徐春華，王亞琳

(1.中國石化 勝利油田分公司 油氣勘探管理中心，山東 東營 257015；2.中國石化 勝利油田分公司 勘探開發(fā)研究院，山東 東營 257001)

渤海灣盆地濟陽坳陷凹隆結(jié)構(gòu)類型及其對沉積的控制作用

徐春華1，王亞琳2

(1.中國石化 勝利油田分公司 油氣勘探管理中心，山東 東營 257015；2.中國石化 勝利油田分公司 勘探開發(fā)研究院，山東 東營 257001)

陡坡帶砂礫巖體油藏是斷陷盆地油氣勘探的主要類型之一。鉆井證實，渤海灣盆地濟陽坳陷近EW向斷層下降盤近源粗碎屑沉積物發(fā)育，而N(N)E向斷層下降盤近源沉積欠發(fā)育或不發(fā)育。針對這一特殊地質(zhì)現(xiàn)象，在凸起區(qū)剝蝕量恢復(fù)的基礎(chǔ)上，探討了凸起與凹(洼)陷的耦合關(guān)系，劃分出凸隆凹降型和凹降凸隆型2種關(guān)系類型；以現(xiàn)代沉積考察為依據(jù)，提出物源區(qū)面積、剝蝕厚度以及物源溝谷發(fā)育程度等是近源沉積物發(fā)育與否的主控因素；研究了EW向斷層和N(N)E向斷層下降盤的沉積特點，指出在古近紀(jì)SN向拉張應(yīng)力狀態(tài)下，EW向斷層屬于同沉積斷層，NNE向斷層以右旋走滑作用為主，運動學(xué)性質(zhì)和活動時間的不同是沉積差異性的主因。

斷層性質(zhì)；沉積差異性；沉積環(huán)境；凹隆結(jié)構(gòu)；濟陽坳陷；渤海灣盆地

1 問題提出

陸相斷陷盆地陡坡帶沉積以近物源、重力流為主要特征，表現(xiàn)為多期扇體在垂向上相互疊置、平面上疊合聯(lián)片；具有沉積厚度大、分布面積廣、優(yōu)先充注油氣的有利地質(zhì)條件，是油氣勘探的主要對象[1-3]。

渤海灣盆地濟陽坳陷內(nèi)分布著近EW走向的陳家莊凸起、廣饒凸起，NE走向的義和莊凸起、孤島凸起、青坨子凸起，NW走向的長堤—墾東潛山帶，以及整體呈NE走向并由青城、林樊家和濱縣等3個近EW向展布的凸起構(gòu)成的潛山帶[4]。它們分割了惠民、東營、沾化、車鎮(zhèn)等凹陷(圖1)。

根據(jù)地震及鉆井資料，濟陽坳陷不同方向控山斷層下降盤沉積物的發(fā)育規(guī)模明顯不同：近EW向斷層下降盤粗碎屑沉積物發(fā)育，在東營凹陷北帶、車鎮(zhèn)凹陷北帶、渤南洼陷北帶等均發(fā)現(xiàn)了與砂礫巖體有關(guān)的油氣田；而N(N)E向斷層下降盤粗碎屑沉積物不甚發(fā)育甚至不發(fā)育，如高青斷層下降盤GX98等多口探井、墾東斷層下降盤F25、F25(側(cè))等井僅在沙四段—沙三下亞段鉆遇薄層砂體，儲層的不發(fā)育導(dǎo)致油氣勘探的失利。造成這種差異沉積的原因是什么呢？

筆者在對大量地震和鉆井資料研究的基礎(chǔ)上，以現(xiàn)代盆山沉積考察為指導(dǎo)，以凸起剝蝕量恢復(fù)為切入點，認(rèn)為“凹隆結(jié)構(gòu)”類型差異和物源補給的不同是造成沉積差異性的主要地質(zhì)原因。

2 凹隆結(jié)構(gòu)類型及特征

凹(洼)陷中的沉積物完整地記錄了凹陷的演化過程；而凸起由于剝蝕作用的存在，導(dǎo)致地質(zhì)記錄的缺失。大量的地震資料顯示，研究區(qū)凸起與凹(洼)陷中沉積物間的接觸關(guān)系大體可以劃分為2類：第一類是以N(N)E向正斷層為主，對沉積控制作用不明顯，地層具有一定的上超現(xiàn)象，地震同相軸向凸起一側(cè)上拉現(xiàn)象明顯，控制沉積的凸起更像是后期隆升(圖2a)；第二類是近EW向正斷層，對沉積的控制作用明顯(圖2b)。

