渤海灣盆地黃驊坳陷中生代構(gòu)造特征分析*

王天宇 汪澤成 朱吉昌 王居峰 付立新 吳豐成 馮建園

(1.中國石油勘探開發(fā)研究院 北京 100083； 2.中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所 北京 100029；3.中國科學(xué)院大學(xué) 北京 100049； 4.中國科學(xué)院地球科學(xué)研究院 北京 100029； 5.中國石油大港油田公司 天津 300280)

黃驊坳陷位于渤海灣盆地中心地帶，是一個(gè)經(jīng)歷了中生代、新生代等多期構(gòu)造運(yùn)動而發(fā)展起來的復(fù)雜含油氣坳陷。近年來隨著盆地基底結(jié)構(gòu)研究及潛山油氣勘探的熱度不斷升溫，學(xué)者們對黃驊坳陷中生代數(shù)次構(gòu)造變革與轉(zhuǎn)型的研究也越來越深入[1-11]。目前學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)為黃驊坳陷中生代至少經(jīng)歷了印支期擠壓、中燕山期擠壓及晚燕山期拉張等3期大規(guī)模構(gòu)造活動的改造[2-11]，但由于黃驊坳陷基底結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，中生界內(nèi)部缺乏易于識別的標(biāo)志層，加之早期井、震資料質(zhì)量較低等原因，對于各期活動的總體構(gòu)造變形特征，尤其是波及范圍和成因機(jī)制方面的研究仍不夠深入。目前，從認(rèn)識中生代各期構(gòu)造活動變形機(jī)理及了解盆內(nèi)各潛山的形成過程的角度來看，對黃驊坳陷中生代各期構(gòu)造特征的研究勢在必行，只有系統(tǒng)解析該階段構(gòu)造變形的規(guī)律，才能把握印支運(yùn)動與燕山運(yùn)動在盆地內(nèi)造成的影響，才能把控潛山的內(nèi)幕結(jié)構(gòu)，才能進(jìn)一步厘清影響潛山油氣聚集的關(guān)鍵地質(zhì)因素[7,9,11]。本文基于黃驊坳陷最新處理的連片三維、二維地震等資料，通過識別各層間接觸關(guān)系、分析各地層平面分布特征及制作不同區(qū)域構(gòu)造演化剖面等手段，詳細(xì)研究黃驊坳陷中生代不同時(shí)期、不同區(qū)域的構(gòu)造演化特征，并基于此將坳陷劃分為3個(gè)區(qū)域，從而更好地揭示盆地演化的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)過程，進(jìn)一步分析潛山圈閉含油氣情況與中生代構(gòu)造活動之間的聯(lián)系，對該地區(qū)下一步潛山油氣勘探具有一定的指導(dǎo)意義。

1 地質(zhì)概況

黃驊坳陷西鄰滄縣隆起，北靠燕山褶皺帶，南依埕寧隆起，由歧口凹陷、孔店凸起、鹽山凹陷、南皮凹陷等多個(gè)構(gòu)造單元組成(圖1)。黃驊坳陷構(gòu)造復(fù)雜、斷層發(fā)育，斷層走向自南向北逐漸由北東向向近東西向轉(zhuǎn)化[2,9-11]，這些斷層以新生代定型的正斷層為主，中生代形成的逆沖斷層主要?dú)埓嬖谀掀ぐ枷輀11]。

注：1—冀中坳陷；2—臨清坳陷；3—黃驊坳陷；4—濟(jì)陽坳陷；5—渤中坳陷；6—遼河坳陷；F1—滄東斷層；F2—埕西斷層；F3—徐西斷層；F4—黑東斷層；F5—孔東斷層；F6—扣村斷層；F7—南大港斷層；F8—北大港斷層；F9—港東斷層；F10—歧東斷層；F11—海河斷層；F12—大神堂斷層；F13—烏馬營西側(cè)逆沖斷裂；F14—烏馬營東側(cè)逆沖斷裂；F15—王官屯西側(cè)逆沖斷裂；F16—王官屯東側(cè)逆沖斷層；F17—孔店凸起西側(cè)斷裂；F18—孔店凸起東側(cè)斷層；F19—羊二莊斷層；F20—趙北斷層；F21—張海斷層；F22—張東斷層；F23—濱南斷層；F24—歧中斷層；F25—澗南斷層(西南莊斷層)；F26—大張坨斷層

