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陆相断陷盆地的构造层序地层分析

来源：测品娱乐

第15卷第2期2008年3月

EarthScienceFrontiers(ChinaUniversityofGeosciences,Beijing;PekingUniversity)

地学前缘(中国地质大学(北京);北京大学)

Vol.15No.2Mar.2008

陆相断陷盆地的构造层序地层分析

邓宏文1,　郭建宇2,　王瑞菊1,　谢小军1

11中国地质大学(北京)能源学院,北京10008321中国石油勘探开发研究院海外研究中心,北京100083

DengHongwen1,　GuoJianyu2,　WangRuiju1,　XieXiaojun111SchoolofEnergyResources,ChinaUniversityofGeosciences(Beijing),Beijing100083,China21PetroChinaInternationalResearchCenter,ResearchInstituteof100083,China

PetroleumExplorationandDevelopment,

PetroChina,Beijing

DengHongwen,GuoJianyu,WangRuiju,etal1Tectono2sequencestratigraphicanalysisincontinentalfaultedbasins.EarthSci2enceFrontiers,2008,15(2):0012007

Abstract:Thesequencestratigraphicconfigurationincontinentalbasinsrespondstobase2levelchangecon2trolledbyintegrateddynamicprocess,suchastectonics,paleoclimate,lake2level,sedimentsupplyandsoon.Incontinentalbasin,tectonicmovementsareextremelyimportanttoboththeformationofsequenceboundariesandthefillingcharactersofsequence.Thecontroloftectoniconsequencestratigraphicconfigurationinfaultedbasincanbesummarizedmainlyasfollows:(1)basementsubsidencedirectlycontrolsthechangeofaccommo2dationforsedimentsaccumulationandtherefore,thechangeofsequencestratigraphicconfiguration;(2)tec2tonictransferzonescontrolthepositionofthesourceareasandthesedimentarysystemdevelopment;(3)palaeogeomorphologymodifiedbytectonics/faultinginfluencesthedistributionofsedimentarysystemandsandbodies.Therefore,thesequencestratigraphicstudyincontinentalbasinsshouldfocusontectono2sequencea2nalysis.

Keywords:tectono2sequence;faulted2basin;sequenceconfiguration;depositionalsystem

摘　要:陆相盆地层序地层构型是构造运动、古气候、古湖平面变化与沉积物补给等动力学要素对沉积基准面控制的综合效应。其中,构造运动对盆地层序界面形成与层序内部充填起至关重要的作用。因此,陆相盆地层序地层研究须以构造层序地层为主线,即通过构造对层序形成与演化的控制分析解释层序地层构型,预测其内部充填特征。经研究,断陷盆地构造运动对层序地层的控制主要表现在:(1)断裂活动通过控制基底升降运动直接制约着盆地沉积物堆积的可容纳空间的变化及至层序地层构型;(2)构造转换带或调节带控制盆地主体物源补给方向和沉积体系分布;(3)断裂活动及其塑造的古地貌控制着沉积体系与砂体分布特征。关键词:构造层序;断陷盆地;层序构型;沉积体系

中图分类号:P618113012　文献标识码:A　文章编号:1005-2321(2008)02-0001-07

　　盆地成因类型不同,其构造2沉积演化史与沉积充填结构也不同,这已无可争议。在沉积盆地中,盆地边缘的构造特征对层序地层的形成与发育特征至关重要。现举例说明:(1)由于被动边缘陆架坡折的存在,海平面下降期,河谷下切作用明显,陆架坡折之下以浊流沉积为特征的大型盆底扇发育,形成低位域沉积,层序地层构成通常具有三分体系域的经典构成模式。(2)在坳陷盆地或断陷盆地长轴

收稿日期:2007-10-20;修回日期:2007-11-05基金项目:国家自然科学基金资助项目(40672078)

),女,教授,博士生导师,主要从事油气地质研究。E2mail:dhwen@vip1sina1com1cn作者简介:邓宏文(1946—

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构造相对稳定的缓坡边缘,通常发育大型三角洲体系,由于水体相对较浅,三角洲前积特征明显,低位域的深水浊流扇可能缺失,前方发育的浊流可能是三角洲前缘滑塌的浊积体,而不是外来的盆底扇。(3)在前陆盆地,沉积物可以沿盆地轴线或冲断带进入盆地,沉降速率向冲断带即向物源区增大。盆地发育早期逆冲带为重要的物源供给区,前缘发育冲积扇或近岸水下扇体系,其顶积层厚度大,前积层发育较差。(4)在裂谷盆地或断陷盆地,盆缘断裂带对

