黃驊坳陷潛山成因分類及其意義

李岳桐, 王文慶, 盧剛臣, 陳洪濤, 盧宗盛

( 1. 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢) 地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430074； 2. 中國(guó)石油東方地球物理公司研究院 大港分院，天津 300280 )

0 引言

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(lái)困難。人們對(duì)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(duì)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(duì)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。

1 地質(zhì)概況

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(jiàn)圖1)。古生代以來(lái)，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(guò)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(lái)，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

2 潛山類型與分布

2.1 類型劃分

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(jiàn)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(duì)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(duì)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(jiàn)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(jiàn)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(yíng)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(jiàn)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(yíng)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(cè)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(yíng)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(jiàn)古凹陷與今凸起呈鏡像對(duì)應(yīng)關(guān)系，背斜軸部保存巨厚的中生界，說(shuō)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(jiàn)圖5)。

圖5 孔店潛山構(gòu)造剖面Fig.5 Structural section of Kongdian buried hill

2.2 分布特點(diǎn)

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(yíng)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(jiàn)圖6)。

3 潛山形成控制因素

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(duì)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(jiàn)圖7)。

3.1 印支—早燕山期擠壓構(gòu)造變形

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(lái)自太平洋板塊的俯沖作用[13-14]。黃驊坳陷歧口主凹對(duì)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(yíng)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。

3.2 晚燕山—喜山期拉張構(gòu)造反轉(zhuǎn)活動(dòng)

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(chǎng)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(chǎng)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(duì)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

4 潛山油氣勘探方向

4.1 “新生、古生”兩類油氣藏“南、北”兩區(qū)差異分布

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(duì)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

4.2 “內(nèi)帶、外帶”兩區(qū)帶勘探意義

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(duì)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?shī)W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(yíng)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(yíng)古背斜而分布，埋藏相對(duì)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(lái)，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(jiàn)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(duì)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(guò)古近紀(jì)發(fā)育的大型斷層與古近系有效源巖孔二段對(duì)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(jiàn)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

5 結(jié)論

(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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