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济阳坳陷正反转构造发育特征与油气成藏

来源:智榕旅游
DOI:10.3969/j.issn.1672-7703.2010.05.004 济阳坳陷正反转构造发育特征与油气成藏木 李伟 (中国石油大学(华东)地球资源与信息学院,山东省青岛市266555) 高日胜 (中国石油勘探开发研究院,北京100083) 摘要:济阳坳陷正反转构造研究程度较低,整体缺乏系统、规律性的认识。以高精度的三维地震资料为基础,结 合区域应力场及不整合面的发育特征,对济阳坳陷正反转构造进行了综合判识和解释,并论述了正反转构造发育与油气 成藏的关系。结果表明:济阳坳陷典型的正反转构造主要发育在埕岛地区的埕北20断层及东营凹陷陈南断层东段,在断 层上盘形成明显的反转挤压背斜,形成于晚白垩世和古近纪东营末区域挤压应力场背景之下;正反转构造的判识必须充 分考虑区域构造应力场的转型、不整合发育特征、构造样式的差异性以及地层、沉积相特征;正反转构造的发育会改造 先期形成油气藏、形成有利的背斜和不整合型圈闭、改善储集性能,可以形成有利的背斜型油气藏、地层超覆油气藏和 不整合遮挡型油气藏。 关键词:正反转构造,发育特征t油气成藏;济阳坳陷 中图分类号:TEll1.2 文献标识码:A 反转构造是指同一地质体在不同的地质历史时期 正反转构造进行了综合判识和解释,明确了正反转构 由于应力性质的改变所造成伸展或压缩构造的垂向叠 造的发育特征,进一步探讨了正反转构造发育与油气 加,如果反转构造是在控盆伸展断层受到挤压作用发 成藏的关系。 生反向运动时产生的就称为正反转(positive),这种 从正断到逆冲的过程也可逆向进行,即从逆冲断层转 1正反转构造的发育特征 济阳坳陷新生代古近纪以伸展构造发育为主,断 化为正断层,可称之为称负反转(negative)t卜 1。作 为一个在古生界基底之上发育而成的中、新生代陆相 块差异升降活动强烈,加之断层上盘附近冲积扇、近岸 断陷型叠合盆地盆地,济阳坳陷多期次、多性质原型 水下扇、扇三角洲的发育形成了大套的砂砾岩体沉积, 盆地的叠加与改造使其具备了反转构造形成的动力学 受后期差异压实作用与反转构造形态难以区别,以及 背景,前人也进行了一定程度的研究【4—1,但是目前的 各种滚动背斜、重力滑动堑背形、压实堑背形的发育等 研究多集中在负反转构造方面【4・ ・10,“1,对正反转构造 都给正反转构造的判识带来了极大的困难。因此,本文 研究相对较少,且缺乏系统和规律性的认识【6, 。本文 在通过三维地震资料详细分析、解释和判识正反转构 通过对济阳坳陷最新的三维地震资料的详细分析解 造的基础上,进一步结合区域构造应力场特征的转变 释,结合区域构造应力场的特征分析,对济阳坳陷的 加以佐证,并与各种易混淆的构造进行了对比分析。 ・基金项目:教育部高等学校博士学科点新教师基金(20090133120003)。全国油气资源战略选区调查与评价项目“华北上古生界油气资 源战略选区”(20o9一GYXQ17)I中国石油大学(华东)引进人才科研基金(Y070124)。 第一作者简介:李伟,男,讲师,博士,主要从事地层学与含油气盆地分析等方面的教学与科研工作。 收稿日期:2010-03-16I修改日期:2010-05-10 1 7 No 5 2010 China Petroleum ExNoration、 f.7埕岛地区埋北20断层脆自垩世正反转 育于中生界内部的隐伏断层。因此可以推测构造挤压 的时间应在晚白垩世至古近纪Ek—Es2期。进一步结 合区域构造应力场的演化特征:晚白垩世(85Ma左右) 伊泽奈崎板块消失,库拉板块正向(北西西向)俯冲于 亚洲之下 】,形成了一系列的边缘海盆地【l ,弧后 扩张派生出向西的侧向挤压力;与此同时,在经历了早 埕岛地区位于济阳坳陷东北部,埕北20断层是控 制该地区潜山构造带发育的北北西向或近南北向断层, 该断层主要活动时期为中生代,断层形态为铲式,倾角 在45。