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川东北长兴期—须家河期构造—沉积演化

钟怡江  
【摘要】:川东北地区作为四川盆地天然气资源量最为丰富的地区,在长兴期—须家河期的海相—海陆过渡相—陆相的地层中取得了天然气勘探的重要突破,展示了川东北地区良好的油气勘探潜力。川东北地区作为中上扬子北部边界,在长兴期—须家河期构造-沉积演化过程中,盆地性质发生了巨大变化,沉积物质聚集与分布规律具有很大差异性。随着勘探和研究的进展,国内外研究者和油田勘探部门都意识到在构造旋回演化过程中沉积格局和沉积相带的展布规律特征和川东北地区与周缘构造带的盆-山转换过程分析,能为下一步的油气勘探进展的起到指导作用。本文在“构造控制沉积,沉积反应构造”的思想为指导,运用沉积学、层序地层学、地球物理学、构造地质学等理论和技术方法,较系统的研究板块动力作用及周缘构造演化背景下川东北地区长兴期—须家河期盆地形成演化及其沉积响应,从而揭示盆地演化过程中的物质聚集与分布规律,主要内容和成果如下: (1)分析古特提斯洋及扬子北缘的勉略有限洋盆的演化过程,认为晚二叠世长兴期—晚三叠世须家河期扬子北缘为古特提斯主洋盆在板块汇聚背景下洋壳消减—消失过程中扬子陆块北部的勉略洋经历扩张与俯冲消减并存至碰撞造山阶段的板块构造背景。川东北地区经历了长兴期—雷口坡期拉张向挤压构造背景转变过程中充填碳酸盐岩物质为主的克拉通盆地及克拉通边缘裂陷盆地和须家河期挤压构造背景下充填陆相碎屑物质为主的类前陆盆地的演化过程。 (2)对野外剖面和盆内钻井进行了系统的地层划分和对比,在此基础上识别出了8种层序界面类型,厘定了川东北地区长兴组—须家河组的层序地层格架,将其划分为4个构造层序和9个三级层序,并进行了层序对比,结合碳酸盐岩和陆源碎屑岩层序发育的不同特征,分不同盆地类型分析了层序的控制因素。 (3)通过野外露头、岩芯、测井、地震资料分析,识别出了3大沉积体系组,包括海洋沉积体系组、海陆过渡沉积体系组和大陆沉积体系组,其中海洋沉积体系组识别出碳酸盐岩台地沉积体系、台盆沉积体系、海岸沉积体系和陆棚沉积体系,海陆过渡沉积体系组识别出海相三角洲沉积体系,大陆沉积体系组识别出冲积扇沉积体系、湖泊三角洲沉积体系和湖泊沉积体系,并进一步分析了各自发育的沉积相及沉积亚相特征。建立了不同时期海相、海陆过渡相和陆相的沉积模式,探讨了沉积模式演化过程。 (4)以三级层序或体系域为编图单元,系统编制了川东北地区长兴期—须家河期的层序岩相古地理图,深入分析不同层序或体系域沉积时期的古地理特征及差异性,认为PSQ1~PSQ2沉积时期(长兴期)以发育台-盆相间沉积格局为主要特征,台地边缘生物礁沿台盆控制的台地边缘展布。TSQ1~TSQ2沉积时期(飞仙关期)经历了填平补齐,均一化为碳酸盐岩台地的沉积环境演化过程。TSQ3~TSQ4沉积时期(嘉陵江期)为局限—蒸发台地沉积环境,局部地区见高能滩沉积。TSQ5~TSQ6沉积时期(雷口坡期)环境更为局限,以发育局限台地和蒸发台地为主,此时东南部江南雪峰古陆的隆起并向研究区提供物源,使得东部和南部转化为混积陆棚和潮坪—泻湖沉积环境。TSQ9~TSQ11沉积时期(须一期—须三期)为海陆过渡沉积阶段,以发育海相三角洲为主要特征。TSQ12~TSQ14沉积时期(须四期—须六期)全面进入陆相沉积阶段,北部物源供给加强,南部黔中古陆也向研究区提供物源,发育冲积扇—扇三角洲—辫状河三角洲—浅湖沉积体系。 (5)系统分析和阐明在不同盆地类型中内外动力地质作用条件控制下,不同构造阶段中,不同层序体系域充填的物质类型差异、物质量特征反应的层序结构特征,认为:克拉通盆地内部及边缘稳定碳酸盐岩台地中台盆分异格局内层序充填特征主要是构造运动和海平面升降等影响下“碳酸盐工厂”在不同相带的生产效率制约着他们的层序充填结构特征的分异。前陆盆地陆缘碎屑层序充填特征主要是构造挠曲沉降产生的可容纳空间和沉积物供给之间的博弈关系,制约着不同构造演化时期不同构造部位的层序充填结构。 (6)以板块构造背景及区域构造演化分析为基础,探讨了川东北地区长兴期—须家河期的构造-沉积演化动力学机制,分析了构造-沉积演化过程,认为长兴期—飞仙关早期在南秦岭洋拉张背景下,特别是晚二叠世开裂最盛时期再加上“地裂运动”的共同作用,发育深入台地内部的深水台盆沉积。飞一至飞三期拉张活动减弱,经历了填平补齐,飞四期均一化为碳酸盐岩台地的演化过程。嘉陵江期拉张活动进一步减弱并趋于停止,研究区为稳定的局限—蒸发台地相的碳酸盐岩沉积环境。中三叠世扬子板块和华北板块开始由东向西以“剪刀式”碰撞方式拼合及陆-陆碰撞,研究区进入“印支运动”演化阶段。中三叠世雷口坡期扬子板块整体抬升,东南部江南雪峰古隆起已经再次露出水面,并向川东地区提供物源,使得研究区出现西部为局限台地及蒸发台地沉积东侧为有障壁海岸至陆棚沉积的沉积环境分异特征,海水开始退出上扬子地台,从此大规模海侵基本结束。中、晚三叠世之交,在南部的印支板块强烈向北挤压和东南部的华夏地块的强烈北西向挤压的共同作用下,研究区以江南雪峰和开江—泸州隆起为隆升中心的隆升成陆,雷口坡组和巴东组遭受不同程度的剥蚀,发育广泛的大气淡水喀斯特现象,通南巴—元坝地区呈现出东北部和北部岩溶高地向南西部岩溶斜坡逐渐过渡的古地貌特征。岩溶旋回发育的期次特征揭示研究区至少经过2~3期构造抬升从而引起基准面下降。川东北地区在龙门山冲断带远程效应和米仓山—大巴山逆冲推覆导致上地壳载荷作用双重影响下,产生缓慢沉降形成川东北类前陆盆地,接受须家河组的沉积。“须下盆”成盆期(须一期—须三期)研究区仍然部分与西部广海联通,以发育由南西向北东渐进式上超的海相辫状河三角洲和海湾相砂泥岩为主。印支运动第三幕(安县运动)使得研究区隆升至地表并遭受风化剥蚀。“须上盆”成盆期(须四期—须六期)由于西部龙门山已全面抬升,研究区整体进入陆相沉积阶段,发育自北东向西南下超和快速充填的冲积扇—扇三角洲—辫状河三角洲—浅湖沉积体系。


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