東營(yíng)凹陷青西地區(qū)斷裂體系特征及構(gòu)造演化過(guò)程

王園園

(中國(guó)石化勝利油田分公司 勘探開發(fā)研究院，山東 東營(yíng) 257015)

斷裂是陸相斷陷盆地形成與演化的基本地質(zhì)要素，對(duì)盆地內(nèi)圈閉形成演化及油氣運(yùn)聚成藏等具有明顯的控制作用[1]。油氣勘探開發(fā)的首要工作就是分析盆地內(nèi)部的構(gòu)造特征及其形成演化過(guò)程和對(duì)油氣要素的影響[2]，而斷裂體系是構(gòu)造體現(xiàn)和表達(dá)的載體，是構(gòu)造研究的主要內(nèi)容。不同構(gòu)造環(huán)境和構(gòu)造演化過(guò)程形成的斷裂體系具有不同的組合形式、構(gòu)造樣式和應(yīng)力環(huán)境，對(duì)油氣生成、運(yùn)移、聚集和保存的影響也不盡相同。與濟(jì)陽(yáng)坳陷形成演化相似[3]，東營(yíng)凹陷青西地區(qū)受到新生代拉張作用和郯廬斷裂右旋走滑活動(dòng)強(qiáng)烈影響，經(jīng)歷多期次、多性質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，斷裂極為發(fā)育且非常復(fù)雜[4]，加之研究程度較低[5]，區(qū)內(nèi)斷裂體系特征及其構(gòu)造演化過(guò)程不明確，影響了對(duì)沉積體系展布、圈閉形成演化及油氣運(yùn)聚成藏等的評(píng)價(jià)和認(rèn)識(shí)，進(jìn)而影響油氣勘探部署工作。借助三維地震資料，通過(guò)對(duì)主要標(biāo)準(zhǔn)反射層(sT6)和關(guān)鍵構(gòu)造帶的精細(xì)解釋，厘清區(qū)內(nèi)斷裂體系平面及剖面特征，并利用平衡剖面技術(shù)，恢復(fù)構(gòu)造演化過(guò)程，明確構(gòu)造對(duì)圈閉發(fā)育等的控制作用。

1 地質(zhì)概況

東營(yíng)凹陷是渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)坳陷內(nèi)部次級(jí)構(gòu)造單元，南北寬約65 km，東西長(zhǎng)90 km，總面積為5 700 km2，為典型的北斷南超箕狀斷陷湖盆[6]，也是濟(jì)陽(yáng)坳陷主力富烴凹陷和油氣生產(chǎn)基地[5]，自北向南可依次劃分為北部陡坡帶、洼陷帶、中央隆起帶及南部緩坡帶等二級(jí)構(gòu)造單元[3，7]。

青西地區(qū)位于東營(yíng)凹陷陡坡帶東北部和中央隆起帶結(jié)合部，西部與民豐洼陷相鄰，西南部靠近牛莊洼陷，北部通過(guò)陳南斷層與陳家莊凸起相接，東部通過(guò)青西斷層與青坨子凸起相鄰(圖1)。區(qū)內(nèi)自北向南發(fā)育永安鎮(zhèn)、辛鎮(zhèn)和新立村3個(gè)構(gòu)造帶，包括永安鎮(zhèn)和新立村兩個(gè)油氣田[8]。自下而上發(fā)育了孔店組、沙河街組、東營(yíng)組、館陶組、明化鎮(zhèn)組和第四系平原組地層。沙四段—沙三段為主要烴源巖發(fā)育層段，沙二段為主要油氣聚集層段，勘探程度較高，沙三段及沙四段也為重要的油氣勘探層系，且勘探程度相對(duì)較低，勘探潛力較大。2015年以來(lái)，在區(qū)內(nèi)該層系部署的永123、永斜558、永斜560井獲得成功，展示了青西地區(qū)沙三段具有良好的勘探潛力及勘探前景。

2 斷裂體系靜態(tài)特征

研究對(duì)青西地區(qū)沙三中亞段底界地震反射標(biāo)準(zhǔn)層(sT6)進(jìn)行精細(xì)構(gòu)造解釋和變速成圖(圖1)，厘清斷層的級(jí)別，分析不同級(jí)別斷層對(duì)區(qū)內(nèi)構(gòu)造和沉積的影響，并通過(guò)典型構(gòu)造帶解剖，明確斷裂體系平面組合樣式及剖面特征。

