东营凹陷下第三系层序地层格架及盆地充填模式

东营凹陷下第三系层序地层格架及盆地充填模式*

1998年9月21日收稿.

*国家自然科学基金项目(No.49872045)资助.

冯有良

(中国地质大学资源学院,武汉430074)

摘 要 以构造地层、层序地层分析和基准面分析原理为手段,对东营凹陷高精度层序地层格架、层序型式、体系域构成和盆地充填模式进行了研究,在高分辨地震剖面、测井曲线、岩相和古生物等方面,识别出3个级别的层序界面标志,建立了该凹陷层序地层格架,将其下第三系划分为1个构造层序,3个层序组,12个层序;确立了该凹陷3个构造幕发育的3种不同成因的三级层序型式,即初始裂陷型层序、裂陷伸展型层序和裂陷收敛型层序.研究表明,该盆地层序的发育和沉积充填受控于因盆地幕式构造演化、气候变化和物源供给条件变化导致的沉积基准面升降旋回和可容纳空间的变化,表现为不同级别构造运动、气候旋回和物源供给因素控制着不同级别层序及其体系域的发育,不同构造幕、气候背景和物源条件形成不同层序型式及其体系域构成特征.

关键词 沉积基准面,可容纳空间,层序地层,体系域,盆地充填模式,下第三系,东营凹陷.中图法分类号 P 544.4,P 618.130.2

作者简介 冯有良,男,工程师,1963年生,1994年毕业于石油大学,获硕士学位,现为中国地质大学博士研究生,主要从事含油气盆地分析研究.

东营凹陷作为一个含油气资源十分丰富的第三纪裂陷盆地,发育了十分完整的地层.本文旨在以层序地层学基本概念[1~8]为出发点,以构造地层、层序地层分析法,基准面分析原理为手段,应用高分辨地震剖面、测井曲线、岩相和古生物资料,识别不同级别的层序界面,建立该凹陷等时地层格架,并研究三级层序型式、体系域特征和盆地充填模式.

图1 东营凹陷区域构造位置

F ig.1Regio nal tectonic location of Dongying depression

1 区域地质背景

东营凹陷是渤海湾裂谷系内大型宽缓的中、新生代张扭型半地堑伸展盆地.该凹陷位于济阳坳陷东隅,呈NEE 走向,面积5700km 2.其西以青城凸起、林樊家构造为界与惠民凹陷毗邻,北以滨县凸起、陈家庄凸起为界与沾化凹陷为邻,南与鲁西隆起、广饶凸起呈超覆关系,东与青东凹陷沟通.其基本构造格局为北断南超、北陡南缓.整个凹陷被北西向断块分隔为东西两个部分,西部为博兴洼陷,东部又被晚期NEE 向盐膏拱张构造分割为轴向近NEE 的3个洼陷(图1).

2 层序地层格架、界面特征及识别标志

构造因素、气候因素和物源供给因素是通过对

沉积基准面升降旋回的作用来实现对层序地层格架和体系域发育的控制,表现为盆地的构造旋回和气

第24卷第6期地球科学 中国地质大学学报

Vol.24 No.61999年11月

Earth Science Journal of China U niversity of Geosciences

Nov. 1999

图2 东营凹陷下第三系层序地层综合柱状图

F ig.2Sequence stratig raphic synthetic column of Lo wer T ertiary in Dongying depression

1.砾岩;

2.砂岩;

3.生物灰岩;

4.油页岩;

5.炭质泥岩;

6.白云岩;

7.泥岩;

8.膏岩;

9.安山岩及火山碎屑岩;10.层序界面;11.区域性不整合及层序组界面;12.沉积基准面上升及下降旋回

候的一级旋回控制着构造层序及其界面的发育;构造幕和气候的二级旋回控制了层序组及其界面的发育;构造活动(断陷)期和气候的三级旋回控制了层序及其界面的发育;物源供给速率和可容纳空间变化速率的关系决定了体系域的特征[9~12].据此通过识别不同级别的不整合面和地层旋回,建立该盆地的层序地层格架,研究体系域构成.

2.1 层序地层格架

据岩相、测井相、地震相和古生物组合所反映的不整合面及其与之对应的界面,把本区下第三系充填序列划分为3个级别,即构造层序、层序组和层序(图2).

2.1.1 构造层序(TS) 下第三系裂陷旋回为一个构造层序(TS1).该构造层序是盆地裂陷作用的产物,其底界面为下第三系与中生界之间的区域性角度不整合(T SB1),绝对年龄65Ma.顶界面为上第三系与下第三系之间的区域性角度不整合(TSB2),绝对年龄为24.6Ma.该构造层序时限约40.4Ma.TS1在盆地演化和充填特征上,明显不同于上第三系以拗陷作用为主的构造层序(TS2).

2.1.2 层序组(SS)及层序(SQ) 在下第三系构造层序内,据构造带、气候的二级旋回和物源供给因素导致的沉积基准面二级升降旋回而产生的不整合及其与之对应的界面,可划分出3个层序组SS, SS!,SS∀.组成层序组的三级层序具有相同或相似的地层序列、构造、气候和物源供给特征.

