埕北凹陷古近系構造對沉積的控制作用

張 強， 劉麗芳， 張曉慶， 劉一鳴， 陳少平

( 1. 中國石油大學(華東) 地球科學與技術學院，山東 青島 266580； 2. 中海石油(中國)有限公司 北京研究中心，北京 100028 )

埕北凹陷古近系構造對沉積的控制作用

張 強1， 劉麗芳2， 張曉慶1， 劉一鳴1， 陳少平2

( 1. 中國石油大學(華東) 地球科學與技術學院，山東 青島 266580； 2. 中海石油(中國)有限公司 北京研究中心，北京 100028 )

利用埕北凹陷鉆井、錄井、測井、地震資料等，分析研究區古近系構造結構特征，恢復古近紀構造演化，劃分沉積相類型，研究沉積體系的時空展布規律，明確古近系構造對沉積的控制作用。結果表明：埕北凹陷古近系發育的NW向斷裂控制研究區凸凹格局， NE、NEE向斷裂改造NW向構造格局。埕北凹陷古近紀構造演化分為三個階段，繼承斷陷期(Ek-Es4)表現為“窄盆、淺水”環境，主要發育扇三角洲沉積；斷陷擴張期(Es3)表現為“深盆、深水”環境，以發育半深湖—深湖沉積為主；斷—坳轉換(Es2-Ed)早期表現為“廣盆、深水”環境，以發育半深湖—深湖沉積為主，晚期表現為“廣盆、淺水”環境，主要發育辮狀河三角洲與曲流河三角洲沉積。研究區古近系發育陡坡斷裂坡折帶、緩坡斷裂坡折帶及洼陷邊緣型坡折帶三種類型，其中陡坡斷裂坡折帶主要發育扇三角洲沉積，緩坡斷裂坡折帶主要發育辮狀河三角洲與曲流河三角洲沉積，洼陷邊緣型坡折帶主要發育巨厚的湖相沉積及少量湖底扇沉積。該結果為研究區古近系油氣勘探提供指導。

構造演化； 構造坡折帶； 沉積體系； 古近系； 埕北凹陷

0 引言

對于斷陷盆地，盆地內沉積充填往往受古地貌形態控制，而古地貌形態又取決于長期活動的控盆斷裂控制的盆地結構，構造是控制盆地內沉積體系發育與展布的根本因素[1-2]。長期活動的控盆斷裂控制盆地的構造沉降與可容空間的變化[3-4]，進而控制盆地內沉積中心的發育位置、沉積體系發育類型及有利砂體的展布范圍[5-10]。

埕北凹陷作為渤海灣盆地發育的典型箕狀斷陷盆地，已在其兩側凸起上發現埕島油田、飛雁灘油田、老河口油田及埕北油田，油氣資源豐富，具有良好的勘探前景[11-12]，因此明確構造發育特征及其對沉積的控制作用是研究區油氣勘探的基礎和關鍵。付兆輝等[13-14]通過研究區南部地區古近系沉積體系分析，劃分4個演化階段和5種沉積相類型；郭濤等[15]通過研究區北部埕北低凸起周緣構造沉積特征研究，認為北部陡坡帶以發育扇三角洲沉積為主；沈樸等[16]分析研究區南部埕島油田油氣聚集主控因素，認為油源、構造背景等因素控制埕島油田新近系的油氣富集。

目前，人們對研究區沉積方面的研究僅限于局部地區，且缺少構造對沉積控制作用方面的系統性研究，制約研究區古近系的油氣勘探。根據斷陷盆地“構造—沉積”的耦合關系，筆者利用埕北凹陷鉆井、錄井、測井、地震資料等，在分析研究區古近系構造發育及演化特征的基礎上，劃分沉積相類型，研究沉積體系的時空展布規律，明確構造對沉積的控制作用，為研究區古近系油氣勘探提供指導。