圖1 青西地區(qū)沙三中底面構(gòu)造(sT6)

2.1 斷裂分級(jí)

根據(jù)斷層斷距大小、切斷地層多少以及平面延伸距離長(zhǎng)短等，將青西地區(qū)sT6斷層劃分為4級(jí)。

Ⅰ級(jí)斷裂是控制凹陷邊界的斷裂，是凹陷與凸起或隆起的邊界，在青西地區(qū)包括陳南斷層和青西斷層，它們分別將青西地區(qū)與陳家莊凸起和青坨子凸起分割開來(lái)，對(duì)該區(qū)構(gòu)造演化等具有明顯的控制作用。

Ⅱ級(jí)斷裂是控制構(gòu)造帶或者次級(jí)凹陷邊界的斷裂，多表現(xiàn)為依附于Ⅰ級(jí)斷裂的一系列次級(jí)斷裂，也有的只由一條斷裂組成，區(qū)內(nèi)主要包括辛6斷層、營(yíng)8斷層、永17斷層、永41斷層、永91斷層等，這些斷層控制著辛鎮(zhèn)構(gòu)造帶和永北構(gòu)造帶的發(fā)育。

Ⅲ級(jí)斷裂是Ⅰ級(jí)或Ⅱ級(jí)斷裂派生的斷裂，不控制次凹邊界，對(duì)沉積控制作用微弱，但對(duì)局部構(gòu)造和圈閉起到控制作用，在區(qū)內(nèi)發(fā)育數(shù)量較多，規(guī)模相對(duì)較小。

Ⅳ級(jí)斷裂為更小層次的斷裂，也稱“毛毛”斷裂，為Ⅱ、Ⅲ級(jí)斷裂的派生斷裂，斷距十幾米到幾十米不等，對(duì)沉積不起控制作用，但對(duì)油氣空間分布有一定影響，在區(qū)內(nèi)廣泛分布。

2.2 斷裂分組

在沙三中亞段底界構(gòu)造圖上(sT6)(圖1)，根據(jù)斷裂延伸方向，可以將青西地區(qū)斷裂劃分為4組：近EW向、NE向、NW向以及近NS向。

近EW向斷裂主要分布在青西中部中央背斜帶東段，由Ⅱ級(jí)斷裂辛鎮(zhèn)斷裂(營(yíng)8斷層、辛6斷層)及其伴生或派生的Ⅲ、Ⅳ級(jí)斷層組成。這些斷裂與東營(yíng)凹陷內(nèi)其他EW走向斷層成因一致，為受NS向拉張作用形成的張性斷層[3]。

NW向斷裂主要分布在青西北部永北地區(qū)，以Ⅲ、Ⅳ級(jí)斷層為主，與陳南斷裂在該區(qū)的走向近于一致，且多與青西斷層斜交，說(shuō)明這一方向斷層受陳南斷層和青西斷層共同控制。

NE向斷裂分布在青西地區(qū)南部，以Ⅲ級(jí)斷層為主，斷裂走向及其組合特征與牛莊洼陷以南的王家崗斷裂帶相同，推測(cè)兩者成因相似，受到拉張和走滑作用雙重影響。

近NS向斷層主要分布在辛鎮(zhèn)斷裂的東段，多為EW向斷層派生的Ⅲ級(jí)甚至Ⅳ級(jí)斷層，平面上延伸距離較短，與EW向斷層相互切割。

2.3 斷裂平面構(gòu)造樣式

青西地區(qū)4個(gè)級(jí)別4個(gè)方向的斷裂相互交織，主要表現(xiàn)出平行狀、梳狀、雁列狀及網(wǎng)格狀等平面組合樣式(圖1)。

平行式組合一般由級(jí)別相同、走向相似、規(guī)模相近的斷層組成，在研究區(qū)中部辛鎮(zhèn)斷裂帶營(yíng)8及辛6斷層等近EW向斷裂呈此種組合展布，其應(yīng)力性質(zhì)相同，主要受NS向拉張作用形成。

