黃驊坳陷上古生界古構(gòu)造恢復(fù)

姚 芳 盧 異 王東林 王亞靜 鐘小剛 馬東博 趙坤山 周 瑩

(中國(guó)石油大港油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院)

0 引 言

古構(gòu)造恢復(fù)的一個(gè)重要目的是探索古構(gòu)造油氣藏的改造、遷移與再聚集過(guò)程，它是研究含油氣系統(tǒng)原始構(gòu)成以及含油氣系統(tǒng)后期改造動(dòng)態(tài)過(guò)程的一項(xiàng)關(guān)鍵性手段，特別是對(duì)于尋找潛山油氣藏尤為關(guān)鍵。黃驊坳陷是華北地區(qū)重要的產(chǎn)油氣盆地，但一直以新生界油藏為主，潛山油氣藏發(fā)現(xiàn)歷程艱辛。研究證實(shí)，黃驊坳陷潛山油氣藏的形成與潛山構(gòu)造的形成演化過(guò)程密切相關(guān)[1-7]，開(kāi)展古構(gòu)造恢復(fù)研究是為潛山油氣藏評(píng)價(jià)提供依據(jù)的重要手段。與此同時(shí)，古構(gòu)造恢復(fù)方法很多，選擇一種資料基礎(chǔ)合適、效率高而且效果最佳的古構(gòu)造恢復(fù)方法也是必須的。在前人研究基礎(chǔ)上，本次研究利用近年大港油田新的超大連片三維地震資料及構(gòu)造解釋成果，優(yōu)選采用古水平面恢復(fù)法對(duì)構(gòu)造恢復(fù)進(jìn)行了補(bǔ)充完善，并重新梳理了上古生界潛山構(gòu)造的形成過(guò)程與特點(diǎn)，以期對(duì)黃驊坳陷潛山構(gòu)造形成演化研究及油氣藏的發(fā)現(xiàn)起到推動(dòng)作用。

因此，古構(gòu)造在地史時(shí)期的埋藏狀態(tài)應(yīng)視為古構(gòu)造恢復(fù)[8-13]的主要內(nèi)容，當(dāng)然它也包括古斷裂構(gòu)造體系的恢復(fù)。這種情況下，恢復(fù)古構(gòu)造在不同沉降期的古埋藏趨勢(shì)是研究的主要目的。

1 古構(gòu)造恢復(fù)研究方法

1.1 黃驊坳陷古構(gòu)造恢復(fù)研究方法及適用性

古構(gòu)造恢復(fù)是研究多旋回盆地油氣成藏、改造及重組的重要手段，是建立在以反演分析為基礎(chǔ)的逐步回剝之上?；貏兗刺蕹细驳貙?，將不同時(shí)期的古水準(zhǔn)面恢復(fù)到原來(lái)位置的過(guò)程。常用的古構(gòu)造恢復(fù)技術(shù)包括平衡地質(zhì)剖面、厚度分析方法等[14-20]，等厚圖法是最早提出的古構(gòu)造恢復(fù)技術(shù)，它是基于地層厚度的空間變化與古地貌或基底沉降之間具有直接關(guān)系的基本假設(shè)，也可以認(rèn)為是最早的“可容納空間”沉積觀點(diǎn)。該方法在俄羅斯地臺(tái)、西伯利亞地臺(tái)古構(gòu)造研究過(guò)程進(jìn)行了應(yīng)用[21]。黃驊坳陷區(qū)中、新生代期間地層侵蝕規(guī)模雖然較大，但由于持續(xù)的抬升作用速度較快，導(dǎo)致夷平作用不徹底，進(jìn)而形成溝壑縱橫的古地貌形態(tài)。因此，上覆地層沉積厚度的變化僅能反映侵蝕后的古地貌狀態(tài)，而難以反映下伏地層產(chǎn)狀。正是由于構(gòu)造夷平作用不徹底，導(dǎo)致殘留地層厚度難以反映古構(gòu)造埋藏狀態(tài)，因而在黃驊坳陷，地層厚度法不能直接用于古構(gòu)造的恢復(fù)。

