層的重新落實及新三維地震資料的精細解釋基礎上研究發現：渤東低凸起中段古近系東二下亞段地層直接覆蓋于孔店組上，缺失部分孔店組、沙河街組和東三段地層，表明低凸起的形成時間為孔店組沉積后、東二下亞段沉積前.目前，認為在渤海灣盆地存在孔店組沉積期末、沙四段沉積期末、沙三段沉積期末、東營組沉積期末及上新世末期等多期構造抬升事件[10－12].過渤東低凸起中段的地震剖面顯示：靠近低凸起的凹陷中沙三段地層頂面見明顯的削蝕現象，反映沙三段末期渤東低凸起中段經歷強烈隆升并遭受剝蝕的過程，同時在低凸起邊緣斷坡帶上，在沙二段沉積前未現邊緣沉積相帶，在沙一、二段—東三段地層中見近源沉積體（見圖5）.因此，渤東低凸起主體的形成時間為沙三段沉積末期，在主體形成前有低幅度隆起背景的存在，并在東營組沉積時期最終定型.這與黃雷等關于該區的演化認識[13]基本一致.

圖5 沙三段末期渤東低凸起中南段斷層下降盤地層削蝕與近源沉積地震解釋剖面Fig.5 Seismic section showing truncation and proximal deposit on the downthrown side during the sedimentation of the 3rd member of the Shahejie formation in the Bodong low uplift

此外，沙三段末期是渤海海域新生代盆地演化的重要轉折期之一，其構造變動使多個凹陷內部發生構造反轉，形成凹中隆構造；其中與渤東低凸起同在一個北東向構造帶上的遼東低凸起是在沙三段末期開始隆起形成的[8]，也為文中觀點提供區域方面的證據.

根據構造平衡原理，用回剝方法可以復原盆地的沉積歷史和構造運動學過程，編制渤東低凸起中南段的新生代構造演化史圖，演化過程可以分為4個時期，每個時期低凸起的構造特征和沉積特征各不相同（見圖6）.

圖6 渤東低凸起中南段構造演化史（位置見圖1的剖面④）Fig.6 The tectonic evolution history in the middle－southern segment of the Bodong low uplift

（1）孔店—沙四段沉積時期：受早期喜馬拉雅運動的影響，研究區郯廬斷裂帶主要表現為區域性的伸展活動；受中生帶左行走滑的影響，在低凸起及鄰區主要發育NE向或NNE向的早期活動斷裂，斷裂控制低凸起及鄰區早期的基本構造格局.此時大渤中凹陷整體處于斷陷時期，斷裂對凹陷具有明顯的控制作用，凹陷沉積的厚度較大，在具有低幅度隆起背景的低凸起區PL7－1構造附近沉積孔店組地層，存在少量的沙四段地層沉積.

（2）沙三段沉積末期：受區域右旋走滑作用，郯廬斷裂活動導致低凸起垂直隆升而遭受剝蝕，因此普遍缺失沙河街組地層，部分缺少東三段地層，渤東低凸起的形成把大渤中凹陷分割為呈箕狀凹陷結構的渤中凹陷與渤東凹陷，形成壘（渤東低凸起）塹（渤中凹陷、渤東凹陷）的構造格局.

（3）東二下亞段沉積時期：渤東低凸起開始下降并接受沉積，低凸起沉積大套東二下亞段地層，研究區斷裂數量少，延伸距離短，斷裂主要分布在東側，方向為北東向或北東東向.

（4）新近系沉積時期：低凸起及鄰區整體進入坳陷期，在低凸起中段的西側，渤東凹陷與渤中凹陷具有統一的沉降中心，主要發育館陶組和明化鎮組河流相沉積，受郯廬斷裂和新構造運動走滑作用的共同影響，形成若干條北東東向的具有走滑特征的雁行走滑分支斷裂，從而在研究區邊界斷裂和走滑斷裂帶附近形成有利于油氣成藏似“花狀”構造（見圖2和圖3）.

在同一時期、同一區域剪切應力場作用下，不同區段走向變化導致局部應力場變化，在增壓彎曲部位發生會聚、擠壓、隆升；在釋壓拉張部位發生離散、伸展、沉降[14].凸起中南段呈弧形展布的區域與凸起東側走滑方向發生轉變的區域（即S型增彎段）較為一致（見圖2），同時在凸起東西兩側的古近系地層發育擠壓性褶皺，表明凸起的隆升與走滑方向的轉換密切相關.在沙三段沉積末期，研究區郯廬斷裂右行走滑活動方向由近南北向向北北東向偏轉，使其增壓彎曲部位的巖石圈斷塊受到近東西擠壓應力作用，并且受到早期先存斷裂斷面阻擋作用，造成古地貌隆升，形成渤東低凸起中段地壘構造，即為渤東低凸起隆升的動力來源.

