王家崗—八面河地區潛山殘留地層發育特征及控制因素

楊懷宇

1. 中國石化勝利油田分公司勘探開發研究院，山東 東營 2570002. 中國石化勝利油田博士后流動工作站，山東 東營 257000

0 引言

潛山最早被定義為凡是現今被不整合埋藏在較新的沉積層之下、由盆地基底巖層組成的山丘[1]。胡見義等[2]研究渤海灣盆地古潛山油氣藏時指出，潛山油氣藏系指以下第三系為烴源巖、以第三系不整合面以下的前第三系基巖為儲層、具有多種圈閉類型的油氣藏。東營凹陷油氣資源非常豐富，目前已發現儲量近29億t，儲量層系主要集中于中淺層沙河街組、孔店組等，深部層系中—古生界潛山探明儲量3 742萬t；特別是近期在高青潛山完鉆的花古斜101井在上古生界致密石英砂巖中獲得51 t/d的高產油流，顯示出上古生界良好的勘探前景。因此，勘探程度較低的深部層系必將成為下步重要的勘探接替領域[3]。

王家崗-八面河地區位于東營凹陷南部斜坡帶東翼，目前僅有20余口探井鉆遇潛山表層的復雜巖性地層(平均進山150m)，潛山地層認識程度較低。國內針對濟陽坳陷潛山的地層認識主要集中于中生界、下古生界及太古宇的地層巖相[4-7]、層序劃分[8-10]及測井不整合識別方面[11]，針對研究區主要目的層——上古生界僅有部分野外巖相[12-13]、上石盒子儲層特征等研究成果[14]；這些成果雖對研究區周緣的巖相類型具有一定認識，然而由于手段單一、橫向跨度大造成可對比性一般。同時，研究區中—古生代時期遭受多期構造運動[15-16]，潛山地層剝蝕嚴重，鉆探潛山鉆井所揭示的復雜巖相組合證實了潛山地層劃分的多解性和復雜性。針對低認識程度的潛山勘探，搞清殘留地層展布及控制因素是各項研究的基礎，同時也是進一步加強潛山地質結構與目的層構造格局認識的關鍵因素。因此，有必要針對研究區的潛山殘留地層發育特征、展布模式及控制因素等方面展開系統研究。

1 地質背景

東營凹陷經歷了印支期、燕山期變形和新生代的裂陷運動，盆地為呈東西走向的北斷南超的箕狀斷陷。研究區王家崗-八面河地區位于東營凹陷的南部緩坡帶東翼(圖1)，該區發育的潛山沿石村、陳官莊、王家崗斷裂帶展布。這些北西向的斷裂帶受到多期構造運動的影響，造成斷裂帶周緣的潛山遭受多次抬升剝蝕及沉降沉積，以至于地層產狀及斷裂走向都發生復雜的構造變形，給研究區緩坡盆傾山系的殘留地層分布認識帶來復雜性。

由于研究區潛山地層殘留不均，地層認識程度很低。早期勘探學者認為，古近系不整合以下大面積發育“中生界”[4, 10]，其典型巖相如具紫紅色砂泥巖、火成巖以及少數薄層煤系地層等[13]；然而，這些巖相在鄰近層系亦會發育，如古近系底部孔店組同樣發育火成巖，上古生界石炭系亦發育薄煤層等(圖2)。因此，研究區的殘留地層時代歸屬與地層發育模式等難題亟待解決。近期，同處東營凹陷南坡的高青潛山勘探的新發現證實了勘探程度極低的上古生界具有較大勘探潛力和儲量規模[2-3]，同時也極大地引發了潛山勘探熱潮，積極地促進了王家崗—八面河潛山發育區的殘留地層、地質結構及構造演化等一系列研究。

