李岳桐, 王文慶, 盧剛臣, 陳洪濤, 盧宗盛
( 1. 中國地質(zhì)大學(xué)(武漢) 地球科學(xué)學(xué)院,湖北 武漢 430074; 2. 中國石油東方地球物理公司研究院 大港分院,天津 300280 )
潛山泛指埋藏在盆地構(gòu)造層之下的古基巖凸起構(gòu)造,是盆地沉積之前區(qū)域性抬升與風(fēng)化剝蝕共同作用的結(jié)果[1-2]。潛山的形成多與大規(guī)模造山運(yùn)動(dòng)相伴,受控于基巖斷裂與古構(gòu)造變形,具有圈閉識(shí)別難度大、埋藏深、風(fēng)險(xiǎn)大和油氣資源規(guī)模大等特點(diǎn)。黃驊坳陷作為典型而獨(dú)特的中—新生代疊合富油盆地,是前古近紀(jì)印支、燕山和喜山造山運(yùn)動(dòng)在渤海灣盆地潛山內(nèi)幕構(gòu)造變形的主要地區(qū)。多期斷裂和褶皺強(qiáng)烈改造使基巖潛山內(nèi)幕構(gòu)造破碎,構(gòu)造形態(tài)存在明顯差異,為該區(qū)潛山類型識(shí)別、油氣成藏主控因素研究帶來困難。人們對基巖潛山類型和成藏規(guī)律進(jìn)行研究[3-5],但受地震資料和勘探程度的制約,黃驊坳陷潛山研究以獨(dú)立潛山的成因分析和油藏解剖為主,缺乏宏觀性、系統(tǒng)性和規(guī)律性,圈閉落實(shí)程度及鉆探程度偏低。因此,以新的7 654 km2超大面積地震3D數(shù)據(jù)和鉆井資料為基礎(chǔ),筆者對黃驊坳陷潛山進(jìn)行整體的構(gòu)造描述和成因分析,提出潛山的分類方案,揭示潛山類型的多樣性、分帶性及時(shí)空展布規(guī)律,為深化渤海灣盆地潛山構(gòu)造及演化的認(rèn)識(shí)提供借鑒,對指導(dǎo)黃驊坳陷潛山領(lǐng)域油氣資源勘探具有指導(dǎo)意義。
大地構(gòu)造位置上,渤海灣盆地處于周邊強(qiáng)烈板塊匯聚作用下的華北克拉通陸內(nèi)中心,經(jīng)歷復(fù)雜的構(gòu)造格局轉(zhuǎn)型、機(jī)制轉(zhuǎn)換和方位轉(zhuǎn)變[6]。黃驊坳陷地處渤海灣盆地的中北部,是渤海灣地區(qū)巖石圈強(qiáng)烈內(nèi)幕構(gòu)造變形的主要地區(qū)[7]。北界為燕山褶皺帶,西界為滄縣隆起區(qū),東界為埕寧隆起,東北部延伸入渤海海域,西南端收斂變窄后與臨清坳陷相通(見圖1)。古生代以來,黃驊坳陷經(jīng)歷多期伸展和收縮、坳陷與隆起交替發(fā)育過程,潛山呈現(xiàn)分散孤立、類型多、各個(gè)潛山構(gòu)造形態(tài)豐富多樣的獨(dú)特地質(zhì)特點(diǎn)。近年來,黃驊坳陷在中—古生界不斷獲得油氣發(fā)現(xiàn),展現(xiàn)良好的勘探前景。
圖1 黃驊坳陷前第三紀(jì)構(gòu)造單元?jiǎng)澐諪ig.1 The structral unit divisionof the frist third period in Huanghua depression
趙賢正等[8]將潛山按照勘探難易程度劃分為顯性潛山和隱蔽性潛山,按照成因差異劃分為地貌山、構(gòu)造山和構(gòu)造—地貌山,按照潛山形成時(shí)期和成因特點(diǎn)劃分為先成潛山、同生潛山和后成潛山。根據(jù)潛山構(gòu)造變形和構(gòu)造樣式特點(diǎn),楊明慧等[9]將黃驊坳陷奧陶系潛山劃分為3類,即翹傾斷塊、層滑沖斷和背斜潛山。根據(jù)研究區(qū)潛山成因和時(shí)空展布,將黃驊坳陷潛山整體分為歧口和孔南兩大潛山區(qū)。結(jié)合地震解釋資料,根據(jù)潛山構(gòu)造變形和演化特征,將黃驊坳陷潛山劃分為4種類型,即殘丘型、斷層反轉(zhuǎn)型、原型擠壓型和地形反轉(zhuǎn)型潛山(見表1)。由表1可知,研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,構(gòu)造運(yùn)動(dòng)伸展與收縮交替,不同類型潛山的構(gòu)造特征存在差異,局部構(gòu)造的發(fā)育程度也不同。
