临南洼陷构造样式、发育机制及其对油气成藏的控制.pdf

石油天然气学报 江汉石油学院学报 2 0 1 0 年 8 月第 3 2 卷第 4 期 J o u r n a l o f Oi l a n d G a s T e c h n o l o g y J ． J P I A u g ． 2 0 1 0 V o 1 ． 3 2 N o ． 4 临南洼陷构造样式、发育机制 及其对油气成藏 的控 制 佟殿君 李亚哲 任建业 阳怀忠 中国地质 大学 武汉资源学院 ， 湖北 武汉 4 3 0 0 7 4 中国石油杭州地质研究院 ，浙江 杭州 3 1 o 0 2 3 中国地质大学 武汉教育部构 造与 油气资源重点实验室 ，湖北 武 汉 4 3 0 0 7 4 E p 国地质大学 武汉资源学院 ， 湖北 武汉 4 3 0 0 7 4 [ 摘要]根据覆盖整个临南洼陷的高精度 三维地震 资料 以及翔实 的钻 井资料，以构造解析和盆地 动力学 的 理论和方法为指导，对 临南洼 陷的边界断层夏 口断层和 临 邑断层 的构造 形态及其 伴生 次级断层 的组合 特 征进行 了详尽 的研 究，确定 了 自沙河街组三段沉积 以来 ，断裂活 动为具走 滑性质 的伸展作 用；结合 区域 构造背景分析 ，认为临 南洼 陷为一兰聊右旋走 滑断层控 制的具 走滑性质 的伸展 型盆地 。在 此基础 上，综 合该洼陷 中浅层显著的低压特征 以及油气藏 的分布规律 ，表 明盆地具 走滑性 质的伸展构造 为低压流体 提 供 了运移通道 和成 藏动力 ，并 由此控制 了深部油气在 浅部 的运聚成藏 。 [ 关键词]构造样式；兰考一 聊城 断裂 带；油气成藏；临南洼 陷 [ 中图分类号]T E l 2 2 ． 2 [ 文献标识码]A [ 文章编号]1 0 0 0 9 7 5 2 2 0 1 0 0 4 0 0 3 1 0 6 临南洼陷位于渤海湾盆地济 阳坳陷的西南部 ，属于惠民凹陷的次级构造单元_ 1 ] 。该洼陷位于临邑断 层与夏 口断层之问 ，长 7 0 k m、宽 1 5 k m，面积约 l O 0 0 k m ，其北以l临商断层和中央隆起带与 阳信和滋 镇洼陷相隔 ，南面以临南斜坡带 由夏 口断层 向鲁西隆起过渡 ，呈 NE E向的不对称地堑式洼陷。临南洼 陷是从 沙河街 组三段 一 东营组 沉积 时 期继 承性 下 沉 的洼 陷 ，由于 临 邑断层 和 夏 口断 层 的控 制 ，形成 了 3 个沉降和沉积 中心 ，其中最大的沉降和沉积 中心位于洼陷西部地区。截止 2 0 0 2年底 ，惠民凹陷西部 已 发现临盘油田、商河油田、临南油 田、曲堤油 田、玉皇庙油 田、江家店油田等 6个油气 田，探 明储量 2 ． 8 1 0 t 。 目前研 究认 为临南 洼 陷是最 主要 的生油洼 陷 。 临南洼陷形成和主要的活跃时期在渐新世以后 ，大地构造背景主要位于郯庐断裂带与兰考一 聊城断 裂带之 间 。在前 人 的研究 中 ] ，由于主要 以二 维地震 资料 为基础 ，限于精 细程度 ，解 释模 式 多在伸 展 背景下对其进行构造及沉积方面的研究 。近年来，由于高精度三维地震资料的采集，在对临南洼陷的研 究 中发现 其形成 不仅受 控 于伸展作 用 ，更 重要 的是 受到 了走滑 作用 的影 响。笔者 旨在通 过对 f临南洼 陷的 典型构造样式及盆地形成机制的详细解剖，重新建立临南洼陷新生代 以来的演化过程。在此基础上 ，结 合该区压力测试资料所显示的低压特征 ，探讨盆地构造对低压流体运移及油气成藏的控制作用 。 盆地构造样式及其特征 1 ． 