渤海海域存在多個凹中隆是沙三段末期區域擠壓反轉后，擠壓應力釋放回彈導致伸展斷層發生而形成的[8]，從另一個角度證明在沙三段末期渤海東部海域受郯廬斷裂走滑影響而形成局部擠壓應力場.吳智平研究認為，與渤東低凸起同屬于北東向串珠排列構造帶上的LD27－22壓扭帶，其形成時間為沙二段時期，形成動力來源為走滑偏轉增壓①吳智平.渤東、遼中南洼構造演化、成因機制及油氣成藏主控因素研究，2012.，為文中的觀點提供佐證.

3 構造演化作用

3.1 對圈閉的控制

受郯廬斷裂帶影響，渤東低凸起及鄰區圈閉的形成主要受走滑及走滑派生斷裂的共同控制，在研究區主要發育3種成因類型的構造圈閉（見圖7）：

圖7 渤東低凸起中南段及鄰區圈閉類型成因Fig.7 Trap types and their genesis analysis of middle－southern part of the Bodong low uplift and surrounding area

（1）走滑偏轉擠壓斷背斜、斷塊圈閉.此類圈閉發育于低凸起的中段PL7－1構造及低凸起南段的PL7－5和PL7－6構造，深層斷背斜圈閉主要受控于走滑斷裂S型增壓形成的局部擠壓應力場，在淺層受控于弧形密集斷裂帶，形成一系列的斷塊圈閉群.

（2）走滑疊覆段增壓背斜、斷背斜圈閉.此類圈閉發育于低凸起中段西側的BZ6－1構造，由于低凸起北段與中段西側的兩條邊界斷裂在平面形成右行左階展布，在疊覆段形成擠壓應力場，進而形成背斜、斷背斜圈閉.

（3）走滑調節帶斷鼻圈閉群.此類圈閉發育于低凸起中段東側，為本區的主要圈閉，其控圈斷裂為呈北東東走向的走滑分支斷裂.3個構造圈閉為油氣儲存提供良好的聚集場所.

3.2 對油氣運移的控制

渤海海域油氣輸導系統通常由斷裂、不整合面和砂體等因素共同組成，其中斷裂是最關鍵的因素[15－17].古近系斷裂的繼承性活動及其與新近系斷裂的溝通是新近系油氣成藏的關鍵[18]，在古近系，渤東低凸起東側郯廬斷裂的伸展、走滑作用在控制主體呈北北東向展布的渤東凹陷和烴源巖的同時，還溝通烴源巖，是渤東凹陷不同時期油氣運移成藏的關鍵因素.新近紀以來，郯廬斷裂繼承性活動及其在新構造運動的派生斷裂為油氣運移的通道，為油氣垂向運移和跨層聚集提供有利條件.因此，在渤東低凸起及鄰區切入東三段地層的斷層或與切入東三段地層的斷層直接搭接的斷層可作為本區的油源斷層.

由渤東低凸起及鄰區油氣成藏模式（見圖8）可見，研究區主要發育兩種類型的油氣垂向運移通道：一是單一型直接油源斷層，是指斷層直接貫通儲集層和生油層，主要是由長期活動性斷層和晚期深切入東三段地層的斷裂組成（見圖8的②）；二是疊置型間接油源斷層（見圖8的③），是指上下斷裂系統相互連接而貫通儲集層和生油層.本區油源斷裂較為發育，尤其是在渤東低凸起以東走滑調節帶.這些直接或間接切入深部烴源巖的斷裂成為本區油氣垂向運移的主要通道，而晚期次級斷裂的發育對油氣具有調節再分配的作用.

