石油与天然气地质, 2024, 45(3): 710-721 doi: 10.11743/ogg20240310

油气地质

渤海湾盆地渤南低凸起西段低角度正断层分段生长特征及其油气地质意义

娄瑞,1,2, 孙永河,1,2, 张中巧3

1.重庆科技大学 石油与天然气工程学院，重庆 401331

2.复杂油气田勘探开发重庆市重点实验室，重庆 401331

3.中海石油（中国）有限公司 天津分公司，天津 300459

Segmented growth of low-angle normal faults in the western Bonan swell，Bohai Bay Basin and its petroleum geological significance

LOU Rui,1,2, SUN Yonghe,1,2, ZHANG Zhongqiao3

1.School of Petroleum Engineering，Chongqing University of Science & Technology，Chongqing 401331，China

2.Chongqing Key Laboratory of Complex Oilfield Exploration and Development，Chongqing 401331，China

3.Tianjin Branch of CNOOC （China） Limited，Tianjin 300459，China

通讯作者: 孙永河（1979—），男，教授、博士研究生导师，盆地构造解析与油气成藏。E-mail：syh79218@163.com。

编辑: 许诺

收稿日期: 2024-01-10   修回日期: 2024-05-15  

基金项目: 重庆市自然科学基金创新发展联合基金项目（重点项目）.  CSTB2022NSCQ-LZX0020
重庆英才创新领军人才项目（教育领域）.  0255-19230101042

Received: 2024-01-10   Revised: 2024-05-15  

第一作者简介 About authors

娄瑞（1997—），女，博士研究生，断层分段生长及含油气盆地构造解析。E-mail：lorii0504@163.com。 E-mail：lorii0504@163.com。

摘要

为了研究渤海湾盆地渤南低凸起低角度正断层分段生长诱发的时空差异演化特征及控藏机制，基于最新三维地震资料，精细刻画表征了断层分段生长过程及差异演化特征，结合区域构造背景，探讨断层成因机制及对油气成藏的控制作用。结果表明：渤南低凸起南边界F1断层和F2断层均为低角度正断层，源于中生代NWW—近EW向先存逆冲断层发生负反转，在新生代发生再次活化。F1断层具有平面上分段连接、垂向上多幕活动的特征，中段继承原有断面持续活动，西段和东段分别与裂陷Ⅱ幕新生NEE向断层和裂陷Ⅲ幕新生近EW向断层垂向搭接形成现今形态。低角度正断层对油气成藏的控制作用主要表现为：①低角度正断层断控侧沉积规模大，可提供充足的可容纳空间，形成规模陡坡砂体；②长期活动的低角度正断层是垂向油气运移通道，控制了油气垂向上的富集层位；③低角度正断层多期活动改造了深部储层物性，断层活动强度与优质储层的发育密切相关。

关键词： 差异演化 ; 分段生长 ; 控藏机制 ; 低角度正断层 ; 渤南低凸起 ; 渤海湾盆地

Abstract

A fine characterization of the segmented growth process and differential evolution characteristics of these faults is conducted using the latest 3D seismic data to investigate the segmented growth-induced spatiotemporally differential evolution and mechanisms governing hydrocarbon accumulation of the low-angle normal faults in the Bonan swell within the Bohai Bay Basin. Furthermore， we explore the genetic mechanisms of these faults and their controlling effects on hydrocarbon accumulation while considering the regional tectonic setting. The findings indicate that faults F1 and F2 at the southern boundary of the Bonan swell are low-angle normal faults. Both originated from the Mesozoic NWW- to nearly-EW-trending pre-existing thrust faults， which underwent negative inversion and subsequent reactivation during the Cenozoic. Fault F1 exhibits segmented connections laterally and multiple episodes of activity vertically； its central segment inherits continuous activity from the original fault plane， while its western and eastern segments vertically overlap with the NEE-trending fault newly formed during the rifting episode Ⅱ and the nearly-EW-trending fault during the rifting episode Ⅲ， respectively. These collectively create the present morphology of fault F1. The controlling effects of the low-angle normal faults on hydrocarbon accumulation are as follows： （1） The fault-controlled sides exhibit a large sedimentary scale， thus providing sufficient spaces for deposition. Consequently， large-scale sand bodies on steep slopes are developed. （2） The low-angle normal faults， which have remained active for a prolonged time， provide channels for vertical hydrocarbon migration and determine the horizons of vertical hydrocarbon enrichment. The multiphase activity of these faults has transformed the physical properties of deep reservoirs， with the activity intensity being closely related to the formation of high-quality reservoirs.

