李繼巖

(中國(guó)石化勝利油田分公司，山東 東營(yíng) 257000)

0 引 言

東營(yíng)凹陷是渤海灣盆地中油氣最為富集的凹陷之一。隨著油氣資源的逐年銳減，盆地探邊與深層挖潛成為目前油氣勘探研究的熱點(diǎn)，而斷裂構(gòu)造屬性的準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)又是含油氣盆地研究的關(guān)鍵所在。走滑構(gòu)造一直是地質(zhì)勘探中研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)，尤其是處于覆蓋區(qū)的小型走滑構(gòu)造更是如此[1-5]。高青—平南斷裂位于渤海灣盆地東營(yíng)凹陷西南部，是一條長(zhǎng)期活動(dòng)的繼承性邊界主斷裂，該斷裂不僅控制了下降盤(pán)博興洼陷的構(gòu)造演化與地層結(jié)構(gòu)，而且影響了上升盤(pán)青城凸起、平南潛山、平方王潛山的形成與演化。近年來(lái)，高青—平南斷裂的研究多集中在對(duì)幔源氣體的輸導(dǎo)作用方面[6-12]，缺少對(duì)斷裂本身的構(gòu)造特征進(jìn)行系統(tǒng)分析。該文利用地震、野外地質(zhì)考察等多種資料，深入剖析了高青—平南斷裂的構(gòu)造屬性，明確了其成因機(jī)制及其油氣地質(zhì)意義，從而為濟(jì)陽(yáng)坳陷乃至渤海灣盆地走滑構(gòu)造體系研究提供可借鑒依據(jù)。

1 走滑斷裂的構(gòu)造樣式特征

不同構(gòu)造部位的斷裂剖面特征存在明顯差異(圖1)，L1測(cè)點(diǎn)附近近EW走向的高青—平南斷裂呈上陡下緩的鏟式形態(tài)，古近系斷面傾角約為45～55 °，最大落差為1 250 m；高青—平南斷裂中段L5測(cè)點(diǎn)附近斷面近乎直立，古近系斷面為65～80 °，最大落差為2 200 m，淺部層系發(fā)育“似花狀”構(gòu)造，說(shuō)明高青—平南斷裂中段具有走滑的性質(zhì)；在斷裂東段L8附近斷面轉(zhuǎn)為鏟式形態(tài)，但古近系斷面傾角顯著增大，為40～70 °，最大斷層落差為2 100 m。平面上，高青—平南斷裂平面上呈“S”型展布[5]，在斷裂中段北部發(fā)育多條次級(jí)斷裂與主斷裂呈小角度相交，構(gòu)成“帚狀”斷裂體系，這些次級(jí)斷裂為走滑作用下派生的正斷裂，高青—平南斷裂中段發(fā)育的帚狀構(gòu)造樣式，與古近系區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)派生正斷裂的方向是完全一致的。

圖1 不同構(gòu)造部位高青—平南斷裂剖面形態(tài)

2 走滑斷裂的沉積地層變化響應(yīng)特征

走滑-拉張斷裂的典型特征是拉張分量大于走滑分量，與其相關(guān)的沉積作用也比較特殊。關(guān)于走滑斷陷盆地形成的沉積作用已有詳盡的研究[13-19]，其具有如下典型的特征：走滑斷陷盆地具有相對(duì)較高的沉積速率，其沉積巖相帶常發(fā)生突變，相應(yīng)的沉積層序也呈現(xiàn)迅速變化；另外，走滑斷陷盆地沿著主干斷裂帶可發(fā)育礫巖、角礫巖等邊緣相的粗碎屑物質(zhì)，形成狹長(zhǎng)的條帶，受斷裂走滑分量的變化影響，沉積物沿著盆地軸向搬運(yùn)，形成多期的沉積中心變化與遷移。由于走滑運(yùn)動(dòng)所伴生的盆地沉積中心遷移與控盆走滑斷裂的運(yùn)動(dòng)方向相反，后期沉積物向沉積中心形成“地層疊瓦”狀分布的特征。

博興洼陷在古近紀(jì)裂陷伸展作用下發(fā)育了多期充填，高青—平南邊界斷裂活動(dòng)的差異造成了古近系各組段沉積厚度、沉降中心及沉積物充填等存在明顯差別。根據(jù)地震剖面、巖心、鉆井、測(cè)井等數(shù)據(jù)，對(duì)博興洼陷西部古近系地層進(jìn)行劃分對(duì)比，分別統(tǒng)計(jì)出Es4、Es3、Es2、Es1、Ed的地層厚度，在此基礎(chǔ)上編制了不同沉積期的地層等厚圖(圖2)，研究高青—平南斷裂控制下博興洼陷古近紀(jì)不同沉積期古地貌特征及其相應(yīng)的沉積充填規(guī)律。

