渤海海域遼東凸起南段潛山構(gòu)造演化及其對(duì)油氣成藏的控制

楊東升 劉志峰 吳 斌 沈 樸 陳少平 張 瑩 耿名揚(yáng)

（ 中海油研究總院有限責(zé)任公司 ）

0 引言

近年來(lái)，潛山油氣藏是渤海海域油氣增儲(chǔ)上產(chǎn)的主力軍，相繼發(fā)現(xiàn)渤中19-6和渤中13-2等億噸級(jí)大中型油氣田，展示了渤海海域潛山領(lǐng)域巨大的勘探潛力[1-2]。渤海海域前新生界潛山受印支運(yùn)動(dòng)、燕山運(yùn)動(dòng)、喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)等多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的疊加影響，構(gòu)造特征復(fù)雜，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)[3-5]。前人對(duì)渤海灣盆地中生代以來(lái)的構(gòu)造演化及其對(duì)潛山油氣成藏的控制作用做過(guò)大量研究，研究結(jié)果表明印支和燕山兩期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)控制渤海灣盆地古潛山的形成與演化，進(jìn)而控制潛山類(lèi)型、圈閉樣式、輸導(dǎo)體系的發(fā)育及優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的形成，為潛山油氣成藏提供良好的基礎(chǔ)[6-14]。

遼東灣地區(qū)是渤海油田重要的油氣產(chǎn)區(qū)之一[15]，遼東灣地區(qū)當(dāng)前潛山領(lǐng)域油氣發(fā)現(xiàn)主要集中在遼西凸起上[16-18]，已發(fā)現(xiàn)錦州20-2變質(zhì)巖和火山巖潛山、錦州25-1S變質(zhì)巖潛山、綏中36-1碳酸鹽巖潛山等潛山油氣田[19-20]。前人對(duì)遼西凸起帶潛山研究較多，地層認(rèn)識(shí)、構(gòu)造演化和油氣成藏等方面研究也相對(duì)比較完善[21-26]。遼東凸起帶潛山勘探程度較低，多年來(lái)一直沒(méi)有油氣發(fā)現(xiàn)，且受地震資料條件限制，對(duì)潛山內(nèi)幕地層、結(jié)構(gòu)及構(gòu)造演化等方面認(rèn)識(shí)近乎空白。隨著新處理三維地震資料的應(yīng)用，使得解決這些問(wèn)題成為可能。本文以遼東凸起南段潛山為例，基于新處理的三維地震資料，通過(guò)深入研究潛山地層結(jié)構(gòu)與構(gòu)造演化特征，并分析構(gòu)造演化對(duì)油氣成藏的控制作用，為該區(qū)帶的潛山油氣勘探提供參考依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

遼東凸起位于遼東灣坳陷東部，呈近北東向展布，西側(cè)緊鄰遼中凹陷富烴凹陷，成藏條件優(yōu)越（圖1）。遼東凸起可劃分為遼東凸起北段、遼東凸起南段兩大部分。遼東凸起南段潛山東、西分別以走滑斷裂為界，表現(xiàn)為一北東走向的地壘塊。

圖1 遼東灣地區(qū)構(gòu)造單元圖Fig.1 Division of structural units in Liaodong Bay area

遼東凸起鉆井結(jié)果揭示了中生界白堊系和太古宇，均未獲得油氣發(fā)現(xiàn)。但JZ32-1A井在太古宇獲69m/25層D級(jí)熒光顯示，其中太古宇DST測(cè)試見(jiàn)油花，該井的鉆探預(yù)示遼東凸起潛山具有良好的勘探潛力[27]。遼東凸起南段探井揭示潛山為中生界下白堊統(tǒng)，之上覆蓋有新近系的館陶組、明化鎮(zhèn)組和第四系。

2 構(gòu)造與演化特征

2.1 地層認(rèn)識(shí)