Keywords： differential evolution ; segmented growth ; mechanism governing hydrocarbon accumulation ; low-angle normal fault ; Bonan swell ; Bohai Bay Basin

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本文引用格式

娄瑞, 孙永河, 张中巧. 渤海湾盆地渤南低凸起西段低角度正断层分段生长特征及其油气地质意义[J]. 石油与天然气地质, 2024, 45(3): 710-721 doi:10.11743/ogg20240310

LOU Rui, SUN Yonghe, ZHANG Zhongqiao. Segmented growth of low-angle normal faults in the western Bonan swell，Bohai Bay Basin and its petroleum geological significance. Oil & Gas Geology[J], 2024, 45(3): 710-721 doi:10.11743/ogg20240310

正断层是含油气盆地在伸展过程中产生的典型地质构造，其构造特征不仅控制盆地沉积格架的建立［1］，还作为油气成藏要素影响油气成藏过程［2］。传统正断层符合经典安德森理论模式［3］和摩尔-库伦破裂准则［4］，倾角在45°以上。随着勘探程度不断提高，低角度正断层的出现逐渐被学者接受。低角度正断层一般指倾角低于35°，具有较大水平位移的正断层［5-6］。最早于20世纪初在拆离盆地中被发现，断层沿拆离带发生滑脱来调节地壳中脆-韧性地层的变形转换，也称拆离断层［7］。近年来，越来越多的低角度正断层作为边界断层在断陷盆地内出现，如泰国湾盆地的清迈断层［8］、珠江口盆地恩平和西江等洼陷的边界断层［9-10］、渤海湾盆地的牛东断层［11］和石南1号断层［12］等。前人研究指出，有别于拆离断层的成因机制，断陷盆地内低角度正断层部分是高角度正断层旋转的结果［13］，部分是由低角度先存逆冲断层发生负反转而成［14］。逆冲断层再活动需要某一主应力方向发生旋转［6］，或断层岩具有异常低摩擦系数［15］等特定地质条件，因此，这类断层演化通常伴随着区域板块俯冲和岩浆活动［16-17］等过程。

近年来关于中国低角度正断层的研究主要集中在南海珠江口盆地［9-10，18］，学者对断层展布特征和成因机制进行了大量研究。但在研究过程中通常将目标断层当作均一地质体，忽略其在平面和垂向上的分段特征。在多幕活动的断陷盆地内，不同断层段之间的差异演化特征会极大影响盆地结构［19］。此外，围绕断层显示的油气在聚集位置和聚集程度上均有很大差别［9-10］，低角度正断层的控藏机制尚不明确。因此，本文利用三维地震资料，选取渤海湾盆地渤南低凸起西段边界断层作为研究目标来分析低角度正断层的分段生长特征和差异演化过程，并讨论该断层差异演化成因及其对油气成藏的控制作用。

1 地质背景

渤海湾盆地是发育在华北板块东缘的大型中-新生代叠合陆内断陷盆地，夹持于古亚洲洋、特提斯洋和太平洋构造域之间［20-21］。自成盆以来，主要经历中生代印支期、燕山期和新生代喜马拉雅期3期构造旋回，形成了多走向先存断层体系和隆-凹相间的构造格局［22］。渤南低凸起西段位于渤海湾盆地渤中凹陷中南部，整体表现为近EW向展布的古隆起，南、北两侧以边界断层为界与黄河口凹陷和渤中凹陷相连，东、西两侧与郯庐断裂带东支和西支相接（图1b）。

