渤海西部海域渤中西洼構(gòu)造演化與油氣成藏模式

徐春強(qiáng)， 張 震， 張新濤， 郭 瑞， 張志強(qiáng)

( 中海石油(中國(guó))有限公司 天津分公司，天津 300459 )

0 引言

近年來(lái)，渤中凹陷西洼油氣勘探持續(xù)獲得突破[1-3]，在深、淺層獲得較好油氣發(fā)現(xiàn)，成為渤海油田勘探的熱點(diǎn)地區(qū)。該區(qū)應(yīng)力場(chǎng)復(fù)雜，構(gòu)造特征多樣，構(gòu)造成因機(jī)制認(rèn)識(shí)不清。構(gòu)造活動(dòng)貫穿盆地形成、地層發(fā)育和輸導(dǎo)體系形成的始終，對(duì)油氣生成、運(yùn)移和聚集有重要的控制作用[4-10]。人們研究渤中凹陷斷裂的形成和演化及其控藏作用[11-16]。孫永河等[17]分析渤中坳陷斷裂構(gòu)造特征，研究斷裂的形成演化對(duì)油氣成藏條件的控制作用，將斷裂活動(dòng)期次劃分為早期形成伸展斷層、中期疊加NNE向右旋走滑和NW-NWW向左旋走滑伸展斷層、晚期NNE向斷裂再次發(fā)生右旋走滑活動(dòng)。在渤中西洼新近系油氣分布和油源分析的基礎(chǔ)上，徐春強(qiáng)等[18]總結(jié)西洼新近系油氣成藏的主控因素，指出長(zhǎng)期活動(dòng)性油源斷裂是新近系淺層油氣成藏的關(guān)鍵因素，并提出“環(huán)洼選區(qū)、主斷控帶”的勘探理念。李慧勇等[19]研究斷裂特征、構(gòu)造演化史，明確構(gòu)造變形對(duì)圈閉的控制作用，指出沙北中央走滑帶古近紀(jì)時(shí)期北西向和北東向拉張斷層控制斷裂格局，圈閉類(lèi)型主要表現(xiàn)為受古構(gòu)造背景影響的斷背斜、斷鼻構(gòu)造；新近紀(jì)時(shí)期北西向斷層左旋走滑、北東向派生走滑斷層，圈閉受兩組走滑影響，發(fā)育擠壓背斜、疊瓦狀掀斜斷塊和斷鼻構(gòu)造。針對(duì)渤中凹陷西洼構(gòu)造演化特征及其控藏模式的精細(xì)研究較少，開(kāi)展該區(qū)構(gòu)造演化及其控藏分析，對(duì)尋找油氣有利富集區(qū)、認(rèn)識(shí)油氣成藏規(guī)律具有重要意義。通過(guò)渤中西洼構(gòu)造特征和斷裂結(jié)構(gòu)解剖，明確多期構(gòu)造演化特征，探討新生代構(gòu)造演化對(duì)油氣成藏的影響，為下一步油藏評(píng)價(jià)提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

渤中西洼位于渤海西部海域，面積約為2 000 km2，北與石臼坨凸起呈斷層接觸，西與沙壘田凸起呈超覆接觸，東南與渤中凹陷主體相接[20](見(jiàn)圖1)。研究區(qū)自下而上發(fā)育古近系沙河街組(Es)、東營(yíng)組(Ed)，新近系館陶組(Ng)、明化鎮(zhèn)組(Nm)及第四系平原組(Qp)。沙河街組和東營(yíng)組時(shí)期在凸起邊緣發(fā)育扇三角洲、辮狀河三角洲，洼陷區(qū)沉積厚度較大的暗色烴源巖，特別是沙河街組烴源巖厚度大、成熟度高、分布廣。館陶組和明化鎮(zhèn)組沉積期發(fā)育河流相、淺水三角洲及濱淺湖相沉積組合[9]。近年來(lái)，在渤中西洼發(fā)現(xiàn)渤中8-4、曹妃甸6-4和曹妃甸12-6等油田，油氣縱向上分布廣泛，從中生界潛山到新近系明化鎮(zhèn)組上段有較好的發(fā)現(xiàn)。勘探成果證實(shí)，研究區(qū)構(gòu)造極其復(fù)雜，油氣分布差異性明顯。

