張丹丹，戴俊生，付曉龍，王珂

（1.中國(guó)石油大學(xué)（華東）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島266580；2.中國(guó)石油杭州地質(zhì)研究院，浙江 杭州310023）

0 引言

廊固凹陷是冀中坳陷3 大富油凹陷之一，為華北油田主要產(chǎn)油區(qū)。研究區(qū)發(fā)育有豐富多樣的油氣藏類型，其中構(gòu)造油氣藏占探明油藏總數(shù)的90%，可進(jìn)一步分為斷塊油氣藏、斷鼻油氣藏等［1］。

前人對(duì)該區(qū)斷層的研究，大多集中于大興斷層，對(duì)其幾何學(xué)、 運(yùn)動(dòng)學(xué)及其對(duì)油氣的控制作用等方面進(jìn)行了分析［2-3］。鄧婷婷等［4］對(duì)舊州斷層封閉性進(jìn)行了綜合分析，認(rèn)為北部地區(qū)封閉性好于南部。對(duì)于凹陷內(nèi)其他斷層，前人涉及較少。本文利用豐富的三維地震資料，通過繪制構(gòu)造演化剖面、求取斷層活動(dòng)速率、編制玫瑰花圖等，對(duì)研究區(qū)古近紀(jì)斷層演化規(guī)律進(jìn)行了分析，有利于后期的油氣勘探。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

廊固凹陷是渤海灣盆地冀中坳陷西北部的一個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元，是一個(gè)古近紀(jì)斷陷湖盆。該凹陷西鄰大興凸起，東南部與霸縣凹陷相接，東以河西務(wù)主斷層與武清凹陷相鄰（見圖1）［3，5-6］。

該凹陷中發(fā)育的古近系地層由老到新依次為：孔店組（Ek），沙四下、中、上亞段（Es4下，Es4中，Es4上），沙三下、中、上亞段（Es3下，Es3中，Es3上），沙二段（Es2），沙一段（Es1），東營(yíng)組（Ed）。

廊固凹陷主要構(gòu)造為斷裂構(gòu)造，斷層數(shù)量多，斷裂規(guī)模差距大，斷裂系統(tǒng)復(fù)雜。主要發(fā)育有北東向與北西向2 組斷裂，以北東走向斷裂為主。綜合斷層延伸距離、活動(dòng)強(qiáng)度、活動(dòng)時(shí)期等因素，認(rèn)為研究區(qū)發(fā)育的主要斷層有14 條。

除桐柏鎮(zhèn)斷層走向?yàn)楸蔽魑魍猓溆鄶鄬幼呦蚓鶠楸睎|向。斷層平面組合類型包括平行式、雁列式與斜交式等，剖面組合類型有階梯狀斷層、 地塹與地壘、“Y”字形斷層等。其中“Y”字形斷層組合以多級(jí)“Y”字形為主。

圖1 廊固凹陷構(gòu)造及主要斷層位置

2 構(gòu)造演化剖面分析

平衡剖面（又稱構(gòu)造演化剖面）技術(shù)是分析斷層形成和演化的有效方法之一，其技術(shù)與理論日益豐富與完善［7-9］。本文采用旋轉(zhuǎn)法編制構(gòu)造演化剖面，就是以剖面中視相當(dāng)點(diǎn)歸位和層面長(zhǎng)度守衡為核心的作圖方法，具有精度高、作圖速度快、可操作性強(qiáng)等特點(diǎn)［10］。

本次研究中，在廊固凹陷選取了8 條與主要構(gòu)造走向垂直的剖面編制成構(gòu)造演化剖面，由南西到北東，主測(cè)線依次為1216，1344，1536，1856，2112，2304，2624，2816。以主測(cè)線1856（見圖1）構(gòu)造演化剖面（見圖2，3）為例，分析凹陷中斷層的演化。