很顯然，不同方向、不同類型斷層對凹(洼)陷的形成、演化及沉積物具有明顯的控制作用。以相對突出凹陷或凸起對沉積的控制作用為標(biāo)準(zhǔn)，把凹隆結(jié)構(gòu)類型劃分為“凸隆凹降”型和“凹降凸隆”型2種。

2.1凸隆凹降型

凸隆凹降型是指在正斷層的控制下，凸起大幅度抬升，導(dǎo)致凹陷相對沉降，其特征是沉積中心緊臨下降盤斷層一側(cè)，自斷層向洼陷帶—緩坡帶地層逐漸減薄。具體表現(xiàn)為東西向斷層控制下的向北傾沒的凸起及凹(洼)陷，包括花溝斷層控制下的青城凸起與花溝洼陷(圖2b)、林南斷層控制下的林樊家凸起與里則鎮(zhèn)洼陷、義南斷層控制下的義和莊凸起與邵家洼陷等。以陳南斷裂帶控制下的陳家莊凸起及民豐洼陷為代表。

圖1 渤海灣盆地濟陽坳陷前古近紀(jì)基巖地形

圖2 渤海灣盆地濟陽坳陷穿過不同方向斷層的地震剖面

利用殘余地層厚度趨勢法恢復(fù)陳家莊凸起的剝蝕厚度為3 000～3 500 m，而斷層下降盤近斷層處古近系的沉積厚度約3 000～5 000 m，最厚處達(dá)到7 000 m。

由此可以看出，陳南斷層上升盤的剝蝕量與下降盤的沉降量均較大，表現(xiàn)為同沉積斷層的性質(zhì)，這是凸隆凹降型結(jié)構(gòu)關(guān)系的主要地質(zhì)特征。

2.2凹降凸隆型

凹降凸隆型是指凹(洼)陷大幅度沉降，導(dǎo)致凸起的相對隆升，其特征是沉積中心與控山斷層有一定的距離，自斷層向洼陷區(qū)地層厚度逐漸加大后再變薄。具體是指高青、義東、墾東等NNE向斷層控制下的凸起及洼陷，以高青斷層控制下的青城凸起及博興洼陷為代表。

根據(jù)青城凸起南北方向上地層殘余狀況，利用殘余地層厚度趨勢法對青城凸起原始地層分布進行了恢復(fù)：古近系孔店組原始沉積范圍向南擴大約3.5 km，隨著南部山體的持續(xù)隆升，沙四段—沙三段的沉積范圍向北部逐漸縮減。通過對HG1井區(qū)剝蝕厚度進行估算，其最大剝蝕量僅為600 m，殘余上白堊統(tǒng)“王氏”組(K2w)及以下地層。其東部高青斷層下降盤——博興洼陷GX98井區(qū)古近系的沉積厚度為3 500 m左右。

從青城凸起的剝蝕量和博興洼陷的沉降量來看，下降盤沉降量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過上升盤的剝蝕量。結(jié)合不同時期古地貌的恢復(fù)可以看出，洼陷的大幅沉降是導(dǎo)致凸起相對隆起的主因，這是凹降凸隆型結(jié)構(gòu)關(guān)系的主要地質(zhì)特征。

2.3結(jié)構(gòu)關(guān)系復(fù)合性

對于單一的凸起與凹(洼)陷的組合而言，可能受單一凹隆結(jié)構(gòu)類型的控制，比如陳家莊凸起與東營凹陷、廣饒凸起與牛頭鎮(zhèn)洼陷就是簡單的凸隆凹降型結(jié)構(gòu)關(guān)系。更多的凸起與凹(洼)陷是2種結(jié)構(gòu)關(guān)系同時存在，只是研究人員考慮問題的出發(fā)點和研究重點不同，可能提出的結(jié)構(gòu)關(guān)系類型不同。比如青城凸起、林樊家凸起、義和莊凸起、墾東凸起等，都同時具有2種結(jié)構(gòu)關(guān)系類型：從近EW向斷層出發(fā)，屬于凸隆凹降型；而從NNE向斷層出發(fā)，就是凹降凸隆型。

