断层发育特征研究意义论文

断层对地球科学家来说特别重要，因为地壳断块沿断层的突然运动是地震发生的主要原因。科学家们相信：他们对断层机制研究越深入，就能越准确地预报地震，甚至控制地震。科学界普遍认为，有地震必有断层，有断层必有地震。因此断层的空间分布属于地震预测领域极为重要的信息。目前人类对于断层的研究已经取得了一些进展。与大地震相比，地质断层会频繁发生一些没有大碍的小地震,通过对这些小地震的深入研究，掌握其有可能存在的某些规律，从而逐步实现对破坏性地震的预测预报。

沿断裂面往往发育成泉水湖泊。断层处不宜兴建大坝等大型工程，易诱发滑坡等地质灾害。 地震是地球内部物质运动的结果。这种运动反映在地壳上，使得地壳产生破裂，促成了断层的生成、发育和活动。“ 有地震必有断层，有断层必有地震”，断层活动诱发了地震，地震发生又促成了断层的生成与发育，因此地震与断层有密切联 系。地壳中的断层密如织网。断层从较小的破裂一直到上千公里的断裂带，有各种不同的尺度和深度，断裂带是多条断层 的聚合带。与地震有联系的断层是活动断层，过去虽运动但如今稳定的断层叫休眠断层，或称为“死”断层。

（一）断层特征

在第一章中已经论述了裂谷盆地的断裂类型及发育特征，本节主要讨论断裂的作用及其与地层岩性油气藏形成的关系。断裂是裂谷盆地主要变形类型，随着断裂活动的开始，裂谷盆地随之发生，随着断裂活动的停止，裂谷盆地走向萎缩、消亡。尤其是盆缘断裂的走向和活动的强度，控制了裂谷盆地的展布和规模。断裂控制了沉积的发育和烃源层的展布；控制了构造带的形成和分布；控制了构造圈闭的发育和地层岩性圈闭的形成；控制了油气的运移和聚集；从而也控制了油气藏的形成和分布。因此，研究断裂具有十分重要的意义。初步研究认为裂谷盆地断层具有以下主要特征。

1.同沉积基底断层最发育

图2-17 冀中坳陷断裂组系图

（据杨宗起，1982）

①宝坻；②大厂；③大兴；④牛东；⑤容城；⑥保定—石家庄；⑦宁晋；⑧新河；⑨衡水；⑩沧西； 里坦； 王草庄； 桐柏镇； 河西务； 安新； 白庄子； 任丘； 任西； 任南； 出岸； 套 层 这 形成 构造 都同 积和 层有关 派生 造。 下城东； 藁城西； 栾城； 前磨头

