東濮凹陷構(gòu)造特征及古生界有利勘探區(qū)帶評價(jià)

余海波

（1.中國石化中原油田分公司物探研究院，河南濮陽 457001；2.中國石化中原油田分公司博士后科研工作站，河南濮陽 457001）

0 引言

盆地演化往往受多期次、不同方向、不同性質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力疊加作用的影響，大多盆地具有擠壓、拉張、走滑變形的疊合或復(fù)合特征。渤海灣盆地位于華北克拉通東部地塊，構(gòu)造演化強(qiáng)烈［1］，呈斜體“N”字形，面積約20×104km2［2-3］，盆地內(nèi)發(fā)育4 條區(qū)域性走滑斷裂帶，斷裂的不同部位在盆地內(nèi)的發(fā)育程度不同［4-5］，從而使盆地內(nèi)各坳陷的發(fā)育情況存在明顯差異［5］。根據(jù)各坳陷所處的應(yīng)力環(huán)境，可將渤海灣盆地劃分為北部和南部剪切構(gòu)造區(qū)、中部轉(zhuǎn)換拉張構(gòu)造區(qū)［6］。渤海灣盆地的形成具有印支—燕山期逆斷成山、古近紀(jì)正斷改造、晚期走滑定型的演化特征，不同時(shí)期的構(gòu)造演化特征對油氣成藏具有重要控制作用［7］。

東濮凹陷位于渤海灣盆地南端，北窄南寬。以往研究人員對東濮凹陷古近系盆地結(jié)構(gòu)、拉張型斷裂系統(tǒng)及構(gòu)造樣式做過較多研究，并認(rèn)為蘭聊斷層的分期性、分段性活動強(qiáng)度差異控制著東濮凹陷的形成和演化［8-10］。從渤海灣盆地區(qū)域構(gòu)造背景出發(fā)，根據(jù)東濮凹陷不同時(shí)期的構(gòu)造演化特征，精細(xì)解析不同應(yīng)力作用下盆地的結(jié)構(gòu)和斷裂體系，并劃分構(gòu)造單元和油氣系統(tǒng)，以期為古生界油氣勘探選區(qū)、選帶指明方向。

1 盆地結(jié)構(gòu)

東濮凹陷在早古生代為伸展背景下的海相克拉通盆地，晚古生代為伸展背景下的近?？死ㄅ璧兀B紀(jì)為擠壓背景下的克拉通內(nèi)大型撓曲盆地。印支—燕山期發(fā)生過多次擠壓運(yùn)動，東濮凹陷受近南北向擠壓作用持續(xù)隆起，三疊系被隆起分隔呈東西向展布，并形成東西向的寬緩褶皺。東濮凹陷古近系沉積前基底為東西高、南北低的構(gòu)造格局，具有南北分區(qū)、寬緩褶皺變形的特征。在古近紀(jì)，太平洋板塊向歐亞板塊俯沖的構(gòu)造應(yīng)力方向發(fā)生改變，導(dǎo)致東濮凹陷受東西向拉張作用，從而使印支期形成的近東西向單一凹陷逐步轉(zhuǎn)為北東向多洼裂陷［11-13］。依據(jù)大斷裂、等深線、地層尖滅線，并結(jié)合構(gòu)造圖、構(gòu)造綱要圖的最新成果，對東濮凹陷構(gòu)造單元重新厘定［14-15］，將該凹陷劃分為蘭聊斷階帶、東部次凹帶、中央低凸起、西部次凹帶、西部斜坡帶等二級構(gòu)造單元。由于東濮凹陷在不同時(shí)期的構(gòu)造帶轉(zhuǎn)換快，重新厘定后可劃分為包含43條斷裂、35 個正向構(gòu)造和12 個洼陷的三級構(gòu)造單元（圖1）。

