濟陽拗陷孔店組沉積體系及其構(gòu)造成因

劉見寶，閆云明，宋志敏，崔樹軍，廉有軒

河南工程學(xué)院，河南鄭州451191

濟陽拗陷孔店組沉積體系及其構(gòu)造成因

劉見寶，閆云明，宋志敏，崔樹軍，廉有軒

河南工程學(xué)院，河南鄭州451191

濟陽拗陷是中國東部主要含油氣盆地，其地質(zhì)構(gòu)造相當(dāng)復(fù)雜，是我國研究含油氣盆地最典型的地區(qū).本文以地震和鉆井資料為基礎(chǔ)，研究了構(gòu)造對主要儲層孔店組沉積體系的控制作用，為油氣勘探和開發(fā)提供地質(zhì)依據(jù).孔店組具典型陸相走滑-伸展斷陷盆地早期幕式充填的多物源、快速堆積的特征.砂質(zhì)沉積體系以沖積扇和扇三角洲為主要類型，深洼內(nèi)為干旱鹽湖的膏鹽層、灰?guī)r層及韻律層理泥巖層沉積.3種類型的陡坡邊界具有近岸沉積的共同特征，但沉積的平面和縱向分布存在差異.與陡坡邊界類型相比較，緩坡邊界沉積相類型相對簡單，沖積扇及近岸水下扇不甚發(fā)育，相帶寬，沉積物運移較遠(yuǎn).

濟陽拗陷;孔店組;沉積體系;構(gòu)造成因

0 前言

濟陽拗陷在區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造單元上屬于渤海灣盆地的一部分，位于渤海灣盆地東南緣，郯廬斷裂帶西側(cè)，是在晚白堊世末期上地幔隆升的構(gòu)造背景上發(fā)育起來的斷陷盆地.拗陷南臨魯西隆起，東接郯廬斷裂帶，北部和西部則為埕寧隆起帶，總面積 26 500 km2［1-4］（圖1）.濟陽拗陷總體由多個次一級北斷南超的半地塹凹陷組成.前人分別在弧形斷裂坡折帶的沉積特征［5］、斷裂對層序的控制作用［6］、斷裂對盆地沉降的影響［7］、板塊運動對盆地沉積的控制作用［8］等方面進行了研究，取得了一定的成果，但在構(gòu)造對沉積體系、沉積環(huán)境的影響研究不夠系統(tǒng).平衡剖面伸展率的計算結(jié)果表明，孔店組沉積時期的地層伸展率最大，表明區(qū)域主拉張應(yīng)力大，拉伸構(gòu)造明顯［9］，且孔店組為盆地主要油氣儲層.本文通過地震相識別和鉆井巖心分析，從盆地邊界類型對沉積體系控制的角度，研究濟陽拗陷孔店期沉積體系分布規(guī)律及其構(gòu)造成因.研究成果可為含油氣盆地構(gòu)造－沉積耦合提供理論模式，也可為油氣資源勘探開發(fā)提供參考.

圖1 渤海灣盆地區(qū)域構(gòu)造格架圖Fig.1 Regional tectonic framework of the Bohai Bay Basin

1 孔店組主要沉積體系

濟陽拗陷孔店期為典型的陸相斷陷盆地，發(fā)育快速充填的沖積體系和湖盆沉積體系［10-15］.通過鉆井資料精細(xì)解剖，結(jié)合地震資料解釋［16-17］，可識別出沖積扇、扇三角洲、近岸水下扇、濁積扇、半深湖沉積、淺湖沉積、干鹽湖沉積等，其中以沖積扇、扇三角洲及湖泊沉積為主（表1）.

1.1 沖積扇

沖積扇是濟陽拗陷孔店組發(fā)育的重要沉積體系之一.主要分布在各凹陷的陡坡帶，尤其是在階梯狀構(gòu)造坡折帶的上臺階部位.在已揭露的鉆孔巖心和測井曲線上均有很好的反映，并大致可劃分出扇根、扇中、扇端沉積組合，總體以向上變細(xì)的垂向序列為主.

扇根部分主要發(fā)育泥石流沉積.泥石流沉積為分選性、磨圓性差，雜基支撐的塊狀角礫巖.礫石呈棱角狀，成分有變質(zhì)巖角礫、灰?guī)r角礫和泥質(zhì)角礫，角礫最大直徑大于200 mm，一般為8～64 mm，屬中粗角礫（圖 2a、b）.