左右。从图l可以看出,位于埕北2O断层上盘 的中、古生代地层褶皱作用强烈,整体呈现出一明显的 褶皱形态,轴面近于直立。中生代早自垩世地层厚度由 洼陷向深处分别向近断层处和远端减薄,其底部同相 轴由近断层处向远端逐渐超覆,表明埕北20断层对早 白垩世地层沉积具有一定的控制作用;而顶部同相轴 在洼陷两端都具有明显的削蚀现象,结合早白垩世地 白垩世大规模的岩石圈减薄亏损之后,晚白垩世形成 了新的岩石圈地幔[14】,其自身重力诱导了浅部地壳的收 缩挤压。前人也在华北东部的燕山地区、鲁西隆起、沧 县隆起西缘、黄骅坳陷的孔西潜山和千米桥潜山识别 出了晚白垩世的逆冲构造【l 1,从而表明晚白垩世的构造 挤压是一次广泛发育的区域性事件。而就古近纪Ek— 层的整体形态,说明早白垩世地层沉积后遭受过一定 Es 期而言,构造应力场主要表现为张扭性质。综合上 程度的构造挤压剥蚀,卷入地层除下白垩统外,还包括 述分析,就埕北20断层而言,其早白垩世表现为张性 下部的侏罗系…1,古近系Es.一Ed整体披覆于下白垩 伸展断层,晚白垩世受区域构造挤压应力场影响,正反 统之上,埋北20断层向上未切穿T 反射层,表现为发 转为挤压逆冲断层。 胜I~  U・■兰耋 ■■●■●- 0 厘 2 厦2 翟 害 (a)埋北247一胜海6 (b)胜海202一埋: ̄1:272 图l过埕北2O断层近东西向地震测线 Fig.1 EW-trendmg seismic profile through Chengbei 20 Fault 1.2陈南断层东段东营末正反转 图2表明,陈南断层东段断面形态为轻微的铲式, 倾角相对较缓,在30。~45。之间。就上盘地层发育特 陈南断层为东营凹陷控盆边界大断层,整体走向 征而言,民丰洼陷古近纪孔店组一沙二段均呈现出由 近东西一北西向,断面形态多样,切割深度大。该断层 近断层处向远端逐渐减薄且超覆的特征,反映了陈南 活动时间长,其东段自中生始活动,西段自古近纪 断层东段对古近纪地层沉积充填的控制作用。但就东 初开始活动,消亡于古近纪末期或新近纪一第四纪,分 营组一沙一段而言,其地层厚度横向变化由远离断层 处向近断层处减薄,近断层处同相轴削蚀现象十分明 别控制了民丰洼陷、利津洼陷的形成与发展。 中国石油勘探2010年第5期18 0 盐斜2】盐16— 一 一∞一匿茁 2 3 4 5 6 图2民丰洼陷王63井一盐16井近南北向地震测线 Fig.2 NS—trending Wang 63・Yan 1 6 seismic profile in Minfeng sag 显,甚至被剥蚀殆尽;而且古近纪地层整体呈现出下凹 部位尚残留有沙二段地层。由此可以推测,该测线处陈 上凸的外部形态,上部背斜轴面近于直立,面积较大。 南断层的正反转可能沿上述3条断层同时发生,而且产 据此推断,陈南断层东段于古近纪东营组沉积末期发 状较缓的断层逆冲作用更为强烈,就构造样式而言属 生正反转。 此外,部分测线还反映陈南断层东段发生了取直 于取直型正反转。 区域上看,陈南断层东段正反转构造发育的时限 型正反转。如图3所示,陈南断层东段上盘古近纪地层 与中国东部由拉张断陷向区域坳陷的转型期相吻 发育特征与图2相类似,同样呈现出上凸下凹的喇叭口 合。就深部动力学背景而言,由于古近纪经历了强烈 状,顶部地层向近断层处剥蚀强烈。但是在该剖面上陈 的拉张断陷,加之热的地幔柱上升,上地幔温度升高、 南断层东段表现为由上部的3条分支断层至深部合为 密度变小,依据地壳均衡原理,会导致壳幔边界之上 条主干断层,深部主干断层倾角约为55。,上面3条 的地壳厚度增大,引起盆地的整体抬升[1 l。