黃驊拗陷孔店凸起形成演化的動力學機制

顏照坤 付東立 肖敦清 李 勇 蒲秀剛 劉子藏 袁淑琴

（1.油氣藏地質及開發(fā)工程國家重點實驗室（成都理工大學），成都610059；2.大港油田公司 勘探開發(fā)研究院，天津300280）

孔店凸起是黃驊拗陷中重要的含油氣構造帶之一，其構造位置十分特殊，位于歧口、滄東、鹽北3個生油凹陷之間，因此，加強對孔店凸起的構造演化研究將對孔店凸起及其周邊地區(qū)的沉積體系展布分析及油氣勘探開發(fā)具有重要意義。雖然前人對黃驊拗陷孔店地區(qū)的研究成果已經非常豐富，但對其構造演化及其動力學機制的探討相對較少，并存在較大分歧，主要表現(xiàn)在對其構造隆升的起始時間和形成機制上有不同的認識［1－4］。

本文試圖通過孔店凸起上覆地層特征進行精細刻畫，以期更加準確地標定孔店凸起在孔店期發(fā)育的起始時間，并對孔店凸起構造演化有所認識。此外，通過對孔店凸起形態(tài)特征及其周邊構造格架的分析，嘗試從一個新的角度對孔店凸起形成的動力機制進行探討。

1 孔店凸起的構造特征

孔店凸起是由新生界盆地基底和古近系構成的一個披覆背斜構造，上面被新近系和第四系覆蓋，因此現(xiàn)今并看不到是一個凸起。它是被滄東斷層和徐西斷層夾在中間的一個二級構造單元（圖1），在孔店凸起西側發(fā)育滄東凹陷，東側發(fā)育常莊凹陷［5－8］。

鉆井資料揭示孔店凸起及其鄰區(qū)存在古生界、中生界和新生界的孔店組、沙河街組、東營組、館陶組、明化鎮(zhèn)組及平原組等地層［6，8－10］。

根據黃驊拗陷孔店南部地區(qū)三維地震數(shù)據體，首次編制了孔店凸起及周邊地區(qū)北西－南東向的二維地震剖面的構造解釋聯(lián)合剖面圖（圖2）。由于三維數(shù)據體未覆蓋整個孔南地區(qū)，部分地層和斷層是根據鉆井資料和附近二維地震剖面推測的。盡管部分構造解釋不是十分準確，但并不影響我們對孔店凸起的分析。通過構造解釋聯(lián)合剖面可以更直觀地分析孔店凸起的宏觀構造特征及其上覆地層的空間展布特征。

圖1 孔南地區(qū)構造帶劃分Fig.1 The division of the structural belt in the Kongnan area

孔南地區(qū)北部自南向北斷陷內部次級斷層構成的中央凸起（即孔店凸起）逐漸明顯，統(tǒng)一的地塹逐漸分隔成為兩凹夾一凸的結構樣式；再向北則表現(xiàn)為相向傾斜的兩個半地塹，即滄東凹陷和常莊凹陷?？椎晖蛊鹁哂心险睂?、南低北高的特征，可分為南北兩段（圖1）。

2 孔店凸起的構造演化

2.1 孕育階段

a.從地震資料可以看出，孔三段原始沉積地層受到后期的強烈剝蝕作用。孔75井、孔104井、孔27井缺失孔三段，從測線Inline 3200（圖3）、Inline 3520（圖4）、Inline 3578（圖5）可以看出，孔三段厚度無變化，為等厚抬升切割，說明在孔三段沉積期孔店凸起尚未形成。

b.從地震資料可以看出，孔二段原始沉積地層同樣受到后期的強烈剝蝕作用。從棗27井、棗26井可以看到缺失孔二段，為孔一段直接覆于中生界之上?？?7井、孔104井同樣缺失孔二段，分別為沙河街組、館陶組不整合于中生界之上。從地震測線Inline 3200（圖3）、Inline 3520（圖4）、Inline 3578（圖5）可以看出，孔二段的厚度無變化，為等厚抬升切割，說明孔二段沉積期孔店凸起仍未形成。

c.從孔76井、孔34井可以看到缺失孔一段，館陶組、沙河街組不整合覆蓋于孔二段、孔三段之上。根據地震測線Inline 3200（圖3）、Inline 3520（圖4）、Inline 3578（圖5），可以看出孔一下亞段由滄東凹陷向東地層厚度略有減薄，并且具有向凸起方向上超的特征。這些證據說明在孔一下亞段沉積期，孔店凸起可能已經開始發(fā)育并具有一定的雛形，但尚未成為剝蝕區(qū)，為盆內低凸起，接受少量沉積。

