东濮凹陷马厂地区构造演化与油气聚集规律.pdf

石油天然气学报 江汉石油学院学报 2 0 1 0 年 1 2 月第 3 2 卷第 6 期 J o u r n a l o f Oi l a n d Ga s T e c h n o l o g y J ． J P I D e c ． 2 0 1 0 Vo 1 ． 3 2 N o ． 6 东濮 凹陷马厂 地 区构造演化 与油气聚 集规律 梁富J隶 中国 地质大学 北京能 源学院， 北京1 0 0 0 8 3 钱 荫 中 石油华北油田分公司第四采油厂， 河北廊坊0 6 5 6 0 0 阎耀成 ，郭 晓光 中 石油 华北油田分公司， 河北任丘0 6 2 5 5 2 [ 摘要] 在对东濮凹 陷马厂地 区的构造 剖面进 行平衡恢复 的基础 上，将 该 区的新 生代构造 发育 史划分 为 4 个 阶段 初始 断陷期、强烈断陷期、断 陷衰退 期和拗 陷沉 降期 。在 各个 构造 活动期 内，主干 断层 的活 动 特 点 各 有 差 异 。马 厂 地 区的 构造 演 化 与油 气 戍 成 青切 关 系。 马 厂 断 层 多 期 活 动 造 成 的 顶 部 地 垒 带 是 古 生界潜 山煤成 气藏的有利聚集 区。此外 ，在 马 求断层 系及 其反 向配套 断层组成 的马 东断 阶带和反 向屋 脊 带 中 ， 以沙 三段 巨 厚 暗 色 泥 岩 形 成 石 油 为 主 。 [ 关键词 ]平衡剖面；构造演化；东濮 凹陷；马厂地 区 油气聚集 [ 中图分 类号]TE l 2 2 ． 1 [ 文献标 识码]A [ 文章编号]1 0 0 0 9 7 5 2 2 0 1 0 0 6 0 1 9 5 一O 5 平衡 地质 剖面 是一 种被 地表 地质 、区域构 造 和构造 样 式严 格 限定 的剖 面 ，由于其 满 足 了众多合 理 的 限制条件 ，因而更 接 近于地 质 真实 ] 。平 衡剖 面理 论起 源 于对挤 压地 区的研 究 J ，后 来又应 用 到伸 展 地 区 j 。在伸 展地 区 中 ，平 衡剖 面能 有效 地预 测伸 张正 断层 的基底 滑脱 深度 、预 测岩 层 内部应 变及 亚分 辨 正断层 j ，而且 能直 观形 象地 反映 地质 构造 的演 化过 程 并验证 剖 面解 释 的合理 性 。 因此 ，国 内众 多学 者 应用平 衡 剖面理 论研 究 中 国的伸展 含 油气盆 地 [ 5 。] ，所采 取 的研 究手 段也 日趋 丰 富 。 ] 。 笔者根 据平 衡 剖面理 论 中层 长守 恒 和 面 积 守 恒 的 基本 原 理 ，利 用 回剥 法 逐 步 恢 复 盆 地 的 断层 及 地 层 ，据 此 制作东 濮 凹陷 马厂 地 区的构 造演 化剖 面 ，并讨 论构 造演 化 与油气 聚 集之 间 的关 系 。 1 地质概况 东 濮 凹 陷位 于渤 海 湾 盆 地 南 部 ，勘 探 面积 为 5 3 0 0 k m ，东 侧 以 兰 聊 断 层 与 鲁 西 隆起相 邻 ，南 面 以兰考一 封 丘 断 层 与开 封 坳 陷相邻 ，西侧 以 长垣石 家集六 塔 一 宋 庙 断 层 与 内黄 隆 起 相 邻 。东 濮 凹 陷隶 属 于 新 生 代 沉积 盆 地 ，沉 积 地 层 为 古 近 系 的 沙 河 街 组 和东 营组 、新 近系 的馆 陶 组 和 明化镇 组 ， 以及 第 四系 平原组 。 马厂 地 区 位 于 东 濮 凹 陷 南部 ，为 总 面 积 2 2 3 ． 3 k m 的 矩 形 区 域 见 图 1 。 由 于 前新 生界 基岩 顶 面 的埋 深 不 一 致 ，造 成 研 究区的新生代盆地基底西浅东深 ，因此新 生代地层有西薄东厚的特点 。 图1 东濮凹陷马厂地区位置图 [ 收稿 日期]2 0 1 00 3 2 7 [ 作者 简介]梁富康 1 9 8 2一 ，男 ， 2 0 0 5年大学毕业 ，博士生 ，现主要从事盆地构造及充填分析方面的研究工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石 油天 然气 学报 江 汉石 油学院学报 2 O 1 O年 1 2月 2 马厂 地区的断裂 系统 按 照 断 裂 的 分 布 特 点 和 主次 关 系 ，马 厂地 区 的断裂体系可分为 4个 ，分别是 马厂断裂带 、马 东断裂 带 、东 翼 断 裂带 和 三 春 集 断 裂 带 。