图1

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图1   渤海湾盆地构造位置（a）、研究区区域地质概况（b）和研究区地层柱状图（c）

Fig. 1   Maps showing the tectonic location of the Bohai Bay Basin （a） and the regional geology of the study area （b） and stratigraphic column of the study area （c）


钻井揭示研究区内覆盖太古宇花岗岩，在某些构造高部位直接暴露，局部残留古生界白云岩和中生界火山岩［23］。新生界自下而上发育裂陷Ⅰ幕孔店组（Ek）、裂陷Ⅱ幕沙河街组（Es）、裂陷Ⅲ幕东营组（Ed）和拗陷期馆陶组（Ng）、明化镇组（Nm）（图1c），凸起之上大部分前新生界直接与东营组二段不整合接触。渤南低凸起西段油气资源丰富，至今已发现BZ26-5，BZ25-1和BZ27-2等多个富油构造围绕边界断层分布［24-25］，体现出断层对油气成藏的控制作用。油气垂向富集层位丰富，既有以馆陶组和明化镇组为目的层的浅层油田BZ26-2和BZ25-1S，也有以沙河街组和孔店组为目的层的深层油田BZ27-2和BZ25-1，2023年大型变质岩潜山油田BZ26-6的发现证实了太古宇也存在巨大的资源潜力［23］。

2 断层变形特征

2.1 断层几何形态及结构样式

2.1.1 断层剖面特征

南北向地震剖面显示，渤南低凸起西段是受2条背倾边界断层夹持而形成的狭长垒块结构，边界断层由南倾的F1断层、F2断层和北倾的F3断层组成（图2）。其中F1断层在剖面上切割所有反射层，以沙河街组三段（沙三段）为界，垂向上总体可分为上、下2段：上段断层倾角普遍大于50°，与次级断层构成以“y”字型和反“y”字型组合为主的剖面构造样式，下段与F2断层归于同一断面，倾角在20° ~ 25°，并向潜山内幕逐渐延伸。F2断层伏于F1断层之下，虽深部源于同一断面，但根据F1断层与F2断层之间的地层充填关系得知，两者在成盆期已演化成2条断层，在裂陷Ⅰ幕和裂陷Ⅱ幕，F2断层作为渤南低凸起西段南边界断层，与F1断层组成铲式扇构造样式控制孔店组—沙三段沉积，但由于剖面规模小，一般仅上切至东营组底界，因此在裂陷Ⅲ幕之后，渤南低凸起西段南边界断层变为F1断层（图2）。F3作为北部边界断面平直且较陡，倾角在60° ~ 70°，与F1断层上段相似，但与F1断层下段和F2断层存在很大差异，这种差异不仅体现在断面几何形态上，还表现在断层对构造层序的控制作用上。其中在裂陷Ⅰ幕和裂陷Ⅱ幕F1断层和F2断层控制沉积明显，地层呈楔形展布，而在裂陷Ⅲ幕F3上盘地层厚度稳定。

图2

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图2   渤南低凸起西段构造剖面特征（剖面位置见图1）

a.A—A′地震剖面；b.B—B′地震剖面；c. A—A′地质解释剖面；d. B—B′地质解释剖面

Fig. 2   Characteristics of structural sections in the western Bonan swell （see Fig. 1 for the section locations）


2.1.2 断层平面特征

从区域尺度上看，近EW向伸展边界断层系统与NNE向郯庐断层西支和中支近垂直相交，共同组成“H”型构造样式（图1）。局部平面显示，F1断层、F2断层和F3断层大体呈现为近EW向平行排列的断层组合样式，但在各反射层内存在细微差别（图3）。

图3

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图3   渤南低凸起西段各地震反射界面断层平面分布

a. T8；b.T5；c.T3；d.T0

Fig. 3   Maps showing the planar distribution of faults on various seismic reflectors of the western Bonan swell