现以冀中坳陷为例，就可见一斑。冀中坳陷规模大和作用明显的断层，大都是同沉积的基底断层。基底断层按走向的组系可细分为五组，即走向北北东、北东、北东东、北西、北西西向（图2-17）。以走向北北东和北东向的断层为主。走向北北东的断层有献县、马西、留路、牛东南段、新河、任西、任丘、任南、白庄子等断层。这些断层主要分布在中区东部，约占基底断层的三分之一。大多数为控凹边界断层或控制潜山构造带断层，断面多数倾向北西，倾角较陡，一般在50°～60°。走向北东的断层有太行山东、大兴、大厂、宁晋、高阳—博野等断层。这组断层也是冀中坳陷的主要断层，约占基底断层的三分之一，大多数为控凹边界断层。其显著的特点是断层延伸较长，一般达10～26km；断面倾角较缓，一般为15°～30°。走向北东东的断层有宝坻、王草庄、牛东北段、安新等断层。断层延伸较短；断面南倾，倾角一般为30°～40°。这组断层中有控凹边界断层和伸展过程中起调节作用的变换断层。走向北西的断层有五尺、出岸等断层。该组断层不大发育，主要分布在中区。活动时间早，对潜山的形成起到一定的控制作用；古近纪沙四段—孔店组沉积期以后基本上停止活动。走向北西西的断层有衡水、里兰、留北、旧城北等断层。该组断层多为伸展过程中起调节作用的变换断层。这些断层大都是同沉积基底断层，少数为基底滑脱（拆离）断层。同沉积基底断层的典型特征是断面较陡，深切入基岩内部，中间断距大，两端断距小，控制盖层沉积，常形成箕状凹陷或在平面上其下降盘形成碟形洼地。基底滑脱断层的特征是断面上陡下缓，底部断面近水平且切入基底，平面上断层延伸长。这些断层控制了伸展作用的发生、发展以及沉积的分布。从宏观上来看，冀中坳陷主要发育了两个组系的断裂，即北东向（包括北北东向）和北西向（包括北西西向或近东西向）。这两组断裂交叉形成断裂网络，控制了冀中坳陷的构造格局。北东向的断层处于主导地位，且发育早。主要有大厂、大兴、太行山东、河西务、牛东、高阳—博野、马西、河间、留路、献县、宁晋、新河等断层。这些断层是冀中坳陷的主要伸展断层，是控坳、控凹边界断层，造成了东西分带。北西向的断层不及北东向断层发育，其中北西西向和北北东向断层，早期为共轭剪切断层，后期北西西向断层在伸展过程中起调节作用的变换断层，以及对凹陷内盖层起分割作用。比较大的北西西向的断层有宝坻（北东东向）、徐水—安新、衡水等断层。这些断层呈等距离分布，大约相距100km。宝坻断层为坳陷北部边界断层；徐水—安新断层为北区和中区之间的变换断层，使北区和中区的构造特征截然不同，北区为西断东超的箕状凹陷，中区为东断西超的箕状凹陷；衡水断层又是中区和南区的分界线。北西西向的断层又是形成南北分区的重要断层（杜金虎等，2002）。

2.断层活动具有多期性

冀中坳陷断层活动具有多期性。这里包含两层意思：一是指断层形成的多期性；二是指断层活动的多期性。

断层形成的多期性。根据坳陷内部的现有资料和邻区地面露头资料分析推断，冀中坳陷断层的形成至少有三期：第一期是在古近纪前和古近纪早期，主要在燕山运动期。这是冀中坳陷断层主要形成期，有些断层后期被改造利用，包括了北东向、北北东向、北西向、北西西向和近东西向坳陷和凹陷边界大断层在内。第二期是在古近纪与新近纪之间。第三期是在新近纪末，如牛东马西走滑构造系统中的切割新近系的断层等。同时断层的活动具有多期性，这在第一章已述及，在这里就不赘述了。

3.断层的开启性和封闭性

大量勘探实践表明，断层既具有开启性，是油气运移的重要通道；断层又具有封闭性，是油气聚集的重要遮挡条件。其原因可能是断层在活动期时，具有短期和快速的开启；而在断层宁静期时，具有长期的封闭性。根据胜利油田资料，1976年唐山大地震期间，渤海湾盆地油井反映异常明显。东营凹陷胜坨油田坨3-5-13井东营组油层在稳产状况下，震前6天，产量突然增加一倍，且含水明显下降，震后2天产量又很快恢复到原来状态。又如辽河油田兴5井1972年5月投产11个月后产量降到2 t/d，地层压力由21.2Mpa降到18.2Mpa。海城地震前4个月，产液量猛增到46～48 t/d，超过投产初期的2～3倍。临震前产33.7 t/d，震后又升到40多t/d，然后逐渐下降，3个月后停喷（王致和，1986）。这是因为断层活动能加速流体在岩层空隙中流动的效应。据蔡祖煌等研究（1980），天然地震力可在岩石颗粒接触处引起高达2000 kg/cm2 短时附加应力，这种应力的多次脉冲变化，可以引起岩石孔隙流体压力的急剧升降，从而加速流体的运移。再如，冀中坳陷岔河集油田下生上储型东营组油藏，在供油断层附近油质轻，气重、水咸；随着距供油断层距离增加，油质变重，气变轻，水变淡（表2-4）。

