黃驊坳陷澗南潛山構(gòu)造演化對層序樣式的控制

黃傳炎 ，王華，周立宏，廖遠(yuǎn)濤，任陪罡，陳思

(1. 中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)構(gòu)造與油氣資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢，430074；2. 中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)資源學(xué)院，地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢，430074；3. 中石油大港油田分公司 勘探研究院，天津，300280)

在沉積盆地特別是含油氣斷陷盆地分析中，“構(gòu)造地層學(xué)”為近年來的又一個研究熱點(diǎn)，它主要是把盆地的沉積充填過程與盆地的構(gòu)造作用結(jié)合起來[1-4]。眾所周知，含油氣盆地的地層充填樣式和演化受控于盆地的構(gòu)造演化、海(湖)平面的變化、古氣候和物源體系的展布等因素[4-7]，而在陸相斷陷盆地中，發(fā)育的同沉積構(gòu)造由于長期的持續(xù)活動，對沉積相帶和層序樣式的發(fā)育起到重要影響，研究構(gòu)造的演化特征，可以準(zhǔn)確分析在不同構(gòu)造背景下發(fā)育的層序樣式，從而更加精確預(yù)測有利勘探區(qū)帶和油氣藏[8-11]。

2007年5月在南堡凹陷勘探到油儲量達(dá)10億t。位于南堡凹陷北邊緣的澗南潛山是黃驊坳陷內(nèi)重要的含油氣古隆起之一，也是大港油田少有的幾塊未開發(fā)的勘探區(qū)塊之一，因此，對澗南潛山油氣地質(zhì)條件進(jìn)行進(jìn)一步研究具有重要的意義。近十幾年來，前人對澗南潛山的形成演化、油氣地質(zhì)進(jìn)行了大量工作，取得了一些認(rèn)識。為了進(jìn)一步弄清古潛山的勘探潛力，本文作者根據(jù)構(gòu)造地層學(xué)研究思路，對澗南潛山構(gòu)造特征和形成演化進(jìn)行分析，研究構(gòu)造對沉積類型、層序樣式以及垂向演化的控制作用，并據(jù)此探索古隆起外圍的油氣勘探方向。

1 地質(zhì)背景

澗南構(gòu)造帶位于黃驊坳陷東北部，其北側(cè)為燕山褶皺帶前緣西河－老王莊潛山，南側(cè)為塘沽－新港構(gòu)造帶，東西兩側(cè)分別被南堡和北塘兩大凹陷所夾持，是1個發(fā)育在凹陷內(nèi)部的低隆起型潛山構(gòu)造帶，有利勘探面積約 300 km2，澗南潛山區(qū)域地質(zhì)圖和構(gòu)造格架圖如圖1所示。作為劃分北塘和南堡兩大生油凹陷的構(gòu)造，它影響了兩側(cè)凹陷的形成與演化，控制了附近生、儲、蓋層的分布和油氣的運(yùn)聚，對該帶進(jìn)行深入研究對于油氣勘探具有重要意義。

圖1 澗南潛山區(qū)域地質(zhì)圖(a, b)和構(gòu)造格架圖(c)(據(jù)大港資料修改，2004)Fig.1 Regional geological map (a, b)and structure framework (c)of Jiannan buried-hill

澗南潛山呈北東走向，并被早期東西向構(gòu)造體系中的北東、北西向的2組扭性斷層切割，使其北東端向北東向傾伏，而西南端被北西向澗西斷層所切斷，南面受澗南斷層所控制(圖1)。在潛山上沉積的古近系地層組成一短軸背斜，北東向的澗南斷層和北西向的澗西斷層在古近紀(jì)持續(xù)活動，控制了該構(gòu)造帶古近系地層的層序樣式和沉積相類型。

2 澗南潛山構(gòu)造演化及其沉積類型發(fā)育史

澗南潛山所處的黃驊坳陷是在中國東部環(huán)太平洋構(gòu)造域巖石圈拉伸變薄的背景下形成的第三紀(jì)裂谷盆地，坳陷演化過程具有多幕性特征，可以分為裂陷期(43.0～24.6 Ma)、裂后期(24.6～12.0 Ma)和裂后加速沉降期(＜12 Ma)[3,12]。

裂陷期可進(jìn)一步細(xì)分為裂陷Ⅰ，Ⅱ和Ⅲ幕(圖2)。每裂陷幕對應(yīng)一個二級層序。裂陷Ⅰ幕是坳陷的初始裂陷期，構(gòu)造沉降速率約為240 m/Ma，主要沉積沙三段和沙二段。裂陷Ⅱ幕是坳陷穩(wěn)定發(fā)育期，主要沉積沙一段，構(gòu)造沉降速率約為35 m/Ma。裂陷Ⅲ期為斷坳轉(zhuǎn)換期，主要沉積東營組，構(gòu)造沉降速率約為 40 m/Ma，總體為淺湖沉積環(huán)境。

