东营凹陷青西地区断裂体系特征及构造演化过程

王园园

(中国石化胜利油田分公司 勘探开发研究院，山东 东营 257015)

断裂是陆相断陷盆地形成与演化的基本地质要素，对盆地内圈闭形成演化及油气运聚成藏等具有明显的控制作用[1]。油气勘探开发的首要工作就是分析盆地内部的构造特征及其形成演化过程和对油气要素的影响[2]，而断裂体系是构造体现和表达的载体，是构造研究的主要内容。不同构造环境和构造演化过程形成的断裂体系具有不同的组合形式、构造样式和应力环境，对油气生成、运移、聚集和保存的影响也不尽相同。与济阳坳陷形成演化相似[3]，东营凹陷青西地区受到新生代拉张作用和郯庐断裂右旋走滑活动强烈影响，经历多期次、多性质构造运动，断裂极为发育且非常复杂[4]，加之研究程度较低[5]，区内断裂体系特征及其构造演化过程不明确，影响了对沉积体系展布、圈闭形成演化及油气运聚成藏等的评价和认识，进而影响油气勘探部署工作。借助三维地震资料，通过对主要标准反射层(sT6)和关键构造带的精细解释，厘清区内断裂体系平面及剖面特征，并利用平衡剖面技术，恢复构造演化过程，明确构造对圈闭发育等的控制作用。

1 地质概况

东营凹陷是渤海湾盆地济阳坳陷内部次级构造单元，南北宽约65 km，东西长90 km，总面积为5 700 km2，为典型的北断南超箕状断陷湖盆[6]，也是济阳坳陷主力富烃凹陷和油气生产基地[5]，自北向南可依次划分为北部陡坡带、洼陷带、中央隆起带及南部缓坡带等二级构造单元[3，7]。

青西地区位于东营凹陷陡坡带东北部和中央隆起带结合部，西部与民丰洼陷相邻，西南部靠近牛庄洼陷，北部通过陈南断层与陈家庄凸起相接，东部通过青西断层与青坨子凸起相邻(图1)。区内自北向南发育永安镇、辛镇和新立村3个构造带，包括永安镇和新立村两个油气田[8]。自下而上发育了孔店组、沙河街组、东营组、馆陶组、明化镇组和第四系平原组地层。沙四段—沙三段为主要烃源岩发育层段，沙二段为主要油气聚集层段，勘探程度较高，沙三段及沙四段也为重要的油气勘探层系，且勘探程度相对较低，勘探潜力较大。2015年以来，在区内该层系部署的永123、永斜558、永斜560井获得成功，展示了青西地区沙三段具有良好的勘探潜力及勘探前景。

2 断裂体系静态特征

研究对青西地区沙三中亚段底界地震反射标准层(sT6)进行精细构造解释和变速成图(图1)，厘清断层的级别，分析不同级别断层对区内构造和沉积的影响，并通过典型构造带解剖，明确断裂体系平面组合样式及剖面特征。

图1 青西地区沙三中底面构造(sT6)

2.1 断裂分级

根据断层断距大小、切断地层多少以及平面延伸距离长短等，将青西地区sT6断层划分为4级。

Ⅰ级断裂是控制凹陷边界的断裂，是凹陷与凸起或隆起的边界，在青西地区包括陈南断层和青西断层，它们分别将青西地区与陈家庄凸起和青坨子凸起分割开来，对该区构造演化等具有明显的控制作用。

Ⅱ级断裂是控制构造带或者次级凹陷边界的断裂，多表现为依附于Ⅰ级断裂的一系列次级断裂，也有的只由一条断裂组成，区内主要包括辛6断层、营8断层、永17断层、永41断层、永91断层等，这些断层控制着辛镇构造带和永北构造带的发育。

Ⅲ级断裂是Ⅰ级或Ⅱ级断裂派生的断裂，不控制次凹边界，对沉积控制作用微弱，但对局部构造和圈闭起到控制作用，在区内发育数量较多，规模相对较小。

Ⅳ级断裂为更小层次的断裂，也称“毛毛”断裂，为Ⅱ、Ⅲ级断裂的派生断裂，断距十几米到几十米不等，对沉积不起控制作用，但对油气空间分布有一定影响，在区内广泛分布。

2.2 断裂分组

在沙三中亚段底界构造图上(sT6)(图1)，根据断裂延伸方向，可以将青西地区断裂划分为4组：近EW向、NE向、NW向以及近NS向。

近EW向断裂主要分布在青西中部中央背斜带东段，由Ⅱ级断裂辛镇断裂(营8断层、辛6断层)及其伴生或派生的Ⅲ、Ⅳ级断层组成。这些断裂与东营凹陷内其他EW走向断层成因一致，为受NS向拉张作用形成的张性断层[3]。

