长堤潜山构造模型及演化特征研究

张伟涛,薛 雁,代 莉,张在鹏,周 健

(1.中国石化胜利油田分公司 桩西采油厂,山东 东营 257015; 2.中国石化胜利油田分公司 勘探开发研究院,山东 东营 257015)

长堤潜山为一大型潜山披覆构造,前人对该地区构造特征研究甚少,且主要以新生代之后的张性和扭性变形研究为主,缺少逆断层的识别与分析,从而导致该区构造模型认识不清,制约了该区潜山勘探进程。笔者基于宏观背景分析、断层相关褶皱描述、多元标定结合地球物理属性等手段,重新建立长堤潜山构造解释模型,并在此基础上重建其构造演化过程,以期为该区勘探提供一定理论指导。

1 区域地质概况

长堤潜山为典型的潜山披覆构造,其西与孤北洼陷相邻,东邻桩东洼陷,北以一条近东西向北掉断层与黄河口洼陷相接,南以五号桩断裂与桩西洼陷相接,有利勘探面积70 km2[1-2](图1)。长堤潜山披覆构造形成于燕山运动末期,是在中生界残丘山基底古隆起背景上继承发育起来的近南北向古近系低位序潜山披覆构造。由于长堤断层及交叉次级断层的切割,使构造复杂化,强烈的挤压褶皱和构造反转拉张断陷等构造活动造成该区残留地层厚度分布不均、超剥接触关系复杂[3-6]。

图1 长堤潜山区域构造位置

2 长堤潜山构造解释模型

2.1 构造解释模型的建立

(1)分析研究区大地构造背景,查明潜山形成发育时期及构造演化性质。济阳坳陷中、新生代的盆地发育与演化过程划分经历了早-中三叠世、晚三叠世、早-中侏罗世、晚侏罗世-早白垩世、晚白垩世、古近纪、新近纪等多个构造阶段[7-9]。基于大地构造背景研究认为,研究区经历了印支、燕山期2期挤压活动,燕山晚期、古近纪中晚期2期伸展活动,新近纪主要为走滑运动,为断裂性质判定奠定了力学基础。

(2)分析断层相关褶皱理论,明确逆断层发育位置。通过整体形态分析确定构造类型,从下部地层的变形特征来看,初步可辨识由逆冲断层控制形成两排主要的断层转折褶皱;之后应用轴面分析法划分等倾角区,平分翼间角得到轴面,使轴面两侧的地层等厚,依据轴面的终止方式,判断发育多条断层位置(图2)。

图2 长堤地区过T2200测线东西向地震剖面

(3)地层精细解释,完善构造解释模式。通过地震资料分析,明确不同时期地层反射特征及接触关系,落实正断层位置,并对前期解释的逆断层位置进行修正(图2)。古生界整体形态呈楔形,自西向东减薄。顶底为粗黑强振幅地震反射轴,内部中低频、弱振幅,低连续性反射。中生界地震剖面上表现为几何形态楔形,中低频、中振幅、中低连续性反射,底部为强振幅、高连续性反射,与下伏地层呈平行不整合或假整合接触。新生界地震剖面上外部几何形态表现为席状或楔形,为较高频、强振幅、高连续性反射同相轴,对下伏地层的削蚀、截切现象非常明显,与下伏地层呈角度不整合接触。

从整体的构造特征来看,研究区下部以逆断层发育为主,多角度高陡,构造样式以断层转折褶皱、断鼻/断背斜构造为主;上部正断层活动强烈,将早期逆断层切割改造,伸展作用强烈并可见明显走滑特征。与前人研究成果相比,识别出大量的早期逆断层以及早逆晚正的多期活动断层,对圈闭的重新刻画以及输导体系的分析和评价具有重要指导意义。