圖1 渤中西洼區(qū)域位置Fig.1 The tectonic location of the western sag of Bozhong depression

2 構(gòu)造特征

2.1 構(gòu)造格架

渤中西洼在構(gòu)造單元?jiǎng)澐稚蠈儆诓持邪枷荩苁售缤蛊疬吔鐢鄬映掷m(xù)活動(dòng)控制，在新生代整體表現(xiàn)為箕狀斷陷[20]。北部表現(xiàn)為受石臼坨凸起邊界斷裂控制形成的斷裂陡坡，西部古近系地層向沙壘田凸起超覆形成緩坡。由于構(gòu)造差異活動(dòng)，渤中西洼內(nèi)部呈現(xiàn)“多洼共生、洼中有隆”的構(gòu)造格局，平面上進(jìn)一步劃分為北部陡坡帶、西部緩坡帶、中央構(gòu)造帶、渤中8次洼、渤中西次洼5個(gè)次一級(jí)構(gòu)造單元(見(jiàn)圖1)。

選取研究區(qū)5條地質(zhì)剖面(①-⑤)，建立現(xiàn)今構(gòu)造格架(見(jiàn)圖2)。由圖2可以看出，新生界不同時(shí)期地層充填具有明顯差異性。古近系沙河街組和東三段地層沉積沉降中心分布于渤中西次洼，沙河街組最大厚度為2 010 m，東三段最大厚度為2 150 m。東二段在渤中西洼大范圍整體沉積，地層厚度為700～900 m，不同位置厚度差異不大。新近系館陶組和明化鎮(zhèn)組在渤中西洼大范圍沉積，且沉積沉降中心向渤中凹陷主洼方向發(fā)生遷移。

2.2 斷裂發(fā)育

受控于多期構(gòu)造演化和復(fù)雜應(yīng)力場(chǎng)控制[20]，渤中西洼斷裂非常復(fù)雜，斷裂結(jié)構(gòu)多樣。根據(jù)地震方差切片和地震剖面，平面上將斷裂劃分為馬尾狀、斜列狀、雁行狀、近平行狀、帚狀和X型6種斷裂組合樣式(見(jiàn)圖3)。馬尾狀斷裂組合由一系列弧形斷層搭接形成多個(gè)墻角斷塊，平面上形成馬尾狀，斷裂連接處斷距較小，剖面上表現(xiàn)為似疊瓦狀；斜列狀斷裂組合整體表現(xiàn)為NW-SE向展布，由多條斷層首尾相接形成斜列狀；雁行狀斷裂組合由一系列NE-SW向展布斷裂組成，主要分布于渤中西洼中央構(gòu)造帶，剖面上表現(xiàn)為斷階型特征，斷裂切割至新生界基底附近；近平行狀斷裂組合平面上延伸長(zhǎng)度大，呈現(xiàn)NE-SW向，剖面上切割至沙河街組；帚狀斷裂組合由一系列NEE向次級(jí)斷裂斜交NE向大斷裂組成，大斷裂切割層位深，長(zhǎng)期持續(xù)活動(dòng)，次級(jí)斷裂為晚期調(diào)節(jié)斷裂，剖面上表現(xiàn)為Y型結(jié)構(gòu)樣式；X型斷裂組合由NW、NE兩組方向斷裂相互切割組成，斷裂長(zhǎng)度總體不大，斷距較小，平面和剖面上表現(xiàn)為X型結(jié)構(gòu)樣式。