3 近源沉積物發(fā)育的主控因素

大別山區(qū)現(xiàn)代沉積考察發(fā)現(xiàn)，以EW向分水嶺為界，物源區(qū)主要向(近)垂直于分水嶺的方向提供物源，發(fā)育眾多的河流；而大別山東側(cè)被NE向郯廬斷裂切割后，自大別山區(qū)向東流入長江的河流極不發(fā)育。研究區(qū)內(nèi)的凸起均是臨近凹(洼)陷區(qū)的物源區(qū)，凸起普遍具有南高北低、向(東)北傾沒的特征；南部為陡坡帶，北部為緩坡帶；主要向南、北2個方向提供物源；凹(洼)陷區(qū)的近源沉積物總量受控于物源區(qū)剝蝕總量和物源溝谷的發(fā)育程度。剝蝕總量受流域面積和剝蝕厚度的控制；物源溝谷的數(shù)量和方向控制物源補給的總量和方向。物源溝谷包括斷槽、斷裂調(diào)節(jié)帶和下切河谷，它們在一定程度上均受前期或同期斷層發(fā)育規(guī)模與方向的控制[5]。因此，近源沉積物是否發(fā)育的主控因素可以歸納為物源區(qū)面積、剝蝕厚度、斷層發(fā)育等3個方面。

3.1物源區(qū)面積

物源區(qū)的面積對沉積物的總量有一定的控制作用。陳家莊凸起車西—羅西斷層以東區(qū)段總面積約180 km2，分水嶺明顯偏北(陳4—陳46—陳68一線)，約1/5的流域面積以緩坡帶的形式為其北側(cè)的渤南洼陷提供物源；4/5的流域面積以陡坡帶的形式向南為東營凹陷北帶提供物源(圖3)，這是陳南斷層下降盤近源沉積物發(fā)育的主要原因之一。

其他潛山也具有相似的物源供給特征(圖1)：墾東凸起具有西南高、東北低的特點，主要為北部的黃河口凹陷和東部的萊州灣凹陷的古近系提供物源，小部分向南部的青東凹陷提供物源；青城凸起面積330 km2，具有南高北低的特征，主要為凸起北坡及里則鎮(zhèn)洼陷提供物源，小部分地區(qū)向南部的花溝洼陷提供物源；廣饒凸起面積440 km2，主要以緩坡帶的形式為東營凹陷提供物源，南部向下降盤的牛頭鎮(zhèn)洼陷提供物源。

圖3 渤海灣盆地濟陽坳陷陳家莊凸起東段剝蝕新近系古地貌

3.2地層剝蝕厚度

剝蝕厚度是決定剝蝕總量的另一個因素。在流域面積相同的情況下，剝蝕厚度愈大，剝蝕總量越大，近源沉積物也就越多。

根據(jù)鉆井證實，陳家莊凸起中生界、上—下古生界全部剝蝕殆盡，太古界也遭受一定程度的剝蝕，剝蝕厚度達(dá)到3 000～3 500 m，物源區(qū)剝蝕厚度大是陳南斷層下降盤近源沉積物發(fā)育的第二個原因；而青城凸起中生界保存相對完整，其剝蝕量僅600 m，花溝斷層下降盤發(fā)育的砂礫巖體規(guī)模遠(yuǎn)不及陳南斷層下降盤；義和莊凸起東段剝蝕地層以上古生界為主，下古生界頂部遭受一定程度剝蝕，累計剝蝕厚度約1 200 m，義南斷層下降盤發(fā)育的砂礫巖體規(guī)模介于陳南斷層和花溝斷層下降盤之間。

3.3斷裂發(fā)育與方向

野外地質(zhì)考察發(fā)現(xiàn)，物源溝谷是剝蝕區(qū)物源外運的主要通道，沒有物源溝谷的大山只能在山下形成倒石錐。而物源溝谷往往是在斷層發(fā)育的基礎(chǔ)上形成的。物源溝谷存在則一定對應(yīng)發(fā)育有斷層，但發(fā)育斷層的部位不一定對應(yīng)物源溝谷。因此，研究地質(zhì)歷史時期的古物源溝谷，盡量尋找斷層發(fā)育帶是主要的方法。

濟陽坳陷主要發(fā)育NW、(N)NE、近EW向等3個方向的斷層[6]。NW、(N)NE斷層形成于中生代，它們與EW走向的凸起匹配，有可能成為各凸起南、北2個方向的主要物源溝谷；而近EW向斷層形成于古近紀(jì)[7-8]，與EW走向、向北傾沒的凸起平行，并與(N)NE向走滑斷層相交，只能向東或西提供少量物源，這一點與大別山東側(cè)被NE向郯廬斷裂切割的地區(qū)河流不甚發(fā)育的現(xiàn)象基本一致。

