王家岗—八面河地区潜山残留地层发育特征及控制因素

2018-12-06杨怀宇

吉林大学学报（地球科学版） 2018年6期

杨怀宇

1. 中国石化胜利油田分公司勘探开发研究院，山东东营 2570002. 中国石化胜利油田博士后流动工作站，山东东营 257000

0 引言

潜山最早被定义为凡是现今被不整合埋藏在较新的沉积层之下、由盆地基底岩层组成的山丘[1]。胡见义等[2]研究渤海湾盆地古潜山油气藏时指出，潜山油气藏系指以下第三系为烃源岩、以第三系不整合面以下的前第三系基岩为储层、具有多种圈闭类型的油气藏。东营凹陷油气资源非常丰富，目前已发现储量近29亿t，储量层系主要集中于中浅层沙河街组、孔店组等，深部层系中—古生界潜山探明储量3 742万t；特别是近期在高青潜山完钻的花古斜101井在上古生界致密石英砂岩中获得51 t/d的高产油流，显示出上古生界良好的勘探前景。因此，勘探程度较低的深部层系必将成为下步重要的勘探接替领域[3]。

王家岗-八面河地区位于东营凹陷南部斜坡带东翼，目前仅有20余口探井钻遇潜山表层的复杂岩性地层(平均进山150m)，潜山地层认识程度较低。国内针对济阳坳陷潜山的地层认识主要集中于中生界、下古生界及太古宇的地层岩相[4-7]、层序划分[8-10]及测井不整合识别方面[11]，针对研究区主要目的层——上古生界仅有部分野外岩相[12-13]、上石盒子储层特征等研究成果[14]；这些成果虽对研究区周缘的岩相类型具有一定认识，然而由于手段单一、横向跨度大造成可对比性一般。同时，研究区中—古生代时期遭受多期构造运动[15-16]，潜山地层剥蚀严重，钻探潜山钻井所揭示的复杂岩相组合证实了潜山地层划分的多解性和复杂性。针对低认识程度的潜山勘探，搞清残留地层展布及控制因素是各项研究的基础，同时也是进一步加强潜山地质结构与目的层构造格局认识的关键因素。因此，有必要针对研究区的潜山残留地层发育特征、展布模式及控制因素等方面展开系统研究。

1 地质背景

东营凹陷经历了印支期、燕山期变形和新生代的裂陷运动，盆地为呈东西走向的北断南超的箕状断陷。研究区王家岗-八面河地区位于东营凹陷的南部缓坡带东翼(图1)，该区发育的潜山沿石村、陈官庄、王家岗断裂带展布。这些北西向的断裂带受到多期构造运动的影响，造成断裂带周缘的潜山遭受多次抬升剥蚀及沉降沉积，以至于地层产状及断裂走向都发生复杂的构造变形，给研究区缓坡盆倾山系的残留地层分布认识带来复杂性。

由于研究区潜山地层残留不均，地层认识程度很低。早期勘探学者认为，古近系不整合以下大面积发育“中生界”[4, 10]，其典型岩相如具紫红色砂泥岩、火成岩以及少数薄层煤系地层等[13]；然而，这些岩相在邻近层系亦会发育，如古近系底部孔店组同样发育火成岩，上古生界石炭系亦发育薄煤层等(图2)。因此，研究区的残留地层时代归属与地层发育模式等难题亟待解决。近期，同处东营凹陷南坡的高青潜山勘探的新发现证实了勘探程度极低的上古生界具有较大勘探潜力和储量规模[2-3]，同时也极大地引发了潜山勘探热潮，积极地促进了王家岗—八面河潜山发育区的残留地层、地质结构及构造演化等一系列研究。

2 潜山残留地层发育特征及展布

2.1 残留地层时代重新厘定

王家岗—八面河地区多数完钻井零星钻遇中生界的不同层系，通过与鲁西隆起区野外岩石地层对比发现，中生界侏罗系坊子组-三台组发育多套砂泥岩旋回，以坊子组的暗色泥岩、炭质泥岩夹薄层红色砂岩和三台组的灰色、棕红色粉、细砂岩夹灰色泥岩等类型为代表；白垩系由下至上以凝灰质砂砾岩等逐渐增多为典型特征(图2)。东营凹陷南部的上古生界覆盖区地层岩性组合一直认识不清，通过调研《山东省区域地质志》[13]资料，结合博山、临淄等地区的野外踏勘发现，石炭系本溪组、太原组的标志层为不整合附近的铝土矿、大套泥岩中夹煤层、薄层“草埠沟”灰岩等。二叠系下部的山西组以砂泥岩旋回为主，局部夹薄煤层[17]；中上部的上石盒子组以大套长石石英砂岩、石英砂岩为典型特征(图2)。

