長堤潛山構造模型及演化特征研究

張偉濤,薛 雁,代 莉,張在鵬,周 健

(1.中國石化勝利油田分公司 樁西采油廠,山東 東營 257015; 2.中國石化勝利油田分公司 勘探開發(fā)研究院,山東 東營 257015)

長堤潛山為一大型潛山披覆構造,前人對該地區(qū)構造特征研究甚少,且主要以新生代之后的張性和扭性變形研究為主,缺少逆斷層的識別與分析,從而導致該區(qū)構造模型認識不清,制約了該區(qū)潛山勘探進程。筆者基于宏觀背景分析、斷層相關褶皺描述、多元標定結(jié)合地球物理屬性等手段,重新建立長堤潛山構造解釋模型,并在此基礎上重建其構造演化過程,以期為該區(qū)勘探提供一定理論指導。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

長堤潛山為典型的潛山披覆構造,其西與孤北洼陷相鄰,東鄰樁東洼陷,北以一條近東西向北掉斷層與黃河口洼陷相接,南以五號樁斷裂與樁西洼陷相接,有利勘探面積70 km2[1-2](圖1)。長堤潛山披覆構造形成于燕山運動末期,是在中生界殘丘山基底古隆起背景上繼承發(fā)育起來的近南北向古近系低位序潛山披覆構造。由于長堤斷層及交叉次級斷層的切割,使構造復雜化,強烈的擠壓褶皺和構造反轉(zhuǎn)拉張斷陷等構造活動造成該區(qū)殘留地層厚度分布不均、超剝接觸關系復雜[3-6]。

圖1 長堤潛山區(qū)域構造位置

2 長堤潛山構造解釋模型

2.1 構造解釋模型的建立

(1)分析研究區(qū)大地構造背景,查明潛山形成發(fā)育時期及構造演化性質(zhì)。濟陽坳陷中、新生代的盆地發(fā)育與演化過程劃分經(jīng)歷了早-中三疊世、晚三疊世、早-中侏羅世、晚侏羅世-早白堊世、晚白堊世、古近紀、新近紀等多個構造階段[7-9]?；诖蟮貥嬙毂尘把芯空J為,研究區(qū)經(jīng)歷了印支、燕山期2期擠壓活動,燕山晚期、古近紀中晚期2期伸展活動,新近紀主要為走滑運動,為斷裂性質(zhì)判定奠定了力學基礎。

(2)分析斷層相關褶皺理論,明確逆斷層發(fā)育位置。通過整體形態(tài)分析確定構造類型,從下部地層的變形特征來看,初步可辨識由逆沖斷層控制形成兩排主要的斷層轉(zhuǎn)折褶皺;之后應用軸面分析法劃分等傾角區(qū),平分翼間角得到軸面,使軸面兩側(cè)的地層等厚,依據(jù)軸面的終止方式,判斷發(fā)育多條斷層位置(圖2)。

圖2 長堤地區(qū)過T2200測線東西向地震剖面

(3)地層精細解釋,完善構造解釋模式。通過地震資料分析,明確不同時期地層反射特征及接觸關系,落實正斷層位置,并對前期解釋的逆斷層位置進行修正(圖2)。古生界整體形態(tài)呈楔形,自西向東減薄。頂?shù)诪榇趾趶娬穹卣鸱瓷漭S,內(nèi)部中低頻、弱振幅,低連續(xù)性反射。中生界地震剖面上表現(xiàn)為幾何形態(tài)楔形,中低頻、中振幅、中低連續(xù)性反射,底部為強振幅、高連續(xù)性反射,與下伏地層呈平行不整合或假整合接觸。新生界地震剖面上外部幾何形態(tài)表現(xiàn)為席狀或楔形,為較高頻、強振幅、高連續(xù)性反射同相軸,對下伏地層的削蝕、截切現(xiàn)象非常明顯,與下伏地層呈角度不整合接觸。

從整體的構造特征來看,研究區(qū)下部以逆斷層發(fā)育為主,多角度高陡,構造樣式以斷層轉(zhuǎn)折褶皺、斷鼻/斷背斜構造為主;上部正斷層活動強烈,將早期逆斷層切割改造,伸展作用強烈并可見明顯走滑特征。與前人研究成果相比,識別出大量的早期逆斷層以及早逆晚正的多期活動斷層,對圈閉的重新刻畫以及輸導體系的分析和評價具有重要指導意義。

