临清拗陷东部构造样式及其形成演化

王明健，张训华，何登发，张运波，孙衍鹏，李文涛

（1.青岛海洋地质研究所，山东青岛 266071； 2.国土资源部海洋油气资源与环境地质重点实验室，山东青岛266071； 3.中国地质大学（北京），北京 100083； 4.胜利油田地质科学研究院，山东东营 257015）

临清拗陷东部构造样式及其形成演化

王明健1，2，张训华1，何登发3，张运波3，孙衍鹏3，李文涛4

（1.青岛海洋地质研究所，山东青岛 266071； 2.国土资源部海洋油气资源与环境地质重点实验室，山东青岛266071； 3.中国地质大学（北京），北京 100083； 4.胜利油田地质科学研究院，山东东营 257015）

临清拗陷东部自中生代以来构造体制多次转变，盆地演化及构造特征复杂，发育多种类型的构造样式.以盆地分析理论为指导，通过对全区的地震资料的精细解释，总结研究区的构造样式类型，并对其成因进行分析，探讨构造演化上古生界煤成气成藏的控制作用.结果表明：临清拗陷东部构造样式可分为挤压、伸展和反转3种，其中，挤压构造样式以叠瓦逆冲为主，伸展构造样式分为掀斜断块、滑动断阶和重力背形3种，反转构造样式分为正反转和负反转2种.研究区在地质历史上构造活动剧烈，经历印支运动和燕山晚期运动的强烈挤压、燕山早期运动的弱挤压作用以及燕山中期和喜山早期的强烈拉张，不同类型的构造样式由不同的构造运动所形成；上古生界煤成气成藏主要受构造演化所控制，主要发育4种油气藏类型.该研究将对研究区上古生界煤成气勘探提供指导作用.

临清拗陷东部；构造样式；构造运动；成因；演化；成藏

0 引言

临清拗陷东部已有57a的油气勘探历程.截至目前，临清拗陷东部已钻探井70多口，仅在贾2井、德1井古近系及德古2井奥陶系获低产油气流，在梁古1井奥陶系获得CO2工业气流.除此之外，临清拗陷东部的油气勘探一直没有大的突破.临清拗陷东部石炭—二叠系煤系烃源岩发育，厚度大、分布广，具备煤成烃成藏的物质基础，被认为是煤成气勘探的有利地区.研究区在地史上经历多期强烈的构造运动，断层极为发育，具有复杂的构造、沉积、埋藏和热演化史［1－5］.目前对临清拗陷东部的研究大多集中在上古生界生烃和成藏方面，而针对临清拗陷东部的构造特征、断层发育特征、构造演化方面的研究相对较少.朱建相、宋国奇等对临清拗陷东部的构造演化特征进行初步分析，并将研究区内的构造样式划分为断裂鼻状构造、继承性背斜构造、滚动背斜构造、堑—垒断块、断阶、披覆构造和挤入构造7种［6－7］；刘剑平、李伟等研究发现临清拗陷东部的断层具有分段和幕式发育的特征［8－9］.这些研究成果有效地指导了研究区的油气勘探，然而这些研究仅是对构造特征进行总结，对于临清拗陷东部构造样式的形成和演化仍未开展系统的研究，构造样式的形成和演化影响和制约油气的聚集成藏［10－13］.笔者通过对临清拗陷东部全区地震资料的精细解释，总结该区的构造样式类型，并结合区域地质背景和构造演化剖面的分析结果，对各种构造样式的成因进行研究.在此基础上，分析构造演化对上古生界油气成藏的控制作用，对研究区的油气勘探具有指导意义.

1 研究区概况

临清拗陷东部位于渤海湾盆地的西南收敛端，属于华北克拉通的一部分，经历印支运动、燕山运动的演化及喜马拉雅运动的强烈改造［14］.临清拗陷东部包括德州、冠县、莘县3个凹陷和高唐—堂邑凸起4个构造单元，总面积约为5 000km2（见图1）.临清拗陷总体上地层发育较全，除区域性缺失的上奥陶统、志留—泥盆系和下石炭统外，其余地层有分布.自下而上可划分为8个构造层，分别是∈－O、C－T1－2、J1－2、J3－K1、Ek－Es4、Es3－Es2、Es1－Ed和N－Q（见图2）.