根據(jù)遼東灣地區(qū)揭示潛山探井地層分布特征，建立了遼東凸起潛山內(nèi)幕地層垂向分布序列，結(jié)合與鄰區(qū)秦皇島3-A構(gòu)造區(qū)地震相類(lèi)比分析，認(rèn)為遼東凸起南段發(fā)育中生界和太古宇雙層結(jié)構(gòu)，垂向上分別是孫家灣組—九佛堂組碎屑巖、義縣組火山巖、太古宇變質(zhì)花崗巖（圖2）。研究區(qū)中生界下白堊統(tǒng)發(fā)育孫家灣組—九佛堂組碎屑巖和義縣組火山巖兩套大的層系。

圖2 遼東凸起南段潛山內(nèi)幕地層綜合圖Fig.2 Comprehensive stratigraphic column of the inner buried hill in the south section of Liaodong Bulge

將遼東凸起南段潛山內(nèi)幕與秦皇島3-A構(gòu)造區(qū)鉆井揭示的前古近系地震反射特征進(jìn)行類(lèi)比，雖然二者相距100km，但區(qū)域地層分布特征較為一致，具有一定的可對(duì)比性（圖3）。秦皇島3-A構(gòu)造區(qū)鉆井揭示的阜新組—沙海組碎屑巖地震反射表現(xiàn)為中低頻、較連續(xù)、弱振幅的特征；九佛堂組碎屑巖到火山巖過(guò)渡帶表現(xiàn)為低頻、較連續(xù)、強(qiáng)振幅的特征；義縣組具有兩分結(jié)構(gòu)，上部表現(xiàn)為低頻、雜亂、中—弱振幅的偏噴發(fā)相火山巖特征，下部為低頻、連續(xù)、中—強(qiáng)振幅的火山碎屑巖夾玄武巖特征。遼東凸起南段孫家灣組—義縣組地震反射特征和秦皇島3-A構(gòu)造區(qū)鉆井揭示的地層地震反射特征均能有效類(lèi)比。研究區(qū)整體地震反射特征和秦皇島3-A構(gòu)造區(qū)鉆井揭示地層的地震相特征相似，結(jié)合地層垂向序列的分布特征，在地震相上對(duì)孫家灣組—義縣組進(jìn)行了綜合識(shí)別，從而確定遼東凸起南段呈現(xiàn)中生界覆蓋太古宇的雙層結(jié)構(gòu)，其中中生界義縣組上部火山巖和太古宇變質(zhì)花崗巖為潛在勘探層系（圖3）。

圖3 遼東凸起南段潛山內(nèi)幕（a）與秦皇島3-A構(gòu)造區(qū)（b）地震反射特征類(lèi)比（剖面位置見(jiàn)圖1）Fig.3 Comparison of seismic reflection characteristics between the inner buried hill in the south section of Liaodong Bulge (a) and QHD 3-A structural area (b) (section location is in Fig.1）

2.2 構(gòu)造特征

遼東凸起南段潛山內(nèi)幕兩個(gè)主要目的層界面分別為中生界義縣組火山巖頂面Tk20和太古宇變質(zhì)花崗巖頂面Tg8。南東向地震剖面表現(xiàn)為兩個(gè)主要目的層面西側(cè)受遼中1號(hào)斷裂控制，東側(cè)下傾形成鼻狀構(gòu)造。通過(guò)斷裂空間解釋?zhuān)谘芯繀^(qū)內(nèi)共解釋出規(guī)則斷裂22條，分別對(duì)斷裂進(jìn)行了詳細(xì)劃分（圖4）。

從斷裂平面分布上看（圖4），太古宇到基底斷裂逐漸增多，表現(xiàn)為晚期構(gòu)造活躍的特點(diǎn)。按斷裂性質(zhì)可劃分為走滑斷裂和伸展斷裂，伸展斷裂又可劃分為持續(xù)性活動(dòng)斷裂和晚期活動(dòng)斷裂，持續(xù)性活動(dòng)斷裂為向西傾的斷裂，表現(xiàn)為中生代末期逆沖—新生代早期伸展的特點(diǎn)；晚期活動(dòng)斷裂為向東傾的斷裂，為新生代伸展斷裂。北東向張扭性走滑斷裂（遼中1號(hào)斷裂、遼東1號(hào)斷裂）控制了遼東凸起的構(gòu)造格架，對(duì)潛山的形成起到關(guān)鍵作用，并控制遼中凹陷中洼（簡(jiǎn)稱(chēng)遼中中洼）孔店組—沙三段沉積，其中遼中1號(hào)斷裂起到控制圈閉和油氣運(yùn)移的作用。中生代末期逆沖—古近紀(jì)早期伸展疊合斷裂控制了潛山及沙四段—孔店組殘洼的構(gòu)造面貌，改善內(nèi)幕儲(chǔ)層物性。遼東凸起隆升期產(chǎn)生的伸展小斷裂對(duì)改善潛山內(nèi)幕裂縫起到重要的作用。