圖1黃驊坳陷構(gòu)造單元劃分

Fig.1StructuralunitsofHuanghuadepression

與渤海灣盆地其他坳陷一樣，黃驊坳陷自太古界結(jié)晶基底形成后經(jīng)歷了多期的構(gòu)造運(yùn)動，這些構(gòu)造運(yùn)動控制了其基底之上蓋層的沉積規(guī)律(表1)[1]。黃驊坳陷內(nèi)寒武系、奧陶系為穩(wěn)定克拉通背景下的陸表海沉積，以海相碳酸鹽巖地層為主；奧陶紀(jì)中晚期到石炭紀(jì)早期的加里東運(yùn)動使華北地區(qū)區(qū)域抬升，缺失了志留系和泥盆系等，并導(dǎo)致下古生界經(jīng)歷了約120 Ma的風(fēng)化剝蝕[8-9,11]；從晚古生代中石炭世開始進(jìn)入內(nèi)陸大型坳陷湖盆演化階段，石炭紀(jì)晚期沉積了海陸交互相煤系，二疊紀(jì)則隨著大規(guī)模海退，開始沉積陸相碎屑巖[9,11]；早中生代經(jīng)歷了強(qiáng)烈的擠壓活動，形成了大量近東西或北東向的逆沖斷層與褶皺，并主要在斷層下盤和褶皺向斜部位沉積厚層含礫砂巖；晚中生代發(fā)生強(qiáng)烈的伸展減薄，發(fā)育大量正斷層，并伴有強(qiáng)烈的火山活動，沉積較厚的紫紅色泥巖與火山巖夾砂巖，晚白堊世華北地區(qū)再次發(fā)生構(gòu)造抬升，坳陷內(nèi)基本無上白堊統(tǒng)與古新統(tǒng)殘留[2-4,7,9-12]。

表1 黃驊坳陷地層單位及主要構(gòu)造事件

黃驊坳陷在始新世進(jìn)入喜山強(qiáng)烈斷陷期，發(fā)育大量正斷層，自下而上沉積孔店組、沙河街組、東營組陸相砂巖及泥巖地層，自此坳陷構(gòu)造格局基本定型；新近紀(jì)盆地進(jìn)入熱沉降階段，各斷層僅有少量繼承性活動，沉積陸相與海陸過渡相的砂巖與泥巖地層[9,11]。

2 中生代構(gòu)造幾何學(xué)及運(yùn)動學(xué)特征

中生代印支期和燕山期的強(qiáng)烈擠壓活動在黃驊坳陷產(chǎn)生了2個(gè)重要不整合面，即中—晚三疊世印支運(yùn)動產(chǎn)生的中侏羅統(tǒng)與下伏地層間的不整合和中燕山期構(gòu)造活動形成的白堊系(部分下侏羅統(tǒng))與下伏地層間的不整合(圖2)，這2個(gè)不整合面也將黃驊坳陷中生界劃分為三疊系(下三疊統(tǒng))、侏羅系(中—上侏羅統(tǒng))與白堊系(下白堊統(tǒng))等3個(gè)構(gòu)造層。

黃驊坳陷中生界的底部構(gòu)造層，即三疊系殘留地層在坳陷北部廣泛缺失，只在靜海縣以南有所分布，其中坳陷中部區(qū)域，即靜?？h與固縣之間的地層分布較為穩(wěn)定，具有自盆地邊緣向中心不斷加厚的規(guī)律；而固縣以南的殘留地層分布則要雜亂許多，厚度最大值位于徐黑凸起(超過1 400 m),但這并不代表該區(qū)是沉降中心，而是由于該區(qū)作為逆沖斷層下盤被剝蝕相對較少(圖3a)。

侏羅系殘留地層同樣僅分布在靜?？h以南地區(qū)，但與三疊系分布特征有明顯差異。侏羅系在黃驊坳陷中南部分布較為穩(wěn)定，位于該區(qū)中部的南皮凹陷保留了最厚的該套地層，與一般的沉降規(guī)律相符，說明該區(qū)受到構(gòu)造活動的影響相對較小(圖3b)。

