引用本文
薛永安, 吕丁友, 胡志伟, 黄江波, 任健. 渤海海域隐性断层构造发育特征与成熟区勘探实践[J]. 石油勘探与开发, 2021,48(2): 233-246.
XUE Yongan, LYU Dingyou, HU Zhiwei, HUANG Jiangbo, REN Jian. Tectonic development of subtle faults and exploration in mature areas in Bohai Sea, East China[J]. Petroleum Exploration & Development, 2021,48(2): 233-246.  
Doi: 10.11698/PED.2021.02.01
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渤海海域隐性断层构造发育特征与成熟区勘探实践
薛永安, 吕丁友, 胡志伟, 黄江波, 任健
中海石油有限公司天津分公司,天津 300459

第一作者简介：薛永安（1963-）,男,陕西咸阳人,博士,中国海洋石油渤海石油管理局教授级高级工程师,主要从事海上油气勘探研究和技术管理工作。地址：天津市滨海新区海川路2121号,渤海石油管理局A座,邮政编码：300459。E-mail：xueya@cnooc.com.cn

收稿日期: 2020-05-29 修回日期: 2021-03-04
基金项目: “十三五”国家科技重大专项课题“渤海海域勘探新领域及关键技术研究”（2016ZX05024-003）; 中海石油重大科技专项“渤海油田上产4 000万吨新领域勘探关键技术”（CNOOC-KJ135ZDXM36TJ08TJ）
摘要

应用渤海新连片处理三维地震资料,基于构造解析理论总结渤海海域隐性断层在地震、地质剖面上的特征和构造样式,分析隐性断层的发育过程和构造成因,提出识别的思路与方法,形成了一套完整的关于渤海隐性断层成因和分析的方法体系。研究结果表明,渤海走滑-伸展双动力成盆背景下复杂的走滑断裂格局、多样的地层岩石介质属性和强烈的新构造运动改造是隐性断层发育的根本原因。渤海隐性断层按构造成因和发育部位可划分为走滑断裂主导型、伸展断裂主导型和走滑-伸展复合型3类12种,不同类型隐性断层在渤海发育具有明显分区性。沉积地层厚度不规律变化、地层继承性扭曲甚至产状突变、平面断裂组合的分带特征和同一构造（岩性）油水系统非岩性变化差异是渤海隐性断层识别的重要标志。隐性断层的发现极大地扩大了构造圈闭群规模,其密集发育区多为油气运聚活跃区和有利勘探区带,对油气成藏控制作用明显。隐性断层的发育特征与分布规律直接有效指导了渤海成熟区的勘探,发现了渤中29-6、蓬莱20-2等一批大中型油气田。图15参28

关键词: 隐性断层; 构造成因; 构造发育特征; 控藏作用; 渤海海域
中图分类号:TE122.2 文献标志码:A
Tectonic development of subtle faults and exploration in mature areas in Bohai Sea, East China
XUE Yongan, LYU Dingyou, HU Zhiwei, HUANG Jiangbo, REN Jian
CNOOC Tianjin Company, Tianjin 300459, China
Abstract

Based on the theory of structural analysis, the characteristics and structural patterns of subtle faults are studied using 3D seismic data of the Bohai Sea to analyze the development process and origin of the subtle faults. A method of identifying subtle faults is proposed, forming a complete system for analyzing origins of subtle faults in the Bohai Sea. The complex strike-slip fault patterns under the strike-slip and extension stress background, diverse formation rocks, and strong neotectonic movement are the reasons for the development of subtle faults. According to the tectonic origin and development location, the subtle faults in Bohai Sea can be divided into 12 types in the three categories of strike slip dominant, extension dominant and strike slip and extension composite, and the different types of subtle faults occur in different regions of the Bohai Sea. Unreasonable variation of sedimentary stratum thickness, inherited distortion or even abrupt change of stratum occurrence, zonation of plane fault combination, and the variation of oil-water system in the same structure with no-lithologic change are the important signs for identifying subtle faults in Bohai Sea. The subtle faults greatly enlarge the size of the structural trap groups, and areas with dense subtle faults are often active area of hydrocarbon migration and accumulation and favorable exploration zones, which have strong control on the hydrocarbon accumulation. The identification method for subtle faults has guided the exploration in the mature areas of Bohai Sea effectively, with a number of large and medium oil and gas fields discovered, such as Bozhong 29-6 and Penglai 20-2.

Keyword: subtle fault; tectonic origin; tectonic development characteristics; hydrocarbon accumulation control; Bohai Sea
0 引言

20世纪60年代以来, 渤海海域在古近系和新近系均发现了大量油气。早期勘探以古近系为主力目的层, 发现了以绥中36-1为代表的一批油田; 后期以新近系为主力目的层, 发现了以蓬莱19-3为代表的一大批油田, 这些油田成为了中海石油渤海油田公司2010年上产3 000× 104 t的主力油田。随着勘探程度的深化, 勘探难度不断加大, 中浅层发现规模性显性构造圈闭越来越难, 因此通过新的构造研究思路, 寻找新的隐蔽性圈闭, 对中海石油渤海油田公司未来油气勘探意义重大。