沙四段沉積時(shí)期，博興洼陷的構(gòu)造格局表現(xiàn)為“兩洼一凸”(圖2a)，南部的沉積中心較大，G22井與G81井之間地層沉積厚度最大，為350 m，2個(gè)沉積中心之間發(fā)育一個(gè)NEE向的橫向低突起。沙三段沉積時(shí)期，構(gòu)造格局同樣表現(xiàn)為“兩洼一凸”(圖2b)，湖盆范圍比沙四斷段沉積期有所擴(kuò)大，沉積厚度明顯變厚，沉積中心發(fā)生了明顯的向北遷移，F(xiàn)12井附近的2個(gè)最大的沉積中心厚度為850 m，北部T21井區(qū)相對(duì)較小的沉積中心厚度為550 m，F(xiàn)119井和T21井之間形成較大的呈EW走向的凸起。沙二段沉積時(shí)期，基本繼承了沙三段沉積期的構(gòu)造格局(圖2c)，古地貌特征變化不大，博興洼陷的沉積中心相對(duì)穩(wěn)定，遷移的距離也較小，最大的沉積中心由沙三段沉積期的F119井區(qū)南部向北移動(dòng)，范圍略有擴(kuò)大，2個(gè)沉積中心之間的橫向低凸起呈SE向延伸。沙一段沉積時(shí)期，構(gòu)造格局、地層厚度、沉積中心發(fā)生明顯變化，由原來(lái)的2個(gè)演化為3個(gè)相對(duì)獨(dú)立的沉積中心，其中最大的沉積中心由沙二段沉積時(shí)期的F119井區(qū)向北遷移至T21井區(qū)附近，同時(shí)，在南部發(fā)育2個(gè)次級(jí)沉積中心，厚度均為250 m，3個(gè)沉積中心之間形成2個(gè)橫向低突起，形成“三洼兩突”的古地貌特征(圖2d)。東營(yíng)組沉積時(shí)期，北部較大的沉積中心消亡，而南部的G22井區(qū)與G7井區(qū)附近的2個(gè)沉降沉積中心繼承性發(fā)育，兩者之間在F13井區(qū)附近形成一個(gè)SE向的水下橫向低凸起(圖2e)。

圖2 博興洼陷不同時(shí)期沉積中心遷移演化過(guò)程

由圖2可知，博興洼陷在古近紀(jì)沙四段至東營(yíng)組沉積期發(fā)生過(guò)多期次沉積沉降中心向北遷移的演化，其中，沙四段沉積時(shí)期至沙二段沉積時(shí)期向北遷移距離比較大，而沙一段至東營(yíng)組沉積時(shí)期遷移不明顯。沉積中心呈現(xiàn)“螺旋式”上升的堆砌方式由南向北遷移的規(guī)律性變化(圖2f)，反映了伴隨著高青—平南斷裂右旋伸展走滑過(guò)程。依高青—平南斷層上盤(pán)高7井為參照物，古近系高青—平南斷層至少走滑了5 km。

3 相鄰的區(qū)域走滑斷裂證據(jù)

研究區(qū)南部魯西隆起發(fā)育2條大型斷裂帶，一條是近SN向的磁村斷裂帶，另一條是文祖—白橋斷裂帶；兩者向東南延伸交于萊蕪斷裂之上。其中，具有左行走滑的文祖—白橋斷裂帶延伸至惠民凹陷內(nèi)已有定論[8]。對(duì)磁村斷裂進(jìn)行野外踏勘，考察該斷裂的性質(zhì)及其發(fā)育規(guī)模(圖3)。

由圖3可知，沿大峪口村追蹤磁村斷層至桃園村處，斷裂帶寬度僅為0.4 m；在其東部相隔150 m處新發(fā)育EW向的斷裂帶，延伸只有400 m，斷裂帶較窄，灰白色斷層泥內(nèi)部發(fā)育橢圓狀角礫巖，其中斷裂上盤(pán)為奧陶系。向東300 m處發(fā)育斷面較陡的SN向斷裂，斷面光滑且斷層內(nèi)部形成粉末狀灰白色斷層泥(圖3a)。觀察點(diǎn)最東部的斷裂為大峪口村觀測(cè)的斷裂向北的延伸，斷裂規(guī)模有所減小。到達(dá)博山區(qū)磁村鎮(zhèn)北附近，在侏羅系—白堊系地層中發(fā)現(xiàn)一條NE向展布的斷裂，傾向?yàn)镾SE，斷層帶寬約為1.1 m，最大斷距為1.7 m，斷裂帶內(nèi)充填物較為疏松，內(nèi)部見(jiàn)有明顯的棱角狀斷層角礫巖及紫紅色的泥巖(圖3b)。發(fā)育在石炭系—二疊系界面附近的走滑斷裂也有所減小，斷裂帶寬僅有0.5 m。因此，NE向斷裂為走滑斷裂派生的局部張性斷裂。周村再向北，磁村斷裂受疏松的侏羅系—白堊系砂巖覆蓋的影響，基本找不到明顯的斷裂面。磁村斷裂帶由多條次級(jí)走滑斷裂組成，形成“辮子狀”的斷裂帶，走滑強(qiáng)度由南向北逐漸減弱。