2.1 斷層演化分析

孔店組沉積時(shí)，地層平緩，斷層多分布在剖面的東南部，大興斷層、劉其營(yíng)斷層與半截河斷層已經(jīng)形成并開始活動(dòng)。沙四早中期，新生斷層仍多分布在剖面東南部，除早期形成的主要斷層在該時(shí)期繼續(xù)活動(dòng)外，別古莊西斷層與安29 井?dāng)鄬釉谏乘闹衅陂_始形成并活動(dòng)。沙四晚期新生斷層較少，剖面東南部隆起明顯。沙三早期，地層起伏明顯增大，新生斷層數(shù)量增多，且多分布在剖面的中部偏東地區(qū)，早期形成的安29 井?dāng)鄬?、半截河斷層等繼續(xù)活動(dòng)。沙三中期，楊稅務(wù)斷層、中岔口斷層與舊州斷層開始活動(dòng)，新生斷層數(shù)量略有增加且主要分布在剖面的西北部，劉其營(yíng)斷層在該時(shí)期停止活動(dòng)（見圖2）。

圖2 廊固凹陷主測(cè)線1856 構(gòu)造演化剖面（Ek—Es3中）

沙三晚期，王居斷層開始形成，別古莊西斷層與安29 井?dāng)鄬右呀?jīng)停止活動(dòng)，其余主要斷層仍在繼續(xù)活動(dòng)。該時(shí)期發(fā)育大量小規(guī)模斷層，主要分布在剖面西北部。沙二段沉積地層僅在剖面中部地區(qū)分布，琥珀?duì)I斷層在該時(shí)期開始形成；沙一段地層分布范圍小于沙二段，該時(shí)期新生少量小規(guī)模斷層（見圖2）；東營(yíng)組地層僅在凹陷北部部分地區(qū)分布，形成斷層較少（見圖3）。

2.2 定量指標(biāo)——伸展速率

在構(gòu)造演化剖面上，可計(jì)算得到伸展量、伸展率、伸展系數(shù)、 伸展速率等參數(shù)，用于表征構(gòu)造活動(dòng)的強(qiáng)弱。其中伸展量I 為剖面上基底伸展的總量［11］，伸展速率v 是伸展量與時(shí)間的比值［12］。廊固凹陷各地質(zhì)時(shí)期沉積時(shí)間不同，選取參數(shù)v，更能反映不同時(shí)期構(gòu)造活動(dòng)的強(qiáng)弱。

圖4為廊固凹陷構(gòu)造演化剖面古近紀(jì)各時(shí)期伸展速率折線記錄?？梢钥闯觯鳁l剖面在不同時(shí)期伸展速率變化趨勢(shì)基本一致：孔店期和沙二—東營(yíng)期，伸展速率值較小，多低于0.2 km/Ma，構(gòu)造活動(dòng)較弱；沙四早期—沙四中期和沙三早期—沙三晚期，伸展速率明顯增大，構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈；與沙四中期相比，沙四晚期伸展速率急劇下降，構(gòu)造活動(dòng)減弱。

圖3 廊固凹陷主測(cè)線1856 構(gòu)造演化剖面（Es3上—Ed）

整體上，廊固凹陷古近紀(jì)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)弱交替，以沙四晚期為界，形成2 個(gè)弱—強(qiáng)—弱的旋回。

圖4 廊固凹陷構(gòu)造演化剖面古近紀(jì)各時(shí)期伸展速率

3 斷層演化規(guī)律

3.1 斷層發(fā)育序列

3.1.1 主要斷層

根據(jù)構(gòu)造演化剖面、斷層活動(dòng)特征、斷層切斷的層位等方面的研究，認(rèn)為該區(qū)主要斷層的發(fā)育序列為：大興斷層、桐柏鎮(zhèn)斷層、半截河斷層與劉其營(yíng)斷層在孔店期已經(jīng)開始活動(dòng)，其中大興斷層為研究區(qū)的控凹斷層，其形成時(shí)期最早；別古莊西斷層與安29 井?dāng)鄬釉谏乘闹衅谛纬?，?6 井?dāng)鄬釉谏乘耐砥谛纬?；沙三中期是主要斷層的重要形成時(shí)期，中岔口斷層、 中岔口北斷層、楊稅務(wù)斷層、舊州斷層均形成于該時(shí)期；王居斷層在不同位置形成時(shí)期不同，其主體在沙三中期形成，南段較小部分在沙三晚期形成；琥珀?duì)I斷層形成時(shí)期較晚，約在沙二期形成并開始活動(dòng)。對(duì)于河西務(wù)斷層，由于缺乏其上盤地震資料，無(wú)法分析其形成時(shí)期，在本文中不作討論。