1边界 断裂带 特征 临邑断裂 与夏 E l 断裂 是控制 临南洼 陷 的边界 断层 。从平 面上看 ，临邑断层 走 向较 平直 ，而 夏 口断 层 走向呈反 “ S ”型，在剖面上 2条断裂在深部有聚合 的趋势，具有明显的走滑伸展特征 。 临邑断层为临南洼陷北部边界断层，走向 NE NE E，向北凸出，倾 向以南 或南东为主。东西长约 [ 收稿日期]2 0 0 9 0 60 4 [ 基金项目]国家科技重大专项 2 0 O 8 Z X 0 5 0 2 3 0 0 1 ；国家自然科学基金项目 4 0 6 7 2 0 8 9 ；高等学校博士学科点专项科研基金项目 2 O O 7 O 4 9 1 O O 4 。 [ 作者简介]佟殿君 1 9 7 9 一 ，男 ，2 0 0 3 年大学毕业 ，博士 ，讲 师 ，现主要从事大陆边缘盆地动力学方面的研 究工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油天然气学报 江汉石油学院学报 2 0 1 0年 8月 6 5 k m，南北宽约 9 k m。平面上 ，临邑断层 由张集、唐庄 、临邑、临邑 I号、临邑 Ⅱ号 、临邑 Ⅲ号 、商 河 I号、商河 Ⅱ号、商河 Ⅲ号 、沙河街 I号、沙河街 Ⅱ号等 1 1条亚二级断层组成右行左阶的断裂系， 显示 右旋走 滑特 征 图 1 。 临 邑断裂断 距一般 在 2 0 0 1 0 0 0 m，以 中段 最大 ，向两 端变小 。主要 活动 时期 是沙 三段沉 积期 以来 ， 馆 陶组沉积 期显 著减弱 ，但是 一直 在持续 活动 ，并 延 续至 今 。断裂 在新 近 纪 活 动 主要 为走 滑 伸展 性 质 ， 沿断裂带形成了一系列的正形负花状构造。 夏口断裂为临南洼陷南部的边界断层 ，断裂平面上呈向南凸出的弧形，走 向 NE，倾向 NW。断裂 东西长约 9 0 k m，断距 2 0 0 2 0 0 0 m，且 自下而上逐渐变小 。主断层常与 NE E向次级断裂斜交形成羽状 断裂系统，显示其作为走滑伸展断层的特征 。与其北部的临邑断层相 比，整体产状较陡，并在区域上无 明显变 化 。其 派生 的次级 断层 以同 向 断层 为 主 ，形 成 马 尾 状 结 构 ，局 部 发育 反 向断 层 ，形 成 “ Y” 字 “ 似花”状结构。夏 口断层主要控制了沙三段及其之后地层的沉积 ，对沙一段至东营组地层 的控制 作用 尤为 明显 图 1 a ～ f 表 明夏 口断 层与 临 邑断层 一致 ，开始 活动 于 沙三 段沉 积期 ，强烈 活 动 于 至沙一段沉积期一 东营组沉积期 。 1 ． 2 构 造剖面 特征 通过对惠民凹陷的高精度三维地震资料的精细解剖 ，结合几何学和运动学的分析 ，重新厘定了临南 洼 陷的边 界断层 临邑断层 和夏 口断层 的构造 样式 ，它们 在剖 面上 的组合具 有典 型 的走 滑 性质 的伸展 构造特征 ，在深部聚敛成一条具右旋走滑性质的断层，向上分为 2条断层 ，并且表现为正断层的形态 ， 所控制的盆地总体呈现出下窄上宽的锥形构造。 在临南洼陷的西部 ，地震剖面 A A 显示临邑断层产状上缓下陡，发育了多条次级反 向断层 ；夏 口 断层产 状较 陡直 ，推测 在深部夏 口断 层与 临 邑断 层收敛 到一个 断面 上 ，可能 为一 条 大 的走滑 断 层 图 1 b 。该断层在沙一段沉积之前并未明显活动 ，沙一段一 东营组沉积时期 ，断层活动强烈 ，一直持续活 动到 馆陶组 沉积期 ，此后 趋于平 静 。 