东濮凹陷构造特征及古生界有利勘探区带评价

余海波

（1.中国石化中原油田分公司物探研究院，河南濮阳 457001；2.中国石化中原油田分公司博士后科研工作站，河南濮阳 457001）

0 引言

盆地演化往往受多期次、不同方向、不同性质构造应力叠加作用的影响，大多盆地具有挤压、拉张、走滑变形的叠合或复合特征。渤海湾盆地位于华北克拉通东部地块，构造演化强烈［1］，呈斜体“N”字形，面积约20×104km2［2-3］，盆地内发育4 条区域性走滑断裂带，断裂的不同部位在盆地内的发育程度不同［4-5］，从而使盆地内各坳陷的发育情况存在明显差异［5］。根据各坳陷所处的应力环境，可将渤海湾盆地划分为北部和南部剪切构造区、中部转换拉张构造区［6］。渤海湾盆地的形成具有印支—燕山期逆断成山、古近纪正断改造、晚期走滑定型的演化特征，不同时期的构造演化特征对油气成藏具有重要控制作用［7］。

东濮凹陷位于渤海湾盆地南端，北窄南宽。以往研究人员对东濮凹陷古近系盆地结构、拉张型断裂系统及构造样式做过较多研究，并认为兰聊断层的分期性、分段性活动强度差异控制着东濮凹陷的形成和演化［8-10］。从渤海湾盆地区域构造背景出发，根据东濮凹陷不同时期的构造演化特征，精细解析不同应力作用下盆地的结构和断裂体系，并划分构造单元和油气系统，以期为古生界油气勘探选区、选带指明方向。

1 盆地结构

东濮凹陷在早古生代为伸展背景下的海相克拉通盆地，晚古生代为伸展背景下的近海克拉通盆地，三叠纪为挤压背景下的克拉通内大型挠曲盆地。印支—燕山期发生过多次挤压运动，东濮凹陷受近南北向挤压作用持续隆起，三叠系被隆起分隔呈东西向展布，并形成东西向的宽缓褶皱。东濮凹陷古近系沉积前基底为东西高、南北低的构造格局，具有南北分区、宽缓褶皱变形的特征。在古近纪，太平洋板块向欧亚板块俯冲的构造应力方向发生改变，导致东濮凹陷受东西向拉张作用，从而使印支期形成的近东西向单一凹陷逐步转为北东向多洼裂陷［11-13］。依据大断裂、等深线、地层尖灭线，并结合构造图、构造纲要图的最新成果，对东濮凹陷构造单元重新厘定［14-15］，将该凹陷划分为兰聊断阶带、东部次凹带、中央低凸起、西部次凹带、西部斜坡带等二级构造单元。由于东濮凹陷在不同时期的构造带转换快，重新厘定后可划分为包含43条断裂、35 个正向构造和12 个洼陷的三级构造单元（图1）。

图1 东濮凹陷构造单元划分Fig.1 Division of tectonic units in Dongpu Sag

东濮凹陷的形成经历了多应力、多期次、多类型、多角度的构造演化，受印支期近南北向强烈挤压应力作用，形成了一系列近东西向展布的逆冲断裂和大型背斜，凹陷南北分区格局定型（图2）。过范古2—观城逆冲断层以北为北区，过习城集—孟居逆冲断层和过范古2—观城逆冲断层之间区域为中区，过习城集—孟居逆冲断层以南为南区。东濮凹陷北区受边界逆冲断层控制形成大型背斜构造；中区整体为向斜构造，局部存在小型背斜，前梨园地区为向斜构造的中心位置；南区逆冲断裂大量发育，整体抬升幅度较大，发育多个背斜构造。

图2 东濮凹陷及邻区地震剖面解释（剖面位置见图1 中DD'）Fig.2 Seismic geological interpretation section of Dongpu Sag and adjacent areas

（1）北区地质结构特征

北区古近纪盆地整体东断西翘，兰聊断层为多米诺式，地层整体向东倾斜，缺失沙四段和东营组，古近系依次向西超覆减薄，并尖灭于馆陶组之下。兰聊断层下降盘发育濮城断层、观城断层、宋庙断层，控制多个半地堑或地堑。兰聊断层、濮城断层、观城断层、宋庙断层向下切割至基底，向上尖灭在馆陶组和明化镇组。兰聊断层倾角较陡，紧靠兰聊断层的残留地层仅为石炭系—二叠系、三叠系、沙三下亚段，向上与馆陶组呈不整合接触。濮城断层活动强烈，为主要西倾控洼断裂，下降盘古近系发育较全，沙三下亚段与三叠系呈不整合接触，沙一段与馆陶组亦呈不整合接触，局部缺失东营组，并被多条同向或反向次级小断层切割（图3a）。