圖3 磁村斷裂帶區(qū)域位置及野外地質(zhì)剖面

4 走滑斷裂的成因機(jī)制及其油氣地質(zhì)意義

由高青—平南斷裂特征及磁村斷裂野外地質(zhì)資料可知，高青—平南斷裂在新生代的走滑分量為近SN向的磁村斷裂向北延伸的結(jié)果(圖4)，在東營(yíng)凹陷內(nèi)走滑強(qiáng)度明顯減弱，走滑距離也相對(duì)較小。據(jù)Harding(1974)走滑斷裂組合分析[1]，魯西隆起上的文祖斷裂與磁村斷裂走滑方向相反，導(dǎo)致所夾持的斷塊體存在向NNW滑動(dòng)的跡象，濟(jì)陽(yáng)坳陷內(nèi)部近EW向展布的高青—平南斷裂西段、東段則為右行力偶右旋走滑應(yīng)力場(chǎng)所派生的正斷裂，而NE向的高青—平南斷裂中段是右行的走滑主位移帶，在斷裂的上、下盤(pán)派生的一系列次級(jí)雁列狀斷裂組合及“S”型次級(jí)斷裂則是斷裂走滑所派生的同向的表現(xiàn)形式。在主走滑斷裂上盤(pán)派生的一系列次級(jí)雁列狀斷裂組合。

圖4 魯西隆起斷裂與高青—平南斷裂空間關(guān)系示意圖

高青—平南斷裂由3個(gè)斷層段組成，西段與東段具有正斷層的構(gòu)造特征，中段呈現(xiàn)正斜滑性質(zhì)，三者之間通過(guò)斷層硬聯(lián)接的形式(變換帶)調(diào)節(jié)3個(gè)斷層段之間不同的構(gòu)造性質(zhì)和差異性的構(gòu)造變形。處于局部強(qiáng)應(yīng)變的變換帶變形相對(duì)復(fù)雜，不僅可以形成多種構(gòu)造圈閉，而且有利于增加儲(chǔ)層的裂縫及孔隙度，處于北部變換帶中的Bg26井奧陶系灰?guī)r中的節(jié)理頻度高達(dá)124條/m?？碧綄?shí)踐證實(shí)，博興洼陷中的油氣沿著高青—平南斷裂向構(gòu)造高部位運(yùn)聚，由于不同斷層段的性質(zhì)不同，流體的運(yùn)聚方式及其聚集部位存在較大差異。受高青—平南斷層中段走滑性質(zhì)的影響，斷裂面封閉性較好，故油氣沿?cái)嗔衙嫦蜃笥覂蓚?cè)的變換帶運(yùn)移；而其東段受伸展作用的影響，油氣沿?cái)嗝娉拾l(fā)散狀向高構(gòu)造部位運(yùn)移，從而造成變換帶及其附近油氣最為富集(圖5)。

從中國(guó)東部發(fā)現(xiàn)的幔源CO2氣藏來(lái)看，均與深切上地幔的郯廬斷裂有著密切的關(guān)系，沿著郯廬斷裂派生的次級(jí)斷裂帶上分布。郯廬斷裂內(nèi)富含CO2及CH4的流體包裹體證實(shí)了其為中國(guó)東部重要的深大氣源斷層，其相鄰的派生次級(jí)斷裂則是幔源流體上涌的通道。郯廬斷裂派生的磁村斷裂向東營(yíng)凹陷西部延伸，形成具有較大走滑分量的高青—平南斷層中段。高青—平南斷裂不同斷層段性質(zhì)的差異以及變換帶良好的儲(chǔ)集物性造成了斷裂的不同構(gòu)造部位流體活動(dòng)方式及流體聚集的差異性，幔源流體沿高青—平南斷裂中部走滑段以侵入式活動(dòng)為主，沿著高青—平南斷裂西、中、東段之間的變換帶部位形成了幔源流體帶來(lái)的CO2氣藏(圖5)。地幔流體的存在也反過(guò)來(lái)成為高青—平南斷裂走滑變形的有利證據(jù)。

圖5 高青—平南斷裂內(nèi)部變換帶對(duì)流體的控制

5 結(jié) 論

(1) 平面上，高青—平南斷裂中段發(fā)育“帚狀”斷裂組合，剖面上，中段斷面陡直，淺層發(fā)育“似花狀”構(gòu)造，平面及剖面的構(gòu)造樣式特征證實(shí)了高青—平南斷裂中段具有走滑特征。

(2) 高青—平南斷裂中段控制了下降盤(pán)博興洼陷古近系不同組段的沉積，古近系Es4至Ed沉積期沉積中心呈現(xiàn)“螺旋式”上升的堆砌方式沿高青—平南斷層由南向北遷移，沙四段至沙二段沉積期遷移距離比較大，而沙一段至東營(yíng)組沉積期遷移不明顯，也揭示了高青—平南斷裂在古近紀(jì)右行走滑的特征。

(3) 野外露頭剖面觀察發(fā)現(xiàn)，高青—平南斷裂中段為魯西隆起上磁村斷裂向北的延伸，磁村斷裂由多條次級(jí)走滑斷裂組成。高青—平南斷裂三段斷裂性質(zhì)的差異造成不同構(gòu)造部位油氣及幔源流體聚集的差異性，其中變換帶及其附近油氣及幔源氣體最為富集。