渤海湾盆地的构造圈闭与断层密切相关。断层作为地质体中顺破裂面发生明显位移的一种构造, 位移量越大, 地震响应特征越明显, 越容易被识别, 即形成传统认为的断层（为论述方便, 本文称之为显性断层）; 反之, 当断层位移量小于地震资料的分辨能力时, 断层则不易于被识别, 则属于本文所提出的“ 隐性断层” 。因此, 隐性断层和显性断层之间并无绝对的界限值, 往往与地质认识和地震资料密切相关。关于隐性断层的构造特征、成因机理等方面, 国内外学者均开展了诸多研究。国外学者主要侧重于实验模拟以及特定背景下隐性断层的成因机理方面, 其中Crook和Hardy等通过数值模拟实验证实陡立的基底正断层在断距不断增加的过程中会引起盖层构造变形, 且变形过程中会随剪应变强度增加在多个演化阶段形成不同构造, 包括早期非常不显著的背斜构造、中期形成的离散断裂带（隐性断裂带）、以及晚期形成的上下贯通的深大断裂[1, 2, 3]。Mitra和Miller在研究基底卷入构造引起的三角剪切构造变形时发现, 直立基底断层、低角度逆断层、高角度正断层活动的过程中都会在对应的上覆盖层部位形成断裂趋势带[4]; Jackson和Rotevatn在研究盐构造相关的断裂带构造演化问题时揭示, 在基底控制的盐构造活动较弱时会形成不同样式的盐相关断层系统, 平面上表现为一些小断层零星分布在雁列式断裂带之间[5]。Morley等在泰国湾地区构造分析中认为, 现存断裂的斜向伸展可能是形成隐性走滑断裂的成因[6]。国内学者的研究主要侧重于隐性断层分类、发育特征及其识别技术等方面, 如王伟锋等认为区域或局部应力场或基底断裂活动而在沉积盆地盖层中形成的弱变形构造带或断裂趋势带属于断裂带形成演化早期或中期阶段的产物, 隐蔽性较强, 识别标志不明显, 并根据断裂趋势带的规模可将其划分为不同级别[7]。卢刚臣等根据规模大小将所识别的隐性断裂带划分为盆地级、坳陷级、凹陷级、洼陷级和圈闭级隐性断裂带[8]。牛成民等对渤海海域隐性断裂（走滑）的识别标志、方法及控藏作用进行了重点阐述[9, 10, 11, 12, 13]。综合国内外研究, 不同学者从不同角度提出了隐性断裂的概念, 其定义多偏重于对断层发育初期某一特定现象的描述, 但针对隐性断层成因机制尚存在一定争议, 特别是关于油气勘探实践中隐性断层的构造特征、成因类型与分布规律, 乃至隐性断层对油气成藏的控制作用更是鲜有研究。

本文从断裂发育演化基本点出发, 对发生形变破裂的岩石地质体而言, 经历了相对均一地层— 构造应力集中带（断裂趋势面）— 隐性断层（小位移量断裂）— 显性断层（大位移量断裂）几个阶段, 显性断层和隐性断层并没有截然的分界, 两者成因机制相同, 因处于不同演化阶段而表现各异。随着地球物理方法技术的进步, 隐性断层也可以被识别成为显性断层。规模、尺度较大的显性断层对油气成藏的控制作用明显, 相比之下, 隐性断层的发育机理更为复杂、发育特征更加多样、识别方法也更加困难。本文从油气勘探实践出发, 将隐性断层定义为地壳岩石体中客观存在但由于处于破裂初期, 其位移量在目前地震资料上尚不足以形成明显破裂构造响应, 从而导致隐蔽性强、在目前地质认识和地震资料上难以被识别的断层。需要指出的是位移量相对小的隐性断层并不同于基本没有发生位移的节理, 可视为节理进一步发展演化的高级阶段。这类隐性断层客观上大量存在且对圈闭形成和油气成藏具有重要控制作用, 但由于地质认识局限和地震资料限制, 在油气勘探实践过程中往往容易被忽视。

笔者通过对渤海海域新连片处理三维地震资料的解释工作, 基于相关构造理论, 总结隐性断层在地震剖面上的表现特征和构造样式, 分析渤海海域隐性断层的发育过程和成因机理, 形成了一套关于渤海隐性断层的构造分析体系并提出了识别思路与方法, 分析研究了隐性断层控藏作用。近年来, 将上述方法应用于渤海海域油气勘探实践, 在过去传统地震解释认为没有构造圈闭的地方发现了一大批构造圈闭, 个别构造圈闭面积从原来的2.3 km2变为超过50.0 km2的大型构造, 直接有效指导了成熟区勘探, 发现了渤中29-6、旅大25-1、渤中36-1、垦利9-1、垦利9-5/6、锦州25-1W、蓬莱20-2等4个亿吨级高产油田及一系列中小型油田。

1 区域地质背景

渤海海域在地理位置上属于渤海湾盆地海域部分, 是在华北克拉通盆地背景上发育的新生代陆内裂谷盆地, 四周分别为燕山褶皱带、太行山及太行山前断裂带、胶辽隆起带、秦岭— 大别造山带等构造单元所围限。自晚古生代以来, 渤海海域所处的华北板块相继受到北部西伯利亚板块、南部扬子板块、东部太平洋板块以及印度板块远程碰撞共同作用, 深部地幔运动及作为板块活动边界的走滑断裂活动极为活跃。特别进入新生代以来, 太平洋板块斜向俯冲背景下地幔隆升形成的伸展与走滑拉分成为主导盆地发育演化的主要构造体制, 剪切与拉张两种构造应力相互叠合、交织发育, 形成了现今走滑断裂与伸展断裂共生的构造格局（见图1）。郯庐走滑断裂带与张蓬走滑断裂带作为中国东部两大巨型走滑断裂体系在渤海海域交会共生, 成为渤海海域最特殊的构造要素, 同时造成走滑断裂在渤海海域发育具有普遍性。北北东向郯庐走滑断裂系分西支、中支和东支自南向北贯穿渤海海域, 北西西向张蓬走滑断裂体系分南支和北支分布于渤海中部, 两大走滑断裂在渤海海域的交织发育不仅对早期盆地构造格局、断裂体系展布具有控制作用, 同样对渤海海域新构造运动期新近系浅层规模性构造圈闭群的形成及油气成藏至关重要。

