东濮凹陷濮城构造形成演化及油气前景_邹宇轩.pdf

第 卷 第 期 年 月东 华 理 工 大 学 学 报（自 然 科 学 版）（）.收稿日期：基金项目：东华理工大学江西省数字国土重点实验室开放研究基金项目（）；东 华 理 工 大 学 博 士 科 研 启 动 基 金 项 目（）作者简介：邹宇轩（），女，博士研究生，工程师，主要从事构造地质、铀矿地质等方面研究。：东濮凹陷濮城构造形成演化及油气前景邹宇轩，陈书平（东华理工大学 江西省数字国土重点实验室，江西 南昌；东华理工大学 地质调查研究院，江西 南昌；东华理工大学 地球科学学院，江西 南昌；中国石油大学（北京）地球科学学院，北京）摘 要：濮城构造油气地质条件优越，但其自身的构造特征及演化仍缺乏精细研究，制约了该区的油气勘探部署。通过综合利用地震和钻孔数据解析了濮城构造的变形特征及演化过程，并探讨了该构造的油气前景。研究表明，濮城构造存在北北东向、北东东 近东西向、近南北向三组断层，发育伸展构造、走滑构造和盐构造三类构造样式，具有南北分段的总体特征。濮城构造的形成演化可划为古近纪裂陷和新近纪 第四纪拗陷两大阶段，前者又可细分为初陷、深陷、萎缩和消亡 个时期。北北东向断层形成于初陷期 深陷期，北东东 近东西向断层、近南北向断层和濮城背斜形成于萎缩期，其中濮城背斜是伸展背景下因盐层的存在导致其上下层系变形不协调而形成的强制褶皱。区内与成藏期油源断裂相沟通的断块型圈闭、背斜型圈闭和裂缝型圈闭都是潜在的有利勘探区，其中濮城背斜转折端及附近原本较致密岩层可能形成裂缝发育区，是值得注意的油气勘探区域。关键词：强制褶皱；构造样式；构造演化；濮城构造；东濮凹陷中图分类号：文献标志码：文章编号：（）邹宇轩，陈书平，东濮凹陷濮城构造形成演化及油气前景 东华理工大学学报（自然科学版），（）：，（），（）：东濮凹陷位于渤海湾盆地最南端，是一个南宽北窄、北北东向延伸的新生代裂陷盆地（图），同时也是一个富油气盆地和含盐盆地（陈发亮，）。前人研究表明，东濮凹陷以前新生代结晶、变质岩系为基底（漆家福等，；李洪革等，；张洪安等，），盖层自下而上由古近系始新统沙四段（）、沙三段（），渐新统沙二段（）、沙一段（）、东营组（）和厚度有限的新近系 第四系组成。新生界总体以碎屑岩为主，但沙三段中含有巨厚的盐层沉积，在变形过程中有重要作用（陈书平等，）。东濮凹陷断裂、褶皱极为发育，其形成演化受构造控制（漆家福等，；李鹏举等，；胥菊珍等，；马宝军等，），以断裂为界可将东濮凹陷划分为西斜坡带、西部次级凹陷带、中央隆起带及东部次级凹陷带 个构造单元（图）。受基底先存构造和多期多向应力场等影响，凹陷内部结构异常复杂，不同部位的构造样式（孙思敏，；陈书平等，；张克鑫等，；刘剑平，；程秀申，）、运动学特征（苏惠等，；漆家福等，；徐翰，）乃至构造沉积格局（尚墨翰，）都具有很大差异。油气分布与断裂、褶皱等构造的空间展布和形成演化密切相关（樊生利等，；张亚敏等，；李继东，；梁富康等，；尚墨翰，；余海波等，），构造因素对整个凹陷的油气富集具有重要的控制作用。濮城构造是东濮凹陷北部一个被断层复杂化的北东 南西向长轴背斜（图），属于中央隆起带的次级正向单元。受兰聊断层和濮城断层影响，濮城构造东西两侧各发育一个次级洼陷，二者在濮城构造北部相连，构成濮城构造三面环生油洼陷的有利成藏条件，是东濮凹陷油气富集的地区之一（程秀申，）。但经过多年实践，濮城构造已进入高成熟勘探阶段，以往从凹陷整体进行的构造研究已无法满足当前油气勘探开发的需求（陈书平等，；朱蕾，），针对本区开展精细研究，寻找新图 东濮凹陷构造单元划分图（）及濮城构造沙二段底面构造图（；陈书平等，）（），（）的增储区迫在眉睫。通过利用地震和钻孔资料对濮城构造进行了精细解析，明确了濮城构造的基本发育特征，分析了该构造的演化过程及机制，在此基础上探讨了濮城构造的油气勘探前景。