基于沉積壓實(shí)規(guī)律的密度法、聲波時(shí)差法以及鏡質(zhì)體反射率法，由于孔隙度變化受深埋藏成巖作用、巖性剖面等的影響較大，其使用的環(huán)境是有限的。在泥巖較發(fā)育的層序中以及在殘留地層厚度較大的地區(qū)，上述方法有一定的使用價(jià)值。但是當(dāng)經(jīng)歷過(guò)多次抬升剝蝕、地層殘留厚度較小、同時(shí)被恢復(fù)的地層又有太多的砂巖時(shí)，這一方法的有效性值得懷疑[22]。在黃驊盆地，由于需要進(jìn)行恢復(fù)的中生界地層絕大多數(shù)屬于粗碎屑巖剖面，上述方法總體上是不適用的，即便部分地區(qū)可用，但由于橫向上誤差值變化很大，也難以用來(lái)計(jì)算古剝蝕量的空間變化特點(diǎn)。

波動(dòng)地質(zhì)學(xué)法、米蘭科維齊高頻旋回法這些新的研究手段，目前尚屬于探索階段。漆家福等[23-26]曾在黃驊坳陷進(jìn)行過(guò)實(shí)驗(yàn)，取得了一定進(jìn)展。但由于影響因素比較復(fù)雜，利用該方法所得到的古構(gòu)造面貌也還存在很大的不確切性。

1.2 古水平面恢復(fù)法及應(yīng)用

1.2.1 理論基礎(chǔ)

如果能夠較準(zhǔn)確地刻畫某一時(shí)期的古地貌起伏形態(tài)，則侵蝕期后的古構(gòu)造起伏是可以確定的。構(gòu)造研究普遍認(rèn)為，強(qiáng)烈的構(gòu)造變形通常集中在一個(gè)相對(duì)短暫的時(shí)間段，大規(guī)模的構(gòu)造熱事件之后往往是一段較長(zhǎng)時(shí)間的均衡調(diào)整階段，也是侵蝕作用發(fā)生的主要時(shí)期。劇烈構(gòu)造運(yùn)動(dòng)之后，地下地質(zhì)體的變形作用也隨之減弱，因而侵蝕作用發(fā)生時(shí)的古構(gòu)造基本保持了劇烈構(gòu)造運(yùn)動(dòng)結(jié)束時(shí)的形態(tài)。也就是說(shuō)，由侵蝕地貌所確定的古構(gòu)造埋藏狀態(tài)可近似代表侵蝕作用發(fā)生之前的古構(gòu)造形態(tài)，這就是采用古水平面分析方法研究深部古構(gòu)造埋藏起伏變化的理論前提。

在今構(gòu)造和地層剖面當(dāng)中，古水平面是無(wú)法直接看到的，但是通過(guò)分析充填地層的層序結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以得出較為準(zhǔn)確的古水平面產(chǎn)狀。

在新的深埋及構(gòu)造變形過(guò)程中，由于上覆地層與包括古構(gòu)造體系的基底地層已經(jīng)成為不可分割的整體，二者同時(shí)受后期構(gòu)造變形改造作用。因此，上覆地層的褶皺、抬升、沉降等變形與基底古構(gòu)造保持著一致性，沉積的上覆地層只要不發(fā)生強(qiáng)烈的熱變質(zhì)作用而失去原有的地層產(chǎn)狀，就仍然可以作為下伏古構(gòu)造的指示“標(biāo)記”。通過(guò)識(shí)別不整合面以上充填的地層層序結(jié)構(gòu)，可以判斷不整合形成之后的古沉積水準(zhǔn)面產(chǎn)狀，進(jìn)而恢復(fù)深部古構(gòu)造形態(tài)。

1.2.2 方法應(yīng)用

結(jié)合層序地層學(xué)分析開(kāi)展古水平面恢復(fù)是古構(gòu)造恢復(fù)的關(guān)鍵所在，而標(biāo)示古水平面的層序特點(diǎn)在高精度成像的地震剖面上可以較容易識(shí)別出來(lái)。上超、下超、頂超、底超等層序結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)著古湖平面及不整合面的產(chǎn)狀變化，是解釋古水平面的關(guān)鍵性依據(jù)，只要將確定的古水平面拉平就可以恢復(fù)沉積當(dāng)時(shí)的深部古構(gòu)造形態(tài)。同時(shí)，結(jié)合部分標(biāo)志性探井得到的古剝蝕量恢復(fù)數(shù)據(jù)，就可以較為精確地恢復(fù)不同地層沉積期間古構(gòu)造埋藏形態(tài)。關(guān)于利用古水平面開(kāi)展古構(gòu)造恢復(fù)的技術(shù)原理、圖解及步驟，前人已有詳細(xì)描述[22]，本文不再重復(fù)。