图1 渤海海域构造地质概况

相比传统被动大陆边缘断陷盆地的断-坳双层结构, 渤海海域构造演化具有鲜明的多旋回叠合和新构造运动强烈改造两大特征。新生代以来, 渤海海域构造演化整体可划分为以下5个阶段：①古新世— 始新世孔店组— 沙三段沉积期裂陷一幕（距今38~65 Ma）; ②始新世沙一、二段沉积期的第一幕裂后热沉降拗陷期（距今32.8~38.0 Ma）; ③渐新世东营组沉积期裂陷二幕（距今24.6~32.8 Ma）; ④馆陶组— 明化镇组下段沉积期的第二幕裂后热沉降拗陷期（距今5.1~24.6 Ma）; ⑤明化镇组上段沉积期至今的新构造运动改造阶段（距今5.1 Ma至今）, 新构造运动一方面导致早期控边断层再次强烈活动向上延伸或基底断裂部分复活, 另一方面走滑断裂再次活动形成大量花状构造, 在浅层新近系形成大量新生断裂, 此类断裂在拗陷期时断距小、隐蔽性强。综上, 新生代以来渤海海域双源动力成盆机制、大型走滑断裂交织发育构造格局和新构造运动强烈改造导致众多不同尺度断层的新生发育, 为隐性断层的广泛发育奠定了基础。

2 隐性断层成因

隐性断层之所以隐蔽性强, 其本质是由于断层位移量较小或引发的地层变形强度小, 导致地震响应弱而难以被识别; 但是, 隐性断层在成因机制上与显性断裂并无本质区别。从构造成因上而言, 断层、褶皱、底辟等不同形式构造的形成无外乎受控于构造应力、应力施加边界和地层介质属性。对渤海隐性断层而言, 其形成主要受控于先存断裂控制的复杂的走滑断裂格局、多样的地层岩石介质属性和强烈的新构造运动改造。

2.1 复杂的走滑断裂格局

北北东向郯庐断裂与北西西向张蓬断裂两大巨型走滑断裂在渤海海域交会共生形成一对共轭走滑断裂, 造成渤海走滑断裂广泛发育, 构造样式极其丰富。郯庐断裂自中生代形成以来与渤海海域构造演化密切相关, 中生代经历了强烈左旋走滑活动, 进入新生代古近纪裂陷期走滑活动有所减弱, 并完成了左旋走滑向右旋走滑的转变, 在新近纪新构造运动期走滑活动再次增强。郯庐走滑断裂东、中、西3支整体呈现东强西弱、南强北弱的特征。张蓬断裂作为新生代活动的北西西向左旋走滑断裂, 自天津进入渤海, 分为南北两支穿过渤海的南部及中部, 并延伸至山东半岛北部。张蓬断裂体系是继承一系列北西西走向的古近纪控洼断裂基础上发育演化而来, 在古近纪多表现为伸展断裂, 在新近纪表现为左旋走滑特征, 浅层形成大量花状或似花状构造。张蓬断裂系在渤海海域整体表现为西强东弱。郯庐断裂与张蓬断裂在不同时期和不同地区的走滑强度均不尽相同, 但在新构造运动期均强烈走滑活动形成了大量新生断层。不同展布方向和组合形式的走滑断裂格局在渤海海域存在明显分区性, 其中辽东湾地区表现为一系列北北东向展布的平行叠覆型走滑断裂格局; 渤东地区表现为由多条北北东向和北东向走滑断裂相互连接组合而成的帚状走滑断裂格局; 渤海西部地区受北北东向郯庐走滑断裂和北西西向张蓬断裂影响相互交织, 呈现走滑断裂共轭搭接关系格局; 渤海南部地区郯庐走滑断裂分3支近于平行穿过该区, 平面上北北东向断裂与近东西向断裂两组断裂体系接近垂直相交组合形成“ H” 型格局。综上所述, 多方向、多应力性质交会共生的走滑断裂格局导致先存断裂分布的复杂性, 不同块体间构造应力边界条件和应力传导类型的多样性, 为新近系多种类型隐性断裂的发育奠定了构造格架基础。

2.2 多样的地层岩石介质属性

相同应力体制下的不同属性介质会产生差异形变, 地壳岩石作为一种特殊材料介质, 其介质属性与岩性组合、埋藏深度、围压温度及成岩阶段等因素密切相关。一般而言, 埋藏浅、泥质含量高、成岩阶段早的岩石多表现为脆-塑性或塑性形变特征, 对应力吸收作用强, 常以发生塑性形变为主, 不易发生脆性破裂; 埋藏深度大、固结程度高、成岩阶段晚的岩石则多表现明显脆性形变, 岩石对应力的吸收作用弱, 岩石易发生脆性破裂形成断层。受多期构造运动叠加影响, 渤海海域各个凹陷的发育演化差异很大, 从埋深超过10 000 m的渤中凹陷到埋深不到4 000 m的庙西凹陷均有凹陷发育。从沉积体系看, 渤海海域新近系明化镇组沉积期主要发育以极浅水湖泊为背景的极浅水三角洲与曲流河沉积体系, 泥质含量普遍大于60%, 地层埋深相对较浅, 对外在构造应力吸收能力强, 不易发生明显脆性破裂和断裂位移积累, 地震响应特征不明显而导致隐性断层发育。从构造单元看, 凸起区硬质基底应力直接传导性强于凹陷区塑性基底, 同一构造应力强度背景下, 凹陷区和斜坡带断裂发育更为隐蔽。综上所述, 基底类型、岩性组合和成岩演化差异形成了多样岩石介质属性和应力-应变特征, 也构成了渤海隐性断层发育的物质基础。

