牛駝鎮凸起發育過程

楊海盟，戴俊生，汪必峰，鄒 娟

（中國石油大學（華東）地球科學與技術學院，山東 青島 266580）

0 引言

牛駝鎮凸起是冀中坳陷中央凸起帶的組成部分，北臨廊固凹陷，南抵霸縣凹陷，與霸縣凹陷以牛東斷層為界，是冀中坳陷的油氣聚集區之一.目前，對牛駝鎮凸起地區的研究還未滿足潛山類型油氣藏的勘探要求.牛東斷層的活動形成牛駝鎮凸起潛山風化殼儲集層，內幕裂縫改造預計存在油氣藏.研究牛駝鎮凸起構造演化有利于分析烴源巖、儲集層、蓋層、運移通道和圈閉等成藏要素并預測油氣藏.

自20世紀90年代以來，人們研究牛駝鎮凸起的構造特征，楊明慧等[1－2]在研究冀中坳陷的伸展構造系統時提出牛東斷層具有分段性，且每一段在不同時期活動性不同.查明、周從安等[3－4]認為牛東斷層受燕山運動Ⅲ幕作用而形成，古新世孔店期，牛駝鎮凸起開始發育，但缺乏實際地震、地質研究結果支撐.李洪革等[5]分析野外露頭、鉆井和地球物理資料，以板塊構造理論為基礎，以構造演化階段論和活動論為指導，采用構造解析法研究渤海灣盆地中西部中生代各期構造變形場、構造應力場，但研究范圍大，沒有涉及到牛駝鎮凸起區的具體構造變形特征.曹毅[6]通過野外調查觀測，發現太行山中生代發育逆沖推覆構造，太白維山地區推覆體地層為奧陶系石灰巖，推覆體之上為由侏羅系中—酸性火山碎屑巖組成的蓋層，原地巖塊為侏羅系上統后城組礫巖.李洪革等[5]提出燕山期末北北東向展布的擠壓褶皺和逆沖構造大量發育，如滄西逆沖斷裂系、青縣褶皺及逆沖斷裂系.

人們對牛駝鎮凸起抬升時間研究不夠.由于牛東斷層之上早第三系已剝蝕殆盡、凸起附近地震資料分辨率低，內幕結構及發育過程缺少研究.筆者采用平衡剖面技術探討牛駝鎮凸起及內幕構造演化過程，明確研究區逆斷層形成時期、牛駝鎮凸起形成時期和不同時期牛東斷層的活動性，分析構造演化對油氣成藏要素的控制，預測存在潛山內幕油氣藏，為研究區油氣勘探提供指導.

1 構造特征

1.1 形態特征

牛駝鎮凸起潛山頂面為一個彎曲的腰帶形，走向受牛東斷層的影響，南段走向為北北東，北段走向為北東東，凸起面積約為400km2（見圖1）；研究區自北東向南西剝蝕逐漸強烈，潛山頂面總體上傾向北東，且落差較大.潛山地層北東傾，組合成單面山構造[4].

1.2 斷裂特征

大興斷層控制廊固凹陷發育，凹陷西斷東超，斷面呈坡坪式，屬于一級伸展斷層.牛東斷層控制霸縣凹陷發育，與大興斷層傾向相同.廊固—牛駝鎮斷塊夾于大興斷層和牛東斷層之間，牛駝鎮凸起位于廊固—牛駝鎮斷塊的上升部分，凸起的發育受廊固—牛駝鎮斷塊翹傾活動控制.大興斷層淺部為伸展斷層，深部轉化為拆離斷層，牛東斷層在大興斷層上盤發育，形成多米諾式階梯狀斷層組合[7].

