濟(jì)陽坳陷東營運(yùn)動再認(rèn)識及其對成藏的控制作用

王亞琳

(中國石化勝利油田分公司 勘探開發(fā)研究院,山東 東營 257015)

喜馬拉雅運(yùn)動Ⅱ幕造成前新近系抬升剝蝕,形成了在中國東、西部地區(qū)普遍發(fā)育的不整合面[1]。該期構(gòu)造運(yùn)動在濟(jì)陽坳陷簡稱“東營運(yùn)動”,是發(fā)生在漸新世東營組沉積期后的一次大規(guī)模擠壓抬升活動,導(dǎo)致東營組發(fā)生一定程度的剝蝕。在蘇北與南黃海稱為三垛運(yùn)動,臺灣稱埔里運(yùn)動,日本則稱為高千惠運(yùn)動。這說明東營運(yùn)動在古近紀(jì)末期并不是渤海灣盆地獨(dú)有,而是可以沿太平洋板塊俯沖帶進(jìn)行全區(qū)對比的區(qū)域性構(gòu)造運(yùn)動的一部分,暗示其形成具有區(qū)域性的地球動力學(xué)背景。因此,開展?jié)栛晗輺|營運(yùn)動相關(guān)構(gòu)造樣式、成因機(jī)制等方面的研究,進(jìn)而探討其對油氣成藏的影響和控制,具有非常重要的石油地質(zhì)意義。

1 濟(jì)陽坳陷東營運(yùn)動基礎(chǔ)認(rèn)識

濟(jì)陽坳陷東營運(yùn)動整體研究程度較弱,總結(jié)前人對東營運(yùn)動的研究成果,基本涉及了地質(zhì)現(xiàn)象、成因分析及油氣地質(zhì)意義等3個方面。

1.1 地質(zhì)現(xiàn)象

東營運(yùn)動形成了3種主要地質(zhì)現(xiàn)象:

(1)整體抬升造成區(qū)域上的地層剝蝕,東營凹陷東營組剝蝕量為200 m、惠民凹陷為300 m[2],造成N/E間的區(qū)域不整合;但在凹陷邊緣呈明顯的角度不整合接觸。

(2)盆地局部存在的正反轉(zhuǎn)構(gòu)造和正花狀構(gòu)造[3],反映了區(qū)域性擠壓應(yīng)力場的特點(diǎn),是濟(jì)陽坳陷發(fā)展演化的一個重要階段。

(3)形成了眾多小規(guī)模次級斷層,延伸范圍局限,未對先期構(gòu)造格局造成影響[4]。

1.2 成因分析

前人研究認(rèn)為,東營運(yùn)動的形成機(jī)制與太平洋板塊運(yùn)動方向改變造成的中國東部平移扭動有關(guān),這種平移扭動以郯廬斷裂等深大斷裂的力學(xué)活動機(jī)制改變?yōu)橹饕问絒3]。也有研究提出,東營運(yùn)動是殼下巖石圈溫度上升造成的區(qū)域性構(gòu)造抬升運(yùn)動,處在盆地由伸展裂陷階段向前造山運(yùn)動階段的過渡期[4]。另有研究提出巖石圈彈性回返的成因觀點(diǎn),認(rèn)為在古近紀(jì),由于莫霍面隆起形成“地幔柱”,使地殼產(chǎn)生極大的拉張量形成裂陷盆地;到古近紀(jì)末期,地幔柱消蝕、收縮,使巖石圈發(fā)生彈性回返[5]。

1.3 東營運(yùn)動對油氣成藏的影響

東營運(yùn)動對油氣成藏的影響主要體現(xiàn)在4個方面。一是由于殼下巖石圈溫度上升產(chǎn)生熱異常,導(dǎo)致地溫梯度升高,相對降低了烴源巖的生烴門限,促進(jìn)有機(jī)質(zhì)的熱演化和油氣生成;二是生成的油氣因地溫升高而導(dǎo)致密度和黏度降低,有利于油氣的運(yùn)移[4]。三是隆升、剝蝕伴隨褶皺、斷裂,改善了古近系、新近系的垂向輸導(dǎo)系統(tǒng),有利于后期生成的油氣向上運(yùn)移[3]。四是正反轉(zhuǎn)活動使中、淺層增加了新的圈閉類型[6]。