2.2 構造靜態(tài)特征

在構造解釋模型指導下,對研究區(qū)的構造進行了精細識別和分析,明確了構造靜態(tài)特征及不同區(qū)段構造差異性。從東西向上來看,在長堤潛山南段地層垂向疊置較強,橫向上縮短量大,指示東西向強擠壓活動;長堤斷層西側(cè)地層斷陷程度減弱,東段擠壓強度較南段變強。在北部晚期伸展強度減小,整體表現(xiàn)為下部大規(guī)模多期強烈沖斷褶皺/單斜頂部疊加晚期弱垂向斷陷;下部逆斷層高角度鏟式為主,構造樣式仍以大型斷層轉(zhuǎn)折褶皺、斷鼻/斷背斜構造為主;上部構造層斷層以板式正斷層為主,構造樣式多為翹傾斷塊。

從南北向地震剖面來看,在長堤潛山西段以正斷層發(fā)育為主,多呈鏟式和坡坪式,規(guī)模較大。整體南低北高,新生代地層沉積厚度大,古生代潛山規(guī)模相對較小,早期構造和地層被改造和掩埋。中段下構造層整體抬升較高,但地層相對穩(wěn)定。由南向北變化不大,說明研究區(qū)為主早期逆斷層活動較弱,主要受晚期正斷層切割,但對整體構造面貌影響不大。晚期構造樣式以翹傾斷塊和多級“Y字型”為主,有弱走滑性質(zhì)。東段整體格架變化不大,仍以晚期正斷為主,斷層規(guī)模不大,以南傾為主,近平行排列。

3 長堤潛山構造演化過程

3.1 不整合特征分析

長堤地區(qū)經(jīng)歷了加里東期、海西期、印支期、燕山期和喜馬拉雅期等6期主要構造運動,發(fā)育多期不整合[10-12]。根據(jù)地震剖面識別出9期區(qū)域不整合,分別是:古生界底不整合Tg2、寒武系不整合、加里東期上古生界底不整合Tg1、海西期二疊系底不整合Tg、侏羅系底不整合Tk、燕山期白堊系底不整合Tr、喜馬拉雅期內(nèi)部3套不整合(T6、T2、T1)。其中,古生界底不整合Tg2、上古生界底不整合Tg1、二疊系底不整合、白堊系底不整合及喜馬拉雅期內(nèi)部,3套不整合為區(qū)域不整合,其他為局部不整合(圖3)。古生界底Tg2超覆于太古界基底之上,近平行不整合接觸;上古生界底Tg1小角度超覆于下古生界地層,整套地層底削頂超,終止于Tg;中生界超覆于古生界之上,大角度掀斜削截終止于Tr;新生界整體超覆于中生界之上,Tr上、下明顯角度不整合;T6、T2均為沉積類型的超覆不整合界面,兩期不整合具有強烈的區(qū)域性,前者代表“濟陽運動”,后者代表“東營運動”。

圖3 長堤地區(qū)過T2200測線東西向地震剖面

3.2 斷裂活動性分析

長堤地區(qū)擠壓、伸展作用明顯,斷裂非常發(fā)育,以NE走向為主,從剖面上看,有斷階型、馬尾狀和“Y”字型?！榜R尾狀”剖面組合是本區(qū)常見的組合類型,主要見于二、三級斷層附近,“Y”字型組合方式較少見,主要出現(xiàn)于東南部。斷層活動具有旋回性,據(jù)其切割關系可見明顯的5期斷裂活動,代表在長堤構造演化過程中存在5個變形期:① 、② 為擠壓作用形成的逆斷層;③ 、④ 、⑤ 為伸展作用形成的正斷層(圖4)。在古近紀沙三構造期有強烈的活動,隨后斷層活動開始減弱;在東營末期,斷層活動再次加強,到明化鎮(zhèn)期又明顯減弱,經(jīng)歷了兩期構造旋回。持續(xù)活動過程中,長堤大斷層沿最大彎曲處逐漸分解,每條主斷層轉(zhuǎn)化為2個分支,3條主斷層的活動歷程表現(xiàn)出明顯的差異性。北段主斷層在沙三中晚期活動明顯,其上升盤強烈抬升,長期遭受剝蝕,而斷層下降盤沉積較強烈,接受了較厚的沙三、二段沉積。此時,長堤斷層具有北強南弱的活動特點,北段活動在東營晚期停止,南段與中段活動相似,均在明化鎮(zhèn)晚期結(jié)束。

圖4 長堤地區(qū)斷裂發(fā)育期次分析剖面

3.3 構造演化過程恢復

不整合及斷裂活動性分析認為,長堤地區(qū)主要經(jīng)歷4期關鍵構造變形階段:海西期初始擠壓變形階段、印支—燕山期潛山主體形成階段、喜山早期拉張斷陷改造定型階段、喜山晚期披覆兼走滑調(diào)整階段(圖5)。