断 裂 分 布主要 位 于 中 央 隆起 带 的顶 部 和东 翼 ，总体 走 向 以 N E和 NNE为 主 见 图 2 。 1 马厂 断裂 带 位 于研 究 区 的西 侧 ，走 向 以 NE为 主 。在 研究 区 巾 ，N W 倾 向 的马厂 断层 系 和 S E E倾 向的马 东 系 列 断层 围限 形 成 的 地 垒 断块 凸 起 ，构 成 了该 区 的 中 央隆 起 带 ，成 为油 气 勘 探 的 热点 区 。马厂 断 裂 带 以马 厂 断 层 及 其 次 级 的 帚 状 分 叉 断层 为 主 ，倾 角 较 陡 。 马 厂 断 层 总 体 为 NE 走 向 ，仅 在 南 部 为 NE E 走 向。 大 体 上 以 一 支 为 主 ，局 部地 区发 育 多个 分 支 。马 厂 断层 在 剖 面 上 表现 为下 陡 上缓 ，并 在 上 部 分 又 成 多 支 帚状 断 层 组 合 。马厂 断 层 是 该 区活 动 量 最 大 的断 层 ，马 厂 断 层造 成 的翘 倾 作 用 使 其 上 升 盘 明 显 地 发生 向东 倾 斜 。 2 马 东断裂 带 为 巾 央隆起 带 的东部 围限 断 层 。马东 断层共 发育 2 ～4支 ，主要 位 于研 究 区 的 西 南方 ，产状 较 马 厂 断层 缓 ，走 向 以 N E E 为 主 。 图 2 马厂 地区的断裂体 系与构造区划 据 沙 三 下 亚 段 底 面 构 造 图 一 系列 的马东 断层 组成 的断 阶使被 切 断 的地 层朝 东节 节下 掉 ，多支 被马 东断层 切 断 的断块 在剖 面上也 呈 现多米 诺式 排列 。马东 断层 的形成 与 中央 隆起带 上 的地层 发生 重力 滑动 有关 。 3 东翼断层带 是新提出并命名的断裂体系，在以往的研究中由于其发育的时间较早 ，在构造纲 要 图上反 映不 明 而被 研 究 人员 忽 略 。 东冀 断层 发 育 在 研 究 区 的 中部 及 南 部 ，走 向上 南 部 以 NE E为 主 ，北 部 以东 西 向为主 。东冀 断层 一共 发育 5支 ，其 平 面分布 样式 呈完 美 的左行 排列 ，说 明该 断层 系在 早期 的活 动 中存 在 右行 的走 滑分量 。东冀 断层 的形成 时 间较早 ，初 步形 成于 沙三 下亚段 沉 积期 ，沙 三 中 亚段 沉积期 活 动最 明显 ，以后活 动减 弱并被 后期 活动 的 马东断 层切 割 ，因此仅 在 下部 的构 造纲要 图 上有 清 晰的显 示 。 4 三春 集 断层 带形 成于研 究 区 的东南 角 ，仅 发 育 l 一 2支 断层 分 支 ，这 些 分支 在 根 部 汇合 ，剖 面 上形 成 “ 帚状 ” 的构造 样式 。走 向上 以 NE E为主 ，倾 向 Nw 方 向 。三春集 断层 带 的形 成 与其 东 侧 的兰 聊 断层强 烈活 动有 关 ，其 形成机 制可 能也 归 因于断 层 的重 力滑 动 见 图 2 。 3 构造演化特征 马 厂地 区 的断 裂构造 发育 丰富 ，新 老断裂 之 间有 复杂 的交切 关 系 。要 理清该 区的断 裂发 育序次 和 断 裂 之 间的交 切关 系 ，就需 要对该 区的断 裂构造 进行 年代 及形 成研 究 。现 以过马 厂地 区 中部 的构造发 育剖 面为例 ，探讨 马 厂地 区 的构造 演化 特点 。 3 ． 1 初 始 断陷期 沙 四段 沉 积时期 1 沙四 下亚段 沉积 期 马厂 断层 和马东 1 号 断层 形 成 ；马 东 断层 在 深 部 于下 古 生界 底 部 滑脱 ，其 上 盘形 成一 系列 西倾 的次 级配 套断 层 ；基底 中发育 的前 新生 代逆 断层 被 马东断层 切 断 。马厂 断层 和马东 断层 的组合 形成 一个 较高 的地 垒断块 。