表1黃驊坳陷潛山類型及主要特征
Table1Typesandmaincharacteristicsofburied-hillsinHuanghuadepression
2.1.1 殘丘型
殘丘型潛山發(fā)育在古隆起背景上,與印支期古隆升區(qū)遭受的差異風(fēng)化剝蝕作用有關(guān),與歧口周緣疊瓦逆沖推覆構(gòu)造對應(yīng),呈現(xiàn)“古高今低”的構(gòu)造負(fù)反轉(zhuǎn)特征。一是古背斜殘丘山,主要發(fā)育于歧口主體區(qū),受南—北向強(qiáng)擠壓應(yīng)力控制,表現(xiàn)為古背斜頂部老地層遭受強(qiáng)烈的剝蝕后,后期被年輕的地層深埋成山。二是古逆沖殘丘山,由古逆沖構(gòu)造前鋒端與后緣端差異剝蝕形成,與歧口周緣疊瓦逆沖推覆構(gòu)造對應(yīng)。以千米橋潛山為例,受印支—早燕山期大規(guī)模擠壓推覆及褶皺變形影響,潛山內(nèi)幕發(fā)育3~4條順層或低角度逆沖斷層(見圖2)。逆沖斷層向北西逆沖,底部向南東收斂,形成以寒武—奧陶系卷入為主的典型的逆沖疊瓦扇狀構(gòu)造樣式;逆沖構(gòu)造變形的逆沖強(qiáng)度和方向的變化,控制潛山內(nèi)幕石炭—二疊系的差異剝蝕和奧陶系的殘余厚度,構(gòu)成現(xiàn)今古逆沖構(gòu)造前峰端侵蝕型殘丘山。
圖2 千米橋潛山構(gòu)造剖面Fig.2 Structural section of Qianmiqiao buried hill
2.1.2 斷層反轉(zhuǎn)型
斷層反轉(zhuǎn)型潛山是古逆沖斷層在第三紀(jì)斷陷階段掀斜反轉(zhuǎn)而形成的,基巖斷裂控制大型的斷鼻構(gòu)造,主要分布于古近紀(jì)基底斷裂活躍區(qū),多表現(xiàn)為基巖斷裂上盤地層早期出露地表,頂面遭受一定風(fēng)化剝蝕。下盤前第三紀(jì)地層保留較厚,勘探層系較全。如港北潛山地震剖面中表現(xiàn)為依附于基巖斷層的鼻狀構(gòu)造,潛山高部位殘留較厚的上古生界,翼部地層逐漸減薄尖滅,呈現(xiàn)“古低今高”正反轉(zhuǎn)的構(gòu)造跡象(見圖3)。
2.1.3 原型擠壓型
原型擠壓型潛山位于印支—燕山期構(gòu)造高部位,主要發(fā)育于孔南地區(qū)中部,表現(xiàn)為受燕山期壓扭作用而形成正向構(gòu)造,至喜山期伸展環(huán)境下,繼承性深埋,保存前第三紀(jì)擠壓痕跡,形成現(xiàn)今“古高今低”的構(gòu)造形態(tài)。烏馬營潛山為典型代表,整體處于四面環(huán)山的構(gòu)造背景下,表現(xiàn)為被斷層復(fù)雜化的深埋背斜構(gòu)造(見圖4)。潛山內(nèi)幕沖斷構(gòu)造北北東向展布,古生代—三疊紀(jì)高角度沖斷層與寒武紀(jì)沖斷層構(gòu)成“蛇頭”狀構(gòu)造,斷層面呈上陡下緩的產(chǎn)狀,向深部逐漸變?yōu)榻降幕撃鏇_斷層,其上盤巖層發(fā)生褶皺變形,為典型的鏟式逆沖斷層相關(guān)褶皺。烏馬營潛山發(fā)育的沖斷層與滄東、徐黑及埕西邊界斷層走向保持一致,推測為在燕山早期左行扭壓作用下的響應(yīng)。
圖3 港北潛山構(gòu)造剖面Fig.3 Structural section of Gangbei buried hill
