孤北洼陷構(gòu)造演化與勘探“黃金帶”分布

羅 霞

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孤北洼陷構(gòu)造演化與勘探“黃金帶”分布

羅 霞

（中國(guó)石化勝利油田分公司物探研究院，山東東營(yíng) 257001）

應(yīng)用鉆井、三維地震等資料，通過(guò)斷裂活動(dòng)性分析、洼陷構(gòu)造演化過(guò)程恢復(fù)等方法，對(duì)濟(jì)陽(yáng)坳陷沾化凹陷孤北洼陷構(gòu)造演化特征及其控制下的勘探“黃金帶”分布進(jìn)行研究。結(jié)果表明，受郯廬斷裂走滑運(yùn)動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)影響，孤北洼陷東、西邊界斷層活動(dòng)的差異控制了洼陷演化的階段性和勘探“黃金帶”的分布；東邊界五號(hào)樁斷層活動(dòng)早、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，控制東次洼2期成藏，發(fā)育孔店組、沙四段和沙三段3個(gè)勘探“黃金帶”；西邊界埕東斷層活動(dòng)晚、強(qiáng)度大，控制西次洼1期成藏，發(fā)育沙三段1個(gè)勘探“黃金帶”。

濟(jì)陽(yáng)坳陷；孤北洼陷；郯廬斷裂；構(gòu)造演化

在陸相斷陷盆地油氣勘探方向預(yù)測(cè)方面，學(xué)者們先后提出過(guò)“源控論”[1，2]、“復(fù)式油氣聚集理論”[3]、“洼槽聚油理論”[4]和斷裂帶油氣富集理論[5–7]等創(chuàng)新性認(rèn)識(shí)，指導(dǎo)了油氣勘探取得重要進(jìn)展[8，9]。近期挪威學(xué)者依據(jù)干酪根生烴模式提出了油氣勘探“黃金帶”的概念，其核心是盆地的每套烴源巖進(jìn)入生油高峰階段后，儲(chǔ)蓋組合條件決定了該套源巖油氣運(yùn)聚空間的有利區(qū)，也就是油氣勘探的優(yōu)勢(shì)區(qū)，稱(chēng)之為勘探“黃金帶”。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)這個(gè)概念進(jìn)行了深化和發(fā)展[10]，將控制油氣富集的每一層系視為一個(gè)勘探“黃金帶”，那么疊合含油氣盆地會(huì)發(fā)育多個(gè)勘探“黃金帶”，勘探“黃金帶”的觀點(diǎn)對(duì)于我國(guó)多期疊合、發(fā)育多套烴源巖盆地的勘探方向選擇具有重要的指導(dǎo)意義。本文以濟(jì)陽(yáng)坳陷沾化凹陷孤北洼陷為例，運(yùn)用國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)勘探“黃金帶”概念的詮釋?zhuān)ㄟ^(guò)恢復(fù)洼陷演化過(guò)程及對(duì)勘探“黃金帶”分布的控制，分析下一步有利勘探方向，以期指導(dǎo)孤北洼陷下一步油氣勘探部署工作。

1 地質(zhì)簡(jiǎn)況

孤北洼陷位于濟(jì)陽(yáng)坳陷沾化凹陷東部，緊鄰郯廬斷裂帶，是一個(gè)在中生界基底上發(fā)育的新生界斷陷洼陷帶，面積約500 km2，目前發(fā)現(xiàn)的油氣全部集中在古近系。洼陷通過(guò)斷層和周?chē)鷿撋剑ㄍ蛊穑┫嘟樱瑬|部以五號(hào)樁斷層和長(zhǎng)堤潛山相鄰，西北部以埕東斷層與埕東凸起相連，南部通過(guò)孤北斷層和孤島潛山相接，北部以樁南斷層和樁西潛山相望，西南方向通過(guò)孤西斷層和渤南洼陷相連。洼內(nèi)構(gòu)造較為簡(jiǎn)單，主要發(fā)育兩個(gè)近南北向?qū)拥谋菭顦?gòu)造，即南部的孤北鼻狀構(gòu)造和北部的樁南鼻狀構(gòu)造，將洼陷分割為東、西兩個(gè)次洼，整個(gè)洼陷形態(tài)呈“馬鞍型”（圖1）。