2.2 构造静态特征

在构造解释模型指导下,对研究区的构造进行了精细识别和分析,明确了构造静态特征及不同区段构造差异性。从东西向上来看,在长堤潜山南段地层垂向叠置较强,横向上缩短量大,指示东西向强挤压活动;长堤断层西侧地层断陷程度减弱,东段挤压强度较南段变强。在北部晚期伸展强度减小,整体表现为下部大规模多期强烈冲断褶皱/单斜顶部叠加晚期弱垂向断陷;下部逆断层高角度铲式为主,构造样式仍以大型断层转折褶皱、断鼻/断背斜构造为主;上部构造层断层以板式正断层为主,构造样式多为翘倾断块。

从南北向地震剖面来看,在长堤潜山西段以正断层发育为主,多呈铲式和坡坪式,规模较大。整体南低北高,新生代地层沉积厚度大,古生代潜山规模相对较小,早期构造和地层被改造和掩埋。中段下构造层整体抬升较高,但地层相对稳定。由南向北变化不大,说明研究区为主早期逆断层活动较弱,主要受晚期正断层切割,但对整体构造面貌影响不大。晚期构造样式以翘倾断块和多级“Y字型”为主,有弱走滑性质。东段整体格架变化不大,仍以晚期正断为主,断层规模不大,以南倾为主,近平行排列。

3 长堤潜山构造演化过程

3.1 不整合特征分析

长堤地区经历了加里东期、海西期、印支期、燕山期和喜马拉雅期等6期主要构造运动,发育多期不整合[10-12]。根据地震剖面识别出9期区域不整合,分别是:古生界底不整合Tg2、寒武系不整合、加里东期上古生界底不整合Tg1、海西期二叠系底不整合Tg、侏罗系底不整合Tk、燕山期白垩系底不整合Tr、喜马拉雅期内部3套不整合(T6、T2、T1)。其中,古生界底不整合Tg2、上古生界底不整合Tg1、二叠系底不整合、白垩系底不整合及喜马拉雅期内部,3套不整合为区域不整合,其他为局部不整合(图3)。古生界底Tg2超覆于太古界基底之上,近平行不整合接触;上古生界底Tg1小角度超覆于下古生界地层,整套地层底削顶超,终止于Tg;中生界超覆于古生界之上,大角度掀斜削截终止于Tr;新生界整体超覆于中生界之上,Tr上、下明显角度不整合;T6、T2均为沉积类型的超覆不整合界面,两期不整合具有强烈的区域性,前者代表“济阳运动”,后者代表“东营运动”。

图3 长堤地区过T2200测线东西向地震剖面

3.2 断裂活动性分析

长堤地区挤压、伸展作用明显,断裂非常发育,以NE走向为主,从剖面上看,有断阶型、马尾状和“Y”字型。“马尾状”剖面组合是本区常见的组合类型,主要见于二、三级断层附近,“Y”字型组合方式较少见,主要出现于东南部。断层活动具有旋回性,据其切割关系可见明显的5期断裂活动,代表在长堤构造演化过程中存在5个变形期:① 、② 为挤压作用形成的逆断层;③ 、④ 、⑤ 为伸展作用形成的正断层(图4)。在古近纪沙三构造期有强烈的活动,随后断层活动开始减弱;在东营末期,断层活动再次加强,到明化镇期又明显减弱,经历了两期构造旋回。持续活动过程中,长堤大断层沿最大弯曲处逐渐分解,每条主断层转化为2个分支,3条主断层的活动历程表现出明显的差异性。北段主断层在沙三中晚期活动明显,其上升盘强烈抬升,长期遭受剥蚀,而断层下降盘沉积较强烈,接受了较厚的沙三、二段沉积。此时,长堤断层具有北强南弱的活动特点,北段活动在东营晚期停止,南段与中段活动相似,均在明化镇晚期结束。

图4 长堤地区断裂发育期次分析剖面

3.3 构造演化过程恢复

不整合及断裂活动性分析认为,长堤地区主要经历4期关键构造变形阶段:海西期初始挤压变形阶段、印支—燕山期潜山主体形成阶段、喜山早期拉张断陷改造定型阶段、喜山晚期披覆兼走滑调整阶段(图5)。