圖5 長堤地區(qū)過T2200測線東西向演化剖面

(1)海西期初始擠壓變形階段:古生代整個華北板塊處于穩(wěn)定地臺蓋層發(fā)育期,構造運動相對較弱,以擠壓為主,可見小幅度的褶皺變形,局部地層剝蝕。

(2)印支—燕山期長堤潛山主體形成階段:晚古生代期間西伯利亞板塊與華北板塊完成了擠壓拼接,興蒙造山帶形成,受近NS向區(qū)域構造擠壓應力的影響,在華北北緣形成了軸向近EW向的擠壓構造,如燕山地區(qū)等,由北向南這種近EW向的擠壓構造逐漸減弱。在華北板塊內(nèi)部,下、中三疊統(tǒng)的現(xiàn)今殘留地層呈現(xiàn)出西部連片、東部零星分布的特點。研究區(qū)沉積厚層中生界,指示燕山早期有過一次大規(guī)模的拉張沉降。進入晚白堊世以后,由于燕山運動尾幕的影響,中國東部地區(qū)開始強烈的陸內(nèi)裂陷和巖石圈減薄作用,進入了NW-SE向的構造擠壓和收縮變形階段,斷裂活動強烈。中生代地層頂部有明顯的高角度削蝕現(xiàn)象,指示燕山晚期曾強烈抬升剝蝕,在典型剖面上可見中生界內(nèi)部出現(xiàn)反轉(zhuǎn)構造。該次擠壓活動直接導致了長堤潛山主體的形成。中生界東西被分割成兩部分,且西段殘留部分小于東段,指示西段在早期擠壓抬升程度比東段強。

(3)喜山早期拉張斷陷改造定型階段:古近紀早期(Ek)西太平洋區(qū)對歐亞板塊的NNW向俯沖,郯廬斷裂帶和蘭聊斷裂帶以左旋走滑為主,形成NE-SW向拉張,研究區(qū)主要以NW向正斷層發(fā)育為主。斷陷作用使地殼張裂,形成一系列小的斷陷湖盆,湖盆中充填孔店組和沙河街組沙四段,而本區(qū)域仍然處于隆起剝蝕階段,導致長堤潛山缺失孔店組和沙河街組沙四段。中晚期(Es4后)濟陽運動被認為是濟陽拗陷演化過程中重要的構造體制轉(zhuǎn)換期,太平洋板塊俯沖方向由NNW轉(zhuǎn)為NWW,同時印度板塊開始向北俯沖,郯廬斷裂由左旋變?yōu)橛倚?導致派生拉張方向改變,NW向斷裂被NNE、NEE向切割、改造。區(qū)域應力場從近 S-N 向的拉伸構造應力場轉(zhuǎn)為 NW-SE 向拉伸應力場,在應力場的轉(zhuǎn)換過程中,五號樁斷層繼承性的大規(guī)?；顒邮茉摂鄬拥淖饔?形成了次生的長堤斷層,走向近南北與五號樁斷層基本平行,在兩斷層間形成了二臺階。長堤潛山主體 NNW 向延伸,至此,本區(qū)域的構造格局基本形成。

(4)喜山晚期披覆兼走滑調(diào)整階段:長堤地區(qū)在新近紀整體處于穩(wěn)定的沉降環(huán)境,構造活動十分微弱,不同方向斷層活動也逐漸減弱,各個方向斷層主斷裂都開始不連續(xù)。進入新近紀,巖石圈開始向塑性蠕變變形機制轉(zhuǎn)變,濟陽坳陷進入?yún)^(qū)域性坳陷沉降階段,垂向斷陷活動基本結(jié)束,而代之以新構造運動的橫向走滑活動,發(fā)育一系列沿著主斷層走向排列的雁列式次級斷層。

4 結(jié) 論

(1)長堤潛山精細構造解釋研究表明,研究區(qū)由西到東構造活動呈減弱的趨勢,斷層數(shù)量減少,規(guī)模變小,由大型的鏟式和坡坪式轉(zhuǎn)變?yōu)榘迨?地層趨于平整,平面上逆斷層以北西走向為主,正斷層主要呈北東走向,張扭斷層主要近南北走向,且早期北西向逆斷層多被晚期北東向和近南北向斷層切割改造。

(2)構造演化期次恢復表明,長堤地區(qū)主要經(jīng)歷海西期初始擠壓變形階段、印支—燕山期潛山主體形成階段、喜山早期拉張斷陷改造定型階段、喜山晚期披覆兼走滑調(diào)整階段4期主要變形。