在兰聊 1 号 断层 东支 的强 烈活 动 影 响下 ，马 东 1号 断层 和 兰聊 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 2卷第 6期 梁富康等 东濮 凹陷马厂地 区构 造演化与油气聚集规律 图 3 马厂地 区的构造 演化 剖面 剖面位置见 图 2 号 断层 东支 之 间的共 同下 降盘 中形 成 了沙 四下亚 段地 层 的沉积 中心 。 2 沙四上 亚段 沉积 期 断层继 承 沙 四下亚 段沉 积 时期 的活动 特 点 缓慢 发 育 ，马厂 断层 和 马东 断层 的断距 有所 增大 。 3 ． 2强烈 断 陷期 沙三段 沉 积时期 1 沙三下亚段 沉积期 在兰聊 1 号断层东支的活动下 ，沉积地层东厚 西薄 ，在重力的作用下 ，地 层朝东侧滑动，形成马东 2号断层。马厂断层在该期活动减弱 。沙三下亚段沉积期的断层活动有 “ 东强 西 弱” 的特 点 “ 东 ”和 “ 西 ”指 断层 的倾 向 。 2 沙 三 中亚段 沉积期 构 造格 局 总体上 继 承前 期 的特 点 ，但 是 构造 活 动 的 强度 有 所 加 强 。 由于东 侧 的兰聊 断层 的强 烈活 动 ，兰聊 l 号 断层 于深 部 的西侧 再次 发 育另分 叉 断层 ，该 断层 和东侧 的兰聊 1 号 断层 一起 在前 部汇 合 ，形成 帚状 的兰 聊 1号断 层 系列 。新形 成 的马 东 3号断 层滑脱 与 上古 生界 内部 ，并 切 断 了马东 2号断 层上 部 的反倾 配套 断层 ，并 形成 ～批 新 的西倾 配套 断层 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油天然气学报 江汉石油学院学报 2 0 1 0年 1 2 月 3 沙三上 亚段 沉积 期 构 造格 局继 承前期 特 点发 育 。马 东 4号 断 层形 成 并 在新 生 界底 部滑 脱 ；马 厂断层 在整 个沙 三段 沉积 期均 缓慢 活动 。 3 ． 3断 陷衰退 期 沙二 段 ～沙一 段沉 积 时期 1 沙二段 沉积 期 马厂 断层 重新强 烈 活动 ，并切 断 4支 马 东断 层 。马厂 断层 浅 部 形成 多 支 马尾 状 分叉 断层 ，形 成 上 缓 下 陡 的 “ 座 椅 状 ” 构 造 组 合 样 式 。 东侧 形 成 三 春 集 断 层 ，与 其 反 向 断 层 组 合 成 “ Y”字 形构造 样 式 。由于 三春集 断层 的活 动致使 的地 层 弯 曲 ，导致 其下 降盘 形成 滚动 背斜 。 2 沙一段 沉积 期 断层 继承 性发育 ，并 叠加 到 前期 的 构造 上 ，整 体 的构 造 格 局趋 向复 杂 化 。沙 一 段地 层 主要 沉 积在东 侧 ，末期 遭受 到一 定程 度 的剥蚀作 用 ，尤其 在西 侧较 为 明显 。 3 ． 4拗 陷沉 降期 馆 陶组 ～明化 镇组 沉积 时期 马厂地 区的构造 运 动从裂 陷转 入整 体拗 陷 。由于 区域 整体沉 降作 用 ，发育 的断层 比较稀少 。先 期形 成 的断层停 止 活动 ，进 入蛰伏 期 。 综上 所述 ，马 厂地 区 的断裂体 系发 育有 以下 特点 ① 马厂 断层 有 间歇 活 动特点 ，总体呈 强一 弱一强 的发 育特 点 ；②马 东断 层有 分层 滑脱 的特征 ，为 典 型的薄 皮构造 ；③三 春集 断层形 成 于后期 沙二 段沉 积期 ，其 形成 机制 与 兰聊 断层 的强烈 活动 有关 。 马厂 地 区的构造 发 育特征 反 映 了东 濮 凹陷裂 谷盆 地构 造演化 在该 区的局 部体现 ，总体 的构 造演 化历 史 可 以划 分 为古 近纪裂 陷期 和新 近纪 拗陷 期两 大阶段 。古 近纪 裂 陷期是 盆地 的断 裂构 造活 动和沉 积物充 填 的主要 时期 ，又 可 以进一 步划 分为初 始 裂 陷期 沙 四段 沉 积时 期 、强 烈 裂 陷期 沙三 段 沉 积时 期 、 裂 陷减弱 期 沙二 段一 沙 一段沉 积 时期 。新 近纪 拗陷期 是坳 陷盆 地 的形成 时期 ，并沉 积 馆陶组 和 明化镇 组地 层 。 4 构造演化与油气聚集的关系 东濮 凹陷马 厂地 区 的构 造演 化格 局与 油气 聚集 有密切 关 系 。