王家崗—八面河地區(qū)潛山殘留地層發(fā)育特征及控制因素

楊懷宇

1. 中國石化勝利油田分公司勘探開發(fā)研究院，山東 東營 2570002. 中國石化勝利油田博士后流動工作站，山東 東營 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]。胡見義等[2]研究渤海灣盆地古潛山油氣藏時指出，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層、具有多種圈閉類型的油氣藏。東營凹陷油氣資源非常豐富，目前已發(fā)現(xiàn)儲量近29億t，儲量層系主要集中于中淺層沙河街組、孔店組等，深部層系中—古生界潛山探明儲量3 742萬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)識程度較低。國內(nèi)針對濟(jì)陽坳陷潛山的地層認(rèn)識主要集中于中生界、下古生界及太古宇的地層巖相[4-7]、層序劃分[8-10]及測井不整合識別方面[11]，針對研究區(qū)主要目的層——上古生界僅有部分野外巖相[12-13]、上石盒子儲層特征等研究成果[14]；這些成果雖對研究區(qū)周緣的巖相類型具有一定認(rèn)識，然而由于手段單一、橫向跨度大造成可對比性一般。同時，研究區(qū)中—古生代時期遭受多期構(gòu)造運動[15-16]，潛山地層剝蝕嚴(yán)重，鉆探潛山鉆井所揭示的復(fù)雜巖相組合證實了潛山地層劃分的多解性和復(fù)雜性。針對低認(rèn)識程度的潛山勘探，搞清殘留地層展布及控制因素是各項研究的基礎(chǔ)，同時也是進(jìn)一步加強潛山地質(zhì)結(jié)構(gòu)與目的層構(gòu)造格局認(rèn)識的關(guān)鍵因素。因此，有必要針對研究區(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系統(tǒng)研究。

1 地質(zhì)背景

東營凹陷經(jīng)歷了印支期、燕山期變形和新生代的裂陷運動，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)造運動的影響，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)識帶來復(fù)雜性。

由于研究區(qū)潛山地層殘留不均，地層認(rèn)識程度很低。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)的殘留地層時代歸屬與地層發(fā)育模式等難題亟待解決。近期，同處東營凹陷南坡的高青潛山勘探的新發(fā)現(xiàn)證實了勘探程度極低的上古生界具有較大勘探潛力和儲量規(guī)模[2-3]，同時也極大地引發(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，通過與魯西隆起區(qū)野外巖石地層對比發(fā)現(xiàn)，中生界侏羅系坊子組-三臺組發(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)。東營凹陷南部的上古生界覆蓋區(qū)地層巖性組合一直認(rèn)識不清，通過調(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；7. 地名。圖1 東營凹陷構(gòu)造單元簡圖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題(白堊系或孔店組)和煤層歸屬問題(侏羅系或石炭系)等，這些典型巖相的時代歸屬直接影響了潛山地層結(jié)構(gòu)的認(rèn)識。

2.1.1 火成巖歸屬

受傳統(tǒng)認(rèn)識定勢思維，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代歸屬提出了新的質(zhì)疑。與此同時，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。筆者通過多條近南北向地震與地質(zhì)剖面的對比發(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，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)。通過合成記錄標(biāo)定潛山頂面位置，往南追蹤不整合面時會存在分歧追蹤現(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雜亂反射或短軸狀反射，因此容易錯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，蕨類孢子(12.0%～73.9%)次之，未見被子植物花粉，其層位歸屬為二疊系。綜述來看，古生物證據(jù)與傳統(tǒng)巖相組合及其火成巖歸屬等問題都統(tǒng)一起來，證實了王家崗地區(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)來看，王家崗地區(qū)中生界具有距大斷層下降盤近厚遠(yuǎn)薄的特征，表現(xiàn)為靠近北西向王古1斷層下降盤厚、往西往南均變薄的特征。通過橫切北西向的王古1斷層、王古7斷層地層剖面(圖5)可見，中生界殘留地層均具有下降盤厚、上升盤剝蝕殆盡的楔狀結(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來說較為穩(wěn)定，僅在北西向斷層附近由于早期擠壓的動力學(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)地層厚度則相對穩(wěn)定。

2.3 殘留地層展布

由以上殘留地層分析可見，中生界主要殘留于一系列北西向古生界潛山之間的山間盆地，且靠近大斷層下降盤最厚，離斷層越遠(yuǎn)厚度越薄。通過潛山殘留地層分布(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。由于下降盤上古生界的“薄底或凸底”接觸關(guān)系，形成了距離下降盤最近為石炭系、遠(yuǎn)離斷層逐漸變?yōu)槎B系的地層特征。同時，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上古生界剝蝕殆盡，如王古1井潛山頂部僅殘留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向東殘留地層時代更老，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-沉積演化史來看，整個東營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--燕山運動早期，揚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，因而造成研究區(qū)普遍抬升，同時產(chǎn)生了“弓形”逆沖斷層(圖7a)，逆沖斷層上盤下—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)；燕山運動中晚期，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，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，同時其斷層上盤順時針旋轉(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)；喜山運動時期，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，大量北東向斷層形成且活動性達(dá)到最大值，北西向斷層部分停止活動，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)造運動造成殘留地層分布不均。整體看來，海西--印支期擠壓應(yīng)力場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)，形成了下降盤上古生界距大斷層“近薄遠(yuǎn)厚”的特點；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，其拉張強度大小決定下降盤的沉積厚度，地層呈現(xiàn)距大斷層“近厚遠(yuǎn)薄”的特點。

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的“薄底或凸底”特征，且上升盤遭受剝蝕嚴(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發(fā)研究院地層室張存霞高級工程師提供了古生物資料，清河采油廠地質(zhì)所黃中歌高級工程師、張紫光高級工程師提供了八面河探區(qū)潛山鉆井資料，在此一并致謝！