孤北洼陷構造演化與勘探“黃金帶”分布

羅 霞

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孤北洼陷構造演化與勘探“黃金帶”分布

羅 霞

（中國石化勝利油田分公司物探研究院，山東東營 257001）

應用鉆井、三維地震等資料，通過斷裂活動性分析、洼陷構造演化過程恢復等方法，對濟陽坳陷沾化凹陷孤北洼陷構造演化特征及其控制下的勘探“黃金帶”分布進行研究。結果表明，受郯廬斷裂走滑運動應力場影響，孤北洼陷東、西邊界斷層活動的差異控制了洼陷演化的階段性和勘探“黃金帶”的分布；東邊界五號樁斷層活動早、持續時間長，控制東次洼2期成藏，發育孔店組、沙四段和沙三段3個勘探“黃金帶”；西邊界埕東斷層活動晚、強度大，控制西次洼1期成藏，發育沙三段1個勘探“黃金帶”。

濟陽坳陷；孤北洼陷；郯廬斷裂；構造演化

在陸相斷陷盆地油氣勘探方向預測方面，學者們先后提出過“源控論”[1，2]、“復式油氣聚集理論”[3]、“洼槽聚油理論”[4]和斷裂帶油氣富集理論[5–7]等創新性認識，指導了油氣勘探取得重要進展[8，9]。近期挪威學者依據干酪根生烴模式提出了油氣勘探“黃金帶”的概念，其核心是盆地的每套烴源巖進入生油高峰階段后，儲蓋組合條件決定了該套源巖油氣運聚空間的有利區，也就是油氣勘探的優勢區，稱之為勘探“黃金帶”。國內學者對這個概念進行了深化和發展[10]，將控制油氣富集的每一層系視為一個勘探“黃金帶”，那么疊合含油氣盆地會發育多個勘探“黃金帶”，勘探“黃金帶”的觀點對于我國多期疊合、發育多套烴源巖盆地的勘探方向選擇具有重要的指導意義。本文以濟陽坳陷沾化凹陷孤北洼陷為例，運用國內學者對勘探“黃金帶”概念的詮釋，通過恢復洼陷演化過程及對勘探“黃金帶”分布的控制，分析下一步有利勘探方向，以期指導孤北洼陷下一步油氣勘探部署工作。

1 地質簡況

孤北洼陷位于濟陽坳陷沾化凹陷東部，緊鄰郯廬斷裂帶，是一個在中生界基底上發育的新生界斷陷洼陷帶，面積約500 km2，目前發現的油氣全部集中在古近系。洼陷通過斷層和周圍潛山（凸起）相接，東部以五號樁斷層和長堤潛山相鄰，西北部以埕東斷層與埕東凸起相連，南部通過孤北斷層和孤島潛山相接，北部以樁南斷層和樁西潛山相望，西南方向通過孤西斷層和渤南洼陷相連。洼內構造較為簡單，主要發育兩個近南北向對接的鼻狀構造，即南部的孤北鼻狀構造和北部的樁南鼻狀構造，將洼陷分割為東、西兩個次洼，整個洼陷形態呈“馬鞍型”（圖1）。

圖1 孤北洼陷構造簡圖

洼陷內自下而上依次發育古近系孔店組、沙河街組、東營組，新近系館陶組、明化鎮組，第四系平原組（圖2）?？椎杲M自下而上發育孔三段和孔二段，孔三段為一套干旱環境的洪積扇沉積，孔二段為濱淺湖沉積，是一套較厚的深灰色泥巖。沙河街組自下而上依次發育沙四段（分為沙四下亞段和沙四上亞段）、沙三段（分為沙三下亞段、沙三中亞段和沙三上亞段）、沙二段和沙一段。沙四下亞段主要為干旱環境的洪積扇沉積，沙四上亞段為濱淺湖深灰色油頁巖和泥巖沉積夾薄層灰巖；沙三下亞段–沙三中亞段整體為深湖相沉積，全區發育較厚的油頁巖、泥巖互層夾薄層灰巖；沙三上亞段和沙二段為濱淺湖沉積，沙一段為深湖–半深湖泥巖沉積；東營組為半深湖–河流相三角洲體系，上覆新近系館陶組為河流相沉積。

