济阳拗陷青东凹陷反转构造及其控藏作用

石砥石, 张　聪, 杨贵丽, 张　盛, 刘晓林, 许晓凤

(1.中国地质调查局 油气资源调查中心，北京 100029；

2.中国石化胜利油田分公司 地质科学研究院，山东东营 257015； 3. 成都理工大学沉 积地质研究院，成都 610059)



济阳拗陷青东凹陷反转构造及其控藏作用

石砥石1, 张聪1, 杨贵丽2,3, 张盛2, 刘晓林2, 许晓凤2

(1.中国地质调查局 油气资源调查中心，北京 100029；

2.中国石化胜利油田分公司 地质科学研究院，山东东营 257015； 3. 成都理工大学沉 积地质研究院，成都 610059)

[摘要]探讨渤海湾盆地青东凹陷反转构造特征、成因及其对油气成藏的控制作用。通过对区域构造应力场调查、三维地震构造解释、构造组合样式分析、油气藏特征研究，表明反转构造是基底断裂古近纪伸展断陷期张扭性活动和古近纪末反转期压扭性活动叠加的结果，并控制形成了多种类型圈闭。基底断裂沟通了烃源岩，其古近纪末反转与烃源岩大量排烃期一致，成为油气运移的重要通道。

[关键词]青东凹陷;反转构造;基底断裂;控藏作用

反转构造是构造应力状态发生变化，致使断裂带活动方式发生变化而形成的一类重要构造现象，包括正反转和负反转构造2种基本类型。中外对反转构造进行的大量深入研究[1-6]表明，其形成与演化不仅受区域应力体制转变的控制，还与盆地先存基底构造和断陷期形成的构造形态有关。由于其独特的构造发育过程和特有的油气聚集条件，在油气勘探中受到高度重视。大量油气勘探实践已证实，正反转构造的石油地质条件优于负反转构造。

渤海湾盆地是中国东部十分重要的新生代断陷盆地。其南部济阳拗陷东侧的青东凹陷近年来油气勘探不断取得突破，其中发现了众多与反转构造有关的含油气构造带。这些反转构造多表现为构造高带，是油气聚集的有利场所。但是，由于其地质结构的复杂性，目前人们对其构造特征、形成时间和形成机制尚不十分清楚，特别是对该类构造的油气成藏机理研究程度较低。由于对这些基本地质条件认识不足，一定程度上影响了该地区的油气勘探进展。本文在对该地区新生代构造演化规律的研究基础上，揭示这类反转构造形成演化过程，并对其油气成藏条件进行深入分析，对于认识渤海湾盆地相似的构造现象及下一步的勘探都具有重要的意义。

1地质概况

青东凹陷是济阳拗陷东侧发育的一个新生代盆地，其盆地结构特征与渤海湾盆地其他凹陷类似，表现为由伸展性正断层控制形成的古近纪断陷沉积以及其上新近系—第四系披覆式拗陷沉积。剖面上青东凹陷表现为“东断西超，南北双断”的构造格局，具有典型的伸展型断陷盆地特点。盆地东部边界为北北东向郯庐断裂带西支断层在渤海的延伸段，平面上由4条左阶式雁列式断层组成，与潍北凸起相邻。其西南部通过多条北西—北西西走向、呈帚状排列的青东4断阶带与东营凹陷的青南洼陷相隔。该凹陷北部为垦东凸起，而西部过渡为青坨子凸起。盆地内部表现为受北西—北西西向和近东西向断层分隔并相间排列的隆起和洼陷，其中主要正向构造单元包括垦利20-1构造带、垦利20-3构造带、青东12构造带、青东30构造带和青东11构造带等(图1)。这些构造单元多表现为反转构造特征，其中的一些钻井获得高产油气流，显示其具有良好的油气勘探潜力。