1 構造格局

埕北凹陷位于渤海灣盆地中南部淺海海域，為一個北東斷、南西超、呈NW向展布的典型新生代箕狀斷陷盆地，面積約為1 500 km2(見圖1(a))。研究區古近系主要發育NW向、NE向與NEE向三組斷裂，其中NW向的埕北斷裂作為控盆斷裂控制研究區的凸凹格局，而NE向和NEE向的埕東斷層、埕子口斷層、埕子口北1號斷層、埕子口北2號斷層、埕子口北3號斷層、埕北古3北斷層等，主要表現為對NW向凹凸格局的切割改造作用(見圖1(a))。研究區古近系地層發育較全，自下而上為孔店組、沙河街組和東營組[17]，其中沙河街組三段(簡稱沙三段)、二段及東營組三段(簡稱東三段)下部為主要生油層段，東營組二段(簡稱東二段)為油氣有利儲層，同時沙三段、沙二段及東三段的厚層烴源巖也可作為研究區蓋層而有利于油氣的聚集保存(見圖1(b))。

圖1 埕北凹陷古近系構造格局及垂向地層格架Fig.1 Paleogene tectonic framework and stratigraphic framework in Chengbei sag

作為渤海灣盆地的組成單元，新生代埕北凹陷是在中生代構造格局的基礎上繼承發育而來的。中生代，研究區發育典型的負反轉構造，埕北斷裂在早—中侏羅世表現為大型逆斷層，至晚侏羅世—早白堊世發生構造反轉。在地震剖面上，石炭二疊系地層呈薄底現象，且中—下侏羅統和上侏羅統—早白堊統地層呈現兩個反向楔形，反映研究區為中生代構造格架下繼承性發育的新生代斷陷盆地(見圖2)。

圖2 埕北凹陷盆地結構剖面(剖面位置見圖1)Fig.2 Structure Section of basin in Chengbei sag(position shown in fig.1)

埕北凹陷在構造上處于渤中坳陷與濟陽坳陷之間，基底格局與鄰區既存在相似性，又存在差異性：濟陽凹陷NEE向斷裂體系為新生代主控斷裂，渤中坳陷為NW、NNE向斷裂體系控盆，而位于兩者變換帶

圖3 埕北凹陷新生代構造單元劃分Fig.3 Tectonic unit classifications of Cenozoic in Chengbei sag

的埕北凹陷體現出NW向展布的凸凹格局被NNE、NE向斷裂改造的特征。因此，可將研究區劃分為三個不同的構造單元，即東北部陡坡帶、中央洼陷帶和西南部緩坡帶，其中中央洼陷帶又包含北部次級洼陷帶和南部次級洼陷帶(見圖3)。

2 構造演化對沉積充填的控制

埕北凹陷新生代經歷斷陷—坳陷轉換過程，依次經歷孔店運動、濟陽運動、東營運動等構造運動[18-20]。利用平衡剖面技術恢復研究區古近紀的構造演化(見圖4)，結合研究區的地質背景，將研究區古近紀構造演化分為繼承斷陷期(孔店組—沙四段沉積期，Ek-Es4)、斷陷擴張期(沙三段沉積期，Es3)及斷—坳轉換期(沙二段—東營組沉積期，Es2-Ed)。同時，利用研究區高精度三維地震解釋資料，繪制研究區古近紀各時期殘余地層厚度圖(見圖5)，并根據地層巖性、測井及地震響應特征，劃分沉積相帶類型(見圖6-7)，分析各構造演化階段沉積體系發育及展布的差異性。

2.1 繼承斷陷期

古新世—早始新世，太平洋板塊沿NNW向對歐亞大陸進行俯沖，印度板塊沿NE向對歐亞板塊俯沖，其不對稱俯沖導致中國東部大陸巖石圈發生減薄，且太平洋板塊俯沖形成弧后擴張，最終引起區域裂陷作用[21-23]。

圖4 埕北凹陷古近紀構造演化與沉積充填演化序列Fig.4 Tectonic evolution and depositional filling sequences of Paleogene in Chengbei sag

