东营凹陷孔店期－沙四早期构造格局恢复

吴智平，张林，李伟，高永进，贾海波

（1中国石油大学地球科学与技术学院，山东青岛 266555;2.中石化胜利油田地质科学研究院，山东东营 257015）

东营凹陷孔店期－沙四早期构造格局恢复

吴智平1，张林1，李伟1，高永进2，贾海波1

（1中国石油大学地球科学与技术学院，山东青岛 266555;2.中石化胜利油田地质科学研究院，山东东营 257015）

综合利用地震、录井、测井等资料，通过断裂体系的静态描述和动态解析，结合现今残留地层特征、地层剥蚀特征及原始厚度恢复，对东营凹陷孔店期－沙四早期原始构造格局进行研究。结果表明:孔店期－沙四早期是东营凹陷构造应力场的转变时期，新产生的北东东向断裂和继承性活动的北西向先存断裂构成了该时期的控盆断裂体系，控制了该层系的原始沉积，形成了北断南超的断陷盆地，呈现“盆岭相间”格局;东营凹陷在孔店期－沙四早期全区均接受了原始沉积，形成陈南断层下降盘地区、博兴洼陷和林樊家地区3个次洼，林樊家凸起和青城凸起尚未形成;沉积期以及沉积后断裂体系的持续活动造成了原始地层被切割、改造，在凸起区、断层上升盘及南部缓坡区形成了缓坡带、堑垒带和断块的剥蚀，剥蚀厚度等值线呈近东西向展布。

构造格局;孔店组－沙四下亚段;剥蚀类型;断裂体系;东营凹陷

东营凹陷孔店组－沙四下亚段（Ek-Es4x）为断陷早期沉积的一套红色冲积扇－河流相碎屑岩地层，埋深一般大于3.0 km，又称“红层”［1］。近年来该层系油气勘探取得了重大突破，樊深1、金32等钻井获得工业油气流①胜利油田分公司地质科学研究院.东营凹陷南部勘探潜力分析及目标评价（内部资料）.2010.，表明该层系具有良好的油气勘探前景。研究表明，孔店组－沙四下亚段沉积后，盆地经历了多期构造运动，地层被各期次的断裂切割、改造，形成了现今构造格局［2］，但对原始构造格局的研究是目前石油地质研究的一个热点和难点，也在很大程度上制约了对储层分布、圈闭类型、油气运聚及成藏的认识［3-5］。因此，笔者对东营凹陷孔店期－沙四早期的原始构造格局进行恢复，以期为“红层”油气勘探的顺利进行提供指导。

1 东营凹陷孔店组－沙四下亚段的断裂发育特征

1.1 现今断裂发育特征

断裂是东营凹陷断陷期发育的最主要的构造形式。地震解释结果显示，断至、断穿孔店组－沙四下亚段的断裂数量众多，分为北西向、北东向和近东西向3组。其中，陈南断层为一级控盆断裂;林南断层、滨南断层、高青－平南断层、石村断层、博兴断层为二级断裂，分割盆地内部的洼陷与凸起;纯北断层等16条三级断裂影响局部构造带的发育;此外，近200条四级及低级序断层切割孔店组－沙四下亚段（图1）。

孔店组－沙四下亚段底面的断裂多为中生代继承性发育的二、三级断裂，数量少，分支少（图1 （a））;沙四下亚段顶面除二、三级断裂规模有所扩大外，大量北东东向（近东西向）的四级及低级序断裂发育，说明这些断层仅断至了孔店组－沙四下亚段，并未断穿整个红层层系（图1（b））。自下而上，断裂由北西向为主转变为北东东向（近东西向）为主，体现了断裂体系的垂向叠加效应。

图1 东营凹陷孔店组－沙四下亚段现今主要断裂体系Fig.1 Present Ek-Es4x faults system of Dongying sag

1.2 断裂动态演化特征

如何从现今复杂的断裂体系中离析出孔店期－沙四早期的活动断裂是恢复原始构造格局的重要内容。在对断裂两盘地层的地震反射特征分析的基础上，对比断层活动性计算方法的优缺点［2，6，7］，采用断层活动速率定量表征断穿孔店组－沙四下亚段主要断裂的动态演化过程（图2）。

1.2.1 一级断裂

陈南断层是东营凹陷的一级断裂，分为东段（北西向）和西段（北东东向）。东段为中生代继承性活动，西段在新生代初期开始活动。孔店期，西段的活动速率小于东段;沙四早期，西段活动速率增强，与东段相当;在断层附近发育了近岸水下扇。沙四晚期－沙二期，保持较大的活动速率;新近纪－第四纪，活动衰弱并逐渐消亡（图2（a））。