裂后期(24.6～12.0 Ma)為盆地的坳陷期，主要沉積館陶組，而裂后加速沉降期(＜12 Ma)，主要沉積明化鎮(zhèn)組和第四系(圖2)。

澗南潛山與黃驊坳陷內(nèi)眾多潛山一樣是在中生代白堊紀(jì)末開始發(fā)育，古近紀(jì)是潛山主要形成期，其演化過程與黃驊坳陷演化過程同步。潛山經(jīng)歷了早期的抬升發(fā)展、中期穩(wěn)定發(fā)展定型和后期衰退3個階段，同時該區(qū)沉積演化也經(jīng)歷了3個發(fā)展過程(圖3)。

圖2 黃驊坳陷第三系沉降速率圖Fig.2 Evolution of sedimentation rate of tertiary in Huanghua depression

早期(中生代白堊紀(jì)末-早古近紀(jì))是潛山主要的抬升發(fā)展期，受區(qū)域拉張力的控制，漢沽和澗南斷裂加速活動，斷塊大幅度翹傾，漢沽斷裂和澗南斷裂下降盤沉陷很深，相應(yīng)的上升盤抬升很高，澗南潛山形成，同時潛山頂部遭受強(qiáng)烈剝蝕，該期是潛山主要的發(fā)育形成期，也是潛山頂部的主要剝蝕期。由于該階段構(gòu)造活動強(qiáng)烈，斷層活動性大，潛山邊緣發(fā)育斷裂陡坡帶，沉積近岸水下扇，碎屑物經(jīng)短距離的搬運(yùn)后在陡坡帶附近迅速卸載堆積，堆積大量厚層砂巖，向湖盆中心，砂巖含量減少，泥巖增厚，發(fā)育深水重力流，砂巖直接沉積在厚層泥巖之中。

中期(中、晚古近紀(jì))是潛山穩(wěn)定發(fā)展和定型期，翹傾活動已不明顯，潛山呈繼承性發(fā)育特點(diǎn)。此時，潛山圍斜部位開始接受超覆沉積，潛山頂部仍遭受剝蝕，潛山附近沉積體系類型與早期具有繼承性，主要發(fā)育近岸水下扇或是扇三角洲，至東營組沉積后期潛山整體沉入水下，潛山邊緣發(fā)育緩坡帶，地層超覆其上，至此，潛山發(fā)育結(jié)束。

晚期(新近紀(jì))是潛山構(gòu)造活動衰退期，斷裂活動基本停止，新近系披覆其上，主要發(fā)育辮狀河流沉積。

3 澗南潛山邊緣層序樣式演化特征

在潛山演化過程中，邊界斷層在不同演化階段，其構(gòu)造活動性不同，即使在同一演化階段，不同邊界斷層之間的活動性也不一樣，因而在潛山兩側(cè)控制發(fā)育不同的坡折類型，如在構(gòu)造活動早期，發(fā)育斷裂陡坡帶，而在構(gòu)造活動晚期，主要發(fā)育緩坡帶。在此，作者主要對澗南斷層控制的東南邊緣和澗西斷層控制的西南邊緣進(jìn)行研究。

由于在潛山演化早期，頂部被剝蝕，沒有沉積地層，因此，采用斷層落差法對2條斷層的活動性進(jìn)行研究。澗西斷層與澗南斷層古近系古落差與斷層活動速率如表1所示。

澗西斷層為平面式正斷層，在沙三段沉積期，斷層古落差約為1 km，斷層活動速率為200 m/Ma，發(fā)育斷裂陡坡帶，潛山頂部被剝蝕，大量碎屑物直接堆積在斷層下降盤，發(fā)育大型扇三角洲，地層厚度迅速加大，體現(xiàn)了在沉積過程中，斷層控制了可容納空間的變化；沙一段沉積期斷層落差最大為420 m，斷層活動速率為60 m/Ma，較沙三段沉積期有明顯減弱，東營組沉積期斷層活動性進(jìn)一步減弱，活動速率僅為42 m/Ma，邊界斷層控制發(fā)育撓曲坡折帶，地層逐漸上超至潛山之上(圖4、圖5(a))。

表1 澗西斷層與澗南斷層古近系古落差與斷層活動速率Table 1 Paleogene ancient fault gap and fault activity rate of Jianxi fault and Jiannan fault