到 了洼 陷中部 的 B - B 剖面 图 1 c ，临邑断层 和夏 口断层 在剖 面形 态 上 呈对 称 特 征 ，产 状 上缓 下陡 ，并且都发育了多条同倾向的次级断层 ，断层组合形态呈马尾状 。断层活动时间较早 ，控制的沉积 范围增大。洼陷内部的营子街断层在剖面上陡直 ，且和临邑断层 、夏 口断层同时期活动，推测可能为一 条应力 调节断层 。 再往东的地震剖面 C - C ，临邑断层上陡下缓 ，夏 口断层断面陡直，发育多条平行断层，洼陷形态 呈现双断式断陷特征 图 1 d 。而地震剖面 D - D 上临邑断层和夏 口断层面都较陡直 ，倾角在 6 0 。 左 右 ，在 临邑断 层 ，发 育 多 组 反 向 的调 节 断 层 ，在 临 南 洼 陷 靠 近 临 邑 断 层 部 位 形 成 了一 个 沉 积 次 洼 图 1 e 。 到 了临南洼 陷 的东 部地 区 ，从地 震剖 面 E - E 上 可 以看 到夏 口断 层 活动强 度 较 I 邑断 层 大 ，在 夏 口 断层 一侧沉 积 了较厚 的沙三段 一 沙二段 地层 ，沉 降 中心 向夏 口断层 一 侧迁 移 图 1 f 。在 临 南洼 陷 沉 积以前的沙四段一 孔店组沉积时期 ，惠民凹陷的沉降中心位于惠 民凹陷北部的滋镇洼 陷，而到了沙三段 沉积 期 以后 ，沉 降中心转 到 了临南洼 陷 。 从 总体上看 ，临邑断层 与夏 曰断层 明显控 制 了沙 三段 以来 的地层 的沉积 ，其 中沙一 段一 东 营组 地层 厚度变化尤其明显 ；沙三段 以下地层厚度在断层上下盘均无明显变化 。表明这 2条断层均形成于沙三段 沉积期 ，并强烈活动于沙一段沉积早期至东营组沉积期。在垂直断层的主测线方向上 ，临邑断层与夏 口 断层组成了 “ Y ”字形结构 ，往东西两侧 ，随着 2条断层之间距离减小 ，这种结构越发明显，显示出临 邑断层和夏口断层作为一具走滑性质的伸展断层所发育的 2个分支断层的特征。 1 ． 3 盆 地发 育演化分 析 临南 洼陷是 一个 在早期 裂 陷基 础上 经过走 滑 、伸 展作 用 ，继 而发 生 热沉 降 和加 速 沉 降而 成 的洼 陷 。 早期裂陷阶段可划分为两幕 裂陷 工幕 6 5 5 0 ． 5 Ma 发育孔店组；裂陷 Ⅱ幕 5 0 ． 5 “ - - 4 2 ． 5 Ma 发育 沙四段。从沙三段一直到东营组沉积时期 4 2 ． 5 ～2 4 ． 6 Ma ，该洼陷主要表现为具走滑性质 的伸展特 征 ；之后盆地总体上进入裂后演化阶段 ，馆陶组沉积时期 为热沉 降期 2 4 ． 6 ～5 ． 1 Ma ，明化镇组沉积 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 2卷第 4期 佟殿君等 临南洼陷构造样式、发育机制及其对油气成藏的控制 ∞ ＼ 厘 鲁 0 ．0 O ． 5 1 ．O L 5 2 ．0 厘 2 ．5 蓄 3 ,0 3 ．5 4 ．0 4 ．5 5 ．0 5 ．5 精 ． 一 ／ 博 l 2} k m ∞ ＼ 雹 害 醛 ∽ ＼、 厘 营 ∞ ＼ 宣 誓 图 1 临南洼陷走滑伸展构造典型地震剖面解 释 期 以来 5 ． 1 Ma ～0 为加 速沉 降期 。 ． 临南 洼陷 的边界 断层 夏 口断 层 和临 邑断层 ，在持续 的发育过 程 中 ，分支 断层 不断 发育 ，特别是 临 邑 断层 的伴 生断层 更为 密集 。在走 滑一 伸 展过 程 中 ，洼 陷 北 部 中央 隆 起 带 和南 坡 曲堤地 垒强 烈 掀斜 旋 转 ， 发 育很 多斜列 的断块 。 