田涛，，蒋有录，万涛徐小龙，谢君

（1.中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300452；2.中国石油大学（华东）地球资源与信息学院，山东 青岛 266580）

南堡凹陷断裂发育特征及其演化机制

田涛1，2，蒋有录2，万涛2徐小龙2，谢君2

（1.中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300452；2.中国石油大学（华东）地球资源与信息学院，山东 青岛 266580）

南堡凹陷受渤海湾盆地北东向断裂和北西向断裂的共同控制，凹陷北部是北西向的张家口—蓬莱断裂带，凹陷东部和西部分别是北东向且具有走滑性质的郯庐断裂带和沧东断裂带。因此，南堡凹陷的形成和构造变形既具有张性变形特征，又具有压扭或张扭变形特征。剖面上，断裂的组合样式较为复杂，大致可分为“y”形、“x”形、包心菜式、花状及阶梯状等；平面上，断裂的组合样式主要为帚状、梳状、平行式、雁列式、交织状和“入”字形。构造演化史表明，古近系沙河街组沉积时期为凹陷的伸展断陷阶段，主要受郯庐大断裂的右行扭动控制，断陷作用强烈、水体较深，是烃源岩发育的主要时期。东营组沉积时期，凹陷进入稳定的沉降阶段，为持续裂陷期，主要受近南北向区域张力的作用。新近系至今，凹陷进入坳陷阶段，主要受重力和热沉降的共同作用，次级断裂较为发育。

断裂组合样式；构造演化；伸展断陷；持续裂陷；坳陷；南堡凹陷

断裂的性质和结构对油气的富集具有重要的影响，南堡凹陷断裂尤为发育，然而由于早期的地震资料品质较差，解释后对断裂系统和各构造带没有形成正确认识，导致前期勘探工作失利。最近几年由于三维地震技术的发展，对断裂和构造进行了更为精细的刻画，勘探有了重大突破。因而，在前人研究成果的基础上，继续深入研究本区断裂系统的发育特征，对于后期勘探工作具有重要意义［1-6］。

1 区域应力背景

南堡凹陷位于渤海湾盆地黄骅坳陷北部，是在华北地台基底上，经中、新生代发育起来的北断南超的箕状凹陷［7］。该凹陷地处渤海湾盆地北东向构造与北西向构造的交会部位，控制凹陷的西南庄和柏各庄断层是张家口—蓬莱断裂带的组成部分（见图1），凹陷东部为郯庐断裂带，西部为沧东断裂带。因此，该凹陷的形成和演化不仅受渤海湾盆地区域应力场影响，而且受张家口—蓬莱断裂带、沧东断裂带和郯庐断裂带的共同作用。北西向延伸的张家口—蓬莱断裂带横跨渤海湾盆地中部，是华北地台内一条重要的韧性剪切带［8-9］。

研究表明，库拉板块中生代向北西方向俯冲，在它的作用下，区内发生区域性左旋剪切走滑和源于软流圈上隆的拱升裂陷作用，最终形成了南堡凹陷早期断陷盆地的雏形［10］。此时，柏各庄和西南庄断裂活动对凹陷的沉积、岩浆活动和构造发育起一定的控制作用。新生代，南堡凹陷的区域应力场由原来的北西向挤压变为北西向拉张，早期形成的柏各庄断层和西南庄断层开始右行走滑，该断裂带得到进一步发展，对新生代区域地质构造发育起重要的控制作用。早第三纪晚期，太平洋板块的运动方向发生了明显变化，华北板块再次遭受北东东方向的强烈挤压。馆陶期，发生了区域性大规模的火山活动后，开始区域性的热沉降，进入坳陷沉积演化阶段［11］。

2 断裂的基本特征

凹陷内主控断层的几何形态和活动性质对凹陷的形成、演化、沉积物充填及油气成藏起着重要作用。根据断层对区域构造格架、沉积和二级构造带的控制作用，以及断层的规模、几何学和运动学特征等因素，将南堡凹陷断裂分为3个级别：

