楊懷宇

1. 中國(guó)石化勝利油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，山東 東營(yíng) 2570002. 中國(guó)石化勝利油田博士后流動(dòng)工作站，山東 東營(yíng) 257000

0 引言

潛山最早被定義為凡是現(xiàn)今被不整合埋藏在較新的沉積層之下、由盆地基底巖層組成的山丘[1]。胡見(jiàn)義等[2]研究渤海灣盆地古潛山油氣藏時(shí)指出，潛山油氣藏系指以下第三系為烴源巖、以第三系不整合面以下的前第三系基巖為儲(chǔ)層、具有多種圈閉類型的油氣藏。東營(yíng)凹陷油氣資源非常豐富，目前已發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)量近29億t，儲(chǔ)量層系主要集中于中淺層沙河街組、孔店組等，深部層系中—古生界潛山探明儲(chǔ)量3 742萬(wàn)t；特別是近期在高青潛山完鉆的花古斜101井在上古生界致密石英砂巖中獲得51 t/d的高產(chǎn)油流，顯示出上古生界良好的勘探前景。因此，勘探程度較低的深部層系必將成為下步重要的勘探接替領(lǐng)域[3]。

王家崗-八面河地區(qū)位于東營(yíng)凹陷南部斜坡帶東翼，目前僅有20余口探井鉆遇潛山表層的復(fù)雜巖性地層(平均進(jìn)山150m)，潛山地層認(rèn)識(shí)程度較低。國(guó)內(nèi)針對(duì)濟(jì)陽(yáng)坳陷潛山的地層認(rèn)識(shí)主要集中于中生界、下古生界及太古宇的地層巖相[4-7]、層序劃分[8-10]及測(cè)井不整合識(shí)別方面[11]，針對(duì)研究區(qū)主要目的層——上古生界僅有部分野外巖相[12-13]、上石盒子儲(chǔ)層特征等研究成果[14]；這些成果雖對(duì)研究區(qū)周緣的巖相類型具有一定認(rèn)識(shí)，然而由于手段單一、橫向跨度大造成可對(duì)比性一般。同時(shí)，研究區(qū)中—古生代時(shí)期遭受多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)[15-16]，潛山地層剝蝕嚴(yán)重，鉆探潛山鉆井所揭示的復(fù)雜巖相組合證實(shí)了潛山地層劃分的多解性和復(fù)雜性。針對(duì)低認(rèn)識(shí)程度的潛山勘探，搞清殘留地層展布及控制因素是各項(xiàng)研究的基礎(chǔ)，同時(shí)也是進(jìn)一步加強(qiáng)潛山地質(zhì)結(jié)構(gòu)與目的層構(gòu)造格局認(rèn)識(shí)的關(guān)鍵因素。因此，有必要針對(duì)研究區(qū)的潛山殘留地層發(fā)育特征、展布模式及控制因素等方面展開(kāi)系統(tǒng)研究。

1 地質(zhì)背景

東營(yíng)凹陷經(jīng)歷了印支期、燕山期變形和新生代的裂陷運(yùn)動(dòng)，盆地為呈東西走向的北斷南超的箕狀斷陷。研究區(qū)王家崗-八面河地區(qū)位于東營(yíng)凹陷的南部緩坡帶東翼(圖1)，該區(qū)發(fā)育的潛山沿石村、陳官莊、王家崗斷裂帶展布。這些北西向的斷裂帶受到多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，造成斷裂帶周緣的潛山遭受多次抬升剝蝕及沉降沉積，以至于地層產(chǎn)狀及斷裂走向都發(fā)生復(fù)雜的構(gòu)造變形，給研究區(qū)緩坡盆傾山系的殘留地層分布認(rèn)識(shí)帶來(lái)復(fù)雜性。