3.3 對油氣成藏的控制

渤東低凸起及鄰區主要經歷沙三段沉積末期形成、東營組時期定型及新近系新構造運動對其進行的后期改造，對于本區斷裂系統及圈閉的形成產生重要影響，對于低凸起及鄰區油氣成藏具有控制作用.在渤東低凸起及鄰區形成“斷層、不整合和區域砂體聯合疏導”立體成藏的模式.對于渤東低凸起中南段，形成長期活動斷層加不整合面加區域砂體油氣運聚模式（見圖8的①），由于低凸起區中段蓬萊7－1構造低凸起邊界斷層規模較大且活動性強，油氣順著邊界斷層與不整合面向潛山斷背斜處橫向運移，同時垂向上還可以沿著邊界斷裂及次級斷裂向著淺層新近系斷塊圈閉運移.對于低凸起兩側的斷坡帶、凹陷區形成兩種油氣運移模式：（1）直接切入烴源斷層加區域砂體油氣運聚模式（見圖8的②）；（2）“接力棒式”加區域砂體油氣運聚模式（見圖8的③）.研究區走滑派生NEE向斷裂直接切入烴源巖或與早期斷裂疊置溝通烴源巖，斷裂密集發育，并與館陶組底部區域砂體、次級斷裂聯合疏導，有利于油氣向斷坡帶、凹陷區淺層運移；同時凹陷區靠近主生油洼陷的淺層斷鼻圈閉，易于捕獲油氣，因此低凸起西側斷坡帶、渤東凹陷東南斜坡的淺層具有較好的勘探潛力.

圖8 渤東低凸起及鄰區油氣成藏模式Fig.8 Hydrocarbon accumulation model of the Bodong low uplift and surrounding area

4 結論

（1）渤東低凸起中南段主體的形成時間為沙三段末期，于東營組時期定型.沙三段沉積末期，研究區郯廬斷裂右行走滑活動方向由近南北向向北北東向偏轉，使其增壓彎曲部位的巖石圈斷塊受到近東西擠壓應力作用，并且受到早期先存斷裂斷面的阻擋作用，形成渤東低凸起中段地壘構造.

（2）渤東低凸起中南段的新生代構造演化可以分為4個時期：孔店—沙四段沉積時期、沙三段沉積末期、東二下亞段沉積時期和新近系沉積時期，每個時期低凸起的構造特征和沉積特征各不相同.

（3）渤東低凸起中南段的構造演化控制研究區走滑偏轉擠壓斷背斜與斷塊圈閉、走滑疊覆段增壓背斜與斷背斜圈閉、走滑調節帶斷鼻圈閉3種成因類型圈閉的形成，為油氣儲存提供良好的聚集場所；構造演化通過對圈閉形成、油氣運移等過程的控制，影響研究區的油氣聚集成藏，并使油氣在空間上呈現“斷層、不整合和區域砂體聯合疏導”立體成藏模式.

（References）：

[1]Ross J V，Mercier J C，Xu Y G.Diffusion creep in the upper mantle：An example from the Tanlu fault，northeastern China[J].Tec－tonophysics，1996，261（4）：315－329.

[2]Fletcher C J N，Fitches W R，Rundle C C，et al.Geological and isotopic constraints on the timing of the movement in the Tan－Lu fault zone，northeastern China[J].Journal of South－east Asian Earth Science，1995，11（1）：15－22.

[3]Yang Y T，Xu T G.Hydrocarbon habitat of the offshore Bohai basin[J].China.Mar.Petrol.，2004，21（6）：691－708.

[4]龔再升，蔡東升，張功成.郯廬斷裂對渤海海域東部油氣成藏的控制作用[J].石油學報，2007，28（4）：1－10.Gong Zaisheng，Cai Dongsheng，Zhang Gongcheng.Dominating action of Tanlu fault on hydrocarbon accumulation in eastern Bohai Sea area[J].Acta Petrolei Sinica，2007，28（4）：1－10.

[5]牛成民.渤海南部海域萊州灣凹陷構造演化與油氣成藏[J].石油與天然氣地質，2012，33（3）：424－431.Niu Chengmin.Tectonic evolution and hydrocarbon accumulation of Laizhouwan depression in southern Bohai sea[J].Oil ＆Gas Geology，2012，33（3）：424－431.

[6]葛建黨.郯廬斷裂在渤中凹陷的構造特征與油氣成藏的關系[J].海洋石油，2001，107（1）：14－20.Ge Jiandang.The tectonic character of Tanlu fault（TLF）and the relation between TLF and hydrocarbon accumulation in Bozhong sag[J].Offshore Oil，2001，107（1）：14－20.