1）一级断裂也称控凹断裂，控制凹陷的形成和演化。剖面上，这类断层具有断距大、活动时间长、切穿层位多并伸入基底等特点，且往往为同沉积断层，断层上下盘地层厚度差异较大，下降盘处的地层厚度往往远大于上升盘处的地层厚度；平面上，控凹断裂延伸较远，可以达数十至上百千米，为凹陷边界［12］。南堡凹陷的控凹断裂主要有西南庄断裂、沙北断裂和柏各庄断裂等。

2）二级断裂为控带断裂和控洼断裂，控制了凹陷内二级构造带的展布和规模。这类断裂控制了凹陷内部次级洼陷与突起的形成，往往是油气由洼陷向构造带运移的主要通道，具有形成时间早、延伸长、断距大、继承性强等特点。研究区内二级断层主要包括高柳断层、南堡一号断层和南堡二号断层等。

3）其他断裂为规模相对较小的断裂，对构造带的形成和分布不起控制作用，一般是一、二级断裂的伴生断层，在纵向或横向上起调节作用，延伸长度和断距在不同的构造位置有较大差异。这类断裂剖面上浅层较为发育，向深部与较大的断层相交。该类断层对局部沉积作用、构造形态及油气的分布范围具有重要影响。

3 断层组合样式

南堡凹陷的形成和构造变形，既具有张性变形特征，又具有压扭或张扭变形特征。

3.1 平面组合样式

南堡凹陷断裂系统平面上的组合形态主要有梳状、帚状、平行式、雁列式、“入”字型及交织状等6种（见图2）。

1）梳状断裂由一条主干断层和一些小的调节断裂组成，这些小断裂都发育在主断裂的同一侧，与主断裂呈近似垂直关系，平面上类似梳子，称为梳状断裂。南堡地区主要在柏各庄断裂带处发育这种断裂组合（见图2a）。

2）帚状断裂主要由一系列向一端收敛，向另一端撒开的弧形断裂组成，平面上形似扫帚，称为帚状断裂。帚状断裂一般是在压扭或张扭性应力环境下形成的。南堡四号构造的断裂向东南收敛，向北西撒开为典型的帚状断裂，在弧形断裂的内侧常形成断背斜构造，是油气富集的有利区域（见图2b）。

3）平行式断裂由若干条走向大致相同且规模基本相当的断层组合而成。平行式组合断裂具有等规模性和等间距性，即在同一组合内各断层的规模大致相当，相邻两条断层间的距离大致相同。老爷庙构造带中，这种组合样式较为发育，断层规模较小，为主断层的伴生断层，与主断裂在深部相交，对油气起次级输导作用（见图2c）。

4）雁列式断裂，又称雁行式断裂、边幕式断裂，是指一组平行错列或斜列、产状及性质相同的断裂。各单条断裂长度相近且皆较短，相邻断裂端部尖灭侧依次排列。该构造一般发育于张扭或压扭的应力环境中，对于构造圈闭的形成较为有利。南堡地区主要在南堡一号构造带和南堡五号构造带发育雁裂式平面组合（见图2d）。

5）“入”字形断裂表现为平面上2条较大的断裂相交于一点，形似“入”字。南堡地区主要在一号构造带发育“入”字形断裂组合，由于这2条断层规模较大且一直伸入洼陷内部，因而具有很好的油源条件，对于油气聚集成藏较为有利（见图2e）。

6）交织状断裂表现为断层走向各异，彼此之间相交、错断，平面上呈网状。这类组合主要是一级和二级断层的伴生断层，在各种类型的凹陷中都有广泛发育（见图2f）。

图2 南堡凹陷主要断裂平面组合样式

3.2 剖面组合样式

南堡凹陷内断裂非常发育，断裂间相互作用，在空间上形成了不同的断裂组合样式。剖面上断裂组合样式较为复杂，大致可分为复合“y”形、“x”形、包心菜式、花状以及阶梯状等（见图3）。