表2-4 岔河集油田岔4井断块东三段流体性质变化表

注：岔河集地区东营组正常地层水总矿化度为（0.4～0.8）×104mg/kg，沙河街组烃源层水总矿化度为（2～9）×104mg/kg。

勘探实践表明，两条油源断层的交汇处是形成下生上储型油气藏最有利地区。这是因为该处地层变形较强烈，容易形成圈闭；又是断开启程度较高的部位，具有良好的油气运移通道。油气沿油源断层向上运移充分，断层向上断到哪里，油层就分布到哪里。如留北油田从古潜山雾迷山组到古近系东营组，新近系馆陶组、明化镇组均有油层分布（图2-18）。这说明了断层具有开启性的一面，另一方面断层活动宁静期时又具有长期封闭性。如渤海湾盆地济阳坳陷车镇凹陷在大1断层控制的小型滚动背斜中，沙二段储层中形成了油气藏，而上部东营组圈闭中的储层却未见油气显示（图2-19）。又如黄骅坳陷孔店凸起上馆陶组砂岩储层，在断层的两侧砂岩对砂岩，一侧含油，另一侧产水，说明断层起到封堵作用。

图2-18 冀中坳陷留北油田油藏剖面示意图

综上所述，断层具有双重性，既具有开启性又具有封闭性。当然，影响断层的开启和封闭还有其他许多因素在这里就不一一列举了。

（二）断层作用与地层岩性油气藏

裂谷盆地中断层起着主导作用，盆缘断层控制了盆地、坳陷、凹陷的形状，控制了沉积的发育，控制了烃源层的展布，影响了地形地貌和汇水水道的分布，影响了圈闭的形成和发育，影响了油气运移和油气藏的形成。因此，断层对构造油气藏的形成起着重要的作用，同时与地层岩性油气藏的形成，有着十分密切的关系。

图2-19 济阳坳陷车镇凹陷大63—大59井油藏剖面图

（据李丕龙等，2003）

1.断层对沉积和烃源岩的控制作用

断层对沉积作用的影响十分明显，尤其是控凹边界断层的走向，基本上控制了凹陷的形态；断层的走向与拉张应力的方向决定了拉张应变的规模，即凹陷的沉降幅度和宽度。据 C.K.Morley（1985）对裂谷盆地研究认为：斜裂谷段的垂直断距要比垂直拉伸方向的裂谷段减小。一般斜拉伸方向成40°～50°时，其沉降（垂直断距）要比纯拉伸的情况减小20%，斜度越大沉降量减小越迅速。勘探实践表明，如二连盆地据研究，早白垩世拉张应力的方向为北西—南东向，与之呈正交的北东向张性断层受到拉张应力最大。如阿南凹陷的阿尔善断层走向NE40°～50°，倾向SE130°～160°，倾角55°，长度70km，垂直断距1000～3000m。随着断层走向的变化，垂直断距随之发生变化，当斜拉伸方位角的增大，垂直断距明显地减小。又如二连盆地白音查干凹陷为一个北断南超的箕状凹陷，北部控凹边界断层，西段为白音北断层，走向NE42°，近乎与拉伸方向垂直，倾向SE100°，倾角45°，长度40km，最大断距4000～6000m。在断层下降盘洼槽中发育有暗色泥岩2254.4m，烃源岩分布面积488km2，油气资源丰富；而东段为红克断层，走向NE80°，倾向SE170°，倾角45°，长度110km，最大断距200～500m。在断层下降盘洼槽中基本无烃源岩分布。由此可见，断层对沉积和烃源岩的发育和分布起着重要作用。

2.断层与地层岩性油气藏

断层虽然不直接形成地层岩性圈闭，但是断层影响地形地貌，沉积的汇水水道的分布，从而控制了地层岩性油气藏的分布。因此，断层与地层岩性油气藏的形成和分布关系十分密切。

（1）大断层下降盘负地形河道砂岩性油气藏：盆地发育的后期，湖盆萎缩，河流相沉积发育。尤其是同沉积大断层，在断层的下降盘形成负地形，发育条带状河道砂体。如渤海湾盆地冀中坳陷大王庄东断层下降盘河道砂岩性油藏。该岩性油藏位于冀中坳陷饶阳凹陷中南部大王庄构造带与留西构造带的结合部大王庄东断层下降盘。沙一上亚段—东营组沉积时，沿下降盘断根负地形，河流因势利导，下切充填形成条带状河道砂体。东西宽4km，南北长10km，勘探面积40km2。主要物源为自西南流向北东方向的新河—饶阳古水流体系，该区属于河流中下游曲流河。由于断层长期活动，沟通下伏沙三段、沙一段烃源层，将油气运移至砂体中形成河道砂体岩性油藏。

