黃驊坳陷澗南潛山構造演化對層序樣式的控制

黃傳炎 ，王華，周立宏，廖遠濤，任陪罡，陳思

(1. 中國地質大學(武漢)構造與油氣資源教育部重點實驗室，湖北 武漢，430074；2. 中國地質大學(武漢)資源學院，地質過程與礦產資源國家重點實驗室，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，“構造地層學”為近年來的又一個研究熱點，它主要是把盆地的沉積充填過程與盆地的構造作用結合起來[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，發育的同沉積構造由于長期的持續活動，對沉積相帶和層序樣式的發育起到重要影響，研究構造的演化特征，可以準確分析在不同構造背景下發育的層序樣式，從而更加精確預測有利勘探區帶和油氣藏[8-11]。

2007年5月在南堡凹陷勘探到油儲量達10億t。位于南堡凹陷北邊緣的澗南潛山是黃驊坳陷內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的勘探區塊之一，因此，對澗南潛山油氣地質條件進行進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、油氣地質進行了大量工作，取得了一些認識。為了進一步弄清古潛山的勘探潛力，本文作者根據構造地層學研究思路，對澗南潛山構造特征和形成演化進行分析，研究構造對沉積類型、層序樣式以及垂向演化的控制作用，并據此探索古隆起外圍的油氣勘探方向。

1 地質背景

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

圖1 澗南潛山區域地質圖(a, b)和構造格架圖(c)(據大港資料修改，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持續活動，控制了該構造帶古近系地層的層序樣式和沉積相類型。

2 澗南潛山構造演化及其沉積類型發育史

澗南潛山所處的黃驊坳陷是在中國東部環太平洋構造域巖石圈拉伸變薄的背景下形成的第三紀裂谷盆地，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]。

裂陷期可進一步細分為裂陷Ⅰ，Ⅱ和Ⅲ幕(圖2)。每裂陷幕對應一個二級層序。裂陷Ⅰ幕是坳陷的初始裂陷期，構造沉降速率約為240 m/Ma，主要沉積沙三段和沙二段。裂陷Ⅱ幕是坳陷穩定發育期，主要沉積沙一段，構造沉降速率約為35 m/Ma。裂陷Ⅲ期為斷坳轉換期，主要沉積東營組，構造沉降速率約為 40 m/Ma，總體為淺湖沉積環境。

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)，主要沉積明化鎮組和第四系(圖2)。

澗南潛山與黃驊坳陷內眾多潛山一樣是在中生代白堊紀末開始發育，古近紀是潛山主要形成期，其演化過程與黃驊坳陷演化過程同步。潛山經歷了早期的抬升發展、中期穩定發展定型和后期衰退3個階段，同時該區沉積演化也經歷了3個發展過程(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(中生代白堊紀末-早古近紀)是潛山主要的抬升發展期，受區域拉張力的控制，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，相應的上升盤抬升很高，澗南潛山形成，同時潛山頂部遭受強烈剝蝕，該期是潛山主要的發育形成期，也是潛山頂部的主要剝蝕期。由于該階段構造活動強烈，斷層活動性大，潛山邊緣發育斷裂陡坡帶，沉積近岸水下扇，碎屑物經短距離的搬運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)是潛山穩定發展和定型期，翹傾活動已不明顯，潛山呈繼承性發育特點。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，潛山邊緣發育緩坡帶，地層超覆其上，至此，潛山發育結束。

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

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，因而在潛山兩側控制發育不同的坡折類型，如在構造活動早期，發育斷裂陡坡帶，而在構造活動晚期，主要發育緩坡帶。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，發育大型扇三角洲，地層厚度迅速加大，體現了在沉積過程中，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一步減弱，活動速率僅為42 m/Ma，邊界斷層控制發育撓曲坡折帶，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，澗南斷層與同向調節斷層共同控制形成斷階，發育斷階坡折帶(圖4、圖5(b))。

據以上分析可知：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育不同的層序樣式，并且層序樣式也隨著構造的演化而演化。

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，控制發育陡坡帶層序樣式，以澗西斷層為界，分割為沉積區和剝蝕區；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，發育大型扇三角洲，其遠端發育濁流沉積，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，發育緩坡層序樣式(圖6(a))，低位域發育范圍受坡折帶的控制，主要發育在坡折帶以下，隨著湖平面上升，湖擴域退積到坡折帶以上，在潛山頂部沉積薄層的湖擴域和高位域地層。

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域，地層坡度很緩，湖岸線只是在斷坪區域來回擺動，發育平緩斜坡層序樣式，斷坪區域主要沉積湖擴域和高位域碎屑物，而只是在斷坪遠端沉積薄層低位體系域，湖泊中心的遠端坡折帶控制發育深湖濁積沉積，形成盆地扇。在裂陷后期，由于上覆地層的重力作用，地層沿斷面發生滑脫，發育同向調節斷層，與澗南斷層共同控制發育斷階坡折帶，斷階坡折帶不僅控制了低位域發育范圍，而且沉積厚度發生突變的區域，坡折帶向湖一側沉積旋回增多，砂體層數和厚度明顯加大，斷階坡折帶以上地層厚度明顯減小，主體發育薄層的湖擴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育[10-11,13-16]。

經過以上分析可知：在裂陷Ⅰ幕，斷裂陡坡帶潛山邊緣發育大型扇三角洲，扇體中沉積的砂巖分布廣泛，側向連通性強，湖擴域發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，而活動性強烈的邊界斷層側向封堵效果好，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，在寬闊的斷坪區域里，發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，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，砂體是側向加積，上傾尖滅，易形成斷層-巖性圈閉。在裂陷后期，調節斷層的發育，容易形成斷層-巖性圈閉，而澗南斷層的持續活動，能有效溝通湖盆中心的烴源巖，起油氣運移通道的作用。因此，潛山東南邊緣發育的各種圈閉都有可能形成有利儲集帶。可見：在澗南潛山周緣，澗西斷層早期控制發育的斷裂陡坡帶向湖一側，可以作為該區深層有利勘探區帶，尋找斷層－巖性圈閉，而后期發育的撓曲坡折帶可作為淺層有利勘探區帶，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帶，由于后期活動的斷層對前期圈閉進行改造，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 結論

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

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

(3)澗南潛山西南邊緣向湖一側可作為深層沙三段有利勘探區帶，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。

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