濮城构造的基本特征 主要断裂及分布特征濮城构造总体是一个北东 南西向展布的长轴背斜，内部断裂极为发育，在其长约 、宽约 的范围内分布着近百条切割不同层位的各级断层，其中切割较深、延伸较长、控制区内构造格局的断层有 条，详见表 所示。背斜东翼的濮 断层规模较大，属于区域上断穿基底的濮城断层的一部分，也是濮城长轴背斜范围内最重要的断层。背斜西翼的文 断层的产状和规模与濮 断层接近，控制着背斜西翼的构造形态。横亘于背东 华 理 工 大 学 学 报（自 然 科 学 版）年斜中部的濮 断层则呈北东东 近东西向展布，延伸方向与前述二条断层大角度相交，尽管该断层的规模较前述二条断层要小很多，但是起着重要的构造分区作用。从沙二段底面构造图（图）中可以看出，濮城构造的断层大致以濮 断层为界分为两组：北部以北北东向正断层占绝对优势，少量北东东 近东西向正断层被限制于北北东向正断层之间，且延伸较短；南部除北北东向正断层外，北东东 近东西向正断层也非常发育，将北北东向正断层错开，两组方向的断层规模相当。除此之外，北部和南部还存在一些近南北向的正断层。整体而言，区内北北东向断层数量最多、发育最好，是控制濮城构造形成演化的决定性因素。表 濮城构造主要断层特征统计表 断层名称断层产状走向倾向倾角（）落差 延伸长度 主要活动期级别濮 上濮 上濮 上濮 上濮 上濮 上文 上濮 濮 上文 上图 濮城构造正断层系统的剖面和平面组合类型 断层剖面组合类型；断层平面组合类型。构造样式濮城构造的变形样式既符合渤海湾盆地和东濮凹陷的整体特征（胥菊珍等，；陈书平等，；程秀申，），又有其自身特点，可划分为伸展构造样式、走滑构造样式和盐构造样式三种类型。（）伸展构造样式。伸展构造是濮城地区的主导构造样式，由正断层及相关构造组成。在剖面上，它们可以形成 种类型的组合（图），即：由主断层与相关分支断层组成的“字形组合”，包括一条断层把另一条反向断层切断构成的“形”、主断层与上盘反向分支断层构成的“形”、主断层与下盘反向断层构成的“人字形”或“入字形”；由主断层与上盘分支断层组成的“似花组合”，主断层第 期邹宇轩等：东濮凹陷濮城构造形成演化及油气前景常呈犁式，分支断层一般可分为倾向相对的两组，主断层与分支断层连接在一起，形似花朵；由一系列产状和规模都相近的平面式正断层组成的“多米诺组合”或“阶梯形组合”；由两条（组）规模相近、倾向相反的平面式正断层组成的“垒堑式组合”。上述不同规模、不同产状的断层在平面上又可构成多种类型的组合形式（图），以“侧列式”、“帚状式”和“网格式”为主。（）走滑构造样式。濮城地区的走滑构造仅局部发育，一般是伸展构造的伴生或派生构造，常由与区域拉张应力角度相交的先存断层再活动或区域拉张应力在局部产生的剪切分量所形成。区内走滑断层的走向滑动量有限，且往往伴有较显著的倾向滑动分量，主断层与分支断层大多在剖面上构成一组向上开口、向下收敛的“花状构造”，平面上呈“侧列式”或“帚状”排布。如穿越濮城构造的濮城断层和濮城构造东部的兰聊断层都经历过一定的走滑作用，具有上述表现（图）。图 濮城断层和兰聊断层在剖面上的“花状构造”人工地震剖面；地质解释剖面；新近系 第四系；东营组；沙一段；沙二段；沙三段；沙四段；中下三叠统；石炭系 二叠系。（）盐构造样式。传统的盐构造是指由于盐流动而形成的构造，随着相关研究的深入，近年来多数学者倾向于将一切与盐有关的构造统称为盐构造（汤良杰等，）。濮城凹陷北部的沙一段、沙三段广泛发育盐层，为盐构造的形成提供了有利条件，但在濮城构造范围内，没有典型的盐刺穿现象，仅在局部形成一些规模不大的盐拱、盐断鼻等（程秀申，）。盐层多数情况下只是作为滑脱面影响着其上下层位的变形特征，浅部的次级断层向下延伸到盐层时，常常发生滑脱而不再继续切割，早期形成的深部断层在盐层沉积覆盖后再活动时，可能并不是持续地向上断穿，而是以上覆地层的褶皱变形来调节相关位移。濮城构造的形成演化 构造期次及特征濮城构造总体是在持续拉张作用的背景下形成的。从横穿濮城构造地质剖面的构造演化史来看（图），在沙二段沉积之前濮城地区不发育褶皱构造，濮城断层表现为一条强烈控制沉积的生长断层，变形以断块作用为主（图，）。