SS层序组由下、中始新统构成,底界面为构造层序界面T SB1,顶界面为层序组界面SSB1,其绝对年龄是42M a,该层序组时限约13M a.盆地初始裂陷期,气候干旱,盆地属闭流盆地,物源供给充分,使

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该层序组发育了以盐湖、咸湖、冲积扇、扇三角洲为主的沉积.在SS层序组内,据发育的3个三级层序界面(SB1,SB2,SB3),划分出4个三级层序SS A,SS B,SS C和SS D,分别相当于岩石地层单元中的孔二段(E1-2k2)、孔一段(E2k1)、沙四下(E2s下4)、沙四上(E2s上4),每个三级层序时限约3~4 M a.

SS!层序组由上始新统构成,其底界为层序组界面SSB1(42M a),顶界为层序组界面SSB2(38 M a),该层序组时限约4Ma.它是盆地裂陷伸展幕的产物,期间气候湿润,构造活动强烈且以伸展作用为主,物源供给充分,形成多套以湖底扇-深湖-河流三角洲体系为主的沉积.该层序组内,可划分出4个三级层序.在该层序组内,据发育的3个三级层序界面(!SB1,!SB2,!SB3),划分出4个三级层序:SS !A,SS!B,SS!C和SS!D,分别相当于岩石地层单元中的沙三下(E2s下3)、沙三中(E2s中3)、沙三上(E2s上3)和沙二下(E2s下2).每个层序时限大约1Ma.这4个三级层序代表了凹陷4期断陷和4期较大规模的三角洲进积作用.

SS∀层序组由渐新统组成,其底界面为层序组界面SSB2(38Ma),顶界面为构造层序界面TSB2 (24.6M a),该层序组时限约13.4Ma.它是盆地裂陷收敛幕的产物,气候较干旱,断陷作用减弱,盆地以充填作用为主,及补偿到过补偿型沉积,形成了以辫状河、浅湖生物滩和冲积扇为主的地层.据发育的3个三级层序界面(∀SB1,∀SB2,∀SB3),划分出SS∀A,SS∀B,SS∀C,SS∀D4个层序,分别相当于岩石地层单元中的沙二上(E2s2上) 沙一段(E2s1)、东一段(E3d1)、东二段(E2d2)和东三段(E2d3).每个三级层序时限约1Ma(图2).

2.2 层序界面性质、特征及识别标志

识别不同级别、不同性质的不整合面及其与之对应的界面,并进行横向对比追踪,是进行层序地层划分、建立等时地层格架的关键.尽管不同级别层序界面的成因、性质存在差异,但各级层序界面在地震相、测井相、岩相、古生物和盆地构造体系和充填方式等方面分别存在相似的识别标志.

2.2.1 层序界面性质 不同级别的层序界面形成于不同级别的沉积基准面升降旋回.对沉积基准面升降旋回起作用的因素,在不同级别、不同层序及其界面形成过程中所起作用不同,其层序界面性质亦有所不同.

构造层序界面TSB1为中生代末区域性构造运动形成的中生界与第三系之间的角度不整合面. T SB2为老第三纪裂陷盆地向新第三纪拗陷盆地转化,导致全区出现抬升剥蚀而形成的角度不整合面.故本区构造层序界面属于盆地构造运动、构造机制发生改变形成的角度不整合面.

层序组界面SSB1是气候、构造应力场及构造带的转换面,属区域性角度不整合面.SSB2界面既是构造幕的转换面,也是区域性侵蚀不整合面.

三级层序界面是由盆地构造活动、气候变化和物源供给因素导致的三级沉积基准面升降旋回和可容纳空间变化形成的,是沉积基准面下降而产生的侵蚀不整合面、陆上暴露及其与之对应的界面.但在不同的层序组,其表现方式不同.在SS层序组,三级层序界面主要受气候干湿变化控制,因此它是气候由极干热向湿热的转化面;而SS!,SS∀层序组各三级层序及界面的形成主要受控于多期断陷作用,因此其层序界面为断陷期或构造活动期开始活动的界面(图2).体系域界面是层序的最大湖泛面和初始湖泛面.前者是湖泊萎缩体系域(RST)(re treating systems tract)与湖泊扩张体系域(EST)(ex panding systems tract)之间的界面;后者是湖泊扩张体系域(EST)与低水位体系域(LST)(lowstand sys tems tract)之间的界面.

2.2.2 层序界面特征及识别标志 (1)地震相特征.构造层序、层序组和三级层序界面在地震剖面上有明显的反射特征.一般层序界面之上为上超反射,界面之下为削截反射关系.三级层序界面如!SB2之上,发育下切水道,地震反射特征为顶平、底凸并切割下伏同相轴,发育削截反射关系(图3).初始湖泛面和最大湖泛面均为强的连续反射同相轴.前者为整一反射关系,后者为下超反射面.这两个界面在地震剖面上把层序划分为具下切水道反射特征的低水位体系域(LST)、平行反射结构的湖泊扩张体系域(EST)和前积反射结构的湖泊萎缩体系域(RST) (图3,L97.5).

(2)测井相特征.层序界面在测井曲线上有4种表现形式:#层序界面位于测井曲线基值发生明显改变的转折点上.界面之上为相对高自然电位基值、低电阻率基值,界面之下则相反;或者自然电位基值不变,界面之上为低幅∃弧形%电阻,界面之下为高幅∃刺刀状电阻%.这是因为层序界面为不整合面或较大沉积间断面时,层序界面上下地层压实和成岩作

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