1）“y”形断裂组合。凹陷发育的早期形成较大的断裂，后期在主断层之上发育一系列次生的调节断层，这些调节断层逐级收敛到主断层之上，剖面上形似英文字母y，称为“y”形断裂组合。该区“y”形断裂主要分布于凹陷周边和突起的斜坡带附近，在断层的下降盘常发育较大的滚动背斜，为油气的聚集提供了良好的构造背景。该断裂组合主要分布在高尚堡-柳赞构造带、二号构造带西部、北堡构造带和老爷庙构造带（见图3a）。

图3 断裂剖面组合样式

2）“x”形断裂组合。该断裂组合为共轭正断层控制、下部垒块隆升和上部塌陷成对出现的形似英文字母x的组合样式。“x”形断层处的油气通常较为富集，其原因为：一方面，“x”形断层深部的分支可作为沟通烃源岩与浅层圈闭的有效油气运移通道，为浅层圈闭提供良好的油源条件；另一方面，“x”形断层下部的分支所夹围岩的外侧地层为断层的下降盘，地层下掉后在所夹断块处发育深部地垒构造，这些深部地垒构造常为背斜，且深部地层距烃源岩较近或其本身就是烃源岩，因而具有良好的油气成藏条件。该断裂组合主要分布在南堡一号构造带、二号构造带和三号构造带等地区（见图3b）。

3）包心菜式断裂组合。芯部两侧断层掉向相反，各断层由内向外依次增大，内部断块较小，向两侧依次增大，剖面上形似包心菜，称为包心菜构造（见图3c）。这种构造主要在二号构造带东部和四号构造带发育。外部的大断裂切割的层位较深，可以将烃源岩与储层很好地联系起来，对于油气聚集成藏较为有利。

4）阶梯状断裂组合。该断裂组合由若干条产状基本一致、各断层上盘依次向同一方向断落的正断层组合而成。南堡凹陷高柳断层、高北断层、柏各庄断层等组成一级台阶断层，四号构造带西部次级断层则构成二级台阶状断层（见图3d）。南部南堡二号、三号构造带北东向正断层逐级北掉，构成阶梯状正断层组合。

5）花状断裂组合。在剪切断裂带的浅部常常表现为向上分叉、撒开的断裂组合，剖面上形似花朵，称为花状断裂。根据应力条件的不同，可分为正花状和负花状断裂。正花状断裂是在压扭应力场条件下形成的，其主要特征是扭动带内地层向上散开，向深处变窄、变陡，主断层及分支断层多具逆滑距，散开的断层间常为地垒；负花状断裂是在张扭应力场条件下产生的，断层向上分支并构成向形构造，主断层及分支断层多具正滑距，撒开的断层间常为地堑。南堡地区四号构造带的蛤坨断层为典型的花状断裂组合（见图3e）。

4 断层演化特征

从区域地质背景上看，南堡凹陷在晚古生代的石炭—二叠系曾与华北地台经历了相同的沉积建造过程。中生代，华北地台解体。晚白垩世末—新生代古新世，本区整体处于隆升剥蚀状态，因而南堡凹陷是在第三系形成和发展起来的。通过三维地震资料的精细解释，结合区域地质资料及对现今构造样式的梳理，认为南堡凹陷主要经历了伸展断陷期、持续裂陷期、坳陷期3个主要阶段（见图4）。

4.1 伸展断陷期

南堡凹陷断裂极其发育，断层的形成和演化与郯庐断裂带的活动紧密相关。在古近系沙河街组沉积时期，郯城-庐江大断裂由中生代的左行扭动转化为右行扭动，导致两侧地块以右旋拉张和剪切应力为主。

图4 二号构造带东部—高尚堡构造带构造演化

在总的拉张应力作用下，南堡凹陷进入断陷发育期，凹陷内在中生代形成的基底大断裂西南庄-柏各庄断裂上升盘强烈上升形成凸起，下降盘强烈下降形成凹陷［13］。主干断裂的上盘在抬升时会发生塌陷，因而形成了一系列的盖层断层。