圖4 烏馬營潛山構(gòu)造剖面Fig.4 Structural section of Wumaying buried hill
2.1.4 地形反轉(zhuǎn)型
地形反轉(zhuǎn)型潛山是在喜山期控盆斷層上盤發(fā)育的滾動(dòng)構(gòu)造,與滄東斷層喜山期伸展作用有關(guān),具有“古低今高”的構(gòu)造正反轉(zhuǎn)特點(diǎn),如孔店、王官屯潛山等??椎隄撋轿挥诳啄系貐^(qū)印支—早燕山期的古向斜區(qū),背斜隆起部位保存的中生界厚度大于東西兩翼,普遍見古凹陷與今凸起呈鏡像對應(yīng)關(guān)系,背斜軸部保存巨厚的中生界,說明孔店背斜主體基底為中生界沉降中心,第三紀(jì)受滄東斷裂掀斜反轉(zhuǎn)作用,發(fā)育為滾動(dòng)背斜構(gòu)造(見圖5)。
圖5 孔店潛山構(gòu)造剖面Fig.5 Structural section of Kongdian buried hill
渤海灣盆地受印支—燕山兩大造山運(yùn)動(dòng)影響,晚古生代發(fā)育一個(gè)整體南傾的大型復(fù)式背斜隆起,中生代發(fā)育近東西向羊二莊—徐水橫向轉(zhuǎn)換帶[10-12]。黃驊坳陷潛山分布受此格局影響,中生代發(fā)育的近北西西—南東東向扣村—羊三木橫向轉(zhuǎn)換帶將該區(qū)分割為歧口古隆起區(qū)和孔南古凹陷區(qū);其中,北區(qū)港北—南大港—埕海潛山(斷層反轉(zhuǎn)型潛山—“外帶”)環(huán)歧口主凹(殘丘型潛山—“內(nèi)帶”)分布,南區(qū)孔店—徐黑—東光—舍女寺潛山(地形反轉(zhuǎn)型潛山—“外帶”)環(huán)烏馬營潛山(原型擠壓型潛山—“內(nèi)帶”)分布,共同組成“兩區(qū)四帶”的構(gòu)造格局(見圖6)。
根據(jù)黃驊坳陷構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及演化發(fā)育特征分布,黃驊坳陷中—新生代潛山演化可分為擠壓期和拉張斷陷期2個(gè)階段,分別對應(yīng)印支—早燕山和晚燕山—喜山期的兩期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。受兩期盆地疊加控制,中—新生代構(gòu)造表現(xiàn)為多階段蹺蹺板演化,構(gòu)造反轉(zhuǎn)普遍(見圖7)。
黃驊坳陷前第三紀(jì)強(qiáng)烈的構(gòu)造變形是渤海灣盆地印支—燕山造山運(yùn)動(dòng)的縮影,潛山內(nèi)幕的區(qū)域性大型不整合及褶皺—逆沖斷裂系統(tǒng)與之呼應(yīng),奠定宏觀構(gòu)造格局。
前第三紀(jì)黃驊坳陷潛山構(gòu)造演化主要受2種動(dòng)力控制,即印支期華北和華南地塊的碰撞及燕山期來自太平洋板塊的俯沖作用[13-14]。黃驊坳陷歧口主凹對應(yīng)古背斜元古界出露,從主凹向周緣古生界殘留變厚,與上伏第三系呈角度不整合接觸,且削截關(guān)系明顯,揭示該區(qū)近東西向的印支期復(fù)式古背斜地貌形態(tài)及典型“構(gòu)造負(fù)反轉(zhuǎn)”的兩大構(gòu)造特點(diǎn)。黃驊坳陷發(fā)現(xiàn)的北北東—南南西向展布的大型褶皺和逆沖構(gòu)造,如千米橋逆沖構(gòu)造帶、孔西走滑構(gòu)造帶和烏馬營深層逆沖構(gòu)造等,并未切穿中生代地層,是北西—南東向擠壓應(yīng)力作用的結(jié)果,揭示早—中燕山期強(qiáng)烈的造山運(yùn)動(dòng)。燕山期北北東向構(gòu)造形跡交織于印支期近東西向構(gòu)造線,形成黃驊坳陷前第三紀(jì)基底宏觀框架,控制潛山類型及分布。