圖4 遼東凸起南段潛山內(nèi)幕關(guān)鍵界面斷裂平面分布圖Fig.4 Plane fracture distribution of key interfaces in buried hill in the south section of Liaodong Bulge

2.3 構(gòu)造演化

渤海海域地處渤海灣盆地核心地帶，其形成主要經(jīng)歷4個(gè)階段：第一階段是中元古代—晚古生代潛山物質(zhì)基礎(chǔ)發(fā)育階段，屬于沉積建造期，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以整體垂直隆升為主，構(gòu)造不發(fā)育；第二階段為早—中侏羅世擠壓造山與潛山構(gòu)造發(fā)育階段，該階段主要受到來(lái)自遠(yuǎn)程印度板塊、西伯利亞板塊、揚(yáng)子板塊及西太平洋區(qū)板塊（主要包括太平洋板塊、伊澤奈崎—庫(kù)拉板塊、海域法拉隆板塊）的俯沖、會(huì)聚和碰撞作用，在渤海灣廣泛發(fā)育近東西向褶皺、逆沖等擠壓構(gòu)造樣式；第三階段為晚侏羅世—早白堊世陸內(nèi)裂陷及潛山初始格局的形成階段，渤海海域由大規(guī)模南北向擠壓背景轉(zhuǎn)換成北北東向（或北東向）走滑扭動(dòng)和伸展背景，同時(shí)伴有強(qiáng)烈的巖漿活動(dòng)；第四階段為晚白堊世至今，包括古近紀(jì)繼承性裂陷和新近紀(jì)熱沉降。多階段構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)烈疊加改造和多板塊聯(lián)合作用造就了研究區(qū)現(xiàn)今復(fù)雜多樣的構(gòu)造格局[28-33]。

遼東凸起的形成與渤海海域區(qū)域演化既有一定的相似性，也有特殊性。前人研究認(rèn)為遼東凸起是在東三段（E3d3）沉積末期（30.3Ma）之后走滑隆升形成，將遼中凹陷和遼東凹陷分隔開(kāi)來(lái)成為相對(duì)獨(dú)立的沉積凹陷[34]。結(jié)合渤海灣盆地區(qū)域演化特征與渤海海域兩期關(guān)鍵的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)（印支運(yùn)動(dòng)、燕山運(yùn)動(dòng)）表現(xiàn)形式，詳細(xì)分析遼東凸起南段潛山的成因與演化。遼東凸起南段位于郯廬斷裂帶遼東段，受基底和走滑雙重控制，其形成過(guò)程可分為以下四大演化階段：

（1）潛山物質(zhì)基礎(chǔ)發(fā)育期（三疊紀(jì)中期之前）。早古生代—三疊紀(jì)中期，遼東凸起潛山所在的渤海地區(qū)為穩(wěn)定克拉通發(fā)育期，構(gòu)造活動(dòng)相對(duì)穩(wěn)定，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)整體以垂直隆升為主，沉積了下古生界碳酸鹽巖及上古生界海陸交互相石灰?guī)r、陸相碎屑巖，整體構(gòu)造不發(fā)育[35]（圖5a）。