此外,古 一分支断层的倾角依据距离洼陷由远至近分别约为60 、 近纪末期印度板块与欧亚板块的再次强烈碰撞挤压造 50。和40。,而且在上部3条分支断层所夹的断块内部 成了华北板块向东逃逸【1 ,同时古近纪末期西太平洋 剥蚀作用更为强烈,现今仅残留有沙三段地层,而洼陷 板块的侧向俯冲造成日本海盆地的弧后扩张【】81 】,产 蕾46¥114 丰4 丰墚6 永96 1 永86 生向西的侧向推挤力,使得济阳坳陷所处的华北东部 地区处于挤压应力场控制之下;与之相匹配,郯庐断 裂带的活动方式也逐渐转为逆冲兼右旋走滑模式,派 生出北东东向的挤压应力场【】 ,采用井壁崩落法等现 代应力场分析方法也表明了济阳坳陷现今处于北东东 向挤压应力场作用之下[7】。根据以上分析,陈南断层 东段在古近纪主要表现为张性伸展,古近纪末期在深 部地壳厚度增大、北东东向区域挤压的控制之下,正 反转为挤压逆冲断层。 1.3正反转构造与相似构造的对比分析 图3民丰洼陷北东向营46井一永86井地震测线 Fig.3 NE—trending Ying 46-Yong 86 seismic profile in Minfeng sag 需要指出的是,就伸展断陷盆地而言,受资料精度 及构造解释方案影响,正反转构造与盆地内部发育的 滚动背斜、底辟背形、陡坡带砂砾岩体的差异压实等构 ——19№5 20 70 Ch rna Petrolec ̄m Exploratior ̄、 造有时较难区分。因此在判识时,必须注意与上述构造 展布范围,因此上述两条断层上盘挤压背斜形态并没 相区别,以保证结果的准确性。 成的逆牵引背斜,依附于断层上盘附近,背斜面积和高 有受到古近纪砂砾岩体的影响,主要是后期正反转作 滚动背斜是同生断层边断裂、边沉积、边滚动所形 用所致。 度完全受断裂活动程度所控制,其背斜轴面与断裂面 基本平行,顶部地层削蚀减薄现象不明显,地层横向厚 1.4济阳坳陷正反转构造的判识原则 综合上述分析,本文在系统总结、归纳前人判识反 度变化小,如果减薄也是由于沉积作用造成的向远离 转构造的原则和方法【23 】的基础上,进一步结合济阳 断层处减薄。与滚动背斜相比,正反转构造所形成的挤 坳陷的实际地质特征,认为济阳坳陷正反转构造的判 压背斜属于典型的沉积后挤压构造,其背斜面积和高 识应遵循下列原则: 度要大,其背斜轴面多表现为直立或无严格的倾向,在 (1)主要构造反转期与盆地构造应力场特征的转 断陷层序和上覆层序之间有一明显的剥蚀不整合面。 换期相对应,区域应力场的转型及由此产生的侧向挤 就地层厚度横向变化而言,正反转构造形成的挤压背 压是反转构造存在与否的充分条件; 斜向近断层处存在着地层减薄现象。 (2)不整合是反转构造存在的必要条件,其形成于 底辟背形也称为挤入构造,包括泥底辟、盐底辟和 断裂性质发生转变的时期,不整合附近地层接触关系 火成岩底辟构造,有刺穿型也有隐刺穿型,其中隐刺穿 表现为下剥上超:不整合之下的地层剥蚀沿指向断层 型多会造成围岩中形成背斜形态。底辟构造形成的背 的方向存在剥蚀量增大的趋势,不整合之上的地层朝 斜主要是横弯褶皱作用所致,在形成过程中并没有受 指向断层的方向超覆; 到侧向挤压应力的影响;底辟背形顶部可能存在着一 (3)洼陷内裂陷期层序上凸下凹或上下皆凸的外 定程度的地层剥蚀,但是与反转挤压背斜相比,这种剥 部形态可能是正反转挤压作用所致,但必须与滚动背 蚀多围绕背斜轴面对称分布,而正反转构造形成的挤 斜(逆牵引背斜)、底辟背形、陡坡带砂砾岩体等相区 压背斜其顶部地层剥蚀具有向近断层处逐渐增大的特 别,必须在充分了解区域地质背景、盆地构造格局的 征。此外,正反转构造卷入反转的地层整体形态多表现 基础上,结合地层、沉积相分析,采用多种方法综合 为下凹上凸的外部形态,而底辟背形由于其形成时间 判识。 较早,因此在塑性层之上只能发育上下皆凸的背斜形 态。