鄂爾多斯盆地晚三疊世延長組長 6期湖盆坡折帶特征及其地質意義①

傅 強 李 益

(1.同濟大學海洋地質國家重點實驗室 上海 200092;2.北京恒泰艾普石油勘探開發技術有限公司 北京 100084)

0 引言

坡折帶泛指從坡折和坡腳及其附近的明顯受斜坡地形控制的侵蝕和沉積作用活躍地帶[1]。廣義的坡折帯是個地貌學概念,不論在沉積盆地中還是在剝蝕區都可能發育,其中坡折帶的幾何特征主要由陡坡帶的坡度、寬度、高差、長度以及坡折水深等特征來刻畫。這些參數對沉積基準面變化有重要影響,是控制沉積作用及沉積體系的關鍵因素[2]。

對于坡折帶的研究,前人已經取得大量行之有效的成績。林暢松提出長期活動的同沉積構造形成的“構造坡折帶”控制著湖盆沉積層序和沉積體系域的發展演化[3]。王英民等對準噶爾盆地、松遼盆地、濟陽拗陷的研究后提出多級坡折帶模式和坡折帶控層、控相、控藏模式[4,5]。樊太亮等在渤海灣盆地勝海地區東營組中曾識別出多級斷裂坡折帶,并在深切谷砂體中成功地找到巖性油氣藏[6]。張善文和李陽等提出應用坡折帶理論指導陸相湖盆斜坡帶非構造油氣藏勘探[7]。劉暉等利用水槽模擬對沉積坡折帶控制沉積作用進行定量模擬試驗研究,總結出兩個坡折沉積富集區概念[8]。但是前人的研究多集中在斷陷湖盆中斷裂坡折的研究,對于坳陷湖盆坡折帶的研究為數不多[9～11]。鄂爾多斯盆地作為大型坳陷湖盆,是否具有坳陷湖盆坡折帶,應當是整個湖盆坡折帶理論的重要組成部分。隨著勘探程度的深入,尋找非構造圈閉已成為勘探主要目標。因此,進行鄂爾多斯盆地晚三疊世坳陷湖盆坡折帶特征研究對于指導油氣勘探具有重要的理論和實際意義。

1 坡折帶類型及識別

按照坡折帶的成因可將坡折帶分為構造坡折帶、侵蝕坡折帶和沉積坡折帶三種主要類型。坡折帶的共性特點是上緩、中陡、下緩。坡折帶坡頂及坡腳的可容空間形態復雜多變,往往使沉積相帶和沉積厚度發生突變,對層序的發育具有重要控制意義。

沉積坡折帶 (depositional slope-break)是構造穩定的背景下,由于大規模的物源供給形成的地貌突變。由于沉積物快速充填,湖盆的深水域逐漸退縮,深水與淺水帶之間形成明顯坡折的沉積古地形,后期在此基礎上發育起來的沉積層序。這種類型的層序在發育過程中,受構造控制較小,主要受沉積物供給、氣候等因素影響。在三角洲平原與三角洲前緣的結合部一般形成沉積坡折帶,在地震剖面上一般與前積反射的頂部相對應。一般情況下如果構造活動較強烈,那么盆地中構造坡折帶往往控制了沉積坡折帶的發育,使二者重合。只有在構造坡折帶不發育的情況下沉積坡折帶才會顯著地表現出來。其特征是具有明顯的 S型前積結構,并于坡折帶底部發育有低位域沉積,超覆在層序界面之上。

鄂爾多斯晚三疊世湖盆坡折帶識別主要根據以下三種方法。一是在地震剖面上坡折帶表現為 T0時間急劇變化的部位(如圖1);二是在地質剖面上表現為地層厚度的急劇變化部位(如圖2);三是在地層等厚平面圖上由于地層厚度由坡折到坡腳急劇增厚,表現為在坡折帶處等值線密集。鄂爾多斯盆地晚三疊世屬于坳陷型湖盆,斷層不發育,通過地震剖面、地層厚度變化圖確定坡折帶的類型、寬度、角度以及長度。確定鄂爾多斯晚三疊世長 6期湖盆主要發育沉積坡折帶或撓曲坡折帶。

2 鄂爾多斯晚三疊世長 6期湖盆坡折帶特征

根據對鄂爾多斯晚三疊世長 6期湖盆發育特點研究得出,盆地坡折帶在剖面上具有正向階梯狀組合、逆向階梯狀組合、溝谷組合等組合樣式;在平面上具有梳狀組合、斜交組合和平行組合等組合樣式。