（2）中区地质结构特征

中区古近纪盆地整体东厚西薄，西斜坡馆陶组自西向东依次与石炭系—二叠系、中生界三叠系、沙四段呈不整合接触，大量晚期发育的东倾断层切割早期发育的西倾断层，形成多个半地堑、地堑及垒堑叠置的构造样式。受兰聊断层铲式形态和演化的控制，以及石家集断层的强烈活动影响，在中央低凸起处的古近系向上隆升，从而使得中区具有明显的两洼一隆、高隆深洼的构造特征。在沙二段沉积期及之后，受弱拉张—强右旋走滑控制，在中央低凸起处的反转断层具有一定的走滑分量，形成明显的花状构造特征，深层早期逆冲断裂体系和浅层沙四段—沙三段时期的拉张断裂体系被走滑作用改造，形成复杂的构造样式（图3b）。

图3 东濮凹陷地震剖面地质解释结构（测线位置见图1 中AA'，BB'，CC'）Fig.3 Geological interpretation structure of regional seismic section in Dongpu Sag

（3）南区地质结构特征

南区古近系整体东倾，东断西超，在西斜坡馆陶组分别与沙四段、沙三下亚段呈不整合接触，兰聊断层上盘的长垣断层、方里集断层、黄河断层、马厂断层形成多个半地堑或地堑，黄河断层活动强烈。马东断层向上尖灭在沙二下亚段，向下与深层逆冲断层相交。黄河断层产状为铲式，倾角缓，上盘大量发育方里集等次级同向和反向调节断层，地层整体东倾，向西斜坡发生断缺。长垣断层的上升盘仅残留寒武系—奥陶系、石炭系—二叠系、中生界三叠系、沙四段、沙三下亚段、馆陶组，三叠系因受早期逆冲断层抬升剥蚀作用影响仅局部零星残留（图3c）。

2 构造演化及控藏特征

东濮凹陷的形成和演化受构造运动控制，断层活动对凹陷的沉积充填、抬升剥蚀、油气的聚集和保存均具有一定影响［16-17］，但不同级别的断层对优质烃源岩分布、沉积相类型、构造格局及油气分布的影响存在一定差异［18-20］。通过对东濮凹陷地震剖面构造样式的精细解析，认为东濮凹陷在印支期受到近南北向挤压应力作用形成南北分区的构造格局，发育近东西向展布的逆冲断裂系统；在燕山期受到近东西向弱挤压作用形成东西分带的雏形，发育近北东向逆冲断裂系统；沙四—沙三段沉积期，在近东西向强烈拉张作用下形成东西分带、断裂控洼的构造特征，发育近北北东向强拉张断裂系统；在沙二段沉积期及之后，拉张作用减弱，右旋走滑作用加强，形成复杂断块群，发育右旋走滑—弱拉张断裂系统。整体上，东濮凹陷具有挤压分区、拉张分带、走滑成块的构造特征，并在断裂系统影响下整体表现为多凸多洼的“棋盘式”含油气系统。油源对比表明，各断裂系统内油气均具有“近源聚集”的特征，平面上可划分为十大含油气系统［14］（图4）。

图4 东濮凹陷构造演化模式Fig.4 Tectonic evolution model of Dongpu Sag

沙二段沉积末期，运移至构造高部位的主要是黑油油藏，为低熟原油；东营组沉积末期，运移至构造斜坡部位的主要是黑油-挥发性油藏，为成熟油气藏；明化镇组沉积末期，运移至靠近洼陷低部位的为晚期高熟油气；第四纪末期，洼陷带主要发育晚期油裂解及干酪根成因气。东濮凹陷油气具有“高部位为油、低部位为气，早期为油、晚期为气，东营组沉积末期—至今连续成藏”的分布特征。东濮凹陷总体上发育4 类油气藏，分别是石炭系—二叠系克拉通型煤系源岩高熟气、沙四段断坳型高熟源岩致密/页岩油气、沙三段断陷型成熟源岩成熟油气、沙一段断坳转换型低熟源岩低熟油气，总体具有“近源聚集、连续成藏、断层-超压控富”的油气富集规律（图5）。

图5 东濮凹陷油气成藏剖面（测线位置见图1 中EE'）Fig.5 Hydrocarbon accumulation profile of Dongpu Sag

3 古生界有利勘探区带预测

东濮凹陷古生界构造在西部斜坡带和兰聊断裂带为先逆、后正的“两层楼结构”，在中央隆起带为先逆、后正、再走滑的多期变形构造（图3）。东濮凹陷北区、中区和南区在构造变形和演化上存在差异，南北区构造活动的不均衡性，使东濮凹陷形成复杂的构造格局。基底断层早期为逆断层，晚期不活动或反转，古生界被新生代发育的正断层和走滑断层改造，不同断裂系统下的构造圈闭样式具有明显差异。印支—燕山期挤压作用在地震上具有明显的逆冲特征，同时受新生代拉张-走滑改造作用，东濮凹陷古生界形成断鼻、断块、断背斜等圈闭（图6）。

图6 东濮凹陷石炭系—二叠系圈闭展布Fig.6 Distribution of Carboniferous-Permian traps in Dongpu Sag

东濮凹陷南区中央隆起带为断块构造，残余古生界地层相对较薄，形成断块潜山，古生界受到晚期断裂的强烈改造作用，破碎严重，对油气藏的保存较为不利。东濮凹陷中区中央隆起带为半背斜构造，古生界地层残余厚度较大，上覆地层发育较厚，晚期的断裂切割改造及东营运动作用较弱，为古生界油气藏的运移及保存提供了有利构造背景，是上古生界煤层气原生油气藏有利勘探区。