以东营凹陷陈南断层为例,其东段的正反转与辛 2正反转构造的发育与油气成藏 作为一种叠加、复合构造,正反转构造的发育对于 125井一辛36井(图2)、营46井(图3)附近发育的 底辟背形在形态上有明显的区别,且东营凹陷底辟背 盆地构造格局、地层发育及展布、盆地沉积一充填特征 形构造主要发育于辛镇、东营、郝家一现河地区[7,201, 均会产生一定的影响,从而影响油气的生成、运移和聚 故陈南断层东段上盘所形成的挤压背斜是因为构造反 集成藏。 转作用所致。 陆相断陷盆地陡坡带因为具有坡度陡、距物源近、 古地形起伏大和构造活动强烈等原因,常常发育有多 种成因的砂砾岩扇体【2 ,这些砂砾岩体在外部形态、 2.1正反转构造先期形或油气藏的破坏和改造作用 东营凹陷民丰洼陷古近系自下而上发育Ek:、ES4上、 Es3下Es3中Es3一、Esl等多套烃源岩,对于深部孔二 段和沙四段烃源岩而言,由于其埋深较大、热演化程度 高,通常具有二次生排烃的特征[35,36】:初次生排烃发生 在古近纪中晚期,形成了一定规模的油气藏,东营末期 、、发育位置等方面与反转构造所形成的挤压背斜相似, 但其内部地震反射同相轴连续性较差,以杂乱反射为 主;而反转构造所形成的挤压背斜通常幅度较大,卷 入反转的地层不仅包括陡坡带砂砾岩体,还包括以泥 陈南断层东段的正反转使得民丰洼陷抬升遭受剥蚀, 岩为主的半深湖、深湖相沉积,地震反射同相轴连续 逆冲断层活动会破坏初次生排烃所形成的原生油气藏, 性较好。如在判识埕北20断层、陈南断层东段正反转 导致油气的再分配;至新近纪,民丰洼陷整体沉降才再 构造时,本文通过对地震资料、钻井岩心及录井、测 次深埋演化进入生排烃阶段。就沙三段及其之上烃源  井资料的分析解释发现,断层上盘陡坡带砂砾岩体展 岩而言,由于埋深相对较浅,不具备二次生排烃过程,布范围相对较小,明显小于被卷入挤压变形的地层的 但由于正反转构造的发育,对其烃源岩的初次生烃过 中国石油勘探2010年第5期20 3 q l,因此反转所形成的挤 程有一定程度的滞后(图4),从而使得民丰洼陷大量 是从高势区向低势区运移【的生排烃时限主要集中在新近纪一第四纪,该时期构 压背斜通常是油气聚集的最有利区。 造活动微弱,各种圈闭均已定型,有利于油气藏的保 存。 、 此外,正反转构造发育所造成的抬升剥蚀可以导 致不整合的普遍发育。就济阳坳陷而言,晚白垩世和 东营末的正反转往往会形成截超型不整合,当其上下 岩性组合关系为砂/泥型时,不整合面之上的超覆砂 体往往被不整合面之下的泥岩侧向遮挡而容易形成圈 闭;当其上下岩性组合关系为泥/砂型时,不整合面 之下的砂体往往被不整合面之上的泥岩遮挡而容易形 成圈闭【401。 2.3正反转构造发育可以有效地改善储集性能 济阳坳陷古近纪沉积地层巨厚,因此下伏中、古生 代地层以及古近系下部地层受上覆地层压力影响,洼 陷处储层的孔隙度、渗透率很低,储集性能差。但是由 于正反转构造的发育,可以使得储层埋深不至过大,成 岩作用不至太强,而且在反转挤压背斜核部形成的虚 脱空间可以增大孔隙度,降低孔隙压力;力口之背斜高部 位应力集中,产生张裂缝和微裂缝,后期的剥蚀形成不 地质年代(Ma) 整合,大气淡水和地下水沿不整合的渗透淋滤也可有 图4民丰洼陷丰深2井埋藏史及生烃史曲线 Fig.4 The burial history and hydrocarbon generation history cuFve of Fengshen 2 well in Minfeng sag 效地改善储集性能。 2,4正反转构造油气戏藏模式 综合上述分析,结合济阳坳陷实际油气成藏特征, 本文对正反转构造油气成藏模式进行了总结归纳:油 2.2正反转构造形成有科的霞闭类型 源主要来自古近系的优质烃源岩,主要生排烃期在古 在伸展盆地内部,往往会由于变形微弱而缺乏完 近纪中晚期和新近纪一第四纪;正反转的侧向挤压在 整的、规模较大的背斜圈闭(尽管存在滚动背斜、重 古近系生油洼陷上部直接形成反转挤压背斜,在褶皱 力滑动堑背形、地层补偿堑背形等,但其规模往往较 核部,由于流体势相对较低为油气运移的优势方向,加 小)【3 。