2 構造演化過程

圖2 孤北洼陷地層綜合柱狀圖

2.1 斷裂特征及其活動性

孤北洼陷四周依次發育五號樁斷層、孤北斷層、孤西斷層、埕東斷層和樁南斷層（圖1），斷層活動性具有明顯差異。

五號樁斷層為東部邊界西掉正斷層，斷層傾角60°左右，呈弧型展布，以北北西走向為主，延伸約20 km。從活動時期看，從孔店組沉積時期開始活動（活動速率40 m/Ma），并在沙四段沉積時期達到活動的高峰期（活動速率60 m/Ma），沙二段沉積時期有一個低谷期（活動速率11 m/Ma），沙一段–東營組沉積時期有所增強（活動速率22 m/Ma），館陶組–明化鎮組沉積時期衰減消亡（圖3a）。

孤西斷層為西南邊界西掉正斷層，斷層傾角50°左右，北西走向，延伸約11 km。從活動時期看，孔店組沉積時期達到活動的高峰期（活動速率達到40 m/Ma），沙四段沉積時期衰減，并在沙三段沉積時期消亡（圖3b）。

埕東斷層為西北部邊界東掉正斷層，斷層傾角70°左右，北東走向，延伸約15 km。沙四段沉積時期開始活動，沙三段沉積時期進入第一次活動高峰期（活動速率32 m/Ma），沙二段沉積時期活動性減弱，沙一段沉積時期再次進入活動高峰期（活動速率42 m/Ma），且活動強度遠大于其他斷層；新近紀衰減，明化鎮組沉積時期消亡。該組斷層活動性“雙峰”特征明顯（圖3c）。

樁南斷層為北部邊界南掉正斷層，斷層傾角50°左右，近東西走向，延伸約10 km。從斷層活動時期看，孔店組–沙四段沉積時期開始發育但活動較弱，沙三段沉積時期為一個活動高峰期（活動速率20 m/Ma），沙二段沉積時期有所減弱，沙一段–東營組沉積時期進入第二個活動高峰期，然后逐漸減弱，新近紀明化鎮組沉積時期消亡。斷層活動性呈“雙峰”的特點（圖3d）。

孤北斷層為南部邊界北掉正斷層，斷層傾角45°~50°，北東東走向，延伸約16 km。沙三段沉積時期開始活動并進入高峰期，活動速率達39 m/Ma，然后逐步衰減，館陶組沉積時期消亡（圖3e）。

圖3 孤北洼陷邊界斷裂活動速率

2.2 區域應力場特征

由于受周圍板塊拼合作用的影響，濟陽地區在不同地質歷史時期處于不同方向的應力場中[11–12]。受三疊紀末期揚子板塊與華北地塊拼接作用[13,14]和晚侏羅世–早白堊世伊澤奈崎（Izanagi）板塊轉向俯沖（30 cm/a）[15]的影響，古新世（孔店組–沙四下亞段沉積時期）濟陽坳陷處于左旋走滑應力場中[16–18]，孤北地區受到北東–南西向拉分作用。始新世–漸新世時期，在太平洋板塊快速俯沖于東亞大陸之下[15]和印度板塊向北碰撞[19]的共同作用下，濟陽地區處于右旋走滑應力場中[18]，孤北地區受到北東–南西向走滑、伸展作用；中新世以來，在西太平洋弧后擴張響應下[20]，濟陽地區進入熱沉降為主的階段。

2.3 構造演化過程分析

對應區域應力場的轉換和孤北洼陷斷層活動時期，可將該區域劃分為孔店組–沙四段沉積時期的“東部斷陷階段”、沙三段–東營組沉積時期的“東西雙斷階段”和新近紀熱沉降階段3個主要演化階段。

