泌陽凹陷核桃園組古地貌恢復(fù)及其對沉積體系的控制

羅順社，周 彪，段長江,孟 穎,劉 俊

泌陽凹陷核桃園組古地貌恢復(fù)及其對沉積體系的控制

依據(jù)三維地震數(shù)據(jù)體、鉆井分層及聲波時差數(shù)據(jù)，利用殘留地層厚度和剝蝕量方法恢復(fù)了核桃園組各段的古地貌。分析結(jié)果表明，古地貌單元包括古隆起、下切溝谷、斷槽溝谷、斷裂轉(zhuǎn)換帶、陡坡斷裂坡折帶、沉積斜坡坡折帶、凹陷；在構(gòu)建完整物源供給系統(tǒng)的前提下,古地貌單元及其組合樣式對沉積體系有著明顯的控制作用，主要表現(xiàn)是在隆起-斷槽溝谷-沉積斜坡坡折帶-凹陷組合樣式中，受斷槽溝谷和沉積斜坡坡折帶耦合控制，在斜坡坡折帶上大規(guī)模的發(fā)育辮狀河三角洲沉積；在隆起-下切溝谷-陡坡斷裂坡折帶-凹陷和隆起-斷裂轉(zhuǎn)換帶-陡坡斷裂坡折帶-凹陷組合樣式中，受下切溝谷和陡坡斷裂坡折帶控制，在溝谷下方發(fā)育規(guī)模和砂體展布方向不一的扇三角洲沉積體系，具有溝扇對應(yīng)特征；在深凹區(qū)由于缺乏耦合的搬運(yùn)通道,則發(fā)育半深湖沉積體系。

泌陽凹陷; 核桃園組; 古地貌; 古地貌組合樣式; 沉積體系

1 區(qū)域地質(zhì)概況

泌陽凹陷是我國東部地區(qū)南襄盆地中的一個小型凹陷，其基底屬于秦嶺褶皺帶的褶皺基底，新生代由于受南部北西西向的唐河-栗園斷裂和東部北東向的泌陽-栗園斷裂的共同作用，形成了南陡北緩的扇形箕狀斷陷盆地。根據(jù)凹陷的古構(gòu)造地貌特征和現(xiàn)今構(gòu)造格局，可以將泌陽凹陷劃分為南部陡坡帶、中部深凹帶和北部斜坡帶。研究區(qū)內(nèi)所鉆遇的地層自上而下依次為第四系平原組、上第三系上寺組及下第三系廖莊組、核桃園組、大倉房組和玉皇頂組。研究層位核桃園組是湖盆相對穩(wěn)定沉積時期，以較深湖相的泥巖、砂巖及白云巖沉積為主，根據(jù)巖石組合、沉積旋回及巖性特征，自上而下將核桃園組分為3段，即核一段、核二段和核三段(包括核三上亞段、核三下亞段)。

2 古地貌恢復(fù)

目前對古地貌恢復(fù)的研究大都停留在定性階段，沉積記錄資料越多則恢復(fù)精度越高，其成果表征是古地貌圖，它是指盆地發(fā)育某一時期的某個界面上等深度線所表示的該界面表面凹隆狀態(tài)圖。古地貌恢復(fù)需要借助殘留地層厚度、剝蝕厚度、壓實(shí)校正和古水深等研究參數(shù)[1]，筆者主要進(jìn)行殘留地層厚度的求取和剝蝕量恢復(fù)。

2.1殘留地層厚度求取

依據(jù)泌陽凹陷南部陡坡帶的三維地震數(shù)據(jù)體及鉆井分層數(shù)據(jù),在Landmark軟件中對核三下亞段、核三上亞段、核二段和核一段的頂?shù)走M(jìn)行層位解釋，然后在Doublefox 軟件中進(jìn)行變速成圖得到各地層的殘留地層厚度平面圖(見圖1)。

2.2剝蝕量恢復(fù)

泌陽凹陷充填沉積物主要為古近系核桃園組,在凹陷范圍內(nèi)核桃園組各段間基本為連續(xù)沉積,地層的剝蝕主要發(fā)生在古近紀(jì)與新近紀(jì)之間(即廖莊組沉積之后),因而只對廖莊組地層進(jìn)行剝蝕量計(jì)算。首先對全區(qū)測井資料進(jìn)行挑選，然后用測錄井資料進(jìn)行泥巖段識別，并截取相應(yīng)的聲波時差測井曲線段與深度交匯(見圖2)，并做了相應(yīng)的平面分布圖(見圖3)。