1．构造带界线；2. 第三系超覆线；3. 第三系剥蚀线；4. 主要断层；5. 研究区范围；6. 钻井位置及井号；7. 地名。图1 东营凹陷构造单元简图Fig.1 Simplified structural map of the Dongying sag

虽然研究区潜山不同层系岩相组合具有一定典型性，但亦存在多解性。如潜山顶部火成岩归属问题(白垩系或孔店组)和煤层归属问题(侏罗系或石炭系)等，这些典型岩相的时代归属直接影响了潜山地层结构的认识。

2.1.1 火成岩归属

受传统认识定势思维，中生界白垩系中上部发育稳定的火山岩沉积，以厚层玄武岩、安山岩等典型喷出岩为特征[18-19]，此认识在很大程度上限制了王家岗南部潜山顶面附近火成岩的归属问题。如广饶潜山北部斜坡的王73井、草古3井等处沉积了厚80～110 m的喷出岩，该套火成岩一直被当作中生界白垩系，随之而来的矛盾是紧邻下部发育典型上古生界石英砂岩、煤层等碎屑岩相，且岩石颜色以浅灰色、灰色为主，未曾出现中生界红色碎屑岩沉积，另外古生界一般不发育火成岩沉积，以上地层沉积特征给火成岩的时代归属提出了新的质疑。与此同时，王73井区向北到王669-王古2井区潜山内幕发育明显剥蚀不整合界面，界面之上亦发育火成岩，如王669井(安山岩、凝灰岩，厚82 m)、王古2井(安山岩、凝灰岩，厚40 m)等处，符合中生界白垩系的岩相特征。笔者通过多条近南北向地震与地质剖面的对比发现，该套火成岩在广饶潜山斜坡往北的广大区域并不发育，主要位于王73井区以北与王古2井区以南之间区域(图3)。同时，潜山顶部不整合的地层削截现象十分明显，且顶部地层岩相为典型的大套石英砂岩；石英砂岩一般认为是上古生界上石盒子组的标志层，该处不整合面应为上古生界顶面(地震标志轴Tg)。通过合成记录标定潜山顶面位置，往南追踪不整合面时会存在分歧追踪现象；原因是王73井区的喷出以及溢流形成的火成岩在地震反射剖面上易形成穿时杂乱反射或短轴状反射，因此容易错误地将火成岩顶面当成中生界顶部的不整合面。从火成岩的下伏岩相来看，该区应该不发育中生界，因此这种追踪杂乱反射的顶面是不正确的(图4)。如果顺着火成岩的底部反射层进行追踪，那么火成岩顺其自然应归属到孔店组底部，这样就能解释王73紧邻火成岩下部的上古生界，该划分方案与地层岩相组合具有统一性，矛盾问题迎刃而解。

VSP. 自然电位；R25. 2.5 m底部梯度电阻率。图2 研究区中-古生界柱状图Fig.2 Column of Mesozoic-Paleozoic in the study area

2.1.2 古生物地层划分证据

以上关于潜山顶面附近的火成岩归属结论表明，该套火成岩应划分到孔店组底部而非中生界顶部地层，该认识可以进一步指导中生界展布研究。如果认为该套火成岩为孔店组而非中生界，这样基于王家岗南部大面积残留中生界的传统认识将予以驳回，中生界残留区可能位于王家岗中北部的洼槽区内；该认识在古生物方面也得到部分证据。例如：位于王家岗中部的王96井在地震反射剖面上潜山内幕存在不整合面(推测为Mz/Pz不整合)，位于内部不整合上部的井段在2 510～2 610 m深度的孢粉化石上发现三角孢属、桫椤孢属、三缝孢属等，该孢粉组合层位归属为侏罗系，因此证实了王96井区中生界只残留部分侏罗系底部坊子组，再往西南方向则中生界剥尽出露上古生界；王96井西南的王66井潜山顶面直接进入上古生界，并未钻遇中生界，在2 480～2 580 m深度段发现裸子植物花粉(26.1%～88.0%)占优势，蕨类孢子(12.0%～73.9%)次之，未见被子植物花粉，其层位归属为二叠系。综述来看，古生物证据与传统岩相组合及其火成岩归属等问题都统一起来，证实了王家岗地区潜山顶部的中生界仅在东北部发育，西南部潜山顶部主要以上古生界为主。