自沙三段 沉积 以来 ，由于 临 邑断层 和 夏 口断层 由东 向西 的 不均 匀走 滑 伸 展活 动 ， 临南 洼陷从 西 向东 ，形 成 了 2个 明显 的沉降 中心 图 2 。在洼 陷 西 部 ，从 图 1 a a a 测线 上 看 ，主 沉降中心位于临邑断层一侧 ；到了洼陷中部的 b - b 测线 ，夏 口断层 和临邑断层控制 的盆地的沉降总体 差异 不大 ；而 到了洼 陷东部 的 c C 测 线 ，沉 降 中心 迁 移 到 位 于夏 口断层 控 制 的一 端 。在 剖 面上 ，临 邑 断层 和夏 口断层从 盆地 中部 向两端 形成 了逐渐 紧 闭 的 “ Y”字 形 结构 图 1 、2 ，从平 面 图 上看 ，临 邑 断层 和夏 口断层具 有两 端收敛 、中间外 凸 的特 点 ，显示 出走滑 伸展 性质 的特征 。 0 5 O 5 O 5 O 5 0 5 0 5 O 0 l l 2 2 3 3 4 4 5 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 4 石油天然气学报 江汉石油学院学报 2 0 1 0年 8月 厘 留 骐 Ed 童。 。 童2 4 0 祷1 6 0 8 0 0 7 0 6 0 5 O 4 0 3 O 2 0 l 0 0 Ⅱ 囵 年 代 ／ M a 7 O 6 O 5 O 4 0 3 O 2 0 l 0 0 皿 年代／ M a [-- f [ 7 0 6 O 5 0 4 0 3 O 2 O 1 0 0 圃 年代 ／ M a 7 O 6 O 5 0 4 0 3 0 2 0 1 0 0 口 年 代 ／ M a 。 图 2临南 洼 陷走 滑 伸 展 构 造 样 式 及沉 降特 征 测 线 位 置 见 图 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 2卷第 4期 佟殿君等 临南洼陷构造样式、发 育机制及其对 油气成藏 的控制 3 5 2 盆地形成机制及发育演化模式 临南洼陷新生代构造特征及动力学演化主要受右行兰聊断裂带的控制 ，在新生代时期，兰聊断裂带 发生新生代岩石圈破裂 ，兰聊断裂带整体呈 NE E向左 阶错列的正断层组合 ，其内部块体发生 了顺 时针 旋转，反映仍为右旋组合 ，但为张扭性力学机制 ，形成巨大的负花状构造 ] 。在此动力学背景下 ，形成 了兰聊 断裂带 向济 阳坳 陷的分支 断裂 带 临 邑断层 和夏 口断层 ，它们 可 以看作是 兰聊 断裂右 行走滑 的 R剪切 面 同向走滑 断层 ，具有走 滑伸 展 的特点 ，此为 临南 洼陷形 成 的基 础性 断层 。 由于兰聊 断裂在 新 生 代持续性的强烈活动 ． 8 _ ，形成 了l临南洼陷现今走滑一 伸展的盆地构造特征 图 3 。 图 3临南洼陷形成机 制 新生代晚期 ，临南洼陷由断陷转化为坳陷。由于岩石圈的伸展减薄和地壳整体下沉，坳陷内部的大 断裂 活动 开始减 弱L 9 ] 。受渤海 湾盆地 构造 应力 场 的影 响 ，在挤压 挠 曲作 用下 ，加 之郯庐 断裂 的右旋 走滑 活动 ，济阳坳陷东部发育了一系列馆陶组 内部或馆陶组一 明化镇组的小断层，这些断层 多呈东西向，越 靠近 兰聊断 裂带越 发育 图 3 。 从 以上的分析可知 ，在空间上 ，兰聊断裂带在新生代以来的右行走滑作用控制了临南洼陷的构造背 景变化和该区走滑伸展构造的发育 ；在时间上，兰聊断层的活动和临南洼陷边界断层 的形成具有一致 性，成因上也具有耦合性 。