渤海東部廟西地區(qū)隆凹結(jié)構(gòu)的形成及與油氣聚集的關(guān)系

田立新，吳國強，張金輝

(1.中海石油(中國)有限公司 天津分公司，天津 300452； 2.雪佛龍中國能源公司，北京 100004)

渤海東部廟西地區(qū)隆凹結(jié)構(gòu)的形成及與油氣聚集的關(guān)系

田立新1，吳國強2，張金輝1

(1.中海石油(中國)有限公司 天津分公司，天津 300452； 2.雪佛龍中國能源公司，北京 100004)

通過LA-MC-ICP-MS鋯石U-Pb定年測試，得出渤海東部廟西地區(qū)基底花崗巖形成于中—晚侏羅世(161 Ma左右)。通過三維地震資料解釋和繪制該區(qū)新生界厚度圖，揭示出廟西地區(qū)具有典型的斷坳結(jié)構(gòu)，主要經(jīng)歷了中生代末的基底形成期、新生代的斷陷期和坳陷期3個階段。構(gòu)造演化對油氣聚集產(chǎn)生了重要影響，主要表現(xiàn)在：中—晚侏羅世基底的形成奠定了后期構(gòu)造演化的基本格局；斷陷期形成了沙河街組和東營組烴源巖；坳陷階段開始了油氣的生成與排替。凸起和斜坡區(qū)深淺層形成了大量與斷裂相關(guān)的斷背斜、斷鼻和斷塊圈閉；不同級別的斷層對油氣運移作用不同，一、二級主干斷裂溝通源巖，將油氣運移至有利圈閉，三級斷裂則將油氣封堵聚集成藏。

LA-MC-ICP-MS鋯石U-Pb定年；構(gòu)造演化；郯廬斷裂；油氣成藏；廟西地區(qū)；渤海東部

廟西地區(qū)位于渤海海域東部，構(gòu)造上位于渤海灣盆地的東緣，包括廟西北凸起、廟西南凸起以及廟西凹陷3個次級單元；其北臨渤東凹陷，西北為渤中凹陷，西部與渤南低凸起、黃河口凹陷、萊北低凸起和萊州灣凹陷相鄰，總面積達(dá)2 200 km2(圖1)。該區(qū)勘探時間短、程度淺，截至2012年6月，共鉆井10余口，發(fā)現(xiàn)油田和含油氣構(gòu)造7個。2012年3月，位于廟西北凸起上的PL9含油氣構(gòu)造在潛山和新近系層位均取得成功，深淺層均表現(xiàn)出巨大的勘探潛力。但目前為止，對于廟西地區(qū)基底形成年齡并不明確，基底和上部沉積蓋層的形成演化以及與油氣生成和運聚的關(guān)系認(rèn)識不清。本文旨在對以上問題進行研究，以期能對下一步油氣勘探提供指導(dǎo)。

圖1 渤海海域廟西地區(qū)區(qū)域構(gòu)造

1 區(qū)域地質(zhì)背景

廟西地區(qū)總體為兩凸三洼結(jié)構(gòu)，凸起包括北部的廟西北凸起和南部的廟西南凸起，廟西凹陷則由北洼、南洼和東洼3個洼陷組成(圖1)。廟西凹陷基底為前第三系，沉積地層主要為新生界，自下而上分別發(fā)育古近系孔店組、沙河街組和東營組，新近系館陶組和明化鎮(zhèn)組以及第四系平原組。廟西北凸起缺失沙河街組和東營組，廟西南凸起則缺失了沙河街組以及東營組三段[1]。

2 構(gòu)造活動與沉積演化

2.1基底

2.1.1 基底年齡

前人對廟西地區(qū)新生代以前形成的地層研究較少[2]，一般籠統(tǒng)地稱為前第三系地層。因此，本文對該構(gòu)造上鉆遇的潛山花崗巖進行測驗，確定其形成年齡，以探討該地區(qū)潛山形成演化過程。