圖1 東濮凹陷構(gòu)造單元劃分Fig.1 Division of tectonic units in Dongpu Sag

東濮凹陷的形成經(jīng)歷了多應(yīng)力、多期次、多類型、多角度的構(gòu)造演化，受印支期近南北向強(qiáng)烈擠壓應(yīng)力作用，形成了一系列近東西向展布的逆沖斷裂和大型背斜，凹陷南北分區(qū)格局定型（圖2）。過范古2—觀城逆沖斷層以北為北區(qū)，過習(xí)城集—孟居逆沖斷層和過范古2—觀城逆沖斷層之間區(qū)域?yàn)橹袇^(qū)，過習(xí)城集—孟居逆沖斷層以南為南區(qū)。東濮凹陷北區(qū)受邊界逆沖斷層控制形成大型背斜構(gòu)造；中區(qū)整體為向斜構(gòu)造，局部存在小型背斜，前梨園地區(qū)為向斜構(gòu)造的中心位置；南區(qū)逆沖斷裂大量發(fā)育，整體抬升幅度較大，發(fā)育多個背斜構(gòu)造。

圖2 東濮凹陷及鄰區(qū)地震剖面解釋（剖面位置見圖1 中DD'）Fig.2 Seismic geological interpretation section of Dongpu Sag and adjacent areas

（1）北區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征

北區(qū)古近紀(jì)盆地整體東斷西翹，蘭聊斷層為多米諾式，地層整體向東傾斜，缺失沙四段和東營組，古近系依次向西超覆減薄，并尖滅于館陶組之下。蘭聊斷層下降盤發(fā)育濮城斷層、觀城斷層、宋廟斷層，控制多個半地塹或地塹。蘭聊斷層、濮城斷層、觀城斷層、宋廟斷層向下切割至基底，向上尖滅在館陶組和明化鎮(zhèn)組。蘭聊斷層傾角較陡，緊靠蘭聊斷層的殘留地層僅為石炭系—二疊系、三疊系、沙三下亞段，向上與館陶組呈不整合接觸。濮城斷層活動強(qiáng)烈，為主要西傾控洼斷裂，下降盤古近系發(fā)育較全，沙三下亞段與三疊系呈不整合接觸，沙一段與館陶組亦呈不整合接觸，局部缺失東營組，并被多條同向或反向次級小斷層切割（圖3a）。

（2）中區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征

中區(qū)古近紀(jì)盆地整體東厚西薄，西斜坡館陶組自西向東依次與石炭系—二疊系、中生界三疊系、沙四段呈不整合接觸，大量晚期發(fā)育的東傾斷層切割早期發(fā)育的西傾斷層，形成多個半地塹、地塹及壘塹疊置的構(gòu)造樣式。受蘭聊斷層鏟式形態(tài)和演化的控制，以及石家集斷層的強(qiáng)烈活動影響，在中央低凸起處的古近系向上隆升，從而使得中區(qū)具有明顯的兩洼一隆、高隆深洼的構(gòu)造特征。在沙二段沉積期及之后，受弱拉張—強(qiáng)右旋走滑控制，在中央低凸起處的反轉(zhuǎn)斷層具有一定的走滑分量，形成明顯的花狀構(gòu)造特征，深層早期逆沖斷裂體系和淺層沙四段—沙三段時(shí)期的拉張斷裂體系被走滑作用改造，形成復(fù)雜的構(gòu)造樣式（圖3b）。

圖3 東濮凹陷地震剖面地質(zhì)解釋結(jié)構(gòu)（測線位置見圖1 中AA'，BB'，CC'）Fig.3 Geological interpretation structure of regional seismic section in Dongpu Sag

（3）南區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征

南區(qū)古近系整體東傾，東斷西超，在西斜坡館陶組分別與沙四段、沙三下亞段呈不整合接觸，蘭聊斷層上盤的長垣斷層、方里集斷層、黃河斷層、馬廠斷層形成多個半地塹或地塹，黃河斷層活動強(qiáng)烈。馬東斷層向上尖滅在沙二下亞段，向下與深層逆沖斷層相交。黃河斷層產(chǎn)狀為鏟式，傾角緩，上盤大量發(fā)育方里集等次級同向和反向調(diào)節(jié)斷層，地層整體東傾，向西斜坡發(fā)生斷缺。長垣斷層的上升盤僅殘留寒武系—奧陶系、石炭系—二疊系、中生界三疊系、沙四段、沙三下亞段、館陶組，三疊系因受早期逆沖斷層抬升剝蝕作用影響僅局部零星殘留（圖3c）。