NW向断裂主要分布在青西北部永北地区，以Ⅲ、Ⅳ级断层为主，与陈南断裂在该区的走向近于一致，且多与青西断层斜交，说明这一方向断层受陈南断层和青西断层共同控制。

NE向断裂分布在青西地区南部，以Ⅲ级断层为主，断裂走向及其组合特征与牛庄洼陷以南的王家岗断裂带相同，推测两者成因相似，受到拉张和走滑作用双重影响。

近NS向断层主要分布在辛镇断裂的东段，多为EW向断层派生的Ⅲ级甚至Ⅳ级断层，平面上延伸距离较短，与EW向断层相互切割。

2.3 断裂平面构造样式

青西地区4个级别4个方向的断裂相互交织，主要表现出平行状、梳状、雁列状及网格状等平面组合样式(图1)。

平行式组合一般由级别相同、走向相似、规模相近的断层组成，在研究区中部辛镇断裂带营8及辛6断层等近EW向断裂呈此种组合展布，其应力性质相同，主要受NS向拉张作用形成。

帚状组合表现为主断裂两侧分别发育有一组平行式次级断裂与之相交，与主断裂形成羽状排列。在研究区西部，边界断层NW向青西断层与之伴生的NWW断层形成大型梳状组合，表明该组合样式受到弱走滑作用影响。

雁列状组合一般由级别及性质相同，规模相近且走向大概一致的断裂组成，研究区西南部NE向断裂以此种组合样式存在，表明该区域经受过旋扭应力的作用，以工区南部地区最为发育，表现为系列NE向断层雁列展布。

网格状组合主要见于研究区中部辛镇构造带东端，由EW向Ⅱ级断层与其相伴生或派生的NS向Ⅲ、Ⅳ级断层切割交织而成，构造较为破碎，圈闭极为发育，构造形态规则，但圈闭规模相对较小。

2.4 断裂剖面构造样式

一个断裂带是由多条断层或者一个主断层及其伴生的规模相对小的一系列断层组成。一般而言，不同成因及构造应力环境下，断裂带的平面组合样式和剖面构造样式具有明显不同。青西地区断裂的剖面构造样式主要包括(多级)“Y”字形构造、阶梯状构造、堑垒块构造以及似“花状”构造等(图2)。

图2 青西地区主要断裂剖面构造样式

(多级)“Y”字形构造样式指一系列级别、性质及规模相当的次级断裂逐次交于主干断裂，整体呈现“Y”字形态的剖面构造样式。依据次级断裂与主干断裂的倾向关系，可分为同向和反向(多级)“Y”字形构造样式。同向(多级)“Y”形组合，即组成此种组合的断裂倾向相同，如研究区辛镇断裂带；反向(多级)“Y”字形组合，即组成此种组合的断裂倾向相反，如研究区中部辛70断裂带(图2(a))。此类剖面构造样式多与梳状及雁列状等平面构造样式相对应，均受到拉张与走滑作用的双重影响。

阶梯状构造样式一般由多条级别相同、掉向一致、断距相似的一系列正断层组成，这些正断层向同一方向依次断落，剖面上形成逐次升高或降低的阶梯状形态。依据次级断层是否相交于同一主断层，可将其分为两类：铲式阶梯状构造样式及多米诺式阶梯状构造样式。前者表现为系列次级正断层向下交于同一主断层的铲式阶梯状，以研究区北部陈南断层及其伴生或派生正断层最为典型(图2(b))。后者表现为一系列正断层依次切割相同地层，底部无统一主断层(图2(c))，此类构造样式多发育在工区南部，与雁列式平面构造样式相对应。

堑垒块构造包括地堑和地垒两类。地堑由走向大致平行、倾向相反、性质相同的两条或数条断层组成，它们中间共用一个下降盘(图2(d))；地垒则恰好相反，它们中间共用一个上升盘(图2(e))。地垒和地堑组合形式位于工区的中部，与平行式平面样式相对应，典型实例为永安镇地区的永北背斜及其与中央背斜带相邻区。