圖2 濟陽拗陷孔店組沖積扇沉積Fig.2 Alluvial fan sediments of Kongdian Formation in Jiyang Depression

扇中部分主要發(fā)育辮狀河道充填沉積.底部為河道沖刷面，沖刷面之上發(fā)育具有一定磨圓性的粗角礫巖，為河底滯留，其上發(fā)育塊狀、磨圓度較高的中礫巖（圖2c）、細(xì)砂巖（圖2d）構(gòu)成正旋回沉積序列.礫石磨圓度較好，以石英礫為主.沉積構(gòu)造主要為塊狀，也有遞變層理、礫石定向排列的交錯層理等.辮狀水道充填具有沖刷底界面，往往多個水道疊置.以塊狀層理為主，也見有板狀和槽狀交錯層理.無論是單個層序或整個沉積序列，粒度總體向上變細(xì).露頭中可見礫巖中發(fā)育的疊瓦構(gòu)造或礫石定向排列，顯示交錯層理.

扇端發(fā)育網(wǎng)狀水道漫流沉積物.由塊狀砂巖、含礫砂巖和砂質(zhì)泥巖等組成，形成頻繁薄互層的垂向序列結(jié)構(gòu)［18］.

在地震反射剖面上，沖積扇沉積體系具有亂崗狀、變振幅、連續(xù)性差的地震反射特征，具有前積和發(fā)散的反射結(jié)構(gòu)和楔狀形態(tài)，垂向疊置出現(xiàn)，緊貼盆緣斷裂分布.從扇根到扇中和扇端，地震反射逐漸連續(xù).

表1 濟陽拗陷地震反射參數(shù)、地震相、沉積相對應(yīng)表Table 1 Correlation of seismic reflection parameters，seismic facies and sedimentary facies of Jiyang Depression

1.2 扇三角洲

濟陽拗陷孔店組以短源的扇三角洲沉積為主體，陡坡帶和緩坡帶均有發(fā)育.其中陡坡帶入湖的扇三角洲更多顯示深水背景，重力流沉積發(fā)育；而緩坡入湖的扇三角洲顯示淺水性質(zhì)，辨狀水道發(fā)育，更多的反映辨狀三角洲特征.

扇三角洲體系具有較強振幅、中等連續(xù)至連續(xù)和中－低頻等地震反射特征.剖面形態(tài)呈楔形，3層結(jié)構(gòu)（底積層、前積層和頂積層）完整，分別代表前扇三角洲、扇三角洲前緣和扇三角洲平原.發(fā)散結(jié)構(gòu)明顯，向盆地中部逐漸過渡為弱反射結(jié)構(gòu)的湖相泥巖沉積（圖3）.扇三角洲常具有斜交形、“S”形前積反射結(jié)構(gòu).湖盆水體越深，所形成的前積層厚度越大.前積反射結(jié)構(gòu)的發(fā)育表明扇三角洲作用可能是以進積為主的.

圖3 東營凹陷613測線孔店組扇三角洲解釋Fig.3 Fan delta of Kongdian Formation interpreted by seismic li ne No.613 in Dongying sag

1.3 深水濁積扇

深水濁積扇在沿物源方向，外形呈斜丘狀，其下部為空白反射，內(nèi)部具波狀或雜亂反射結(jié)構(gòu)，反射波組為低頻率、變振幅和差連續(xù)性，反映了高能快速填充的沉積特點［19-20］.扇體前方地層為平行和亞平行地震反射結(jié)構(gòu)，反射波組為低頻率、強振幅和高連續(xù)，表現(xiàn)為深水環(huán)境中穩(wěn)定沉積的特征.沿物源方向，深水濁積扇可分為內(nèi)扇、中扇及外扇亞相，垂向?qū)有蛏巷@示出下粗上細(xì)的退積型沉積層序.中扇是深水濁積扇的主體，辮狀溝道和主溝道沉積是主要儲層.內(nèi)扇和外扇亞相分布范圍窄.