NW向埕北斷裂作為研究區控盆斷裂，主要表現為對中生代負反轉構造的繼承性發育，控制研究區的NW向凸凹構造格局。此時，構造活動相對較強，湖平面上升，盆地內可容空間增加，沉積水體較淺、沉積范圍相對較小，且南、北兩個次級洼陷尚未連通，表現為“窄盆、淺水”的沉積環境(見圖4(a))。殘余地層僅分布于中央洼陷帶的南北兩個次級洼陷帶，且兩個洼陷帶內的最大殘余地層厚度超過700 m(見圖5(a))。地形反差較大，沉積物從物源區快速向湖盆搬運堆積，在東北部陡坡帶發育一系列縱向上相互疊置、橫向上呈裙帶狀展布的扇三角洲沉積。扇三角洲沉積主要以含礫砂巖、雜色砂巖夾泥巖沉積為主，自然電位(SP)、自然伽馬(GR)、電阻率(RT)測井曲線呈低幅齒化特征，地震剖面呈明顯的楔狀雜亂反射和弱連續前積特征(見圖6(a)、圖7(a))。

2.2 斷陷擴張期

中、晚始新世，太平洋板塊對歐亞大陸的俯沖方向由NNW向轉變為NWW向，印度板塊與歐亞板塊也發生強烈的碰撞，郯廬斷裂發生從左旋向右旋的轉變，太平洋板塊俯沖過程產生的地幔上涌、巖石圈拆沉現象，使巖石圈發生裂陷伸展[21-23]。

研究區NW向控盆斷裂發生強烈的伸展活動，導致湖盆基底快速沉降，湖平面急劇上升，可容空間迅速增加，沉積物供給速率遠小于基底構造沉降速率，整體表現為欠補償沉積特征。研究區水面積較廣、水深較前期明顯加深，中央洼陷內的南、北兩個次級洼陷帶相互連通，表現為“深盆、深水”沉積環境(見圖4(b))。殘余地層分布范圍較孔店組—沙四段的更廣，其最大殘余地層厚度較孔店組—沙四段的更小，且北部次級洼陷帶的最大殘余地層厚度(>600 m)略大于南部次級洼陷帶的(>550 m)(見圖5(b))。研究區在南、北兩個次級洼陷帶內主要發育巨厚的半深湖—深湖暗色泥巖沉積，自然電位曲線位于泥巖基線處，地震剖面呈強振幅、高連續的平行反射特征(見圖6(b)、圖7(b))。

2.3 斷—坳轉換期

漸新世，太平洋板塊在對歐亞大陸俯沖過程中產生弧后擴張，使日本海發生大規模的擴張，同時印度板塊與歐亞大陸發生強烈的擠壓、碰撞，使郯廬斷裂發生強烈走滑作用，渤海灣盆地的裂陷作用明顯衰減[24-25]。

在發生強烈伸展裂陷之后，研究區NW向控盆斷裂活動強度明顯減弱。NE向郯廬斷裂發生強烈的右旋走滑，在區域上形成NW-SE向拉張作用，使研究區的NE向斷裂活動增強，總體上研究區開始發生裂陷盆地向坳陷盆地的轉化。在斷—坳轉換早期(相當于沙二—沙一段沉積期)，盆地處于較深水環境，水域面積更廣，表現為“廣盆、深水”的沉積特征，以大套的半深湖—深湖暗色泥巖為主(見圖4(c))。殘余地層分布范圍較沙三段的更廣，其殘余地層厚度遠薄于沙三段的，南、北兩個次級洼陷帶最大殘余地層厚度基本相似(>250 m)(見圖5(c))。

圖5 埕北凹陷古近紀各主要時期殘余地層厚度Fig.5 Residual thickness of the main epochs in Paleogene of Chengbei sag

至斷—坳轉換晚期(相當于東營組沉積期)，盆地水體逐漸變淺，沉積物供給速率大于基底構造沉降速率，水域面積較廣，呈現“廣盆、淺水”的沉積特征(見圖4(d))。殘余地層范圍為古近紀最廣，最大殘余厚度為古近紀最高，且南部次級洼陷帶的最大殘余地層厚度(>1 320 m)遠大于北部次級洼陷帶的(>950 m)(見圖5(d))。研究區西南部緩坡帶發育一系列NE向順坡斷裂(常發育為緩坡帶上的溝谷)，成為沉積物的有利輸送通道。西南部緩坡帶發育大型的辮狀河三角洲沉積，主要為含礫砂巖、雜色砂巖夾泥巖沉積，其自然電位、聲波時差測井曲線呈齒化漏斗狀，地震剖面呈中等振幅、中等連續的S型前積反射特征(見圖6(c-d)、圖7(c))。