白堊系殘留地層在黃驊坳陷內(nèi)分布最為廣泛，在固縣-孔店-青縣以北基本均有分布，僅在少數(shù)地區(qū)缺失。并且具有自南西向北東方向加厚的趨勢，最厚達(dá)1 400 m以上。而在固縣-孔店-滄州以南則大面積缺失，僅少數(shù)地區(qū)有較薄的白堊系殘留(圖3c)。

圖2 黃驊坳陷中生界相關(guān)不整合(剖面位置見圖1)

圖3 黃驊坳陷中生界殘余厚度圖

圖4為沿著構(gòu)造走向橫跨黃驊坳陷的一條地震地質(zhì)解釋剖面，該剖面以較低角度與該區(qū)走向斜交，但仍可以看出印支運(yùn)動對黃驊坳陷的影響主要集中在孔店凸起以南，強(qiáng)烈的擠壓活動造成了大量的逆沖斷裂；然而，中燕山期活動主要發(fā)生在北大港凸起以北，復(fù)雜的逆沖斷裂和褶皺在該區(qū)發(fā)育，并導(dǎo)致大套地層在其后遭受剝蝕。

根據(jù)對黃驊坳陷中生界各構(gòu)造層殘余厚度、不同地區(qū)的構(gòu)造演化剖面、重磁數(shù)據(jù)等資料的綜合分析，將黃驊坳陷劃分為印支期強(qiáng)擠壓區(qū)(南部地區(qū))、中生代弱變形區(qū)(中部地區(qū))及中燕山期強(qiáng)擠壓區(qū)(北部地區(qū))等3個(gè)區(qū)域(圖5)，其中北部地區(qū)與中部地區(qū)邊界由侏羅紀(jì)形成的大型背斜拐點(diǎn)連線及部分逆沖斷層(如張東斷層)等構(gòu)成，中部地區(qū)與南部地區(qū)邊界則由孔店凸起南部邊界和徐黑凸起北部邊界共同組成。

圖4 黃驊坳陷地震地質(zhì)解釋剖面(剖面位置見圖1)

圖5 黃驊坳陷中生界構(gòu)造變形分區(qū)

2.1 南部地區(qū)

黃驊坳陷南部地區(qū)主要包含南皮凹陷、徐黑凸起與鹽山凹陷等構(gòu)造單元，主構(gòu)造走向?yàn)楸睎|向(圖1)。該區(qū)保留了大量印支期擠壓活動的痕跡，包括一系列的逆沖斷裂及相關(guān)褶皺(圖6)。由于斷層的上盤及背斜的核部出露地表并遭受風(fēng)化剝蝕，使得這些地區(qū)缺失三疊系及部分二疊系(圖3、6)，侏羅系直接不整合于更老的地層之上。

南部地區(qū)不同構(gòu)造單元在印支期產(chǎn)生的構(gòu)造樣式也有所不同。南皮凹陷主要發(fā)育蓋層滑脫型逆沖斷裂及相關(guān)褶皺，這些斷裂往往順古生界滑脫，并逆沖至北東或南西方向的新地層之上，但垂向斷距不大，受后期張性活動改造較小，不整合面之下的構(gòu)造形態(tài)基本完整保存至今(圖6中剖面dd′)。而發(fā)育在徐黑凸起兩側(cè)的徐西斷層及黑東斷層則正好相反,這兩條斷層均為基底卷入型的逆沖斷層，且其規(guī)模與垂向斷距也是整個(gè)南部地區(qū)最大；徐西斷裂下盤向北西方向俯沖至其上盤之下，使得徐黑凸起中南部保持了單斜的構(gòu)造樣式。隨后喜山期的拉張活動最終導(dǎo)致這些斷層發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)，幾乎全部轉(zhuǎn)化成了正斷層(圖6中剖面aa′)。