因此可以推断 ，兰聊断裂带在新生代的区域动力学背景及其演化是临南洼陷 具走滑性质的伸展盆地形成演化最主要的控制因素。 3 盆地构造对油气成藏的控制作用 临南洼陷属富油气洼陷 ，由于油气的运聚成藏受控于走滑伸展构造以及盆地演化过程中一系列的突 发性地质事件，形成了油气运聚成藏的动力和驱动机制m] ，并使得油气藏 明显沿临邑断裂 、夏 口断裂 及其相关走滑伴生构造分布。走滑伸展构造发育对油气聚集 的意义主要体现在 2个方面 ①为油气运移 开辟 良好 的通道 ；②为 油气运 移提供 动力 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 6 石油天然气学报 江汉石油学院学报 2 0 1 0年 8 月 3 ． 1 盆地 构造 为油气 聚集提 供 良好通道 临南洼 陷具走 滑性质 的伸 展断层 活 动性 强 ，纵贯上 下地层 ，因而是控 制盆 内油气 规模 运移 的重要 通 道。如临邑断层中段的临盘油 田地区，断层发育时期主要在生油期后 ，成为临南洼陷油气运移的良好通 道 ；断层上 盘发育 了沙 三 、沙 四段生 油岩 ，经走 滑断层 沟通 ，与上部 的构 造圈 闭及 岩性 圈闭相 连 ，有 利 于油气藏的生成。 3 ． 2盆地构 造为 油气聚 集提供 动力 惠 民凹陷临南 洼陷压 力场纵 向上表 现 出 明显 的异 常低 压 特征 。浅 层 为静 水 压 力 ，从 1 3 0 0 m 左 右 即 开始 出现异 常低压 ，随埋 深增加 ，低 压异常 幅度稳 步增 大 。在 1 3 0 0 3 5 0 0 m 之 内 ，压 力系 数值 为 0 ． 6 ～ 0 ． 9之间u l _ 。低压的发育与主要的断裂构造带密切相关，低压带多位于临邑断裂和夏 口断层附近，断裂 发育 的地 方也是 低压 形成 的区域口 。 在 临南洼 陷 中 ，主力烃 源岩 为沙 三下 一 沙三 中亚 段烃 源 岩 ，成熟 度 高 。 由于 自沙 三段 沉 积 以来 ，夏 口断层 和临 邑断层 的快速走 滑伸展 活动 ，沉积 了巨厚 的地层 ，导致 洼 陷 内的地层不 均 匀沉 降 ，沿断层 面 的地方沉 降 幅度 大 ，且 在各 地层沉 积 时期 的速 率不 同 ，造成 了各 层 位 内 的地 层 压力 的不 同[ 】 。裂 后期 地层 的快 速沉 降 ，下伏 未平 衡 的压 力系统 成为 封闭空 间 ，从 而在洼 陷 内形成 负压 空间 。断层 沟通 的烃 源 岩和 圈闭之 间的压力差 是油 气运移 的主要 动力 ，从而形 成 圈闭 内的负压 油气 藏 。当走 滑伸展 断 裂沟通烃 源岩之后 ，会形成应力释放区，通过油气泵吸作用口 卜 ] ，把深部位的低压油气藏泵吸到高部位 的岩性 或构 造 圈闭 中，从而在 浅部 聚集成藏 。 4 结 论 1 通过对三维地震资料解释，勾绘出了临南洼陷控洼边界断层临邑断层和夏 口断层的剖面形态和 平面展布特征，确定了其走滑伸展的构造样式 。 2 详 细刻画 了临南 洼陷具走 滑性 质的伸 展构造 的几 何 学特征 ，确 定 了临南 洼 陷 走 滑拉 分 盆 地 的几 何样式，结合区域构造动力学背景 ，揭示临南洼陷构造动力学成因机制，指 出兰聊断裂带在新生代 以来 的右行走滑活动是临南洼陷发育的主控 因素 。 3 临南洼陷地区有异常低压存在 ，并且沿洼陷的两条边界断裂带分布 ，盆地 内具走滑性质的伸展 构造 为低压 流体 的运移及 油气成 藏提供 了运移 的通道 和动力 ，从 而使深 部油 气在 浅部 运 聚成藏 。 [ 参考文献] [ 1 ]宗 国洪 ，肖焕钦 ，李常宝 ．