2 構(gòu)造演化及控藏特征

東濮凹陷的形成和演化受構(gòu)造運(yùn)動控制，斷層活動對凹陷的沉積充填、抬升剝蝕、油氣的聚集和保存均具有一定影響［16-17］，但不同級別的斷層對優(yōu)質(zhì)烴源巖分布、沉積相類型、構(gòu)造格局及油氣分布的影響存在一定差異［18-20］。通過對東濮凹陷地震剖面構(gòu)造樣式的精細(xì)解析，認(rèn)為東濮凹陷在印支期受到近南北向擠壓應(yīng)力作用形成南北分區(qū)的構(gòu)造格局，發(fā)育近東西向展布的逆沖斷裂系統(tǒng)；在燕山期受到近東西向弱擠壓作用形成東西分帶的雛形，發(fā)育近北東向逆沖斷裂系統(tǒng)；沙四—沙三段沉積期，在近東西向強(qiáng)烈拉張作用下形成東西分帶、斷裂控洼的構(gòu)造特征，發(fā)育近北北東向強(qiáng)拉張斷裂系統(tǒng)；在沙二段沉積期及之后，拉張作用減弱，右旋走滑作用加強(qiáng)，形成復(fù)雜斷塊群，發(fā)育右旋走滑—弱拉張斷裂系統(tǒng)。整體上，東濮凹陷具有擠壓分區(qū)、拉張分帶、走滑成塊的構(gòu)造特征，并在斷裂系統(tǒng)影響下整體表現(xiàn)為多凸多洼的“棋盤式”含油氣系統(tǒng)。油源對比表明，各斷裂系統(tǒng)內(nèi)油氣均具有“近源聚集”的特征，平面上可劃分為十大含油氣系統(tǒng)［14］（圖4）。

圖4 東濮凹陷構(gòu)造演化模式Fig.4 Tectonic evolution model of Dongpu Sag

沙二段沉積末期，運(yùn)移至構(gòu)造高部位的主要是黑油油藏，為低熟原油；東營組沉積末期，運(yùn)移至構(gòu)造斜坡部位的主要是黑油-揮發(fā)性油藏，為成熟油氣藏；明化鎮(zhèn)組沉積末期，運(yùn)移至靠近洼陷低部位的為晚期高熟油氣；第四紀(jì)末期，洼陷帶主要發(fā)育晚期油裂解及干酪根成因氣。東濮凹陷油氣具有“高部位為油、低部位為氣，早期為油、晚期為氣，東營組沉積末期—至今連續(xù)成藏”的分布特征。東濮凹陷總體上發(fā)育4 類油氣藏，分別是石炭系—二疊系克拉通型煤系源巖高熟氣、沙四段斷坳型高熟源巖致密/頁巖油氣、沙三段斷陷型成熟源巖成熟油氣、沙一段斷坳轉(zhuǎn)換型低熟源巖低熟油氣，總體具有“近源聚集、連續(xù)成藏、斷層-超壓控富”的油氣富集規(guī)律（圖5）。