圖1 孤北洼陷構(gòu)造簡(jiǎn)圖

洼陷內(nèi)自下而上依次發(fā)育古近系孔店組、沙河街組、東營(yíng)組，新近系館陶組、明化鎮(zhèn)組，第四系平原組（圖2）。孔店組自下而上發(fā)育孔三段和孔二段，孔三段為一套干旱環(huán)境的洪積扇沉積，孔二段為濱淺湖沉積，是一套較厚的深灰色泥巖。沙河街組自下而上依次發(fā)育沙四段（分為沙四下亞段和沙四上亞段）、沙三段（分為沙三下亞段、沙三中亞段和沙三上亞段）、沙二段和沙一段。沙四下亞段主要為干旱環(huán)境的洪積扇沉積，沙四上亞段為濱淺湖深灰色油頁(yè)巖和泥巖沉積夾薄層灰?guī)r；沙三下亞段–沙三中亞段整體為深湖相沉積，全區(qū)發(fā)育較厚的油頁(yè)巖、泥巖互層夾薄層灰?guī)r；沙三上亞段和沙二段為濱淺湖沉積，沙一段為深湖–半深湖泥巖沉積；東營(yíng)組為半深湖–河流相三角洲體系，上覆新近系館陶組為河流相沉積。

2 構(gòu)造演化過(guò)程

圖2 孤北洼陷地層綜合柱狀圖

2.1 斷裂特征及其活動(dòng)性

孤北洼陷四周依次發(fā)育五號(hào)樁斷層、孤北斷層、孤西斷層、埕東斷層和樁南斷層（圖1），斷層活動(dòng)性具有明顯差異。

五號(hào)樁斷層為東部邊界西掉正斷層，斷層傾角60°左右，呈弧型展布，以北北西走向?yàn)橹鳎由旒s20 km。從活動(dòng)時(shí)期看，從孔店組沉積時(shí)期開(kāi)始活動(dòng)（活動(dòng)速率40 m/Ma），并在沙四段沉積時(shí)期達(dá)到活動(dòng)的高峰期（活動(dòng)速率60 m/Ma），沙二段沉積時(shí)期有一個(gè)低谷期（活動(dòng)速率11 m/Ma），沙一段–東營(yíng)組沉積時(shí)期有所增強(qiáng)（活動(dòng)速率22 m/Ma），館陶組–明化鎮(zhèn)組沉積時(shí)期衰減消亡（圖3a）。

孤西斷層為西南邊界西掉正斷層，斷層傾角50°左右，北西走向，延伸約11 km。從活動(dòng)時(shí)期看，孔店組沉積時(shí)期達(dá)到活動(dòng)的高峰期（活動(dòng)速率達(dá)到40 m/Ma），沙四段沉積時(shí)期衰減，并在沙三段沉積時(shí)期消亡（圖3b）。

埕東斷層為西北部邊界東掉正斷層，斷層傾角70°左右，北東走向，延伸約15 km。沙四段沉積時(shí)期開(kāi)始活動(dòng)，沙三段沉積時(shí)期進(jìn)入第一次活動(dòng)高峰期（活動(dòng)速率32 m/Ma），沙二段沉積時(shí)期活動(dòng)性減弱，沙一段沉積時(shí)期再次進(jìn)入活動(dòng)高峰期（活動(dòng)速率42 m/Ma），且活動(dòng)強(qiáng)度遠(yuǎn)大于其他斷層；新近紀(jì)衰減，明化鎮(zhèn)組沉積時(shí)期消亡。該組斷層活動(dòng)性“雙峰”特征明顯（圖3c）。