（2）潛山構(gòu)造發(fā)育期（三疊紀(jì)中晚期—白堊紀(jì)末期）。三疊紀(jì)中晚期，華北板塊在印支運(yùn)動(dòng)作用下結(jié)束克拉通穩(wěn)定發(fā)育期。受近南北向強(qiáng)烈擠壓作用影響，渤海地區(qū)出現(xiàn)一系列近東西向的復(fù)背斜，膠遼隆起一側(cè)抬升，研究區(qū)元古宇和古生界均被剝蝕（圖5b）。白堊紀(jì)早期，研究區(qū)在燕山運(yùn)動(dòng)作用下，受太平洋板塊北西向俯沖影響，區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)轉(zhuǎn)為北西向擠壓，渤海灣盆地受地幔熱隆起影響而導(dǎo)致巖石圈減薄，進(jìn)入大規(guī)模陸內(nèi)裂陷期，沉積地層較厚（圖5c）。白堊紀(jì)中—晚期，太平洋板塊北北西向持續(xù)俯沖，渤海地區(qū)前期形成的伸展斷裂面發(fā)生逆沖反轉(zhuǎn)，形成一系列擠壓逆沖構(gòu)造，研究區(qū)整體發(fā)生隆升，中生界部分地層遭受剝蝕（圖5d）。

（3）潛山改造埋藏期（古新世—漸新世末期）?？椎杲M—沙四段（E2s4）沉積期，受北西—南東向拉張應(yīng)力和左旋走滑作用影響，沉積地層較厚（圖5e）。沙三段（E2s3）沉積期，研究區(qū)受北西—南東向拉張應(yīng)力和右旋走滑作用影響，在沙三段沉積末期，由于較強(qiáng)烈的走滑作用開(kāi)始緩慢發(fā)生抬升（圖5f）。東三段沉積期，受南北向斜向拉分伴隨著郯廬斷裂的強(qiáng)烈右旋走滑作用影響，遼東凸起南段周緣產(chǎn)生了局部范圍內(nèi)劇烈的差異沉降，遼中凹陷一側(cè)沉積了較厚的東三段，遼東凸起南段隆升并反轉(zhuǎn)形成（圖5g）。東一段沉積期為持續(xù)斷陷期，伸展作用疊加強(qiáng)烈的走滑作用，在東一段沉積末期研究區(qū)遼中1號(hào)斷裂上升盤(pán)發(fā)生翹傾抬升，并遭受剝蝕，靠近遼中1號(hào)斷裂一側(cè)中生界上白堊統(tǒng)伴隨持續(xù)的抬升出露遭受剝蝕，殘留下白堊統(tǒng)，遼東1號(hào)斷裂一側(cè)殘留孔店組—沙四段，遼東凸起潛山最終定型（圖5h）。

（4）潛山穩(wěn)定埋藏期（中新世—全新世）。喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)以來(lái)，渤海海域進(jìn)入斷坳轉(zhuǎn)換階段，裂陷作用終止，轉(zhuǎn)為裂后熱沉降，研究區(qū)進(jìn)入穩(wěn)定埋藏階段，沉積了較厚的新近系和第四系（圖5i）。

圖5 遼東凸起構(gòu)造演化模式圖Fig.5 Tectonic evolution pattern of Liaodong Bulge

通過(guò)構(gòu)造演化分析發(fā)現(xiàn)，遼東凸起是一個(gè)“年輕的新生代潛山”，其形成時(shí)間（東三段沉積末期）相對(duì)于中生代—新生代裂谷盆地遼東灣坳陷的形成時(shí)間比較晚。遼東凸起南段的隆升、周緣的沉降與右旋走滑是一個(gè)統(tǒng)一的斜向拉分過(guò)程。整個(gè)遼東灣區(qū)域構(gòu)造演化與遼東凸起南段內(nèi)幕地層認(rèn)識(shí)吻合，進(jìn)一步印證了遼東凸起南段潛山內(nèi)幕地層認(rèn)識(shí)的可靠性。

3 構(gòu)造演化對(duì)油氣成藏的控制作用

印支、燕山等多期構(gòu)造活動(dòng)疊加古近紀(jì)強(qiáng)烈的走滑改造作用，控制了遼東凸起南段潛山內(nèi)幕圈閉、裂縫的形成；潛山形成演化過(guò)程中改變的生烴沉積地層的翹傾產(chǎn)狀及形成的斷裂體系控制了潛山內(nèi)幕油氣運(yùn)聚成藏。