根據(jù)斷裂形成時(shí)期與斷開(kāi)層位的關(guān)系，可以將研究區(qū)斷裂劃分為3種類(lèi)型(見(jiàn)圖4)。Ⅰ型斷裂為持續(xù)活動(dòng)性油源斷裂，切穿基底并延伸至淺層，為長(zhǎng)期持續(xù)活動(dòng)的通天型；Ⅱ型斷裂為早斷早衰型斷裂，同樣切穿基底，但向上只延伸至東營(yíng)組，具有早期活動(dòng)、晚期不活動(dòng)的特點(diǎn)；Ⅲ型斷裂為晚期活動(dòng)性斷裂，形成于新近紀(jì)—第四紀(jì)，分布于淺層明化鎮(zhèn)組和館陶組，在淺層形成大量斷塊型圈閉。

圖2 渤中西洼現(xiàn)今構(gòu)造格架Fig.2 The present tectonic framework of the western sag of Bozhong depression

圖3 渤中西洼明化鎮(zhèn)組斷裂綱要圖Fig.3 The sketch map of the NmL formation in the western sag of Bozhong depression

2.3 構(gòu)造演化

渤海灣盆地區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)受控于雙動(dòng)力源——地幔柱隆起和斜向擠壓[11,17,20]。渤中西洼構(gòu)造演化與渤海灣盆地構(gòu)造演化特征既具有一致性，又具有自身特點(diǎn)，可劃分為斷陷期(沙河街組—東三段)、斷拗期(東二段—東一段)、拗陷期(館陶組—明下段)、拗?jǐn)嗥?明上段至今)4個(gè)階段(見(jiàn)表1)。

圖4 過(guò)渤中西洼西部地震剖面Fig.4 The seismic profile across the western part of the western sag in Bozhong depression

(1)斷陷期(Es-Ed3)。斷陷期包括沙河街組時(shí)期及東三段時(shí)期。該時(shí)期受控于地幔熱隆起作用[11,20]，在渤中西洼形成近NW-SE向的拉張應(yīng)力，渤中西洼以裂陷伸展作用為主，整體表現(xiàn)為“箕狀斷陷”結(jié)構(gòu)，剖面上可見(jiàn)斷裂附近地層厚度明顯加大，箕狀結(jié)構(gòu)清楚(見(jiàn)圖4)。

沙河街組(Es)時(shí)期為斷陷Ⅰ期(見(jiàn)圖5)。該時(shí)期控洼邊界斷裂形成，東北部斷層活動(dòng)強(qiáng)度遠(yuǎn)大于西部的，斷層斷距最大為1 km，最大剖面伸展率為4.2%，伸展速率為0.13 km/Ma(見(jiàn)圖6)，在渤中西洼東北部形成相對(duì)渤中西次洼沉積厚度較大的沙河街組地層。沙壘田凸起、石臼坨凸起及427傾沒(méi)端為古地形高，剝蝕區(qū)主要集中這些地區(qū)。

東三段(Ed3)時(shí)期為斷陷Ⅱ期(見(jiàn)圖7)，渤中西洼東北部邊界斷層持續(xù)強(qiáng)烈活動(dòng)，斷層活動(dòng)強(qiáng)度較沙河街組時(shí)期的更大，最大斷層斷距為1 100 m，最大剖面伸展率為3.5% ，伸展速率為0.50 km/Ma(見(jiàn)圖6)。東三段時(shí)期沉積范圍較沙河街組時(shí)期的有所擴(kuò)大，渤中西次洼仍然是沉積沉降中心。渤中8-4構(gòu)造區(qū)在東三段早期受到局部擠壓發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)，成為局部構(gòu)造高點(diǎn)，未接受東三段地層沉積。

圖5 渤中西洼沙河街組沉積時(shí)期構(gòu)造格架Fig.5 Structural framework in the sedimentary period of Es formation

圖6 過(guò)渤中西洼不同位置剖面伸展率、伸展速率Fig.6 The extensional rate and extension rate in different positions of the western sag