2.3.1 東部斷陷階段

孔店組–沙四段沉積時期，孤北地區在郯廬斷裂左旋走滑產生的北東–南西向拉分作用下，東邊界五號樁斷層持續伸展，在孤北地區形成東斷西超、北西走向的箕狀形態，即孤北洼陷斷陷I幕。在東部五號樁斷層和西南孤西斷層伸展作用控制下，孤北鼻狀構造基本形成。沙四段沉積末期，受燕山運動的影響，洼陷整體抬升遭受剝蝕，形成沙三段與沙四段地層之間不整合，本輪構造活動結束?？兹螢樯澳鄮r互層的洪泛沉積，孔二段沉積時期洼陷快速沉降為濱淺湖環境，以湖相泥巖為主；沙四下亞段沉積時期為砂泥巖互層的洪泛沉積，沙四上亞段沉積時期為濱淺湖環境。該演化階段顯著特征是東部為孤北地區沉降和沉積中心（圖4a）。

2.3.2 東西雙斷階段

沙三段–東營組沉積時期，孤北洼陷帶處于北東–南西向走滑、伸展應力場中，周圍邊界斷層活動較強，進入洼陷發育鼎盛期（斷陷II幕），發育較厚的沙三中下亞段深湖–半深湖相油頁巖和泥巖。西北部埕東斷層的活動強度加強，形成西次洼，在五號樁和埕東斷層控制下，樁南鼻狀構造形成。經歷沙三上亞段–沙二段沉積時期構造活動相對穩定期后，沙一段–東營組沉積時期，埕東斷層進入活動的高峰期，西部成為孤北洼陷沉降中心，與東部次洼共同形成東西2個沉降和沉積中心；東營組沉積末期受喜山運動影響，區域抬升，本輪構造活動結束。該演化階段顯著特征是東西次洼共同發育，樁南鼻狀構造與孤北鼻狀構造分割洼陷形成“馬鞍形”形態（圖4b）。

2.3.3 熱沉降陷階段

洼陷在新近紀進入熱沉降為主階段，邊界斷裂活動明顯減弱并逐漸趨于消亡，發育厚度較為統一的新近系館陶組、明化鎮組河流相沉積和第四系泛濫平原沉積（圖4c）。

3 勘探“黃金帶”分布特征

圖4 孤北洼陷構造演化階段和勘探“黃金帶”分布示意

3.1 勘探“黃金帶”要素特征

烴源巖分布特征：孤北洼陷自下而上發育3套烴源巖，分別為孔二段、沙四上亞段、沙三中下亞段。①孔二段：目前只有ZS1井在東次洼南緣鉆遇深灰色暗色泥巖230 m，從已鉆井泥巖地球化學分析數據看，為0.4%~0.8%，氯仿瀝青“A”為0.09%~0.86%，干酪根類型為Ⅰ–II1型，o為1.03%~1.37%，為一套較好–好的烴源巖，可以生成規模油氣。②沙四上亞段：油頁巖和泥巖厚度80~300 m，為咸化沉積環境[21]，為3.3%~5.0%，氯仿瀝青“A”為1.03%~1.08%，干酪根類型為Ⅰ型，o為0.58%~0.81%，為一套優質烴源巖，生排烴較早，可提供豐富的油氣資源。③沙三中下亞段：烴源巖厚度300~500 m，分布最為廣泛。

儲蓋組合分布：孤北洼陷古近系整體為一套湖相沉積，呈砂泥巖互層，伴隨著構造震蕩式演化，發育幾套區域性儲蓋組合。沙四下段為鹽湖沉積環境，發育穩定膏鹽和膏泥巖（厚度100~200 m）與下伏孔店組形成第一套儲蓋組合；沙三段底部深湖相泥巖（厚度200~300 m）與沙四上亞段濱淺湖體系形成第二套儲蓋組合；沙一段穩定的深湖相泥巖（厚度100~300 m）與下伏沙三上亞段–沙二段碎屑巖形成第三套儲蓋組合（圖2）。

