隐性走滑断裂识别标志及其与油气聚集的关系
——以青东—莱州湾构造带为例

吴俊刚， 王 昕， 柴永波， 陈保柱， 朱 莎

( 1. 中海石油(中国)有限公司 天津分公司，天津 300459； 2. 大庆油田有限责任公司 第四采油厂，黑龙江 大庆 163511 )

隐性走滑断裂识别标志及其与油气聚集的关系
——以青东—莱州湾构造带为例

吴俊刚1， 王 昕1， 柴永波1， 陈保柱1， 朱 莎2

( 1. 中海石油(中国)有限公司 天津分公司，天津 300459； 2. 大庆油田有限责任公司 第四采油厂，黑龙江 大庆 163511 )

为了研究郯庐断裂带隐性走滑断裂特征和发育机制，确定它对油气成藏的控制作用，利用青东—莱州湾构造带高精度三维地震和钻井资料，研究隐性走滑断裂的构造特征、识别标志、断裂样式及成因机制，分析它与油气聚集关系。结果表明：研究区隐性走滑断裂可归纳5种识别标志：(1)断裂走向一致、倾向相反；(2)断裂平面变形明显、两侧地层产状突变；(3)断裂两侧地层厚度、地震相差异大；(4)断裂呈直立“栅栏状”特征；(5)断裂两侧油水关系不统一。包括潜山直立型、盆缘调节型、盆内末端型和盆内桥连型四类构造样式。该区隐性走滑断裂的大量发育与喜山运动向东挤出、太平洋板块向西俯冲的共同作用有关；隐性走滑断裂对圈闭形成、沉积特征和油气的运聚具有明显控制作用。该结果可以有效指导研究区油气二次勘探，为走滑断裂带的精细勘探提供参考。

隐性走滑断裂； 识别标志； 油气聚集； 二次勘探； 郯庐断裂； 青东—莱州湾构造带

0 引言

走滑断裂为地层受扭应力作用发生水平位移而形成的一类断裂体系，又称平移断裂[1]。人们研究走滑断裂的成因机制、识别标志、构造样式及其与油气成藏关系[2]。胡德胜等认为走滑断裂的形成受控于纯剪切、单剪切两类动力学机制[3]；杨克基等认为走滑断裂对构造形成、油气聚集具有明显控制作用，它不仅能直接形成断块、背斜等圈闭，还能间接诱发泥底辟构造，影响烃源岩的成熟演化、储层发育、油气运移和保存[4]。走滑构造带是油气成藏的有利场所，在渤海湾盆地、松辽盆地和塔里木盆地等发现与走滑断裂有关的油气藏，获得丰富的石油资源[5-6]。

通常认为，剖面上断面清晰(地震同相轴被错断)，产状近似直立，发育“海豚效应”“丝带效应”“花状构造”等伴生构造，并卷入基底的断裂为走滑断裂[7]。走滑断裂一般具有平移断距和垂向断距，平移断距远大于垂向断距。有的走滑断裂规模较小，只有平移断距，没有垂向断距，表现为地震同相轴的错断不明显甚至完全消失，以及走滑断裂的断面消失、隐伏。综合渤海油田近年走滑断裂带油气勘探成果，根据走滑断裂地震资料识别难度，将走滑断裂划分为显性走滑和隐性走滑两类。显性走滑断裂是指平移断距和垂向断距较大，在地震资料上具有明显的变形行迹，地震同相轴被错断，走滑相关伴生构造发育，且易于识别的断裂。隐性走滑断裂主要发育于走滑应力减弱带[8]，其活动可影响上覆地层的破裂变形[9]。隐性走滑断距较小，垂向断距不发育，地震同相轴错断不明显，在地震剖面上不易识别，但它对构造、沉积及成藏具有明显控制作用，与圈闭级走滑断裂[7]类似。隐性走滑断裂在常规地震资料上不易识别，研究困难，文献较少。

青东—莱州湾构造带位于渤海海域南部，郯庐走滑断裂以北东—南西向贯穿其中，受走滑、伸展两大动力源作用[10]，地质构造条件复杂，是渤海海域油气勘探的难点地区。在显性走滑断裂研究成果[7,11]的基础上，笔者利用研究区三维地震和已钻钻井资料，通过精细地震解释，建立隐性走滑断裂及其圈闭识别方法，总结隐性走滑断裂的构造样式、成因机制及其与油气成藏的关系，扩大对郯庐断裂带内潜在圈闭规模的识别，推动研究区隐伏走滑构造的油气勘探。2012年至今，应用隐性走滑断裂研究与识别技术，重新划分青东—莱州湾构造带断裂体系，扩大识别构造圈闭约为30 km2，发现垦利A、垦利C/D及垦利B构造等有利成藏区，获得三级石油地质储量超亿吨。