经 历 了 4期 的构 造演 化 阶段 后 ，现今 马 厂 地 区与油气 成 藏相关 的构 造组 合 可以分 为 3种类 型 马厂 断层 和马东 断层 夹持 的顶 部地 垒 、多支 马东 断层 问的 马东 断阶带 ，以及马 东 四号断层 上方 发育 的反 向屋 脊断块 区 由西 倾 次级配 套 断层与 东倾地 层 共 同组 成 L 1 。这 3种 构造 组合 的油气 成藏 特点 各有 差异 。 在 顶部 地 垒带 中 ，马厂断层 经 历 了多 期 的伸 展 构 造 运动 图 3 ，其 断 距产 生 的地 层错 动 ，使 下 降 盘 的古 近 系与上 、下 古生 界沟通 。鉴 于上 古 生 界 的生 烃 量 巨大 约 占整 个东 濮 凹陷 的 1 ／ 3 ，上古 生 界 的顶部 又经 历过 构造侵 蚀 ，使得 地 层 的孔 隙度 因构 造裂 缝 的影 响而增 加 。另外 ，在 上古 生界顶 部风化 壳 中 ，发育 了一段 厚度 较 大 、与古 近系不 整合 接触 的泥 岩 ，成 为 马厂断 块形 成 “ 古生 古储 ”潜 山油气 藏 的 有利 条件口 。油 源对 比的结 果 也表 明 马 厂地 区存 在 面积 较 大 、受 中 央隆 起 带构 造 条 件控 制 的上古 生 界煤 成气 藏勘 探潜力 区 “ ] 。因此 ，针对 马 厂顶 部 地 垒 凸起 的油 气 勘 探 方 向 ，应该 以古 生 界 的 潜 山气 藏为 主攻方 向 。 在 马东断 阶带 中，东倾 的马 东断层 与 东倾地 层互 相 匹配 ，起到 了油气 运移 通道 的作 用 。而在 马东 四 号 断层上 方发 育 的反 向屋脊 断块 区 则 相反 ，众 多西 倾 的次 级 小 断层 对 油 气 的 运移 提供 了遮 档 作用 。因 此 ，马东 断层 已经 形成 的东 营期 ，东 北方 葛 岗集 洼 陷沙 三段 巨厚 的 暗 色 泥岩 发 生 大 规模 的排 烃 和 运移 见图 1 n 。高点处的反向屋脊断块 内多套储层被油气充注 ，这些油层与反向屋脊断层一起被形象地成 为 “ 一 把刷 子” 成藏模 式 ，而 马 2 6 1 井 则是这 种 理论 的 实践 验证 L 1 。因 此 ，在 马厂 地 区 的马 东 断阶 带 和反 向屋脊带 中 ，勘 探 的方 向 应 该 以沙 三 段 以上 的油 为 主 ，而 不 同于 顶 部 地 垒 凸 起 上 的潜 山 气 藏 勘 探 】 6 _ 。 5 结 论 1 东濮 凹陷马 厂地 区 的新 生代 构造 运动 总共经 历过 4期 初 始断 陷期 、强 烈断 陷期 、断 陷衰退 期 、 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 2 卷第 6 期 梁富康等 东濮 凹陷马厂地区构造演化与油气聚集规律 拗 陷沉 降期 。 2 在 初始 裂 陷期 ，马厂 断层 开 始 形 成 雏 形 ， 而马 东 断 层 的 最 西支 也 开 始 形 成 。 而在 强 烈 断 陷 期 ， 多支 马东 断层形 成 ，并在 其东 侧形 成该 区的沉 积 中心 。 陔} 9 C 积 的沙 三段 巨厚 暗 色泥岩 成 为有利 的 油气 源岩 。而该 时期 的马厂 断层 反而蛰 伏不 活 动 。到 了断 陷 j 9 J ，马东 断层 系 已经定 型 ，马 厂断层 则重 新 活动 ，并切 断 了先期 形成 的 4支 马东 断层 。到 了拗 陷沉 降期 ，基 本上所 有 的断层 均 停止 活动 。 3 马 厂断 层长期 活 动造 成 的顶部 地垒 带是 古生 界 潜 山煤 成气 藏 的有利 聚集 区 ，而 在 马 东 断层 系 及 其 反 向配套 断层 组成 的马 东断 阶带 和反 向屋 脊带 中 ，石油 以沙 三段 巨厚 暗 色泥岩 排烃 运 聚为 主 。 [ 参考 文献 ] [ 1 ]任德华特 N B ．平衡地质剖面 [ M]．北京 中国地质大学出版社 ，1 9 8 9 ．1 2 3 ～1 6 3 ． [ 2 ]D a h l s t r o m C D A．B a l a n c e d c r o s s s e c t i o n s E J ]．C a n 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