近年來(lái)，在黃驊坳陷新采集、處理的高分辨率三維及二維地震資料為這一技術(shù)的推廣實(shí)施創(chuàng)造了條件，而三維地震解釋技術(shù)中的層拉平及斷塊恢復(fù)技術(shù)則為研究提供了必要的高效工具。同時(shí)，利用三維或二維地震資料進(jìn)行古構(gòu)造恢復(fù)也可實(shí)現(xiàn)解釋古水平面的一致性和閉合性。圖1是利用地震解釋軟件提供的層拉平技術(shù)開(kāi)展古水平面恢復(fù)，研究古構(gòu)造演化的一個(gè)實(shí)例。

通過(guò)分別對(duì)孔一段底(圖1b)、孔店組底(圖1c)、中生界底(圖1d)進(jìn)行層拉平，與今構(gòu)造剖面(圖1a)進(jìn)行對(duì)比分析，可以很容易地研究不同時(shí)期古構(gòu)造的形態(tài)及演化。圖中所示A、C兩點(diǎn)間的二疊-奧陶系內(nèi)部由印支運(yùn)動(dòng)形成的古逆沖構(gòu)造-烏馬營(yíng)逆沖推覆構(gòu)造，在圖1d所示古逆沖構(gòu)造高點(diǎn)-B點(diǎn)，在侏羅紀(jì)沉積時(shí)期構(gòu)造發(fā)生反轉(zhuǎn)為侏羅紀(jì)局部凹陷，沉積較厚侏羅系地層，此時(shí)顯示侏羅紀(jì)盆地局部拉張的特點(diǎn)。到中生代末期，AB段受滄東鏟式斷裂旋轉(zhuǎn)掀斜作用再次發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)，BC段相對(duì)繼承性發(fā)育，此時(shí)期中生界及部分古生界地層遭受強(qiáng)烈剝蝕，再次在B點(diǎn)形成古構(gòu)造高，且構(gòu)造高一直保持到了現(xiàn)今。

對(duì)比圖1c和圖1b，其中圖1c是孔店組底界拉平，理論上反映孔店組沉積前的古構(gòu)造形態(tài)?？紤]到中生界末期華北地區(qū)夷平作用并不徹底，圖1b所示Ek1底拉平剖面，基本代表了孔店組沉積初期的古水平面，Ek2+3地層厚度的變化，反映中生界末期古地形變化很大，剖面顯示兩邊高中間低的古地貌特點(diǎn)，說(shuō)明古構(gòu)造反轉(zhuǎn)幅度并沒(méi)有圖1c所示大，也就是說(shuō)圖1b更真實(shí)地反映了古構(gòu)造演化過(guò)程和深埋特點(diǎn)。因此，利用古水平面恢復(fù)研究古構(gòu)造不同地質(zhì)時(shí)期深埋特點(diǎn)及變化更真實(shí)，這也是古水平面恢復(fù)法的優(yōu)勢(shì)所在。

此外，借助一些專業(yè)地震解釋類軟件提供的沿?cái)鄬踊瑒?dòng)、塊體旋轉(zhuǎn)、平衡剖面恢復(fù)等技術(shù)手段，在地震剖面上研究構(gòu)造演化，特別是直接利用深度域地震資料開(kāi)展研究，效果會(huì)更好，本文不逐一闡述。

圖1 黃驊坳陷孔店組連片三維In2384層拉平剖面

2 黃驊坳陷上古生界古構(gòu)造恢復(fù)認(rèn)識(shí)

黃驊坳陷古生界含油氣系統(tǒng)形成的關(guān)鍵時(shí)刻是中侏羅世末期[27]，同時(shí)鑒于新生代始新世與漸新世期間的斷裂構(gòu)造改造的差異性，故對(duì)中侏羅世末期，晚白堊世及始新世中期三個(gè)階段的奧陶系頂面古構(gòu)造形態(tài)進(jìn)行了恢復(fù)、完善。在古構(gòu)造恢復(fù)的過(guò)程中，除采用古水平面法開(kāi)展古構(gòu)造分析外，也利用少量的平衡剖面進(jìn)行了補(bǔ)充。通過(guò)系統(tǒng)的古構(gòu)造研究，對(duì)大港探區(qū)前新生代構(gòu)造產(chǎn)生了如下新認(rèn)識(shí)：