南部地區(qū)殘留的侏羅系雖較薄，但與其上覆地層基本呈整合或假整合的關(guān)系，其內(nèi)部也未見明顯的中燕山期擠壓活動痕跡(圖4、6)。白堊系在該區(qū)分布較為局限，最厚處也不過400余米。這些證據(jù)表明黃驊坳陷南部地區(qū)僅在印支期擠壓活動中發(fā)生強(qiáng)烈變形，中燕山期的構(gòu)造活動對該區(qū)影響較小。

2.2 中部地區(qū)

黃驊坳陷中部地區(qū)包括孔店凸起、南大港次凸、歧北次凹、歧南次凹等多個(gè)構(gòu)造單元，主構(gòu)造走向從南端的北東向逐漸向北端的北東東向過渡(圖1)。該區(qū)域各構(gòu)造層彼此呈整合或假整合接觸(圖4)，且展布較為穩(wěn)定，基本具有自邊緣向中心加厚的規(guī)律(圖3)。該區(qū)三疊紀(jì)與侏羅紀(jì)擠壓活動中產(chǎn)生的縮短率在黃驊坳陷3個(gè)區(qū)域中為最小(圖5中剖面ff′、gg′與hh′的中生代縮短率僅為1.06%、1.26%和5.14%)，且印支期、中燕山期的擠壓活動僅產(chǎn)生數(shù)條斷距較小的斷層與少量的寬緩褶皺(圖7)。

圖6 黃驊坳陷南部地區(qū)構(gòu)造演化剖面(剖面位置見圖5)

圖7 黃驊坳陷中部地區(qū)構(gòu)造演化剖面(剖面位置見圖5)

2.3 北部地區(qū)

黃驊坳陷北部地區(qū)主要包括板橋凹陷、歧口凹陷、南堡凹陷等構(gòu)造單元，構(gòu)造走向近東西(圖1)。該區(qū)域缺失三疊系與侏羅系構(gòu)造層，白堊系直接不整合于更老的地層之上(圖4)，這是由于在中生代強(qiáng)烈擠壓背景下產(chǎn)生的巨大復(fù)背斜出露地表并遭受剝蝕引起的。

中燕山期的擠壓活動在黃驊坳陷北部地區(qū)產(chǎn)生大量的擠壓構(gòu)造(圖8)，如滄東斷層(北段)、大張坨斷層、港東斷層、大神堂斷層等規(guī)模與斷距均較大的逆沖斷層。這些斷裂多為基底卷入型的逆沖斷裂，在喜山期的拉張活動中幾乎全部發(fā)生了構(gòu)造反轉(zhuǎn)，并與新發(fā)育的正斷層一起將黃驊坳陷北部地區(qū)切割成破碎的數(shù)個(gè)塊體。

圖8 黃驊坳陷北部地區(qū)構(gòu)造演化剖面(剖面位置見圖5)

3 中生代構(gòu)造運(yùn)動表現(xiàn)特征及潛山勘探潛力

3.1 印支運(yùn)動在黃驊坳陷的表現(xiàn)特征

有學(xué)者認(rèn)為黃驊坳陷南皮凹陷中保存較為完好的北東向逆沖斷裂是在中燕山期形成的[2-5,10]，認(rèn)為中晚侏羅世伊邪納岐板塊向中國東部俯沖施加了北西—南東向擠壓應(yīng)力，從而導(dǎo)致黃驊坳陷南部逆沖構(gòu)造的形成[2-5]。然而,根據(jù)測井、錄井及地震資料，黃驊坳陷南部大多數(shù)地區(qū)殘存的少量白堊系均與侏羅系之間呈整合或假整合接觸，角度不整合面發(fā)育在侏羅系與下伏三疊系或二疊系之間(圖2、6),這表明中生代的這期擠壓活動應(yīng)發(fā)生在更早的中—晚三疊世，早于燕山運(yùn)動而與印支運(yùn)動相契合。