2.3 强烈的新构造运动改造

渤海海域作为中国东部陆壳最薄的地区和渤海湾盆地沉积沉降迁移演化的中心, 有别于传统裂谷盆地拗陷期后断裂不发育和沉降速率成指数衰减的特征[14, 15]。渤海海域在新近纪进入广义的新构造运动期, 特别是距今5.1 Ma以来, 新构造运动进入最为强烈时期, 晚期断裂强烈活化和大量断裂新生是新构造运动最直观、最重要的表现形式。新构造运动一方面造成新近系沉降和沉积厚度中心进一步明显向渤中凹陷迁移; 另一方面导致渤海新近纪断裂活动强烈, 平面上形成密集分布的新生断裂。渤海海域构造格局形成主要受控于南部扬子板块自南向北挤压、西部印度板块远程挤压逃逸效应和东部太平洋板块持续俯冲三大动力系统, 造成渤海海域断层发育具有多期次复合叠加特征, 且不同期次断层的应力性质、活动强度不尽相同[16, 17, 18, 19, 20, 21]。特别是新生代以来受太平洋板块俯冲方向和俯冲速率多次改变, 古新世末— 始新世初期, 郯庐断裂带从左旋走滑变为右旋走滑活动, 同时伴有地幔上涌导致的岩石圈剧烈减薄, 渤海海域进入第1个隐性断层发育的高峰期; 进入新近纪新构造运动期, 断陷作用减弱, 走滑作用增强, 剪切应力逐渐占据主导地位, 不同性质的基底先存断层普遍遭受张扭性改造, 渤海海域隐性断层的发育进而进入到另一高峰期。

首先, 大量物理模拟实验证实（见图2）, 在基底先存式走滑断层发育过程中, 往往先发育“ R” 剪切、“ R° ” 剪切和“ T” 破裂, 这一阶段走滑位移活动较弱。随着走滑位移量的进一步增加, 才会发育“ P” 破裂以及主破裂面即PDZ[22, 23, 24]。渤海的大多隐性断层一般与早期走滑活动密切相关, 由于走滑活动弱、位移量较小, 高强度走滑PDZ尚未形成, 因此在地震剖面上无法准确识别。但是其周围伴生的雁列断裂由于发育时间较早容易识别, 可以作为判断隐性走滑断层的标志。雁行断层带与贯穿型走滑带之间存在由弱到强的应力递变带, 这类递变带是寻找隐性走滑断裂的有利场所。其次, 拉张应力作为另一种主要构造应力同样贯穿渤海新生界发育演化全过程。受先存断裂和基底非均质性的影响, 不同块体之间往往因具有不同的伸展速率而发生不均衡伸展作用, 进而在伸展速率差异较大的位置形成多种类型的转换带和调节大型伸展断裂之间不均衡伸展的隐性断层[25]。此种成因的隐性断层因形成于局部应力场, 规模尺度不大, 在地震剖面上难以被识别（见图3）。最后, 渤海海域新近纪的斜向拉伸作用形成的走滑分异断层也值得关注。由于斜拉过程中的先存断层与拉伸方向呈一定夹角, 部分走滑分量会在先存断层周围产生走滑分异断层[26, 27, 28], 这也是渤海浅层主要的隐性走滑断层类型之一（见图4）。因此, 在复杂的力学边界条件、多样岩石介质属性和不同类型的构造力源叠加背景下, 先存走滑断裂的活化新生、大型伸展断裂之间的不均衡伸展和张扭性应力体制下的斜向拉伸是渤海隐性断层发育的重要成因机制。

图2 先存走滑型隐性断层成因机制

图3 伸展型隐性断层成因机制

图4 斜向拉伸型隐性断层成因机制

3 隐性断层识别技术

渤海海域针对隐性断层的认识经历了初步探索、精细求证到日趋成熟的过程, 在前期勘探实践过程中, 对隐性断层的识别标志和技术方法已有阶段性成果。本文在前人研究基础上, 总结了包括沉积地层厚度不规律变化、地层继承性扭曲甚至产状突变、平面断裂组合分带性和同一构造（岩性）油水系统矛盾4种隐性断裂的典型地质识别标志, 建立起一套包括地震资料预处理、地震属性计算与优化、断层精细识别及断层增强技术的隐性断层识别和解释方法。此项研究成果已另文发表[13], 本文不作赘述。

需要指出的是, 隐性断层并非孤立存在, 在单纯依靠地震反射特征难以准确预测和识别的情况下, 可根据其典型地质特征加以综合识别。平面上, 隐性断层多处于断裂发育演化的初期阶段, 延伸距离短、规模尺度小, 地震方差切片上断裂形迹若有若无、连续性差; 剖面上, 隐性断层断距小, 同一深度的断层两盘地层岩石波阻抗差异小, 无法形成有效的突变反射界面, 同时受地震资料处理技术及地震资料分辨率的影响, 导致其发育特征和部位均具有较强的隐蔽性。例如在地震剖面上沉积盖层出现各种类型的“ 花上开花” 构造, 即以早期花状构造的某一断层为主支, 在新构造运动期（馆陶组沉积后）再次活动形成新一期的花状或似花状构造, 此种“ 花上开花” 构造样式往往预示着深部可能发育隐性走滑断裂（见图5a）; 当基底发育走滑断裂时, 由于垂向上不同埋深和类型岩石存在明显差异, 导致同一条断层在纵向上不同层系表现出不同特征, 造成深部基底断裂形迹清晰, 浅层沉积盖层形变逐渐变弱发生挠曲, 容易发育隐性断层（见图5b）。

图5 浅层“ 花上开花” （a）与深部基底走滑（b）隐性断层

对同一断层而言, 不同段的活动强度差异明显且表现出不同特征; 另一方面, 不同岩性组合和埋藏深度条件下, 介质属性差异使得不同地层对同一构造应力产生的应变特征也不尽相同; 因此根据断层剖面上深浅结合和平面上断裂体系组合等典型地质标志可以预测和寻找隐性断层, 从而弥补地震资料的不足。

4 渤海海域隐性断层分布规律

新生代以来, 伸展和走滑成为主导渤海海域最主要的两大构造变形因素, 空间上复合, 时间上叠加, 导致不同地区、不同阶段两种应力交织发育、强弱有别。另一方面, 空间上不同时期形成断裂的排列组合样式往往形成类型多样的过渡带或调节带, 不同类型的调节带多为构造应力体制转变、复合或减弱的地区, 易于形成不同类型的隐性断裂。这些在不同应变机制下形成的隐性断层具有不同的分布规律。