圖2 孔南地區(qū)盆地結構聯(lián)合剖面圖Fig.2 The combined profile of the basin structure in the Kongnan area

圖3 孔南地區(qū)測線Inline 3200地震剖面解釋Fig.3 The seismic profile interpretation of Line 3200in the Kongnan area

由上述可知，在孔三段和孔二段沉積期，孔店凸起和周邊區(qū)域一樣具有沉降的特征，到孔一下亞段沉積期，孔店凸起開始發(fā)生構造隆升，但隆升幅度較小，僅形成盆內低凸起，仍接受少量沉積。

2.2 隆升階段

從滄16井、孔87井、孔76井、孔5井均可看到缺失孔一段，沙河街組呈不整合接觸關系直接覆于中生界之上，孔古5井、滄15井、孔34井、孔6井均可見孔一段分布，結合地震測線Inline 3520（圖4）、Inline 3578（圖5）可以看出，在孔店凸起以東地區(qū)，孔一上亞段從滄東凹陷向孔店凸起方向厚度減薄明顯，部分遭受剝蝕，并且從殘留地層可以看到向孔店凸起方向具有明顯上超的特征。由此可以判斷孔店凸起在孔一上亞段沉積期已經發(fā)育，并且部分露出水面，控制了周邊湖盆的沉積作用。

圖4 孔南地區(qū)測線Inline 3520地震剖面解釋Fig.4 The seismic profile interpretation of Line 3520in the Kongnan area

圖5 孔南地區(qū)測線Inline 3578地震剖面解釋Fig.5 The seismic profile interpretation of Line 3578 in the Kongnan area

至此，孔店凸起才真正形成。根據鉆井和地震資料我們推測當時孔店凸起的地勢具有由南向北逐漸增高的特征，并與其北側的地勢始終較高、為孔南地區(qū)孔店期沉積提供物源的剝蝕區(qū)相連，形成北東－南西走向的半島。

2.3 沉降階段

根據構造解釋聯(lián)合剖面（圖2）可以看出沙河街組、東營組具有以下特征：均具有由東西兩側向構造帶地層減薄的特征，并在北段凸起中央局部地區(qū)缺失沙河街組和東營組（圖2）。但對沙河街組并沒有向孔店凸起上超的特征，反而具有平行反射特征，并且具有被后期削截的特征（圖4，圖5），我們據此判斷孔店凸起在經過孔一段沉積期的隆升階段之后，進入了沙河街組沉積期的沉降階段。但也不排除其間在較短的時間范圍內發(fā)生過沉降并接受沉積，沉積物又被后期剝蝕的可能性，如沙河街組第二段沉積時期發(fā)生了短暫的區(qū)域性隆升之后，再次進入沉降階段［11］。

表1 新生代孔店凸起上覆地層特征與構造活動Table 1 The characteristics of the overlying strata and the tectonic activities of the Kongdian salient in Cenozoic era

2.4 再次隆升階段

相對于沙河街組的平行反射特征，東營組具有向凸起上超的特征（圖4、圖5），據此可以判斷在東營組沉積時期，孔店凸起再次發(fā)生隆升，形成盆地內部的構造高點，局部地區(qū)地層遭受剝蝕，特別是在東營組與上覆館陶組具有非常明顯的不整合面（圖4、圖5），說明在東營組沉積晚期孔店凸起再次發(fā)生了較為強烈的構造隆升。

2.5 再次沉降階段

根據構造解釋聯(lián)合剖面可以看出館陶組、明化鎮(zhèn)組和平原組具有以下特征：孔店凸起及其周邊區(qū)域上覆的館陶組、明化鎮(zhèn)組和平原組的厚度無明顯變化。據此，可以推斷這一時期孔店凸起及其周邊區(qū)域在相同的時間接受了館陶組、明化鎮(zhèn)組和平原組的沉積，具有與周邊地區(qū)同步沉降的構造活動特征。

