走滑-拉張斷裂活動性量化表征及控藏作用
——以東營凹陷南坡金家地區為例

2021-06-07 16:00:46張云銀張偉忠毛振強陳丙申于正軍于景強

斷塊油氣田 2021年2期

張云銀，張偉忠，毛振強，陳丙申，于正軍，于景強

（1.中國石化勝利油田分公司物探研究院，山東東營 257022；2.中國石化勝利油田分公司純梁采油廠，山東博興 256504）

0 引言

走滑-拉張斷裂帶具有張性兼扭性的力學特性，是走滑與拉張共同作用的結果［1］。受太平洋板塊及印度洋板塊俯沖的影響，在我國含油氣盆地中，走滑與拉張共同作用形成了走滑-拉張斷裂帶［2-5］。國內外學者對已發現的走滑-拉張斷裂帶的控藏作用進行了研究，認為走滑-拉張斷裂帶控制了含油氣盆地的儲層發育、圈閉條件、油氣成藏等，是油氣運移聚集的有利區帶［6-11］。

由于走滑-拉張斷裂帶的靜態構造樣式及動態構造演化有差異，導致沉積儲層、油氣成藏等具有不同的控制作用，使得油氣富集程度相差甚大，顯示了油氣成藏的復雜性。目前，東營凹陷南坡走滑-拉張斷裂帶缺乏深入研究，控藏作用認識不明晰，制約了油氣勘探。本文基于三維地震資料，結合區域地質特征，對金家走滑-拉張斷裂帶進行了系統研究，明確了該區油氣成藏的控制作用，指明了有利勘探區，為金家地區乃至整個東營凹陷南坡中深層勘探提供了技術支撐。

1 區域地質概況

東營凹陷位于渤海灣盆地濟陽坳陷帚狀構造體系的東南部，新生代以來受到郯廬斷裂帶右旋走滑的控制，走滑-拉張斷裂帶在盆地內廣泛發育。陡坡帶發育以帚狀構造樣式為主的北東向走滑-拉張斷裂帶，緩坡帶發育以雁列構造樣式為主的走滑-拉張斷裂帶。勘探實踐表明，緩坡帶的雁列走滑-拉張斷裂帶具有多層系含油的特點。八面河斷裂帶探明儲量1.62×108t，揭示了多層疊合的復式成藏特征。東營凹陷為典型的北斷南超箕狀斷陷盆地，受早期北西向斷層繼承性活動的影響，發育北西向和北東向2組斷層：北西向斷層主要有陳南斷層東段、石村斷層等；北東向斷層主要有高青—平南斷層、陳南斷層西段、博興斷層和濱南斷層等。北部陡坡帶受高青、濱南—利津及勝北斷裂帶的控制，主要發育北東向右旋帚狀走滑-拉張斷裂帶；南部緩坡帶受基底斷裂帶以及郯廬斷裂帶右旋走滑的影響，主要發育北西向和北東向2組雁列走滑-拉張斷裂帶（見圖1）。

圖1 東營凹陷南坡金家構造帶區域位置

研究區金家構造帶位于東營凹陷西南部邊緣，鄰近博興生油洼陷，南部鼻狀構造與魯西隆起相接。構造整體呈北北東向展布，主要的構造形變體現在中深層，淺層構造活動逐漸減弱。本區地層發育較全，新生代地層向南逐漸超覆在魯西隆起之上。金家地區中淺層已經上報探明儲量近億噸，勘探程度較高，而中深層沙四下孔店組勘探程度較低，一直未有規模儲量發現。通過研究金家走滑-拉張斷裂帶，以期推動本區中深層勘探進程，并帶動東營凹陷南坡其他地區的油氣勘探。

2 走滑-拉張斷裂帶構造樣式

金家走滑-拉張斷裂帶平面上呈北北東向，構造特征從深層到中淺層差異明顯。深層主要為一條北東走向的走滑斷層，向北終止于博興斷層，向南一直延伸到魯西隆起，延伸長度為15～20 km。早期的走滑作用切割了東西向北傾斷層，斷層走滑位移量達1.7 km。中淺層表現為右旋左階雁列組合樣式，北東走向的次級斷層依次左階排列，組成了右旋特征的雁列組合樣式（見圖2）。新近紀晚期，金家走滑-拉張斷裂帶基本消亡。