牛東斷層斷面在平面上呈鋸齒狀（見圖2），并且規模較大，長達72km.剖面上，牛東斷層為上陡下緩，呈鏟狀，與派生調節斷層組成類型為“Y”型，廊固凹陷沙三段發育階梯狀正斷層（見圖3）.牛駝鎮凸起內幕地層向南逆沖，潛山內幕發育階梯狀逆斷層，牛東斷層下降盤凹陷發育“Y”型和地壘.在冀中探區太白維山、南馬莊潛山和大港滄東—岐口凹陷等地區發現逆沖構造.

圖1 牛駝鎮凸起構造位置Fig.1 Structural location of Niutuozhen uplift

圖2 牛駝鎮凸起斷裂平面分布Fig.2 Planar distribution of faults in Niutuozhen uplift

圖3 過g7井主測線960的地震剖面Fig.3 Seismic profile of well g7，inline 960

1.3 地層特征

在一系列聯絡地震測線上，牛駝鎮北斜坡沙河街組三段內部至少存在4個上超面（見圖4）.牛駝鎮凸起太古界內幕深層牛東斷層下盤存在一組地震波反射，深部殘存古生界和元古界地層.研究區地層缺失嚴重，風化表層為中元古界，與太古宇構成大型逆斷層上盤地層組合，下盤殘存古生界、元古宇地層（見圖5）.

圖4 牛駝鎮北斜坡沙河街組三段內部多期上超地震剖面Fig.4 Seismic profile of multi－period onlap in the Es3in the Niubei slope

圖5 牛駝鎮凸起內幕地震剖面Fig.5 Seismic profile of inside structure of Niutuozhen uplift

1.4 圈閉特征

研究區發育殘山型和內幕型潛山油氣藏[3].殘山型潛山油氣藏上覆蓋層為新近系，儲集層為薊縣系霧迷山組.內幕型潛山指潛山內部與不整合面沒有直接關系或關系不大的圈閉，屬于隱蔽型圈閉.長城系常州溝組和高于莊組可能存在潛山內幕圈閉[4].

2 構造演化階段

自1969年Dahlstrom C D論述平衡剖面技術后[8－9]，該方法在構造地質、石油地質與勘探、煤田地質與勘探及盆地模擬應用等方面得到廣泛應用[10].在伸展區域的構造分析中，平衡剖面技術應用最為廣泛，如在焉耆盆地構造演化分析[11]、松遼盆地構造演化恢復[12]、濟陽坳陷樁海地區構造演化[13]、惠民凹陷中央隆起帶構造特征及演化史[14]、東濮凹陷平衡剖面與構造演化[15]等研究中有應用.采用平衡剖面法，選取反映牛駝鎮凸起主構造特征的三維地震剖面，編制內幕和構造演化剖面（見圖6和圖7），分析斷裂的演化特征.

2.1 構造演化階段

根據區域大地構造演化剖面圖，研究區侏羅紀以來的構造演化經歷3個階段.

（1）牛駝鎮凸起發育前潛山內幕形成期（侏羅紀—白堊紀）.印支運動在研究區形成由太行山復背斜、魯西復背斜、呂梁山復背斜等寬緩大型背斜和夾于其中的向斜組成大型隆起構造[5].J1－J2，構造變形微弱.J2前，區域性擠壓隆起，接受下侏羅統沉積，由于受擠壓作用，產生褶皺變形，剖面上研究區地層呈現上凸形態，中侏羅世不發育地層沉積.

J2末，法拉隆板塊擠壓加強[16]，發生燕山運動Ⅱ幕，最大主應力方向為南東東向[17].華北地臺處于構造擠壓狀態，北北東向展布的逆斷層和褶皺數量多，如黃驊坳陷南部深層逆沖、青縣褶皺、逆沖斷裂系、滄西逆沖斷裂系等.J2末，發育北西傾向逆斷層，切割太古宇至下侏羅統所有的地層，同時伴生2條同向逆斷層.K1前，新發育一條南東傾向的逆斷層，切割厚度大，切斷前期逆斷層，上升盤長城系及上覆地層遭受剝蝕.剖面可見2條大規模逆斷層，傾向相反，傾向北西的斷層伴生2條次級逆斷層，后被截斷（見圖6）.