3.1 利于潛山內(nèi)幕圈閉的形成

遼東凸起南段潛山內(nèi)幕圈閉的形成受控于構(gòu)造演化。在沙三段—東營(yíng)組沉積末期，受強(qiáng)烈的走滑作用影響，遼東凸起潛山在遼中1號(hào)斷裂上升盤(pán)發(fā)生翹傾抬升，并遭受剝蝕，靠近遼中1號(hào)斷裂一側(cè)中生界出露，遼東1號(hào)斷裂一側(cè)殘留掀斜的高角度孔店組—沙四段，遼東凸起潛山最終定型（圖5e—h）。該時(shí)期構(gòu)造演化直接控制了潛山內(nèi)幕圈閉的形成。兩套目的層圈閉受遼中1號(hào)走滑斷裂控制，形成內(nèi)部小斷裂復(fù)雜化的斷鼻型潛山，中生界義縣組火山巖頂面圈閉面積為99km2，太古宇變質(zhì)花崗巖頂面圈閉面積為70km2。兩套目的層整體圈閉面積大，且埋深相對(duì)較淺，具備形成規(guī)模型潛山內(nèi)幕油氣藏的圈閉條件。

3.2 促進(jìn)潛山內(nèi)幕裂縫型儲(chǔ)層的發(fā)育

遼東凸起南段潛山內(nèi)幕發(fā)育中生界義縣組火山巖與太古宇變質(zhì)花崗巖，渤海義縣組火山巖和太古宇變質(zhì)花崗巖是被證實(shí)的有效儲(chǔ)層，非均質(zhì)性強(qiáng)。多期構(gòu)造活動(dòng)疊加控制潛山內(nèi)幕產(chǎn)生大量構(gòu)造裂縫，增加儲(chǔ)集空間，促進(jìn)遼東凸起南段潛山內(nèi)幕發(fā)育裂縫型儲(chǔ)層。

目標(biāo)區(qū)中生界發(fā)育裂隙噴發(fā)式火山，火山巖體面積為156.7km2，最大厚度為1033m。火山巖潛山優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層受火山巖相、構(gòu)造作用和流體作用控制。針對(duì)研究區(qū)中生界義縣組火山巖，采用地球物理手段，優(yōu)選振幅方差屬性、10Hz分頻相干屬性和傾角屬性進(jìn)行多屬性融合（圖6），結(jié)合地震相特征識(shí)別出火山口—近火山口相主要分布于遼中1號(hào)斷裂附近，火山口—近火山口相表現(xiàn)為雜亂、差連續(xù)、中振幅的地震反射特征（圖7），為有利油氣富集的相帶，多屬性刻畫(huà)火山口—近火山口相面積為94.5km2，最大厚度為950m。利用地震相和融合屬性對(duì)裂縫帶進(jìn)行綜合預(yù)測(cè)，研究區(qū)火山巖圈閉內(nèi)裂縫極發(fā)育的I類(lèi)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層面積為50km2，裂縫較發(fā)育的Ⅱ類(lèi)儲(chǔ)層面積為24.5km2（圖8）。

圖6 遼東凸起南段中生界義縣組火山巖方差屬性—相干屬性—傾角屬性的多屬性融合圖Fig.6 Multi attribute fusion map of variance-coherencedip angle of volcanic rocks of the Mesozoic Yixian Formation in the south section of Liaodong Bulge

圖7 遼東凸起南段中生界義縣組火山巖地震相特征（剖面位置見(jiàn)圖1）Fig.7 Seismic facies characteristics of volcanic rocks of the Mesozoic Yixian Formation in the south section of Liaodong Bulge (section location is in Fig.1)

圖8 遼東凸起南段中生界義縣組火山巖儲(chǔ)層綜合預(yù)測(cè)Fig.8 Comprehensive prediction of volcanic reservoirs of the Mesozoic Yixian Formation in the south section of Liaodong Bulge