鄂爾多斯晚三疊世長 6期湖盆坡折帶表現為多級坡折帶,它們在剖面上和平面上有不同的組合樣式,這與深部構造背景和構造應力狀態有關,在盆地不同的構造部位往往形成不同的組合樣式 (圖3)。在湖盆中,由于單個坡折帶的規模較小,從而在縱向上,規模相近的坡折帶往往容易多次出現,形成所謂多級坡折帶。對于多級坡折帶,顯然有些坡折帶可能會位于水上,有些則位于水下。即使其幾何特征完全一樣,但對沉積的控制作用有很大不同。研究表明,長 6期湖盆中的不同坡折的幾何特征往往相近,區別主要體現在坡折處水深上。而對其沉積響應的控制作用的差別也主要由此決定。

圖1 鄂爾多斯盆地 98HX16地震測線上超顯示坡折帶Fig.1 Slope break(on lap)on the 98HX16 seism ic line ofO rdosBasin

圖2 鄂爾多斯盆地長 6期西南-北東向地層厚度變化趨勢圖Fig.2 Form ation thicknessof Chang 6 variation from southwest to northeast in O rdosBasin

由于鄂爾多斯晚三疊世長 6期湖盆西南部坡度比北東部大,屬于陡坡型坡折帶,所以在盆地西南部的坡折帶在剖面模式上,主要以正向階梯組合為主;在平面上以斜交組合為主。北東部由于地層傾斜度較平穩,屬于緩坡型沉積坡折帶,多級坡折發育,在剖面上不僅發育正向階梯狀組合,而且還可能發育逆向階梯狀組合,整體坡度平緩,屬于典型坳陷湖盆坡折組合模;在平面上北東部主要以平行組合和斜交組合為主,局部發育梳狀組合。

圖3 鄂爾多斯盆地多級坡折剖面模式Fig.3 M u ltip le slope break sectionmodelofO rdosBasin

坡折帶對砂體沉積具有明顯控制作用,表現為平行于砂帶,并且近似垂直于物源方向。坡折帶在平面上展布基本保持與相帶分界線平行。鄂爾多斯盆地長 6期湖盆坡折帶比較連續,研究得出總共發育 4條。根據測算,北部坡折帶坡頂到坡底的角度為0.12°,南部坡折帶坡頂到坡底的角度為 0.49°;如果考慮壓實及下伏地層的坡度,實際北部坡折帶的角度為1°～3°,南部坡折帶的角度為 3°～5°。上述坡折帶的發育結果造成東北物源控制的華池以東地區坡度較緩,濁積巖不發育;而坡度較陡的西南辮狀河三角洲和西緣扇三角洲前端廣泛發育厚層塊狀濁積巖。

3 晚三疊世長 6期湖盆坡折帶展布演化

鄂爾多斯晚三疊世長 6期湖盆坡折帶共發育四條,分別是垂直于西南物源方向發育一條,垂直于北西物源方向的發育三條。平面上的結構為斜交結構和平行結構為主。整體上西南坡折帶處于穩定狀態,北東坡折帶由于是多級坡折帶,地形相對平緩,變化的概率相對較大。結合長 6期湖岸線及水深變化、物源與古水流資料,對長 6各期坡折平面發育展布特征作詳細分析(圖4)。

圖4 鄂爾多斯晚三疊世長 6湖盆坡折帶展布特征(A.長 63期,B.長 62期,C.長 61期)Fig.4 Slope break distribution of Late Triassic Chang 6 stage in O rdosBasin (A.Chang 61,B.Chang 62,C.Chang 63)

長 63期湖盆垂直北東向物源方向確定出三條坡折線,分別是東西向長茂灘-寧條梁-靖邊-喬溝灣-王家灣坡折帶,中間寬向兩頭逐漸尖滅,坡折帶坡度相對較緩,坡度平均,坡折帶寬度為 15～20 km,在寧條梁和王家灣處坡度較大,也是本期北東物源坡折坡度最大處。楊井-大路溝-杏河坡折帶,這條坡折帶屬于向西較快速尖滅、向東南緩慢尖滅的坡折帶,寬度在16～22 km左右。上述這兩條坡折帶屬于平行組合結構。坡折帶坡度由中間向兩側緩慢減小,坡折長度也是中間最寬,向兩側依次減小。馬家山-吳旗-張岔坡折帶,寬度在 15～25 km間,屬于典型水下坡折帶,幾乎平行于深湖界限,坡折坡度相對較緩,向兩側都保持相對平穩狀態,坡折帶坡度也相對均勻,但是坡度小于前兩條坡折帶坡度。垂直于西南物源方向確定出一條坡折帶。為環縣-賀旗-孟壩-慶陽-寧縣以及延伸預測的正寧-宜君坡折帶,屬于單一坡折陡坡類型,坡度比較陡;中間最寬為 20 km,向兩邊變窄,向北收縮到木缽處基本上消失,不存在坡折,繼續向北存在一段坡度與長度不大的坡折帶;向東坡折帶逐漸尖滅,坡折帶收縮至10 km以內。