1.4 湖泊沉積

孔店組沉積時期，濟陽拗陷各凹陷大致成較獨立的湖盆體系，在兩個層序的最大湖擴展期，濟陽拗陷南部的東營和惠民凹陷連通，低位和高位末期分割成若干獨立閉塞的鹽湖盆.據(jù)鉆孔揭露的巖性特征，大致可識別出半深湖沉積、淺水湖沉積和干旱鹽湖沉積.

（1）半深水湖泊沉積

主要發(fā)育在孔二段層序的湖擴展體系域地層中，以深灰色的油頁巖、紋層狀泥巖和粉砂質(zhì)泥巖為特征，具塊狀、水平層理，有機質(zhì)含量高，富含菱鐵質(zhì)條帶或菱鐵質(zhì)結(jié)核.泥巖中見水平和傾斜的生物潛穴，含微體化石，也見有生物擾動構(gòu)造.半深湖沉積的巖性較單一，常夾薄層遠(yuǎn)端濁積砂薄層，沉積組合簡單.

地震剖面上，厚層的湖相泥巖常顯示為弱反射帶，當(dāng)這些沉積層與淺湖較粗碎屑或三角洲遠(yuǎn)端和前三角洲交互時，形成高頻、連續(xù)性強的平行反射.

（2）淺水湖泊沉積

淺水湖泊沉積以砂質(zhì)、砂泥互層為主，夾碳質(zhì)泥巖及煤層，主要分布在孔二段地層中.沉積物常受湖水面波動、波浪改造以及碎屑輸入、濱岸地形和氣候等因素變化的影響.沉積物類型以灰色、深灰色砂巖，含礫砂巖、粉砂巖多見，局部也發(fā)育礫巖.常見的沉積構(gòu)造包括小型波痕，小型交錯層理及波狀層理，也見有生物潛穴及擾動構(gòu)造，常見碳質(zhì)碎片.

沉積序列上，向上傾方向常與湖濱帶沉積過渡，向湖盆方向則往往過渡為深湖相沉積.側(cè)向上，沖積扇或扇三角洲之間發(fā)育扇間沉積體系.

（3）鹽湖沉積

干鹽湖環(huán)境發(fā)育在東營凹陷孔一段.它是干旱氣候條件下，注入湖盆的水量小于湖泊蒸發(fā)量，而形成的一個閉流湖［21］.沉積巖石類型以紅色碎屑巖和石膏、鹽巖為主.

據(jù)沉積區(qū)某井資料，巖石類型有：棕褐色、紫紅色泥巖夾薄層紫紅色粉砂巖，發(fā)育紫紅色泥巖含石膏斑紋，深灰色泥巖與鹽膏層互層，無色透明鹽巖夾深灰色石膏層、厚層鹽膏層、波狀層理和棕褐色泥巖含鹽膏斑紋.

其巖相組合和垂向沉積序列為：在鹽膏層沉積序列的底部為紫紅色粉砂巖夾紫紅色泥巖；中部為厚層泥質(zhì)鹽膏層及鹽膏層夾紫紅色泥巖、粉砂巖；頂部為泥質(zhì)鹽膏層與紫紅色泥巖互層.這種沉積序列反映了氣候變化而導(dǎo)致沉積序列從干旱淺湖的紫紅色粉砂夾紫紅色泥變化為干鹽湖的泥質(zhì)鹽膏層、鹽膏層夾紫紅色泥巖序列.據(jù)此，干鹽湖沉積環(huán)境可分為湖岸沖積扇區(qū)、湖泊中央泥灘和干鹽湖沉積區(qū)三部分（圖4）.

圖4 濟陽拗陷孔店期干鹽湖沉積序列及模式Fig.4 Sedimentary sequence and mode of Kongdian playa lake in Jiyang Depression

2 邊界類型對沉積體系的控制

2.1 階梯式陡坡邊界

階梯斷層為同生斷層，發(fā)育沖積扇—近岸水下扇—滑塌濁積扇體，類型較多.相帶寬，砂礫巖體延伸遠(yuǎn)，達5～9 km.疊置厚度較小，一般不超過400 m.沉降和沉積中心統(tǒng)一，位于近盆斷層下降盤.由于受次級斷層持續(xù)活動的影響，發(fā)育了高低不平、寬窄不一的斷階.在平面上，陡坡帶斷階外側(cè)斜坡發(fā)育沖積扇、扇三角洲砂礫巖扇體；斷階上發(fā)育扇三角洲、近岸水下扇砂礫巖扇體，局部地區(qū)發(fā)育洪積扇或辮狀河三角洲砂礫巖扇體；斷階內(nèi)側(cè)向湖盆傾沒部位則發(fā)育近岸水下扇及濁積扇砂礫巖扇體（圖5）.