4 不同耦合類型與沉積作用

以EW向陳南斷層控制下的陳家莊凸起與東營凹陷北帶和以NNE向義東斷層控制下的義和莊凸起與四扣洼陷為例，介紹不同耦合類型的沉積演化特點。

4.1凸隆凹降型——EW向斷層控制

陳家莊凸起南部物源區(qū)發(fā)育眾多的NE、NW向前古近紀(jì)老斷層，這些老斷層在潛山形成后，斷裂破碎帶易于剝蝕，成為重要的物源溝谷，由西到東共發(fā)育10溝11梁，斷層下降盤發(fā)育了10個較大的扇體群[9-10]。

東營北帶砂礫巖體在時空上的展布，與基底斷裂活動的階段性與周期性是一致的(圖4)，主要表現(xiàn)在[11-12]：(1)在沙四段沉積期，盆地的沉降速度與沉積速度大致相當(dāng)。由于古地形高差大，物源補給充足，沿盆地邊緣發(fā)育了近源快速沉積的砂礫巖體，如近岸水下扇等。(2)在沙三段沉積早—中期，盆地的沉降速度大于沉積速度，成為欠補償盆地。沿陡坡帶發(fā)育了以重力流為主的各種湖底扇沉積。(3)在沙三段沉積末期—東營期，盆地的沉降速度小于沉積速度，物源供給充分，盆地處于過補償性沉積，湖盆逐漸被三角洲體系所占據(jù)；但凸起區(qū)提供的近源沉積扇體仍然成為陡坡帶的主要沉積類型。

4.2凹降凸隆型——NNE向斷層控制

根據(jù)鉆井資料，義和莊凸起東段斷槽內(nèi)殘余的最新地層為古近系孔店組—沙四段，據(jù)此推斷此時的義和莊凸起尚處于水下接受沉積。大量的鉆井資料證實，義東斷層下降盤、義南斷層下降盤以及凸起北坡東段沙四段上亞段大面積發(fā)育碳酸鹽巖，沿凸起南部—東部—北部呈半環(huán)帶狀分布(圖5)。據(jù)此推斷沙四段沉積時期，義和莊凸起為一個水下低隆起，水體整體較淺，凸起南部—東部—北部水體深度適宜于礁灰?guī)r及碳酸鹽巖的沉積。

圖4 渤海灣盆地濟陽坳陷過坨勝永斷層近南北向油藏剖面

圖5 渤海灣盆地濟陽坳陷義和莊凸起周緣沙四段上亞段沉積相平面圖

沙三段沉積早—中期，氣候變得潮濕多雨，湖內(nèi)水體迅速擴大、變深，形成以欠補償式沉積為主的沉積盆地。同期義東斷層活動加劇，使洼陷西側(cè)形成陡岸，而其他方向則與整個沾化凹陷的廣闊水域連成一體。凸起區(qū)共識別出3條EW向斷層，可能成為EW向的補給水道，在義東斷層下降盤形成近岸水下扇沉積[13]。

由于義和莊凸起上向東的流域面積小、物源通道少等原因，導(dǎo)致義東斷層下降盤難以形成較大規(guī)模的近源沉積體。

5 沉積差異性的成因探討

研究表明，這種沉積差異性是由于斷層的方向和性質(zhì)不同造成的，在相同的應(yīng)力場條件下，不同發(fā)育方向斷層的力學(xué)性質(zhì)存在較大的差異性。因此，需要從斷層的動力學(xué)研究入手，剖析不同斷層的運動學(xué)特征，進而解決沉積差異性的問題。

濟陽坳陷及區(qū)域資料研究成果表明，進入古近紀(jì)，研究區(qū)整體為近SN向拉張[14-15]，形成一系列的近EW向同沉積正斷層[16-17]。前人對研究區(qū)不同方向斷層活動時間的研究結(jié)果也證實，EW向斷層均形成于孔店組—沙四段沉積期，而活動高峰期出現(xiàn)在沙三段沉積期，此后活動強度逐漸減弱[17-18]，這一結(jié)論與區(qū)域應(yīng)力場相吻合。因此，EW向的同沉積斷層控制凹(洼)陷中近源沉積物發(fā)育。而NNE向斷層形成于燕山期，進入古近紀(jì)以后局部復(fù)活，在SN向區(qū)域拉張應(yīng)力作用下，NNE向斷層以斜向拉伸為主，形成以右行走滑作用為主的正斷層[19]。正是在這種統(tǒng)一應(yīng)力場背景下，不同走向斷層的運動學(xué)特征不同，成為沉積差異性的主要地質(zhì)原因。

