封闭型陆相断陷湖盆非对称层序叠置样式成因分析

来源 :中国石油大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:t739155593
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起源于被动大陆边缘的经典层序地层学认为,异源因素控制着沉积物供给与可容纳空间之间的关系,决定了层序旋回的特征,并且随着海平面的变化,层序叠加样式发生对称性、同步性的演化。所谓对称性,或称作同步性,系指沉积趋势、层序叠置样式随着异源因素的驱动,同时表现进积或退积的特征。这种规律性变化使得层序地层学理论对岩性展布、沉积环境以及地层分布具有很强的预测性,对能源勘探有着重要的指导意义。但这种预测性在近年来的研究中受到质疑,一些研究案例中发现沉积趋势沿滨岸方向不一致。因此,层序地层学在横向上的预测性则越发不确定。这为层序地层学的应用带来了新的思考。这种横向沉积趋势、层序叠置样式的非同步性在陆相裂陷盆地中则变得更加常见。本论文利用地震、测井、岩心、古生物等地质资料,对南堡凹陷东营组时期的边界断层活动性、沉积特征、气候变化、层序内部结构等地质因素进行了系统描述与分析。综合测井与地震资料,以洪泛面、沉积趋势转换面为层序界面,将南堡凹陷东营组自下而上划分为SQ1、SQ2、SQ3与SQ4四个三级层序。本论文利用回剥法,去除压实作用与重力引发沉降等因素的影响,计算了边界断层附近下降盘的构造沉降量。计算结果显示:在SQ1与SQ2时期,边界断层随着不断生长,连接在一起形成了统一的边界断层,并在北堡、老爷庙、高柳三个构造带形成了盆地内的相对高地貌,成为了沉积物进入盆地的主要入口;至SQ3时期,断层活动所引起的沉降量大幅度下降,也即断层活动减弱,仅在北堡地区发育活动断层;SQ4层序时期是凹陷由断陷向坳陷的转换期,断层活动仍然较弱,其趋势基本与SQ3层序时期一致。对南堡凹陷沉积体系的研究已经非常成熟,认为凹陷北部发育扇三角洲沉积体系,南部发育辫状河三角洲沉积体系。本论文以大量前人研究为基础,重点探讨了凹陷内各个三角洲体系内三角洲前缘的水动力特征以及湖泊类型。岩心特征显示在SQ1至SQ3层序时期,北堡、老爷庙以及南部斜坡地区三角洲前缘中发育大量波状层理,以及其它浪控特征的沉积构造;SQ4层序时期,上述三个地区的沉积构造以交错层理为主,表现为河控特征。而在高柳地区,三角洲前缘位置表现为河道发育、下切明显的特征,代表了该地区三角洲前缘河控作用明显,水动力充足。结合有机碳含量以及介形虫数据所反映的古湖水盐度变化情况,对不同层序发育时期的古湖泊类型进行了分类,结果认为:SQ1至SQ3层序时期,湖泊类型为波动型湖泊;SQ4层序发育时期湖泊类型为河控型湖泊。湖泊类型的变化还伴随着古气候由湿热向干冷的转变,在本论文中被推测是导致南堡凹陷湖泊变化的的主要驱动力。对南堡凹陷地层学、层序地层学的研究,对南堡凹陷地层的划分提出了不同的方案,并依此对地层特征,尤其是旋回性、可对比性以及成因进行了讨论。本次研究以洪泛面为主要界面,对南堡凹陷东营组进行了层序划分,结果显示其内部结构表现出了不对称性:SQ1至SQ3层序中,在北堡、老爷庙以及北部斜坡地区,层序内部被退积过程所主导;在高柳地区则被进积的过程所主导。这种不对称性不但表现在沉积趋势的不同,也表现在可识别的准层序组个数上的差异:在SQ1到SQ2层序中,在北部边界断层区,识别的准层序组个数多于斜坡地区。在SQ4层序中,凹陷内的沉积趋势趋于一致,并且准层序组个数也变得相同,也即意味着不对称的特征消失。对层序形成具有控制作用的过程包括:构造活动引发的可容纳空间变化;气候的变化;沉积物供给的变化。不同于海相沉积环境,对于陆相湖盆而言还包括了周边河流径流注入而引发的湖平面变化,也即可容纳空间的变化。本论文对比分析了上述过程的变化与层序内部结构(沉积趋势、准层序组数量等)变化间的关系。对于构造活动而言,构造沉降量的降低会引发可容纳空间的变化速率的降低,进而导致沉积趋势的变化,但这一假设建立在构造活动是持续不间断进行的基础上。事实上,裂陷活动不论规模大小都具有幕式活动的特征,也正因为此,在南堡凹陷东营组,北堡、老爷庙以及北部斜坡地区的SQ1至SQ3层序中,其内部结构并未着构造沉降量的减弱而发生紧急作用,沉积趋势始终保持退积。因此,可以判断裂陷作用对可容纳空间的影响并不是持续不间断的,而是幕式过程。断层活动形成的半地堑,会因断层的作用而导致盆地基底在地形上不对称,以及在陡岸的岸线迁移幅度弱于缓岸,从而造成在缓坡一侧可识别的准层序组数量小于靠近断层一侧。在本论文中,根据对沉积特征以及气候变化的研究认为,高柳地区在SQ1至SQ3层序时期所表现的强下切作用、河道与进积准层序组发育等特征说明该物源入口在该时期需要更强的径流注入,以满足在搬运大量沉积物发生进积的同时形成下切河道。也因此,该物源入口被认为是该时期湖泊水体的主要来源。而随着气候的转凉,径流减弱。本研究认为,径流的注入在幕式活动的间歇期控制着湖平面的变化,也即可容纳空间的变化,单一的强径流注入导致湖平面上升,在其它地区形成退积,而在该入口处发生进积;当径流减弱,这种不平衡消失,沉积趋势变的相同,并以进积为主导。本论文以不对称沉积趋势入手,分析了裂陷活动、径流注入对层序形成的影响,强调了径流注入在裂陷盆地层序地层学中的作用,完善了裂陷盆地层序地层模型,对层序地层学在陆相裂陷盆地中的应用起到了促进作用。
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