2.2 座椅式陡坡邊界

座椅式陡坡邊界為繼承性斷層，為前古近紀(jì)逆沖斷層基礎(chǔ)上，發(fā)生負(fù)反轉(zhuǎn)形成的斷層.發(fā)育沖積扇—扇三角洲/近岸水下扇—滑塌濁積扇，類型較多.相帶寬，砂礫巖沿水流方向呈鏈條狀展布.疊置厚度小，一般不超過300 m.多沉降中心，沉積中心靠近盆地中心斷層的下降盤（圖6）.

發(fā)育馬尾式斷裂，控砂模式由主斷裂和與其斜交的一系列順向斷裂組合而成，多條斷裂向下傾方向收斂構(gòu)成馬尾狀.因此，近岸水下扇或扇三角洲體內(nèi)幕破碎，沿斷裂破碎帶構(gòu)造裂縫發(fā)育，地下水活躍，溶蝕孔、洞較易產(chǎn)生，從而改善了砂、礫巖扇體的儲集性能，尤其是以下古生界灰?guī)r為母巖的砂、礫巖體，油氣沿斷裂帶富集.這種特殊的斷裂帶與獨特的構(gòu)造位置有關(guān)，如位于北西向、北東向兩組大斷裂的交匯處，應(yīng)力集中，主斷裂長期活動，落差大，易產(chǎn)生次級斷裂.此類以埕南地區(qū)為典型.

圖5 階梯式陡坡邊界對沉積體系的控制模式圖Fig.5 The control mode of step-type steep slope boundary on the sedimentary system

圖6 座椅式陡坡邊界對沉積體系的控制模式圖Fig.6 The control mode of chair-type steep slope boundary on the sedimentary system

2.3 鏟式陡坡邊界

夏口斷層為更高一級控拗?jǐn)鄬由媳P的調(diào)節(jié)性斷層.發(fā)育近岸水下扇、少量滑塌濁積扇，低洼處發(fā)育較大規(guī)模湖底扇/低位扇.相帶較寬，低位期扇體規(guī)模較大，為3～7 km.疊置厚度較大，一般不超過500 m.沉降和沉積中心統(tǒng)一，位于斷層根部一定距離的深洼區(qū)，低水位期巖性較粗（圖7）.

圖7 鏟式陡坡邊界對沉積體系的控制模式圖Fig.7 The control mode of listric steep slope boundary on the sedimentary system

2.4 緩坡帶

平面上，斷陷盆地緩坡帶相帶分布較寬，靠近盆地邊緣部位主要發(fā)育沖積扇－河流相沉積，向盆地方向發(fā)育有三角洲、灘壩、遠(yuǎn)岸濁積扇等沉積體系類型.縱向上，沉積體系演化是拗陷構(gòu)造運動、氣候、沉積物供給、湖平面升降造成的，這些控制因素周期性的變化影響著沉積體系垂向演化的周期性、旋回性.受構(gòu)造升降運動等影響明顯，緩坡帶沉積體系的旋回性比較清楚.孔店組一段—孔店組二段沉積時期，由于湖盆范圍的不斷擴大，盆地邊緣的沖積扇呈明顯的退積疊加樣式.緩坡一側(cè)低級序斷層的強烈活動，使得緩坡地形高差一定幅度增加和沉積格局復(fù)雜化，導(dǎo)致沉積環(huán)境多變和沉積物在斷層下降盤增厚（圖8）.

3 邊界類型對沉積的控制規(guī)律

不同控盆邊界類型對沉積體系的控制作用存在差異（表2）：3種類型陡坡邊界具有近岸沉積的共同特征，但是沉積的平面和縱向分布存在差異.階梯式斷層邊界沉積相帶最寬，可能與同生斷裂活動引起的邊界多次后退有關(guān)［22］；座椅式斷層沉積砂礫巖體縱向上疊置厚度最小，多沉降中心；鏟式陡坡帶沉積體系相帶平面上相對窄，但是疊置厚度最大.與陡坡邊界類型相比較，緩坡邊界沉積相類型相對簡單，沖積扇及近岸水下扇不甚發(fā)育，相帶寬，沉積物運移較遠(yuǎn).