2 動力學(xué)及運(yùn)動學(xué)新進(jìn)展

近年來,區(qū)域大地構(gòu)造資料愈加豐富,為東營運(yùn)動研究奠定了基礎(chǔ)。隨著勘探程度的不斷提高,對東營運(yùn)動期形成的不整合面及其上、下地層的成藏研究也越來越重視,從而為東營運(yùn)動的再認(rèn)識提供了保障。

2.1 動力學(xué)

從區(qū)域資料來看,古近紀(jì)末期(23.3 Ma),西太平洋弧后擴(kuò)張和印度板塊向北運(yùn)動造成的向東構(gòu)造擠出作用下,中國東部出現(xiàn)了近東西向的區(qū)域性擠壓應(yīng)力場,形成 N/E 間斷面;渤海灣盆地古近系發(fā)育的斷陷盆地,在此擠壓過程中普遍發(fā)生了大規(guī)模抬升、剝蝕,研究區(qū)及其東界郯廬斷裂帶內(nèi)目前保存的壓扭性構(gòu)造多是這期區(qū)域性擠壓作用的結(jié)果。

2.2 運(yùn)動學(xué)

前人研究表明,民豐洼陷在東營運(yùn)動期間發(fā)生了正反轉(zhuǎn)活動和沙河街組一段—東營組的削蝕,認(rèn)為其與東營運(yùn)動有關(guān),但沒有進(jìn)行相關(guān)的成因機(jī)制分析[3];緊鄰郯廬斷裂帶的青東凹陷與東營運(yùn)動相關(guān)的壓扭性構(gòu)造研究程度較高[4]。

根據(jù)古近紀(jì)末期郯廬斷裂帶活動及西側(cè)濟(jì)陽坳陷內(nèi)部伴生構(gòu)造的研究,發(fā)現(xiàn)兩種構(gòu)造現(xiàn)象:一是發(fā)育眾多的近SN、N(N)E向右旋走滑斷裂及NW向左行走滑正斷層;二是發(fā)育與壓扭走滑活動有關(guān)的復(fù)合花狀構(gòu)造(負(fù)花狀背形)及壓扭性背斜與膝折帶,涉及的最新地層為東營組。此處筆者以青西-民豐地區(qū)和車鎮(zhèn)北部地區(qū)為例進(jìn)行深入探討。

2.2.1 青西-民豐地區(qū)

圖1 濟(jì)陽坳陷青西-民豐地區(qū)構(gòu)造簡圖

位于陳南斷層下降盤并夾持于2條走滑斷層之間的古近系塊體——青西-民豐地區(qū)整體向北移動,在向北走滑移動的過程中,受陳家莊凸起太古界剛性地層的頂托作用,古近系沿陳南斷層發(fā)生逆沖、翹傾、剝蝕,形成現(xiàn)今的正反轉(zhuǎn)構(gòu)造。

此外,青西斷層西盤發(fā)育有負(fù)花狀背形(圖2(a))、伴生的NE向褶皺等(圖2(b)),也指示了青西斷層右旋壓扭的走滑特征。

圖2 濟(jì)陽坳陷青西地區(qū)地震剖面

2.2.2 車鎮(zhèn)北部地區(qū)

車鎮(zhèn)北部地區(qū)遠(yuǎn)離郯廬斷裂帶,NE、NW及近SN向斷層在NEE-SWW向擠壓應(yīng)力作用下,發(fā)生走滑壓扭作用,形成一系列與走滑壓扭作用相關(guān)的伴生構(gòu)造,同時地層也遭受不同程度的剝蝕。如車鎮(zhèn)北部地區(qū)埕南斷層NE段下降盤(圖3),北段大斜88井-大655井連井(NWW向)地震剖面上,靠近埕南斷層一側(cè)東營組存在明顯的削蝕現(xiàn)象(圖3),大斜88井鉆井揭示東營組僅240 m,證實(shí)缺失東營組上部地層;經(jīng)過地震剖面追蹤,發(fā)現(xiàn)沿埕南斷層下降盤存在連片分布的東營組削蝕現(xiàn)象,展布方向與埕南斷層平行。根據(jù)東營運(yùn)動期NEE-SWW向擠壓應(yīng)力場分析(圖3(d)),可將區(qū)域擠壓應(yīng)力分解為垂直于埕南斷層的壓應(yīng)力和平行于埕南斷層的走滑應(yīng)力。在擠壓分量作用下,斷層?xùn)|盤的地層向NW方向逆沖、推覆并遭受剝蝕,在新近紀(jì)早期發(fā)生構(gòu)造回返,形成現(xiàn)今東營組與館陶組間的剝蝕不整合。