图1　青东凹陷构造单元划分Fig.1　Tectonic units of the Qingdong sag

据钻井与一系列地震剖面揭示，青东凹陷内新生界自下而上发育古近系孔店组、沙河街组、东营组及新近系馆陶组、明化镇组和第四系平原组。其中沙四段下亚段和沙四段上亚段之间(T7)、古近系和新近系之间(T1)为区域性不整合面，从而形成了3个构造层，即孔店—沙四段下亚段下构造层、沙四段上亚段—东营组中构造层和新近系上构造层[7]。目前研究区主要勘探目的层为沙河街组，沙四段和沙三段广泛发育的湖相暗色泥岩为研究区主要的烃源岩层。

2反转构造特征及成因

2.1反转构造几何学特征

青东凹陷内部多处发育反转构造，在凹陷中表现为隆起的构造高带，也称之为凹中隆构造。其中较为典型的反转构造包括垦利20-1构造、垦利20-3构造、青东30构造、青东12构造和青东11构造带(图2)。研究区的反转构造在剖面和平面上具有十分相似的几何学特征(图1，图2)，均存在1条切穿中生界基底的主干深断裂。剖面上，主断裂与次级断裂皆为正断层，共同组合形成向下收敛、合并的似负花状构造特征，表明基底断裂存在张扭性活动；构造带内的基底主干断层呈陡立或犁形，古近系均遭受不同程度的变形而成背形状。在背形构造内部断裂发育，地震反射杂乱，其中古近系和新近系之间为角度不整合接触。平面上，主干基底断层均为北西—北西西向或北北东向展布的较大型断层，多条断层组合形成右阶雁列式构造或与次级小断层斜交成“入”字形构造。这些构造带剖面上的断层组合特征以及平面上断层组合和派生构造均显示其北西—北西西向和北北东向的基底断层在古近纪为张扭性活动的特点，而背形构造的出现又指示后期发生压扭性活动的叠加。

2.2反转构造成因分析

在渤海湾新生代盆地中普遍发育背形负花状构造。对于其成因，前人存在着不同的认识。一些学者认为它们是正断层活动而形成的牵引构造[8,9]，也有学者认为其形成可能是断层张扭性和压扭性活动复合的结果[10-13]。笔者认为这类现象的形成与研究区新生代构造演化和基底构造发育密切相关，其形成是基底断层在古近纪盆地断陷期张扭性活动和古近纪末期反转阶段压扭性活动叠加的结果，并在新近纪稳定成型，属于正反转构造(图3)。

图2　青东凹陷反转构造剖面特征Fig.2　Profile characteristics of the inversion structures in the Qingdong sag(剖面线位置见图1，Tr为新生界底面)

图3　青东凹陷反转构造形成模式Fig.3　Formation modes of the inversion structures in the Qingdong sag

目前青东凹陷共发育北西—北西西向、东西向和北北东向3组断裂系统。其中北西—北西西向和北北东向断层多切穿中生界基底，常分布在下构造层中。而中构造层发育大量近东西向正断层[7,14-16]。前人研究表明[17-24]，济阳拗陷发育大量北西—北西西向基底断层，它们应起源于中生代印支期华北板块与华南板块碰撞过程的前陆变形。而以郯庐断裂带为代表的北北东向断裂系统则源自于晚侏罗世太平洋区大洋板块(Izanagi板块)发生斜向俯冲过程中形成的左行平移断裂系统[25-29]。因此，青东凹陷北西—北西西向和北北东向两组断层属于基底断层(图4-D)。古近纪断陷盆地发育期，这两组基底断裂复活并控制了早期的沉积格局，在随后的断陷活动中逐渐消失或停止活动；而中构造层大量发育的近东西向正断层为古近纪期间新生断层(图4-A、B、C)。