在黃驊坳陷中部地區(qū)，中生代擠壓活動產(chǎn)生的縮短率較為有限，逆沖斷裂與褶皺也并不發(fā)育(圖7)，三疊系、侏羅系、白堊系間多呈整合或假整合接觸(圖4、7),這說明印支運(yùn)動對中部地區(qū)影響相對較小。因此，黃驊坳陷內(nèi)印支運(yùn)動波及范圍的分界帶應(yīng)位于其中部地區(qū)(圖9)。印支運(yùn)動是揚(yáng)子板塊與華北板塊在三疊紀(jì)碰撞產(chǎn)生由南向北的擠壓，這一點(diǎn)已被大多數(shù)學(xué)者認(rèn)可[2-7]，本文研究認(rèn)為印支運(yùn)動在華北克拉通內(nèi)部的影響范圍僅在孔店凸起以南地區(qū)(圖9)。

3.2 燕山運(yùn)動在黃驊坳陷的表現(xiàn)特征

黃驊坳陷北部地區(qū)在早中生代發(fā)育大量的逆斷層和褶皺，使得該地區(qū)缺失大套中—古生界(圖8)。一些學(xué)者認(rèn)為該期擠壓為印支運(yùn)動[2,10,13]，但很多學(xué)者在與黃驊坳陷北區(qū)相鄰的燕山褶皺帶中發(fā)現(xiàn)了中侏羅統(tǒng)與上侏羅統(tǒng)之間的不整合，以及侏羅系與白堊系之間的不整合，并認(rèn)為這兩個(gè)大的不整合代表中燕山期的擠壓活動[14-20]。這表明，中—晚侏羅世黃驊坳陷受到來自北側(cè)燕山褶皺帶的擠壓，并且該期擠壓活動在其北部地區(qū)產(chǎn)生了比較強(qiáng)烈的響應(yīng)。

圖9 印支運(yùn)動與燕山運(yùn)動發(fā)生機(jī)制示意圖

根據(jù)實(shí)際資料，黃驊坳陷中部地區(qū)整個(gè)中生代的縮短率都較低，意味著中燕山期擠壓活動的影響范圍也應(yīng)同樣以坳陷中部地區(qū)為界。中部地區(qū)的主要構(gòu)造單元是孔店凸起，其主要地層單元和黃驊坳陷其他地區(qū)幾乎相同，地層強(qiáng)度理應(yīng)相近?？椎晖蛊鹗且粋€(gè)潛伏在古近系之下，由下古近系和基底構(gòu)成的一個(gè)背斜構(gòu)造，推測可能在燕山期和印支期發(fā)生了較強(qiáng)的巖漿活動，正好緩沖了印支運(yùn)動與燕山運(yùn)動的擠壓應(yīng)力，使得應(yīng)力難以傳遞到更遠(yuǎn)的地區(qū)。

燕山運(yùn)動的地球動力學(xué)機(jī)制主要有蒙古-鄂霍茨克洋的關(guān)閉而導(dǎo)致的西伯利亞板塊向南與中朝板塊碰撞產(chǎn)生的遠(yuǎn)程效應(yīng)[14-17]，西太平洋的俯沖[2-5,10]，西太平洋俯沖與蒙古-鄂霍茨克洋關(guān)閉交替影響東、北、西南的多向匯聚[18-20]，以及周邊板塊匯聚引起華北地幔大規(guī)模上隆[15]等。燕山運(yùn)動產(chǎn)生的逆沖斷層的運(yùn)動方向主要是自北向南，從蒙古-鄂霍茨克縫合帶一直向南到華北克拉通北緣的陰山燕山褶皺帶均已被前人證實(shí)[2-7]。根據(jù)上述討論，在被上新生界覆蓋的黃驊坳陷北部地區(qū)表現(xiàn)出同樣的特征，而中部地區(qū)和南部地區(qū)對燕山運(yùn)動的響應(yīng)微弱，若是西太平洋俯沖，應(yīng)該造成東西分異，而不是本文中闡述的南北分異。據(jù)此推測，燕山運(yùn)動在黃驊坳陷的動力學(xué)機(jī)制為蒙古-鄂霍茨克洋的關(guān)閉而導(dǎo)致西伯利亞板塊向南與中朝板塊碰撞產(chǎn)生的遠(yuǎn)程效應(yīng)(圖9)。