民丰洼陷沉积了巨厚的古近纪地层,生储盖匹 之断层的侧向封堵,可以形成较大规模的储集空间,有 配关系好,在构造正反转发生前,通常主要发育岩性油 利于油气聚集成藏;在反转挤压背斜顶部,由于后期的 气藏及地层油气藏,圈闭规模有限,难以形成大型油气 抬升剥蚀形成下剥上超的截超型角度不整合,具备形 藏,勘探难度也比较大。而陈南断层东段的正反转恰恰 成地层超覆圈闭和不整合遮挡圈闭的有利条件。油气 可以弥补这一缺陷,在反转侧向挤压之前,断层上盘附 生成以后,可以沿古近系砂体、反转断层、不整合面等 近形成大规模的生油凹陷,后期受区域性侧向挤压力 就近运移至上述圈闭处成藏,运移路径短,在一定程度 影响,生油凹陷上部地层反转形成挤压背斜,通常直接 上可以减少油气在运移过程中的散失,形成自生自储 反扣在生油凹陷之上,规模相对较大(图2、图3)。此 和下生上储的背斜油气藏、地层超覆油气藏和不整合  外,多层结构地质体在遭受挤压变形时,受不同岩层变 遮挡型油气藏(图5)。形程度差异性的影响,容易在反转挤压背斜核部形成 虚脱空间,从而导致孔隙度增大、孔隙压力降低,因此 3结论及认识 (1)济阳坳陷典型的正反转构造主要发育在东北 在其他条件相同情况下,反转挤压背斜处的流体势要 11:,2o断层及东营凹陷民丰洼陷的陈南 低于两侧没有发生挤压变形处的流体势。由于油气总 部埕岛地区的埕 ̄分析[J].油气地质与采收率,2001,8(3):8~10. 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(2)在伸展断陷盆地内部,正反转构造与盆地内部 发育的滚动背斜、底辟背形、陡坡带砂砾岩体等构造、 沉积现象有时较难区分,应该在充分考虑区域构造应 力场的转型、不整合发育特征、构造样式的差异性以及 【l4】吴福元,葛文春,孙德有,等.中国东部岩石圈减薄研究 地层、沉积相特征的基础上进行综合判识。 中的几个问题【J].地学前缘,2003,10(3):51~60. 15】周立宏,李三忠,刘建忠,等.渤海湾盆地区燕山期构造 (3)正反转构造的发育对于油气的生成、运移和聚 【集成藏均会产生一定程度的影响,具体体现在对先期 形成油气藏的破坏和改造,形成有利的背斜和不整合 特征与原型盆地[J】.地球物理学进展,2003,18(4):692 699. [16】史 庆,吴智平,王纪祥,等.渤海湾盆地东营运动的特 征及成因分析 .石油实验地质,1999,21(3):196~200. 【l7】蔡东升,罗毓晖,武文来,等.渤海浅层构造变形特征、 型圈闭,改善储集性能等方面。在反转挤压背斜核部, 主要形成背斜型油气藏;在反转挤压背斜顶部,主要形 成地层超覆油气藏和不整合遮挡型油气藏。 参考文献 【1]Glennie K W,Boegner P L E.Sole Pit inversion tectonics.In:Illing L V,Hobson G D,eds.Petroleum Geology of the Continental Shelf of Northwest Europe. London:Institute of Petroleum,1984:l 10~l20. 成因机理与渤中坳陷及其周围油气富集的关系【J】.中国海 上油气(地质),2001,15(1):36~43. [18】朱光,牛漫兰,刘国生.郯庐断裂带早自垩世走滑运动中 的构造、岩浆、沉积事件【J】.地质学报,2002,76(3): 325~334. 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