樁南斷層為北部邊界南掉正斷層，斷層傾角50°左右，近東西走向，延伸約10 km。從斷層活動(dòng)時(shí)期看，孔店組–沙四段沉積時(shí)期開(kāi)始發(fā)育但活動(dòng)較弱，沙三段沉積時(shí)期為一個(gè)活動(dòng)高峰期（活動(dòng)速率20 m/Ma），沙二段沉積時(shí)期有所減弱，沙一段–東營(yíng)組沉積時(shí)期進(jìn)入第二個(gè)活動(dòng)高峰期，然后逐漸減弱，新近紀(jì)明化鎮(zhèn)組沉積時(shí)期消亡。斷層活動(dòng)性呈“雙峰”的特點(diǎn)（圖3d）。

孤北斷層為南部邊界北掉正斷層，斷層傾角45°~50°，北東東走向，延伸約16 km。沙三段沉積時(shí)期開(kāi)始活動(dòng)并進(jìn)入高峰期，活動(dòng)速率達(dá)39 m/Ma，然后逐步衰減，館陶組沉積時(shí)期消亡（圖3e）。

圖3 孤北洼陷邊界斷裂活動(dòng)速率

2.2 區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)特征

由于受周?chē)鍓K拼合作用的影響，濟(jì)陽(yáng)地區(qū)在不同地質(zhì)歷史時(shí)期處于不同方向的應(yīng)力場(chǎng)中[11–12]。受三疊紀(jì)末期揚(yáng)子板塊與華北地塊拼接作用[13,14]和晚侏羅世–早白堊世伊澤奈崎（Izanagi）板塊轉(zhuǎn)向俯沖（30 cm/a）[15]的影響，古新世（孔店組–沙四下亞段沉積時(shí)期）濟(jì)陽(yáng)坳陷處于左旋走滑應(yīng)力場(chǎng)中[16–18]，孤北地區(qū)受到北東–南西向拉分作用。始新世–漸新世時(shí)期，在太平洋板塊快速俯沖于東亞大陸之下[15]和印度板塊向北碰撞[19]的共同作用下，濟(jì)陽(yáng)地區(qū)處于右旋走滑應(yīng)力場(chǎng)中[18]，孤北地區(qū)受到北東–南西向走滑、伸展作用；中新世以來(lái)，在西太平洋弧后擴(kuò)張響應(yīng)下[20]，濟(jì)陽(yáng)地區(qū)進(jìn)入熱沉降為主的階段。

2.3 構(gòu)造演化過(guò)程分析

對(duì)應(yīng)區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)的轉(zhuǎn)換和孤北洼陷斷層活動(dòng)時(shí)期，可將該區(qū)域劃分為孔店組–沙四段沉積時(shí)期的“東部斷陷階段”、沙三段–東營(yíng)組沉積時(shí)期的“東西雙斷階段”和新近紀(jì)熱沉降階段3個(gè)主要演化階段。

2.3.1 東部斷陷階段

孔店組–沙四段沉積時(shí)期，孤北地區(qū)在郯廬斷裂左旋走滑產(chǎn)生的北東–南西向拉分作用下，東邊界五號(hào)樁斷層持續(xù)伸展，在孤北地區(qū)形成東斷西超、北西走向的箕狀形態(tài)，即孤北洼陷斷陷I幕。在東部五號(hào)樁斷層和西南孤西斷層伸展作用控制下，孤北鼻狀構(gòu)造基本形成。沙四段沉積末期，受燕山運(yùn)動(dòng)的影響，洼陷整體抬升遭受剝蝕，形成沙三段與沙四段地層之間不整合，本輪構(gòu)造活動(dòng)結(jié)束。孔三段為砂泥巖互層的洪泛沉積，孔二段沉積時(shí)期洼陷快速沉降為濱淺湖環(huán)境，以湖相泥巖為主；沙四下亞段沉積時(shí)期為砂泥巖互層的洪泛沉積，沙四上亞段沉積時(shí)期為濱淺湖環(huán)境。該演化階段顯著特征是東部為孤北地區(qū)沉降和沉積中心（圖4a）。