构造部位,构造/断裂活动时空演化的不均衡性,也都会导致层序地层发育的差异性。在裂谷或断陷盆地中,层序地层构成与发育特征主要受盆缘断裂的控制。盆缘同生断裂的活动通过控制基底升降运动直接制约着盆地沉积物堆积的可容纳空间的变化,断裂活动的幕式特征控制着不同级次层序界面的形成与充填地层的旋回性,包括层序界面性质,沉积充填特征,沉积物输入位置、沉积体系成因类型以及砂体分布等。以箕状断陷盆地为例。

古地貌和沉积速率有明显影响,可容纳空间受断裂111　盆缘断裂控“型”活动控制,每个断块具有自己的可容纳空间模式,但盆缘同生断裂强烈活动期陡坡一侧盆地基底强总体向盆地中心方向增加。断陷盆地生长断裂两侧烈沉降,基底断块向缓坡一侧断块掀斜。盆地基底的沉积速率与沉积相构成明显不同(如图1)。同时,明显的不对称结构控制着盆地两侧层序地层构型的裂谷转换带控制沉积物输入位置,裂谷边缘为剥蚀差异。陡坡一侧可容纳空间逐渐增大,水体逐渐加区,边缘体系可以推进到深水区[1]。

深,近岸沉积体系,如扇三角洲,水下扇通常以基准面上升期的沉积作用为主,形成不对称的沉积旋回叠加序列;缓坡一侧由于基底断块的翘倾,相同时期内可容纳空间增加速率则相对较小,沉积旋回特征受A/S值控制。当沉积物源供给充分,A/S值<1时,斜坡部位以基准面下降期沉积作用为主,形成典型的向上变浅的沉积旋回序列,盆地边缘暴露地表处不整合发育。该时期,缓坡一侧为主要物源供给方向,沉积体系大而少;陡坡一侧为盆地次要物源供给方向,形成“有限后退”型扇体组合,沉积体系小而多(如图2)。112　实例

位于冀中坳陷中部的霸县凹陷为典型的单断箕状盆地,西部以牛东断裂为界,东部为文安斜坡。古近系时期牛东断裂长期活动,下降盘断块的单断翘倾、自西向东的掀斜造成凹陷基底西陡东缓、西深东浅的不对称箕状结构特征。牛东断裂走向、平面组合形态、活动时间与活动强度南北不均衡特征十分明显,导致凹陷结构的“东西分带”和斜坡形态的“南北分段”性,由此将凹陷分为三个构造2地貌单元,即南、北、中三区。各区层序地层构型、物源体系发育程度、沉积体系与砂体成因类型、砂体与构造2地貌配置样式迥异(如图3)。

(1)南段层序地层构型特征:受凹陷南部的安新—文安横向调节带走向与活动性质的控制,牛东

图1　盆地边缘构造特征的重要性

(据Emery和Myers,1996)

Fig11　Importanceofstructuralfeatures

atbasinmargin

A—陆棚坡折边缘;B—缓坡边缘;C—裂谷边缘;D—前陆盆地;E—生长断层边缘

1　盆缘同生断裂对层序地层构型的控

断裂南段的牛南断裂活动相对较弱,古近系中早期

凹陷南段东断西超的箕状结构不十分明显,具有似

　　不同成因类型的盆地层序地层发育特征不同。深蝶状形态(图3A)。断陷分割充填期孔店组和沙同一成因类型的盆地,不同构造演化阶段或不同的四段(SQ12SQ2)与断陷扩张深陷期沙三段(SQ32

制

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于1970年首次提出。1990年Morley等将其应用带—鄚州洼槽一带。邻近断裂带缺乏扇体沉积,而于研究伸展构造。在伸展构造中,传递带被定义为在鄚州地区发育来自安新—文安横向调节带的辫状构造变形中在区域上保持缩短量或伸展量守恒而产三角洲和浊积扇体系。东侧斜坡带受阶梯状发育的生的调节构造[2]。裂谷盆地调节带指裂谷段之间为断裂控制,具有“断裂坡折”特征,沉积厚度相对较大,以扇三角洲沉积作用为主。沙一段(SQ7)至东营组末期层序构型受牛东断层的影响较为明显,总体上表现为西断东超的充填特征。