2 潛山殘留地層發育特征及展布

2.1 殘留地層時代重新厘定

王家崗—八面河地區多數完鉆井零星鉆遇中生界的不同層系，通過與魯西隆起區野外巖石地層對比發現，中生界侏羅系坊子組-三臺組發育多套砂泥巖旋回，以坊子組的暗色泥巖、炭質泥巖夾薄層紅色砂巖和三臺組的灰色、棕紅色粉、細砂巖夾灰色泥巖等類型為代表；白堊系由下至上以凝灰質砂礫巖等逐漸增多為典型特征(圖2)。東營凹陷南部的上古生界覆蓋區地層巖性組合一直認識不清，通過調研《山東省區域地質志》[13]資料，結合博山、臨淄等地區的野外踏勘發現，石炭系本溪組、太原組的標志層為不整合附近的鋁土礦、大套泥巖中夾煤層、薄層“草埠溝”灰巖等。二疊系下部的山西組以砂泥巖旋回為主，局部夾薄煤層[17]；中上部的上石盒子組以大套長石石英砂巖、石英砂巖為典型特征(圖2)。

1．構造帶界線；2. 第三系超覆線；3. 第三系剝蝕線；4. 主要斷層；5. 研究區范圍；6. 鉆井位置及井號；7. 地名。圖1 東營凹陷構造單元簡圖Fig.1 Simplified structural map of the Dongying sag

雖然研究區潛山不同層系巖相組合具有一定典型性，但亦存在多解性。如潛山頂部火成巖歸屬問題(白堊系或孔店組)和煤層歸屬問題(侏羅系或石炭系)等，這些典型巖相的時代歸屬直接影響了潛山地層結構的認識。

2.1.1 火成巖歸屬

受傳統認識定勢思維，中生界白堊系中上部發育穩定的火山巖沉積，以厚層玄武巖、安山巖等典型噴出巖為特征[18-19]，此認識在很大程度上限制了王家崗南部潛山頂面附近火成巖的歸屬問題。如廣饒潛山北部斜坡的王73井、草古3井等處沉積了厚80～110 m的噴出巖，該套火成巖一直被當作中生界白堊系，隨之而來的矛盾是緊鄰下部發育典型上古生界石英砂巖、煤層等碎屑巖相，且巖石顏色以淺灰色、灰色為主，未曾出現中生界紅色碎屑巖沉積，另外古生界一般不發育火成巖沉積，以上地層沉積特征給火成巖的時代歸屬提出了新的質疑。與此同時，王73井區向北到王669-王古2井區潛山內幕發育明顯剝蝕不整合界面，界面之上亦發育火成巖，如王669井(安山巖、凝灰巖，厚82 m)、王古2井(安山巖、凝灰巖，厚40 m)等處，符合中生界白堊系的巖相特征。筆者通過多條近南北向地震與地質剖面的對比發現，該套火成巖在廣饒潛山斜坡往北的廣大區域并不發育，主要位于王73井區以北與王古2井區以南之間區域(圖3)。同時，潛山頂部不整合的地層削截現象十分明顯，且頂部地層巖相為典型的大套石英砂巖；石英砂巖一般認為是上古生界上石盒子組的標志層，該處不整合面應為上古生界頂面(地震標志軸Tg)。通過合成記錄標定潛山頂面位置，往南追蹤不整合面時會存在分歧追蹤現象；原因是王73井區的噴出以及溢流形成的火成巖在地震反射剖面上易形成穿時雜亂反射或短軸狀反射，因此容易錯誤地將火成巖頂面當成中生界頂部的不整合面。從火成巖的下伏巖相來看，該區應該不發育中生界，因此這種追蹤雜亂反射的頂面是不正確的(圖4)。如果順著火成巖的底部反射層進行追蹤，那么火成巖順其自然應歸屬到孔店組底部，這樣就能解釋王73緊鄰火成巖下部的上古生界，該劃分方案與地層巖相組合具有統一性，矛盾問題迎刃而解。

VSP. 自然電位；R25. 2.5 m底部梯度電阻率。圖2 研究區中-古生界柱狀圖Fig.2 Column of Mesozoic-Paleozoic in the study area