似“花状”构造在剖面上表现为几条走向相同或相近，但倾向相反的断裂，自上而下底部相互交织的组合(图2(f))，整体形态与花状构造有些相似，但从上到下不发育主干断裂。此类剖面构造样式主要发育在研究区中部辛镇构造带西端，与平行式平面构造样式相对应。

3 断裂体系运动学特征

断裂体系运动学特征主要指断裂的活动性或活动速率，不同级别断裂、同一断裂不同位置其活动速率有所差异。对研究区内主要断裂活动性进行分段测量，以分析断裂系统的运动学特征。

3.1 Ⅰ级断裂运动学特征

由前述可知，区内Ⅰ级断裂包括陈南断裂和青西断裂两条。陈南断层是东营凹陷的Ⅰ级断裂，分为东段(NW向)和西段(NEE向)。青西地区的构造与地层受控于陈南断裂东段。本研究自西向东分别对NS向3767测线、4087测线和4367测线陈南断层两侧地层进行精细解释，并计算该断层各时期平均活动速率(图3)。

图3 陈南断层东段活动速率

从图3可以看出，陈南断裂主要活动时期为孔店组、沙四段和沙三下亚段沉积时期。其中，孔一段和沙四段活动最为强烈，最高可达到466.8 m/Ma。从沙三中亚段沉积时期开始，活动速率明显减弱。比如在NS向3767测线，陈南断裂活动速率由沙三下亚段沉积时期的454.9 m/Ma直接降到沙三中亚段沉积时期217.9 m/Ma。此外，从3条测线展现活动速率上可以看出，陈南断裂的活动性总体上西段强于东段，其峰期(孔一段、沙四段)平均活动速率在西段均为400 m/Ma以上，而到了最东端，均降低到250 m/Ma以下。

青西断层是分割青坨子凸起与青西地区的Ⅰ级断层，走向NNW，倾向SWW，NW段与陈南断层相接。在NS方向选取EW向2233和2379两条测线对青西断层两侧地层进行精细解释，并计算该断层各时期平均活动速率(图4)。

图4 青西断层活动速率

从图4可以看出，青西断层从孔店组开始活动，主要活动时期为沙四段和沙三下亚段沉积时期。其中，在沙四段沉积时期达到活动顶峰，最高可达到500.8 m/Ma。从沙三中亚段沉积时期开始，青西断层的活动速率明显减弱。从区域上看，青西断层活动性相差不大，各段活动规律基本一致。

3.2 Ⅱ级断裂运动学特征

针对青西地区的4条Ⅱ级断层(辛70断层、营8断层、永41断层、永113断层)进行详细平均活动速率计算(图5)。从计算结果来看，这些断层开始活动时间相对较晚，均在沙三中亚段开始活动。沙三上亚段与沙二段沉积时期，断层的活动速率达到顶峰，最大平均活动速率达到116.3 m/Ma(图5(d))。到沙一段与东营组沉积时期，断层的活动性减弱，平均活动速率降至50 m/Ma以下，此后，断层逐渐停止活动。

3.3 Ⅲ—Ⅳ断裂运动学特征

青西地区Ⅲ—Ⅳ级断裂按照其切穿的构造层可以分为两类—浅层低序级断层和深层低序级断层，两者大致以沙三段底界为界。

浅层低序级断裂主要包括NW向，NE向和近EW向3个走向的断裂，在研究区中部及北部地区较为发育。从地震剖面上看，此三类断裂切穿最新层位(T2或T1)，判断这些断层多形成于沙一段和东营组，甚至馆陶组沉积时期。此外，在研究区西部中段，发育少量近SN向Ⅲ、Ⅳ级断裂，切穿最新层位为T4，表明这些断层形成时期相对较晚，为沙三上亚段和沙二段沉积时期。

深层低序级断层多形成于沙四下亚段和沙四中亚段沉积时期，向上切穿的最新层位为沙四段底界面，向下一般不会切到孔一段底界。此类断裂的形成时间与陈南断层活动峰期相匹配，说明在沙四下亚段和沙四中亚段沉积时期，研究区整体的伸展量较大。