本次測試樣品為廟西北凸起PL9A井新生界之下1 436～1 438 m段巖心，樣品均為花崗巖,主要成分為斜長石、正長石，并含少量石英及黑云母。

前人對于鋯石定年做過大量研究[3-10]，本次鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像分析由北京鋯年領(lǐng)航科技有限公司完成，LA-MC-ICP-MS鋯石U-Pb定年測試分析在中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所MC-ICP-MS實驗室完成，鋯石定年分析所用儀器為Finnigan Neptune型MC-ICP-MS及與之配套的Newwave UP 213激光剝蝕系統(tǒng)。激光剝蝕所用斑束直徑為25 μm，頻率為10 Hz，能量密度約為2.5 J/cm2，以He為載氣。實驗測試過程見文獻(xiàn)[11]。數(shù)據(jù)處理采用ICPMSDataCal程序，鋯石年齡諧和圖用Isoplot 3.0程序獲得。

本次測試中，CL圖像中鋯石內(nèi)部多表現(xiàn)出明顯的巖漿震蕩生長環(huán)帶，或?qū)捑彽膸r漿生長環(huán)帶，且測試的絕大多數(shù)樣品Th/U值大于0.4(表1)，因此認(rèn)為測試樣品為巖漿來源[12-13]。

表1 渤海海域廟西北凸起PL9A井區(qū)花崗巖鋯石U-Th-Pb同位素測定結(jié)果

注：1σ表示標(biāo)準(zhǔn)偏差。

圖2 渤海海域廟西北凸起PL9A井區(qū)花崗巖鋯石U-Pb諧和圖與206Pb/238U年齡

測試鋯石多為淺黃色至無色、透明、長柱狀自形晶體。選取晶形完整、自形程度較高、以及具有明顯震蕩環(huán)帶的20顆鋯石進行剝蝕測試，數(shù)據(jù)分析后剔除無效樣品點后剩余11個有效樣本(表1)。

測試結(jié)果表明：鋯石206Pb/238U年齡為(157.9±2.4)～(163.3±3.6)Ma，加權(quán)平均年齡為(160.6±1.2) Ma(加權(quán)平均方差MSWD=0.59)。測試分析點均分布于諧和線上或附近，表明這些鋯石幾乎沒有U或Pb的丟失和加入，樣品可信度高(圖2)。因此，廟西凸起上花崗巖的時代為161 Ma左右，屬中—晚侏羅世。

2.1.2 基底形成

前人研究認(rèn)為，廟西地區(qū)基底花崗巖形成年齡為2 047～2 483 Ma前，屬于新太古代—早元古代五臺期—呂梁期的產(chǎn)物[2]。而本次鋯石測年認(rèn)為，鉆遇花崗巖樣品的形成時間為161 Ma左右，為中生代中侏羅世晚期—晚侏羅世早期。結(jié)合前人對渤海灣盆地基底構(gòu)造演化的研究[14]，認(rèn)為自太古宙開始，廟西地區(qū)開始發(fā)育結(jié)晶基底。晚三疊世—中侏羅世，受華北板塊和揚子板塊的碰撞作用影響，廟西地區(qū)產(chǎn)生火山活動，形成大量的巖漿巖。晚侏羅世—新生代期間，渤海海域內(nèi)主要為NW-SE向拉伸應(yīng)力場，處于裂陷盆地發(fā)育階段，抬升作用并不強烈，廟西地區(qū)并未接受沉積。因此，廟西地區(qū)基底發(fā)育起始于太古宙—古元古代變質(zhì)結(jié)晶基底發(fā)育階段(>1 800 Ma)，定型于晚三疊世—早、中侏羅世內(nèi)陸盆地發(fā)育階段(230～157 Ma)。

2.2斷裂、結(jié)構(gòu)特征

廟西地區(qū)先前基底形成的隆凹結(jié)構(gòu)，對后期新生界沉積蓋層的形成和展布有著重要影響。在先前形成的凹陷處，新生界地層沉積完整，古近系—第四系地層均有發(fā)育，而在隆起處則缺失了部分或全部古近系地層。