4.1 走滑断裂体系主导下的隐性断层分布规律

渤海走滑断裂分布平面上具多方向性, 纵向上具多期次性。北北东走向的郯庐断裂系和北西西走向的张蓬断裂系贯穿整个渤海海域并发生交会, 且发生过多期的走滑活动, 尤其是郯庐断裂系, 在中生代曾发生过大规模的左旋走滑活动, 在古近纪早期和新构造运动时期又分别发生了右旋走滑活动。此种构造演化背景为两种隐性断层的发育提供了条件：第1种隐性断裂主要是由于走滑断裂形成初期往往不具有贯通发育的走滑断裂带, 常常形成“ P” 剪切、“ R” 剪切等小型破裂, 这些破裂剪切变形程度弱, 形成断裂尺度小, 隐蔽性强; 第2种主要类型是由于大型走滑断裂侧翼或多条走滑断裂之间往往为局部剪切应力集中带, 使得沉积盖层发生不同程度的剪切破裂, 但是这些区域往往远离大型走滑断裂, 常常表现为调节变形的区域, 断裂断距不大, 从而形成隐性断裂。走滑断裂体系主导下的隐性断层是渤海最为广泛发育的一种隐性断层类型, 可以进一步分为6个亚类：马尾型、“ S” 型、“ P” 剪切型、“ R” 剪切型、基底走滑型和走滑伴生型。

马尾型隐性断层是由于走滑断层末端的应力释放作用, 导致大量弧形正断层的发育, 其中常发育断距较小的弧形隐性断层（见图6中①）。该类隐性断层发育在大型走滑断层的末端部位, 具有类似马尾形状的弧形弯曲形态, 延伸长度通常较大, 典型构造为辽东湾地区的锦州20-2北油田的控圈断层。

图6 渤海海域隐性断层发育模式与发育部位

“ S” 型隐性断层发育在走滑断裂走向弯曲部位, 由于局部的应力转换作用形成释压构造, 进而导致派生的隐性断裂发育（见图6中②）。这种隐性断层通常延伸长度较短, 仅在释压区附近发育, 平面展布样式呈与主走滑断裂斜交的雁列状, 发育密度通常较大, 如辽东湾地区的旅大21-2油田的控圈断层。

“ P” 剪切型隐性断层是走滑断层早期阶段形成的P剪切破裂组成的隐性断层, 后期可能由于走滑作用的持续发育形成贯通型的PDZ断层, 但是早期形成的“ P” 破裂仍然存在, 控制圈闭的发育（见图6中③）。这种类型的隐性断层规模不大, 延伸长度小, 平面走向上与主断层夹角较小, 通常在15° 以内, 如垦利12-2构造的控圈断层。

“ R” 剪切型隐性断层与“ P” 剪切型断层形成的原因类似, 均为走滑作用初期形成的断距较小的断层, 后期被走滑改造中局部保留下来成为隐性断层（见图6中④）。这种隐性断层的规模不大, 延伸距离短, 平面走向上与主断层的夹角为30° ~40° , 如蓬莱31-3南构造区多发育这种隐性断层。

基底走滑型隐性断层是发育在前新生带基底位置的隐性走滑断层, 郯庐断裂带在中生代早期大规模左旋走滑运动造成了基底走滑断裂的大量发育, 部分断裂在晚期右旋走滑过程中难以复活, 加之后期新生界对地震资料的遮蔽作用, 使得基底断层成像不清, 形成了存在于基底潜山之中的隐性走滑断层（见图6中⑤）。这种隐性断层的主断裂常呈栅格状分布, 断裂密度较大, 延伸长度大, 规模较大, 剖面上断面陡直, 走向一致, 如垦利10-1N构造的主要控圈断层。

走滑伴生型隐性断层通常发育在两条或者多条大型走滑断层之间, 由于主要的走滑应变被大型边界断裂吸收, 在大型断裂之间因走滑应变减弱而形成微断距隐性走滑断层, 可能以走滑断裂形成初期的“ R” 剪切的形式发育, 也可能形成进一步发育的主走滑断层（见图6中⑥）。此类隐性断层的走向与边界走滑断层一致, 延伸距离长, 发育密度低, 蓬莱20-2油田和龙口20-5构造之间的隐性走滑断层属于此种类型（见图7）。

图7 龙口20-5区走滑伴生生型隐性断层构造特征

4.2 伸展断裂体系主导下的隐性断层分布规律

新生代, 渤海海域在走滑作用下同时还伴随有强烈的伸展裂陷作用, 从而形成了渤海极为发育的伸展断裂体系, 新生代遭受多期拉伸, 特别是不同方向的斜向拉伸作用, 导致了不同类型的隐性断裂的发育。伸展断裂体系中发育的隐性断裂多形成于大型伸展断裂的平面重叠区或走向拐折端位置, 一方面由于多条大型伸展断裂的伸展方向和伸展量差异, 易形成局部剪切应力集中带; 另一方面, 在伸展断层转折端部位常发生应力集中和应力性质转变, 形成剪切应力场, 导致岩石发生破裂形成隐性断裂。在渤海海域, 伸展体系下的隐性断层主要包括正断调节型和凸起转折型两个亚类。

正断调节型隐性断层的发育是由于在均衡伸展过程中, 基底性质的差异或者断层走向的转变导致块体间伸展速率不同, 在接合部位形成具有走滑断裂性质的构造调节带, 隐性断层常常发育其中（见图6中⑦）。这种类型的隐性断层平面上延伸较短, 发育较为孤立, 处于伸展断裂之间, 剖面上断穿层位也有限, 多以层间断裂形式出现, 如蓬莱13-2油田控圈断层和渤中34-1西构造的隐性走滑断层（见图8）。