[7]王應斌，王海軍，孫和風.渤東低凸起構造演化及成藏條件[J].石油與天然氣地質，2010，31（2）：151－158.Wang Yingbin，Wang Haijun，Sun Hefeng.An analysis of structure evolution and reservoiring conditions in the Bodong low salient of Bohai basin[J].Oil ＆Gas Geology，2010，31（2）：151－158.

[8]黃雷，周心懷，劉池洋，等.渤海海域新生代盆地演化的重要轉折期——證據及區域動力學分析[J].中國科學（D輯：地球科學），2012，42（6）：893－904.Huang Lei，Zhou Xinhuai，Liu Chiyang，et al.The important turning points during evolution of Cenozoic basin offshore the Bohai sea：Evidence and regional dynamics analysis[J].Science in China（Series D：Earth Sciences），2012，55：476－487.

[9]吳智平，薛雁，顏世永，等.渤海海域渤東地區斷裂體系與盆地結構[J].高校地質學報，2013，19（3）：463－471.Wu Zhiping，Xue Yan，Yan Shiyong，et al.The development characteristics of the fault system and basin structures of the Bodong sag，east China[J].Geological Journal of China Universities，2013，19（3）：463－471.

[10]遼河油田石油地質志編輯委員會.中國石油地質志（卷三）：遼河油田[M].北京：石油工業出版社，1993：56－91.Editorial Committee of petroleum geology in Liaohe oilfield.Petroleum geology of China（Volume 3）：Liaohe oilfield[M].Beijing：Petroleum Industry Press，1993：56－91.

[11]勝利油田石油地質志編寫組.中國石油地質志（卷六）：勝利油田[M].北京：石油工業出版社，1993：18－84.Editorial Committee of petroleum geology in Shengli oilfield.Petroleum geology of China（Volume 6）：Shengli oilfield[M].Beijing：Petroleum Industry Press，1993：18－84.

[12]大港油田石油地質編輯委員會.中國石油地質志（卷四）：大港油田[M].北京：石油工業出版社，1991：32－114.Editorial Committee of petroleum geology in Dagang oilfield.Petroleum geology of China（Volume 4）：Dagang oilfield[M].Beijing：Petroleum Industry Press，1991：32－114.

[13]黃雷，王應斌.渤中環形構造帶特征和成因分析及其石油地質意義探討[J].地質科學，2012，2：318－332.Huang Lei，Wang Yingbin.Characters and genesis of Bozhong ring structure belt and its oil geology significance[J].Chinese Journal of Geology（Scientia Geologica Sinica），2012，2：318－332.

[14]胡望水，呂炳全，官大勇，等.郯廬斷裂帶及其周緣中新生代盆地發育特征[J].海洋地質與第四紀地質，2003，23（4）：51－58.Hu Wangshui，Lv Bingquan，Guan Dayong，et al.Characteristics of Tanlu fault zone and development of Mesozoic and Cenozoic basins along it[J].Marine Geology ＆ Quaternary Geology，2003，23（4）：51－58.

[15]劉小平，周心懷，呂修祥，等.渤海海域油氣分布特征及主控因素[J].石油與天然氣地質，2009，30（4）：497－502.Liu Xiaoping，Zhou Xinhuai，Lv Xiuxiang，et al.Hydrocarbon distribution features and main controlling factors in the Bohai sea waters[J].Oil ＆ Gas Geology，2009，30（4）：497－502.

[16]武衛峰，徐衍彬，范立民，等.斷裂對沿不整合面側向運移油氣的聚集作用[J].東北石油大學學報，2013，37（3）：11－17.Wu Weifeng，Xu Yanbin，Fan Limin，et al.Research on role of faults in the accumulation of oil gas migrating laterally through unconfornity surface[J].Journal of Northeast Petroleum University，2013，37（3）：11－17.

[17]孫建軍.不同類型斷—砂配置輸導的油氣特征及成藏控制作用[J].東北石油大學學報，2013，37（1）：57－63.Sun Jianjun.Transporting oil－gas characteristcs with differnt fault－sandstone matching and its control of oil－gas accumulation [J].Journal of Northeast Petroleum University，2013，37（1）：57－63.

[18]彭文緒，孫和風，張如才，等.渤海海域黃河口凹陷近源晚期優勢成藏模式[J].石油與天然氣地質，2009，30（4）：510－518.Peng Wenxu，Sun Hefeng，Zhang Rucai，et al.Late－stage near－source preponderant hydrocarbon pooling pattern in the Huanghekou sag of the Bohai sea waters[J].Oil ＆ Gas Geology，2009，30（4）：510－518.