由于研究區(qū)潛山地層殘留不均，地層認(rèn)識(shí)程度很低。早期勘探學(xué)者認(rèn)為，古近系不整合以下大面積發(fā)育“中生界”[4, 10]，其典型巖相如具紫紅色砂泥巖、火成巖以及少數(shù)薄層煤系地層等[13]；然而，這些巖相在鄰近層系亦會(huì)發(fā)育，如古近系底部孔店組同樣發(fā)育火成巖，上古生界石炭系亦發(fā)育薄煤層等(圖2)。因此，研究區(qū)的殘留地層時(shí)代歸屬與地層發(fā)育模式等難題亟待解決。近期，同處東營(yíng)凹陷南坡的高青潛山勘探的新發(fā)現(xiàn)證實(shí)了勘探程度極低的上古生界具有較大勘探潛力和儲(chǔ)量規(guī)模[2-3]，同時(shí)也極大地引發(fā)了潛山勘探熱潮，積極地促進(jìn)了王家崗—八面河潛山發(fā)育區(qū)的殘留地層、地質(zhì)結(jié)構(gòu)及構(gòu)造演化等一系列研究。

2 潛山殘留地層發(fā)育特征及展布

2.1 殘留地層時(shí)代重新厘定

王家崗—八面河地區(qū)多數(shù)完鉆井零星鉆遇中生界的不同層系，通過(guò)與魯西隆起區(qū)野外巖石地層對(duì)比發(fā)現(xiàn)，中生界侏羅系坊子組-三臺(tái)組發(fā)育多套砂泥巖旋回，以坊子組的暗色泥巖、炭質(zhì)泥巖夾薄層紅色砂巖和三臺(tái)組的灰色、棕紅色粉、細(xì)砂巖夾灰色泥巖等類型為代表；白堊系由下至上以凝灰質(zhì)砂礫巖等逐漸增多為典型特征(圖2)。東營(yíng)凹陷南部的上古生界覆蓋區(qū)地層巖性組合一直認(rèn)識(shí)不清，通過(guò)調(diào)研《山東省區(qū)域地質(zhì)志》[13]資料，結(jié)合博山、臨淄等地區(qū)的野外踏勘發(fā)現(xiàn)，石炭系本溪組、太原組的標(biāo)志層為不整合附近的鋁土礦、大套泥巖中夾煤層、薄層“草埠溝”灰?guī)r等。二疊系下部的山西組以砂泥巖旋回為主，局部夾薄煤層[17]；中上部的上石盒子組以大套長(zhǎng)石石英砂巖、石英砂巖為典型特征(圖2)。

1．構(gòu)造帶界線；2. 第三系超覆線；3. 第三系剝蝕線；4. 主要斷層；5. 研究區(qū)范圍；6. 鉆井位置及井號(hào)；7. 地名。圖1 東營(yíng)凹陷構(gòu)造單元簡(jiǎn)圖Fig.1 Simplified structural map of the Dongying sag

雖然研究區(qū)潛山不同層系巖相組合具有一定典型性，但亦存在多解性。如潛山頂部火成巖歸屬問(wèn)題(白堊系或孔店組)和煤層歸屬問(wèn)題(侏羅系或石炭系)等，這些典型巖相的時(shí)代歸屬直接影響了潛山地層結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)。