青东凹陷以发育伸展型构造为主，其古近系发育大量近东西向正断层指示古近纪断陷盆地发育期应是近南北向的伸展应力状态。近年来关于研究区所处的渤海湾盆地和华北克拉通东部的应力场研究也表明[30,31]，古近纪该区域表现为南北向的区域伸展应力状态。正是在此应力作用下，先存基底断层由于其较低的强度，首先复活并控制了早期的沉积格局。由于这些基底断裂走向与区域伸展应力方向不垂直，一方面由于处于不利的拉伸方位其活动会减弱或停止，另一方面则会发生斜向伸展活动，即北西—北西西向基底断层和北北东向的郯庐断裂带分别发生具有左行和右行平移分量的张扭性活动。其中以郯庐断裂带为代表的北北东向基底断裂在电法及地震剖面上都显示为一条完整的、切割较深的大型平直断裂，而青东凹陷西界上的郯庐断裂带是不连续的右阶雁列状(图4)。这实际上是深部郯庐基底断裂在右行张扭性活动下于浅部派生新生的雁列状断裂，剖面上则出现了负花状构造现象(图2-C)。北西—北西西向断层则表现为左行张扭性活动，平面上派生左阶雁列式断层，剖面上亦出现了负花状构造现象(图2-A、B、D、E)。

古近纪末，由于受西太平洋板块俯冲和印度板块碰撞挤出作用的影响，整个渤海湾地区应力状态由伸展转变为近东西方向的挤压[32-36]，造成了区域性的盆地反转。早期较大型的正断层会发生上冲或压扭性的活动，并伴生褶皱现象。青东凹陷反转构造带内古近系均发生褶皱而成为背形，并被新近系角度不整合覆盖，说明其背形形成于古近纪末反转阶段。这些反转构造均发育在强度较低的大型断裂上，构造带内断层在剖面上均表现为正断层现象，表明这期区域性的挤压活动在青东凹陷表现得并不强烈，反转上冲分量小于伸展期正断分量，并未将伸展期似负花状构造完全改造。新近纪时由于岩石圈热沉降作用，整个渤海湾盆地进入拗陷阶段，青东凹陷内部构造活动趋于平静，古近纪末形成的反转构造基本稳定。

根据本次的详细研究，认为青东凹陷内的复合型花状构造是两期构造演化叠加的结果，其形成过程经历了古近纪伸展期的似负花状构造形成阶段和古近纪末反转期背形构造形成阶段(图3)。古近纪断陷期，一些基底断裂在南北向应力作用下以斜向拉张的形式复活，在其张扭性活动过程中形成了似负花状构造。古近纪末期，应力性质由南北向拉张转变为北东东—南西西向挤压。在区域挤压应力作用下，一方面早期形成的负花状构造带内一些大型基底断裂会发生压扭性的平移活动，另一方面岩层受压上拱弯曲造成了古近系的背形构造，在挤压抬升过程中地层会遭受剥蚀，地层受压封闭性增强。由于此次反转上冲活动主要利用先存较大型断裂再活动，断裂的反转上冲活动分量小于伸展期的正断分量，因此剖面上基本上未出现上冲断裂现象，断裂仍保留了正断层现象，结果就出现了似负花状构造和反转期背形构造叠加的现象。总之这期反转构造作用远低于伸展构造作用，因此保留了早期伸展型的构造形态，但背形是挤压反转的直接结果。

图4　青东凹陷新生代反射层构造图Fig.4　The Paleogene reflection structure maps of the Qingdong sag(A)馆陶组上段底面；(B)沙三下亚段底面；(C)沙四上亚段底面；(D)孔店组底面

3反转构造控藏作用分析

在目前青东凹陷发现的各类圈闭中，反转构造带内的圈闭中油气成藏条件最为有利。已进行勘探的垦利20-1、垦利20-3、青东12、青东30和青东11等构造带均有商业性油气发现。总结这些反转构造与油气成藏的关系，其对油气成藏的控制作用主要表现在4个方面。