帚狀組合表現(xiàn)為主斷裂兩側(cè)分別發(fā)育有一組平行式次級(jí)斷裂與之相交，與主斷裂形成羽狀排列。在研究區(qū)西部，邊界斷層NW向青西斷層與之伴生的NWW斷層形成大型梳狀組合，表明該組合樣式受到弱走滑作用影響。

雁列狀組合一般由級(jí)別及性質(zhì)相同，規(guī)模相近且走向大概一致的斷裂組成，研究區(qū)西南部NE向斷裂以此種組合樣式存在，表明該區(qū)域經(jīng)受過(guò)旋扭應(yīng)力的作用，以工區(qū)南部地區(qū)最為發(fā)育，表現(xiàn)為系列NE向斷層雁列展布。

網(wǎng)格狀組合主要見于研究區(qū)中部辛鎮(zhèn)構(gòu)造帶東端，由EW向Ⅱ級(jí)斷層與其相伴生或派生的NS向Ⅲ、Ⅳ級(jí)斷層切割交織而成，構(gòu)造較為破碎，圈閉極為發(fā)育，構(gòu)造形態(tài)規(guī)則，但圈閉規(guī)模相對(duì)較小。

2.4 斷裂剖面構(gòu)造樣式

一個(gè)斷裂帶是由多條斷層或者一個(gè)主斷層及其伴生的規(guī)模相對(duì)小的一系列斷層組成。一般而言，不同成因及構(gòu)造應(yīng)力環(huán)境下，斷裂帶的平面組合樣式和剖面構(gòu)造樣式具有明顯不同。青西地區(qū)斷裂的剖面構(gòu)造樣式主要包括(多級(jí))“Y”字形構(gòu)造、階梯狀構(gòu)造、塹壘塊構(gòu)造以及似“花狀”構(gòu)造等(圖2)。

圖2 青西地區(qū)主要斷裂剖面構(gòu)造樣式

(多級(jí))“Y”字形構(gòu)造樣式指一系列級(jí)別、性質(zhì)及規(guī)模相當(dāng)?shù)拇渭?jí)斷裂逐次交于主干斷裂，整體呈現(xiàn)“Y”字形態(tài)的剖面構(gòu)造樣式。依據(jù)次級(jí)斷裂與主干斷裂的傾向關(guān)系，可分為同向和反向(多級(jí))“Y”字形構(gòu)造樣式。同向(多級(jí))“Y”形組合，即組成此種組合的斷裂傾向相同，如研究區(qū)辛鎮(zhèn)斷裂帶；反向(多級(jí))“Y”字形組合，即組成此種組合的斷裂傾向相反，如研究區(qū)中部辛70斷裂帶(圖2(a))。此類剖面構(gòu)造樣式多與梳狀及雁列狀等平面構(gòu)造樣式相對(duì)應(yīng)，均受到拉張與走滑作用的雙重影響。

階梯狀構(gòu)造樣式一般由多條級(jí)別相同、掉向一致、斷距相似的一系列正斷層組成，這些正斷層向同一方向依次斷落，剖面上形成逐次升高或降低的階梯狀形態(tài)。依據(jù)次級(jí)斷層是否相交于同一主斷層，可將其分為兩類：鏟式階梯狀構(gòu)造樣式及多米諾式階梯狀構(gòu)造樣式。前者表現(xiàn)為系列次級(jí)正斷層向下交于同一主斷層的鏟式階梯狀，以研究區(qū)北部陳南斷層及其伴生或派生正斷層最為典型(圖2(b))。后者表現(xiàn)為一系列正斷層依次切割相同地層，底部無(wú)統(tǒng)一主斷層(圖2(c))，此類構(gòu)造樣式多發(fā)育在工區(qū)南部，與雁列式平面構(gòu)造樣式相對(duì)應(yīng)。

塹壘塊構(gòu)造包括地塹和地壘兩類。地塹由走向大致平行、傾向相反、性質(zhì)相同的兩條或數(shù)條斷層組成，它們中間共用一個(gè)下降盤(圖2(d))；地壘則恰好相反，它們中間共用一個(gè)上升盤(圖2(e))。地壘和地塹組合形式位于工區(qū)的中部，與平行式平面樣式相對(duì)應(yīng)，典型實(shí)例為永安鎮(zhèn)地區(qū)的永北背斜及其與中央背斜帶相鄰區(qū)。