2.3.2 東西雙斷階段

沙三段–東營(yíng)組沉積時(shí)期，孤北洼陷帶處于北東–南西向走滑、伸展應(yīng)力場(chǎng)中，周?chē)吔鐢鄬踊顒?dòng)較強(qiáng)，進(jìn)入洼陷發(fā)育鼎盛期（斷陷II幕），發(fā)育較厚的沙三中下亞段深湖–半深湖相油頁(yè)巖和泥巖。西北部埕東斷層的活動(dòng)強(qiáng)度加強(qiáng)，形成西次洼，在五號(hào)樁和埕東斷層控制下，樁南鼻狀構(gòu)造形成。經(jīng)歷沙三上亞段–沙二段沉積時(shí)期構(gòu)造活動(dòng)相對(duì)穩(wěn)定期后，沙一段–東營(yíng)組沉積時(shí)期，埕東斷層進(jìn)入活動(dòng)的高峰期，西部成為孤北洼陷沉降中心，與東部次洼共同形成東西2個(gè)沉降和沉積中心；東營(yíng)組沉積末期受喜山運(yùn)動(dòng)影響，區(qū)域抬升，本輪構(gòu)造活動(dòng)結(jié)束。該演化階段顯著特征是東西次洼共同發(fā)育，樁南鼻狀構(gòu)造與孤北鼻狀構(gòu)造分割洼陷形成“馬鞍形”形態(tài)（圖4b）。

2.3.3 熱沉降陷階段

洼陷在新近紀(jì)進(jìn)入熱沉降為主階段，邊界斷裂活動(dòng)明顯減弱并逐漸趨于消亡，發(fā)育厚度較為統(tǒng)一的新近系館陶組、明化鎮(zhèn)組河流相沉積和第四系泛濫平原沉積（圖4c）。

3 勘探“黃金帶”分布特征

圖4 孤北洼陷構(gòu)造演化階段和勘探“黃金帶”分布示意

3.1 勘探“黃金帶”要素特征

烴源巖分布特征：孤北洼陷自下而上發(fā)育3套烴源巖，分別為孔二段、沙四上亞段、沙三中下亞段。①孔二段：目前只有ZS1井在東次洼南緣鉆遇深灰色暗色泥巖230 m，從已鉆井泥巖地球化學(xué)分析數(shù)據(jù)看，為0.4%~0.8%，氯仿瀝青“A”為0.09%~0.86%，干酪根類(lèi)型為Ⅰ–II1型，o為1.03%~1.37%，為一套較好–好的烴源巖，可以生成規(guī)模油氣。②沙四上亞段：油頁(yè)巖和泥巖厚度80~300 m，為咸化沉積環(huán)境[21]，為3.3%~5.0%，氯仿瀝青“A”為1.03%~1.08%，干酪根類(lèi)型為Ⅰ型，o為0.58%~0.81%，為一套優(yōu)質(zhì)烴源巖，生排烴較早，可提供豐富的油氣資源。③沙三中下亞段：烴源巖厚度300~500 m，分布最為廣泛。

儲(chǔ)蓋組合分布：孤北洼陷古近系整體為一套湖相沉積，呈砂泥巖互層，伴隨著構(gòu)造震蕩式演化，發(fā)育幾套區(qū)域性儲(chǔ)蓋組合。沙四下段為鹽湖沉積環(huán)境，發(fā)育穩(wěn)定膏鹽和膏泥巖（厚度100~200 m）與下伏孔店組形成第一套儲(chǔ)蓋組合；沙三段底部深湖相泥巖（厚度200~300 m）與沙四上亞段濱淺湖體系形成第二套儲(chǔ)蓋組合；沙一段穩(wěn)定的深湖相泥巖（厚度100~300 m）與下伏沙三上亞段–沙二段碎屑巖形成第三套儲(chǔ)蓋組合（圖2）。

壓力分布特征：實(shí)鉆資料證實(shí)，在生烴增壓作用下[21]，孤北洼陷古近系縱向發(fā)育孔二段、沙四段、沙三段3個(gè)異常壓力區(qū)，其中孔二段壓力系數(shù)1.4，沙四段和沙三段壓力系數(shù)均可達(dá)1.5以上。孤北洼陷內(nèi)斷層不發(fā)育，縱向上3個(gè)壓力區(qū)相對(duì)獨(dú)立，平面上以東、西次洼為分布中心，縱向相互疊置，高壓區(qū)自下而上范圍漸次增大。