進入長 62期,由于湖盆水體的進一步萎縮,無論是處于基準面下降還是基準面上升初始階段,均表明湖平面下降或開始上升的低迷狀態,進積型大型三角洲發育。馬家山-吳旗-張岔坡折帶由馬家山向湖盆中心方向推移至姬源,其余三條坡折帶展布與長63期的基本一致。

長 61期,由于湖盆進積型三角洲大量發育,在坡折帶控制的砂體富集區繼續產生沉積坡折影響。四條坡折帶在平面上均有所改變,長茂灘-寧條梁-靖邊-喬溝灣-王家灣坡折帶整體向湖盆中心方向推移;楊井-大路溝-杏河坡折帶在楊井附近消失,坡折東部推移至安塞;姬源-吳旗-張岔坡折帶基本保持穩定;環縣-賀旗-孟壩-慶陽-寧縣坡折帶向湖盆中心方向推移,相對長 62期,本期坡折坡度相對較陡。

4 坡折帶對沉積體系的控制作用

鄂爾多斯晚三疊世長 6期湖盆發育的沉積坡折帶控制了新增沉積物在三角洲各相帶的分配,在坡折帶的頂部和坡腳形成兩個砂體沉積物富裕地區[9]。同時,坡折帶也是控制影響三角洲前緣滑塌濁積扇形成與展布的重要因素之一;坡折帶控制了低位時期的下切谷-低位扇沉積體系的發育;三角洲前緣延伸向深湖的方向可以作為油氣勘探有利目標區域。

鄂爾多斯盆地晚三疊世長 6期湖盆在北東斜坡區發育多條坡折帶,其中最靠近湖盆中心的姬源-吳旗-張岔坡折帶和西南環縣-賀旗-孟壩-慶陽-寧縣坡折帶屬于低位坡折帶。其余高位坡折帶發育于盆地邊緣部位,與溝槽的共同作用控制了沉積體系的展布。因為坡折帶將導致坡折帶上下可容空間的變化,伴隨基準面升降旋回可產生明顯的地層超覆、剝蝕以及低位域巖性高頻層序疊置等的出現,因此沿著多級坡折帶將發育不同性質、不同大小的非構造圈閉。其中地層超覆、不整合遮擋以及巖性圈閉是該部位非構造圈閉發育的主要類型。同一坡折帶在橫向上存在較大的變化,可以形成不同類型的非構造圈閉。非構造圈閉緊鄰多級坡折帶發育,沿著坡折帶呈串珠狀展布。坡折帶控制下的非構造圈閉的含油性條件十分有利,坡折帶以下是低位域儲集層和地層超覆發育的有利地區,其上又往往被首次湖泛面的泥巖所覆蓋,因此與構造線走向近于平行且同傾向的坡折帶是地層超覆圈閉發育的有利部位。坡折帶為快速進積的三角洲前緣砂體提供了形成濁流的條件。在低位坡折帶下方,有利于形成三角洲前緣滑塌濁積扇[10],如長 7-長 6期的姬源、白豹、太白、宜君、上里塬等地區處于靠近深湖區的低位域坡折帶有利區域,大量發育濁積砂體,是巖性圈閉發育的有利地區。

5 結論與地質意義

研究表明,鄂爾多斯盆地晚三疊世長 6期湖盆發育沉積坡折帶。湖盆北東緣垂直物源方向坡折帶具有多級特征,發育三條緩坡坡折帶;西南緣發育單一陡坡坡折帶。湖盆坡折帶在對地層超覆疊置、巖性縱向組合以及沉積體的縱橫向展布上具有重要的控制作用。通過湖盆坡折帶類型、位置等的確定,可以進一步認識晚三疊世長 6期湖盆沉積體系展布與砂體的分布,對下一步油氣有利勘探目標預測具有重要的指導意義。

References)

1 Vail PR,M itchum RM,Todd R G,et a l.Seism ic stratigraphy and global changesof sea level[C]∥Payton C E.ed.Seism ic Stratigraphy App lication of Hyd rocarbon Exp loration.AAPGM emoir,1977,(26): 49-212