3 構造坡折帶對砂體發育的控制

構造坡折帶是指同沉積構造長期活動而引起沉積斜坡明顯突變的地帶[3-4]。在斷陷盆地內，規模較大的同沉積斷裂往往構成古地貌上的坡折帶，進而控制盆地內的沉積體系的發育與砂體展布[26-28]。根據研究區古近系構造發育特征，在研究區內劃分出陡坡斷裂坡折帶、緩坡斷裂坡折帶及洼陷邊緣型坡折帶三種類型，研究區陡坡斷裂坡折帶因地形高差較大、水體較深，多發育近源快速堆積的扇三角洲沉積；緩坡斷裂坡折帶因地形相對較緩，主要沿NE向順坡斷裂發育大型辮狀河三角洲沉積與曲流河三角洲沉積；洼陷邊緣型坡折帶因水體較深、構造活動相對較少，主要發育厚層的湖相沉積及少量的滑塌湖底扇沉積。

圖6 埕北凹陷古近系主要沉積相的巖性及測井響應特征Fig.6 Lithological and logging characters of main sedimentary facies of Paleogene in Chengbei sag

圖7 埕北凹陷古近系主要沉積相的地震反射特征Fig.7 Seismic reflection characters of main sedimentary facies of Paleogene in Chengbei sag

3.1 陡坡斷裂坡折帶

陡坡斷裂坡折帶包括單斷式陡坡坡折帶、斷階式陡坡坡折帶與叉形斷裂坡折帶。

(1)單斷式陡坡坡折帶。是研究區古近系最為常見的一類構造坡折帶，在研究區東北部陡坡帶廣泛分布，表現為地形反差較大、水體較深，沉積物沿陡坡帶低勢區向盆地內快速搬運堆積，形成一系列縱向上相互疊置的扇三角洲沉積(見圖8(a))。在地震剖面上，沿控盆斷裂的下降盤同相軸具有明顯楔狀雜亂反射和弱連續前積的特征，反映單斷式陡坡斷裂坡折帶對扇三角洲沉積的控制作用(見圖8(b))。

(2)斷階式陡坡坡折帶。是指主斷裂與其伴生斷裂近平行排列而形成的一類構造坡折帶，其中主斷裂形成明顯的地形高差，使沉積物向盆地內發生快速的垂向搬運；伴生斷裂使沉積物繼續向盆地內深水地區快速進積，形成展布范圍更廣的扇三角洲沉積(見圖9(a))。在地震剖面上，表現為楔狀雜亂反射和弱連續前積的同相軸沿斷裂傾向向盆地內發生進積(見圖9(b))，主要分布于研究區東北部陡坡帶的北部。

(3)叉狀斷裂坡折帶。是指主斷裂與其伴生斷裂在平面上呈“叉”狀組合、剖面上呈反向“y”狀的一類構造坡折帶。叉狀斷裂坡折帶的主斷裂與其伴生斷裂相交，伴生斷裂作為古溝谷的有利發育部位和物源輸送通道，主要發育向盆地內快速堆積的扇三角洲沉積；其沉積范圍較單斷式陡坡坡折帶的更廣(見圖10(a))。在地震剖面上，表現為楔狀雜亂反射和弱連續前積的同相軸沿斷裂的低勢部位向盆地內發生進積(見圖10(b))，主要分布于研究區東北部陡坡帶的南部。在快速進積過程中，東北部陡坡帶發育的扇三角洲往往在前緣部位發生滑塌作用，在湖盆中央處可以發育少量的滑塌湖底扇沉積。