(1)大港油田前新生代古構(gòu)造均是中生代印支-燕山階段的產(chǎn)物，在古近紀(jì)孔店-沙河街期以后被伸展斷裂、掀斜作用所改造?；謴?fù)結(jié)果表明，中生代末期的古構(gòu)造表現(xiàn)出大型帚狀雁列的特點(diǎn)(圖2)。巨型帚狀構(gòu)造由烏馬營(yíng)-官西、徐揚(yáng)橋-孔西-大中旺兩個(gè)近南北向右階雁列背向斜帶與其東側(cè)一系列北東向撒開(kāi)的背向斜帶組成。近南北向古構(gòu)造帶表現(xiàn)出較強(qiáng)的壓剪變形特點(diǎn)，在這些構(gòu)造帶中發(fā)現(xiàn)了大量走滑構(gòu)造，如在烏馬營(yíng)地區(qū)，新發(fā)現(xiàn)了一系列與徐西古走滑斷裂系相關(guān)的左行平移斷層，最大的一條走滑分量在4 km左右。在NE向以逆掩構(gòu)造為主、雁列的構(gòu)造帶中，發(fā)育了大量的近SN或NNW向展布的平移斷層，與部分平移斷層伴生了一些擠壓推覆構(gòu)造，如千米橋潛山構(gòu)造等[14-15]。

據(jù)此推斷，黃驊坳陷中生代古構(gòu)造是近南北向壓扭構(gòu)造與北東向擠壓構(gòu)造疊加的結(jié)果。

圖2 黃驊坳陷晚侏羅紀(jì)早期奧陶系頂古構(gòu)造圖

(2)結(jié)合古構(gòu)造恢復(fù)及構(gòu)造演化研究可以證實(shí)，黃驊坳陷區(qū)除邊界斷裂徐西、滄東斷裂外，盆內(nèi)的二級(jí)斷層主要產(chǎn)生于漸新世以后，且新生代對(duì)古構(gòu)造的大規(guī)模斷裂改造作用也主要發(fā)生在漸新世以后，在坳陷南部地區(qū)，漸新世早期是古構(gòu)造發(fā)生大規(guī)模旋轉(zhuǎn)、削截的主要時(shí)期。同時(shí)，由于始新世未見(jiàn)發(fā)生明顯的塊體旋轉(zhuǎn)，中生代末期的古構(gòu)造控制了黃驊坳陷南區(qū)孔店組沉積早期古地貌，一直到孔店末期才受到徐西、滄東斷裂活動(dòng)控制而發(fā)生較大的古構(gòu)造變形，沉積古地貌才發(fā)生較大的變化，故孔店組沉積早、中期的古構(gòu)造形態(tài)與中生代末具有很大相似之處(圖3)。

圖3 黃驊坳陷及周緣上古生界埋藏古構(gòu)造圖

(3)古構(gòu)造恢復(fù)證實(shí)侏羅紀(jì)期間，在南皮至東光一帶以及古鹽山地區(qū)存在古凹陷，凹陷帶軸向南北，其間夾持的隆起構(gòu)造是古生界原生油氣一次生烴期間油氣運(yùn)聚的主導(dǎo)方向。古構(gòu)造恢復(fù)發(fā)現(xiàn)的兩個(gè)凹陷面積均較大，其中古南皮凹陷其西段近一半的面積位于滄縣隆起(南段)，它是南區(qū)古生代油氣的主要供源區(qū)。在白堊紀(jì)中、晚期，由于南區(qū)CC 1井-X 7井方向花崗巖帶侵入的影響，古凹陷在晚白堊世被隆起作用所改造，形成現(xiàn)今的DG井-DGu 1井背斜帶以及南皮斜坡。

3 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于改造型盆地，利用古水平面恢復(fù)法開(kāi)展構(gòu)造演化研究，更接近古構(gòu)造真實(shí)的演化過(guò)程及深埋狀態(tài)，同時(shí)基于海量地震數(shù)據(jù)，可以利用更先進(jìn)的技術(shù)手段、方法，使得古構(gòu)造恢復(fù)研究工作可以更大范圍、更精細(xì)、更高效地開(kāi)展。利用古水平面恢復(fù)法研究黃驊坳陷上古生界的古構(gòu)造，對(duì)研究黃驊坳陷潛山構(gòu)造演化及成藏提供了支撐。