2.2.1 斷裂特征

廟西地區(qū)為郯廬斷裂在渤海海域的中段[13]，主要發(fā)育4條主干斷裂，依次為廟西1號、廟西2號、郯廬斷裂東支以及廟東1號斷裂(圖1)。

(1) 廟西1號斷裂。廟西1號斷裂是廟西北凸起的邊界斷裂，控制了廟西凹陷北洼的形成與演化。平面上，斷裂整體走向為NE-SW向，延伸約45 km。剖面上傾向為SE向，表現(xiàn)為上陡下緩的鏟式正斷層，淺層發(fā)育雁列狀次級斷層，深層則表現(xiàn)為單一大斷裂。

(2) 廟西2號斷裂。廟西2號斷裂為廟西南凸起的南部邊界斷層，控制了廟西南洼的形成與演化。平面上，斷裂整體表現(xiàn)為NEE走向，延伸長度約為39 km。剖面上傾向SE向，也表現(xiàn)為上陡下緩的鏟式正斷層，淺層次級斷層并不發(fā)育。

(3)郯廬斷裂東支。郯廬斷裂在廟西地區(qū)共有東西兩支，西支為廟西凹陷的西部邊界，東支則切過了廟西凹陷。平面上，郯廬斷裂呈NNE向，廟西地區(qū)延伸長度達(dá)123 km。剖面上表現(xiàn)為直立狀或高角度傾斜，淺層發(fā)育次級伴生斷裂。

(4)廟東1號斷裂。廟東1號斷裂為廟西南凸起東南部以及廟西凹陷東洼的邊界斷層，控制了廟西凹陷東洼的形成與演化。平面上走向為NNE向，延伸長度約為68 km。剖面上傾向NEE，與廟西1號、2號斷裂類似，亦表現(xiàn)為鏟狀。淺層次級斷層未有發(fā)育。

2.2.2 結(jié)構(gòu)特征

廟西凹陷總體上由3個洼陷組成，分別是北洼、南洼和東洼，其中南洼又可細(xì)分為南部和北部兩個次洼(圖1)。不同的洼陷有著不同的結(jié)構(gòu)特征和地層厚度，反應(yīng)了各洼陷具有不同的活動演化歷程。

廟西北洼形成演化受控于廟西1號斷裂，平面上整體為北東向，剖面上呈明顯北西斷、南東超的箕狀構(gòu)造，為典型的斷陷構(gòu)造特征(圖3a)。

廟西東洼形成演化受控于廟東1號斷裂。平面上，廟西東洼表現(xiàn)為狹長的北北東向，剖面上形態(tài)與廟西北洼類似，但古近系地層充填與北洼不同(圖3a)。東洼古近系沉積充填主體為孔店組—沙三段，東營組厚度薄；與之相比，北洼孔店組—沙三段沉積地層厚度較薄，但東營組沉積地層較厚。

廟西南洼可進一步細(xì)分為南北兩個次洼。平面上，廟西南洼與廟西東洼整體平行，為北北東向。剖面上，北部次洼表現(xiàn)為塹狀構(gòu)造，洼陷西部被郯廬斷裂改造，且表現(xiàn)出明顯的花狀構(gòu)造(圖3b)；南次洼整體為箕狀構(gòu)造，古近系地層充填與北次洼相比，孔店組—沙三段及東營組地層明顯增厚，且表現(xiàn)為楔狀構(gòu)造(圖3c)。

圖3 渤海海域廟西地區(qū)地震剖面測線位置見圖1。

2.3構(gòu)造演化與沉積特征

斷陷盆地的活動演化與主干斷裂的活動史密切相關(guān)[15-19]，廟西地區(qū)幾條主干斷裂的活動控制了整個廟西地區(qū)基底以上沉積地層的形成演化。利用鉆井和地震資料繪制了廟西地區(qū)古近紀(jì)不同時期的地層厚度圖(圖4)，結(jié)合主干斷裂活動綜合分析后認(rèn)為，廟西地區(qū)活動演化可分為古近紀(jì)斷陷期和新近紀(jì)坳陷期2個主要時期，其中古近紀(jì)斷陷期又可細(xì)分為三幕。