2.1.2 古生物地層劃分證據

以上關于潛山頂面附近的火成巖歸屬結論表明，該套火成巖應劃分到孔店組底部而非中生界頂部地層，該認識可以進一步指導中生界展布研究。如果認為該套火成巖為孔店組而非中生界，這樣基于王家崗南部大面積殘留中生界的傳統認識將予以駁回，中生界殘留區可能位于王家崗中北部的洼槽區內；該認識在古生物方面也得到部分證據。例如：位于王家崗中部的王96井在地震反射剖面上潛山內幕存在不整合面(推測為Mz/Pz不整合)，位于內部不整合上部的井段在2 510～2 610 m深度的孢粉化石上發現三角孢屬、桫欏孢屬、三縫孢屬等，該孢粉組合層位歸屬為侏羅系，因此證實了王96井區中生界只殘留部分侏羅系底部坊子組，再往西南方向則中生界剝盡出露上古生界；王96井西南的王66井潛山頂面直接進入上古生界，并未鉆遇中生界，在2 480～2 580 m深度段發現裸子植物花粉(26.1%～88.0%)占優勢，蕨類孢子(12.0%～73.9%)次之，未見被子植物花粉，其層位歸屬為二疊系。綜述來看，古生物證據與傳統巖相組合及其火成巖歸屬等問題都統一起來，證實了王家崗地區潛山頂部的中生界僅在東北部發育，西南部潛山頂部主要以上古生界為主。

2.2 殘留地層發育特征

基于以上地層重新厘定及地震層位標定、追蹤的認識基礎上，初步明確王家崗-八面河地區中—古生界殘留地層發育特征。從南北向地震剖面及東西向地層剖面(圖4、圖5)來看，王家崗地區中生界具有距大斷層下降盤近厚遠薄的特征，表現為靠近北西向王古1斷層下降盤厚、往西往南均變薄的特征。通過橫切北西向的王古1斷層、王古7斷層地層剖面(圖5)可見，中生界殘留地層均具有下降盤厚、上升盤剝蝕殆盡的楔狀結構；上古生界厚度具有與中生界相反的厚度特征。中生界厚度較大的區域一般上古生界較薄或剝蝕殆盡，相反中生界剝蝕殆盡區域上古生界厚度較大，形成了靠近斷層下降盤的不整合造成上古生界剝成“薄底”或“凸底”的地質結構，因此上古生界具有距北西向大斷層近薄遠厚的沉積厚度；下古生界的地層相對來說較為穩定，僅在北西向斷層附近由于早期擠壓的動力學背景造成逆沖斷層十分發育，逆沖斷層形成的地層重復與加厚現象嚴重，而斷層不發育區地層厚度則相對穩定。

2.3 殘留地層展布

由以上殘留地層分析可見，中生界主要殘留于一系列北西向古生界潛山之間的山間盆地，且靠近大斷層下降盤最厚，離斷層越遠厚度越薄。通過潛山殘留地層分布(圖6)可以看出，上古生界靠近斷層附近剝蝕最為嚴重，這種特征明顯表現在斷層下降盤。由于下降盤上古生界的“薄底或凸底”接觸關系，形成了距離下降盤最近為石炭系、遠離斷層逐漸變為二疊系的地層特征。同時，由于二疊系厚度較大，受剝蝕改造程度的范圍最小，因此北西向斷層之間二疊系展布范圍最廣。另外，早期的逆沖推覆造成斷層上升盤上古生界剝蝕殆盡，如王古1井潛山頂部僅殘留190 m石炭系，八面河的新角7井則直接出露奧陶系；這表明一系列北西向斷層上升盤向東殘留地層時代更老，由此推斷八面河地區潛山逆沖推覆更為嚴重，造成上升盤地層剝蝕也更為嚴重(圖6)。