(2)中段层序地层构型特征:凹陷中段西陡东缓

保持区域伸展应变守恒而产生的调节性伸展构造变形带。在裂谷发育期间,控洼主断裂沿走向可以通过其他形式(如分支正断层,凸起,走向斜坡或撕裂断层)传递或转换为另一条控凹正断层。对于首位正断层之间的这类构造,Morley等称之为传递带或SQ5)沉降中心未紧临牛东断裂分布,处在鄚州构造

的箕状形态十分清晰。各层序均具有明显西断东超调节带[3]。在断陷盆地中,调节带可以形成盆地高特征,沉降中心和沉积中心临近牛东断层下降盘的地貌区,作为正向地貌单元可将裂谷盆地沿走向分洼槽分布,层序地层构型与南段有明显的不同(如图割为若干直接对应于半地堑的沉积中心。3B)。邻近断裂洼槽带各层序以深水湖相泥岩发育212　构造调节带控“源”原理为特征,以基准面上升沉积为主,沉积旋回具不对称盆地内不同规模的横向构造带或调节带对水系结构;凹陷中部沉积旋回比较对称;斜坡带层序结构具明显的不对称性,以基准面下降期沉积作用为主。层序SQ1、SQ2沉积时期湖区范围比南段大,邻近洼槽带内水体深,发育湖底扇沉积。斜坡带以河流2冲积平原沉积为主,凹陷中心则以滨浅湖泥质沉积为特征。SQ3—SQ5厚度比南段薄,SQ3以河流2冲积平原与滨浅湖相为特征。SQ4湖侵作用明显,主要为辫状三角洲2浊积扇2滨浅湖2较深水湖沉积体系;SQ5主要为辫状河三角洲沉积;SQ6(沙二段)沉积特征与南段明显不同,以辫状河三角洲—滨浅湖

发育均起重要控制作用。一般来说,断陷盆地边缘

同生断裂带,由于主断层中心地带断层位移量大而其末端调节带处断层位移量减小,主水系会在横向调节带相对较低的地形进入凹陷中,形成富砂冲积扇、扇三角洲和浊积体系[4]。因此,在断陷盆地中,陡坡一侧两条侧列断层交汇处发育的调节带常常是水流携带碎屑物质注入盆地的流经之地。通常,由于调节带形成的屏障,不可能发育轴向贯通水系,故经由相邻洼陷输入任何一个半地堑的沉积物都很有限(如图4)。因而,盆地内发育的不同规模的构造

沉积为主,洼槽带局部发育扇三角洲沉积体系;SQ7调节带对盆地强烈沉降期层序地层形成的主体物源(沙一段)沉积特征与南段相似,洼槽带发育有浊积方向、沉积体系类型与分布有明显的控制作用。扇;斜坡带基准面下降期三角洲体系仍很发育。

(3)北段层序地层构型特征:北段层序地层构型受牛东断裂北段断阶带控制。断阶上升盘地层西超东断,下降盘至斜坡带西断东超。断阶以上为层序SQ1、SQ2沉降中心,断阶以下为古近系晚期与新近系沉降中心(如图3C)。断阶上古近系与新近系不整合,SQ2为厚层较深水湖相泥岩。东部断阶带的形成使断层下降盘可容纳空间急剧增大,成为SQ7和SQ8—SQ10(东营组)和新近系沉降与沉积中心。东部缓坡带以河流2三角洲体系发育为特征。

图4　裂谷盆地沉积物分布受古地貌控制,水系汇聚在调节带形成的低地形处,并由此进入各半地堑中

(据Raverna,1999)

2　构造调节带对主体物源方向的控制

Fig14　Inariftbasin,sedimentdistributioniscontrolledby

palaeogeomorphology,withdrainagesystemsconverginginlowlandscontrolledbytransferzonesandflowingintohalf2grabens

作用———调节带控“源”

211　构造调节带的概念

213　实例

(1)霸县凹陷。冀中坳陷与NE和NNE向区

域构造线斜交或近于垂直的横向调节带十分发育,褶皱冲断带和伸展构造中广泛发育转换带(或延伸方向均为北西2近东西向。根据调节带规模和调节带,传递带)构造。调节带的概念由Dahlstrom地质构造特征,将其分为三个级次。一级横向构造

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带无极—深县—衡水横向变换构造带和徐水—安个一级构造区。其中,位于霸县凹陷南缘、分割冀中

新—文安横向构造带将冀中坳陷划分为南、中、北三坳陷中区和北区的徐水—安新—文安横向构造带对

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霸县凹陷的构型与充填特征起重要作用。此外,霸县凹陷内还发育二级、三级横向调节带,如龙虎庄—里澜二级横向调节带、米黄庄断层调节带、岔71井北断层调节带以及台山断层三级横向调节带。