第三紀(jì)與前第三紀(jì)黃驊坳陷表現(xiàn)為差異顯著的盆地結(jié)構(gòu)特征,主要與區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場改變有關(guān)[15]。受地幔熱底辟和板塊碰撞雙重動(dòng)力機(jī)制控制,黃驊坳陷古近紀(jì)應(yīng)力場由印支—早燕山期近南北向擠壓應(yīng)力向晚燕山—喜山期北西—南東向拉張轉(zhuǎn)變,裂陷作用影響盆地區(qū)的沉積與沉降作用的發(fā)生,亦控制反轉(zhuǎn)構(gòu)造的差異分布[16-17]。
黃驊坳陷歧口地區(qū)與鄰近的孔南地區(qū)相比,反轉(zhuǎn)構(gòu)造具有獨(dú)特性。主要表現(xiàn)兩點(diǎn):一是,歧口地區(qū)古隆起地層剝蝕程度較大,印支期古背斜反轉(zhuǎn)為向斜,呈現(xiàn)“古高今低”構(gòu)造負(fù)反轉(zhuǎn)特征。不同于孔南地區(qū)古沉降中心,古向斜反轉(zhuǎn)為背斜,發(fā)生“古低今高”構(gòu)造正反轉(zhuǎn)。二是,經(jīng)歷翹翹板反轉(zhuǎn)活動(dòng),歧口地區(qū)前第三紀(jì)逆沖斷層發(fā)生正斷化,反映“早逆晚正”的負(fù)反轉(zhuǎn)特點(diǎn),基巖斷裂掀斜作用控制反向斷鼻構(gòu)造的形成??啄系貐^(qū)表現(xiàn)為印支—早燕山期收縮構(gòu)造,喜山期繼承性深埋,形成現(xiàn)今“古高今低”負(fù)反轉(zhuǎn)構(gòu)造,兩者鏡像對應(yīng)關(guān)系較明顯。
圖6 黃驊坳陷潛山分布Fig.6 Distribution of buried-hills in Huanghua depression
古潛山油氣聚集受源、儲(chǔ)條件控制,油氣藏差異分布。黃驊坳陷印支—早燕山期運(yùn)動(dòng)形成歧口和孔南古背斜及其周緣古向斜的構(gòu)造雛形。作為潛山重要烴源巖之一的石炭系殘留南厚北薄。歧口地區(qū)遭受嚴(yán)重剝蝕,孔南地區(qū)剝蝕較弱,石炭系保留完整,厚度在1 200 m左右,煤層厚度大,烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度高,熱演化程度適中,是孔南地區(qū)原型擠壓型和地形反轉(zhuǎn)型潛山重要的烴源巖,利于形成“古生古儲(chǔ)、古生中儲(chǔ)”型兩類油氣藏。喜山運(yùn)動(dòng)控制第三系烴源巖的展布及潛山供—儲(chǔ)關(guān)系,構(gòu)造反轉(zhuǎn)形成南—北兩個(gè)沉積中心,反轉(zhuǎn)幅度南弱北強(qiáng),歧口主凹沙河街組烴源巖控制大港探區(qū)80%的油氣資源量。歧口地區(qū)殘丘型與斷層反轉(zhuǎn)型潛山與新生界油源對接、側(cè)接關(guān)系好,呈“新生古儲(chǔ)、新生中儲(chǔ)”型油氣藏發(fā)育。因此,烴源巖分布與潛山油氣藏類型直接相關(guān)。
圖7 黃驊坳陷潛山構(gòu)造演化示意Fig.7 Sketch map of tectonic evolution of buried-hills in Huanghua depression