圖3 車鎮(zhèn)北部地區(qū)與東營運(yùn)動相關(guān)的地震剖面及應(yīng)力分析

大801-大80-大802-大81井(近NE向)連井地震剖面上(圖3(b)),在大802與大81井間,東營組沿NW向斷層發(fā)生明顯的向SW方向翹傾剝蝕。從成因機(jī)制上看,應(yīng)屬于右行走滑分量的產(chǎn)物。在埕南斷層(NE向段)南段車古27井區(qū)(圖3(d))發(fā)育繼承性背斜,波及地層自下古生界至古近系,彎曲幅度自下而上逐漸減小(圖3(c))。利用三維地震資料,對該斷層下降盤下古生界頂面進(jìn)行精細(xì)構(gòu)造成圖,發(fā)現(xiàn)一系列NNW向褶皺構(gòu)造相間排列(圖3(d)),車古27井所在的背斜構(gòu)造只是其中之一;其成因也與埕南(NE向段)下降盤地層的右行走滑作用有關(guān)。

將埕南斷層(NE向段)作為整體,大802井附近發(fā)育的東營組剝蝕與深層古生界—古近系發(fā)育的NNW向褶皺(膝折)等統(tǒng)一到右行走滑分量之下,其成因受控于埕南斷層(NE向段)在東營運(yùn)動期發(fā)生的右旋壓扭走滑作用(圖3(d))。

3 控藏作用

前人對東營運(yùn)動與油氣成藏的關(guān)系研究僅停留在描述階段,并無針對性地勘探實(shí)例和研究成果[3-5]。筆者依據(jù)近年來的勘探研究實(shí)踐,對東營運(yùn)動的石油地質(zhì)意義從圈閉形成、早期成藏、垂向運(yùn)移通道三個方面進(jìn)行深入探討。

3.1 形成多種有利的圈閉類型

東營運(yùn)動期間,在NEE-SWW向擠壓應(yīng)力作用下,濟(jì)陽坳陷內(nèi)發(fā)育的N(N)E、近SN及NW向斷層發(fā)生右旋和左旋走滑,在斷層旁側(cè)發(fā)育與擠壓作用相關(guān)的壓扭走滑構(gòu)造樣式,如正反轉(zhuǎn)構(gòu)造、正花狀構(gòu)造、壓扭背斜(膝折)等;這些構(gòu)造樣式與儲、蓋組合有機(jī)配置,可以形成多種圈閉類型,成為新近紀(jì)成藏期的主要圈閉類型。特別是盆緣地區(qū),東營組及以下地層發(fā)生翹傾剝蝕,在直接蓋層發(fā)育的前提下,形成地層剝蝕不整合圈閉。

如東營凹陷青西地區(qū)的永123井,鉆遇沙三段地層剝蝕不整合油藏(圖2(b)),針對1 317～1 323 m井段油層6 m/層,螺桿泵抽日產(chǎn)油14.6 t。在陳家莊凸起北坡墾西1井鉆遇東營組地層削蝕油藏,對1 469～1 472 m井段油層3 m/層試油,防砂后泵抽排液,日產(chǎn)油9.63 t,開拓了一片新的勘探陣地。

3.2 提供油氣垂向運(yùn)移的通道

濟(jì)陽坳陷發(fā)育的N(N)E、NW向斷層與古近紀(jì)、東營運(yùn)動期及新近紀(jì)的區(qū)域應(yīng)力方向斜交,整體產(chǎn)生張扭和壓扭作用;由于斷層可能存在彎曲,在彎曲處就會產(chǎn)生局部應(yīng)力性質(zhì)的變化,導(dǎo)致同一條斷層的不同部位力學(xué)性質(zhì)不同,進(jìn)而導(dǎo)致斷層啟閉性存在明顯差異:擠壓部位斷層封閉性好,有利于油氣的聚集成藏;強(qiáng)張部位斷層開啟性好,有利于油氣的垂向運(yùn)移。以惠民凹陷臨邑斷層為例(圖4),在古近紀(jì)近SN向區(qū)域拉張應(yīng)力作用下,斷層EW向段發(fā)生正斷作用;NE向段發(fā)生右旋走滑,整條斷層以右旋張扭為特征,在斷層彎曲處,形成走滑薄弱帶。東營運(yùn)動期及新近紀(jì),區(qū)域應(yīng)力場方向?yàn)镹EE-SWW向擠壓,斷層整體發(fā)生右旋壓扭走滑作用,同樣在斷層彎曲處形成走滑薄弱帶。這一繼承性的走滑薄弱帶,在新近紀(jì)有利于沙河街組三段生成油氣的垂向運(yùn)移。這也成為臨盤油田和曲堤油田館陶組油氣成藏的主控因素。因此,東營運(yùn)動期的壓扭走滑作用,為深層油氣發(fā)生垂向運(yùn)移奠定了通道基礎(chǔ)。