3.2 緩坡斷裂坡折帶

緩坡斷裂坡折帶發育單斷式緩坡坡折帶。埕北凹陷西南部緩坡帶發育一系列NE向順坡斷裂(斷裂走向與斜坡走向近于垂直)及NW向截坡斷裂(斷裂走向與斜坡走向近于平行)，不同的斷裂組合控制研究區西南部緩坡帶的沉積體系發育與展布。

圖8 埕北凹陷單斷式陡坡坡折帶沉積充填與地震反射特征

圖9 埕北凹陷斷階式陡坡坡折帶沉積充填與地震反射特征

圖10 埕北凹陷叉形斷裂坡折帶沉積充填與地震反射特征

NE向順坡斷裂往往發育為溝谷并成為沉積物搬運的低勢區，有利于沉積物從埕子口凸起快速向盆地內搬運堆積，主要發育于研究區的西南部緩坡帶，多形成大型的辮狀河三角洲沉積。NW向截坡斷裂表現為對緩坡的截切作用，研究區在西南緩坡帶發育單斷式緩坡坡折帶，表現為單條與緩坡走向近于平行的斷裂形成的構造坡折帶，主要位于西南部緩坡帶的北部。由于緩坡帶地形較緩，多發育大型辮狀河三角洲沉積，斷裂的發育有利于沉積物向盆內進積(見圖8(a))。在地震剖面上，沿緩坡斷裂的下降盤同相軸具有中等振幅、中等連續的S型前積反射特征(見圖8(b))。

3.3 洼陷邊緣型坡折帶

由于NW向埕北斷裂的活動強度具有分段差異性，具體表現為南北兩段強、中段弱的特點，使研究區中央洼陷帶被分隔成南、北兩個次級洼陷帶。這兩個次級洼陷帶處于深水環境，構造活動相對較弱，常成為湖盆的沉積中心與沉降中心，主要發育大套的半深湖—深湖暗色泥巖；在重力作用下，向前快速進積的扇三角洲前緣常向中央洼陷帶發生滑塌作用，洼陷帶內形成少量的湖底扇沉積(見圖8(a))。在地震剖面上，呈透鏡狀反射特征(見圖8(b))。

4 結論

(1)埕北凹陷是在中生代構造格架的基礎上繼承性發育的典型新生代箕狀斷陷盆地，古近系發育的NW向的埕北斷裂控制研究區凸凹格局，NE與NEE向斷裂表現為對NW向構造格局的改造。

(2)埕北凹陷古近紀構造演化可分為繼承斷陷期(Ek-Es4)、斷陷擴張期(Es3)及斷—坳轉換期(Es2-Ed)三個演化階段，其中繼承斷陷期表現為“窄盆、淺水”沉積環境，主要沿東北部陡坡帶發育大量近源快速堆積的扇三角洲沉積；斷陷擴張期表現為“深盆、深水”沉積環境，主要在南、北次級洼陷帶內發育大套半深湖—深湖沉積；斷—坳轉換早期表現為“廣盆、深水”沉積環境，在兩個次級洼陷帶內發育大套半深湖—深湖沉積；斷—坳轉換晚期表現為“廣盆、淺水”沉積環境，在西南部緩坡帶發育大型辮狀河三角洲與曲流河三角洲沉積。

(3)埕北凹陷古近系發育陡坡斷裂坡折帶、緩坡斷裂坡折帶及洼陷邊緣型坡折帶三種類型。陡坡斷裂坡折帶分為單斷式陡坡坡折帶、斷階式陡坡坡折帶與叉狀斷裂坡折帶，多形成扇三角洲沉積；緩坡斷裂坡折帶主要為單斷式緩坡坡折帶，常發育辮狀河三角洲與曲流河三角洲沉積；洼陷邊緣型坡折帶主要發育巨厚的湖相沉積及少量的湖底扇沉積。

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2017-05-02；編輯：朱秀杰

國家科技重大專項(2016ZX05024-002-001)；中央高?；究蒲袠I務費專項資金項目(16CX06043A)

張 強(1994-)，男，碩士研究生，主要從事構造地質學方面的研究。

TE121.3

A

2095-4107(2017)04-0088-11

DOI 10.3969/j.issn.2095-4107.2017.04.010