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渤海湾盆地南堡凹陷构造—沉积分析

张翠梅  
【摘要】: 断陷盆地同沉积构造的发育活动和配置样式控制着构造古地貌、沉积过程和沉积相展布等,随着三维地震资料的广泛应用,精细的构造-沉积分析成为了近年来沉积盆地分析研究的热点问题。本文在对大量实际资料进行综合研究分析的基础上,以南堡凹陷的构造发育史、沉积充填史和层序地层格架等研究为基础,选取老爷庙、高柳和蛤坨三个地区解剖同沉积构造样式、形成机制和发育演化,并重点探讨了同沉积构造对沉积物入口、沉积物输送路径、沉积相展布控制以及这些沉积作用在不同构造演化阶段的响应,即分析构造活动对同时期沉积过程的控制和构造演化控制的沉积演化。结合烃源岩和储层展布,预测有利圈闭类型,建立构造—沉积—成藏模式。该研究丰富了中国东部陆相断陷盆地构造—沉积分析理论,同时对南堡凹陷三个典型地区的油气勘探具有一定的指导意义。论文研究取得的主要认识如下: 1.厘定了老爷庙地区构造性质,并分析其成因机制 根据背斜枢纽与西南庄边界断层的垂直关系,将老爷庙背斜划分为横向背斜,其顶部叠加了走滑断裂,构造主体为断背斜。通过绘制西南庄断层断面等值线图发现,老爷庙段断面上凸,断层倾角最小,剖面上断层在该段底部发生弯曲导致顶部地层挠曲褶皱,厘定了老爷庙横向背斜是由西南庄断层线偏移而形成的横向褶皱,横向背斜的两翼厚,中间薄,为同沉积褶皱,从沙二段沉积时开始发育,到馆陶组活动停止;南堡凹陷受郯庐断裂和张家口—蓬莱走滑断裂的影响,中新世以来NE和NW走滑断裂特别发育,老爷庙地区走滑断裂从区域上属于北堡西—老爷庙NE走滑断裂体系的组成部分,Nm—Q沉积时期形成。 2.分析了老爷庙横向背斜对沉积物入口、输送路径和沉积相展布的控制 含砾率高值区通常被用来指示古河道的位置。老爷庙地区含砾率统计发现,含砾率最大值位于横向背斜和边界断层交汇处的M40和M36井附近,且顺横向背斜轴向上含砾率值逐渐降低,向两侧向斜含砾率陡降,说明了横向背斜和边界断层交汇控制了水系入口,古河道沿横向背斜轴部展布,横向背斜轴部提供了输砂路径,水系入盆后沿此路径“长距离”输送进入深凹;识别出了同沉积横向背斜的上坡折和下坡折,上坡折位于横向背斜转折端附近,下坡折位于两翼拐点之下。通过井震对比进行沉积相划分,发现扇三角洲平原发育于上坡折间的背斜转折端,扇三角洲前缘发育在翼部上坡折和下坡折之间,浊积扇发育于翼部下坡折和背斜前部倾伏端下坡折之下,说明了横向背斜坡拆控制了沉积相带的展布。古地貌恢复和沉积相平面图显示老爷庙扇三角洲呈舌状展布,长轴平行于背斜枢纽,翼部的沉积相相带分布窄,相变快,背斜轴向上相变缓,向盆内延伸范围广。 3.建立了老爷庙构造—沉积—成藏模式 结合横向背斜的沉积相展布和前人对该区储层物性的刻画,提出老爷庙地区有利储层扇三角洲前缘的水下分流河道和河口坝主体分布于庙南的横向背斜转折端。走滑断裂切割横向背斜形成的背斜圈闭、断块、断层圈闭,构成了该区最有利的圈闭—构造圈闭。综合构造性质解剖、构造—沉积控制和成藏条件分析,提出老爷庙构造—沉积—成藏模式:背斜控制沉积储层分布,走滑断裂提供油气运移通道,背斜叠加走滑断裂控制了有利含油气圈闭的发育。 4.刻画了高柳地区的构造样式;并解剖边界断层的“跷跷板”式活动、演化特征 高柳地区受西南庄、柏各庄边界断层和高柳断层限制,保存和记录了Es时期的构造变形,是研究南堡凹陷边界断层特征和成盆机制的“构造金三角形”。重力等值线和水平切片上,西南庄和柏各庄断层没有切割关系,认为西南庄和柏各庄实际为一条断层,即西-柏断层带。该区二级断裂不发育,南部发育“卷心菜”构造、柳赞逆牵引背斜。断层铲状、断层活动性统计、剖面解释和地层厚度统计特征均显示了西-柏断层的西段和柏段构造的差异性。柏各庄断层走向NW,总体倾角大,产状陡,Es1和Ed3时期活动强烈,控制沉积中心位于拾场东次凹的;西南庄断层走向NE,形态呈铲状至板状变化较大,Es3和Es2时期活动强烈,控制沉积中心位于拾场西次凹。据此提出了西-柏断层“跷跷板”式活动模式:Es3和Es2时期西南庄断层活动强烈,柏各庄断层活动微弱,尤其在Es31亚段—Es2沉积时期,西南庄断层强烈活动导致柏各庄下降盘掀斜抬升,遭受剥蚀;Es1界面之上,柏各庄断层活动强烈,,并导致西南庄下降盘的掀斜抬升。总体上,高柳地区的南部表现为斜坡带,北部的沉降中心和掀斜抬升剥蚀交替变化。 