在基底顶界面（T8），3条边界断层上盘轨迹为近EW向，但F1断层和F3断层下盘轨迹走向存在变化，F1断层自西向东走向发生由NEE向到NW—NWW向的变化，F3断层自西向东由NWW向变为NEE向。F1断层平面断层带宽度大，间接反映出F1断层在该时期倾角平缓的特征，凸起局限在F2断层和F3断层之间，内部发育小规模SN向走滑断层（图3a）。在沙河街组二段（沙二段）-沙河街组一段（沙一段）底界面（T5），受凸起顶面发生剥蚀的影响，F3断层未能完整出现，F1断层长度增加，走向弯曲变化更加明显，断层两盘均与T8层位下盘轨迹变化一致，凸起范围穿过F2断层逐渐向南扩展，F2断层规模变小，且在F1断层上盘和端部有与之走向相同的次级断层发育（图3b）。在东营组底界面（T3），断层平面展布与T5反射层相似，F1断层和F3断层长度持续增加，凸起南边界扩展至F1断层处，表明此时期F1断层对研究区隆升构造格局控制作用明显（图3c）。明化镇组底界面（T0），F2断层轨迹彻底消失，F1断层和F3断层表现为线性延伸的弯曲断层，长度达到最大，大量近EW向新生断层出现在F1断层上盘凹陷范围内。进入拗陷期后，盆地整体进入裂后热沉降阶段，沉积厚度均匀，凸起形态已不明显（图3d）。

2.1.3 断层产状特征

断面埋深等值线图突出了断层演化过程中F1断层和F3断层的断面形态特征（图4a）。沿断层倾向，F1断层和F3断层的断面深度逐渐增加，其中F1断层断面等值线密度逐渐稀疏，F3断层断面等值线间隔大致相等，反映出F1断层具有铲式断层、F3断层具有板式断层的特征。沿断层走向，F1断层断面等值线存在2个明显拐点将断面分成3段，拐点两侧断层走向发生变化。F3断面等值线与断层走向近平行，未有突变发生。

图4

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图4   渤南低凸起F1和F3断层断面埋深（a）和断面倾角等值线图（b）

Fig. 4   Contour maps showing the burial depths （a） and dip angles （b） of the fault planes of F1 and F3 in the Bonan swell


断面倾角等值线图显示了F1断层和F3断面倾角变化趋势（图4b）。沿断层倾向，断层倾角逐渐变缓，其中F1断层倾角变化大，上、下分段特征明显，上段倾角陡，普遍大于50°，下段倾角缓，最小为8°，最大为35°，主要分布在20° ~ 25°区间内，属低角度正断层；F3断层倾角变化小，断层主体倾角为60°左右，在浅部1 000 m深度以内倾角最大可达75°。

2.2 断层分段生长及差异演化

大量研究结果表明，多数长期活动的大规模断层是由早期的孤立断层段经晚期连接形成的［26-27］。因此编制断距-距离曲线、断层活动速率、断距埋深曲线和生长指数来表征断层分段生长特征及差异演化过程。

2.2.1 分段生长特征

断距-距离曲线显示整条F1断层最大断距出现在孔店组底部并向浅部逐层减小，各层系间断距变化强烈（图5）。断层主体在测线L1030和L1510附近存在2处明显位移降将断层整体分为3段：西段走向NEE向，最大断距达1 200 m；中段走向NW向，最大断距超1 250 m；东段走向近NWW向，最大断距仅450 m。各断层段的位移模式为近似“C”型或半“C”型的剖面，即断距最大值出现在断层中心，向断层端部方向逐渐减小，表明过去是孤立的断层段。两处位移降分别为900 m和400 m，根据断距回剥曲线发现，沙河街组沉积前，F1断层为3条孤立断层段（图5d），沙三段沉积后，各断层段之间以硬连接的形式相互作用在一起（图5c）。断层活动速率柱状图也显示出同样的分段性，其中西段和中段在裂陷期活动速率明显大于东段，平均断层活动速率超25 m/Ma，东段大约为15 m/Ma。但在后裂陷期东段活动速率占据优势，明显高于西、中2段，整体呈现出F1断层活动强度自西向东迁移（图5e）。