3 地層結構控制因素

從現今潛山殘留地層展布來看，潛山地層明顯受到北西向老斷層所控制[20-21]。王家崗—八面河地區的潛山帶是經歷了多期次擠壓、拉張應力場相互疊加形成的復雜地質體，其初始發育于印支期，后經燕山期拉張裂陷，切割為斷塊并抬升定型，為典型的盆傾殘丘潛山[16]。

圖5 王家崗—八面河地區近東西向中—古生界殘留地層剖面圖Fig.5 Residual formation profile of Mesozoic-Paleozoic nearly east-westward in Wangjiagang-Bamianhe area

從構造-沉積演化史來看，整個東營凹陷在海西期整體下沉，石炭系--二疊系(C-P)為海陸交互相沉積，平行不整合覆蓋于在奧陶系上；在印支--燕山運動早期，揚子板塊與西伯利亞板塊南北向碰撞，產生南北向擠壓應力場，因而造成研究區普遍抬升，同時產生了“弓形”逆沖斷層(圖7a)，逆沖斷層上盤下—中侏羅統(J1+2)以及石炭系--二疊系(C-P)遭受剝蝕，在構造高部位古生界有不同程度的剝蝕，形成“薄底型”或“凸底型”負反轉的基礎；燕山運動中晚期，由于西太平洋板塊NNW向俯沖及郯廬斷裂帶左旋產生NE—SW向拉張應力場，早期逆斷層負反轉成拉張性質的正斷層(如王古1斷層、王古7斷層)，該演化階段形成“東斷西超的斷陷盆地”，控制上侏羅統--白堊系(J3+K)的半地塹式火山碎屑沉積，同時其斷層上盤順時針旋轉掀斜，產狀發生小幅變陡抬升，如王古1潛山周緣遭受剝蝕，上古生界僅殘留底部石炭系(圖7b)；喜山運動時期，西太平洋板塊NNW向俯沖角度變為80°及郯廬斷裂帶右旋產生NW—SE向拉張應力場，大量北東向斷層形成且活動性達到最大值，北西向斷層部分停止活動，轉換為多條走滑斷層，造成王家崗中南部劇烈抬升，中—古生界遭受強烈剝蝕，形成現今分布特征。

圖6 王家崗—八面河地區古生界殘留地層展布Fig.6 Residual formation distribution of Paleozoic in Wangjiagang-Bamianhe area

a．印支擠壓剝蝕期；b．燕山拉張裂陷期。圖7 王家崗—八面河地區構造演化模式圖Fig.7 Tectonic evolution mode in Wangjiagang-Bamianhe area

綜前所述，研究區經歷多期復雜構造運動造成殘留地層分布不均。整體看來，海西--印支期擠壓應力場形成的早期逆沖斷層造成了C-P遭受剝蝕呈“薄底或凸底”地質結構(圖7b)，形成了下降盤上古生界距大斷層“近薄遠厚”的特點；燕山--喜山期反轉斷層持續拉張作用造成后期拉張斷層形成區域沉積中心，其拉張強度大小決定下降盤的沉積厚度，地層呈現距大斷層“近厚遠薄”的特點。

4 結論

1)利用野外巖石地層、古生物及地震解釋等多手段分析，重新厘定研究區潛山地層地質結構，明確下降盤中生界距北西向斷層具有“近厚遠薄”特征，上古生界具有下降盤的“薄底或凸底”特征，且上升盤遭受剝蝕嚴重，下古生界厚度則較為穩定，僅在北西向斷層附近具有逆沖加厚現象；

2)基于殘留地層厘定與地層結構分析的基礎，通過構造-沉積演化分析，明確研究區早期經歷印支期區域擠壓造成逆沖成山，隨后轉變為燕山期的拉張裂陷時期，從而控制了研究區中—古生界表現為“蹺蹺板”式的反轉殘留地層模式。

致謝：勝利油田分公司勘探開發研究院地層室張存霞高級工程師提供了古生物資料，清河采油廠地質所黃中歌高級工程師、張紫光高級工程師提供了八面河探區潛山鉆井資料，在此一并致謝！