為探討走滑正斷層控制下的“凹、凸”關(guān)系，采用地震層拉平技術(shù)進行古地形恢復(fù)，來驗證NNE向斷層的運動學(xué)特征，即以走滑為主亦或以正斷為主。層拉平技術(shù)是在層序地層學(xué)理論和物探新技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種古地貌恢復(fù)方法[20]。利用層拉平技術(shù)對過高斜98井的EW向地震剖面不同反射層進行了層拉平，恢復(fù)了不同時期的古地貌(圖6)。

圖6 渤海灣盆地濟陽坳陷過GX98井東西向不同時期層拉平地震剖面測線位置見圖1。

從層拉平剖面可以看出：(1)不同時期的沉積中心均遠(yuǎn)離斷層面一定距離，且具有繼承性；(2)每一時期自沉積中心向潛山方向，地層逐漸超覆變薄、甚至出現(xiàn)尖滅的現(xiàn)象。由此說明，NNE向斷層是以走滑作用為主、正斷作用為輔，對凸起的形成和洼陷中的近源沉積控制作用不明顯。

6 結(jié)論

(1)依據(jù)控山斷層對凸起和凹(洼)陷的控制作用，劃分出凸隆凹降型和凹降凸隆型2種結(jié)構(gòu)關(guān)系類型。

(2)以現(xiàn)代造山帶考察為依據(jù)，提出近源沉積發(fā)育的控制因素包括物源區(qū)面積、地層剝蝕厚度和物源溝谷發(fā)育程度等3個方面；其中，前兩者控制沉積物的數(shù)量，后者控制沉積物的有無。

(3)依據(jù)斷層性質(zhì)，探討了不同結(jié)構(gòu)類型對沉積的控制作用。凸隆凹降型受EW向斷層的控制，以陡岸的近物源、重力流沉積為特征，表現(xiàn)為多期扇體的垂向上相互疊置，平面上疊合聯(lián)片；凹降凸隆型受NNE向斷層控制，下降盤近源沉積物不發(fā)育或欠發(fā)育。

(4)在古近紀(jì)SN向拉張應(yīng)力作用下，EW向斷層表現(xiàn)為同沉積斷層；NNE向斷層以斜向拉伸為主，表現(xiàn)為右行走滑作用為主的正斷層。這種運動學(xué)特征的差異性，是造成沉積差異性的地質(zhì)原因。

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(編輯徐文明)

DepressionandapophysisstructuretypeanditscontrolsondepositionintheJiyangDepression,BohaiBayBasin

Xu Chunhua1, Wang Yalin2

(1.OilandGasExplorationManagementCenter,SINOPECShengliOilfield,Dongying,Shandong257015,China; 2.ResearchInstituteofPetroleumExplorationandProduction,SINOPECShengliOilfield,Dongying,Shandong257001,China)

Glutenite oil deposits in steep slope zone are major hydrocarbon exploration targets in rift basins. Drilling proves that near-source coarse debris sediments were well developed on the downthrown side of EW oriented faults. On the contrary, near-source sediments seldom or even did not develop on the downthrown side of N(N)E oriented faults. The article discussed the coupling relationship between bulge and depression, and came up with two kinds of coupling relationship which are the mountain-upheaval basin-sedimentary type and basin-sedimentary mountain-upheaval type, focusing on this special phenomenon and based on the recovery of the denudation quantity in the bulge area. Provenance area, erosion thickness and passageway development degree determined whether near-source sediments deposited or not based on the studies of the Dabie orogenic belt. The deposition characteristics of the downthrown side of the EW and N(N)E oriented faults were analyzed, indicating that the EW faults are syndepositional ones and the N(N)E faults are right-lateral strike-slip ones influenced by the SN extensive stress during Paleogene. The difference between kinematic properties and activity time is the main cause of sedimentation difference.

fault characteristics; sedimentation difference; sedimentation environment; depression and apophysis structure; Jiyang Depression; Bohai Bay Basin

1001-6112(2017)05-0587-06

10.11781/sysydz201705587

TE121.3

：A

2017-02-10；

：2017-08-07。

徐春華(1967—)，男，博士，高級工程師，從事油氣勘探綜合研究及管理工作。E-mail：xch0524@sohu.com。

國家重大科技專項(2016ZX05006-003)資助。