2.3.1 古近紀(jì)斷陷期

(1)早期。古新世—始新世早期，廟西地區(qū)開始了第一期的裂陷沉降，沉積了孔店組和沙四段地層，厚度可達(dá)1 000 m以上。這一時期地層沉積范圍主要分布在廟西南部地區(qū)，形成了廟西南洼。隨后，地層整體抬升，形成了整個渤海海域廣泛分布的區(qū)域性不整合面。

(2)中期。始新世中晚期，廟西地區(qū)開始了第二期裂陷沉降，在廟西凹陷的3個次洼內(nèi)廣泛沉積了沙三段地層。此時，廟西南洼南部地區(qū)沉積厚度仍然最大，沉積厚度近500 m；但廟西北洼、廟西東洼也開始沉積了近400 m厚的地層。

(3)晚期。漸新世早期，郯廬斷裂開始右旋活動，廟西地區(qū)也開始沉積了沙二段和沙一段地層。至東營組地層沉積時，整個渤海灣盆地的沉積中心已移至渤中坳陷，研究區(qū)的沉積中心也向北移至廟西北洼。因此，廟西北洼沉積了厚層的東營組地層，厚度達(dá)1 500 m以上。

2.3.2 新近紀(jì)坳陷期

新近紀(jì)時，整個渤海盆地主要表現(xiàn)為在前期裂陷基礎(chǔ)上的熱冷卻沉降，進入坳陷發(fā)育階段。廟西地區(qū)也在全區(qū)沉積了明化鎮(zhèn)組—第四系地層，沉積地層不僅厚度大(1 000 m以上)，且展布比較均勻。

總的來說，廟西地區(qū)構(gòu)造演化可以分為3個階段，即基底形成期、斷陷期以及坳陷期。其中，基底形成的隆凹結(jié)構(gòu)為后期地層的沉積奠定了分布格局，斷陷期是該地區(qū)主要地層充填階段，坳陷期則為填平補齊階段。

3 構(gòu)造演化與油氣聚集

3.1構(gòu)造演化對烴源巖的影響

廟西凹陷發(fā)育了2套主力烴源巖：古近系沙河街組三段和東營組三段。其中，沙三段主要分布在廟西南洼及廟西北洼，東營組烴源巖主要分布在廟西北洼。廟西東洼烴源巖并不發(fā)育。沙四段烴源巖豐度低，東營組以上地層至今均未成熟，均難以作為有效烴源巖。

PL14-3-1井鉆遇的東三段烴源巖的地球化學(xué)特征如下：w(TOC)=2.31%，(S1+S2)=11.85 mg/g，氯仿瀝青“A” 為0.571 8%，總烴HC為 4 337×10-6；有機質(zhì)類型主要為Ⅱ型，部分為Ⅰ型；有機質(zhì)來源為水生生物，藻類體豐富；Tmax為435～445 ℃，Ro略大于0.5%。

PL25-6-1井鉆遇的沙三段烴源巖的地球化學(xué)特征如下：w(TOC)>3%，(S1+S2)=20 mg/g，氫指數(shù)為550 mg/g；有機質(zhì)類型主要為Ⅱ型，部分為Ⅰ型；Tmax=440 ℃，Ro值約為1.0%。

有機地球化學(xué)資料表明，PL14A構(gòu)造原油為鄰近地區(qū)東營組烴源巖提供；PL9A油田原油為沙河街組和東營組混源提供；PL25C油田和PL19B油田原油來自于廟西凹陷北洼和南洼沙三段烴源巖。由此可見，廟西地區(qū)沙河街組和東營組烴源巖均已成熟，并已向周圍有利構(gòu)造供烴。本區(qū)并未做烴源巖的熱演化分析，但對比鄰區(qū)認(rèn)為，其主要成熟排烴期為新近紀(jì)[20]。

廟西地區(qū)構(gòu)造演化對于烴源巖的影響主要表現(xiàn)為：基底形成了整個廟西地區(qū)隆凹結(jié)構(gòu)的原型，為后期地層的沉積奠定了基礎(chǔ)；沉積蓋層斷陷階段，廟西地區(qū)沉積發(fā)育了兩套主力烴源巖；隨著坳陷階段的進行，兩套烴源巖開始成熟排烴至已形成的有利圈閉。

