黄骅拗陷孔店凸起形成演化的动力学机制

2012-08-01颜照坤付东立肖敦清蒲秀刚刘子藏袁淑琴

成都理工大学学报（自然科学版） 2012年6期

颜照坤付东立肖敦清李勇蒲秀刚刘子藏袁淑琴

（1.油气藏地质及开发工程国家重点实验室（成都理工大学），成都610059；2.大港油田公司勘探开发研究院，天津300280）

孔店凸起是黄骅拗陷中重要的含油气构造带之一，其构造位置十分特殊，位于歧口、沧东、盐北3个生油凹陷之间，因此，加强对孔店凸起的构造演化研究将对孔店凸起及其周边地区的沉积体系展布分析及油气勘探开发具有重要意义。虽然前人对黄骅拗陷孔店地区的研究成果已经非常丰富，但对其构造演化及其动力学机制的探讨相对较少，并存在较大分歧，主要表现在对其构造隆升的起始时间和形成机制上有不同的认识［1－4］。

本文试图通过孔店凸起上覆地层特征进行精细刻画，以期更加准确地标定孔店凸起在孔店期发育的起始时间，并对孔店凸起构造演化有所认识。此外，通过对孔店凸起形态特征及其周边构造格架的分析，尝试从一个新的角度对孔店凸起形成的动力机制进行探讨。

1 孔店凸起的构造特征

孔店凸起是由新生界盆地基底和古近系构成的一个披覆背斜构造，上面被新近系和第四系覆盖，因此现今并看不到是一个凸起。它是被沧东断层和徐西断层夹在中间的一个二级构造单元（图1），在孔店凸起西侧发育沧东凹陷，东侧发育常庄凹陷［5－8］。

钻井资料揭示孔店凸起及其邻区存在古生界、中生界和新生界的孔店组、沙河街组、东营组、馆陶组、明化镇组及平原组等地层［6，8－10］。

根据黄骅拗陷孔店南部地区三维地震数据体，首次编制了孔店凸起及周边地区北西－南东向的二维地震剖面的构造解释联合剖面图（图2）。由于三维数据体未覆盖整个孔南地区，部分地层和断层是根据钻井资料和附近二维地震剖面推测的。尽管部分构造解释不是十分准确，但并不影响我们对孔店凸起的分析。通过构造解释联合剖面可以更直观地分析孔店凸起的宏观构造特征及其上覆地层的空间展布特征。

图1 孔南地区构造带划分Fig.1 The division of the structural belt in the Kongnan area

孔南地区北部自南向北断陷内部次级断层构成的中央凸起（即孔店凸起）逐渐明显，统一的地堑逐渐分隔成为两凹夹一凸的结构样式；再向北则表现为相向倾斜的两个半地堑，即沧东凹陷和常庄凹陷。孔店凸起具有南窄北宽、南低北高的特征，可分为南北两段（图1）。

2 孔店凸起的构造演化

2.1 孕育阶段

a.从地震资料可以看出，孔三段原始沉积地层受到后期的强烈剥蚀作用。孔75井、孔104井、孔27井缺失孔三段，从测线Inline 3200（图3）、Inline 3520（图4）、Inline 3578（图5）可以看出，孔三段厚度无变化，为等厚抬升切割，说明在孔三段沉积期孔店凸起尚未形成。

b.从地震资料可以看出，孔二段原始沉积地层同样受到后期的强烈剥蚀作用。从枣27井、枣26井可以看到缺失孔二段，为孔一段直接覆于中生界之上。孔27井、孔104井同样缺失孔二段，分别为沙河街组、馆陶组不整合于中生界之上。从地震测线Inline 3200（图3）、Inline 3520（图4）、Inline 3578（图5）可以看出，孔二段的厚度无变化，为等厚抬升切割，说明孔二段沉积期孔店凸起仍未形成。

c.从孔76井、孔34井可以看到缺失孔一段，馆陶组、沙河街组不整合覆盖于孔二段、孔三段之上。根据地震测线Inline 3200（图3）、Inline 3520（图4）、Inline 3578（图5），可以看出孔一下亚段由沧东凹陷向东地层厚度略有减薄，并且具有向凸起方向上超的特征。这些证据说明在孔一下亚段沉积期，孔店凸起可能已经开始发育并具有一定的雏形，但尚未成为剥蚀区，为盆内低凸起，接受少量沉积。

图2 孔南地区盆地结构联合剖面图Fig.2 The combined profile of the basin structure in the Kongnan area

图3 孔南地区测线Inline 3200地震剖面解释Fig.3 The seismic profile interpretation of Line 3200in the Kongnan area

由上述可知，在孔三段和孔二段沉积期，孔店凸起和周边区域一样具有沉降的特征，到孔一下亚段沉积期，孔店凸起开始发生构造隆升，但隆升幅度较小，仅形成盆内低凸起，仍接受少量沉积。