另外，在饶阳凹陷马西断层根部的马95井—马35井东三段—沙一上亚段构造岩性油藏也属于这种类型。砂体呈条带状沿马西断层根部的负地形呈南北向分布；在地震剖面上古河床呈变振幅不连续充填反射结构，以顶平底凸的透镜状为特征。

（2）断层控制汇水水道和沉积相带：如冀中坳陷廊固凹陷大兴断层对砾岩油藏分布的控制作用。大兴断层是廊固凹陷西北边缘的控凹边界断层，背靠大兴凸起，面向廊固凹陷，走向北东，倾向南东，倾角40°～50°，沙三段平均断距＞3000m。据朱庆忠等（2003）研究，大兴断层的发育经过断层连锁过程。在沙三下亚段沉积早期，大兴断层分为北、中、南三段，分别为3 条独立的同倾向断层，每条断层控制一个沉积中心（图2-20b）。3条断层之间为变换斜坡带，在地形上形成相对较低的槽型斜坡带，成为大兴凸起水系入湖的重要汇水通道，将粗碎屑快速搬运入湖，从而形成了3个近南北轴向的水下扇砾岩体（图2-20a）。砾岩体在平面上呈扇形，在剖面上呈楔形。沙三下亚段晚期至沙三段后期，大兴断层活动加剧，3条独立的同倾向断层连锁成一条断层。随着湖盆水体加深，沉积中心变为2个（图2-20c）。在沉积中心发育了一套厚逾3000m，半深湖—深湖相泥岩，是本区主要烃源层。沙二段沉积末期大兴断层停止活动。

图2-20 廊固凹陷砾岩体等厚图

（据朱庆忠等，2003）

a—沙三下亚段；b—沙三下亚段下部；c—沙三上亚段

大兴砾岩体的储层主要为扇中亚相的辫状水道细砾岩，单层最大厚度50m。砾石成分以灰岩、白云岩为主，石英、燧石次之，分选性差。储集空间主要为溶蚀孔、洞和裂缝。白云岩细砾岩的储集条件好于灰岩细砾岩。

砾岩体插入烃源岩中具有良好的成藏条件。由此可见，掌握断层对沉积相带的控制作用，就可以有意识地勘探砾岩油藏。

又如济阳坳陷东营凹陷北部边界断层，即位于陈家庄凸起和滨县凸起以南的陈南断层，在中生代末至古近纪，追踪、改造前期北东向和北西向两组扭裂面而形成锯齿状弧形断层。在“锯齿”处断面相向而倾成为沟，是汇水水道，是砂体的发育区；断面相背而倾成为梁，是分水岭（图2-21），从而控制了陡坡带古近纪沉积体系的发育（王志刚，2003）。

3.断层与油气运移

众所周知，断层是油气运移的重要通道。根据油气运移方式的不同，断裂输导系统对油气的输导模式可分为侧向输导和垂向输导两种模式，但以垂向输导模式最为常见。

（1）垂向输导断层：断层断面与烃源层同倾向呈交角接触的垂向输导模式，对油气向断层运移十分有利，油气除了受流体压力作用外，同时还受到浮力的作用，交角越大浮力越大，且二者的方向一致，尤其是在断层活动期，加速流体在岩层中流动效应，促使油气源源不断地向断面运移。