由上述可知，孔店凸起自孔一下亞段沉積期開始發(fā)育以來，經歷了隆升—沉降—再次隆升—再次沉降4個階段（圖6）。

圖6 新生代孔店凸起沉降曲線與基底沉降曲線、拉張量曲線、拉張率曲線對比圖Fig.6 The comparison diagram of the settlement curve of the Kongdian salient，the settlement curve of the basement，the curve of the extensional amount and the curve of the extensional rate in Cenozoic era

3 孔店凸起形成的動力機制

3.1 伸展運動對孔店凸起的控制作用

筆者根據上述對新生代孔店凸起構造活動的分析，初步繪制了新生代孔店凸起沉降曲線。此外，還根據陸克政等編制的黃驊拗陷南區(qū)基底累積沉降量曲線［10］，繪制了黃驊拗陷南區(qū)基底沉降曲線，并加入了李大偉編制的黃驊拗陷南區(qū)拉張量和拉張率曲線［9］。將前人的3條曲線與孔店凸起沉降曲線進行對比分析，我們發(fā)現(xiàn)，孔店期以前，孔南地區(qū)繼承了白堊紀的構造隆升；孔店期之后基底處于持續(xù)沉降的狀態(tài)。而在孔店組第一段、沙河街組和東營組沉積期，孔店凸起具有與基底沉降特征不一致的構造活動，發(fā)生了構造隆升。因此，孔店凸起的形成很可能與該地區(qū)主要斷層（滄東斷層、徐西斷層）的構造運動和運動方式有關。

通過對孔南地區(qū)孔一段沉積期以來盆地伸展量、拉張率的分析，發(fā)現(xiàn)孔店凸起發(fā)生隆升的時間恰好發(fā)生在孔南地區(qū)伸展作用強烈的時候；而孔店凸起沉降曲線與基底沉降曲線的對比表明，孔店凸起的2個隆升階段均對應于基底的2次相對較大的沉降階段。因此，推斷孔店凸起的構造隆升并不受基底沉降活動的控制，而很可能與上覆蓋層中的斷層伸展運動有關。這樣的推測與前人根據幾何特征得到的結論［1，12，13］恰好一致。

滄東斷層和徐西斷層孔一段沉積期強烈的伸展運動，造成孔店地區(qū)在東西方向上兩側低中間高的地貌特征，這就是孔一下亞段沉積期孔店凸起的雛形。

孔一段沉積期和東營組沉積期，滄東斷層和徐西斷層的相對強烈的伸展運動（圖6）使斷層附近形成沉降、沉積中心，大量沉積物聚集形成的沉積負載對斷層下降盤基底產生一定的壓力，并在正斷層斷面的影響下產生向盆地中央的側向擠壓力（圖7），這樣一個擠壓力很可能是造成盆地中央凸起與其兩側盆地的高差增大的原因之一。而沙河街組沉積期和新近紀、第四紀孔南地區(qū)盆地相對較小的伸展量和拉張率導致相對較小的側向擠壓力（圖6），為這2個階段的沉降作用提供了有利條件。

因此，孔一段沉積期和東營組沉積期盆地的伸展作用是控制孔店凸起發(fā)生隆升作用的重要因素之一。

3.2 走滑運動對孔店凸起的控制作用

前人的研究普遍認為新生代渤海灣地區(qū)斷層具有右行走滑的運動特征［5，7，9，14，15］。對黃驊拗陷新生代構造演化過程的研究表明，新生代控制盆地發(fā)育的應力場由孔店期和沙河街組第三段沉積時期的NNW－SSE向拉伸，演變?yōu)樯澈咏纸M第一段－東營組沉積時期的近SN向的拉伸作用，之后在明化鎮(zhèn)組至第四系沉積時期盆地發(fā)生整體凹陷［11］。

圖7 孔店凸起剖面形態(tài)特征及其動力機制分析Fig.7 The section morphological characteristics of the Kongdian salient and its motive－force mechanism analysis