似“花狀”構(gòu)造在剖面上表現(xiàn)為幾條走向相同或相近，但傾向相反的斷裂，自上而下底部相互交織的組合(圖2(f))，整體形態(tài)與花狀構(gòu)造有些相似，但從上到下不發(fā)育主干斷裂。此類剖面構(gòu)造樣式主要發(fā)育在研究區(qū)中部辛鎮(zhèn)構(gòu)造帶西端，與平行式平面構(gòu)造樣式相對(duì)應(yīng)。

3 斷裂體系運(yùn)動(dòng)學(xué)特征

斷裂體系運(yùn)動(dòng)學(xué)特征主要指斷裂的活動(dòng)性或活動(dòng)速率，不同級(jí)別斷裂、同一斷裂不同位置其活動(dòng)速率有所差異。對(duì)研究區(qū)內(nèi)主要斷裂活動(dòng)性進(jìn)行分段測(cè)量，以分析斷裂系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征。

3.1 Ⅰ級(jí)斷裂運(yùn)動(dòng)學(xué)特征

由前述可知，區(qū)內(nèi)Ⅰ級(jí)斷裂包括陳南斷裂和青西斷裂兩條。陳南斷層是東營(yíng)凹陷的Ⅰ級(jí)斷裂，分為東段(NW向)和西段(NEE向)。青西地區(qū)的構(gòu)造與地層受控于陳南斷裂東段。本研究自西向東分別對(duì)NS向3767測(cè)線、4087測(cè)線和4367測(cè)線陳南斷層兩側(cè)地層進(jìn)行精細(xì)解釋，并計(jì)算該斷層各時(shí)期平均活動(dòng)速率(圖3)。

圖3 陳南斷層?xùn)|段活動(dòng)速率

從圖3可以看出，陳南斷裂主要活動(dòng)時(shí)期為孔店組、沙四段和沙三下亞段沉積時(shí)期。其中，孔一段和沙四段活動(dòng)最為強(qiáng)烈，最高可達(dá)到466.8 m/Ma。從沙三中亞段沉積時(shí)期開始，活動(dòng)速率明顯減弱。比如在NS向3767測(cè)線，陳南斷裂活動(dòng)速率由沙三下亞段沉積時(shí)期的454.9 m/Ma直接降到沙三中亞段沉積時(shí)期217.9 m/Ma。此外，從3條測(cè)線展現(xiàn)活動(dòng)速率上可以看出，陳南斷裂的活動(dòng)性總體上西段強(qiáng)于東段，其峰期(孔一段、沙四段)平均活動(dòng)速率在西段均為400 m/Ma以上，而到了最東端，均降低到250 m/Ma以下。

青西斷層是分割青坨子凸起與青西地區(qū)的Ⅰ級(jí)斷層，走向NNW，傾向SWW，NW段與陳南斷層相接。在NS方向選取EW向2233和2379兩條測(cè)線對(duì)青西斷層兩側(cè)地層進(jìn)行精細(xì)解釋，并計(jì)算該斷層各時(shí)期平均活動(dòng)速率(圖4)。

圖4 青西斷層活動(dòng)速率

從圖4可以看出，青西斷層從孔店組開始活動(dòng)，主要活動(dòng)時(shí)期為沙四段和沙三下亞段沉積時(shí)期。其中，在沙四段沉積時(shí)期達(dá)到活動(dòng)頂峰，最高可達(dá)到500.8 m/Ma。從沙三中亞段沉積時(shí)期開始，青西斷層的活動(dòng)速率明顯減弱。從區(qū)域上看，青西斷層活動(dòng)性相差不大，各段活動(dòng)規(guī)律基本一致。