圖4 澗西斷層與澗南斷層不同時期斷層活動速率Fig.4 Fault activity rate of Jianxi fault and Jiannan fault during different periods

潛山東南翼的澗南斷層為坡坪式正斷層，與澗西斷層相比，在同一時期其活動性較弱，下降盤形成寬闊的平坦區(qū)域。沙三段沉積期，斷層最大落差約 800 m，斷層活動速率為160 m/Ma，斷層附近主要發(fā)育扇三角洲；沙二段沉積期，僅斷層下降盤沉積少量地層；沙一段、東營組沉積期，斷層活動性逐漸減弱，沙一段沉積期，斷層活動速率為50 m/Ma，而東營組沉積期斷層活動速率為44 m/Ma，，地層逐漸上超到潛山之上，澗南斷層與同向調(diào)節(jié)斷層共同控制形成斷階，發(fā)育斷階坡折帶(圖4、圖5(b))。

據(jù)以上分析可知：由于潛山兩翼邊界斷層在不同時期，或是在同一時期其活動性和斷層組合樣式不一樣，因此，潛山兩翼的邊界斷層控制發(fā)育不同的層序樣式，并且層序樣式也隨著構(gòu)造的演化而演化。

圖5 橫切澗南潛山邊緣的地震剖面(剖面位置見圖1(a)A和B線)Fig.5 Transverse seismic profiles of boundary of Jiannan buried-hill (profile location see Fig.1(a))

在裂陷Ⅰ幕，潛山西南邊緣為斷裂陡坡帶，控制發(fā)育陡坡帶層序樣式，以澗西斷層為界，分割為沉積區(qū)和剝蝕區(qū)；因此，不管是在低位域，還是在高位域，沉積物都是直接堆積在斷層下降盤，發(fā)育大型扇三角洲，其遠(yuǎn)端發(fā)育濁流沉積，砂體前端尖滅于泥巖之中，形成盆底扇；而在湖擴(kuò)域，湖體加深、物源減少，沉積厚層泥巖，直接沉積在低位域砂體之上。隨著斷層活動性逐漸減弱，到了裂陷后期，東營組上超到潛山之上，斷裂陡坡帶演化為撓曲坡折帶，發(fā)育緩坡層序樣式(圖6(a))，低位域發(fā)育范圍受坡折帶的控制，主要發(fā)育在坡折帶以下，隨著湖平面上升，湖擴(kuò)域退積到坡折帶以上，在潛山頂部沉積薄層的湖擴(kuò)域和高位域地層。

在潛山東南邊緣，坡坪式的澗南斷層在裂陷Ⅰ幕其下降盤形成寬闊的平坦區(qū)域，地層坡度很緩，湖岸線只是在斷坪區(qū)域來回擺動，發(fā)育平緩斜坡層序樣式，斷坪區(qū)域主要沉積湖擴(kuò)域和高位域碎屑物，而只是在斷坪遠(yuǎn)端沉積薄層低位體系域，湖泊中心的遠(yuǎn)端坡折帶控制發(fā)育深湖濁積沉積，形成盆地扇。在裂陷后期，由于上覆地層的重力作用，地層沿斷面發(fā)生滑脫，發(fā)育同向調(diào)節(jié)斷層，與澗南斷層共同控制發(fā)育斷階坡折帶，斷階坡折帶不僅控制了低位域發(fā)育范圍，而且沉積厚度發(fā)生突變的區(qū)域，坡折帶向湖一側(cè)沉積旋回增多，砂體層數(shù)和厚度明顯加大，斷階坡折帶以上地層厚度明顯減小，主體發(fā)育薄層的湖擴(kuò)體系域和高位體系域地層，以及低位體系域的下切谷充填(圖6(b))。