2.1.1 火成巖歸屬

受傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)定勢(shì)思維，中生界白堊系中上部發(fā)育穩(wěn)定的火山巖沉積，以厚層玄武巖、安山巖等典型噴出巖為特征[18-19]，此認(rèn)識(shí)在很大程度上限制了王家崗南部潛山頂面附近火成巖的歸屬問(wèn)題。如廣饒潛山北部斜坡的王73井、草古3井等處沉積了厚80～110 m的噴出巖，該套火成巖一直被當(dāng)作中生界白堊系，隨之而來(lái)的矛盾是緊鄰下部發(fā)育典型上古生界石英砂巖、煤層等碎屑巖相，且?guī)r石顏色以淺灰色、灰色為主，未曾出現(xiàn)中生界紅色碎屑巖沉積，另外古生界一般不發(fā)育火成巖沉積，以上地層沉積特征給火成巖的時(shí)代歸屬提出了新的質(zhì)疑。與此同時(shí)，王73井區(qū)向北到王669-王古2井區(qū)潛山內(nèi)幕發(fā)育明顯剝蝕不整合界面，界面之上亦發(fā)育火成巖，如王669井(安山巖、凝灰?guī)r，厚82 m)、王古2井(安山巖、凝灰?guī)r，厚40 m)等處，符合中生界白堊系的巖相特征。筆者通過(guò)多條近南北向地震與地質(zhì)剖面的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，該套火成巖在廣饒潛山斜坡往北的廣大區(qū)域并不發(fā)育，主要位于王73井區(qū)以北與王古2井區(qū)以南之間區(qū)域(圖3)。同時(shí)，潛山頂部不整合的地層削截現(xiàn)象十分明顯，且頂部地層巖相為典型的大套石英砂巖；石英砂巖一般認(rèn)為是上古生界上石盒子組的標(biāo)志層，該處不整合面應(yīng)為上古生界頂面(地震標(biāo)志軸Tg)。通過(guò)合成記錄標(biāo)定潛山頂面位置，往南追蹤不整合面時(shí)會(huì)存在分歧追蹤現(xiàn)象；原因是王73井區(qū)的噴出以及溢流形成的火成巖在地震反射剖面上易形成穿時(shí)雜亂反射或短軸狀反射，因此容易錯(cuò)誤地將火成巖頂面當(dāng)成中生界頂部的不整合面。從火成巖的下伏巖相來(lái)看，該區(qū)應(yīng)該不發(fā)育中生界，因此這種追蹤雜亂反射的頂面是不正確的(圖4)。如果順著火成巖的底部反射層進(jìn)行追蹤，那么火成巖順其自然應(yīng)歸屬到孔店組底部，這樣就能解釋王73緊鄰火成巖下部的上古生界，該劃分方案與地層巖相組合具有統(tǒng)一性，矛盾問(wèn)題迎刃而解。

VSP. 自然電位；R25. 2.5 m底部梯度電阻率。圖2 研究區(qū)中-古生界柱狀圖Fig.2 Column of Mesozoic-Paleozoic in the study area

2.1.2 古生物地層劃分證據(jù)

以上關(guān)于潛山頂面附近的火成巖歸屬結(jié)論表明，該套火成巖應(yīng)劃分到孔店組底部而非中生界頂部地層，該認(rèn)識(shí)可以進(jìn)一步指導(dǎo)中生界展布研究。如果認(rèn)為該套火成巖為孔店組而非中生界，這樣基于王家崗南部大面積殘留中生界的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)將予以駁回，中生界殘留區(qū)可能位于王家崗中北部的洼槽區(qū)內(nèi)；該認(rèn)識(shí)在古生物方面也得到部分證據(jù)。例如：位于王家崗中部的王96井在地震反射剖面上潛山內(nèi)幕存在不整合面(推測(cè)為Mz/Pz不整合)，位于內(nèi)部不整合上部的井段在2 510～2 610 m深度的孢粉化石上發(fā)現(xiàn)三角孢屬、桫欏孢屬、三縫孢屬等，該孢粉組合層位歸屬為侏羅系，因此證實(shí)了王96井區(qū)中生界只殘留部分侏羅系底部坊子組，再往西南方向則中生界剝盡出露上古生界；王96井西南的王66井潛山頂面直接進(jìn)入上古生界，并未鉆遇中生界，在2 480～2 580 m深度段發(fā)現(xiàn)裸子植物花粉(26.1%～88.0%)占優(yōu)勢(shì)，蕨類孢子(12.0%～73.9%)次之，未見(jiàn)被子植物花粉，其層位歸屬為二疊系。綜述來(lái)看，古生物證據(jù)與傳統(tǒng)巖相組合及其火成巖歸屬等問(wèn)題都統(tǒng)一起來(lái)，證實(shí)了王家崗地區(qū)潛山頂部的中生界僅在東北部發(fā)育，西南部潛山頂部主要以上古生界為主。