根據(jù)主要斷層發(fā)育序列可知，除大興斷層和桐柏鎮(zhèn)斷層以外，凹陷內(nèi)部早期形成的斷層主要分布在凹陷的東南部，而且由南向北，斷層形成時(shí)期逐漸變晚（見圖1）。

3.1.2 次級(jí)斷層

除主要斷層以外，凹陷內(nèi)發(fā)育眾多的次級(jí)斷層，次級(jí)斷層規(guī)模小、活動(dòng)短暫?？椎辍乘钠谛纬傻拇渭?jí)斷層較少，且主要分布在凹陷的南部地區(qū)；沙三早期—晚期是次級(jí)斷層的主要形成時(shí)期，形成的斷層數(shù)量最多，平面上斷層在凹陷全區(qū)均有分布，但在南部地區(qū)分布較多；沙二—東營(yíng)期，整體上形成的次級(jí)斷層較少，在凹陷中北部地區(qū)分布較多（見表1）。次級(jí)斷層由南到北形成時(shí)期越來(lái)越晚，與主要斷層分布基本一致，說(shuō)明次級(jí)斷層發(fā)育受主要斷層影響。

表1 廊固凹陷古近紀(jì)各期新生斷層條數(shù)統(tǒng)計(jì)

3.2 斷層走向演化規(guī)律

廊固凹陷古近紀(jì)各時(shí)期形成的斷層數(shù)量存在較大差異，其走向也存在一定的演化規(guī)律。通過分析各時(shí)期斷層走向玫瑰花圖可知，孔店—東營(yíng)期，斷層走向均以北東方向?yàn)橹鳎嬖陧槙r(shí)針的旋轉(zhuǎn)。以孔店期、沙四中期、 沙三中期與沙一期為例，其斷層走向集中在NE45°，NE50°，NE55°，NE58°。

該區(qū)發(fā)育的斷層主要為正斷層，與斷層走向垂直的方向?yàn)閰^(qū)域拉張應(yīng)力方向，由古近紀(jì)早期到晚期，應(yīng)力方向由NW315°—SE135°順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為NW328°—SE148°（見圖5）。這與研究區(qū)在古近紀(jì)處于右行扭張構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)［13］，且以NW—SE 向拉張應(yīng)力為主的特征基本一致。

3.3 斷層活動(dòng)規(guī)律

生長(zhǎng)斷層活動(dòng)強(qiáng)度的定量研究方法較多［14-16］，根據(jù)本地區(qū)斷層活動(dòng)的實(shí)際情況，本文選用斷層活動(dòng)速率法。斷層活動(dòng)速率，是指某一地層單元在一定時(shí)期內(nèi)，因斷裂活動(dòng)形成的落差與相應(yīng)沉積時(shí)間的比值［16］。根據(jù)斷層活動(dòng)速率大小，將研究區(qū)斷層活動(dòng)強(qiáng)度劃分為4 個(gè)等級(jí)：強(qiáng)烈（大于800 m/Ma）、較強(qiáng)烈（400～800 m/Ma）、中等（100～400 m/Ma）、較弱（小于100 m/Ma）。