3.1反转构造早期断陷活动控制烃源岩分布

青东凹陷构造高部位的钻探资料表明，沙四段上亚段、沙三段下亚段及中亚段的暗色泥岩十分发育，约占地层厚度的80%(表1)。对垦利20-1构造带3口钻井烃源岩样品的有机碳含量、生烃潜量及岩石热解等数据分析表明[37，38]，沙四段和沙三段为好—非常好的烃源岩。例如位于青东12构造带的青东12井的地球化学分析表明，其沉积有机质既有低等水生物来源，也有陆源高等植物，有机质丰度以沙四段和沙三段最好，干酪跟类型以Ⅰ型和Ⅱ1型为主，少量Ⅱ2型和Ⅲ型，总有机碳含量(TOC的质量分数：wTOC)一般为>1.5%，生烃潜量(S1+S2的质量分数)最高可达22.84‰。而孔店组—沙四段下亚段为一套未证实的烃源岩层系，少量钻井的地化数据显示其烃源岩wTOC平均仅为1.06%，生烃潜量平均为2.24‰，生油潜力较小。

表1　青东12井暗色泥岩厚度统计

由于反转构造带基底断裂早期强烈的断陷活动，导致烃源岩埋深较大，控制形成了巨厚的生烃洼陷。沙四段、沙三段下亚段和中亚段的烃源岩已进入低熟—成熟期，达到了研究区的生烃门限(埋深为2.2km)，具有较强的生烃能力[37]。对比分析青东凹陷反转构造高带内的烃源岩发育特征发现，其主力烃源岩为沙四段、沙三段下亚段和中亚段，均具有有机质丰度高、类型好和生烃能力强的特点(表2)。

3.2断裂沟通油源使反转构造带成为有利油气运聚区

反转构造带的大型断裂多为凹陷内次级构造单元的边界断裂，具有强烈的同沉积活动特征。研究区烃源岩的规模、展布、有机质类型及其热演化程度与这些大型断裂的活动规律存在密切关系。在早期斜向伸展过程中，这些大型基底断裂发生强烈的垂向断陷活动，控制了生油洼陷的形成，为反转构造带提供了充足的油气来源。古近纪末期，由于基底断裂的压扭性活动，形成反转构造高带，同时由于反转构造往往位于2个生油洼陷的结合部位而具有双源供烃的优势[38]。新近纪拗陷阶段，这些大型断裂由于规模大、强度低，仍表现为强烈的构造活动。在烃源岩成熟排烃期，这些断裂表现为开启的相对低势区，成为油气向构造高带更低势的圈闭的运移通道。垦利20-1构造带的油气主要来源于凹陷北部深洼带的沙四段和沙三段烃源岩，油气主要通过北侧的油源断层与构造高带接触，侧向、垂直运移至反转构造高带(图5)[39,40]。

3.3反转构造影响储盖组合条件

储层和盖层的发育程度决定了油气藏的分布。青东凹陷在古近纪沉积时的物源供应充足，各时期不同类型砂体相互叠置，储层非常发育。主要的储层为沙四段和沙三段，主要沉积类型为扇三角洲前缘和河口滩坝沉积。反转构造高带的基底主断裂多构成沉积相带之间的分界，断裂对沉积起着控制作用，早期断裂活动形成的地形陡坡带地貌控制了沉积体系的发育。古近纪早期水体变深，在陡坡带上部主要发育滨浅湖的砂质滩坝沉积，下部发育深湖相泥质沉积；晚期构造带抬升，水体变浅，沉积物供应充足，发育辫状河三角洲沉积体系。由于反转构造带埋藏浅、构造活动较强等原因导致构造带内地层成岩作用弱，砂岩物性较好，孔隙类型以原生孔隙为主。储盖方式为三角洲前缘砂体、河口坝和湖湘泥岩相互叠置沉积，泥岩既是烃源岩又是盖层，形成了良好的生储盖组合[40]。

总之，由于反转构造带内大型断裂形成的时间早、切割较深，且平面上延伸距离长，既有利于沟通深部油气向断裂邻近的构造高带运移，也利于沟通深凹带油气向斜坡带运移。

表2　青东凹陷反转构造带烃源岩有机质丰度评价

3.4反转构造形成多种类型有效圈闭

青东凹陷反转构造带是基底断裂长期构造活动的产物，在其构造演化过程中形成了多种类型的圈闭(图6)。早期由于基底断裂张扭性活动使构造带复杂而破碎，切割形成了大小不一的断块、断鼻型圈闭。由于构造带下部为古潜山凸起构造，在基底断裂及其派生断层活动过程中会形成断块-潜山型圈闭或潜山块状圈闭。古近纪末期构造带发生反转，并遭受挤压抬升，基底断裂压扭性活动，形成了一系列压扭性圈闭。同时由于构造带的抬升，在构造斜坡部位可能形成地层超覆和岩性圈闭。古近纪末期构造反转期之后，盆地进入拗陷阶段，并形成了区域性角度不整合面(T1)，在不整合面之下形成了披覆背斜和不整合遮挡型圈闭。