3.2構(gòu)造演化對圈閉的影響

前人研究表明，斷裂發(fā)育地區(qū)易形成多種類型的斷裂相關(guān)圈閉[21-23]。廟西地區(qū)斷裂廣泛發(fā)育，形成的圈閉也多與斷裂有關(guān)，圈閉的分布在縱向上和平面上表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性?？v向上，淺層多斷鼻、斷塊圈閉，深層多發(fā)育斷背斜、斷鼻圈閉。平面上，不同的構(gòu)造區(qū)域發(fā)育的主要圈閉類型不同：凸起上主要發(fā)育深層潛山圈閉以及淺層的披覆背斜，淺層披覆背斜后期繼續(xù)被斷層錯斷成斷背斜和斷鼻圈閉；在斜坡部位，深淺層主要發(fā)育斷鼻和斷塊圈閉，在長期活動斷層的作用下，深層也可形成滾動背斜圈閉(圖5)。

渤海海域內(nèi)圈閉的形成與幾次重要的構(gòu)造運動相對應(yīng)。中生代末期的華北運動在整個渤海海域的新生界底部均形成了角度不整合面，使凸起處遭受剝蝕，發(fā)育了大量溶蝕孔隙和裂縫，形成了潛山圈閉，后期沉積的地層在凸起上形成披覆構(gòu)造。始新世末的濟陽運動在沙河街組三段頂面形成了海域內(nèi)廣泛分布的區(qū)域不整合面，并使得先前沉積的沙河街組地層反轉(zhuǎn)，形成了有利的背斜和斷鼻圈閉。漸新世末期的東營運動在東營組頂面形成了裂后區(qū)域不整合面，此次運動伴隨著郯廬斷裂強烈的右旋走滑。在走滑活動影響區(qū)內(nèi)，不僅東營組形成了斷塊、斷背斜等有利圈閉，并且還將先前形成的背斜也切割成斷背斜。新近紀(jì)以來，渤海海域全區(qū)普遍產(chǎn)生了新構(gòu)造運動[24-26]，最顯著的是在中更新世末、上更新世末這兩個時期，使得淺層館陶組和明化鎮(zhèn)組廣泛發(fā)育了斷塊、斷鼻圈閉。

圖5 渤海海域廟西地區(qū)圈閉分布

3.3構(gòu)造演化對油氣運移的影響

斷裂對于油氣運移有著重要影響[27-28]，渤海海域目前所發(fā)現(xiàn)的含油氣構(gòu)造中，大多數(shù)以斷裂作為主要的油氣運移通道，廟西地區(qū)的油氣運移也幾乎全部以斷裂作為通道。廟西地區(qū)在構(gòu)造活動演化過程中形成不同級別、不同期次的各級斷裂，對油氣運移的作用各不相同。根據(jù)斷裂活動時期以及斷穿層位，可大致將廟西地區(qū)斷裂分為3個級別。一級斷裂斷至凹陷基底，控制了凹陷的形成與演化，多為邊界斷裂。廟西地區(qū)共發(fā)育有5條一級斷裂，分別為廟西1號、廟西2號、廟東1號、萊東斷裂和郯廬斷裂東支。這些一級斷裂主要形成于中生代末期，后又繼承性發(fā)育，溝通了源巖和儲集層，使得深層生成的油氣能夠運聚到淺層有利的圈閉之中。二級斷裂為斷至古近系而未穿基底的斷裂，控制了構(gòu)造帶的發(fā)育，大部分形成于古近紀(jì)末而后又繼承性發(fā)育，主要為NS向與NE向。二級斷裂多為一級斷裂活動時誘導(dǎo)形成，并將通過一級斷裂從深部運移而來的油氣引至有利的構(gòu)造帶。因此，一級斷裂和二級斷裂是具有油源斷層作用的主干斷裂。三級斷裂為只斷至新近系地層而未穿古近系地層的斷裂，通常是控制圈閉的發(fā)育，主要形成于新構(gòu)造運動期，主要為近NE、NW走向。三級斷裂將油氣封堵在各個細(xì)小單元中，形成油氣聚集的基本單元——油氣藏(圖6)。已有勘探實踐表明，砂泥對接、斷層與地層產(chǎn)狀配置以及SGR值(地層泥巖厚度與斷距的比值)等是影響油氣封堵的最重要因素，但對于更為精準(zhǔn)的斷層封堵性評價仍需更為綜合全面的研究。