3.3 黃驊坳陷潛山勘探潛力

黃驊坳陷南部地區(qū)現(xiàn)存的潛山與中生代擠壓活動中產(chǎn)生的斷層及褶皺關(guān)系密切，具有一定的勘探潛力。南皮凹陷內(nèi)最重要的烏馬營及王官屯潛山正是位于印支期發(fā)育的“蛇頭背斜”[9-11]之中，石炭系—二疊系煤系作為烴源巖，二疊系碎屑巖或奧陶系碳酸鹽巖作為儲集層[12-14，21-22]。而位于徐黑凸起的黑龍村潛山圈閉則由黑東斷裂及印支期形成的單斜構(gòu)成，孔店組或沙河街組泥頁巖作為烴源巖，二疊系—三疊系碎屑巖或寒武系—奧陶系碳酸鹽巖作為儲集層。

黃驊坳陷中部地區(qū)的潛山與中生代的構(gòu)造活動關(guān)聯(lián)性不大，除位于北大港凸起北端的北大港潛山外(沙河街—東營組泥巖、頁巖作為烴源巖，寒武系—奧陶系碳酸鹽巖作為儲集層)，其余成規(guī)模的潛山(孔店凸起之上的孔店潛山、南大港次凸之上的南大港潛山、埕海斜坡東南端的羊二莊潛山等)的源儲對接關(guān)系都相對較差，勘探潛力相對較小。

黃驊坳陷北部地區(qū)的潛山數(shù)量眾多且多為斷塊型潛山，如大張坨斷層和港東斷層控制的千米橋潛山、歧東斷層與張海斷層控制的張海潛山、大圣堂斷層控制的大圣堂潛山、新港斷層控制的新港潛山等[12，14，21-22]。這些潛山的控山斷層多形成于中燕山期，它們普遍經(jīng)歷了多期活動，并發(fā)生過構(gòu)造反轉(zhuǎn)，使儲集層擁有更多的構(gòu)造裂縫，同時(shí)中生代擠壓抬升導(dǎo)致的風(fēng)化剝蝕亦可使儲集層具有更多的溶蝕孔洞，勘探潛力很大[23]。此外，潛山的源儲對接關(guān)系受益于這些邊界斷裂的巨大斷距，中燕山期的擠壓活動為這些潛山帶來了更多的勘探潛力，并且沙河街組—東營組泥巖、頁巖作為烴源巖，二疊系碎屑巖及奧陶系碳酸鹽巖作為儲集層。

4 結(jié)論

1) 黃驊坳陷在中生代主要經(jīng)歷了印支運(yùn)動和燕山運(yùn)動等兩期動力學(xué)機(jī)制完全不同的擠壓活動，其中印支運(yùn)動在黃驊坳陷南部地區(qū)活動強(qiáng)烈，中部地區(qū)微弱，北部地區(qū)幾乎沒有響應(yīng)；而燕山運(yùn)動則在黃驊坳陷北部地區(qū)活動強(qiáng)烈，中部地區(qū)微弱，南部地區(qū)幾乎沒有響應(yīng)。黃驊坳陷中部孔店-北大港地區(qū)構(gòu)造活動微弱，為兩期構(gòu)造運(yùn)動波及范圍的分界帶。

2) 燕山運(yùn)動在黃驊坳陷北部地區(qū)產(chǎn)生大量的近東西走向的逆沖斷層和褶皺，其動力學(xué)機(jī)制為蒙古-鄂霍茨克洋的關(guān)閉而導(dǎo)致西伯利亞板塊與中朝板塊碰撞產(chǎn)生的遠(yuǎn)程效應(yīng)。

3) 中生代構(gòu)造變形強(qiáng)烈的區(qū)域往往擁有更大的勘探潛力，總體上黃驊坳陷北部地區(qū)的潛山普遍優(yōu)于位于中南部地區(qū)的潛山，而南部地區(qū)的潛山則普遍優(yōu)于中部地區(qū)的潛山。

致謝：感謝中國石油大港油田公司提供的測井、錄井和地震資料并允許本文的發(fā)表。在本文撰寫過程中，中國石油勘探開發(fā)研究院馮有良老師以及中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所孟慶任研究員、武國利博士提出了富有建設(shè)性的意見，在此表示衷心感謝。