1.2.2 二级断裂

包括北西向的石村断层和北东东向（近东西向）的滨南断层、林南断层、高青－平南断层、博兴断层。其中，石村断层在孔店期－沙四早期活动速率较强，并在断层附近上盘发育近岸水下扇的杂乱反射地震相，之后活动速率逐渐减小直至消亡;林南断层下盘孔店组地层顶部削截且地层厚度远远大于上盘，说明该断层产生于孔店组－沙四下亚段沉积后;其余3条断层在孔店期－沙四早期多表现为同沉积性质，下盘地层厚度小于上盘，具有较大的活动速率，并持续活动至东营期;高青－平南断层的花沟段在沙四晚期开始活动（图2（a））。

1.2.3 三、四级及其他低级序断裂

主要为北东向或近东西向展布，除少数断裂外，大多数低级序断裂在沙四晚期后产生，并持续到东营期，活动强度存在较大差别，切割孔店组－沙四下亚段，两盘地层厚度差别不大（图2（b）、（c））。

1.3 东营凹陷孔店期－沙四早期控盆断裂体系

根据地震剖面、断裂活动性分析，按照断裂活动期次可划分为孔店组－沙四下亚段沉积前、沉积期和沉积后三大断裂体系［8］（图2（b））。其中，前两个体系组成了孔店期－沙四早期的控盆断裂体系，后者切割、改造了孔店组－沙四下亚段。

图2 东营凹陷不同级别断裂活动速率统计Fig.2 Activity statistics of different scale fault in Dongying sag

中生代先存断裂控制了新生界沉积的基底形态。孔店组沉积前，渤海湾盆地各次级构造单元在中生代主要表现为北西向断裂控盆［9-10］，阳信－石村断层和陈南断层东段是控制东营凹陷孔店组－沙四下亚段沉积的主要北西向先存断裂，此外还有樊深1断层、王66断层、王古1断层等次级断裂（图3 （a））。

孔店组－沙四下亚段沉积期断裂体系主要由北西向和北东向断裂组成（图3（b））。其中，陈南断层为边界断裂，是中生代北西向断裂的继承性发育［11］;高青－平南断层的平南段与高青段、博兴断层、石村断层控制了次级构造单元的沉积与演化。值得注意的是，林南断层和高青－平南断层的花沟段在该时期尚未活动。

综合以上分析，孔店期－沙四早期的控盆断裂体系表现为中生代北西向先存断裂的继承与改造、新生代北东东向断裂的产生，与现今断裂展布特征（图1）存在明显差异。

图3 东营凹陷孔店组－沙四下亚段控盆断裂分布Fig.3 Ek-Es4x basin-control fault system distribution in Dongying sag

2 东营凹陷孔店组－沙四下亚段的地层发育特征

地震剖面、测井数据、地化资料等显示，东营凹陷孔店组－沙四下亚段现今残留地层顶部存在剥蚀，不同构造带间存在较大差异。通过现今地层展布特征、剥蚀类型分析及剥蚀量计算，有助于恢复孔店组－沙四下亚段原始地层展布特征。

2.1 现今残留地层发育特征

东营凹陷孔店组－沙四下亚段主要为辫状河、冲积扇、冲积平原等陆相沉积，水下沉积主要分布在北部陡坡带附近，范围较局限。孔店组为棕红色砂岩与紫红色泥岩不等厚互层，整体上为低电阻率、高声波时差;沙四下亚段以灰色、紫红色泥岩为主，夹砂岩、粉砂岩、含砾砂岩及薄层碳酸盐岩，在陈南断层的下降盘地区逐渐过渡为膏盐层，声波时差曲线多呈低幅尖峰状或微齿状。

现今残留地层分布明显受到断层的控制，北以陈南断层、滨南断层为界，南部尖灭到缓坡带上，整体呈近东西向展布。具有两大沉积厚度中心，即陈南断层控制的北部地区和石村断层、高青－平南断层控制的博兴地区，为一主一次两洼结构（图4）。

图4 孔店组－沙四下亚段现今地层平面展布特征Fig.4 Present strata distribution of Ek-Es x4in Dongyingsag