K1，大區域為擠壓背景，伊佐奈崎板塊自南東東向北西西方向俯沖，構造線基本呈北北東向，局部地區發生裂陷（見圖6）.K2前，南東傾斷層發生負反轉，下降盤沉積下白堊統，斷層旋轉，地層呈楔形，上盤發育角度不整合界面，下伏地層整體南東傾，上升盤地層整體北西傾.

燕山晚期，華北板塊主要構造隆起.K2末，持續隆起，不沉積上白堊統地層，與上覆地層形成角度不整合.牛駝鎮凸起地區出露中元古界地層，向兩側地層變新，侏羅系地層遭受完全剝蝕.

（2）牛駝鎮凸起形成期（古近紀）.E1k－E2s4，孔店組和沙河街組四段在廊固凹陷呈楔形，地層沉積厚度達千米以上，基底沉降由慢變快，大興斷層強烈活動.南東方向霸縣凹陷孔店組和沙河街組四段地層基本水平，凸起區地層厚度相近，說明在沙河街組四段沉積期末，牛東斷層沒有強烈活動.

E2s3－E3d，凸起地層遭受剝蝕，中元古界出露地表，牛東斷層南東方向發育伴生小型正斷層，牛東斷層活動加強，沙河街組三段沉積期牛東斷層下降盤丘狀地震相和鉆井巖性表明為礫巖近源沉積.沙河街組一段沉積期—東營期霸縣凹陷的沉積厚度大于廊固凹陷的，沉積—沉降中心轉移至霸縣凹陷.東營期末，廊固凹陷沙河街組三段—東營組遭受侵蝕（見圖7）.

（3）牛駝鎮凸起埋藏期（新近紀—第四紀）.N－Q，斷層活動弱，地層在區域穩定沉積，進入坳陷成盆階段.

2.2 構造演化控制因素

2.2.1 古近紀伸展活動

渤海灣盆地基底在孔店期開始沉降，時間大約為65.0Ma；沙河街組三段沉積期基底快速沉降，約為42.4Ma；沙河街組二段沉積期到沙河街組一段沉積期沉降速率減緩；東營期基底開始抬升，約為30.0 Ma.分析安14井資料，沙河街組三段沉積期基底快速沉降后，后期基本停止沉降，顯示廊固—牛駝鎮翹傾端不同的沉降過程.孔店—沙河街組三段研究區與東西兩側凹陷沉積幾乎一致，牛東斷層活動弱.發生斷塊翹傾后，牛東斷層活動加劇，釋放勢能，導致牛駝鎮凸起的形成.

2.2.2 走滑作用

河西務斷層、牛東斷層、任丘斷層、馬西斷層、河間斷層、留路斷層和滄西斷層組成雁形排列狀斷層.晚白堊世到始新世受扭應力作用，斷層均為平移斷層；在漸新世到第四紀拉張和扭應力場作用下，斷層具張性.北部2條斷層斷面傾向南東，南部5條斷層斷面傾向北西西或西.

牛東—馬西斷層組成“S”形結構[7]，渤海灣盆地伸展作用伴生的變換斷層大多數具有走滑運動特點.

結合區域構造作用力和牛東斷層產狀，在沙河街組三段沉積期—第四紀右旋走滑作用下，牛東斷層走向北東，傾向南東，促進凸起的發育.

圖6 牛駝鎮凸起內幕演化剖面Fig.6 Evolution profile of inside reservoir

圖7 牛駝鎮凸起構造演化剖面Fig.7 Evolution profile of Niutuozhen uplift

2.2.3 新近紀基底沉降作用

新近紀—第四紀，牛東斷層活動微弱，牛駝鎮凸起停止隆起，凸起與區域基底沉降相同，凸起上沉積了新近系和第四系，形成牛駝鎮凸起潛山油氣藏.新近紀基底沉降控制凸起不再發育.