5.进一步完善了高柳地区的物源体系,划分出陡坡型和缓坡型沉积物堆积样式,并建立了西-柏断层“跷跷板”式活动的沉积响应模式 根据录井、测井和地震反射结构,识别出位于G11井附近新的物源区—高西南物源,该物源主要控制和影响了Es1界面之下的西南缓坡带的沉积。将沉积物堆积划分出缓坡型和陡坡型两种堆积样式。前者主要分布在断层掀斜控制的缓坡带,水系长距离推进,流域范围广,沉积相展布面积大;后者主要分布在边界断层陡坡带,沉积物快速堆积卸载,沉积相分布窄。结合沉积物堆积样式,进一步将“跷跷板”活动划分出4个阶段,建立了各活动阶段的沉积响应模式:①早期双断阶段,西-柏断层下降盘均表现为陡坡带近距离卸载堆积;②中期西段陡坡和柏段缓坡阶段,沉积物由柏段缓坡带长距离搬运、大面积分布,西段陡坡快速近距离堆积;③晚期西段缓坡和柏段陡坡阶段,西段沉积物长距离输送进入湖盆深凹,柏段陡坡垂向加积显著;④末期双缓阶段,双向沉积物供给充足,湖盆被大面积充填。 6.建立了西-柏断层“跷跷板”活动的控藏模式 跷跷板活动晚期引起了早期地层产状的变化,对先期形成的圈闭加以改造并形成新的圈闭。Es1开始沉积前,在柏段缓坡区,发育地层不整合遮挡圈闭、河道砂岩岩性圈闭和扇三角洲前缘砂体前积反方向上形成的砂后上倾尖灭圈闭,在西段洼陷带,发育断层—岩性圈闭和河道砂岩岩性圈闭。Ed沉积后或Ng沉积前,高柳地区结构发生变化,形成柏段陡坡,西段缓坡,使得早期地层或储层产状发生变化,先存圈闭类型被部分改造,如Es1不整合面遮挡形成的不整合圈闭,晚期随西段翘倾,部分转变为砂岩上倾尖灭圈闭;早期柏段缓坡带的扇三角洲前缘砂后上倾尖灭圈闭,晚期沉降旋转,形成砂前上倾尖灭圈闭等。此外,在新沉积的地层内部也发育了大量与缓坡和陡坡背景相关的圈闭。高柳地区南部受缓坡背景控制,早晚期发育了河道砂岩岩性圈闭、砂岩上倾尖灭圈闭、地层超覆圈闭和地层不整合遮挡圈闭。 7.识别了蛤坨地区主要同沉积断裂样式和组合,确定了蛤坨地区的古构造格架 识别出蛤坨地区主要同沉积断裂—蛤北断裂、蛤坨帚状断裂系统和柏各庄断裂,它们共同限定了蛤坨潜山披覆背斜构造。蛤北断裂新生界开始活动,明显控制了Es3和Es2地层沉积,之后继承性活动,但活动微弱;蛤坨帚状断裂系统主断层在始新世时期开始活动,控制了曹妃甸次凹的形成,渐新世中期开始出现帚状断裂系统的雏形,呈SE收敛、NW撒开的弧形,是左旋张扭应力的产物。蛤坨地区早晚期均表现为“两凹夹一隆”构造格局,但控制性断层不同:Es1界面之下,蛤北断层和柏各庄断层控制柳南次凹沉积,蛤坨断层控制曹妃甸次凹沉积;界面之下,蛤北断层活动微弱,高柳断层开始活动,和柏各庄一起控制柳南次凹的沉积,蛤坨帚状断裂系统控制了曹妃甸次凹的沉积。 8.在物源体系判断基础上,分析了蛤坨地区柏各庄断层活动性与沉积物叠加样式之间的关系,提出了蛤坨帚状断裂带的“切帚状断裂走向的输砂模式” 根据断层活动性控制的构造沉降速率和沉积物供给速率之间的关系,进一步划分出6种陡坡型沉积物堆积样式:仰进积型、俯进积型、近进积型、远进积型、加积型和上超型,其中前4种是有上升盘物源供给的情况,后2种是无上升盘物源供给;并定性判断出柏各庄断层某点处的活动性强弱。来自于蛤坨东部和北部物源的沉积物在帚状断裂带表现出2种分散特征:切割断裂向低一级断阶输送和顺发散的断阶向下输送,最终形成帚状的扇三角洲前缘砂体分散样式,提出了“切帚状断裂走向”的输砂模式。在此基础上,预测该区有利圈闭主要是与帚状断裂系统相关的圈闭,如断层圈闭、断块圈闭、断层—岩性圈闭等类型,主要分布在帚状断裂系统的断阶内。 9.探讨了构造对沉积作用控制的机理和南堡凹陷的形成机制,并总结了盆地演化不同阶段在各个地区表现出的构造-沉积响应。 系统分析了构造活动对沉积过程的作用机制—可容空间的变化,指出Es1界面的构造变革运动南堡凹陷构造—沉积产生的重要影响。界面之下盆地呈NW—SE伸展,形成一系列NE向展布的断层(包括西南庄断层)和NE向沉积中心;界面之上,盆地呈NW向走滑伸展,控制NW展布沉积中心,说明南堡凹陷是西南庄断层沿柏各庄断层NW走滑方向上的伸展,首次用“转换伸展终端盆地”模式解释南堡凹陷的形成。总结了南堡凹陷Es1构造变革早晚期的构造坡折带、断层活动性强弱、构造样式和构造古地貌对典型构造带的沉积过程和沉积演化控制的规律。


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