2.2 隆升阶段

从沧16井、孔87井、孔76井、孔5井均可看到缺失孔一段，沙河街组呈不整合接触关系直接覆于中生界之上，孔古5井、沧15井、孔34井、孔6井均可见孔一段分布，结合地震测线Inline 3520（图4）、Inline 3578（图5）可以看出，在孔店凸起以东地区，孔一上亚段从沧东凹陷向孔店凸起方向厚度减薄明显，部分遭受剥蚀，并且从残留地层可以看到向孔店凸起方向具有明显上超的特征。由此可以判断孔店凸起在孔一上亚段沉积期已经发育，并且部分露出水面，控制了周边湖盆的沉积作用。

图4 孔南地区测线Inline 3520地震剖面解释Fig.4 The seismic profile interpretation of Line 3520in the Kongnan area

图5 孔南地区测线Inline 3578地震剖面解释Fig.5 The seismic profile interpretation of Line 3578 in the Kongnan area

至此，孔店凸起才真正形成。根据钻井和地震资料我们推测当时孔店凸起的地势具有由南向北逐渐增高的特征，并与其北侧的地势始终较高、为孔南地区孔店期沉积提供物源的剥蚀区相连，形成北东－南西走向的半岛。

2.3 沉降阶段

根据构造解释联合剖面（图2）可以看出沙河街组、东营组具有以下特征：均具有由东西两侧向构造带地层减薄的特征，并在北段凸起中央局部地区缺失沙河街组和东营组（图2）。但对沙河街组并没有向孔店凸起上超的特征，反而具有平行反射特征，并且具有被后期削截的特征（图4，图5），我们据此判断孔店凸起在经过孔一段沉积期的隆升阶段之后，进入了沙河街组沉积期的沉降阶段。但也不排除其间在较短的时间范围内发生过沉降并接受沉积，沉积物又被后期剥蚀的可能性，如沙河街组第二段沉积时期发生了短暂的区域性隆升之后，再次进入沉降阶段［11］。

表1 新生代孔店凸起上覆地层特征与构造活动Table 1 The characteristics of the overlying strata and the tectonic activities of the Kongdian salient in Cenozoic era

2.4 再次隆升阶段

相对于沙河街组的平行反射特征，东营组具有向凸起上超的特征（图4、图5），据此可以判断在东营组沉积时期，孔店凸起再次发生隆升，形成盆地内部的构造高点，局部地区地层遭受剥蚀，特别是在东营组与上覆馆陶组具有非常明显的不整合面（图4、图5），说明在东营组沉积晚期孔店凸起再次发生了较为强烈的构造隆升。

2.5 再次沉降阶段

根据构造解释联合剖面可以看出馆陶组、明化镇组和平原组具有以下特征：孔店凸起及其周边区域上覆的馆陶组、明化镇组和平原组的厚度无明显变化。据此，可以推断这一时期孔店凸起及其周边区域在相同的时间接受了馆陶组、明化镇组和平原组的沉积，具有与周边地区同步沉降的构造活动特征。

由上述可知，孔店凸起自孔一下亚段沉积期开始发育以来，经历了隆升—沉降—再次隆升—再次沉降4个阶段（图6）。

图6 新生代孔店凸起沉降曲线与基底沉降曲线、拉张量曲线、拉张率曲线对比图Fig.6 The comparison diagram of the settlement curve of the Kongdian salient，the settlement curve of the basement，the curve of the extensional amount and the curve of the extensional rate in Cenozoic era

3 孔店凸起形成的动力机制

3.1 伸展运动对孔店凸起的控制作用

笔者根据上述对新生代孔店凸起构造活动的分析，初步绘制了新生代孔店凸起沉降曲线。此外，还根据陆克政等编制的黄骅拗陷南区基底累积沉降量曲线［10］，绘制了黄骅拗陷南区基底沉降曲线，并加入了李大伟编制的黄骅拗陷南区拉张量和拉张率曲线［9］。将前人的3条曲线与孔店凸起沉降曲线进行对比分析，我们发现，孔店期以前，孔南地区继承了白垩纪的构造隆升；孔店期之后基底处于持续沉降的状态。而在孔店组第一段、沙河街组和东营组沉积期，孔店凸起具有与基底沉降特征不一致的构造活动，发生了构造隆升。因此，孔店凸起的形成很可能与该地区主要断层（沧东断层、徐西断层）的构造运动和运动方式有关。

通过对孔南地区孔一段沉积期以来盆地伸展量、拉张率的分析，发现孔店凸起发生隆升的时间恰好发生在孔南地区伸展作用强烈的时候；而孔店凸起沉降曲线与基底沉降曲线的对比表明，孔店凸起的2个隆升阶段均对应于基底的2次相对较大的沉降阶段。因此，推断孔店凸起的构造隆升并不受基底沉降活动的控制，而很可能与上覆盖层中的断层伸展运动有关。这样的推测与前人根据几何特征得到的结论［1，12，13］恰好一致。