1 区域构造背景

青东—莱州湾构造带位于渤海海域南部，是被郯庐断裂控制的新生代凹陷，构造上属于渤中坳陷的一个二级构造单元。构造带自西至东分别为青东凹陷、莱西构造带、莱州湾凹陷及莱东构造带(见图1)。受贯穿青东和莱州湾凹陷的郯庐走滑断裂活动的影响，区域构造演化复杂，可分为新生代前左旋走滑(Pre-cenozoic)[12]、早期断陷(E2k-E2s3)、中期右旋走滑(E2s1-2-E3d)和晚期活化(N1g-Qp) 4个阶段[13-14]。新生代以前，西太平洋板块向欧亚板块以NNW向俯冲，受其影响，郯庐走滑断裂开始发育，并以左旋运动为主，莱西、莱东构造带开始隆升，其凹凸构造格局基本形成。早期断陷阶段，太平洋板块俯冲受阻，由NNW向转为NW向正面俯冲，使区域岩石圈上拱[15-16]，进入断陷阶段，开始形成青东凹陷和莱州湾凹陷“北断南超”的箕状结构。该阶段沉积充填孔店组、沙河街组四段和三段地层，厚度上呈“北厚南薄”特征。中期右旋走滑阶段，太平洋板块俯冲方向由NW向转为NWW向，同时印度洋板块向北俯冲, 与欧亚板块强烈挤压碰撞, 在两者共同作用下，华北地区产生右旋走滑剪切应力场[17]，走滑活动强烈，大量发育NE向次级走滑断裂，区域主要沉积沙河街组一、二段和东营组地层。晚期活化阶段，新近系—第四纪以来，由于印度洋板块与欧亚板块持续碰撞而发生青藏高原向东挤压作用，使渤海湾盆地形成新构造运动[18]，先期NE向走滑断裂、EW向伸展断裂开始活化，共同控制新近系沉积演化。该阶段主要沉积馆陶组、明化镇组及以上地层。

图1 青东—莱州湾构造带区域位置Fig.1 Regional location of Qingdong-Laizhouwan tectonic belt

2 识别标志及断裂样式

2.1 识别标志

断裂是在地层特定应力场作用下的响应。大型走滑断裂中，显性走滑断裂发育规模大、地震剖面易于识别，可根据断裂产状、剖面断裂组合特征及其“丝带效应”和“海豚效应”进行判别。隐形走滑断裂发育规模小，断面延伸多为几公里到十几公里，特征不明显，识别难度较大。根据区域地质分析及显性走滑断裂研究成果，建立研究区5种隐性走滑断裂识别标志(见图2)，为研究区走滑断裂带圈闭精细解释，提供“可见”的标准。

图2 研究区隐性走滑断裂平面展布特征及时间切片证据(2 300 ms)

2.1.1 断裂走向一致、倾向相反

青东—莱州湾构造带靠近郯庐走滑断裂，受伸展和走滑两大应力场控制，平面上主要发育两组断裂：一组为近EW向的伸展断裂体系；另一组为SN向的走滑断裂体系。其中近EW向的伸展断裂主要发育于早期断陷阶段，数量较多，规模较大；SN向的走滑断裂主要发于中期右旋走滑阶段，成组发育，但规模较小，延伸较短。由图2(a)可见，隐性走滑断裂两侧的伸展断裂走向相近，但倾向截然相反，西侧主要表现为断面南倾，东侧表现为断面北倾。研究区EW向的伸展断裂倾向分带性明显，反映存在南北向走滑应力转换带，控制东西向断裂发育。该隐性走滑断裂构造特征与新庄油田的[19]类似。

2.1.2 断裂平面变形明显、两侧地层产状突变

基于地质应力场、断裂倾向差异性特征分析，利用显性走滑断裂识别方法，分析隐性走滑断裂的时间切片证据。由图2(b)可见，隐性走滑断裂两侧的地层产状和地震相特征不如显性的明显，但可见SN向变形明显，两侧地层产状也存在突变。如中间一条较短的隐性走滑断裂南北长约为3 km，但其两侧的地层产状完全不同，西侧较陡，东侧较为平缓。