圖5 東濮凹陷油氣成藏剖面（測線位置見圖1 中EE'）Fig.5 Hydrocarbon accumulation profile of Dongpu Sag

3 古生界有利勘探區(qū)帶預(yù)測

東濮凹陷古生界構(gòu)造在西部斜坡帶和蘭聊斷裂帶為先逆、后正的“兩層樓結(jié)構(gòu)”，在中央隆起帶為先逆、后正、再走滑的多期變形構(gòu)造（圖3）。東濮凹陷北區(qū)、中區(qū)和南區(qū)在構(gòu)造變形和演化上存在差異，南北區(qū)構(gòu)造活動的不均衡性，使東濮凹陷形成復(fù)雜的構(gòu)造格局?；讛鄬釉缙跒槟鏀鄬?，晚期不活動或反轉(zhuǎn)，古生界被新生代發(fā)育的正斷層和走滑斷層改造，不同斷裂系統(tǒng)下的構(gòu)造圈閉樣式具有明顯差異。印支—燕山期擠壓作用在地震上具有明顯的逆沖特征，同時(shí)受新生代拉張-走滑改造作用，東濮凹陷古生界形成斷鼻、斷塊、斷背斜等圈閉（圖6）。

圖6 東濮凹陷石炭系—二疊系圈閉展布Fig.6 Distribution of Carboniferous-Permian traps in Dongpu Sag

東濮凹陷南區(qū)中央隆起帶為斷塊構(gòu)造，殘余古生界地層相對較薄，形成斷塊潛山，古生界受到晚期斷裂的強(qiáng)烈改造作用，破碎嚴(yán)重，對油氣藏的保存較為不利。東濮凹陷中區(qū)中央隆起帶為半背斜構(gòu)造，古生界地層殘余厚度較大，上覆地層發(fā)育較厚，晚期的斷裂切割改造及東營運(yùn)動作用較弱，為古生界油氣藏的運(yùn)移及保存提供了有利構(gòu)造背景，是上古生界煤層氣原生油氣藏有利勘探區(qū)。

東濮凹陷古生界具有早期埋藏淺、印支—燕山期被長期抬升、古近紀(jì)快速埋藏的構(gòu)造演化特征。當(dāng)鏡質(zhì)體反射率（Ro）為0.70%～0.82% 時(shí)，上古生界達(dá)到生烴門限，當(dāng)烴源巖埋深達(dá)到4500 m 時(shí)，Ro大于1.5%，為高熱演化區(qū)。上古生界煤系源巖高熱演化區(qū)的生氣強(qiáng)度大于20×108m3/km2，Ro為1.5%～2.5%，為煤層氣的重要增儲方向。將東營組沉積期的斷層、東營組沉積期煤系源巖的生氣強(qiáng)度、沙二段的蓋層分布進(jìn)行疊合，預(yù)測源外古生界煤層氣有利區(qū)帶（圖7），前梨園南部地區(qū)東營組沉積期的生氣強(qiáng)度大于90×108m3/km2，斷裂不活動，沙二段蓋層厚度為350～450 m，可作為源外古生界煤層氣有利區(qū)帶。

圖7 東濮凹陷東營組沉積期煤系源巖生氣強(qiáng)度和活動斷層疊合沙二段蓋層厚度分布Fig.7 Gas generation intensity and active fault of coal-measure source rocks of Dongying Formation and cap layer thickness of the second member of Shahejie Formation in Dongpu Sag

依據(jù)新近紀(jì)—第四紀(jì)煤系源巖的生氣強(qiáng)度、上古生界砂體分布和石炭系—二疊系頂面構(gòu)造疊合圖，在埋深為4 500～5 500 m 和5 500～7 500 m處預(yù)測為源內(nèi)煤層氣有利區(qū)帶（圖8）。文留—衛(wèi)城—濮城地區(qū)新近紀(jì)—第四紀(jì)生氣強(qiáng)度大于60×108m3/km2，石炭系—二疊系砂體厚度為400～600 m，埋深為4 500～5 500 m，可以作為源內(nèi)煤層氣有利區(qū)帶。

圖8 東濮凹陷新近紀(jì)—第四紀(jì)煤系源巖生氣強(qiáng)度疊合石炭系—二疊系砂體厚度及埋深線Fig.8 Gas generation intensity of Neogene-Quaternary coal measure source rocks and sand body thickness and burial depth of Carboniferous-Permian in Dongpu Sag