2.2 殘留地層發(fā)育特征

基于以上地層重新厘定及地震層位標(biāo)定、追蹤的認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上，初步明確王家崗-八面河地區(qū)中—古生界殘留地層發(fā)育特征。從南北向地震剖面及東西向地層剖面(圖4、圖5)來(lái)看，王家崗地區(qū)中生界具有距大斷層下降盤(pán)近厚遠(yuǎn)薄的特征，表現(xiàn)為靠近北西向王古1斷層下降盤(pán)厚、往西往南均變薄的特征。通過(guò)橫切北西向的王古1斷層、王古7斷層地層剖面(圖5)可見(jiàn)，中生界殘留地層均具有下降盤(pán)厚、上升盤(pán)剝蝕殆盡的楔狀結(jié)構(gòu)；上古生界厚度具有與中生界相反的厚度特征。中生界厚度較大的區(qū)域一般上古生界較薄或剝蝕殆盡，相反中生界剝蝕殆盡區(qū)域上古生界厚度較大，形成了靠近斷層下降盤(pán)的不整合造成上古生界剝成“薄底”或“凸底”的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，因此上古生界具有距北西向大斷層近薄遠(yuǎn)厚的沉積厚度；下古生界的地層相對(duì)來(lái)說(shuō)較為穩(wěn)定，僅在北西向斷層附近由于早期擠壓的動(dòng)力學(xué)背景造成逆沖斷層十分發(fā)育，逆沖斷層形成的地層重復(fù)與加厚現(xiàn)象嚴(yán)重，而斷層不發(fā)育區(qū)地層厚度則相對(duì)穩(wěn)定。

2.3 殘留地層展布

由以上殘留地層分析可見(jiàn)，中生界主要?dú)埩粲谝幌盗斜蔽飨蚬派鐫撋街g的山間盆地，且靠近大斷層下降盤(pán)最厚，離斷層越遠(yuǎn)厚度越薄。通過(guò)潛山殘留地層分布(圖6)可以看出，上古生界靠近斷層附近剝蝕最為嚴(yán)重，這種特征明顯表現(xiàn)在斷層下降盤(pán)。由于下降盤(pán)上古生界的“薄底或凸底”接觸關(guān)系，形成了距離下降盤(pán)最近為石炭系、遠(yuǎn)離斷層逐漸變?yōu)槎B系的地層特征。同時(shí)，由于二疊系厚度較大，受剝蝕改造程度的范圍最小，因此北西向斷層之間二疊系展布范圍最廣。另外，早期的逆沖推覆造成斷層上升盤(pán)上古生界剝蝕殆盡，如王古1井潛山頂部?jī)H殘留190 m石炭系，八面河的新角7井則直接出露奧陶系；這表明一系列北西向斷層上升盤(pán)向東殘留地層時(shí)代更老，由此推斷八面河地區(qū)潛山逆沖推覆更為嚴(yán)重，造成上升盤(pán)地層剝蝕也更為嚴(yán)重(圖6)。

3 地層結(jié)構(gòu)控制因素

從現(xiàn)今潛山殘留地層展布來(lái)看，潛山地層明顯受到北西向老斷層所控制[20-21]。王家崗—八面河地區(qū)的潛山帶是經(jīng)歷了多期次擠壓、拉張應(yīng)力場(chǎng)相互疊加形成的復(fù)雜地質(zhì)體，其初始發(fā)育于印支期，后經(jīng)燕山期拉張裂陷，切割為斷塊并抬升定型，為典型的盆傾殘丘潛山[16]。

圖5 王家崗—八面河地區(qū)近東西向中—古生界殘留地層剖面圖Fig.5 Residual formation profile of Mesozoic-Paleozoic nearly east-westward in Wangjiagang-Bamianhe area

