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松辽盆地是目前世界上已发现油气田中在非海相沉积盆地中的油气资源最为丰富的盆地,该盆地经历了同裂陷和裂后演化阶段,尤其是在裂后坳陷期不仅形成了大型的陆相湖盆,同时还形成了以坳陷湖盆为中心的富生烃的巨型的油气系统。本选题在新的、高品质2D、3D地震资料及岩心、测井等资料的基础上,应用盆地动力学、构造地质学、层序地层学等理论和方法,通过对骨干大剖面的精细构造-地层解析,建立盆地的构造-地层格架。应用平衡剖面技术、沉降史回剥技术,揭示盆地裂后反转期沉降中心的迁移规律,结合盆地构造和区域动力学分析,确定其发育机制,从而为松辽盆地的油气资源勘探选区提供地质依据。论文的主要研究进展及成果认识如下:
1.建立了盆地裂后反转阶段的构造地层格架。本文通过对跨全区的13条骨干大剖面的追踪、闭合,经过严格的井震标定,识别出一系列关键界面,尤其以T04界面的识别最为重要。该关键界面是一个区域性的角度不整合面,以下削上超为主要反射特征,该界面包络了其下的嫩一段、嫩二段地层。在沉积相上,界面之下主要为深湖相和三角洲远端坝沉积,界面之上则表现为三角洲沉积。尤其在大庆长垣位置,界面之下为三角洲前缘沉积,界面之上突变为河流相沉积,表现为明显的“相迁移”。这种现象的产生源自于基准面的突然下降,导致“沉积缺失”,是为强制性水退的典型特征。之所以出现强制性水退,是由于在嫩一段、嫩二段时期松辽盆地发生过一期内湖与外海的沟通,到嫩三段末期,由于东部隆升,使内湖与外海隔离,导致湖平面迅速下降,产生了相的突变。
在井震标定、钻井、岩心、测井资料的综合解释分析的基础上,划分了松辽盆地裂后反转期的一级、二级和三级层序并分析了层序的构成样式及空间分布规律。松辽盆地三级层序的总体特征表现为姚家组地层表现为东西薄,中间厚的碟形形态,嫩江组时期,继承了这种空间展布形态,但后期东部抬升,剥蚀范围逐渐扩大,沉积地层逐渐向西萎缩。垂向上,盆地西部的斜坡区和中部地区的齐家古龙凹陷、大庆长垣地区,由下至上表现为深湖-半深湖-三角洲前缘-三角洲平原-河流相的相连续特征,而在盆地东部的三肇凹陷和朝阳沟阶地由下至上则表现为深湖半深湖-三角洲前缘-河流相的相跃迁特征;横向上,由东向西呈现出河流相-三角洲平原-三角洲前缘-深湖半深湖的相迁移特征。
2.运用沉降史回剥技术,确定了各个时期盆地的沉降中心,分析总结了其迁移规律。
本文研究中,选取跨主要构造单元的南北向剖面和东西向剖面各一条进行沉降史分析。通过大量的研究资料的分析,岩心的观察,确定了古水深、进行了压实校正分析,从而使沉降史研究更趋于定量化。分析结果认为:姚家组沉积时期,整个盆地总体表现为整个盆地内总体沉降速率都比较稳定,大庆长垣位置稍高于其他构造单元的沉降速率,在厚度图上也表现为沉降中心位于大庆长垣与三肇凹陷附近;嫩江组沉积时期,沉降速率在不同段的沉积时期变化较大,且不同位置也表现出明显的“跳跃”,嫩一段至嫩三段沉积时期,齐家古龙凹陷、大庆长垣和三肇凹陷始终保持这沉降速率增大的趋势,但其他位置基本上在嫩三段时期沉降速率变小,这三段的平均沉降速率在100m/Ma左右,嫩三段最大沉降速率超过140m/Ma,齐家古龙凹陷在这个时期表现出最强的沉降速率,大庆长垣已经相对减小,表明其开始抬升褶皱变形;嫩四段开始,沉降速率陡降,一直到四方台沉积时期,沉降速率都保持在20-60m/Ma的水平,表明这个时期,盆地整体开始抬升变形,剥蚀范围进一步扩大,齐家古龙凹陷相对其他位置沉降速率要大一些,依然保持着沉降接受沉积的状态;明水组沉积时期在齐家古龙凹陷沉降速率又一次增大,可以达到120m/Ma,其他区域则在50m/Ma以下。总体上沉降中心表现为向西迁移的特征,但在不同时期,由于差异沉降,沉降中心有短期的向东扩展的现象。
3.研究了盆地的变形特征,并总结区域动力学背景和湖平面变化分析探讨了盆地沉降中心迁移的控制机制。应用平衡剖面技术,通过对跨盆地主要构造单元的南北向和东西向主要剖面的演化分析,认为在姚家组沉积时期,大庆长垣与三肇凹陷沉降最深,绥化凹陷和呼兰隆起是相对的构造高点,在嫩江组开始,绥化凹陷开始大范围沉降,三肇凹陷和大庆长垣相对抬升,到嫩二段时期,大庆长垣开始抬升褶皱,但仍接受沉积;嫩三段时期,绥化凹陷及其以东区域抬升遭受剥蚀,为盆地沉积提供物源;嫩四段开始,三肇凹陷也抬升遭受剥蚀,大庆长垣隆升变形强烈,剥蚀较大,齐家古龙凹陷成为盆地的沉降中心,嫩五段及四方台沉积时期,剥蚀范围进一步扩大,盆地沉积范围迅速萎缩,齐家古龙凹陷成为盆地的沉降中心;到明水组时期,北部的黑鱼泡凹陷接受沉积,东西方向上,只有齐家古龙凹陷一直接受沉积,未遭剥蚀或剥蚀很少。总体的隆凹变化表现为东部普遍隆升,中央坳陷区的大庆长垣由于差异沉降及沉积负载作用而逐渐抬升,明显高于两侧的齐家古龙凹陷与三肇凹陷,齐家古龙凹陷基本上一直沉降接受沉积,南北方向上始终保持南部的沉降优势,只有在明水组沉积时期,黑鱼泡凹陷沉降较深。
构造反转一幕时期,盆地主要受到来自太平洋板块向欧亚板块俯冲的传递应力,加之地幔柱活动的突然增强,从而导致盆地挤压变形,形成系列微幅背斜,开始对盆地内的隆凹格局进行改造;到反转二幕,大洋板块与欧亚板块相对运动强化,盆地东部抬升强烈,内湖与外海隔绝,湖泊范围迅速缩小,湖平面迅速下降,从而引起强制性水退,沉降中心进一步随湖泊萎缩趋势向西迁移;构造反转三幕,太平洋板块对欧亚板块的俯冲作用强烈,松辽盆地响应强烈,出现造陆运动,大庆长垣隆升强烈,盆地沉降中心以齐家古龙凹陷为主;65Ma开始,欧亚板块绝对运动和太平洋板块俯冲同时加强,成为松辽盆地主要的构造反转期,全盆地构造反转,早期断陷区都抬升遭受剥蚀,东部隆起区剥蚀程度更大,盆地的沉降中心迁移到齐家古龙凹陷的西部。