圖1 泌陽凹陷南部陡坡帶核一段-核三下亞段現(xiàn)今殘留厚度平面分布圖

圖2 B76井深度與聲波時差交匯圖

圖3 泌陽凹陷南部陡坡帶廖莊組后期剝蝕量平面分布圖

3 古地貌演化

3.1古地貌單元識別

古地貌單元包括古隆起、古坡折帶、古溝谷、古斷層和古凹陷等[2]。研究區(qū)識別的古地貌單元有古隆起、古坡折帶、古溝谷及古凹陷。古溝谷包括斷槽溝谷、下切溝谷和斷裂轉(zhuǎn)換帶；古坡折帶主要為陡坡斷裂坡折帶、沉積斜坡坡折帶。古地貌演化分析表明，各單元的時空分布及其耦合關(guān)系是構(gòu)造運(yùn)動、地層沉積沉降和剝蝕壓實(shí)綜合作用的結(jié)果,其中構(gòu)造運(yùn)動占據(jù)十分重要的地位[3]。研究區(qū)核三下亞段至核一段是泌陽凹陷主斷陷期的強(qiáng)烈斷陷和斷陷萎縮階段，而不同的斷陷階段的古地貌特征有所差異。

3.2核三段古地貌特征

1)核三下亞段 核三下亞段沉積時期邊界斷裂活動強(qiáng)度大，山高水深，沉積物補(bǔ)給欠飽和-飽和，凹陷持續(xù)強(qiáng)烈下沉，北西向唐河-栗園以斷裂活動為主,而北東向栗園-泌陽斷裂活動較弱,主要起調(diào)節(jié)作用。古溝谷有6條,在南部為桂岸下切溝谷、平氏斷裂轉(zhuǎn)換帶、楊橋下切溝谷，在東部為梨樹凹、下二門下切溝谷，而在東北部為斷槽溝谷(見圖4)。古坡折帶為受控?cái)嗔芽刂频墓鸢丁⑵绞稀⑾露T陡坡斷裂坡折帶及東北部的沉積斜坡坡折帶。

2)核三上亞段 核三上亞段沉積時期的構(gòu)造運(yùn)動跟核三下亞段基本相似，不過相對于核三下亞段，其沉降活動逐漸減弱。南部上升盤物源區(qū)大規(guī)模山體垮塌、滑坡，為湖盆沉積提供充足的物質(zhì)基礎(chǔ)，而斷層下降盤的大幅度沉降則為陸源碎屑物質(zhì)的堆積提供更多的可容空間，仍以北西向張性斷裂為主，北東向斷層在下掉過程中主要起調(diào)節(jié)作用。古溝谷有7條,在南部為桂岸下切溝谷、平氏斷裂轉(zhuǎn)換帶、楊橋下切溝谷、栗園下切溝谷，在東部為梨樹凹下切溝谷和下二門下切溝谷，而在東北部為斷槽溝谷，其中南部古溝谷有向東擺動的趨勢(見圖5)。古坡折帶為受控?cái)嗔芽刂频墓鸢丁⑵绞稀顦颉⒗鯃@、梨樹凹、下二門陡坡斷裂坡折帶及東北部的沉積斜坡坡折帶。

圖4 核三下亞段古地貌與沉積體系匹配關(guān)系圖

圖5 核三上亞段古地貌與沉積體系匹配關(guān)系圖

3.3核二段古地貌特征

核二段跟核三段一樣，其邊界斷裂活動強(qiáng)度大，山高水深，沉積物補(bǔ)給欠飽和-飽和，凹陷持續(xù)強(qiáng)烈下沉，出現(xiàn)較深的湖沉積，不過核二段相對核三段沉降活動有所減弱。從核二段的古地貌與沉積體系匹配關(guān)系圖上可以看出，古溝谷有6條,在南部為桂岸下切溝谷、平氏斷裂轉(zhuǎn)換帶、楊橋下切溝谷、栗園下切溝谷，在東部為梨樹凹下切溝谷，而在東北部為斷槽溝谷(見圖6)。

3.4核一段古地貌特征

核一段沉積時期為斷陷萎縮階段，湖泊水體變淺，邊界斷裂活動強(qiáng)度減弱，凹陷轉(zhuǎn)為不均衡的緩慢抬升，沉積中心向東遷移。沉降中心由北西向轉(zhuǎn)為北北東向，與盆地東緣斷層近于平行。古溝谷有6條,在南部為桂岸下切溝谷、平氏斷裂轉(zhuǎn)換帶、楊橋下切溝谷、栗園下切溝谷，在東部為梨樹凹下切溝谷，而在東北部為斷槽溝谷(見圖7)。古坡折帶為受控?cái)嗔芽刂频墓鸢丁⑵绞稀顦颉⒗鯃@、梨樹凹陡坡斷裂坡折帶及東北部的沉積斜坡坡折帶。