图5

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图5   渤南低凸起F1断层平面形态、各时期断距分布及活动速率

a.T8层位F1断层平面形态；b.F1断层断距-距离曲线；c.东营组沉积前F1断层断距回剥曲线；d.沙河街组沉积前F1断层断距回剥曲线；e.F1断层各时期活动速率柱状图T0.新近系明化镇组底界面；T2.新近系馆陶组底界面；T5.古近系沙一段-沙二段底界面；T7.古近系沙河街组底界面；T8.古近系孔店组底界面

Fig. 5   The planar morphology and the throw of fault F1 and activity rates in various periods of fault F1 development in the Bonan swell


通过F2断层断距-距离曲线（图6a），可以看出，F2断层主要在断陷层内活动，少数上穿到T2反射层。T8层位断距曲线起伏变化明显，存在3个断距高值和其间2个低值点将F2断层分为3段。相比之下，F3断层的断距-距离曲线与上述2条断层存在明显区别（图6b），断距展布成不对称“C”型，无低值点出现，表明F3断层是一条孤立生长断层，不存在分段现象。

图6

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图6   渤南低凸起F2断层（a）和F3断层断距-距离关系曲线（b）

T0.新近系明化镇组底界面；T2.新近系馆陶组底界面；T5.古近系沙一段-沙二段底界面；T7.古近系沙河街组底界面；T8.古近系孔店组底界面

Fig.6   Throw vs. distance curves of faults F2 （a） and F3 （b） in the Bonan swell


2.2.2 多幕活动特征

选取F1断层不同位置典型剖面编制断距-埋深曲线和生长指数来恢复各断层段活动时期和活动强度（图7）发现，F1断层西、中、东3段均为长期活动断层，最大断距出现在孔店组底部。在T2反射层之上断距-埋深曲线和生长指数特征相似，表现出断层活动的一致性，此时F1断层应为1条完整断层（图7a—c）。但在裂陷期各断层段活动特征存在明显差异：F1断层西段在剖面上表现为上陡下缓的“铲式”特征，孔店组厚度在断层两侧变化不明显（图7d）。断距-埋深曲线在孔店组地层内保持近似直立，垂直断距向上不变，表明断层成核于沙三段沉积时期后向下传播至孔店组内（图7a）。F1断层中段与F2断层在剖面上共同组成“铲式扇”构造，控制裂陷期地层稳定发育（图7e），累积断距由上至下逐渐增大，断距梯度一直保持正梯度。各时期生长指数（EI，无量纲）均大于1，自孔店组底界向上逐渐变小，说明断层持续活动，但活动强度逐渐减弱（图7b）。F1断层东段在剖面上表现为“座椅式”特征，上段高角度断层向上传播至3.5 s时，变为倾角极缓的断层，下段倾角变大并深部持续延伸。倾角极缓断层段上方形成局部背斜，控制浅层似花状构造发育（图7f）。生长指数在沙三段沉积期明显小于西、中2段，说明该断层段在强裂陷期活动强度最弱（图7c）。

图7

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图7   渤南低凸起F1断层各段断距-埋深曲线、生长指数及对应地质解释剖面（数据位置见图5）

a.F1断层西段断距-埋深曲线、生长指数；b.F1断层中段断距-埋深曲线、生长指数；c.F1断层东段断距-埋深曲线、生长指数；d. 过F1断层西段地质解释剖面；e. 过F1断层中段地质解释剖面；f. 过F1断层东段地质解释剖面（折线为断距-埋深曲线，条形图为生长指数；EI，生长指数，无量纲。）

Fig. 7   Throw vs. burial depth curves， growth indices， and geological sections of the various segments of fault F1 in the Bonan swell （see Fig. 5 for data locations）