(2)斷拗期(Ed2)。東二段(Ed2)時(shí)期為斷拗期(見(jiàn)圖8)，地幔熱隆起活動(dòng)減弱，渤中西洼伸展斷陷作用減弱，整體表現(xiàn)為斷拗陷轉(zhuǎn)換期，斷層活動(dòng)強(qiáng)度明顯減弱，箕狀斷陷結(jié)構(gòu)特征不明顯，剖面伸展率和伸展速率減小(見(jiàn)圖6)，剖面上東二段底部可見(jiàn)下超特征(見(jiàn)圖4)。沙壘田凸起、石臼坨凸起及427傾沒(méi)端開(kāi)始沉降并接受沉積，沉積中心遷移至渤中西洼的中西部地區(qū)及渤中主洼地區(qū)，在東二段晚期渤中西洼發(fā)生大規(guī)模抬升剝蝕作用，致使東營(yíng)組頂部在研究區(qū)發(fā)生較大范圍缺失，剖面上東二段頂部可見(jiàn)明顯的削截不整合特征(見(jiàn)圖4)。

(3)拗陷期(Ng-NmL)。受控于渤海灣盆地構(gòu)造演化，渤中西洼館陶組—明下段(Ng-NmL)時(shí)期整體表現(xiàn)為裂后熱沉降，斷裂活動(dòng)強(qiáng)度弱，剖面伸展率和伸展速率最低(見(jiàn)圖6)，表現(xiàn)為拗陷作用。早期暴露于地表的沙壘田及石臼坨凸起區(qū)開(kāi)始大范圍沉積，沉積沉降中心向渤中凹陷主洼方向遷移(見(jiàn)圖9)。

(4)拗?jǐn)嗥?NmU-)。明上段至今(NmU-)約5.1 Ma以來(lái)，受太平洋板塊與亞洲大陸NWW向俯沖和裂后熱沉降的疊加影響，渤海海域發(fā)生新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，表現(xiàn)為伸展走滑作用[11,20]。渤中西洼在整體沉降的同時(shí)，斷裂活動(dòng)強(qiáng)度再次加大，剖面伸展率和伸展速率再次增強(qiáng)(見(jiàn)圖6)。特別是在渤中西洼西部，由于伸展、走滑作用在剖面上產(chǎn)生大量晚期斷層，早期伸展斷層受新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的誘發(fā)而開(kāi)始重新活化，與晚期斷層在剖面上形成花狀構(gòu)造和Y型構(gòu)造，在平面上產(chǎn)生密集分布的新斷層，形成有利于油氣聚集的斷塊型圈閉(見(jiàn)圖2-4)。

圖7 渤中西洼東三段沉積時(shí)期構(gòu)造格架Fig.7 Structural framework in the sedimentary period of Ed3 formation

圖8 渤中西洼東二段沉積時(shí)期構(gòu)造格架Fig.8 Structural framework in the sedimentary period of Ed2 formation

圖9 渤中西洼館陶組—明下段沉積時(shí)期構(gòu)造格架Fig.9 Structural framework in the sedimentary period of Ng-NmL formation

3 構(gòu)造演化與油氣成藏模式

3.1 構(gòu)造演化對(duì)烴源巖的控制

構(gòu)造演化控制渤中西洼的形成，同時(shí)也影響渤中西洼烴源巖的發(fā)育和分布特征。渤中西洼在斷陷期斷層活動(dòng)強(qiáng)度和剖面伸展速率最大，渤中西洼大部分地區(qū)處于半深湖—深湖沉積環(huán)境，為烴源巖沉積創(chuàng)造有利條件，控制形成東三段、沙河街組兩套重要的烴源巖層系[1]。平面上，渤中西洼東北部邊界斷層持續(xù)強(qiáng)烈活動(dòng)，形成渤中西洼最有利生烴洼陷，即渤中西次洼(見(jiàn)圖1-2)。此外，斷陷期斷裂強(qiáng)烈活動(dòng)使東三段和沙河街組烴源巖層快速埋藏，早期地幔熱隆起引起的伸展作用及后期深埋演化，為斷陷期充填的沙河街組和東三段烴源巖熱演化提供熱力作用，有利于有機(jī)質(zhì)的保存和轉(zhuǎn)化，為渤中西洼的勘探突破提供物質(zhì)基礎(chǔ)。