根據地震剖面資料和鉆井資料（表2），筆者編制了孔店凸起的平面形態(tài)圖（圖8）。通過對孔店凸起形態(tài)特征的分析我們發(fā)現(xiàn)，孔店凸起具有南窄北寬、南高北低的特征，可分為南北兩段，并且南北段兩側的坡度也有差異，南段具有東陡西緩的特征，北段具有東緩西陡的特征（圖8）。根據孔店凸起的這種形態(tài)特征，我們認為這是滄東斷層和徐西斷層的右行走滑運動對夾在這2條斷層中間的孔店凸起產生一定擠壓力造成的。滄東斷層走滑運動產生的擠壓力對較靠近斷層的北段產生較大的擠壓力，造成孔店凸起北段西坡較陡的構造特征；而徐西斷層的走滑運動對其西側的孔店凸起同樣產生了一定的擠壓力，而這個擠壓力主要作用在南段（因為徐西斷層并未延伸到孔店凸起的最北側），并且這個力是通過北東方向的孔東斷層和一些小斷層的錯動釋放。其中孔東斷層應該是釋放擠壓力的主要斷層，并形成孔店凸起南段的東界，由此造成了孔店凸起南段東陡西緩的構造特征。

圖8 孔店凸起平面形態(tài)特征及其動力機制分析Fig.8 The plane morphological characteristics of the Kongdian salient and its motive－force mechanism analysis

表2 孔店凸起及周邊地區(qū)鉆井數(shù)據Table 2 The drilling data on the Kongdian structural belt and its surrounding areas

此外，滄東斷層在孔店凸起西側總體呈鏟狀，很可能向下延伸到孔店凸起的底部，地震剖面和鉆井資料已經揭示淺層的滄東斷層在不同位置斷層面的坡度及其形態(tài)特征具有差異性 北陡南緩［6，9］（圖2）。由此可以推斷滄東斷層在深部（孔店凸起底部）不同位置斷層面的形態(tài)特征也具有差異性，極有可能延續(xù)淺層的斷面特征，即在深部下盤具有南高北低的特征。由此，它在發(fā)生右旋走滑運動時，下盤就會對上盤（孔店凸起）產生一個上拱的力，這也很可能是造成孔店凸起形成的一個原因。

因此，結合上述分析的斷層走向和斷面特征，在孔店期的走滑作用將對孔店地區(qū)形成一定的擠壓力，并導致孔一段沉積期孔店凸起的形成。

3.3 基底沉降對孔店凸起的控制作用

對研究區(qū)新生代基底沉降曲線和孔店凸起沉降曲線的對比分析發(fā)現(xiàn)，直到新近紀基底沉降曲線和孔店凸起沉降曲線才具有同步性（圖6）。因此，新近紀以來，隨著滄東斷層和徐西斷層逐漸停止活動，孔店凸起也停止隆升，與周邊區(qū)域一樣發(fā)生沉降作用。這一沉降過程主要受大區(qū)域的基底沉降作用控制，導致孔店凸起被館陶組、明化鎮(zhèn)組及平原組等地層覆蓋，形成孔店古潛山構造帶。

由上述3種控制因素的分析，我們初步認為孔店凸起是在滄東斷層和徐西斷層的伸展運動和走滑運動共同作用下形成的，并與主干斷層（滄東斷層）產狀有一定關系，到新近紀基底沉降導致孔店凸起停止隆升，發(fā)生沉降作用。

4 結論

綜上所述，我們對新生代孔店凸起的構造演化及其動力學機制有如下認識。

a.孔店凸起在孔一段沉積期之前都未發(fā)育，孔一下亞段沉積期開始孕育，形成水下低凸起，到孔一上亞段沉積期發(fā)生較大規(guī)模的隆升，且北段隆升幅度較南段大，并與其北部物源區(qū)相連，形成伸向盆地的半島形的剝蝕區(qū)。至此，孔店凸起才真正形成。

b.東營期，盆地的再次強烈伸展作用導致了孔店凸起的再次隆升。

c.孔店凸起自孔一段沉積期以來，發(fā)生了隆升—沉降—再次隆升—再次沉降4個階段。

d.孔店凸起是在孔南地區(qū)斷層（滄東斷層和徐西斷層）伸展運動和走滑運動共同作用下形成的，并與主干斷層（滄東斷層）產狀有一定關系。

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