图8 渤中34-1西构造区正断调节型隐性断层构造特征

凸起转折型隐性断层的发育是由于大型伸展正断层的断层走向发生局部变化, 形成应力集中带进而导致应力性质的转化, 上升盘基底刚性地层发生断块旋转, 导致块体内部的先存断层发生活化, 形成张扭性质的隐性断层（见图6中⑧）。另外, 在凸起转折端的下降盘, 也常常因为应力集中导致隐性断层大量发育, 这些隐性断层可能平行后者, 垂直于主断层。从发育位置看, 该类隐性断层通常发育在大型控边断层附近, 大型断层上升盘隐性断层规模大、延伸长度长, 伴随断块旋转, 通常成片分布, 断层下降盘的隐性断层则规模小, 较为分散, 如沙垒田凸起边界断层的上下盘发育的隐性断层。

4.3 走滑-伸展复合断裂体系下的隐性断层分布特征

走滑-伸展复合断裂体系下形成的隐性断层主要是指在张扭构造背景下发育的隐性断层, 或者晚期伸展作用利用早期走滑作用形成的先存断层发育的隐性断层。在渤海的勘探实践中, 主要包括侧接调节型、盖层走滑型、张扭转换型和共轭型4种类型。

侧接调节型隐性断层通常发育在侧接的张扭断层内部, 在后期张扭作用力下, 侧接带内由于断块旋转作用, 在侧接位置形成隐性正断层或者隐性走滑断层（见图6中⑨）。该类隐性断层通常发育在大型侧接断层之间, 呈弧形展布, 断层规模较小, 如渤中36-1油田大量发育的隐性控圈断层。

盖层走滑型隐性断层是指在前新生代基底位置的走滑断层, 在晚期发生部分复活, 并向盖层延伸, 由于晚期张扭构造背景, 盖层断层发生垂向位移。它具有伸展断层性质, 导致花状构造和走滑派生断层并不发育, 同时受到基底断层倾角影响, 在盖层中成单根直立状（见图6中⑩）。该类型隐性断层通常与基底走滑断层伴生, 在盖层延伸较长, 断面直立, 孤立发育, 如垦利9-1油田的主要封挡断层是此类隐性断层（见图9）。

图9 垦利9-1油田盖层走滑型隐性断层构造特征

张扭转换型隐性断层发育在主走滑断层与次级断层的交会位置, 在后期张扭构造背景下, 在次级断层的附近由于应力转换作用发育平行于主断层的调节走滑断层（见图6中⑪）。通常垂向断距小, 延伸范围也较小, 在主走滑断裂的附近发育, 隐性断层两侧的地层产状存在明显差异, 如渤中8-4油田的隐性断层西侧地层产状较陡, 而东侧地层产状较缓。

共轭型隐性断层是发育在两条交会的伸展-走滑断层附近的隐性断层, 由于走向上的较大差异, 其中一条断层通常有更明显的走滑断层性质, 使得交会区形成相间发育的增压区和释压区, 这种应力的快速转变导致在主断层附近的隐性断层大量发育（见图6中⑫）。这种隐性断层走向可平行或垂直主断层, 发育密度较大, 延伸长度较短, 如曹妃甸5-5构造和曹妃甸6-4构造便是此种类型。

4.4 不同类型隐性断层在渤海的分布规律

渤海海域断裂体系组合差异导致3大类隐性断层在渤海海域分布具有明显分区性。走滑断裂体系主控的隐性断层主要发育在北北东向郯庐走滑断裂体系为主导的渤海海域东部地区, 如辽东湾的辽中凹陷、辽东凸起、渤东的渤东低凸起两侧以及庙西地区; 伸展断裂体系主控下的隐性断层则主要发育在渤海南部地区和渤海西部地区的大型凸起附近, 如石臼坨凸起南侧下降盘、沙垒田凸起和莱北低凸起的南边界附近; 走滑-伸展复合断裂体系中的隐性断层则在渤海海域有着较为广泛的分布, 尤其在走滑和伸展断裂体系呈“ 井” 字形交会的渤南地区较为常见（见图6）。

5 渤海海域隐性断层控藏特征
5.1 隐性断层控制隐蔽圈闭分布

隐性断层与显性断层属同一构造体系, 受相同的构造应力体制控制, 因此从断层成因本质上而言, 隐性断层与显性断层对圈闭的控制作用是相似的, 都能形成断层遮挡型的断块圈闭、断鼻圈闭以及构造-岩性复合圈闭。隐性断层控圈特征与其发育特征相匹配, 由于其一般规模尺度较小, 引发的断层周边地层变形弱、幅度小, 因此单单依靠隐性断层难以独立规模成圈。但是, 隐性断层多形成于局部应力体制, 导致其走向与大型显性断层并不一致, 多呈大角度相交, 因此隐性断层与显性断层组合或交会控圈往往能形成低幅度的大规模圈闭, 极大地提高了隐性断层的成圈概率, 使得隐性断层成为渤海重要的控圈断层。

不同类型的隐性断层参与形成的圈闭具有各自特征。走滑作用形成隐性断层由于垂向断距小, 在地震剖面上不易识别, 但是水平位移可能相对较大, 且对地层产状的改变很小, 此类隐性断层常常与地层产状相配合, 使得幅度缓、规模大的构造圈闭“ 无中生有” 地出现。例如渤海东部地区蓬莱20-2油田, 在勘探初期, 蓬莱20-2构造与东侧高部位的蓬莱20-3构造并没有明显的分隔断层, 蓬莱20-3构造的钻探失利为蓬莱20-2构造的下步勘探蒙上阴影, 随着隐性断层识别技术和控圈模式研究不断深入, 蓬莱20-2构造东侧的走滑伴生型隐性走滑断层得以精确识别, 发现西侧幅度平缓的蓬莱20-2构造可以形成大型构造圈闭, 后续在蓬莱20-2构造低部位部署的多口钻井相继探明油层, 最终钻获了蓬莱20-2油田（见图10）。