3.3.1 同一時(shí)期不同斷層活動(dòng)特征

廊固凹陷同一時(shí)期活動(dòng)的斷層，其活動(dòng)性存在很大差異。以沙四中期為例，邊界大興斷層南段生長(zhǎng)速率均大于1 000 m/Ma，活動(dòng)強(qiáng)烈；而安29 井?dāng)鄬优c半截河斷層生長(zhǎng)速率均小于100 m/Ma，活動(dòng)較弱；別古莊西斷層活動(dòng)速率在100～200 m/Ma，活動(dòng)中等（見表2）。這說(shuō)明邊界斷層活動(dòng)較強(qiáng)，凹陷內(nèi)部斷層活動(dòng)較弱。研究證明，古近紀(jì)其他各時(shí)期的斷層活動(dòng)均具有這種特征。

圖5 廊固凹陷不同時(shí)期斷層走向分析玫瑰花

表2 廊固凹陷沙四中期斷層活動(dòng)速率

3.3.2 不同時(shí)期斷層整體活動(dòng)特征

本文統(tǒng)計(jì)了研究區(qū)古近紀(jì)各時(shí)期不同活動(dòng)強(qiáng)度等級(jí)的斷層數(shù)量。其中工區(qū)西部邊界斷層——大興斷層，活動(dòng)具有明顯的分段性，可分為南段、中段與北段，統(tǒng)計(jì)時(shí)將大興斷層視為3 條主要斷層。

孔店期活動(dòng)的斷層較少且活動(dòng)均較弱，表明斷層整體活動(dòng)弱；沙四早中期活動(dòng)的斷層增多，活動(dòng)弱的斷層減少，中等以上活動(dòng)強(qiáng)度的斷層數(shù)量增加；沙四晚期斷層的活動(dòng)以弱為主，活動(dòng)速率大部分小于20 m/Ma，與沙四早、中期相比，沙四晚期斷層整體活動(dòng)減弱；沙三早期活動(dòng)的斷層較多，斷層活動(dòng)中等或弱，活動(dòng)弱的斷層其速率多為20～90 m/Ma；沙三中期活動(dòng)的斷層數(shù)量多且在平面上延伸距離較長(zhǎng)，活動(dòng)強(qiáng)度以中等為主；沙三晚期活動(dòng)的斷層有11 條，其中規(guī)模較大的主要斷層有7 條，斷層活動(dòng)中等或弱；沙二—東營(yíng)期，活動(dòng)的斷層逐漸減少，斷層規(guī)模較小，活動(dòng)較弱（見表3）。

表3 廊固凹陷古近紀(jì)各期活動(dòng)斷層條數(shù)統(tǒng)計(jì)

通過分析可知，斷層在各時(shí)期整體活動(dòng)強(qiáng)弱與構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)弱交替的特征基本一致：孔店期，斷層整體活動(dòng)較弱；沙四早期—沙四中期，斷裂活動(dòng)增強(qiáng)；沙四晚期，整體活動(dòng)減弱，但比孔店期稍強(qiáng)；沙三早期—沙三晚期，整體活動(dòng)一直較強(qiáng)，沙三中期活動(dòng)最強(qiáng)烈；沙二期—東營(yíng)期，斷層整體活動(dòng)較弱。

4 結(jié)論

1）廊固凹陷邊界大興斷層形成時(shí)間最早，凹陷內(nèi)部斷層由南向北，形成時(shí)期逐漸變晚，次級(jí)斷層發(fā)育受主要斷層影響。斷層走向均以北東方向?yàn)橹鳎瑥目椎昶诘綎|營(yíng)期，斷層走向發(fā)生順時(shí)針的旋轉(zhuǎn)。

2）斷層活動(dòng)規(guī)律：同一時(shí)期，邊界斷層活動(dòng)強(qiáng)烈，凹陷內(nèi)部斷層活動(dòng)較弱；不同時(shí)期斷層整體活動(dòng)規(guī)律表現(xiàn)為孔店期、 沙二—東營(yíng)期斷層活動(dòng)較弱，沙四早期—沙四中期、 沙三早期—沙三晚期斷層整體活動(dòng)較強(qiáng)，沙四晚期與相鄰時(shí)期相比斷層整體活動(dòng)減弱。

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