图1 临清拗陷东部地理位置和构造纲要

2 构造样式

构造样式是指在同一应力作用下产生的所有构造的总和.它是含油气盆地中油气赋存的基本单元，研究其类型及成因对于深入认识盆地演化、油气藏的形成等具有重要意义.按照形成的动力学机制及其复合关系，研究区内构造样式可以分为挤压、伸展和反转3种（见图3）.

2.1 挤压

受中生代多期构造运动的控制，早期发育的断层已被后期的断层叠加改造，断层展布趋势与构造特征已经面目全非，但在构造变形相对较弱的隆、凸起地区的局部区带还保存有早期挤压构造环境下形成的逆冲断层.从地震剖面（见图3（a））上看，逆断层仅存在于下—中侏罗统以下的地层之中，它们对后期拗隆的发育演化有制约作用.虽然这些逆断层已经被后期构造运动改造过，但是总体上保留当初形成时的构造特征.构造样式以叠瓦逆冲为主，根据其断开的层位并结合区域地质背景分析认为，形成时间为印支期.

2.2 伸展

在盆地的发育演化过程中，同沉积时期的拉张和填充作用具有不均衡性，在区域拉张应力和重力的综合作用下，可以形成多种类型、不同规模的伸展构造样式.伸展构造样式在临清拗陷东部中、新生代最为发育.按照剖面形态及其成因，临清拗陷东部伸展构造样式可以划分为掀斜断块、滑动断阶和重力背形3种.不同构造样式在盆地发育的位置有所不同，一般来说，掀斜断块发育在缓坡位置，滑动断阶一般位于断阶带之中，重力堑背形在主断层的上盘最为常见.

图2 临清拗陷东部地层发育简表

2.2.1 掀斜断块

掀斜断块构造样式是因断块沿断层面发生旋转而造成断块的掀斜形态.按照断层之间以及断层与断块之间的组合关系可以进一步划分为反向掀斜断块、顺向掀斜断块和地堑—地垒式3种.这3种伸展构造样式在研究区均有发育，可以形成断块、断鼻以及断层—岩性复合圈闭，是油气聚集的有利场所.

（1）反向掀斜断块.反向掀斜断块由倾向相同的一组正断层组成，同时断块的地层倾向与断层倾向相反（见图3（b））.这种构造样式在临清拗陷东部最为发育，如冠县凹陷广泛存在这种构造样式（见图4）.

（2）顺向掀斜断块.顺向掀斜断块也是由倾向相同的一组正断层组成，但是与反向掀斜断块不同的是断块的地层倾向与断层倾向相同（见图3（c））.这种构造样式在临清拗陷东部发育较少，仅在北部德州凹陷的西侧缓坡有发育（见图5），断层呈台阶式向凹陷内降低，一般来说这组断层为同生断层组，对沉积具有控制作用.

（3）地堑—地垒式.地堑—地垒式由倾向相背或相向的断层组合而成.从综合全区看，这种构造样式主要分布在研究区的南部——兰聊断层的上盘，在切穿冠县凹陷—高唐—堂邑凸起－莘县凹陷的剖面较为常见（见图3（d））.其中的地垒长期处于构造的高部位，是油气运移的有利指向区.

2.2.2 滑动断阶

滑动断阶构造样式由一条主干铲式正断层及其上盘中的次级断层组成，次级断层倾向与主干断层相同，上盘当中的次级断层终止于主断层之上，次级断层的位移最终传递到主干断层，主干断层在深部发生滑脱.这种构造样式一般发育在伸展作用的中、晚期.根据次级断层倾向与断块中地层倾向的关系，可以细分为反向滑动断阶和顺向滑动断阶2种.

（1）反向滑动断阶.这种构造样式的次级断层倾向与断块中地层倾向相反（图见3（e））.从地震剖面看，这种构造样式主要发育在冠县凹陷的堂邑西断层的上盘（见图6），研究区其他位置发育很少.这种构造样式可以形成断块、断背斜圈闭，同时主干断层通常为边界控凹断层，控制沉积体系的发育，是断层—岩性复合圈闭的有利发育场所.