这一时期凹陷南部断层较少，北部则形成一系列南倾阶梯状正断层。边界断层产状较陡，呈轻微铲式。这些断层大多具有同生断层的特点，地层沉积厚度较大，在同生断层下降盘逆牵引作用下，南堡凹陷在这一时期形成了滚动背斜构造，此时凹陷形成了箕状断陷的雏形［14］。

渐新世中期，南部海中隆起北侧断裂的形成和北部边界断裂的逐步下降，使南堡凹陷变为双断型凹陷。由于水域范围较深且较广，沉积了一套深湖相暗色泥岩和油页岩，为生油层。

4.2 持续裂陷期

东营组沉积时期，凹陷进入稳定的沉降阶段，在近南北向区域张力的作用下，西南庄断层、柏各庄断层和高柳断层均发生了强烈的伸展拆离运动，因此产生了滚动背斜构造及次级基底断裂［13］。

本期边界断层呈上陡下缓的铲式正断层结构，南部形成北倾的阶梯状正断裂组合，北部为南倾的阶梯状正断裂和“y”形断裂组合。这一时期湖盆较为稳定，湖水较浅，以滨浅湖和三角洲沉积为主［15］，砂体发育较为广泛，是本区储集层系发育的主要时期。渐新世末期，区域构造运动以隆升为主，断裂活动基本结束，古近系地层遭到剥蚀，与上覆新近系地层形成区域性不整合。

4.3 坳陷期

新近系，南堡凹陷进入坳陷演化阶段。凹陷进入继承性发育阶段，内部应力减弱，断裂基本停止活动，伸展作用已经完全不受断层控制，而是受重力和热沉降机制控制。在新近纪后期，尤其是明化镇组沉积期，凹陷内部的伸展速率和沉积速率明显加快，在重力载荷影响下，部分断层块体甚至发生了重力滑动，从而产生了众多呈北东向延伸的次级正断层。

剖面上，在二号构造带的东部地区，这些次级断裂间组合形成了包心菜式断裂组合。包裹体测温表明，东三段烃源岩在明化镇组沉积时期达到生烃高峰，而此时次级断裂活动性较强，从而使油气不断地运移至储集层中。凹陷的南部和北部呈现出阶梯状和“y”形断裂组合的复合，边界断裂的产状经后期构造运动的改造，为铲式或坡坪式。

5 结论

1）南堡凹陷的断裂主要分为3个级别：一级断裂控制了南堡凹陷的形成和演化；二级断裂控制了凹陷内二级构造带的展布和规模；其他断裂一般是一、二级断裂的伴生断层，对局部沉积作用、构造形态及油气的分布范围具有重要影响。

2）南堡地区的断裂较为复杂。剖面上主要有复合“y”形、“x”形、包心菜式、花状以及阶梯状断裂组合等；平面上主要有帚状、梳状、平行式、雁列式、“入”字形和交织状6种断裂组合。

3）南堡凹陷主要经历了伸展断陷期、持续裂陷期、坳陷期3个主要阶段。

［1］ James R B，Peter E，Grant G，et al.Evolution of a hydrocarbon migration pathway along basin-bounding faults：Evidence from fault cement［J］.AAPG Bulletin，2004，88（7）：947-970.

［2］ 樊生利，王秀林，苏玉山.东濮凹陷断裂系统构造格局与油气聚集［J］.断块油气田，1995，2（3）：16-23.

［3］ 尚尔杰，金之钧，丁文龙，等.断裂控油的物理模拟实验研究：以准噶尔盆地西北缘红车断裂带为例［J］.石油实验地质，2005，27（4）：414-417.

［4］ 杜春国，郝芳，皱华耀，等.断裂输导体系研究现状及存在的问题［J］.地质科技情报，2007，26（1）：51-55.

［5］ 谭开俊，田鑫，孙东，等.准噶尔盆地西北缘断裂带油气分布特征及控制因素［J］.断块油气田，2004，11（6）：4-6.

［6］ 佟卉.油气输导通道的内部结构和输导机制特征［J］.大庆石油学院学报，2008，32（2）：23-26.