2.1.3 断裂两侧地层厚度、地震相差异大

隐性走滑断裂发育规模小，水平位移短，垂向位移小，两侧地震同相轴在地震剖面上无明显错断，但地层厚度及地震相特征具有较大差异(见图3)。由图3可见，隐性走滑断裂西侧沙三段底部地震相呈空白弱反射，东侧呈连续强反射。在孔店组地震剖面上也可见走滑扭动形成的“屋脊式”产状地层。

2.1.4 断裂呈直立“栅栏状”特征

受晚期活化阶段新构造运动的影响，先期走滑断裂发生活化作用，控制新近系的沉积演化。在主走滑断裂附近，地震剖面上可见多条直立的、呈“栅栏”状的隐性走滑断裂发育(见图4)。

2.1.5 断裂两侧油水关系不统一

断裂是控制油水关系的主要因素，根据常规地震资料不易识别一些小断层，但是小断层分割含油断块并使其油水关系复杂化，可以采用地球物理新技术及井震结合的方法加以识别[20-21]。在垦利A构造钻探过程中，井间砂体横向对比较好，钻探KLA-1井基本不含油气，而KLA-2、KLA-3和KLA-4井为大面积油气成藏，表明该构造油水关系不一致。在油水界面处，基底发育多条直立隐性走滑断裂，受新构造运动的影响，断裂晚期再次活动，虽然活动强度较弱，但使新生界地层发生短距离水平位移，在KLA-1井附近形成局部挤压区域，影响油气的运移成藏(见图5)。因此，隐性走滑断裂两侧的油水关系的一致性也是判断隐性断裂发育的间接证据。

图3 研究区隐性走滑断裂地震响应特征Fig.3 Seismic response characteristics of subtle strike slip faults in the study area

图4 研究区隐性走滑断裂栅栏状特征剖面Fig.4 Paliform seismic profile of subtle strike slip faults in the study area

2.2 断裂样式

隐性走滑断裂发育主要受基底结构和走滑应力场位置的控制，根据发育位置及表现特征，可将青东—莱州湾构造带隐性走滑断裂的构造样式分为四类(见表1)。

(1)潜山直立型。一般发育于走滑反转带和凸起区，受新生代前左旋走滑应力场的影响，基底块体发生强烈运动，地层产状变化较大，“屋脊”“反屋脊”产状交替出现。晚期活化阶段，先期基底走滑断裂开始活动，虽然强度小，但对晚期构造演化及沉积起控制作用。受郯庐走滑断裂影响，垦利A构造基底发育多条几乎直立的断裂，产状变化较大。新生界隐性走滑痕迹虽不明显，但可控制区域油气成藏，表明断裂的存在。在莱北低凸起也常见此类断裂样式发育。

图5 垦利A构造含油面积叠合图Fig.5 Oil-bearing area superposition graph of KLA tectonic

(2)盆缘调节型。一般发育于走滑断裂侧翼，受主走滑应力场的影响，其侧翼往往形成隐性调节型走滑断裂。该类断裂断距小，控制地层产状及构造圈闭，在地震剖面上，断裂两侧地震相特征和地层厚度、产状不协调。青东凹陷东部边界断裂为郯庐走滑断裂的西分支，具有明显的走滑性质[22]，受主走滑应力场的影响，发育一条与它近乎平行的隐性走滑断裂，地震剖面上呈明显的“反屋脊”状，地震同相轴亦微有错断。

表1 研究区隐性走滑断裂样式及特征

Table 1 Fault patterns and characteristics of subtle strike slip faults in the study area

(3)盆内末端型。一般发育于走滑断裂末端，在盆地中心，受主走滑应力场强度减弱的影响，主走滑断裂尾部常发育末端型隐性走滑断裂。郯庐走滑断裂东支贯穿莱州湾凹陷东部，雁列发育的三条走滑分支断裂对莱州湾凹陷的沉积充填、构造演化具有明显控制作用。受地层平移距离调节的影响，在主走滑断裂末端，地应力作用较小，断裂剖面、平面走滑特征不明显、垂向断距较小，但断裂两侧地层产状不协调，局部地层受挤压而变形。渤海海域渤南低凸起北侧的倾末端走滑构造带，也发育一系列隐性走滑断裂控制的花状构造[23]。

(4)盆内桥连型。主要发育于走滑断裂之间，在两条以上大型走滑断裂平移过程中，走滑断裂的发育位置及平移量不一致，地层受拖拽的应力不均衡，在大型走滑断裂中间，常发育一类与主走滑断裂斜交的次级走滑断裂，主要起走滑应力调节作用。该类走滑断裂受力较小，发育规模不大，在地震剖面上难以识别，为盆内桥连型隐性走滑断裂。该类断裂在垦利C/D构造较为常见，对圈闭具有一定控制作用。