4 古地貌對沉積體系的控制

古地貌及物源供給方式是影響沉積體系發(fā)育及分布的重要因素。不同類型和成因的古溝谷古坡折帶和其他古地貌單元在時空耦合,組成面貌迥異的物源供給系統(tǒng),從而影響沉積體系發(fā)育的類型、規(guī)模和展布特征等[4]。研究區(qū)核桃園組各段識別出的古地貌的組合樣式有隆起-下切溝谷(或斷槽溝谷)-陡坡斷裂坡折帶(或沉積斜坡坡折帶)-凹陷、隆起-斷裂轉(zhuǎn)換帶-陡坡斷裂坡折帶-凹陷。在隆起-下切溝谷(或斷槽溝谷)-陡坡斷裂坡折帶(或沉積斜坡坡折帶)-凹陷組合樣式中，泌陽凹陷東北部一帶受斷槽溝谷和沉積斜坡坡折帶耦合控制，沿著斷槽的方向在斜坡坡折帶上發(fā)育大規(guī)模的辮狀河三角洲沉積，砂體延伸較遠(yuǎn)，沉積體系規(guī)模和展布在整個核桃園組基本相似(圖4～7)。在隆起-下切溝谷(或斷槽溝谷)-陡坡斷裂坡折帶(或沉積斜坡坡折帶)-凹陷組合樣式中，桂岸、楊橋、栗園及東部的梨樹凹(東部的下二門和南部的桂岸、楊橋)下切溝谷與下方陡坡斷裂坡折帶耦合,順著溝谷的方向在陡坡坡折帶上發(fā)育扇三角洲沉積。物源區(qū)溝谷的分布及其侵蝕時期影響了沉積相類型和規(guī)模，其南部的陡坡坡折帶扇體的延伸方向受到該區(qū)溝谷方向的制約，導(dǎo)致核三下亞段-核一段扇體的延伸方向呈北西方向逐漸向東過渡的趨勢。核三段、核二段南部的平氏地區(qū)構(gòu)成最大的物源供給系統(tǒng)，其古地貌組合樣式為隆起-斷裂轉(zhuǎn)換帶-陡坡斷裂坡折帶-凹陷，斷裂轉(zhuǎn)換帶的輸送能力明顯強(qiáng)于其他類型的溝谷，導(dǎo)致該沉積系統(tǒng)中發(fā)育的扇三角洲沉積體系延伸，分布范圍廣泛，扇三角洲沉積體系在陡坡斷裂坡折帶及凹陷沉積扇三角洲前緣(圖4、5)。核一段由于北西向的唐河-栗園斷層活動減弱，北東向的栗園-泌陽斷層活動大大增強(qiáng)，對沉積作用發(fā)揮主控作用，東部的梨樹凹陡坡坡折帶上發(fā)育扇體規(guī)模比核二段有所增大(圖6、7)。中部安棚一帶由于缺乏耦合的搬運(yùn)通道,構(gòu)建不了完整的物源供給系統(tǒng),其對應(yīng)的深凹區(qū)域則發(fā)育半深湖、深湖濱淺湖沉積體系。

圖6 核二段古地貌與沉積體系匹配關(guān)系圖

圖7 核一段古地貌與沉積體系匹配關(guān)系圖

5 結(jié) 語

在明確地層剝蝕類型和恢復(fù)方法的基礎(chǔ)上, 依據(jù)三維地震數(shù)據(jù)體、鉆井分層及聲波時差數(shù)據(jù)，利用殘留地層厚度和剝蝕量方法恢復(fù)了核桃園組各段的古地貌。恢復(fù)的古地貌特征表明, 研究區(qū)可識別的古地貌組合樣式包括隆起-下切(或斷槽)溝谷-陡坡斷裂坡折帶(或沉積斜坡坡折帶)-凹陷、隆起-斷裂轉(zhuǎn)換帶-轉(zhuǎn)換構(gòu)造坡折帶-凹陷、隆起-斷槽溝谷-沉積斜坡坡折帶-凹陷。核桃園組古地貌與沉積體系的對應(yīng)關(guān)系表明，沉積體系的類型、規(guī)模和展布等均嚴(yán)格地受古地貌的控制,在能夠構(gòu)建完整物源供給系統(tǒng)的前提下,不同的古地貌組合分別發(fā)育相應(yīng)的沉積體系。因此，古地貌單元及其組合樣式對沉積體系和儲層的預(yù)測和識別具有重要的指導(dǎo)作用。

[1]趙俊興, 陳洪德, 時志強(qiáng).古地貌恢復(fù)技術(shù)方法及其研究意義——以鄂爾多斯盆地侏羅紀(jì)沉積前古地貌研究為例[J].成都理工學(xué)院學(xué)報(bào), 2001,28 (3):260-266.

[2]吳賢順，樊太亮.從古地貌談層序格架中儲層的發(fā)育規(guī)律[J].地球?qū)W報(bào)，2002,23(3)：259-262.

[3]王家豪，王華，趙忠新，等.層序地層學(xué)應(yīng)用于古地貌分析——以塔河油田為例[J].地球科學(xué)，2003，28(4)：425-430.

[4]加?xùn)|輝，徐長貴，楊波，等.遼東灣遼東帶中南部古近紀(jì)古地貌恢復(fù)和演化及其對沉積體系的控制[J]. 古地理學(xué)報(bào)，2007，9(2)：155-166.

[編輯] 李啟棟

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.04.007

P512.2

A

1673-1409(2012)04-N019-04

2012-02-16

羅順社(1961-)，男，1983年大學(xué)畢業(yè)，博士，教授，現(xiàn)主要從事沉積學(xué)方面的教學(xué)與研究工作。