3 對油氣成藏的控制作用

3.1 烴源巖發育

牛東斷層的發育控制烴源巖體積和熱演化過程.孔店組沉積期—沙河街組四段沉積期，牛東斷層為板式正斷層，發育的烴源巖體積小；沙河街組三段沉積期—東營組沉積期，廊固—牛駝鎮斷塊掀斜翹傾，在牛駝鎮凸起形成的同時，下降盤霸縣凹陷沉積厚層古近系，烴源巖發育進入頂峰階段，烴源巖體積大，達到生烴門限，提供油源條件，后期由抬升造成地層缺失[18].在新近紀—第四紀，渤海灣盆地主要排烴，斷裂活動基本停止，為潛山內幕成藏提供條件.

3.2 儲集性能

由于牛東斷層活動，研究區地層缺失嚴重，霧迷山組碳酸鹽巖經受構造抬升和風化淋濾，孔滲性變好，已發現油氣藏.構造反轉產生的微裂縫對儲層物性改善作用明顯[19].鉆井資料顯示，內幕地層主要是牛東斷層活動伴生的裂縫作為儲集空間.潛山內幕儲集層主要是常州溝組、高于莊組、霧迷山組和奧陶系地層.

3.3 蓋層發育

研究區中元古代、早古生代發育串嶺溝組、楊莊組、洪水莊組和石炭—二疊系[4，20]，由于泥質含量高，后期構造運動沒有造成破壞，封蓋能力強，作為內幕油氣藏的隔層.新近紀—第四紀，牛駝鎮凸起進入埋藏構造演化階段，在潛山頂面沉積非滲透性蓋層，為潛山風化殼型圈閉形成油氣聚集提供保障.

3.4 油氣運移通道

斷裂活動具有幕式特點，當斷裂活動期與油氣運聚期相同時，斷裂是油氣運移的通道，否則斷裂對油氣成藏起遮擋作用；后期斷裂活動造成油氣的再次運移[21].由于凸起長期發育形成不整合面，成為油氣良好的運移通道和儲集空間.當牛東斷層停止活動時，斷層的縱向運移油氣能力相對減弱，當油氣初次運移壓力超過奧陶系的排替壓力時，油氣穿過斷面，形成內幕油氣藏；當牛東斷層活動時，斷層的縱向運移通道占據優勢地位，油氣主要向上運移，不整合面向相對高的北西方向運移而形成潛山風化殼型油氣藏.

3.5 圈閉

受膠結作用和泥巖涂抹等因素的影響，斷裂帶具有側向封閉性[22－23]，巖性對置也控制油氣成藏.由于燕山期的逆沖作用使奧陶系西側上部與太古宇對接，形成隔擋層；牛東斷層使奧陶系和高于莊組與古近系非滲透層對接，阻止油氣散失；新近紀以來的沉降作用在潛山頂面沉積穩定的蓋層，形成圈閉.

4 結論

（1）牛駝鎮凸起太古界深層牛東斷層下盤地層存在一組地震波反射，反映牛東斷層下盤發育逆斷層，在侏羅紀研究區受構造擠壓作用，牛東斷層侏羅世是逆斷層，古近紀構造反轉，控制牛駝鎮凸起的發育.

（2）研究區構造演化經歷3個階段：J－K為凸起發育前潛山內幕形成期，E1k－E3d為凸起形成期，N－Q為凸起埋藏期.E1k－E2s4，牛東斷層下降盤孔店組和沙河街組四段地層近于水平，牛東斷層沒有強烈活動；在一系列聯絡地震測線上，牛駝鎮北斜坡沙河街組三段內部存在多期上超.說明研究區在沙河街組三段沉積期演變成“幕式”露出水面的高地.

（3）根據構造演化對烴源巖、儲集層、蓋層、油氣運移通道、圈閉的影響，牛駝鎮凸起地區具有良好的油氣成藏條件，預測該地區存在潛山內幕油氣藏.

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