图10 蓬莱20-2构造隐性断层控圈特征

伸展-走滑复合型断裂体系中, 往往发育不同应变性质、不同走向的断层系, 断层之间存在一定夹角, 容易形成隐性断层与显性伸展/走滑断层联合交会现象, 使得构造圈闭“ 由小变大” , 从而形成大规模的构造圈闭群。例如, 渤海南部的渤中36-1构造, 在其东部走滑断层体系与西部伸展断层体系的复合过渡区识别出多条侧接调节型和张扭转换型隐性断层, 这些隐性断层与大型显性伸展断层交会, 形成规模性的连片断块圈闭群, 极大地增加了构造圈闭面积（见图11）。

图11 渤中36-1构造隐性断层控圈特征

伸展断裂体系主导的隐性断层多发育于两条伸展断裂系之间, 其形成的构造圈闭规模相对较小, 主要是由于此类隐性断层延伸长度有限, 多与显性伸展断层走向垂直, 且较为孤立, 难以组合形成大型圈闭群。

5.2 隐性断层对油气运移的控制作用

渤海海域新构造运动背景下的晚期成藏, 其重要因素之一就是大量浅层断层的发育为油气进一步向浅层调节分配提供了通道。综合前文隐性断层成因机制可知, 新构造运动期同样是渤海隐性断层发育的重要时期, 大量隐性断层发育为油气向上分配提供了有效通道。需要说明的是, 隐性断层作为油气运移通道的效率虽不如显性断层明显、强烈, 但隐性断层的高密度发育区往往预示着显性断层活动性更强, 构造应力充分释放, 油气运聚更为活跃, 隐性断层与显性断层共同形成的输导体系, 对油气起到进一步调节分配的作用。

另一方面, 勘探实践证实, 发育于转换带位置的隐性断层往往与深层的转换带或汇聚脊具有良好的耦合配置关系, 能形成脊-断贯穿式高效油气输导通道。以垦利12-2构造为例, 隐性断层与深部成熟烃源岩沟通, 且在沙河街组和东营组沉积期经历多期构造反转, 形成深部反转型构造脊。在新近纪成藏期, 北部凹陷区油气通过不整合面向深部构造脊汇聚, 隐性断层与深部构造脊沟通形成脊-断贯穿式高效油气输导通道, 该构造钻探的KL12-2-1井揭示油气已运移至该区埋深570 m的东营组成藏, 证实了隐性断层对油气运移的控制作用（见图12）。

图12 垦利12-2构造隐性断层与油气运移

6 隐性断层相关油藏勘探实践
6.1 黄河口地区勘探基本概况

黄河口凹陷位于渤海海域南部, 构造上属于济阳坳陷, 具有典型的“ 北断南超” 断陷结构特征。郯庐断裂分东、中、西3支从凹陷中心穿插而过, 将凹陷分为西洼、中洼和东洼3个次级洼陷。黄河口凹陷作为渤海海域3大富烃凹陷之一。截至2010年, 黄河口地区已发现渤中25-1、渤中25-1南、渤中28-34、渤中26-3、渤中29-4、渤中35-2及垦利3-2等大批油田, 累计探明三级石油地质储量近6× 108 t, 并已建成年产700× 104 t产能, 是渤海油田中浅层勘探程度最高的地区（见图13）。从黄河口地区已发现油田分布规律看, 油田主要位于郯庐走滑断裂带和凹陷北部陡坡带, 例如位于郯庐断裂带西支的渤中25-1油田, 郯庐断裂带中支的渤中28-34油田群和郯庐断裂带东支的蓬莱19-3油田。经过30余年勘探, 该区规模性构造圈闭已钻探殆尽, 发现大中型油气田的难度越来越大。至2010年该区只能寻找单块面积1 km2左右的滚动勘探目标, 没有大于3 km2的断块圈闭, 勘探进入困难期。

图13 黄河口地区勘探开发概况

2010年后, 在隐性断层成因机制及构造解析思想的指导下, 在历经多轮构造解释均没有发现规模性构造圈闭的成熟区, 渤海油田相继发现了一批大型构造圈闭群, 个别构造圈闭从原来的2.3 km2变为超50 km2的大型断块圈闭群, 并在黄河口地区获得了渤中29-6、渤中36-1、垦利9-1、垦利9-5/6、渤中34-9等大中型油田, 渤海油田隐性断层相关油田累计探明三级石油地质储量4.5× 108 t, 已建成产能150× 104 t。以下以渤中29-6油田作为隐性断层相关油田勘探实例分析。

6.2 渤中29-6油田勘探实践

6.2.1 勘探历程

渤中29-6构造位于黄河口中洼北部陡坡带, 该区自1983年钻探BZ29-1-1井以来, 已历经30多年的勘探, 共钻探井25口, 先后发现了渤中29-1、渤中29-4、渤中29-5和渤中35-2等4个中小型油气田。2010年以来, 该区的规模性圈闭已钻探殆尽, 发现大中型油气田的难度越来越大, 在构造岩性圈闭勘探思路下, 先后发现了渤中29-1东、渤中29-4西两个小型的含油气构造, 受储量规模的限制, 难以动用。因此, 迫切需要在这种高勘探成熟区寻找大中型油田以带动周边小油田的开发, 提升整体开发体系的经济效益。另一方面, 黄河口中洼北部陡坡带受北北东向郯庐和北西西向张蓬两大走滑断裂叠合影响, 构造应力及演化呈现多期次、多方向, 构造发育及演化历程复杂多变, 同时该区受浅层气云影响严重, 地震资料成像较差, 断裂成像不清晰, 严重制约了该区的构造解释, 致使该区历经多年勘探一直没有发现大规模圈闭。

6.2.2 新构造圈闭与油藏发现

从区域构造位置看, 黄河口中洼北部陡坡带处于北北东向郯庐和北西西向张蓬两大走滑断裂交会区, 且新构造运动期渤南地区走滑断裂活动强烈（见图1）。渤中29-6构造围区的渤中29-4和渤中28-34油田群在后期油田开发中均发现了隐性断层, 而渤中29-6构造区构造解释仅表现为两条北西西向断层控制的小型分散断块群, 浅层断层并不发育, 这与渤中29-6构造区地质特征和其所处的构造位置不匹配。另一方面, 渤中29-6构造区局部气云发育, 根据渤海勘探历程及地质规律, 这是构造应力集中释放和浅层油气运聚活跃的重要标志。综上分析, 渤中29-6构造区晚期走滑活动强烈、应力释放充分, 具备隐性断层发育的构造应力条件。