2.2 地层剥蚀特征

2.2.1 地层剥蚀区的分布

根据地震反射轴的削截特征分析，孔店组－沙四下亚段遭受了不同程度的剥蚀，剥蚀区主要位于缓坡带、堑垒带和断块扬起端（图5）。

（1）缓坡带的剥蚀。主要分布于牛庄洼陷南部、陈官庄－王家岗、八面河至鲁西隆起等地区，分布范围广。孔店期，陈南断层东段活动强度大，沉积了较厚的地层;沙四早期，西段活动强度增大而东段相对降低，并在沉积后持续高强度活动，导致西段上盘地层快速沉降，远端地层翘倾、剥蚀;陈南断层西段在走向上延伸较远，形成了大范围剥蚀。

图5 东营凹陷孔店组－沙四下亚段顶部剥蚀类型Fig.5 Division of Ek-Es4x denudation types in Dongying sag

（2）堑垒带的剥蚀。主要分布在纯化正向构造带。在与该构造走向近于垂直的南北向剖面上，孔店组－沙四下亚段地层顶部被削截的现象明显，而在东西向剖面上不明显，表明孔店期－沙四早期的原始盆地格局与后期存在较大差异，且近东西向断层活动控制了盆地的改造。不同断阶地层削截厚度的差异造成了现今各断阶间孔店组－沙四下亚段顶部不属于同一层段，岩电特征存在差异;同一断阶沿东西向剥蚀厚度差异不大，岩电性可以对比，表明该地区为孔店组－沙四下亚段地层沉积之后发育的正向构造。

（3）断块的剥蚀。主要分布在林樊家凸起和青城凸起上，是由断层强烈活动导致地层掀斜造成的。地震剖面上表现为孔店组－沙四下亚段顶部削截，与上覆的馆陶组地层呈不整合接触，表明林樊家凸起和青城凸起在孔店期－沙四早期接受沉积，并未形成明显的正向构造，其现今构造形态为原始地层沉积之后北东向、北东东向断裂改造的结果。

综合剥蚀特征的分析，东营凹陷孔店组－沙四下亚段遭受了多期剥蚀作用的叠加，该层系沉积期纯化、青城、林樊家等地区属沉积区，由于北东东向及近东西向断裂的后期改造形成了现今盆地中的正向构造。

2.2.2 剥蚀量计算

根据研究区地震、测井、试验数据情况，结合剥蚀量计算方法［12-15］的适用范围，选用了构造横剖面法、声波时差法以及镜质体反射率法对东营凹陷孔店组－沙四下亚段顶部剥蚀量进行计算并对资料丰富的井进行了验证，利用插值法绘制了剥蚀厚度等值线图（图6）。

图6 东营凹陷孔店组－沙四下亚段顶部剥蚀厚度等值线图Fig.6 Contour distribution of Ek-Es4x denudation thickness in Dongying sag

整体上，剥蚀厚度等值线呈近东西向展布，剥蚀范围集中在凸起区与南部缓坡带。剥蚀厚度最大处位于林樊家凸起，而最大剥蚀区则是南部缓坡带，鲁西隆起边缘地区剥蚀厚度相对较小。从陈南断层断块翘倾的剥蚀效应来看，应该在鲁西隆起边缘地区剥蚀厚度最大，但是由于此地区孔店－沙四下沉积厚度相对较小，加之断块翘倾对其影响相对较弱，因此其剥蚀厚度相对较小。此外，在高青－平南断层上升盘区域孔店组－沙四下亚段地层的剥蚀主要受控于断层的活动，影响范围较小，剥蚀厚度等值线与断层的走向基本致一。

2.3 原始厚度的恢复

综合残留地层展布特征和剥蚀量计算，恢复了东营凹陷孔店组－沙四下亚段的原始展布特征（图7）。东营凹陷在孔店期－沙四早期普遍接受沉积，北以陈南断层和滨南断层为边界，南部尖灭到缓坡上，表现出北厚南薄、东厚西薄的特征。800 m等值线和石村断层将盆地分割成3个次洼:陈南断层控制的北部地区厚度中心位于东段下降盘，呈北东东向展布;博兴地区地层厚度明显受断层控制，具有串珠状分布的次级沉积中心;林樊家地区为沉积区，具有向西北方向变厚的趋势。此外，青城地区接受了地层沉积。

图7 东营凹陷孔店期－沙四早期原始地层厚度等值线图Fig.7 Contour distribution of early Ek-Es4x origin thickness in Dongying sag

3 东营凹陷孔店期－沙四早期构造格局恢复

东营凹陷地处渤海湾盆地东南部，属于中国大陆东部断陷盆地群的重要组成单元，受周边板块活动、深部地球动力学背景的影响［16］，浅部构造变形活跃，由于其紧邻郯庐断裂带，走滑方式的转变对其盆地格局具有重要的控制作用。