3.2 Ⅱ級(jí)斷裂運(yùn)動(dòng)學(xué)特征

針對(duì)青西地區(qū)的4條Ⅱ級(jí)斷層(辛70斷層、營(yíng)8斷層、永41斷層、永113斷層)進(jìn)行詳細(xì)平均活動(dòng)速率計(jì)算(圖5)。從計(jì)算結(jié)果來(lái)看，這些斷層開始活動(dòng)時(shí)間相對(duì)較晚，均在沙三中亞段開始活動(dòng)。沙三上亞段與沙二段沉積時(shí)期，斷層的活動(dòng)速率達(dá)到頂峰，最大平均活動(dòng)速率達(dá)到116.3 m/Ma(圖5(d))。到沙一段與東營(yíng)組沉積時(shí)期，斷層的活動(dòng)性減弱，平均活動(dòng)速率降至50 m/Ma以下，此后，斷層逐漸停止活動(dòng)。

3.3 Ⅲ—Ⅳ斷裂運(yùn)動(dòng)學(xué)特征

青西地區(qū)Ⅲ—Ⅳ級(jí)斷裂按照其切穿的構(gòu)造層可以分為兩類—淺層低序級(jí)斷層和深層低序級(jí)斷層，兩者大致以沙三段底界為界。

淺層低序級(jí)斷裂主要包括NW向，NE向和近EW向3個(gè)走向的斷裂，在研究區(qū)中部及北部地區(qū)較為發(fā)育。從地震剖面上看，此三類斷裂切穿最新層位(T2或T1)，判斷這些斷層多形成于沙一段和東營(yíng)組，甚至館陶組沉積時(shí)期。此外，在研究區(qū)西部中段，發(fā)育少量近SN向Ⅲ、Ⅳ級(jí)斷裂，切穿最新層位為T4，表明這些斷層形成時(shí)期相對(duì)較晚，為沙三上亞段和沙二段沉積時(shí)期。

深層低序級(jí)斷層多形成于沙四下亞段和沙四中亞段沉積時(shí)期，向上切穿的最新層位為沙四段底界面，向下一般不會(huì)切到孔一段底界。此類斷裂的形成時(shí)間與陳南斷層活動(dòng)峰期相匹配，說(shuō)明在沙四下亞段和沙四中亞段沉積時(shí)期，研究區(qū)整體的伸展量較大。

圖5 青西地區(qū)主要二級(jí)斷裂活動(dòng)速率

4 構(gòu)造演化過(guò)程分析

平衡剖面是恢復(fù)構(gòu)造演化過(guò)程的重要手段。研究選取區(qū)內(nèi)典型NS向及EW向地震測(cè)線各一條開展平衡剖面制作，并編制相應(yīng)構(gòu)造演化剖面(圖6)。從圖6中可以看出，與東營(yíng)凹陷構(gòu)造演化過(guò)程相似[9-10]，該區(qū)構(gòu)造演化過(guò)程可分為5個(gè)階段。

孔店組沉積時(shí)期，青西地區(qū)在近南北拉張作用下開始裂陷，陳南斷層強(qiáng)烈活動(dòng)，控制凹陷的形成與青西地區(qū)地層沉積。此時(shí)期，陳南斷層活動(dòng)速率有逐漸增強(qiáng)趨勢(shì)，但總體上伸展量不太大，其下降盤伴生或派生的次級(jí)斷層以及低序級(jí)斷層也較為有限。

沙四段沉積時(shí)期，該區(qū)裂陷強(qiáng)烈活動(dòng)，陳南斷層平均活動(dòng)速率達(dá)到頂峰，斷層下降盤地層厚度明顯加厚。且受陳南斷層強(qiáng)烈生長(zhǎng)影響，斷層下降盤發(fā)育典型逆牽引作用形成的滾動(dòng)背斜，并發(fā)育大量低序級(jí)斷層，也就是現(xiàn)今的深層低序級(jí)斷層。