圖2 金家走滑-拉張斷裂帶平面分布

金家斷層剖面上傾向北西，斷面的傾角較大，在55°～65°，具有由淺層到深層、由北部到南部斷層傾角逐漸加大的特點。垂向斷距在50～100 m，局部地區垂向斷距不明顯。剖面組合樣式由北向南逐漸從負花狀構造過渡到單條直立斷層，負花狀構造在淺層較為明顯，深層表現為直立斷層，斷層傾向正西，也有傾向變化的現象。金家走滑-拉張斷裂帶兩側的地層厚度差異較小，沙三段沉積之后，局部有地層加厚現象。整體來看，金家走滑-拉張斷裂帶對地層沉積的控制作用不明顯（見圖3）。

圖3 金家走滑-拉張斷裂帶地震剖面

3 走滑-拉張斷裂活動性量化表征

3.1 量化表征方法

斷層活動性是指生長斷層在某一地質歷史時期的活動強度。伸展構造的斷層活動性評價方法相對較成熟，目前常用方法主要有生長指數［12］、斷層落差［13］、斷層活動速率［14］及滑動速率［15］等，但是走滑-拉張斷裂活動性尚未有系統研究。幾何學特征表明，走滑-拉張斷裂帶在同一時期具有走滑與拉張雙重作用，斷裂活動性評價要同時考慮走滑和拉張兩方面。

斷層活動速率法可以表征走滑強度和拉張強度。為了更好地表征斷層在地質歷史時期內走滑作用與拉張作用的相互關系，本文提出了走滑-拉張斷裂活動性量化表征參數——走滑比率SSR（Strike Slide Ratio）。走滑比率是沿斷層走向活動強度與斷層總活動強度的比值（見式（1）），表征了在同一歷史時期內斷層某處走滑作用所占的比重，計算式為

式中：S為走向斷距，m；H為斷層落差，m；α為斷面傾角，（°）。

當走滑比率等于0時，為純拉張斷層；當走滑比率等于1.00時，為純走滑斷層；當走滑比率在0～0.71時，拉張作用占主導，為扭張構造；當走滑比率在0.71～1.00時，走滑作用占主導，為張扭構造。

走滑比率僅能表征同一時期不同位置走滑作用與拉張作用的相互關系，在斷裂活動性評價過程中還需同時考慮走滑強度和拉張強度。

3.2 斷裂活動性評價

綜合考慮金家走滑-拉張斷裂帶的走滑強度和拉張強度，基于走滑比率開展了走滑-拉張斷裂活動性評價。利用金家斷層兩側東西向次級斷層的交切關系，分析了不同時期沿斷層走向的走滑斷距及沿斷層傾向的垂直斷距，并分析了不同時期的活動強度，建立了金家走滑-拉張斷裂活動性評價圖（見圖4，藍線和紅線的寬度分別代表走滑量和伸展量大小）。

圖4 金家走滑-拉張斷裂活動性評價

研究表明：孔店期金家斷層走滑量最大達1.7 km，斷層在平面上為一條連續的走滑斷層，垂向斷距較小，兩側地層厚度差異不大，以走滑作用為主；沙四期沿斷層走向的活動強度減弱，走滑量減小，垂向活動強度逐漸增強，伸展量增大，下降盤地層增厚，平面上斷層組合為一系列北東東向小斷層組成的雁列式組合樣式。金家走滑-拉張斷裂帶早期以走滑作用為主，發育單條直立斷層，后期隨著盆地的整體拉張作用，斷層垂向活動逐漸加強，形成了右旋左階雁列式組合樣式。