济 阳坳陷构造演化及其大地构造意义 [ J ]．高校地质学报 ，1 9 9 9 ，5 3 2 7 5 ～2 8 2 ． [ 2 ] 陈书平 ，戴俊生，李理 ．惠民一 东营盆地构造特征及其控油作用[ J ]．石油天然气地质 ，1 9 9 9 ，2 0 4 3 4 4 ～3 4 8 ． [ 3 ]韩天佑 ，石硕 ．惠民坳 陷临南地区新 生代构造演化特征研究 [ J ]．东华理工学院学报 ，2 0 0 4 ，2 7 4 3 0 9 ～3 1 4 ． [ 4 ]戴俊生 ，陆克政 ，漆家福 ，等 ．渤海湾盆地早第三纪构造样式的演化 口]．石油学报，1 9 9 8 ，1 9 4 l 6 ～2 O ． [ 5 ]王秉海 ，钱凯 ．胜利油 区地质研究与勘探实践 [ M]．东营 石油大学 出版社 ，1 9 9 2 ． 1 5 2 ～1 8 7 ． [ 6 ]李三忠 ，周立宏 ，刘建忠 ．华北板块东部新生代断裂构造特征与盆地成因 [ J ]．海洋地质与第 四纪地质 ，2 0 0 8 ，2 4 3 5 7 6 6 ． [ 7 ]于平 ，杨冬，杨宝俊 ．华北地台聊城一 兰考断裂地球物理场基本特征及其 构造意义 [ J ]．吉林大学 学报 地 球科学 版 ，2 0 0 3 ，3 3 1 1 06 ～ 1 1 0 ． [ 8 ]李鹏举 ，卢华复 ，施央申 ．渤海湾盆地东濮凹陷的形成及断裂构造研究 [ J ]．南京大学学报，1 9 9 5 ，3 1 1 1 2 8 ～1 3 9 ． [ 9 ]胡贤根 ，谭明友 ，张明振 ．济阳坳 陷东部走滑构造及其形成机制 [ J ]．油气地质与采收率 ，2 0 0 7 ，1 4 5 4 2 4 5 ． [ 1 O ]王克 ，查明 ．惠民凹陷中央隆起带油气事件成藏规律 [ J ]．石油天然气学报 江汉石油学院学报 ，2 0 0 8 3 0 3 5 ～9 ． [ 1 1 ]赵阳，刘震 ，戴立昌 ．惠民凹陷临南洼陷异常低压与油气聚集 的关系 [ J ]．西北大学学报 ，2 0 0 4 ，3 4 6 7 1 3 ～7 1 6 ． [ 1 2 ]刘晓峰，解习农 ．东营凹陷低压系统的特征及成 因机制 [ J ]．石油与天然气地质，2 0 0 2 ，2 3 1 6 6 ～6 9 ． [ 1 3 ]Ne mc o k M，He n k A， R o d n e y A G ．S t r i k e s l i p f a u l t b r id g e f l u i d p u mp i n g me c h a n i s mi n s i g h t s f r o m f i e l d b a s e d p a l a e o s t r e s s a n a l y s i s a n d n u me r i c a l mo d e l i n g口]．J o u r n a l o f S t r u c t u r a l Ge o l o g y ，2 0 0 2 ，2 4 1 2 1 8 8 5 1 9 0 1 ． [ 1 4 ]许晓明，刘震 ，谢启超 ，等 ．渤海湾盆地济阳坳陷异常高压特征 分析 口]．石油实验地质 ，2 0 0 6 ，2 8 4 3 4 5 1 ～3 5 o ． [ 1 5 ]尹伟 ，吴胜和 ，王子煜 ，等 ．油气差异泵吸作用机理探讨以泌阳凹陷为例 [ J ]．地学前缘 ，2 0 0 3 ，1 0 4 6 1 9 6 2 8 ． [ 编辑] 宋换新 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m