3 断层成因机制探讨

3.1 低角度正断层形成动力背景

长期以来，渤海湾盆地各走向断层形成机制存在较大争议，这与盆地自身复杂的动力学机制有关。目前主流观点为：渤海湾盆地是以伸展断陷为主，走滑拉分为辅，2种构造应力模式相互叠加干涉的复合成因盆地［28］。中生代印支运动和燕山运动的产物作为基底先存构造 ［22，29］在新生代3期裂陷作用下发生不同程度的再活化［30-31］。由于渤南低凸起处于渤海海域走滑活动最强烈的地区之一，其内部断裂体系具有伸展-走滑叠合成因机制［21-23］。但与其他地区相比，近EW向正断层与NNE向走滑断层走向近似垂直切割，裂陷期，近EW向断层发生强烈伸展作用控制凹陷沉积，NNE向走滑断层活动弱，对地层沉积控制作用不明显；拗陷期，NNE向走滑断层活动性变强，逐步代替近EW向正断层成为主导断层，因此渤南低凸起内近EW向断层演化过程相对独立，仅晚期遭受走滑改造作用。

断层变形解析结果显示，F1断层和F2断层深部归于同一低角度断面，属低角度正断层。就深部NWW—近EW向低角度正断层而言，前人已做过详细研究［32-33］，从区域三维地震剖面上，渤南低凸起及相邻的黄河口凹陷和渤中凹陷表现为由强振幅反射先存断面组合而成的典型逆冲叠瓦状构造样式，逆冲褶皱变形强烈，其中渤南低凸起西段发育秃顶构造样式，渤中凹陷主要发育薄底构造，地层保存较完整（图8）。结合断层形成动力背景，合理判定研究区内低角度断层段源于印支期SN向挤压作用下形成的NWW—近EW向逆冲断层的复活，在后续伸展应力环境中发生负反转作用成为正断层，位置上处于渤海海域逆冲推覆体系的第一级台阶 ［33］。

图8

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图8   过渤南低凸起西段典型逆冲推覆体系地震和地质解释剖面 ［33］（剖面位置见图1b）

a.C—C′地震剖面； b. C—C′地质解释剖面

Fig. 8   Seismic and geological sections［33］ of the typical thrust nappe system along the western Bonan swell （see Fig. 1b for the section locations）


3.2 低角度正断层差异演化成因

在裂陷Ⅰ幕和裂陷Ⅱ幕，先存低角度断层向上演化成F1断层和F2断层2条分支断层，它们同期活动控制孔店组-沙三段沉积，而在裂陷Ⅲ幕及以后，F2断层断层停止生长，F1断层变为主控断层（图2），并且具有平面上分段连接、垂向上多幕活动的特点：深部为近EW向低角度断面，浅部由NEE，NW和NWW—EW向3组中-高角度断层连接而成。复杂的断层结构表明F1断层并非简单成因，而是在新生代3期裂陷作用下，NWW—近EW向低角度断层作为先存薄弱构造发生了具有明显差异的再活动。仅F1断层中段断距自T8界面向浅部逐渐减小，断层走向始终与先存断层走向保持一致，符合断层发育的简单模式，即先存断层持续生长，断距在最深的层位上最大，向上逐渐减小（图9a1—a3）；西段和东段均在裂陷层内出现断距极大值，并且活动强度自西向东发生迁移，符合断层发育的复杂模式。复杂模式为新生断层与先存断层剖面上组合成一条断层，断距极大值出现在新生断层形成时期（图9b1—b3），如F1断层东段浅部成核于裂陷Ⅲ幕SN向伸展应力场下，新生断层走向与先存断层走向一致，仍为NWW—近EW向。若新生断层形成时期应力场方向发生了旋转，那么2期断层之间会以斜交方式相连（图9c1—c3），如西段浅部成核于裂陷Ⅱ幕NW-SE向伸展环境中，造成新生断层更倾向于区域应力场方向，为NEE向。

图9

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图9   渤南低凸起多幕伸展条件下低角度正断层发育模式

a1—a3. 先存断层持续活动模式的断面模式图、平面图、剖面图及断距-埋深曲线；b1—b3. 不变应力场方向的新生断层与再活化的先存断层组合模式的断面模式图、平面图、剖面图及断距-埋深曲线；c1—c3.改变应力场方向的新生断层与再活化的先存断层组合模式的断面模式图、平面图、剖面图及断距-埋深曲线（a2—c2黑色填充方框代表断层下降盘。）

