深层—超深层油气勘探已成为我国未来油气增储上产的重要接替领域,渤中凹陷西南环作为渤海湾盆地内深层—超深层勘探最现实有利区已有一定发现。但由于该区块位于多条基底先存断裂交界处,多期伸展、走滑叠加变形导致不同性质先存基底断裂与新生断裂相互交织产生了极为复杂的结构样式,复杂断裂间相互作用关系及成因机制不明确,最终造成断裂差异演化控油气富集规律认识不清,严重制约了油气勘探突破。因此本论文以渤中凹陷西南环为研究靶区,综合运用三维地震、钻井和测井等资料,精细刻画研究区断裂几何学特征,明确现今研究区断裂构造样式及其分布差异,据此将断裂体系进行分区;通过断裂活动性、分段性定量表征及平衡剖面等方法,系统开展研究区断裂运动学特征分析,定量表征断裂活动特征和生长过程,划分断裂系统,并恢复不同分区断裂系统差异演化序列;结合区域构造背景,揭示了伸展—走滑复合断裂形成动力学机制及分区断裂差异变形原因,最后基于上述研究,系统讨论了断裂差异演化对深层油气富集的控制作用,研究结果表明: 基于断裂几何学特征分析,明确了渤中凹陷西南环内共发育S-N、NNE、NW-近EW和NE-NEE、四组走向断裂体系,受多期构造运动的影响,形成了包括伸展、走滑、伸展—走滑复合等多种各自独立又相互关联的构造样式,体现了多种变形在时间上叠置和空间上并存的特点。依据伸展与走滑变形叠加顺序及强度占比的关系建立了伸展-弱走滑、伸展-强走滑、持续伸展和持续走滑4种断裂叠加变形模式。根据断裂叠加构造样式差异分布的特征,将渤中凹陷西南环自西向东整体划分为三个构造变形区:分别为西部伸展—走滑复合构造区、中部伸展构造区和东部走滑构造区。 渤中凹陷西南环共经历古近系裂陷Ⅰ幕(孔店组沉积期)、裂陷Ⅱ幕(沙河街组沉积期)、裂陷Ⅲ幕(东营组沉积期)和新近系后裂陷阶段(馆陶组-明化镇组沉积期)共4幕演化过程。在此基础上发育七套断裂系统,分别为:长期活动走滑断裂、中生代长期活动伸展—走滑复合断裂、中生代长期活动伸展断裂、沙河街期长期活动伸展断裂、早期活动走滑断裂、早期活动伸展断裂和中晚期活动张扭断裂。结合构造平衡剖面,细化了不同分区内断裂垂向差异演化序列:西区整体遵循弱走滑叠加强伸展的演化序列,中区整体遵循持续伸展的演化序列,东区整体遵循持续走滑的演化序列。 周缘板块间相互作用或由此产生的深部壳幔作用是渤中凹陷西南环断裂形成的主要驱动力,NWW-EW向逆冲构造体系和NNE向走滑构造体系在统一应力场下的选择性再活化是断裂差异演化的关键因素。各分区断裂差异演化主要表现为西区以NNE-NE走向的伸展—走滑复合断裂为主,断裂活动强度“早强晚弱”,早期多以伸展变形为主强烈控制地层沉积,局部发生走滑变形,晚期部分断裂发生斜向伸展和张扭变形;中区以NWW-EW向伸展断裂为主,断裂持续活动,构造变形继承性强;东区以NNE向走滑断裂为主,断裂活动强度“早弱晚强”,早期局部走滑断裂表现为控制沉积的伸展断裂,晚期强烈走滑变形改造地层展布。 渤中凹陷西南环太古界潜山和古近系孔店组-沙河街组是深层油气富集主力层位,呈“西富东贫”的分布特征,探讨了伸展—走滑复合断裂差异演化控储、控运、控聚作用。首先断裂差异演化控制油气有利聚集层系,长期活动走滑断裂、中生代长期活动伸展—走滑复合断裂、中生代长期活动伸展断裂、沙河街期长期活动伸展断裂是主要油源断裂类型,其中位于东区的长期活动走滑断裂垂向输导能力最强,最不利于深层油气富集;其次断裂差异演化控制油气有利聚集区,控制西区和中区深层汇聚单元形成的中生代伸展—走滑复合断裂和中生代长期伸展断裂活动强度大,导致汇聚单元规模大,聚油能力高;最后断裂差异演化改造储层进而控制油气有利聚集部位,断裂活动特征不但可以控制汇聚单元隆升幅度进而控制表层风化壳厚度和物性,还可以控制潜山内幕构造裂缝的密度、走向及有效性,断裂多期叠加变形是形成有效连通缝网储集体的关键因素。综合判定,西区的中生代伸展—走滑复合断裂及多类断裂系统叠加部位是深层油气富集的最优部位。