歧口地區(qū)殘丘型潛山和孔南地區(qū)原形擠壓型潛山屬于南—北兩區(qū)內(nèi)帶,埋藏相對較深,埋深一般大于3 500 m,屬于低位潛山。歧口內(nèi)帶潛山前第三紀(jì)處于構(gòu)造高部位,中生界、古生界遭受剝蝕嚴(yán)重,下古生界直接出露,以奧陶系儲(chǔ)層為主,風(fēng)化、淋濾作用在奧陶系灰?guī)r內(nèi)形成大量孔、洞,有效改善儲(chǔ)層空間。第三紀(jì)負(fù)反轉(zhuǎn),內(nèi)帶正斷層發(fā)育,有效溝通第三系油源,源—儲(chǔ)匹配優(yōu),形成“新生古儲(chǔ)”型油氣藏,已發(fā)現(xiàn)千米橋油氣藏,單井產(chǎn)量高,儲(chǔ)量規(guī)模大??啄蟽?nèi)帶的烏馬營潛山經(jīng)歷多期構(gòu)造變形疊加,前第三紀(jì)擠壓隆升幅度,雖然較歧口內(nèi)帶小,剝蝕程度較弱,但基底古逆沖斷層發(fā)育,裂縫帶縱橫交錯(cuò),儲(chǔ)層發(fā)育,且以保存完整的石炭系煤系源巖供給潛山成藏為主,已獲突破,單井日產(chǎn)氣在1.0×105m3以上,有較大勘探前景。
斷層反轉(zhuǎn)型和地形反轉(zhuǎn)型潛山環(huán)歧口主凹及烏馬營古背斜而分布,埋藏相對淺,中高位潛山發(fā)育。潛山前第三系殘留較全、儲(chǔ)層類型多,同時(shí)主控邊界斷層控制其上盤第三紀(jì)烴源巖的沉積、演化與分布,新生界烴源巖可與潛山形成良好供—儲(chǔ)關(guān)系,利于“新生古儲(chǔ)、新生中儲(chǔ)”型多層系潛山內(nèi)幕油藏的形成。歧口外帶的港北潛山,主控?cái)鄬佑行贤ㄐ律缬驮春椭?、古生界?nèi)多層系、多類型儲(chǔ)層。近年來,分別在中生界、上古生界、下古生界內(nèi)勘探獲油氣發(fā)現(xiàn),成為黃驊坳陷多層系內(nèi)幕油氣勘探的典型(見圖8)。同時(shí),歧
圖8 港北潛山油氣藏模式Fig.8 Oil and gas accumulation pattern of Gangbei buried hill
口外帶的南大港潛山、埕海潛山等為近期攻關(guān)的重點(diǎn)。對孔南外帶的王官屯潛山、舍女寺潛山,內(nèi)幕殘留較全的中生界、古生界儲(chǔ)層也通過古近紀(jì)發(fā)育的大型斷層與古近系有效源巖孔二段對接或側(cè)接(古生油源供給也占一定比例),潛山內(nèi)幕發(fā)現(xiàn)高產(chǎn)油流(見圖9)??啄贤鈳У臇|光潛山、徐—黑潛山也有可能獲得突破。
圖9 王官屯潛山油氣成藏模式Fig.9 Oil and gas accumulation pattern of Wangguantun buried hill
(1)渤海灣盆地黃驊坳陷經(jīng)歷印支—早燕山期擠壓為主和晚燕山—喜山期拉張構(gòu)造運(yùn)動(dòng)改造,古潛山非常發(fā)育、類型多樣。根據(jù)區(qū)帶劃分為歧口和孔南兩個(gè)潛山區(qū),又根據(jù)成因及構(gòu)造特征進(jìn)一步劃分為殘丘型、斷層反轉(zhuǎn)型、原型擠壓型和地形反轉(zhuǎn)型4種潛山類型。
(2)黃驊坳陷受潛山的形成演化影響,平面分布規(guī)律性明顯,4種類型潛山整體圍繞歧口和孔南兩個(gè)中心呈“兩區(qū)四帶”展布,控制潛山油氣藏的形成與分布。其中,歧口地區(qū)第三系油氣源充沛,“新生古儲(chǔ)、新生中儲(chǔ)”型油氣藏發(fā)育,孔南地區(qū)古生界油氣源豐富,利于形成“古生古儲(chǔ)、古生中儲(chǔ)”型油氣藏,是油氣勘探的有利區(qū)帶。此外,內(nèi)帶潛山埋藏深,潛力規(guī)模大;外帶潛山勘探埋藏淺,成本低。
(3)黃驊坳陷前期勘探重點(diǎn)在新生界,勘探程度高;古生界、中生界潛山多,潛力規(guī)模較大,且勘探程度低,是黃驊坳陷實(shí)現(xiàn)油氣突破的重要領(lǐng)域。
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