沙三段和沙二段沉積時(shí)期，裂陷活動(dòng)依舊強(qiáng)烈，但陳南斷層活動(dòng)性開始明顯減弱，其下降盤地層箕狀結(jié)構(gòu)不明顯，對(duì)沉積的控制作用明顯降低。與此同時(shí)，區(qū)內(nèi)Ⅱ級(jí)斷層如永41、辛70等Ⅱ級(jí)斷層開展強(qiáng)烈活動(dòng)，控制該期沉積地層，導(dǎo)致研究區(qū)中部辛鎮(zhèn)構(gòu)造帶的形成演化，并伴生和派生一些低序級(jí)的斷層。比如在辛鎮(zhèn)構(gòu)造帶東部地區(qū)，EW向Ⅱ級(jí)斷層強(qiáng)烈活動(dòng)，伴生出大量近NS向低序級(jí)斷層，這些低序級(jí)斷層調(diào)節(jié)了Ⅱ級(jí)斷層?xùn)|西段之間的位移量?？傮w而言，該時(shí)期NS向伸展量也較大，表征裂陷的第二個(gè)發(fā)展期。此外，從構(gòu)造演化剖面上可以看出(圖6)，xT6(沙三下亞段底界面)為一明顯的構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換面，之上低序級(jí)斷層大都不會(huì)向下切到沙四段、孔店組地層，之下低序級(jí)斷層很少向上切穿xT6。此分界面與中國(guó)東部伸展盆地區(qū)普遍存在sT6界面一致，代表了由Ek-Es4期的近NS向拉伸向Es3-Ed期NW-SE向拉伸的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的轉(zhuǎn)變，相應(yīng)的盆地類型也由北斷南超型半地塹盆地向北西斷南東超半地塹盆地轉(zhuǎn)變[13]。

沙一段與東營(yíng)組沉積時(shí)期，陳南斷層基本停止活動(dòng)，各Ⅱ級(jí)斷層的活動(dòng)性也明顯減弱，主要發(fā)育NW向、NE向以及近EW向低序級(jí)斷層，剖面的長(zhǎng)度變化不大，整體伸展量較小。在東營(yíng)組沉積末期，區(qū)域構(gòu)造環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)閿D壓環(huán)境[9]，斷層反轉(zhuǎn)為逆沖斷層，地層沿著原正斷層緩慢上滑，進(jìn)而遭受不同程度的剝蝕作用。在青西地區(qū)，主要表現(xiàn)為沙一段和東營(yíng)組地層在靠近陳南斷層處逐漸減薄，甚至剝蝕殆盡。此種特征與前期陳南斷層控制沉積，斷層下降盤地層厚度明顯加大特征截然相反，表明陳南斷層發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)。

圖6 青西地區(qū)南北、東西向構(gòu)造演化剖面

館陶組沉積時(shí)期及以后，中國(guó)東部新生代伸展盆地普遍進(jìn)入拗陷階段，受裂陷后沉降影響發(fā)生緩慢構(gòu)造沉降，各級(jí)別斷裂均不發(fā)育，凹陷幾乎沒(méi)有伸展量。

5 結(jié) 論

(1)青西地區(qū)斷裂體系依據(jù)走向和級(jí)別可劃分為4級(jí)4組斷裂，彼此相互交織，形成平行狀、梳狀、雁列式及網(wǎng)格狀等平面組合樣式。

(2)青西地區(qū)Ⅰ級(jí)斷裂主活動(dòng)期為孔店組、沙四段和沙三下亞段沉積時(shí)期，孔一段和沙四段活動(dòng)最為強(qiáng)烈。Ⅱ級(jí)斷裂沙三中亞段開始活動(dòng)，沙三上亞段與沙二段沉積時(shí)期活動(dòng)最為強(qiáng)烈。Ⅲ、Ⅳ級(jí)斷裂分為淺層低序級(jí)斷層和深層低序級(jí)斷層，前者主要活動(dòng)期為沙一段和東營(yíng)組，后者主要活動(dòng)期為沙四下亞段和沙四中亞段沉積時(shí)期。

(3)青西地區(qū)新生代構(gòu)造演化可分為5個(gè)階段，孔店組沉積時(shí)期為初始裂陷階段；邊界斷裂拉張活動(dòng)；沙四段、沙三段至沙二段發(fā)生兩次裂陷作用，Ⅱ級(jí)斷裂發(fā)育，主要構(gòu)造帶形成，構(gòu)造面貌基本定型；沙一段與東營(yíng)組沉積時(shí)期，構(gòu)造活動(dòng)減弱，后期發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)；館陶組沉積時(shí)期以來(lái)，進(jìn)入裂后拗陷階段，持續(xù)緩慢沉降。