渤海海域已鉆井太古宇變質(zhì)花崗巖中石英、長(zhǎng)石含量超過(guò)90%，黑云母等暗色礦物含量為5%左右，是形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的物質(zhì)基礎(chǔ)。太古宇潛山優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層受控于構(gòu)造作用和流體作用。遼東凸起南段潛山內(nèi)幕燕山晚期以來(lái)經(jīng)歷強(qiáng)烈擠壓、拉張、剝蝕，同時(shí)受大型張扭性遼中1號(hào)斷裂和遼東1號(hào)斷裂強(qiáng)烈的走滑作用影響，多期構(gòu)造活動(dòng)疊加，極易形成裂縫型儲(chǔ)層。通過(guò)螞蟻體屬性預(yù)測(cè)太古宇變質(zhì)花崗巖圈閉范圍內(nèi)裂縫較為發(fā)育，尤其靠近遼中1號(hào)走滑斷裂附近裂縫更為密集（圖9）。

圖9 遼東凸起南段太古宇變質(zhì)花崗巖裂縫預(yù)測(cè)圖Fig.9 Prediction of fractures in the Archean metamorphic granite in the south section of Liaodong Bulge

3.3 控制潛山內(nèi)幕油氣的運(yùn)聚成藏

遼東凸起南段緊鄰遼中中洼，遼中中洼是已證實(shí)的富生烴洼陷，發(fā)育沙四段、沙三段、沙一段和東三段4套有效烴源巖，遼中中洼資源量大[36-38]。遼東凸起在走滑作用控制的古近紀(jì)隆升過(guò)程中對(duì)烴源巖沉積地層形成拖拽效應(yīng)，從而加大了烴源巖沉積地層向東側(cè)翹傾的比例。根據(jù)油氣“分隔槽”理論，遼中中洼的烴源巖層系向東側(cè)翹傾比例占30%～50%，遼東凸起南段是遼中中洼油氣運(yùn)聚的有利指向區(qū)，經(jīng)計(jì)算向該帶匯聚的資源量占遼中中洼總資源量的30%。目前整個(gè)遼東凸起南段陡坡鉆井較多，僅發(fā)現(xiàn)旅大6-2油田，區(qū)帶剩余資源量仍較大。遼中中洼主力烴源巖在東二段沉積末期開(kāi)始大量排烴。遼東凸起南段中生界火山巖潛山內(nèi)幕油氣運(yùn)聚具有源—儲(chǔ)直接對(duì)接充注和油氣先沿邊界斷裂垂向運(yùn)移后側(cè)向充注兩種運(yùn)聚模式。太古宇潛山內(nèi)幕油氣運(yùn)聚具有源—儲(chǔ)直接對(duì)接充注模式。東二段沉積末期烴源巖大量排烴以來(lái)，太古宇潛山一直與有效烴源巖直接對(duì)接，油氣充注條件優(yōu)越（圖10）。

圖10 遼東凸起南段潛山內(nèi)幕油氣成藏模式圖Fig.10 Hydrocarbon accumulation pattern in the inner buried hill in the south section of Liaodong Bulge

4 結(jié)論

（1）遼東凸起南段潛山呈太古宇—中生界雙層結(jié)構(gòu)，經(jīng)歷了“潛山物質(zhì)基礎(chǔ)發(fā)育期—潛山構(gòu)造發(fā)育期—潛山改造埋藏期—潛山穩(wěn)定埋藏期”四大構(gòu)造演化過(guò)程，受基底和古近紀(jì)強(qiáng)走滑作用控制，遼東凸起的隆升始于沙三段沉積末期，止于東營(yíng)組沉積末期。

（2）遼東凸起南段中生界義縣組火山巖與太古宇變質(zhì)花崗巖為有利勘探層系，伸展—走滑雙重作用控制潛山內(nèi)幕發(fā)育裂縫型儲(chǔ)層，兩套目的層緊鄰遼中凹陷生烴中心，具有圈閉面積大、儲(chǔ)—蓋配置發(fā)育、運(yùn)移條件優(yōu)越等有利成藏條件，是遼東凸起有利的勘探新領(lǐng)域。