沙二段 沙一段沉积时期，濮城断层上盘虽发育了一些次级正断层，但单条断层的规模很小且断距有限，此时最引人注目的构造现象是濮城背斜的形成，沙二段和沙一段“顶薄翼厚”的特征表明该背斜是边沉积边褶皱的同沉积背斜（图）。东营组沉积时期濮城断层和褶皱仍持续发育，但活动强度明显减弱，构东 华 理 工 大 学 学 报（自 然 科 学 版）年图 濮城地区构造演化剖面图 沙四段沉积前；沙三段沉积前；沙二段沉积前；东营组沉积前；新近系沉积前；现今剖面；新近系 第四系；东营组；沙一段；沙二段；沙三段上亚段；沙三段中亚段；沙三段下亚段；沙四段；中下三叠统；石炭系 二叠系。造对沉积的控制作用已不明显（图）。新近纪第四纪断裂活动逐渐停止，濮城背斜也几乎不再继续发育（图）。根据以上特征，可以先将濮城地区的构造演化划分为构造变形较强的古近纪裂陷阶段和构造活动微弱的新近纪 第四纪拗陷阶段，这与整个渤海湾盆地的构造演化是同步的。笔者按照层长守恒原则对 条横跨濮城构造的典型剖面进行了构造复原，并计算了古近纪裂陷阶段不同时期各剖面的伸展率（图）和伸展速率（图）。可以看出，裂陷阶段地壳的伸展活动随时间变化是不均匀的，沙三段沉积期地壳伸展率最大，伸展速率也较高，沙四段沉积期、沙二段 沙一段沉积期次之，东营组沉积期构造相对最弱。由此，可以将濮城地区古近纪裂陷阶段进一步划分为初陷期（）、深陷期（）、萎缩期（）和消亡期（）个构造期。构造演化模式自然界中的褶皱构造大多形成于挤压或底辟环境，但 自 滚 动 背 斜 或 逆 牵 引 构 造（，）的概念提出以来，人们在裂陷盆地拉张背景下也识别出了多种成因的褶皱现象（，；，；李晓清等，）。濮城构造曾被解释为濮城断层活动时下降盘地层沿断面回倾弯曲形成的滚动背斜（程秀申，），然而该背斜靠近断层一翼缓、远离断层一翼陡，背斜轴面与断层倾向相反，显然与典型的滚动背斜特征不同。通过本次精细构造解析，濮城构造演化模式可归纳为（图）：古近纪中期，太平洋板块向西俯冲造成欧亚大陆东缘北西西向伸展，拉开了东濮凹陷裂谷盆地发育的序幕（邱瑞照等，；，），濮城地区在区域拉张应力作用下形成了一系列北北东向正断层，其中一些基底断层如濮第 期邹宇轩等：东濮凹陷濮城构造形成演化及油气前景图 濮城地区古近纪不同时期的伸展率与伸展速率 剖面；剖面；剖面；沙一段；沙二段；沙三段；沙四段。城断层规模较大，控制着沙四段的沉积格局（图）。随后区域拉张加剧，濮城地区在快速且持续的拉张作用下沉陷并充填了沙三段，沉积了较厚的盐岩，发育的断层仍以北北东向为主（图）。至沙二段 沙一段沉积期，区域应力场转变为近东西向的剪切拉张（陈发亮，），在区内形成了一些近南北向的正断层，同时激活了部分前中生代基底构造，致使盖层中形成了部分北东东 近东西断层（包括濮 断层）。这些构造在濮 断层以南活动强烈，切割错断了前期的北北东向断层，在濮 断层以北活动较弱而被限制于先存的北北东向断层之间（图）。沙二段 沙一段沉积期另一个重要的构造特征是，濮城断层的断裂滑动主要集中在沙三段盐层之下，而盐层之上断距很小或没有断距，位移被褶皱变形所吸收，濮城背斜就此形成。由此可见，濮城背斜不同于生长断层上盘因空间问题而产生的滚动背斜，而是由于当盐下地层强烈下移时盐层及上覆地层被迫弯曲形成强制褶皱（图）。东营组沉积时期，濮城断层仍持续活动，但强度显著减弱，濮城背斜进一步发育并定型。新近纪以来，断层活动停止，褶皱被埋藏（图）。濮城构造的油气勘探前景前人研究表明，东濮凹陷的主力油源来自沙四段 沙三段，烃源岩在沙三段上亚段 沙二段沉积期开始生烃，并于东营组沉积期达到生烃高峰（刘景东等，）。濮城构造作为东濮凹陷中一个三面环生油洼陷的“洼中隆”，自身褶皱发育、断裂交错，决定了其以构造油气藏为主的基本特征，当构造圈闭形成与烃源岩生排烃、输导体系（断裂）开启相匹配时，即可形成油气藏。从前文分析可知，濮城构造在沙四段 沙三段沉积期形成了一系列控制