（2）顺向滑动断阶.这种构造样式的次级断层倾向与断块中地层倾向相同（见图3（f））.从地震剖面看，这种构造样式发育较为局限，主要发育在莘县凹陷（见图7）的兰聊断层的上盘.所形成的圈闭类型与反向滑动断阶构造样式相同.2.2.3 重力背形

（1）滚动背斜.滚动背斜是铲式正断层在形成过程中，断层上盘在重力作用下发生滑塌变形所形成的一种类似背斜的构造.临清拗陷东部尤其是其南部地区，整体上看为一受兰聊断层控制的滚动背斜（见图3（g））.在兰聊断层的形成演化过程中，上盘产生众多的次级构造，控制盆地的发育以及盆地油气的生成、运移和聚集.滚动背斜发育多种类型的圈闭，是油气勘探的有利区带.

（2）重力滑动堑背形.从地震剖面看，这种构造样式呈卷心菜状，两侧正断层呈台阶式向中间逐级降低.由于靠近断层下降盘的地层滑动速度比中间位置的要快，两侧靠近断层的地层沉陷造成对中间底部地层的对偶挤压应力，使中间地层形成向上的拱张力，当这种拱张力大于上覆地层的重力时，中间位置出现上拱现象（见图3（h））.这种构造样式分布较为局限，仅分布在莘县凹陷当中.

图3 临清拗陷东部构造样式

图4 临清拗陷东部反向掀斜断块二维工区沙三段底界构造

图5 临清拗陷东部顺向掀斜断块二维工区上侏罗统底界构造

图6 临清拗陷东部反向滑动断阶二维工区上侏罗统底界构造

2.3 反转

不同的动力学环境可以形成性质不同的构造样式，一旦动力学环境发生变化，前期形成的构造样式将随之发生改变，形成一种新类型的构造样式，即反转构造.反转构造包括正反转构造和负反转构造2种类型.其中正反转构造是前期伸展环境形成的正断层在后期的挤压环境中断层性质发生改变，变为逆断层；而负反转构造刚好相反，是由前期挤压环境形成的逆断层在后期的伸展环境中变为正断层.由图3（i）可以看出，兰聊断层的上盘中的中生界被新生界底界所削截，韩1井1号和2号断层上盘中的中生界厚度明显小于下盘中相应地层的厚度，其原因是中生代晚期（K2）研究区处于区域挤压应力环境之中，这3条断层为逆断层，上盘地层遭受剥蚀.进入新生代以后动力学环境发生根本的改变，由区域挤压变为区域拉张，3条断层又发生负反转，在中生代晚期遭受剥蚀的上盘重新下沉接受沉积.其中兰聊断层形成于J3－K1，经历K2时期的一次正反转和Ek－Es4时期的一次负反转2次反转过程，而K2时期形成的逆断层（如韩1井1号和2号断层）仅经历Ek－Es4时期的一次负反转过程.反转构造样式主要发育在南部的莘县凹陷（见图8）.

图7 临清拗陷东部顺向滑动断阶Jz3d三维工区古近系底界构造

图8 临清拗陷东部典型反转三维Jz3d工区古近系底界构造

3 构造样式成因

临清拗陷东部自古生代以来经历多期构造运动，其中发生于古生代的构造运动主要引起盆地的整体起伏，主要表现为寒武—奥陶纪和石炭—二叠纪的2次“跷跷板运动”，以及奥陶纪晚期的整体抬升剥蚀作用，地层主要以宽缓的褶曲构造变形为主，并没有引起地层产状的强烈改变［15］.此期间断裂活动也十分微弱，古生代的构造样式主要以地层的水平堆积为主，没有显示特殊的构造变形.自中生代以来，临清拗陷东部经历多期构造运动，区域构造应力场多次转变，地层发生强烈的构造变形，形成不同级别、不同性质的断层，并在新生代最终定型［16－23］.

晚三叠世受扬子板块和华北板块先东后西的“剪刀”式碰撞和苏北陆块向NW方向推挤的控制［17］，临清拗陷东部处于NW—SE向挤压应力场中，形成NE向的逆冲断层和宽缓褶皱，构造样式主要为逆冲叠瓦状组合（见图9），临清拗陷东部拗隆构造格局在三叠纪末已初步形成.