Fig. 9   Developmental model of low-angle normal faults under multi-episode extension of Bonan swell


区分简单模式和复杂模式的重中之重是要明确断层的形成时间，即断距-埋深曲线中极大值的位置。断层走向与伸展应力场方向的关系主要决定了不同走向断层段活动强度发差异的原因，走向为NEE向的西段，在沙一段-沙二段沉积期NW-SE向伸展应力场下活动强，而走向为NWW向的东段在东营期近SN向伸展应力场下活动强。基底先存断层负反转作用导致下部断层面倾角平缓，上部高角度断层源于3种不同的生长方式，共同形成现今复杂的构造样式。相较于普通正断层，低角度断层更难发生再活化［34-35］，因此仅先存活动强度最大的中段能沿着低角度断面持续向上生长，而西段和东段则是不同时期的新生断层形成后向下传播，与低角度断面发生搭接，后继承低角度断面继续生长。

4 油气地质意义

近年来的勘探实践已经证实渤南低凸起西段具有深—中—浅层立体成藏特征，整体是一个复合含油气系统，边界低角度断层是控制多层系立体差异化成藏的关键因素。一方面低角度断层与陡坡带砂体的空间配置关系控制汇聚脊的形成规模。另一方面，低角度正断层长期活动可作为垂向运聚体系控制油气垂向富集层位。此外，对于以低孔、低渗为主要特征的深埋储层，低角度断层多期活动会改造储层性能，进而控制油气优势富集部位。

4.1 深部汇聚成脊

按照汇聚脊结构要素组成，可将汇聚脊分为不整合-断层型和砂体-断层型2种。对于砂体-断层型汇聚脊而言，深层的陡坡砂体发育至关重要。断层强烈活动产生的大量位移会为物源入盆及陡坡砂体的形成提供良好场所。以BZ25-1油田为例，构造上处于渤南低凸起西倾末端NS向走滑断层与NE向F1断层西段所夹持的封闭区域内。

沉积相图显示BZ25-1构造主要沉积物源方向为NE—NEE向（图10）。这是由于裂陷期F1断层强烈活动，并且断面低缓导致断控侧沉积规模大，为该区物源沉积提供了充足的可容纳空间，沉积物沿着陡坡带自SW向NE部推进，形成NE走向的砂体展布。

图10

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图10   BZ25-1/S油田沙二段沉积体系展布

Fig. 10   Planar distribution of the sedimentary system in the Sha 2 Member， BZ25-1/S oilfield


4.2 浅部调整控运

长期活动断层作为输导断层在多幕活动时可为油气垂向运聚提供“高速公路”。断层输导能力的强弱直接影响油气的分布层系和富集规模。勘探实践表明，渤南低凸起西段内古近系孔店组至新近系明下段储层内均有油气富集，其中以馆陶组-明化镇组为主要目的层的BZ25-1S，BZ26-3和BZ26-2等新近纪油田围绕F1断层和F3断层分布，且油田内部还存在越靠近输导断层油气富集层系越多、富集层位越浅的现象（图11a）。

图11

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图11   BZ26-2和BZ26-3陡坡汇聚型浅层成藏模式（a）、F1断层断接厚度折线图（b）和F1断层凸面脊分布（c）

Fig. 11   Diagram showing the shallow hydrocarbon accumulation of the convergence type on steep slopes in oilfields BZ26-2 and BZ26-3 （a）， line chart showing the juxtaposition thicknesses of fault F1 （b）， and map showing the distribution of convex ridges along fault F1 （c）