壓力分布特征：實鉆資料證實，在生烴增壓作用下[21]，孤北洼陷古近系縱向發育孔二段、沙四段、沙三段3個異常壓力區，其中孔二段壓力系數1.4，沙四段和沙三段壓力系數均可達1.5以上。孤北洼陷內斷層不發育，縱向上3個壓力區相對獨立，平面上以東、西次洼為分布中心，縱向相互疊置，高壓區自下而上范圍漸次增大。

3.2 勘探“黃金帶”時空展布

孤北地區地質特點和東營組沉積末期、新近紀兩期成藏過程[22]決定了洼陷內勘探“黃金帶”的時空分布?？锥魏蜕乘亩螣N源巖在東營組沉積末期進行規模排烴[23]并形成勘探黃金帶（圖4b）。沙三中下亞段烴源巖在新近紀進入主成藏期[24-26]，東次洼縱向3套儲蓋組合類似封存箱成藏模式控制發育3個勘探“黃金帶”，即孔二段為第一勘探“黃金帶”、沙四段為第二勘探“黃金帶”、沙三段為第三勘探“黃金帶”。受烴源巖（湖盆演化）影響，三個“黃金帶”縱向上相互疊置，平面上有一定的差異，第一勘探“黃金帶”主要分布在東次洼北部，第二勘探“黃金帶”疊置其上方但范圍有所擴大，第三勘探“黃金帶”滿洼分布。西次洼主要發育沙三段第三勘探“黃金帶”，且滿洼分布（圖4c）。

前期勘探主要集中在東次洼第三勘探“黃金帶”，并已經探明石油地質儲量7 000×104t，勘探程度較高。東次洼的第一和第二勘探“黃金帶”還未取得大的突破；西次洼的第三勘探“黃金帶”前期油氣發現較少，是下一步有利的勘探方向。

4 結論與認識

受郯廬斷裂走滑變應力場影響，孤北洼陷東邊界斷層活動早、持續長和西邊界斷層活動晚、強度大的差異性控制了孤北東、西次洼演化階段和不同勘探“黃金帶”的分布。孤北東次洼發育孔店組、沙河街組沙四段和沙三段3個勘探“黃金帶”，西次洼發育沙三段1個勘探“黃金帶”。東次洼孔店組、沙河街組沙四段和西次洼沙河街組沙三段3個勘探“黃金帶”是下一步有利勘探方向。

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Structural evolution and‘golden zones’of hydrocarbon exploration distribution in Gubei sub-sag

LUO Xia

(Geophysical Exploration Research Institute of Shengli Oilfield Company, SINOPEC, Dongying, Shandong 257001, China)

By using the drilling data and 3D seismic data, through the analysis of fracture activity and the restoration of tectonic evolution process, the structural evolution characteristics and‘golden zones’ distribution of hydrocarbon accumulation of Gubei sub-sag of Zhanhua sag in Jiyang depression are studied. The results show that the ‘golden zones’of hydrocarbon exploration distribution are controlled by boundary fault activity difference influenced by Tanlu fault deformation stress field. The Wuhaozhuang fault activity in the east is early and enduring long, controlling two stages of accumulation in the east sub-sag of Gubei sag, and three‘golden zones’of hydrocarbon exploration are developed which are Kongdian formation, the fourth member and the third member of Shahejie formation. Chengdong fault activity in the west is late and strong, controlling one stage of accumulation in the west sub-sag of Gubei sub-sag, and one‘golden zone’of hydrocarbon exploration of the third member of Shahejie formation is developed.

Jiyang depression; Gubei sub-sag; Tanlu faults; structural evolution

1673–8217（2019）02–0001–05

TE111.1

A

2018–10–09

羅霞，博士，高級工程師，1973年生，2011年畢業于中國石油大學（北京）沉積、測井專業，現從事構造解析與勘探部署研究。

“十三五”國家重大科技專項“渤海灣盆地精細勘探關鍵技術”（2016ZX05006–003）部分研究成果。

編輯：蒲洪果