2 林暢松,潘元林,肖建新,等。“構造坡折帶”-斷陷盆地層序分析和油氣預測的重要概念[J]。地球科學:中國地質大學學報,2000, 25(3):260-266[L in Changsong,Pan Yuan lin,X iao Jianxin,et a l。 Structural slope beltzone:Key concep t for sequence stratigraphy analysis and petroleum forecasting in fault subsidence basin[J].arth Science:Journalof China University of Geosciences,2000,25(3):260-266]

3 林暢松,潘元林,肖建新,等。“構造坡折帶”-斷陷盆地層序分析和油氣預測的重要概念[J]。地球科學:中國地質大學學報,2000, 25(3):260-266[Ling Changsong,Pan Yuan lin,X iao Jianxin,et a l。 Structural slope break zone:key concep t for stratigraphic sequence analysisand petro leum forecasting in fau lt subsidence basins[J].arth Science:Journalof China University of Geosciences,2000,25(3): 260-266]

4 王英民,劉豪,李立誠,等。準噶爾大型坳陷湖盆坡折帶的類型和分布特征[J]。地球科學:中國地質大學學報,2002,27(6):683-688[W ang Y ingm in,L iu Hao,L iL icheng,eta l.Typesand distribution characteristicsof slop beltof large-type dow n-warped lake basins[J]。 Earth Science:Journal of China University of Geosciences,2002,27 (6):683-688]

5 王英民,金武弟,劉書會,等。斷陷湖盆多級坡折帶的成因類型、展布及其勘探意義[J]。石油與天然氣地質,2003,24(3):199-203 [W ang Y ingm in,JinW udi,L iu Shuhui.Genetic types,d istribution and exp loration significance ofm u ltistage slope belts in rift lacustrine basin [J]. il and Gas Geo logy,2003,24(3):199-203]

6 樊太亮,李衛東。層序地層應用于陸相油藏預測的成功實例[J]。石油學報,1999,20(2):12-17[Fan Tailiang,L iW eidong.A successfu l case on sequence stratigraphy app lied to the p rediction of nonm arine oil-reservoir[J]. cta Petro lei Sinica,1999,20(2):12-17]

7 張善文,王英民,李群。應用坡折帶理論尋找隱蔽油氣藏[J]。石油勘探與開發,2003,30(3):5-7[Zhang Shanw en,W ang Yingm in,L i Qun.Searching subtle traps using the theory of slope belt[J]。2003, Petro leum Exp loration and Developm en t,2003,30(3):5-7]

8 劉暉,操應長,徐濤玉,等。沉積坡折帶控制沉積作用的模擬試驗研究[J]。西北大學學報:自然科學版,2006,(36),S.I。190-195[L iu Hui,Cao Yingchang,Xu Taoyu,eta l.The sim u lation on the contro lof the deposit onal slope-break belt to the deposition[J]。 Journal of Northw estUniversity:Natural Science Ed ition,2006,(36),S.I。:190-195]

9 王穎,王英民,王曉州,等。松遼盆地西部坡折帶的成因演化及其對地層分布模式的控制作用[J]。沉積學報,2005,23(3):498-506 [W ang Ying,W ang Yingm ing,W ang X iaozhou,et a l.The origin and evo lution of slope break beltand its effecton stratigraphy d istribution in large down-warped lake basin[J]. c ta Sedim ento logica Sinica,2005, 23(3):260-266]

10 傅強,呂苗苗,劉永斗。鄂爾多斯盆地晚三疊世湖盆濁積巖發育特征及地質意義[J]。沉積學報,2008,26(2):186-191[Fu Q iang, LvM iaom iao,L iu Yongdou.Developm entalcharac teristicsof tu rbidite and its imp lication on petro leum geo logy in Late-Triassic O rdosBasin [J]. cta Sedim ento logica Sinica,2008,26(2):186-191]

11 李樹同,王多云,王斌,等。坳陷型湖盆緩坡邊緣沉積坡折帶的識別——以鄂爾多斯盆地三疊紀延長期沉積坡折帶為例[J]。天然氣地球科學,2008,19(1):83-88[L i Shutong,W ang Duoyun,W ang B in,et a l.Identification of sed im en tary slope b reaks in them argin of a downwarped lake basin's ramp belt:A case from Triassic Yanchang Form ation,O rdosBasin[J].atural Gas Geoscience,2008,19(1): 83-88]