通过进一步对渤中29-6构造区北北东向郯庐断裂带和北西西向张蓬断裂带进一步研究发现, 张蓬断裂系在该区呈现“ 西强东弱” 的特点, 而郯庐走滑断裂则呈现相反的“ 东强西弱” 的特点, 两组走滑断裂在该区体现出互补性活动特征, 且北西西向张蓬断裂系在该区晚期构造活动更强, 启示必须加强对北西西向走滑断裂系及其相关隐性断层的识别。2016— 2017年, 在新处理的渤东南大连片三维地震资料上, 地震解释重点加强了对新构造运动期更为活跃的北西西向张蓬断裂系及其相关隐性断层的精细识别, 发现多条北西西向张蓬走滑断裂系在平面上高度叠置且晚期活动明显, 按照隐性断层成因机制, 此种走滑叠置区形成的调节带是隐性断层发育的有利场所。在上述地质模式和地震技术联合攻关下, 加强对走滑断裂体系主导下的隐性断层的识别和解释, 最终在浅层新近系新发现了一批隐性断层。从渤中29-6构造区新发现的隐性断裂分布看, 主要位于多条北西西向张蓬断裂系之间或侧翼, 走向多呈北东— 北北东向, 其类型主要以“ P” 剪切型、凸起转折型和张扭转换型3种亚类为主。通过对渤中29-6构造区北西西向张蓬断裂系及其相关隐性断层的解释, 构造圈闭群表现为受4条大型北西西向张蓬走滑断裂系及其派生或调节的北东向断层控制的大型断块圈闭群, 其中在T0地震反射层上构造圈闭群整体面积超50 km2, 从而实现了该区大型构造圈闭群的发现和落实（见图14）。以隐性断裂最为发育的陡坡带为例, 隐性断层与陡坡带显性断层呈高角度或近乎垂直相交, 形成相互连接的独立断块圈闭群, 单个断块圈闭面积2.0~4.6 km2。以陡坡带隐性断层控制的BZ29-6S-1Sa井为例, 该井钻探揭示油层厚度为32.4 m; 凸起区隐性断层控制的BZ29-6-7井钻遇油层厚41.9 m, 探明石油地质储量近1 200× 104 m3, 三级石油地质储量2 370× 104 m3, 成为该油田储量丰度最高的井区。

图14 渤中29-6构造隐性断层控圈特征

6.2.3 隐性断裂运移与浅层油藏发现

勘探实践证实, 渤中29-6油田的北西西向边界断层之间和侧翼为该区隐性断层发育密度最大的地区, 同时也是油气储量丰度最高的地区。油气通过北西西向边界断裂垂向运移, 再由分支断层或隐性断层进一步向浅层横向调节运移, 在断裂系统中心部位聚集成藏。在紧邻边界断层下盘凸起区为网毯式输导模式, 油气沿边界断裂向浅层运移, 然后由不整合面和馆陶组砂砾岩形成立体网状运移, 向构造高部位汇聚成藏, 构造脊的发育部位及发育程度控制油气富集程度。因此渤中29-6油田表现为“ 垂向贯通、脊断联控” 的油气成藏模式, 明化镇组下段为受构造和岩性双重因素控制构造岩性油藏, 馆陶组为受构造控制的构造层状油藏（见图15）。

图15 渤中29-6油田成藏模式图

隐性断层的精细识别和解释极大增加了渤中29-6构造的圈闭面积, 增加了油田储量规模, 最终渤中29-6油田发现整体三级石油地质储量近1.2× 108 t, 并已进入开发阶段。渤中29-6油田的成功发现证实了隐性断层解释模式对构造圈闭解释的指导作用及隐性断层对浅层油气成藏的控制作用。

7 结论

基于对渤海油田近10年勘探实践与隐性断层发育特征的全面总结, 明确了复杂的走滑断裂格局、多样的地层岩石介质属性和强烈的新构造运动改造是渤海隐性断层发育的主要条件, 先存走滑断裂的活化新生、大型伸展断裂之间的不均衡伸展和张扭性应力体制下的斜向拉伸是渤海隐性断层发育的重要成因机制。根据渤海海域隐性断层发育特征与成因机制, 总结了沉积地层厚度不合理变化、地层继承性扭曲甚至产状突变、平面断裂组合具有掉向相反的分带特征和同一构造（岩性）油水系统非岩性变化导致的差异是渤海识别隐性断层的重要标志。地震属性计算与优化、断层精细识别和断层增强技术对识别隐性断层具有良好效果。渤海隐性断层按构造成因和发育部位可划分为走滑断裂主导型、伸展断裂主导型和走滑-伸展复合型, 不同类型隐性断层的发育在渤海具有明显分区性。隐性断层对构造圈闭形成和油气运移具有明显控制作用, 隐性断层与显性断层和地层产状匹配具有高效的成圈效率, 可以极大扩展构造圈闭群规模。

目前渤海油田仍处在构造圈闭为主的勘探阶段, 构造精细解释仍然是勘探成功率提升的重要保障, 近年来在地质理论认识和技术不断进步下, 渤海油田隐性断层构造解析思想和解释模式日益成熟, 在多个地区油气勘探不断取得突破, 成为成熟区储量增长的重要领域。渤海海域隐性断层发育区的勘探实践, 充分证实了隐性断层对油气成藏的重要控制作用, 有效拓展了渤海高勘探成熟区的勘探空间, 对渤海海域乃至中国东部断陷盆地的油气勘探具有指导意义。

（编辑 黄昌武）

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