根據(jù)區(qū)域地震資料解釋和印模法、寒武系—奧陶系頂面（Tg）構(gòu)造圖等高線走向趨勢，勾畫出多個局部構(gòu)造高部位圈閉，基本上均為北西西向斷鼻構(gòu)造（圖9）。將東濮凹陷石炭系—二疊系生氣強(qiáng)度疊合下古生界區(qū)域古隆起分布，預(yù)測大型古隆起煤層氣有利區(qū)帶，認(rèn)為白廟地區(qū)位于大型古隆起構(gòu)造帶，生氣強(qiáng)度大于100×108m3/km2，可作為大型古隆起煤層氣有利區(qū)帶。

圖9 東濮凹陷石炭系—二疊系生氣強(qiáng)度疊合下古生界古隆起分布Fig.9 Gas generation intensity of Carboniferous-Permian and paleouplift distribution of Lower Paleozoic in Dongpu Sag

在源內(nèi)優(yōu)選的煤層氣有利區(qū)帶文留—衛(wèi)城—濮城位于東濮凹陷中區(qū)，中區(qū)構(gòu)造改造弱，油氣富集，南北向擠壓斷層控制著古生界殘余地層分布。對文留—衛(wèi)城—濮城構(gòu)造帶進(jìn)行精細(xì)解析，發(fā)現(xiàn)在主走滑斷層?xùn)|側(cè)（上升盤）發(fā)育3 個大的構(gòu)造圈閉。構(gòu)造帶北部石炭系—二疊系頂面儲層埋深約3 400 m，烴源巖位于高熱演化區(qū)之外，氣源較差；構(gòu)造帶中部石炭系—二疊系頂面儲層埋深約3 700 m，煤系烴源巖位于高熱演化區(qū)，小斷裂改造成多個斷塊；構(gòu)造帶南部石炭系—二疊系頂面儲層埋深約3 900 m，烴源巖處于高熱演化區(qū)，氣源充足、構(gòu)造簡單，為有利勘探目標(biāo)。

4 結(jié)論

（1）東濮凹陷整體上具有印支—燕山期擠壓分區(qū)、古近紀(jì)拉張成帶、沙四—沙三段沉積期斷陷控洼、沙二段沉積期走滑成塊的構(gòu)造演化特征。在近南北向測線上，東濮凹陷北區(qū)和南區(qū)發(fā)育大型背斜；中區(qū)為大型向斜，局部存在小型背斜。在近東西向測線上，燕山期為弱擠壓逆沖，沙四段和沙三段沉積期為強(qiáng)烈拉張，沙二段沉積期及之后為右旋走滑-弱拉張。

（2）東濮凹陷在多期次、多性質(zhì)、多方向的構(gòu)造應(yīng)力控制下，具有明顯的分區(qū)、分帶特征。中區(qū)在印支期擠壓作用下形成向斜構(gòu)造，之后繼承性發(fā)育，洼陷發(fā)育優(yōu)質(zhì)烴源巖，油氣主要在中區(qū)富集。中區(qū)構(gòu)造改造弱，南北向擠壓斷層控制著古生界殘余地層分布，是深層煤層氣原生油氣藏有利區(qū)帶。

（3）東濮凹陷在印支—燕山期擠壓和古近紀(jì)拉張-走滑共同作用下形成“棋盤式”含油氣系統(tǒng)，各含油氣系統(tǒng)內(nèi)油氣普遍具有“上油下氣、早油晚氣、連續(xù)成藏”特征。東濮凹陷總體上發(fā)育4 類油氣藏，建立了弱改造型盆地“近源聚集、連續(xù)成藏、斷超控富”的油氣富集模式。

（4）以烴源巖為中心多成藏要素疊合，優(yōu)選了位于東濮凹陷中區(qū)的衛(wèi)城—文留構(gòu)造帶為有利勘探區(qū)帶。優(yōu)選烴源巖處于高熱演化區(qū)、氣源充足、構(gòu)造簡單、整裝的圈閉為有利勘探目標(biāo)。

致謝：本文完成過程中，得到了中國石化中原油田分公司程秀申高級專家及徐田武專家的幫助和指導(dǎo)，在此表示感謝！