［7］ 史冠中，王华，徐备，等.南堡凹陷柏各庄断层活动特征及对沉积的控制［J］.北京大学学报：自然科学版，2011，47（1）：85-90.

［8］ 高战武，徐杰，宋长青，等.张家口—蓬莱断裂带的分段特征［J］.华北地震科学，2001，19（1）：35-42.

［9］ 丁国瑜.中国内陆活动断裂基本特征的探讨［M］.北京：地震出版社，1982：1-9.

［10］周海民，魏忠文，曹中宏，等.南堡凹陷的形成演化与油气的关系［J］.石油与天然气地质，2000，21（4）：345-349.

［11］徐杰，宋长青，楚全芝.张家口—蓬莱断裂带地震构造特征的初步探讨［J］.地震地质，1998，20（2）：146-154.

［12］张永刚，许卫平，王国力，等.中国东部陆相断陷盆地油气成藏组合［M］.北京：石油工业出版社，2006：6-30.

［13］范柏江，刘成林，柳广弟，等.南堡凹陷断裂系统形成机制及构造演化研究［J］.西安石油大学学报：自然科学版，2010，25（2）：13-17.

［14］邓俊国，王贤.南堡凹陷构造应力场演化史与油气聚集［J］.保定师专学报，1999，12（2）：72-77.

［15］刘得志，周江羽.渤海湾盆地南堡凹陷断裂控藏特征研究［J］.海洋石油，2009，29（4）：19-25.

（编辑 王淑玉）

Development characteristics of fault and its evolution mechanism in Nanpu Sag

Tian Tao1，2,Jiang Youlu2,Wan Tao2,Xu Xiaolong2,Xie Jun2
(1.Tianjin Branch of CNOOC Ltd.,Tianjin 300452,China;2.College of Geo-Resources and Information,China University of Petroleum,Qingdao 266580,China)

Because Nanpu Sag is controlled by northeast fault and northwest fault in Bohai Bay Basin,Zhangjiakou-Penglai fault zone with northwest trend is located in the northern part of the sag,and Tanlu fault zone and Cangdong fault zone with strike-slip nature are located separately in the eastern part and in the western part of the sag.Therefore the formation and tectonic deformation of Nanpu sag indicate both the characteristics of tensional deformation and the characteristics of compressional deformation or tensional deformation.Faults of Nanpu sag can be classified into five styles in section:"y"-shaped fault assemblage,"x"-shaped fault assemblage,cabbage-shaped fault assemblage,flower-shaped fault assemblage and step-shaped fault assemblage.In plane,the fault assemblage type is mainly brush assemblage,comb assemblage,parallel assemblage,en echelon assemblage,interlaced assemblage and"λ"-shaped fault assemblage.Analysis result of structural evolution history shows that the depositional period of Shahejie Formation in Paleogene is the extensional rift stage of the sag,and is the main period of hydrocarbon source rock development because of the controlling of right lateral wrench movement of Tanlu fault,with rift faulting strong and with water body deep.The sag enters the stable subsidence stage during depositional of Dongying Formation by the strain near northern and southern region to keep the rift period.The sag has turned into depression stage from Paleogene to present.Subsidiary fault develops well due to the combined effect of gravity and thermal subsidence.

style of fault assemblage;structural evolution;extensional rift;continuous rift;depression;Nanpu Sag

国家科技重大专项“大型油气田及煤层气开发”（2008ZX05050）

TE121.2

A

10.6056/dkyqt201204001

2011-12-13；改回日期：2012-05-19。

田涛，男，1984年生，2012年毕业于中国石油大学（华东）矿产普查与勘探专业。E-mail：tiantao276200258@163.com。

田涛，蒋有录，万涛，等.南堡凹陷断裂发育特征及其演化机制［J］.断块油气田，2012，19（4）：409-413.

Tian Tao，Jiang Youlu，Wan Tao，et al.Development characteristics of fault and its evolution mechanism in Nanpu Sag［J］.Fault-Block Oil &Gas Field，2012，19（4）：409-413.