东濮凹陷古生界具有早期埋藏浅、印支—燕山期被长期抬升、古近纪快速埋藏的构造演化特征。当镜质体反射率（Ro）为0.70%～0.82% 时，上古生界达到生烃门限，当烃源岩埋深达到4500 m 时，Ro大于1.5%，为高热演化区。上古生界煤系源岩高热演化区的生气强度大于20×108m3/km2，Ro为1.5%～2.5%，为煤层气的重要增储方向。将东营组沉积期的断层、东营组沉积期煤系源岩的生气强度、沙二段的盖层分布进行叠合，预测源外古生界煤层气有利区带（图7），前梨园南部地区东营组沉积期的生气强度大于90×108m3/km2，断裂不活动，沙二段盖层厚度为350～450 m，可作为源外古生界煤层气有利区带。

图7 东濮凹陷东营组沉积期煤系源岩生气强度和活动断层叠合沙二段盖层厚度分布Fig.7 Gas generation intensity and active fault of coal-measure source rocks of Dongying Formation and cap layer thickness of the second member of Shahejie Formation in Dongpu Sag

依据新近纪—第四纪煤系源岩的生气强度、上古生界砂体分布和石炭系—二叠系顶面构造叠合图，在埋深为4 500～5 500 m 和5 500～7 500 m处预测为源内煤层气有利区带（图8）。文留—卫城—濮城地区新近纪—第四纪生气强度大于60×108m3/km2，石炭系—二叠系砂体厚度为400～600 m，埋深为4 500～5 500 m，可以作为源内煤层气有利区带。

图8 东濮凹陷新近纪—第四纪煤系源岩生气强度叠合石炭系—二叠系砂体厚度及埋深线Fig.8 Gas generation intensity of Neogene-Quaternary coal measure source rocks and sand body thickness and burial depth of Carboniferous-Permian in Dongpu Sag

根据区域地震资料解释和印模法、寒武系—奥陶系顶面（Tg）构造图等高线走向趋势，勾画出多个局部构造高部位圈闭，基本上均为北西西向断鼻构造（图9）。将东濮凹陷石炭系—二叠系生气强度叠合下古生界区域古隆起分布，预测大型古隆起煤层气有利区带，认为白庙地区位于大型古隆起构造带，生气强度大于100×108m3/km2，可作为大型古隆起煤层气有利区带。

图9 东濮凹陷石炭系—二叠系生气强度叠合下古生界古隆起分布Fig.9 Gas generation intensity of Carboniferous-Permian and paleouplift distribution of Lower Paleozoic in Dongpu Sag

在源内优选的煤层气有利区带文留—卫城—濮城位于东濮凹陷中区，中区构造改造弱，油气富集，南北向挤压断层控制着古生界残余地层分布。对文留—卫城—濮城构造带进行精细解析，发现在主走滑断层东侧（上升盘）发育3 个大的构造圈闭。构造带北部石炭系—二叠系顶面储层埋深约3 400 m，烃源岩位于高热演化区之外，气源较差；构造带中部石炭系—二叠系顶面储层埋深约3 700 m，煤系烃源岩位于高热演化区，小断裂改造成多个断块；构造带南部石炭系—二叠系顶面储层埋深约3 900 m，烃源岩处于高热演化区，气源充足、构造简单，为有利勘探目标。

4 结论

（1）东濮凹陷整体上具有印支—燕山期挤压分区、古近纪拉张成带、沙四—沙三段沉积期断陷控洼、沙二段沉积期走滑成块的构造演化特征。在近南北向测线上，东濮凹陷北区和南区发育大型背斜；中区为大型向斜，局部存在小型背斜。在近东西向测线上，燕山期为弱挤压逆冲，沙四段和沙三段沉积期为强烈拉张，沙二段沉积期及之后为右旋走滑-弱拉张。

（2）东濮凹陷在多期次、多性质、多方向的构造应力控制下，具有明显的分区、分带特征。中区在印支期挤压作用下形成向斜构造，之后继承性发育，洼陷发育优质烃源岩，油气主要在中区富集。中区构造改造弱，南北向挤压断层控制着古生界残余地层分布，是深层煤层气原生油气藏有利区带。

（3）东濮凹陷在印支—燕山期挤压和古近纪拉张-走滑共同作用下形成“棋盘式”含油气系统，各含油气系统内油气普遍具有“上油下气、早油晚气、连续成藏”特征。东濮凹陷总体上发育4 类油气藏，建立了弱改造型盆地“近源聚集、连续成藏、断超控富”的油气富集模式。

（4）以烃源岩为中心多成藏要素叠合，优选了位于东濮凹陷中区的卫城—文留构造带为有利勘探区带。优选烃源岩处于高热演化区、气源充足、构造简单、整装的圈闭为有利勘探目标。

致谢：本文完成过程中，得到了中国石化中原油田分公司程秀申高级专家及徐田武专家的帮助和指导，在此表示感谢！