3.2 勘探“黃金帶”時(shí)空展布

孤北地區(qū)地質(zhì)特點(diǎn)和東營(yíng)組沉積末期、新近紀(jì)兩期成藏過(guò)程[22]決定了洼陷內(nèi)勘探“黃金帶”的時(shí)空分布。孔二段和沙四段烴源巖在東營(yíng)組沉積末期進(jìn)行規(guī)模排烴[23]并形成勘探黃金帶（圖4b）。沙三中下亞段烴源巖在新近紀(jì)進(jìn)入主成藏期[24-26]，東次洼縱向3套儲(chǔ)蓋組合類(lèi)似封存箱成藏模式控制發(fā)育3個(gè)勘探“黃金帶”，即孔二段為第一勘探“黃金帶”、沙四段為第二勘探“黃金帶”、沙三段為第三勘探“黃金帶”。受烴源巖（湖盆演化）影響，三個(gè)“黃金帶”縱向上相互疊置，平面上有一定的差異，第一勘探“黃金帶”主要分布在東次洼北部，第二勘探“黃金帶”疊置其上方但范圍有所擴(kuò)大，第三勘探“黃金帶”滿洼分布。西次洼主要發(fā)育沙三段第三勘探“黃金帶”，且滿洼分布（圖4c）。

前期勘探主要集中在東次洼第三勘探“黃金帶”，并已經(jīng)探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量7 000×104t，勘探程度較高。東次洼的第一和第二勘探“黃金帶”還未取得大的突破；西次洼的第三勘探“黃金帶”前期油氣發(fā)現(xiàn)較少，是下一步有利的勘探方向。

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

受郯廬斷裂走滑變應(yīng)力場(chǎng)影響，孤北洼陷東邊界斷層活動(dòng)早、持續(xù)長(zhǎng)和西邊界斷層活動(dòng)晚、強(qiáng)度大的差異性控制了孤北東、西次洼演化階段和不同勘探“黃金帶”的分布。孤北東次洼發(fā)育孔店組、沙河街組沙四段和沙三段3個(gè)勘探“黃金帶”，西次洼發(fā)育沙三段1個(gè)勘探“黃金帶”。東次洼孔店組、沙河街組沙四段和西次洼沙河街組沙三段3個(gè)勘探“黃金帶”是下一步有利勘探方向。

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Structural evolution and‘golden zones’of hydrocarbon exploration distribution in Gubei sub-sag

LUO Xia

(Geophysical Exploration Research Institute of Shengli Oilfield Company, SINOPEC, Dongying, Shandong 257001, China)

By using the drilling data and 3D seismic data, through the analysis of fracture activity and the restoration of tectonic evolution process, the structural evolution characteristics and‘golden zones’ distribution of hydrocarbon accumulation of Gubei sub-sag of Zhanhua sag in Jiyang depression are studied. The results show that the ‘golden zones’of hydrocarbon exploration distribution are controlled by boundary fault activity difference influenced by Tanlu fault deformation stress field. The Wuhaozhuang fault activity in the east is early and enduring long, controlling two stages of accumulation in the east sub-sag of Gubei sag, and three‘golden zones’of hydrocarbon exploration are developed which are Kongdian formation, the fourth member and the third member of Shahejie formation. Chengdong fault activity in the west is late and strong, controlling one stage of accumulation in the west sub-sag of Gubei sub-sag, and one‘golden zone’of hydrocarbon exploration of the third member of Shahejie formation is developed.

Jiyang depression; Gubei sub-sag; Tanlu faults; structural evolution

1673–8217（2019）02–0001–05

TE111.1

A

2018–10–09

羅霞，博士，高級(jí)工程師，1973年生，2011年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（北京）沉積、測(cè)井專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)從事構(gòu)造解析與勘探部署研究。

“十三五”國(guó)家重大科技專(zhuān)項(xiàng)“渤海灣盆地精細(xì)勘探關(guān)鍵技術(shù)”（2016ZX05006–003）部分研究成果。

編輯：蒲洪果