很大,地形相应也高,它常常分隔开两个凹陷,并起阻碍粗碎屑物注入的障壁作用,表现为第一个洼陷分布砂质岩,另一个洼陷分布泥质岩;或者一个洼陷砂体发育,另一个洼陷相邻部位砂体不发育。例如

这些横向调节带多为水系进入凹陷的通道,形成不本区文昌时期的惠州26洼和西江30洼,惠州5洼同类型沉积体系并控制砂体的分布。沙三段沉积时和惠州10洼(如图6)。期,作为凹陷南部边界的徐水—安新—文安横向调

节带对该时期主体物源体系形成起着十分重要的作3　古构造与古地貌特征对砂体分布的用。从凹陷沙河街组沉积体系分布图可以看出,该控制作用———构造地貌控“砂”横向调节带的形成与发育在凹陷西南部位构成较大水系的通道,各类物源体系继承性发育,从调节带附　　层序界面“控砂”似毋庸置疑。通过分析层序界近进入凹陷,向北东方向推进。包括沙三下早期分面时空展布特征、界面形成时期盆地的古构造、古地布在新家4井区的大型辫状三角洲体系、沙三中沉貌形态,研究层序界面变化的动力学系统中残余可积时期雁翎—鄚洲地区的扇三角洲2浊积扇体系以容纳空间的分布、迁移及其与储集体发育的关系等及沙三上沉积时期的三角洲体系。文安斜坡北段主可从成因上预测层序界面上、下的储层分布。如在体处于龙虎庄—里澜二级横向调节带和台山断层三断陷盆地中,层序界面之上低位域砂体是油气重要级横向调节带上,这两个不同级别的横向调节带控储集体类型。低位域砂体的成因类型、分布位置、展制着信安镇断裂潜山构造带部位的物源方向和砂体布特征及沉积构成与层序界面形成时期的古地貌密分布范围。沙三上段、沙二段、沙一段继承性发育来切相关[526]。自北东方向的冲积扇和辫状三角洲沉积体系可能与龙虎庄—里澜二级横向构造调节带的存在有关。米黄庄断层附近沙二段、沙一段继承性发育来自北西西方向的扇三角洲体系和辫状三角洲体系,显然也与米黄庄三级调节带的存在有关(如图5)。

(2)惠州凹陷。惠州凹陷位于南海珠江口盆地北部坳陷带中部,古近系断陷构造层勘探程度非常低。由盆地结构与边界断裂分布特征可以看出,组成边界断裂带的断裂间发育构造调节带(如图6)。分析调节带成因类型、发育位置、地形特征以及调节

在断陷盆地强烈沉降期,不同级次、不同性质、不同时期活动的断裂相互组合常常形成复杂的构造地貌特征。盆地缓坡或较缓坡由二级断裂构成的构

造2断裂“坡折”带是层序界面重要地貌特征之一。坡折带控制着地层厚度与沉积相的突变,通常是低位域盆底扇和高位域三角洲前缘或前缘滑塌浊积岩堆积的重要场所,对来自缓坡方向的物源体系以及砂体分布有重要控制作用[728]。有关坡折带“控砂”机理与示例已在诸多文献中涉及,这里不再赘述。

带与半地堑或次洼的组合关系对于物源体系形成与分布研究有重要启示作用。4　结束语惠州凹陷伸展构造体系中传递带对物源以及砂体分布的控制作用表现为三种情况:(1)横向传递带陆相盆地中构造对层序地层形成与发育的控制常常是山涧河流进入盆地的入口处,这与首尾主断作用已经被诸多研究实例证实。断陷盆地的几何学层中心地带断层位移量大,其下盘为幅度较大的凸与构造2沉积演化史分析、层序界面的古构造与古地起,而在其末端传递带处断层位移量减至最小有关。貌分析不失为沉积体系与沉积相分布研究的捷径,传递带处呈现出地势高差减小,主水系通常利用此特别是对勘探成熟度较低的盆地。因此可以说,构横向传递带相对较低的地形作为通道进入盆地,例造层序地层分析方法是区域沉积体系与储层分布预如惠州08洼西转换带。(2)沿侧列断层同向叠覆型测及至油藏级别储层分布预测与评价的重要手段。走向斜坡传递带,主水系从下盘地形高处沿走向斜坡进入盆地,如凹陷南部XJ30洼、HZ26洼和HZ21洼之间的转换带构成洼陷两侧主要沉积体系的输入通道。(3)第三种情况是横向凸起传递带构造幅度

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