图5 长堤地区过T2200测线东西向演化剖面

(1)海西期初始挤压变形阶段:古生代整个华北板块处于稳定地台盖层发育期,构造运动相对较弱,以挤压为主,可见小幅度的褶皱变形,局部地层剥蚀。

(2)印支—燕山期长堤潜山主体形成阶段:晚古生代期间西伯利亚板块与华北板块完成了挤压拼接,兴蒙造山带形成,受近NS向区域构造挤压应力的影响,在华北北缘形成了轴向近EW向的挤压构造,如燕山地区等,由北向南这种近EW向的挤压构造逐渐减弱。在华北板块内部,下、中三叠统的现今残留地层呈现出西部连片、东部零星分布的特点。研究区沉积厚层中生界,指示燕山早期有过一次大规模的拉张沉降。进入晚白垩世以后,由于燕山运动尾幕的影响,中国东部地区开始强烈的陆内裂陷和岩石圈减薄作用,进入了NW-SE向的构造挤压和收缩变形阶段,断裂活动强烈。中生代地层顶部有明显的高角度削蚀现象,指示燕山晚期曾强烈抬升剥蚀,在典型剖面上可见中生界内部出现反转构造。该次挤压活动直接导致了长堤潜山主体的形成。中生界东西被分割成两部分,且西段残留部分小于东段,指示西段在早期挤压抬升程度比东段强。

(3)喜山早期拉张断陷改造定型阶段:古近纪早期(Ek)西太平洋区对欧亚板块的NNW向俯冲,郯庐断裂带和兰聊断裂带以左旋走滑为主,形成NE-SW向拉张,研究区主要以NW向正断层发育为主。断陷作用使地壳张裂,形成一系列小的断陷湖盆,湖盆中充填孔店组和沙河街组沙四段,而本区域仍然处于隆起剥蚀阶段,导致长堤潜山缺失孔店组和沙河街组沙四段。中晚期(Es4后)济阳运动被认为是济阳拗陷演化过程中重要的构造体制转换期,太平洋板块俯冲方向由NNW转为NWW,同时印度板块开始向北俯冲,郯庐断裂由左旋变为右旋,导致派生拉张方向改变,NW向断裂被NNE、NEE向切割、改造。区域应力场从近 S-N 向的拉伸构造应力场转为 NW-SE 向拉伸应力场,在应力场的转换过程中,五号桩断层继承性的大规模活动受该断层的作用,形成了次生的长堤断层,走向近南北与五号桩断层基本平行,在两断层间形成了二台阶。长堤潜山主体 NNW 向延伸,至此,本区域的构造格局基本形成。

(4)喜山晚期披覆兼走滑调整阶段:长堤地区在新近纪整体处于稳定的沉降环境,构造活动十分微弱,不同方向断层活动也逐渐减弱,各个方向断层主断裂都开始不连续。进入新近纪,岩石圈开始向塑性蠕变变形机制转变,济阳坳陷进入区域性坳陷沉降阶段,垂向断陷活动基本结束,而代之以新构造运动的横向走滑活动,发育一系列沿着主断层走向排列的雁列式次级断层。

4 结 论

(1)长堤潜山精细构造解释研究表明,研究区由西到东构造活动呈减弱的趋势,断层数量减少,规模变小,由大型的铲式和坡坪式转变为板式,地层趋于平整,平面上逆断层以北西走向为主,正断层主要呈北东走向,张扭断层主要近南北走向,且早期北西向逆断层多被晚期北东向和近南北向断层切割改造。

(2)构造演化期次恢复表明,长堤地区主要经历海西期初始挤压变形阶段、印支—燕山期潜山主体形成阶段、喜山早期拉张断陷改造定型阶段、喜山晚期披覆兼走滑调整阶段4期主要变形。