3.2 構(gòu)造演化對(duì)圈閉的控制

渤中西洼受控于多期構(gòu)造演化，在深層和淺層發(fā)育多種類(lèi)型圈閉，特別是在晚期新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)作用下，晚期斷層大量發(fā)育，在淺層形成大量斷塊型圈閉、斷鼻型圈閉和構(gòu)造巖性圈閉(見(jiàn)圖3)。渤中西洼西部大量發(fā)育斷鼻型圈閉和斷塊型圈閉，斷塊型圈閉居多，形態(tài)多樣，由兩條或兩條以上斷層構(gòu)成，斷塊型圈閉的大量發(fā)育為油氣成藏提供有利聚集場(chǎng)所，渤中8-4油田、曹妃甸12-6油田油藏主要為斷塊型油藏。渤中西洼東北部斷層數(shù)量相對(duì)少，淺層明下段淺水三角洲發(fā)育，淺水三角洲砂體與斷層的良好匹配形成構(gòu)造—巖性圈閉，渤中3-2油田主要為構(gòu)造—巖性油藏(見(jiàn)圖1、3)。

3.3 構(gòu)造活動(dòng)與油氣運(yùn)移

早期斷陷作用和晚期拗?jǐn)嘧饔每刂菩纬刹持形魍輸嗔严到y(tǒng)，形成渤中西洼油氣運(yùn)移重要的輸導(dǎo)體系。早期斷陷期，在渤中西洼東北部發(fā)育大型邊界斷裂，在西部同樣發(fā)育級(jí)別較大的大型斷裂，斷裂與斷陷期形成的沙河街組、東三段烴源巖直接接觸，在空間上形成良好匹配。在晚期拗?jǐn)嗥冢聵?gòu)造運(yùn)動(dòng)一方面使早期斷裂再次強(qiáng)烈活動(dòng)，另一方面在淺層產(chǎn)生大量調(diào)節(jié)斷層，大量調(diào)節(jié)斷層強(qiáng)烈活動(dòng)，成為渤中西洼重要的成藏期[4-9]。長(zhǎng)期活動(dòng)性油源大斷層將深部油氣向淺層輸導(dǎo)，淺層晚期調(diào)節(jié)斷層繼續(xù)將油氣進(jìn)行分配，在淺層斷塊型圈閉聚集成藏(見(jiàn)圖10)。

圖10 渤中西洼油氣成藏模式Fig.10 The reservoir profile of the western sag in Bozhong depression

4 結(jié)論

(1)渤中西洼經(jīng)歷多期構(gòu)造活動(dòng)，在伸展和走滑應(yīng)力場(chǎng)共同作用下，形成多種斷裂樣式。平面組合樣式主要為馬尾狀、斜列狀、雁行狀、近平行狀、帚狀和X型6種斷裂組合樣式；剖面組合樣式主要為Y型、似疊瓦狀、斷階式和X型。

(2)渤中西洼新生代構(gòu)造演化分為4個(gè)階段：斷陷期(沙河街組—東三段)、斷拗期(東二段)、拗陷期(館陶組—明下段)和拗?jǐn)嗥?上新世至今的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活化期)。

(3)多期構(gòu)造演化控制渤中西洼生烴演化、沉積充填及油氣運(yùn)聚成藏。斷陷期強(qiáng)烈伸展控制形成東三段、沙河街組兩套重要烴源巖層系，斷拗期和拗陷期構(gòu)造相對(duì)穩(wěn)定，拗?jǐn)嗥跇?gòu)造重新活化，大量產(chǎn)生的斷層形成多種類(lèi)型圈閉，油源斷裂及晚期調(diào)節(jié)斷層強(qiáng)烈活動(dòng)將深部油氣向淺層運(yùn)移，促進(jìn)研究區(qū)晚期成藏作用。

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