进入侏罗纪以后，扬子板块与华北板块的碰撞挤压开始逐渐减弱，而西太平洋区板块开始活动，中国东部进入由古亚洲构造域向滨太平洋构造域演化的过渡阶段［15，18－23］.早—中侏罗世（J1－2）伊泽奈歧板块以较低的速度NNW向俯冲于欧亚板块之下，首先导致岩石圈增厚，随后由于增厚导致拆沉作用，华北东部岩石圈开始减薄，并引起深部地幔熔融物质上涌，这一时期临清拗陷东部整体上处于弱挤压应力环境，构造活动比较微弱，断裂不发育（见图9）.

晚侏罗—早白垩世（J3－K1）受伊泽奈歧板块向欧亚板块的俯冲及其所引起的拆沉作用的控制：一方面郯庐断裂发生大规模左旋走滑；另一方面导致华北东部岩石圈减薄量达到最大，渤海湾盆地区进入大规模断陷盆地发育阶段（见图9），盐山—歧口—新港—兰考—聊城断裂以及太行山山前断裂也开始活动［15，18－23］.就临清拗陷东部地区而言，处于较强的NW—SE向拉张应力场中，主要表现为边界断层开始活动，如兰聊断层、武城—馆陶东断层、夏津断层以及德参2井北断层等.

图9 AA’剖面构造演化（剖面位置见图1）（单位：km）

晚垩白世伊泽奈歧板块俯冲消失以后，太平洋板块开始向欧亚板块NNW向［15，18－23］俯冲，俯冲作用所产生的NW—SE向挤压应力使整个华北克拉通东部发生较强的构造变形，临清拗陷东部的挤压逆冲活动相对强烈，除形成一部分逆断层之外，晚侏罗—早白垩世（J3－K1）形成的部分正断层在这一时期发生反转（见图9）.燕山运动在研究区表现为印支运动的继续和发展，印支运动形成的近NE向展布的大型隆—拗格局在燕山晚期的挤压构造作用下变形强度进一步加大，临清拗陷东部地区拗隆（凹凸）的基本构造格局进一步定型.自新生代开始，太平洋板块向欧亚大陆的俯冲方向发生改变，由以前的NNW向变为NWW向，并且俯冲速度明显加快［15，18－23］，拆沉作用在古近纪初期再次发生：一方面引起地幔熔融物质上涌，渤海湾地区处于NWW—SEE向拉张应力场中，岩石圈减薄量达到最大，整个渤海湾盆地进入大规模的断陷盆地发育阶段；另一方面和印度板块共同作用造成郯庐断裂带等中国东部大型走滑断裂带由中生代的左旋走滑转为右旋张裂，渤海湾地区整体受右旋走滑剪切应力场控制.

临清拗陷东部受强烈的NWW—SEE向区域拉张应力场控制，正断层开始大量发育，形成多种类型的伸展构造样式.同时，由于晚白垩世（K2）和古近纪（E）构造体制发生根本的改变，由强烈挤压变为强烈伸展，导致晚白垩世（K2）形成的逆断层（如韩1井1号和2号断层）及在晚白垩世（K2）发生反转的断层在古近纪（E）发生负反转（如兰聊断层）（见图9）.

进入新近纪之后，华北东部岩石圈发生热衰减冷凝沉降及重力均衡作用，水平拉张应力场消失，断层垂向运动逐渐趋于停止，早先的裂谷型盆地演变为大型拗陷型盆地，大面积分布的新近系及第四系整体不整合覆盖于古近系的裂谷期层序之上.临清拗陷东部地区与整个渤海湾盆地整体下沉接受沉积.