4 討論與圈閉預(yù)測

有研究表明：在斷陷盆地中，長期活動的同沉積斷裂或斷裂坡折帶是有利的油氣聚集帶，控制著盆地中各種圈閉的發(fā)育[10-11,13-16]。

經(jīng)過以上分析可知：在裂陷Ⅰ幕，斷裂陡坡帶潛山邊緣發(fā)育大型扇三角洲，扇體中沉積的砂巖分布廣泛，側(cè)向連通性強(qiáng)，湖擴(kuò)域發(fā)育的厚層泥巖直接堆積在低位域砂體之上，可以作為良好的蓋層，而活動性強(qiáng)烈的邊界斷層側(cè)向封堵效果好，具備有利儲集條件，容易形成斷層-巖性圈閉；在凹陷中心，濁流沉積中的砂體直接堆積在厚層泥巖之中，容易形成巖性圈閉；在裂陷中后期，地層逐漸上超至潛山之上，砂體在斜坡上上傾尖滅，易形成上傾尖滅的巖性圈閉。在潛山東南邊緣的裂陷早期，在寬闊的斷坪區(qū)域里，發(fā)育大量的薄層低位域砂體和厚層的高位域砂體，砂體前緣下傾尖滅在泥巖之中，而向潛山一側(cè)，低位域砂體上傾尖滅在斷坪之上，易形成巖性圈閉，而高位域砂體根部受斷層控制，砂體是側(cè)向加積，上傾尖滅，易形成斷層-巖性圈閉。在裂陷后期，調(diào)節(jié)斷層的發(fā)育，容易形成斷層-巖性圈閉，而澗南斷層的持續(xù)活動，能有效溝通湖盆中心的烴源巖，起油氣運(yùn)移通道的作用。因此，潛山東南邊緣發(fā)育的各種圈閉都有可能形成有利儲集帶?？梢姡涸跐灸蠞撋街芫墸瑵疚鲾鄬釉缙诳刂瓢l(fā)育的斷裂陡坡帶向湖一側(cè)，可以作為該區(qū)深層有利勘探區(qū)帶，尋找斷層－巖性圈閉，而后期發(fā)育的撓曲坡折帶可作為淺層有利勘探區(qū)帶，主要尋找上傾尖滅巖性圈閉；在潛山的東南邊緣，可以作為整個層序勘探區(qū)帶，由于后期活動的斷層對前期圈閉進(jìn)行改造，因此，在深層和淺層以尋找斷層-巖性圈閉為主。

圖6 澗南潛山邊緣層序樣式類型及垂向演化Fig.6 Sequence patterns and vertical evolution of boundary in Jiannan buried-hill

5 結(jié)論

(1)澗南潛山的演化過程可分為早期的抬升發(fā)展、中期穩(wěn)定發(fā)展定型和后期衰退3個階段，與整個黃驊坳陷的構(gòu)造演化基本同步。

(2)在澗南潛山西南邊緣，在裂陷早期主要發(fā)育斷裂陡坡帶層序樣式；在裂陷后期，發(fā)育撓曲緩坡帶層序樣式，而潛山的東南邊緣在裂陷早期發(fā)育平緩斜坡層序樣式，在裂陷后期發(fā)育斷階坡折帶層序樣式。

(3)澗南潛山西南邊緣向湖一側(cè)可作為深層沙三段有利勘探區(qū)帶，在此主要尋找斷層-巖性圈閉；淺層的撓曲坡折帶為淺層有利勘探區(qū)帶，在此主要尋找上傾尖滅巖性圈閉；而在潛山東南邊緣，為整個層序勘探區(qū)帶，在此以尋找斷層-巖性圈閉為主。

致謝：

本文在寫作過程中，得到了中石油大港油田勘探研究院同仁的幫助，作者在此向他們表示感謝。

[1]林暢松. 沉積盆地的構(gòu)造地層分析—以中國構(gòu)造活動盆地研究為例[J]. 現(xiàn)代地質(zhì), 2006, 20(2): 185-194.LIN Chang-song. Tectonic-Stratigraphic analysis of sedimentary basins: A case study on the inland tectonically active basins in China[J]. Geoscience, 2006, 20(2): 185-194.

[2]Hans E, Mandana H, Woligang S. Tectonic and climatic control of Paleogene sedimentation in Rhenodanubian Flysch basin(Eastern Alps, Austria)[J]. Basin Research, 2002, 14(7):247-262.

[3]黃傳炎, 王華, 高嘉瑞, 等. 北塘凹陷古近系構(gòu)造演化及其對層序充填樣式的控制[J]. 中國石油大學(xué)學(xué)報: 自然科學(xué)版,2008, 32(3): 7-13.HUANG Chuan-yan, WANG Hua, GAO Jia-rui, et al. Tectonic evolution and controlling on sequence filling pattern of Tertiary in Beitang Sag[J]. Journal of China University of Petroleum:Edition of Natural Science, 2008, 32(3): 7-13.

[4]LIN Chang-song, ZHEN He-rong, REN Jan-ye, et al. The control of syndepositional faulting on the Eogene sedimentary basin fills of Dongying and Zhahua sags, Bohaiwan rift basin[J].Sci China Ser D-Earth Sci, 2004, 47(9): 769-782.

[5]Smith G J, Jacobi R D. Tectonic and eustatic signals in the sequence stratigraphy of the Upper Devonian Canadaway Group,New York State[J]. AAPC Bulletin, 2001, 86(4): 696-697.