圖4 惠民凹陷T1反射層主要斷裂體系展布及館陶組探明儲量分布

3.3 促使部分圈閉早期成藏

根據(jù)烴源巖生烴演化過程研究,東營凹陷、車鎮(zhèn)凹陷及沾化凹陷的渤南洼陷等均具有早期生烴的特點(diǎn)。尤其是渤南洼陷沙四段烴源巖,在沙二段沉積末期就進(jìn)入第一次生烴期[6]。包裹體測溫研究表明,濟(jì)陽坳陷油氣藏的形成分為2個大的階段,即漸新世末和新近紀(jì)[6-8],并以新近紀(jì)為主。包裹體測溫結(jié)果證實(shí),形成于東營組沉積末期的油藏包括車鎮(zhèn)凹陷車43井沙四段油層(包裹體均一溫度為61.3 ℃)、東營凹陷辛154井(91～99 ℃)、營67井(100.1～103.6 ℃),等等。

分析測試數(shù)據(jù)表明,東營運(yùn)動有利于油氣運(yùn)移,對早期成藏的圈閉有一定的破壞作用,但形成時間早、保存條件好的圈閉仍可以聚集油氣并保存成藏,如東營凹陷大蘆湖、梁家樓油田沙河街組三段巖性油藏、勝坨油田勝利村沙三段背斜油藏及沾化凹陷三合村油田沙三段地層超覆油藏、車鎮(zhèn)凹陷車古201潛山等,均表現(xiàn)出東營組沉積末期已有油氣充注的成藏特征[7-10]。

車古201潛山位于車鎮(zhèn)凹陷的北部陡坡帶,車西洼陷與大王北洼陷之間車3鼻狀構(gòu)造的主體部位。車鎮(zhèn)凹陷發(fā)育以中—古生界為主的下構(gòu)造層和以古近系為主的上構(gòu)造層:在中部深凹區(qū),2套構(gòu)造層之間斷裂體系完全不同,繼承性差;在北部陡坡帶,2套構(gòu)造層的斷裂體系具有繼承性發(fā)育的特點(diǎn)。從過車古201潛山的油藏剖面來看,分割潛山不同斷塊的斷層大都在沙二段沉積末期結(jié)束活動,僅個別斷層活動到東營組沉積前后(圖5)。因此,潛山圈閉的形成時間早于第一次成藏期,可以捕獲第一次成藏期的部分油氣并聚集成藏。

圖5 車鎮(zhèn)凹陷車古201潛山南北向油藏剖面

根據(jù)對車古201奧陶系潛山碳酸鹽巖儲層流體包裹體均一溫度分析發(fā)現(xiàn),其經(jīng)歷過兩期油氣充注:第一期均一溫度在70～80 ℃,第二期在90～110 ℃。結(jié)合該井的埋藏史和熱演化史分析,潛山主要有兩期油氣充注期,注入時間分別為:東營組中—晚期、館陶組沉積時期。結(jié)合烴源巖主要生、排烴期,可以確定古潛山油氣充注時期主要在館陶期。

4 結(jié) 論

(1)在NEE-SWW向擠壓應(yīng)力作用下,濟(jì)陽坳陷發(fā)生大規(guī)模的擠壓抬升和剝蝕。

(2)早期發(fā)育的N(N)E、近SN及NW向正斷層分別發(fā)生右旋和左旋壓扭走滑運(yùn)動,在斷層旁側(cè)發(fā)育相關(guān)的壓扭走滑構(gòu)造樣式,形成地層削蝕、正花狀構(gòu)造、壓扭背斜(膝折)等多種圈閉類型,成為新近紀(jì)成藏期的主要圈閉類型之一。

(3)為沙四段上亞段—沙三段下亞段烴源巖在東營組沉積期生成的油氣發(fā)生垂向運(yùn)移提供有利通道,在巖性、潛山及地層超覆等形成時間早、保存條件好的圈閉中聚集成藏,成為勘探過程中油氣發(fā)現(xiàn)的重要組成部分。