3.3 構造演化特征

目前，構造演化的研究方法以平衡剖面居多［16-18］。針對走滑-拉張斷裂帶要同時考慮伸展量和走滑量的特點，常用的二維平衡剖面分析方法難以全面表征走滑-拉張斷裂的時空演化特征。本文在二維構造演化的基礎上，利用三維地震拉平技術，將金家地區三維相干地震數據體分別沿古生代、孔店期、沙三期頂部進行拉平（見圖5）。基于三維體顯示技術，開展3個時期空間斷裂組合特征研究，明確了金家走滑-拉張斷裂帶的構造演化特征。

圖5 金家走滑-拉張斷裂帶構造演化模式

研究表明：在金家走滑-拉張斷裂帶的構造演化早期，發育了一條北東向的走滑斷層，斷面陡直，傾角70°～80°，向北終止于博興斷層，切割了東西向次級斷層，形成了以扭應力為主的構造格局。隨著盆地進入整體斷陷階段，金家走滑-拉張斷裂帶在沙三期和沙四期，由單條連續走滑斷層演化為雁列式組合斷層，斷層由一系列北東東向的分支斷層構成，向北的一條分支斷層與博興斷層相接。與孔店期相比，沙三期扭應力逐漸減小，張應力增大，但整體上還是以扭應力為主，對沉積地層控制作用有限。隨著東營凹陷整體進入新近紀弱扭動演化階段，金家走滑-拉張斷裂帶在館陶期也表現為雁列式組合特征，次級斷層的分布以及組合特征與沙三期基本一致。

4 油氣成藏的控制作用

4.1 走滑-拉張斷裂帶對圈閉的控制作用

研究區圈閉的發育受金家走滑-拉張斷裂帶的控制作用明顯，深層孔店組受金家主斷裂扭應力較強作用的影響，靠近走滑斷層發育了一系列與主斷裂平行的扭張脊，與主斷裂共同形成斷鼻圈閉群［19-21］。金家走滑-拉張斷裂帶東側受東西向分支斷層控制，形成一系列平行分布的斷塊圈閉，這些圈閉由東西向被切割的斷層以及近南北向的小斷層共同形成。

從圈閉有效性分析來看：靠近走滑斷層，應力相對收斂，斷面傾角大，應力場以扭應力為主，斷面緊閉，封閉性較好；遠離走滑斷層，應力相對分散，斷面傾角相對減小，應力場以張應力為主，扭應力為輔，斷面開啟性增強，平面上油氣運移距離增大。

4.2 走滑-拉張斷裂帶對油氣藏分布的控制作用

通過分析金家地區所有層系的探明儲量可以發現：中淺層已發現油藏均位于金家走滑-拉張斷裂帶附近，走滑-拉張斷裂帶與博興斷層相接，形成了南北向主要的油氣輸導通道；油氣沿博興斷層進入金家走滑-拉張斷裂帶之后，主要沿扭張脊向高部位運移，同時也沿砂體和被切割的東西向斷層向東西兩側運移（見圖6）。含油高度受金家走滑-拉張斷裂帶構造應力場的差異性及距離油源主通道遠近的雙重控制，靠近博興斷層及金家走滑-拉張斷裂帶收斂端的圈閉，含油高度達120 m。金家走滑-拉張斷裂帶東西向發散端的含油高度由北向南逐漸降低，一方面受油源遠近的影響，另一方面受發散端張應力的影響，斷層封閉性較收斂端差，油氣側向輸導距離較遠，由北向南含油高度由100 m減小到40 m。

圖6 金家走滑-拉張斷裂帶油氣分布平面疊合

4.3 油氣成藏模式

金家走滑-拉張斷裂帶原地不具備生油條件，油氣來源于北部的博興洼陷。構造特征研究表明，走滑-拉張斷裂帶一側形成扭張凸起，另一側形成扭張溝谷，同時多期斷裂相互切割，形成了塹壘、切割式斷塊圈閉群。骨架砂體是油氣側向運移的主要通道，斷層側向封堵是主要的控藏因素，增壓區斷層以封堵作用為主，釋壓區以側向輸導為主。走滑斷層形成的扭張溝谷分割儲層，油氣沿骨架砂體側向運移，受走滑斷層側向封堵油氣的影響，形成雁列分割式成藏模式（見圖7）。