圖6 渤海海域廟西地區(qū)PL13A含油構(gòu)造油氣成藏模式

4 結(jié)論與認(rèn)識

(1)廟西PL9A井基底花崗巖形成于中生代中侏羅世晚期—晚侏羅世早期(161 Ma左右)，基底的形成為后期新生代沉積蓋層的發(fā)育和分布奠定了基本的隆凹格局。

(2)廟西凹陷新生代各個次級洼陷表現(xiàn)出了典型的斷洼結(jié)構(gòu)，廟西地區(qū)活動演化經(jīng)歷了斷陷期和坳陷期兩個階段。平面上，廟西地區(qū)沉積中心表現(xiàn)出由南至北遷徙的特征。

(3)廟西地區(qū)的構(gòu)造演化控制了烴源巖的發(fā)育以及圈閉的形成和油氣的運聚。廟西凹陷在斷陷階段發(fā)育了沙河街組三段和東營組兩套有利的烴源巖，并在坳陷階段開始成熟排烴；構(gòu)造演化中的幾次抬升隆起，使得廟西地區(qū)在凸起和斜坡區(qū)深淺層形成了大量與斷裂相關(guān)的斷背斜、斷鼻和斷塊圈閉。同時，構(gòu)造活動期間，一二級主干斷裂開啟，溝通了烴源巖與儲層，將油氣引導(dǎo)至有利的圈閉內(nèi)聚集成藏，形成的次級斷裂則起到了封堵油氣的作用。

致謝：本文在寫作過程中，得到中國石油大學(xué)(北京)呂修祥教授的悉心指導(dǎo)，在此深表謝意!

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(編輯徐文明)

FormationofupliftsandsagsinMiaoxiareaofeasternBohaiSeaandtheirrelationshipwithhydrocarbonaccumulation

Tian Lixin1, Wu Guoqiang2, Zhang Jinhui1

(1.TianjinBranchCompany,CNOOC,Tianjin300452,China; 2.ChevronChinaEnergyCompany,Beijing100004,China)

According to LA-MC-ICP-MS zircon U-Pb dating, the granite base in the Miaoxi area of the eastern Bohai Sea deposited during the Middle and Late Jurassic (about 161 Ma). Based on 3d seismic data interpretation, the thickness map of Cenozoic strata was drawn, showing typical faulted depression in the study area. The Miaoxi area has experienced 3 evolutionary stages: the basement formation stage at the end of Mesozoic, the faulted stage and the depression stage during Cenozoic. Structural evolutions had significant impacts on hydrocarbon accumulations. The basement formation during the Middle and Late Jurassic established the basic foundation for the latter structural evolution. During the faulted stage, the source rocks of the Shahejie and Dongying Formations deposited. During the depression stage, hydrocarbon generation and expulsion occurred. A large number of fault-related traps including faulted-anticlines, fault noses and fault blocks were formed in deep and shallow layers of uplifts and slopes. Faults of different orders played different roles in hydrocarbon accumulation. Major faults of the first and second orders connected source rocks and reservoirs, making hydrocarbon migrate to favorable traps. Faults of the third order plugged hydrocarbon.

LA-MC-ICP-MS zircon U-Pb dating; structural evolution; Tan-Lu fault; hydrocarbon accumulation; Miaoxi area; eastern Bohai Sea

1001-6112(2014)01-0056-08

10.11781/sysydz201401056

2012-10-09；

：2013-12-11。

田立新(1970—)，男，博士，高級工程師，從事油氣地質(zhì)勘探研究。E-mail: tianlx@cnooc.com.cn。

中海石油(中國)有限公司天津分公司重大基礎(chǔ)研究項目“渤海海域郯廬斷裂帶控油氣作用研究”(S10TJMM016)資助。

TE121.2

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