[6]Frimmel H E, Foilling P G, Eriksson P G. Neoproterozoic tectonic and climatic evolution recorded in the Cariep Belt.Namibia and South Africa[J]. Basin Research, 2002, 14(1):55-67.

[7]Vail P R, Bowan S A, Eisner P N, et al. The stratigraphic signatures of tectonics, eustasy and sedimentology: An overview[C]//Einsele. Cycles and Events in Stratigraphy. Berlin,Heidelberg: Springer-verlag, 1991: 617-659.

[8]李思田, 潘元林, 陸永潮, 等. 斷陷湖盆隱蔽油氣藏預(yù)測及勘探的關(guān)鍵技術(shù)—高精度地震探測基礎(chǔ)上的層序地層學(xué)研究[J].地球科學(xué), 2002, 27(5): 593-598.LI Si-tian, PAN Yuan-lin, LU Yong-chao, et al. Key technology of prospecting and exploration of subtle traps in lacustrine fault basins: Sequence stratigraphic researches on the basis of high resolution seismic survey[J]. Earth Science, 2002, 27(5):593-598.

[9]林暢松, 張燕梅, 李思田, 等. 中國中、新生代斷陷盆地幕式裂陷過程的動力學(xué)響應(yīng)和模擬模型[J]. 地球科學(xué), 2004, 29(5):583-589.LIN Chang-song, ZHANG Yan-mei, LI Si-tian, et al. Episodic rifting dynamic process and quantitative model of Mesozoic-Cenozoic faulted basins in eastern China[J]. Earth Science, 2004, 29(5): 583-589.

[10]林暢松, 潘元林, 肖建新, 等. 構(gòu)造坡折帶-斷陷盆地層序分析和油氣預(yù)測的重要概念[J]. 地球科學(xué), 2000, 25(3): 260-265.LIN Chang-song, PAN Yuan-lin, XIAO Jian-xin, et al. Structural slope-break zone: key concept for stratigrphic sequence analysis and petroleum forecasting in fault subsidence basin[J]. Earth Science, 2000, 25(3): 260-265.

[11]李丕龍, 蔡進(jìn)功, 王居峰, 等. 陸相斷陷盆地油氣地質(zhì)與勘探(卷二): 陸相斷陷盆地沉積體系與油氣分布[M]. 北京: 石油工業(yè)出版社, 2003.LI Pi-long, CAI Jing-gong, WANG Ju-feng, et al. Petroleum geology and exploration of continental fault basin(Volume Ⅱ):Sedimentary system and hydrocarbon distribution of continental fault basin[M]. Beijing: Petroleum Industry Press, 2003.

[12]大港油田石油地質(zhì)志編委會. 中國石油地質(zhì)志(卷四): 大港油田[M]. 北京: 石油工業(yè)出版社, 1991.Petroleum Geology Editorial Board of Dagang Oilfield Petroleum Geology of China (Volume Ⅳ): Dagang oilfield[M].Beijing: Petroleum Industry Press, 1991.

[13]WANG Ying-min, LIU Hao, XIN Ren-chen, et al. Lacustrine basin slope break－A new domain of strata and lithological trap exploration[J]. Petroleum Science, 2004, 1(2): 55-61.

[14]郭建華, 王明艷, 蔣小瓊, 等. 塔里木盆地塔中和滿西地區(qū)石炭系層序地層[J]. 中南大學(xué)學(xué)報: 自然科學(xué)版, 2004, 35(1):122-128.GUO Jian-hua, WANG Ming-yan, JIANG Xiao-qiong, et al.Sequence stratigraphy of the Carboniferous in Tazhong and Manxi areas of Tarim Basin[J]. Journal of Central South University: Science and Technology, 2004, 35(1): 122-128.

[15]任建業(yè), 陸永潮, 張青林. 斷陷盆地構(gòu)造坡折帶形成機(jī)制及其對層序發(fā)育樣式的控制[J]. 地球科學(xué), 2004, 29(5): 596-602.REN Jian-ye, LU Yong-chao, ZHANG Qing-lin. Forming mechanism of structural slope-break and its control on sequence style in faulted basin[J]. Earth Science, 2004, 29(5): 596-602.

[16]毛治國, 樊太亮, 劉亞明, 等. 南蘇門答臘盆地北部新生代層序地層格架及有利儲層分布[J]. 中南大學(xué)學(xué)報: 自然科學(xué)版,2007, 38(6): 1225-1231.MAO Zhi-guo, FAN Tai-liang, LIU Ya-ming, et al. Phanerozoic sequence stratigraphic framework and reservoir distribution in the north of South Sumatra Basin[J]. Journal of Central South University: Science and Technology, 2007, 38(6): 1225-1231.