4 构造演化控制

通过埋藏史和流体包裹体分析发现，临清拗陷东部上古生界煤系烃源岩的成熟演化主要受构造演化所控制，经历印支早—中期（T1－2）、燕山早期（J1－2）、燕山中期（J3－K1）、喜马拉雅早中期（E）和喜马拉雅晚期（N－Q）5期生烃作用.从构造演化看，新生代以前的生烃作用发生早，遭受破坏时间长，尤其是晚白垩世强烈的挤压作用及古近纪断层的强烈活动对早期油气藏的破坏力极强，不利于油气保存.喜马拉雅早中期（E）和喜马拉雅晚期（N－Q）2次生烃作用强烈，生烃期与圈闭形成时期匹配良好，油气可以得到有效地保存，其中喜马拉雅早中期（E）研究区处于断陷盆地发育阶段，上古生界烃源岩所生成的油气可以通过贯穿源岩的断层运移到上部圈闭中保存起来，形成上古生界生—中生界储和上古生界生—新生界储油气藏；喜马拉雅晚期（N－Q）临清拗陷东部地区整体处于拗陷盆地发育阶段，上古生界烃源岩广泛发生2次生烃作用，但是这一时期构造活动微弱，断层停止活动，油气垂向运移条件差，同时奥陶系顶部风化壳储层不发育，成岩作用强，物性和连通性较差，油气侧向运移困难.这些因素导致该时期生成的油气只能在2次生烃中心附近的圈闭中保存，形成上古生界自生自储和上古生界生—下古生界储油气藏.

5 结论

（1）临清拗陷东部构造样式分为挤压、伸展和反转3种.其中，挤压构造样式以叠瓦逆冲为主，伸展构造样式分为掀斜断块、滑动断阶和重力背形3种，反转构造样式分为正反转和负反转2种.

（2）构造样式由多期构造运动形成.其中，挤压构造样式由印支运动和燕山晚期构造运动形成，伸展构造样式由燕山中期运动和喜山运动形成，反转构造样式形成于动力学环境发生改变的时期.

（3）上古生界煤成气成藏主要受构造演化控制，主要形成上古生界生—中生界储、上古生界生—新生界储、上古生界自生自储和上古生界生—下古生界储油气藏.

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Tectonic patterns and their formation and evolution in eastern Linqing depression／2012，36（3）：25－33

WANG Ming－jian1，2，ZHANG Xun－hua1，HE Deng－fa3，ZHANG Yun－bo3，SUN Yan－peng3，LI Wentao4
（1.Qingdao Institute of Marine Geology，Qingdao，Shandong266071，China；2.The Key Laboratory of Marine Hydrocarhon Resources and Environmental Geology，Ministry of Land and Resources，Qingdao，Shandong266071，China；3.China University of Geosciences，Beijing100083，China；4.Geological Scientific Research Institute，SLOF，Sinopec，Shandong257015，China）

The tectonic framework of eastern Linqing depression has changed several times since Mesozoic.Basin evolution and tectonic characteristic are very complex in this area.Structural patterns and their formation as well as the effectof tectonic evolution on accumulation of Upper Palaeozoic coal－derived gas in eastern Linqing depression were notwell studied，which restricted the hydrocarbon exploration.Guided by the theory of basin analysis，we analyzed the structural patterns，their genesis and the controlling effectof tectonic evolution on accumulation of Upper Palaeozoic coal－derived gas by the fine interpretation of seismic data.Structural styles can be divided into three types which are of compressional structural style，extensional structural style and inverted structural style.Each structural style includes several sub－structural styles.The compressional structural style is mainly imbricate thrusting.The extensional structural styles can be divided into tilted faultblock，slipping faultstep and gravity antiformal anticline.Inverted structural style consists of positive inversion and negative inversion.The studying area has experienced intense tectonic movements which are strong compression in Indosinian period and Yanshan period，weak compression in Early Yanshan period and strong tension in both Middle Yanshan period and early Himalayan period.Differenttypes of structural style were formed by differenttectonic movements.Accumulation of Upper Palaeozoic coal－derived gas is mainly controlled by tectonic evolution and hydrocarbon accumulation models can be divided into four types.The above findings can pro－vide guidance for the subsequenthydrocarbon exploration of the study area.

eastern Linqing depression；tectonic pattern；tectonic movement；genesis；evolution；accumulation

book=3,ebook=1

TE121.2

A

1000－1891（2012）03－0025－09

2011－12－02；编辑：陆雅玲

国家“973”重点基础研究发展计划项目（2006CB202300）

王明健（1983－），男，博士后，主要从事盆地构造与油气成藏分析方面的研究.