图5 青西地区主要二级断裂活动速率

4 构造演化过程分析

平衡剖面是恢复构造演化过程的重要手段。研究选取区内典型NS向及EW向地震测线各一条开展平衡剖面制作，并编制相应构造演化剖面(图6)。从图6中可以看出，与东营凹陷构造演化过程相似[9-10]，该区构造演化过程可分为5个阶段。

孔店组沉积时期，青西地区在近南北拉张作用下开始裂陷，陈南断层强烈活动，控制凹陷的形成与青西地区地层沉积。此时期，陈南断层活动速率有逐渐增强趋势，但总体上伸展量不太大，其下降盘伴生或派生的次级断层以及低序级断层也较为有限。

沙四段沉积时期，该区裂陷强烈活动，陈南断层平均活动速率达到顶峰，断层下降盘地层厚度明显加厚。且受陈南断层强烈生长影响，断层下降盘发育典型逆牵引作用形成的滚动背斜，并发育大量低序级断层，也就是现今的深层低序级断层。

沙三段和沙二段沉积时期，裂陷活动依旧强烈，但陈南断层活动性开始明显减弱，其下降盘地层箕状结构不明显，对沉积的控制作用明显降低。与此同时，区内Ⅱ级断层如永41、辛70等Ⅱ级断层开展强烈活动，控制该期沉积地层，导致研究区中部辛镇构造带的形成演化，并伴生和派生一些低序级的断层。比如在辛镇构造带东部地区，EW向Ⅱ级断层强烈活动，伴生出大量近NS向低序级断层，这些低序级断层调节了Ⅱ级断层东西段之间的位移量。总体而言，该时期NS向伸展量也较大，表征裂陷的第二个发展期。此外，从构造演化剖面上可以看出(图6)，xT6(沙三下亚段底界面)为一明显的构造体制转换面，之上低序级断层大都不会向下切到沙四段、孔店组地层，之下低序级断层很少向上切穿xT6。此分界面与中国东部伸展盆地区普遍存在sT6界面一致，代表了由Ek-Es4期的近NS向拉伸向Es3-Ed期NW-SE向拉伸的构造应力场的转变，相应的盆地类型也由北断南超型半地堑盆地向北西断南东超半地堑盆地转变[13]。

沙一段与东营组沉积时期，陈南断层基本停止活动，各Ⅱ级断层的活动性也明显减弱，主要发育NW向、NE向以及近EW向低序级断层，剖面的长度变化不大，整体伸展量较小。在东营组沉积末期，区域构造环境转变为挤压环境[9]，断层反转为逆冲断层，地层沿着原正断层缓慢上滑，进而遭受不同程度的剥蚀作用。在青西地区，主要表现为沙一段和东营组地层在靠近陈南断层处逐渐减薄，甚至剥蚀殆尽。此种特征与前期陈南断层控制沉积，断层下降盘地层厚度明显加大特征截然相反，表明陈南断层发生构造反转。

图6 青西地区南北、东西向构造演化剖面

馆陶组沉积时期及以后，中国东部新生代伸展盆地普遍进入拗陷阶段，受裂陷后沉降影响发生缓慢构造沉降，各级别断裂均不发育，凹陷几乎没有伸展量。

5 结 论

(1)青西地区断裂体系依据走向和级别可划分为4级4组断裂，彼此相互交织，形成平行状、梳状、雁列式及网格状等平面组合样式。

(2)青西地区Ⅰ级断裂主活动期为孔店组、沙四段和沙三下亚段沉积时期，孔一段和沙四段活动最为强烈。Ⅱ级断裂沙三中亚段开始活动，沙三上亚段与沙二段沉积时期活动最为强烈。Ⅲ、Ⅳ级断裂分为浅层低序级断层和深层低序级断层，前者主要活动期为沙一段和东营组，后者主要活动期为沙四下亚段和沙四中亚段沉积时期。

(3)青西地区新生代构造演化可分为5个阶段，孔店组沉积时期为初始裂陷阶段；边界断裂拉张活动；沙四段、沙三段至沙二段发生两次裂陷作用，Ⅱ级断裂发育，主要构造带形成，构造面貌基本定型；沙一段与东营组沉积时期，构造活动减弱，后期发生构造反转；馆陶组沉积时期以来，进入裂后拗陷阶段，持续缓慢沉降。