这是由于低角度断层平面辐射范围广，更容易与晚期断层发生垂向连接，形成输导断层，其输导能力取决于断层活动时期断-盖空间配置关系和断层静止时期凸面脊分布两方面因素。断-盖空间配置关系可以用来表征断层活动破坏盖层完整性的能力，断距越大，盖层越薄，油气越容易突破盖层向浅部运移。通常用断盖比法和断接厚度法［36］来厘定断层垂向封闭下限。目前研究区内主要发育1套东营组二段下亚段区域盖层，前人用断接厚度法厘定出断层输导油气厚度上限为95 m。沿断层走向计算F1断层各处断接厚度发现，F1断层大部分断接厚度均小于此临界值，说明大部分断层段具有垂向输导能力，仅东段有部分断接厚度值高于临界值，能使油气封闭在盖层之下（图11b）。凸面脊是指断层表面类似砂体输导脊低势脊状区，能够汇聚并运移大部分油气，可依靠断面曲率法和断面埋深等值线法识别并勾画凸面脊轮廓［37］。断面埋深等值线显示F1断层平面发育5个凸面脊（图11c），2个明显的凸面脊位于断层段连接部位（3号和4号），剩余3个分布在F1断层西段和东段末端（1，2和5号），其中3号凸面脊与BZ26-3油田位置重合，1号和2号凸面脊与BZ25-1S油田位置重合，再次说明凸面脊发育的位置有更强的油气垂向分配能力，决定浅层油气的富集程度。因此，在深部陡坡砂体良好发育的前提下，F1断层的4号凸面脊位置将是浅层（馆陶组-明化镇组下段）油气勘探的有利部位。

4.3 局部改造优质储层

钻井岩心和成像测井等资料显示，研究区深部孔店组—沙三段储层整体上具有低孔、低渗特征，储集空间以次生溶蚀孔和裂缝为主体，储层非均质性极强。优质储层的发育受表层风化壳和裂缝共同控制，断层活动是改造储层的重要途径，主要体现在3个方面：①断层活动会造成下盘掀斜隆升，抬高地势隆起幅度，增强风化淋滤作用，加大风化壳厚度及孔隙占比；②裂缝通常沿断层呈带状分布，越靠近断层，裂缝密度越高，且断层活动强度影响裂缝发育规模，断层活动强度越大，裂缝规模越大；③断层晚期发生再活动，不仅可以促使新裂缝在旧裂缝附近产生，还可使早期闭合缝再度开启使其成为有效储层。F1断层各段断层活动特征显示，西段和中段在裂陷Ⅰ幕和裂陷Ⅱ幕活动强度大，东段在裂陷Ⅲ幕活动强度大，结合实际生产测试资料来看，断层活动强度与优质储层的发育有很强匹配性［38］，分布在F1断层西段和中段的油田以沙三段为优质储层，油气勘探效果好，而分布在东段的油田以沙一段-沙二段为优质储层。

5 结论

1） 渤南低凸起南边界断层F1断层为低角度生长正断层，断层变形解析结果显示，F1断层具有平面上分段连接、垂向上多幕活动的特征。深部为近EW向低角度正断层，倾角在20° ~ 25°，浅部由西段NEE向、中段NWW向和东段EW向高角度正断层连接而成，倾角约50° ~ 60°。中、西两段断层活动强，东段断层活动弱。

2） F1断层低角度正断层源于中生代NWW—近EW向先存逆冲断层后发生负反转，并在新生代发生时空差异再活化。其中仅中段符合断层生长简单模式，即先存断层继承原有断面在新生代持续向上生长，断距最大值出现在最深层。西段和东段符合断层生长复杂模式，分别由裂陷Ⅱ幕新生的NEE向断层和裂陷Ⅲ幕新生的近EW向断层成核后向下传播，与先存低角度断面发生连接，断距极大值出现在新生断层形成时期。相较于正常倾角正断层，低角度正断层极难发生再活动，因此多出现晚期形成断层与先存低角度断层垂向搭接的现象。

3） 低角度正断层在油气运聚过程中的作用体现在3个方面：①低角度断层段物源供给量大，断控侧沉积规模大，可提供更加充足的可容纳空间，形成规模性陡坡砂体；②低角度断层与晚期新生断层连接后可作为垂向运聚体系控制油气垂向富集层位；③对于以低孔、低渗为主要特征的深埋储层，低角度断层多期活动会改造储层性能，进而控制油气优势富集部位。

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