大量勘探实践表明，在这种情况下，沿断层附近的圈闭灌满程度高，油气资源丰富。如任丘油田任西断层，任西洼槽中沙三段和沙一段烃源层超覆在任西断层面上，使任西洼槽中生成的油气向任丘潜山富集。又如冀中坳陷深县凹陷榆科断层是一条长期活动断层，沙三段烃源层超覆在榆科主干断层面上，使油气沿断面运移。再沿分支断层运移至东营组砂岩储层中，形成下生上储型东营组油藏（图2-22）。再如，二连盆地赛汉塔拉凹陷扎布构造带腾二段下生上储型油藏的形成。该凹陷主要烃源层阿尔善组和腾一段超覆在扎布断层面上，油气在流体压力和浮力的作用，沿断面穿越400m的巨厚泥岩隔层，垂向运移到腾二段储层中，形成下生上储油藏（图2-23）。

图2-21 箕状凹陷弧形陡坡带沉积特征图

（据王志刚，2003）

图2-22 冀中坳陷榆科油田油藏剖面图

（2）侧向输导断层：如二连盆地阿南凹陷蒙古林断层。蒙古林断层，走向近南北向，断面东倾，倾角65°，延长19km，断距一般为100～300m，为阿北和蒙古林油田东界断层，向南与阿南凹陷控凹断层——阿尔善大断层相接。

图2-23 二连盆地赛汉塔拉凹陷扎布构造带断层通道剖面示意图

蒙古林断层可能在阿尔善组沉积早期就开始活动，腾二段沉积时，活动最强烈，至赛汉塔拉组沉积前停止活动。断层上断至腾二段，下至基底。断层两侧岩性对接分为南、中、北三段。南段为上盘阿四段砂岩、泥岩与下盘阿尔善组砾岩对接，上盘古生界凝灰岩与下盘阿尔善组砾岩对接。中段，腾一段泥岩与下盘阿尔善组砾岩或安山岩对接，上盘阿尔善组砾岩或安山岩及古生界凝灰岩与下盘阿尔善组砾岩或安山岩对接。北段上盘腾一段泥岩与下盘阿尔善组砾岩对接，上盘阿三段砾岩与下盘阿尔善组砾岩或古生界凝灰岩对接。

蒙古林断层从阿南洼槽至蒙古林构造由低至高，具有较大的势能差。因此，蒙古林断层是蒙古林构造和小阿北构造油气的主要输导断裂。其依据如下。

（1）不同油藏具有相同油源：研究和实践证实，阿南凹陷善南洼槽阿尔善组和腾一段是主力烃源层，生成的油气由高势区向洼槽周围的低势区圈闭中运移。向西运移进入阿尔善背斜构造，聚集成层状砂岩油藏；向东运移形成哈南凝灰岩潜山油藏；向北运移，通过阿尔善断层和蒙古林油源断层，与无烃源层的高台阶储集体沟通，形成阿北安山岩块状油藏和蒙古林砂砾岩油藏。尽管这4个油藏的产层、埋深和储层岩性都不相同，但是原油的甾烷、萜烷谱图与阿尔善组烃源岩十分相似；油源指标也完全可以对比（表2-5），说明来自同一油源，也就是说，油气来自于阿南凹陷善南洼槽。

（2）油气运移指标反映由南向北运移：从南向北，阿南油田→阿北油田→蒙古林油田，原油性质呈现有规律的变化（表2-6）。含蜡量、凝固点降低，含蜡量由18.43%降至4.7%～7.2%；凝固点从28.5°降至17°～23°。而原油密度、黏度和胶质+沥青质含量增大，原油密度由0.8449 g/cm3 增至0.8949～0.905 g/cm3；黏度从14.19Mpa · s增至77.88～704.61Mpa·s；胶质+沥青质含量由13.8%增至36.29%～46.70%。这反映出原油从凹陷深部向北运移的过程中脱蜡、脱气、氧化的层析作用。

综上所述，蒙古林断层是油气从善南洼槽向阿北构造和蒙古林构造的运移通道（图2-24）。阿南凹陷成熟烃源岩生成的油气通过阿尔善断层沿着蒙古林断层从南向北，进行长距离的横向运移，运移到阿北、蒙古林等低油气势区，聚集成藏。油气运移水平距离一般为5～12km，最远可达13～20km。

表2-5 阿南凹陷原油—烃源岩对比表

表2-6 阿南凹陷油气运移过程中原油的物性变化