沧东断层和徐西断层孔一段沉积期强烈的伸展运动，造成孔店地区在东西方向上两侧低中间高的地貌特征，这就是孔一下亚段沉积期孔店凸起的雏形。

孔一段沉积期和东营组沉积期，沧东断层和徐西断层的相对强烈的伸展运动（图6）使断层附近形成沉降、沉积中心，大量沉积物聚集形成的沉积负载对断层下降盘基底产生一定的压力，并在正断层断面的影响下产生向盆地中央的侧向挤压力（图7），这样一个挤压力很可能是造成盆地中央凸起与其两侧盆地的高差增大的原因之一。而沙河街组沉积期和新近纪、第四纪孔南地区盆地相对较小的伸展量和拉张率导致相对较小的侧向挤压力（图6），为这2个阶段的沉降作用提供了有利条件。

因此，孔一段沉积期和东营组沉积期盆地的伸展作用是控制孔店凸起发生隆升作用的重要因素之一。

3.2 走滑运动对孔店凸起的控制作用

前人的研究普遍认为新生代渤海湾地区断层具有右行走滑的运动特征［5，7，9，14，15］。对黄骅拗陷新生代构造演化过程的研究表明，新生代控制盆地发育的应力场由孔店期和沙河街组第三段沉积时期的NNW－SSE向拉伸，演变为沙河街组第一段－东营组沉积时期的近SN向的拉伸作用，之后在明化镇组至第四系沉积时期盆地发生整体凹陷［11］。

图7 孔店凸起剖面形态特征及其动力机制分析Fig.7 The section morphological characteristics of the Kongdian salient and its motive－force mechanism analysis

根据地震剖面资料和钻井资料（表2），笔者编制了孔店凸起的平面形态图（图8）。通过对孔店凸起形态特征的分析我们发现，孔店凸起具有南窄北宽、南高北低的特征，可分为南北两段，并且南北段两侧的坡度也有差异，南段具有东陡西缓的特征，北段具有东缓西陡的特征（图8）。根据孔店凸起的这种形态特征，我们认为这是沧东断层和徐西断层的右行走滑运动对夹在这2条断层中间的孔店凸起产生一定挤压力造成的。沧东断层走滑运动产生的挤压力对较靠近断层的北段产生较大的挤压力，造成孔店凸起北段西坡较陡的构造特征；而徐西断层的走滑运动对其西侧的孔店凸起同样产生了一定的挤压力，而这个挤压力主要作用在南段（因为徐西断层并未延伸到孔店凸起的最北侧），并且这个力是通过北东方向的孔东断层和一些小断层的错动释放。其中孔东断层应该是释放挤压力的主要断层，并形成孔店凸起南段的东界，由此造成了孔店凸起南段东陡西缓的构造特征。

图8 孔店凸起平面形态特征及其动力机制分析Fig.8 The plane morphological characteristics of the Kongdian salient and its motive－force mechanism analysis

表2 孔店凸起及周边地区钻井数据Table 2 The drilling data on the Kongdian structural belt and its surrounding areas

此外，沧东断层在孔店凸起西侧总体呈铲状，很可能向下延伸到孔店凸起的底部，地震剖面和钻井资料已经揭示浅层的沧东断层在不同位置断层面的坡度及其形态特征具有差异性北陡南缓［6，9］（图2）。由此可以推断沧东断层在深部（孔店凸起底部）不同位置断层面的形态特征也具有差异性，极有可能延续浅层的断面特征，即在深部下盘具有南高北低的特征。由此，它在发生右旋走滑运动时，下盘就会对上盘（孔店凸起）产生一个上拱的力，这也很可能是造成孔店凸起形成的一个原因。

因此，结合上述分析的断层走向和断面特征，在孔店期的走滑作用将对孔店地区形成一定的挤压力，并导致孔一段沉积期孔店凸起的形成。

3.3 基底沉降对孔店凸起的控制作用

对研究区新生代基底沉降曲线和孔店凸起沉降曲线的对比分析发现，直到新近纪基底沉降曲线和孔店凸起沉降曲线才具有同步性（图6）。因此，新近纪以来，随着沧东断层和徐西断层逐渐停止活动，孔店凸起也停止隆升，与周边区域一样发生沉降作用。这一沉降过程主要受大区域的基底沉降作用控制，导致孔店凸起被馆陶组、明化镇组及平原组等地层覆盖，形成孔店古潜山构造带。

由上述3种控制因素的分析，我们初步认为孔店凸起是在沧东断层和徐西断层的伸展运动和走滑运动共同作用下形成的，并与主干断层（沧东断层）产状有一定关系，到新近纪基底沉降导致孔店凸起停止隆升，发生沉降作用。