2.2 残留地层发育特征

基于以上地层重新厘定及地震层位标定、追踪的认识基础上，初步明确王家岗-八面河地区中—古生界残留地层发育特征。从南北向地震剖面及东西向地层剖面(图4、图5)来看，王家岗地区中生界具有距大断层下降盘近厚远薄的特征，表现为靠近北西向王古1断层下降盘厚、往西往南均变薄的特征。通过横切北西向的王古1断层、王古7断层地层剖面(图5)可见，中生界残留地层均具有下降盘厚、上升盘剥蚀殆尽的楔状结构；上古生界厚度具有与中生界相反的厚度特征。中生界厚度较大的区域一般上古生界较薄或剥蚀殆尽，相反中生界剥蚀殆尽区域上古生界厚度较大，形成了靠近断层下降盘的不整合造成上古生界剥成“薄底”或“凸底”的地质结构，因此上古生界具有距北西向大断层近薄远厚的沉积厚度；下古生界的地层相对来说较为稳定，仅在北西向断层附近由于早期挤压的动力学背景造成逆冲断层十分发育，逆冲断层形成的地层重复与加厚现象严重，而断层不发育区地层厚度则相对稳定。

2.3 残留地层展布

由以上残留地层分析可见，中生界主要残留于一系列北西向古生界潜山之间的山间盆地，且靠近大断层下降盘最厚，离断层越远厚度越薄。通过潜山残留地层分布(图6)可以看出，上古生界靠近断层附近剥蚀最为严重，这种特征明显表现在断层下降盘。由于下降盘上古生界的“薄底或凸底”接触关系，形成了距离下降盘最近为石炭系、远离断层逐渐变为二叠系的地层特征。同时，由于二叠系厚度较大，受剥蚀改造程度的范围最小，因此北西向断层之间二叠系展布范围最广。另外，早期的逆冲推覆造成断层上升盘上古生界剥蚀殆尽，如王古1井潜山顶部仅残留190 m石炭系，八面河的新角7井则直接出露奥陶系；这表明一系列北西向断层上升盘向东残留地层时代更老，由此推断八面河地区潜山逆冲推覆更为严重，造成上升盘地层剥蚀也更为严重(图6)。

3 地层结构控制因素

从现今潜山残留地层展布来看，潜山地层明显受到北西向老断层所控制[20-21]。王家岗—八面河地区的潜山带是经历了多期次挤压、拉张应力场相互叠加形成的复杂地质体，其初始发育于印支期，后经燕山期拉张裂陷，切割为断块并抬升定型，为典型的盆倾残丘潜山[16]。

图5 王家岗—八面河地区近东西向中—古生界残留地层剖面图Fig.5 Residual formation profile of Mesozoic-Paleozoic nearly east-westward in Wangjiagang-Bamianhe area

从构造-沉积演化史来看，整个东营凹陷在海西期整体下沉，石炭系--二叠系(C-P)为海陆交互相沉积，平行不整合覆盖于在奥陶系上；在印支--燕山运动早期，扬子板块与西伯利亚板块南北向碰撞，产生南北向挤压应力场，因而造成研究区普遍抬升，同时产生了“弓形”逆冲断层(图7a)，逆冲断层上盘下—中侏罗统(J1+2)以及石炭系--二叠系(C-P)遭受剥蚀，在构造高部位古生界有不同程度的剥蚀，形成“薄底型”或“凸底型”负反转的基础；燕山运动中晚期，由于西太平洋板块NNW向俯冲及郯庐断裂带左旋产生NE—SW向拉张应力场，早期逆断层负反转成拉张性质的正断层(如王古1断层、王古7断层)，该演化阶段形成“东断西超的断陷盆地”，控制上侏罗统--白垩系(J3+K)的半地堑式火山碎屑沉积，同时其断层上盘顺时针旋转掀斜，产状发生小幅变陡抬升，如王古1潜山周缘遭受剥蚀，上古生界仅残留底部石炭系(图7b)；喜山运动时期，西太平洋板块NNW向俯冲角度变为80°及郯庐断裂带右旋产生NW—SE向拉张应力场，大量北东向断层形成且活动性达到最大值，北西向断层部分停止活动，转换为多条走滑断层，造成王家岗中南部剧烈抬升，中—古生界遭受强烈剥蚀，形成现今分布特征。

图6 王家岗—八面河地区古生界残留地层展布Fig.6 Residual formation distribution of Paleozoic in Wangjiagang-Bamianhe area

a．印支挤压剥蚀期；b．燕山拉张裂陷期。图7 王家岗—八面河地区构造演化模式图Fig.7 Tectonic evolution mode in Wangjiagang-Bamianhe area

综前所述，研究区经历多期复杂构造运动造成残留地层分布不均。整体看来，海西--印支期挤压应力场形成的早期逆冲断层造成了C-P遭受剥蚀呈“薄底或凸底”地质结构(图7b)，形成了下降盘上古生界距大断层“近薄远厚”的特点；燕山--喜山期反转断层持续拉张作用造成后期拉张断层形成区域沉积中心，其拉张强度大小决定下降盘的沉积厚度，地层呈现距大断层“近厚远薄”的特点。