图5　青东凹陷油气运移方向示意图Fig.5　Sketch map showing the migration directions of the oil and gas in the Qingdong sag

图6　青东凹陷反转构造带成藏模式Fig.6　Hydrocarbon accumulation models in the inversion structural belt of the Qingdong sag

地化分析结果表明，在现今埋深约为2.2 km的烃源岩开始成熟排烃。盆地模拟结果显示，凹陷有机质成熟期为沙一段—东营组沉积时期，大量排烃期为馆陶组沉积晚期—明化镇组沉积时期，而反转构造带内圈闭在大量生排烃期之前就已形成[41]。虽然在古近纪末期挤压抬升阶段构造带会遭受一定的剥蚀、破坏，但新近纪拗陷阶段研究区构造活动较弱，总体上古近纪形成的圈闭保存较好，形成了大量有效的圈闭。这也是青东凹陷内反转构造带能够大量油气聚集成藏的关键。

4结 论

青东凹陷反转构造带是分隔洼陷之间的构造高带，在平面和剖面上具有十分相似的几何学特征。其形成是由于大型基底断裂古近纪伸展断陷期张扭性活动和古近纪末反转期压扭性活动叠加的结果，分别经历了早期似负花状构造形成阶段和晚期挤压背形构造形成阶段。目前勘探证实，研究区反转构造高带控制烃源岩分布，影响储盖组合，为油气成藏提供了十分有利的条件。反转构造高带内大型基底断裂表现为长期的继承性活动，一方面沟通油源，成为油气从旁侧深洼区向构造高带内运移的通道；另一方面由于其强烈活动而控制形成了多种类型圈闭，为晚期油气聚集成藏提供了必要条件。

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[第一作者] 田仁飞(1983-)，男，博士，副教授，研究方向：石油地球物理勘探, E-mail:tianrenfei08@cdut.cn。

Inversion structures and their oil accumulation-controlling in

Qingdong sag, Jiyang Depression, Shandong, China

SHI Di-shi1, ZHANG Cong1, YANG Gui-li2,3,

ZHANG Sheng2, LIU Xiao-lin2, XU Xiao-feng2

1.Oil&GasSurvey,ChinaGeologySurvey,Beijing100029,China;

2.GeoscienceResearchInstituteofShengliOilfieldCompany,SINOPEC,Dongying257015,China;

3.InstituteofSedimentaryGeology,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu610059,China

Abstract:The paper discusses the inversion structural characteristics, the genesis and the control on the oil and gas accumulation of the Qingdong sag in Bohai Bay Basin. Through the survey of the regional structure stress field, the interpretation of seismotectonics, the analysis of the structural patterns and the research of the oil and gas reservoir characteristics, it is found that the inversion structure is the result of the tension-torsion movement of the basement faults at the extension fault-depression stage of Paleocene and the compression-torsion movement at the inversion stage at the end of Paleocene, and hence controls and forms different types of traps. As the Paleocene inversion movement of the basement faults connected with the hydrocarbon source rocks is consistent with the massive hydrocarbon expulsion period, the basement faults are the main paths of the oil and gas migration.

Key words:Qingdong sag; inversion structure; basement fault; oil accumulation-controlling

[基金项目]国家自然科学基金资助项目(41304080, 41274128)。

[收稿日期]2014-06-12。

[文章编号]1671-9727(2015)06-0683-09

DOI:10.3969/j.issn.1671-9727.2015.06.06

[文献标志码][分类号] TE122.321 A