渤海湾盆地东营凹陷孔店期－沙四早期为燕山构造运动阶段—喜山构造运动阶段的过渡［10，17］。孔店期，渤海湾盆地继承了中生代构造应力场的特征，表现为太平洋板块以北北西向向欧亚板块俯冲，郯庐断裂带左旋走滑，东营凹陷受到北东－南西向的拉伸作用，北西向断层发育;沙四早期，太平洋板块的俯冲方向由北北西向转为北西西向［18-19］，加之印度板块开始向北俯冲，使得郯庐断裂带由左旋转为右旋，东营凹陷受到北西西向为主的拉张，北东东向断层发育。

通过应力椭球体分析，在左旋走滑应力场控制之下，主要发育北西（西）向张性断层，而在右旋走滑应力场控制之下，则主要发育北东（东）向张性断层。因此，在孔店期东营凹陷仍以北西向断层活动为主，至沙四早期逐渐发生构造转型，转变为北东东向或近东西向断裂。

综上所述，东营凹陷在孔店期－沙四早期处于盆地转型期，地层沉积具有北西向和北东向控盆断裂叠加控制的特点，同时，由于快速的构造沉降形成了巨厚沉积。其中，北西向断层控制作用较强，被石村－平南等断层分隔为两个大沉积区:东部受陈南断层控制，沉积较为完整;西部呈现“盆岭相间”的构造格局。具有西北、东北和南部3个方向的物源体系，其中西北物源是东营凹陷西部最主要的沉积物来源（图8）。

图8 东营凹陷孔店期－沙四早期构造格局示意图Fig.8 Sketch map of early Ek-Es4x structure fram ework in Dongying sag

4 结论

（1）东营凹陷中生代北西向先存断裂和孔店组－沙四下亚段沉积期产生的北东东向断裂控制了地层的原始沉积，沉积后断裂体系切割、改造了原始地层，在断裂活动强烈地区形成了明显的正向构造，如林樊家凸起、青城凸起等。

（2）东营凹陷孔店组－沙四下亚段存在剥蚀，剥蚀线近东西向展布，剥蚀类型包括缓坡剥蚀、堑垒剥蚀和断块剥蚀。

（3）东营凹陷孔店期－沙四早期为一北断南超的断陷盆地，整体接受沉积，具有陈南断层下降盘、博兴地区、林樊家地区3个次洼，呈现出“盆岭相间”的格局，林樊家凸起、青城凸起等构造单元尚未形成，与现今盆地格局存在较大差异。

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Early Paleogene（Ek-Es4x）structure framework restoration of Dongying sag

WU Zhi-ping1，ZHANG Lin1，LIWei1，GAO Yong-jin2，JIA Hai-bo1

（1.School of Geosciences in China University of Petroleum，Qingdao 266555，China; 2.Geological Science Research Instituteof ShengliOilfield，SINOPEC，Dongying 257015，China）

Based on the seismic data，log data，logging data and combined with remnant strata characteristic，denudation thickness and origin strata thickness research，the early Paleogene（Ek-Es4x）structure framework of Dongying sag was researched through geometrical and kinematic analysis of the fault systems.The results show that the period of early Paleogene （Ek-Es4x）is the stress field transformation phase and the NE faults begin to develop while the former Mesozoic faults（NW） last active，which aremade up of the basin-control fault system，dominating the original strata sediment.The early Paleogene （Ek-Es4x）prototype basin in Dongying sag presents as a faulted basin with the north faulted boundary and the south overlapped to the Luxi uplift.The whole basin inherits the original deposition，and is divided into three parts（Chennan zone，Boxing zone and Linfanjia zone）.Moreover，the Linfanjiaupliftand Qingcheng uplift don't form，which differs from the present basin.The activity rate change of the deposit and post-deposit fault systems brings the later reconstruction，leading to faulted gentle-slope denudation，graben-horst denudation and block denudation in the uplift，upthrow and south gentle slope.The denudation thickness contours distribute nearly in EW strike.

structure framework;Ek-Es4x;denudation type;fault system;Dongying sag

TE 121.2

A

10.3969/j.issn.1673-5005.2012.01.003

1673-5005（2012）01-0013-07

2011－05－22

教育部高等学校博士学科点新教师基金项目（20090133120003）;国家重大油气专项课题（2008ZX05006）

吴智平（1967－），男（汉族），江西新干人，教授，博士，博士生导师，主要从事地质学的教学与科研工作。

（编辑 徐会永）