在研究区隐性走滑断裂构造样式中，潜山直立型、盆内末端型受走滑应力影响较小，规模发育不大，横向发育距离只有几公里，在地震剖面上无明显走滑痕迹，识别难度大；盆缘调节型和盆内桥连型受走滑应力影响较大，根据区域地应力场分布和地震资料分析较易识别。

3 形成机制

受多期次太平洋板块俯冲及印度洋板块碰撞的共同影响，青东—莱州湾构造带受走滑应力场影响强烈，研究区除了发育郯庐断裂渤南段东支和西支等大型的走滑断裂外，还发育数量众多的隐性走滑断裂。根据区域地应力场和构造演化分析结果，隐性走滑断裂发育主要分为两个阶段：第一阶段为中期右旋走滑演化阶段，受主走滑运动的影响，研究区走滑应力场使地层受力而发生形变，产生隐性走滑断裂；第二阶段主要为晚期活化阶段，早期形成的走滑断裂发生活化作用，使上覆地层产状发生变化。受多期次、多数量隐性走滑断裂发育的影响，研究区构造及其对油气成藏的控制作用也趋于复杂。

4 与油气聚集的关系

郯庐走滑断裂在新生代的活动控制研究区盆地的发育、沉积充填、源岩排烃、圈闭形成和油气运移。其中，隐性走滑断裂对油气聚集的控制作用体现在三个方面。

首先，渤海多年的油气勘探证实隐性走滑断裂对圈闭具有明显的控制作用，尤其是渤海南部，发育南北向隐性走滑断裂和东西向伸展断裂两类断裂体系，由于断裂发育方向不同，当两者时空关系匹配时，可形成受两类断裂共同控制的构造圈闭。如垦利B构造，应用隐性走滑断裂识别技术发现面积较大的隐性构造圈闭，为油气勘探提供有利靶区。

其次，古地貌对沉积具有重要的控制作用[24]。在盆缘附近，隐性走滑断裂控制微古地貌，进而控制沉积体系的入湖方向、沉积厚度。杨池银等认为显性走滑断裂的河道化对沉积物的搬运和卸载具有明显的控制作用[25]，隐性走滑断裂具有同样的砂体控制作用。莱西构造带垦利A构造钻探结果表明，横切物源方向的KLA-1 、KLA-2、KLA-3和KLA-4井，在明下段地层多数砂体井间连续性较差，展布方向为南北向，与隐性走滑断裂走向相同。这表明微古地貌的形成受隐性走滑断裂控制，形成的沟—梁相间地形成为物源区输砂通道(见图6)。

图6 垦利A构造连井油藏剖面Fig.6 Connected wells' profile of KLA tectonic

最后，受郯庐走滑断裂活动的影响，先期断裂发生晚期活化作用，形成并改造大量圈闭，有效沟通油源，形成油气疏导体系，促使油气晚期成藏[26]。如莱西构造带垦利A构造，基底发育多条直立型隐性走滑断裂，作为油气的运移通道，将油气运移至浅层聚集成藏。

5 结论

(1)青东—莱州湾构造带隐性走滑断裂识别标志主要包括：隐性走滑断裂两侧断裂走向一致、倾向相反；时间切片上变形行迹明显，断裂两侧地层产状突变；地震剖面上同相轴无错断，但两侧地层厚度、地震相差异较大；地震剖面上断裂多具直立“栅栏状”特征；断裂两侧油水关系不统一等。这为隐性走滑断裂的识别提供“可见”的标准。

(2)根据隐性走滑断裂的发育位置及表现特征，可将研究区隐性走滑断裂分为潜山直立型、盆缘调节型、盆内末端型和盆内桥连型4种类型，为 “小尺度、大数量”走滑断裂系统发育及其空间展布规律研究，以及走滑圈闭形成机理的解释提供指导。

(3)研究区隐性走滑断裂对圈闭形成、沉积特征和油气保存有明显控制作用。在渤海南部油气勘探过程中，在隐性走滑断裂研究成果的指导下，对渤海南部垦利A、垦利C/D构造和青东凹陷垦利B构造的油气勘探获得突破和进展，发现近亿吨三级石油地质储量，推动郯庐断裂带的二次勘探。

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2017-01-21；编辑：张兆虹

国家科技重大专项(2016ZX05024-003)

吴俊刚(1981-)，男，硕士，工程师，主要从事地球物理方面的研究。

TE122.1

A

2095-4107(2017)03-0001-08

DOI 10.3969/j.issn.2095-4107.2017.03.001