從構(gòu)造-沉積演化史來(lái)看，整個(gè)東營(yíng)凹陷在海西期整體下沉，石炭系--二疊系(C-P)為海陸交互相沉積，平行不整合覆蓋于在奧陶系上；在印支--燕山運(yùn)動(dòng)早期，揚(yáng)子板塊與西伯利亞板塊南北向碰撞，產(chǎn)生南北向擠壓應(yīng)力場(chǎng)，因而造成研究區(qū)普遍抬升，同時(shí)產(chǎn)生了“弓形”逆沖斷層(圖7a)，逆沖斷層上盤(pán)下—中侏羅統(tǒng)(J1+2)以及石炭系--二疊系(C-P)遭受剝蝕，在構(gòu)造高部位古生界有不同程度的剝蝕，形成“薄底型”或“凸底型”負(fù)反轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)；燕山運(yùn)動(dòng)中晚期，由于西太平洋板塊NNW向俯沖及郯廬斷裂帶左旋產(chǎn)生NE—SW向拉張應(yīng)力場(chǎng)，早期逆斷層負(fù)反轉(zhuǎn)成拉張性質(zhì)的正斷層(如王古1斷層、王古7斷層)，該演化階段形成“東斷西超的斷陷盆地”，控制上侏羅統(tǒng)--白堊系(J3+K)的半地塹式火山碎屑沉積，同時(shí)其斷層上盤(pán)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)掀斜，產(chǎn)狀發(fā)生小幅變陡抬升，如王古1潛山周緣遭受剝蝕，上古生界僅殘留底部石炭系(圖7b)；喜山運(yùn)動(dòng)時(shí)期，西太平洋板塊NNW向俯沖角度變?yōu)?0°及郯廬斷裂帶右旋產(chǎn)生NW—SE向拉張應(yīng)力場(chǎng)，大量北東向斷層形成且活動(dòng)性達(dá)到最大值，北西向斷層部分停止活動(dòng)，轉(zhuǎn)換為多條走滑斷層，造成王家崗中南部劇烈抬升，中—古生界遭受強(qiáng)烈剝蝕，形成現(xiàn)今分布特征。

圖6 王家崗—八面河地區(qū)古生界殘留地層展布Fig.6 Residual formation distribution of Paleozoic in Wangjiagang-Bamianhe area

a．印支擠壓剝蝕期；b．燕山拉張裂陷期。圖7 王家崗—八面河地區(qū)構(gòu)造演化模式圖Fig.7 Tectonic evolution mode in Wangjiagang-Bamianhe area

綜前所述，研究區(qū)經(jīng)歷多期復(fù)雜構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造成殘留地層分布不均。整體看來(lái)，海西--印支期擠壓應(yīng)力場(chǎng)形成的早期逆沖斷層造成了C-P遭受剝蝕呈“薄底或凸底”地質(zhì)結(jié)構(gòu)(圖7b)，形成了下降盤(pán)上古生界距大斷層“近薄遠(yuǎn)厚”的特點(diǎn)；燕山--喜山期反轉(zhuǎn)斷層持續(xù)拉張作用造成后期拉張斷層形成區(qū)域沉積中心，其拉張強(qiáng)度大小決定下降盤(pán)的沉積厚度，地層呈現(xiàn)距大斷層“近厚遠(yuǎn)薄”的特點(diǎn)。

4 結(jié)論

1)利用野外巖石地層、古生物及地震解釋等多手段分析，重新厘定研究區(qū)潛山地層地質(zhì)結(jié)構(gòu)，明確下降盤(pán)中生界距北西向斷層具有“近厚遠(yuǎn)薄”特征，上古生界具有下降盤(pán)的“薄底或凸底”特征，且上升盤(pán)遭受剝蝕嚴(yán)重，下古生界厚度則較為穩(wěn)定，僅在北西向斷層附近具有逆沖加厚現(xiàn)象；

2)基于殘留地層厘定與地層結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)，通過(guò)構(gòu)造-沉積演化分析，明確研究區(qū)早期經(jīng)歷印支期區(qū)域擠壓造成逆沖成山，隨后轉(zhuǎn)變?yōu)檠嗌狡诘睦瓘埩严輹r(shí)期，從而控制了研究區(qū)中—古生界表現(xiàn)為“蹺蹺板”式的反轉(zhuǎn)殘留地層模式。

致謝：勝利油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院地層室張存霞高級(jí)工程師提供了古生物資料，清河采油廠地質(zhì)所黃中歌高級(jí)工程師、張紫光高級(jí)工程師提供了八面河探區(qū)潛山鉆井資料，在此一并致謝！