圖8 緩坡帶沉積體系模式圖Fig.8 The sedimentary system pattern of gentle slope

4 結(jié)論

（1）濟陽拗陷孔店組具典型陸相走滑－伸展斷陷盆地早期幕式充填的多物源、快速堆積的特征.

（2）砂質(zhì)沉積體系以沖積扇和扇三角洲為主要類型，深洼內(nèi)為干旱鹽湖的膏鹽層、灰?guī)r層及韻律層理泥巖層沉積.

（3）不同的類型邊界對沉積體系的控制作用有差異.3種類型陡坡邊界具有近岸沉積的共同特征，但平面和縱向分布存在差異.階梯式斷層邊界沉積相帶寬；座椅式斷層邊界沉積砂礫巖體疊置厚度小，多沉降中心；鏟式陡坡帶相帶窄，但疊置厚度大.緩坡邊界沉積相類型簡單，沖積扇及近岸水下扇不甚發(fā)育，相帶寬，沉積物運移遠(yuǎn).

表2 濟陽拗陷新生代控洼邊界沉積特征對比表Table 2 Sedimentary characteristics of the Cenozoic basin-controlling boundary in Jiyang Depression

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［1］鄭德順.濟陽拗陷中、新生代斷裂特征及其控盆作用［D］.東營：中國石油大學(xué)，2006.

［2］余朝華.渤海灣盆地濟陽拗陷東部走滑構(gòu)造特征及其對油氣成藏的影響［D］.山東：中國科學(xué)院海洋研究所，2008.

［3］姜慧超，張勇，任鳳樓，等.濟陽、臨清拗陷及魯西地區(qū)中新生代構(gòu)造演化對比分析［J］.中國地質(zhì)，2008，35（5）：963－974.

［4］劉見寶.濟陽拗陷新生代構(gòu)造及其對沉積、油氣成藏的控制［D］.北京：中國科學(xué)院研究生院，2011.

［5］任建業(yè)，張青林，陸永潮.東營凹陷弧形斷裂坡折帶系統(tǒng)及其對低位域砂體的控制［J］.沉積學(xué)報，2004，22（4）：628－635.

［6］馬暉.濟陽拗陷下第三系構(gòu)造特征及其對層序的控制作用［D］.廣東：中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所，2005.

［7］郭興偉，施小斌，丘學(xué)林，等.濟陽拗陷新生代構(gòu)造沉降特征［J］.中國石油大學(xué)學(xué)報，2006，30（3）：6－11.

［8］丁增勇，王良書，鐘鍇.渤海灣盆地新生界殘留地層分布特征及其構(gòu)造意義［J］.高校地質(zhì)學(xué)報，2008，14（3）：405－413.

［9］陳潔.濟陽孔店構(gòu)造轉(zhuǎn)型期沉積盆地的特征及勘探意義［J］.地球物理學(xué)進展，2004，19（2）：392－398.

［10］許衛(wèi)平，田海芹.東營凹陷－惠民凹陷孔店組層序地層學(xué)研究與油氣勘探［J］.石油勘探與開發(fā)，2000，27（6）：28－30.

［11］王建偉，趙勇生.東營－惠民凹陷孔店組層序地層學(xué)研究［J］.中國石油大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2001，25（6）：1－5.

［12］陳建渝，彭曉波，張冬梅，等.濟陽拗陷古新世孔店組生烴潛能評價［J］.石油勘探與開發(fā)，2002，29（3）：17－20.

［13］汲生珍.東營凹陷深層沙四段—孔店組層序框架及沉積體系研究［D］.北京：中國石油大學(xué)，2003.

［14］邱楠生，蘇向光，李兆影，等.濟陽拗陷新生代構(gòu)造－熱演化歷史研究［J］.地球物理學(xué)報，2006，49（4）：1127－1135.

［15］譚先鋒，蔣艷霞，李潔，等.濟陽拗陷古近系孔店組高頻韻律旋回沉積記錄及成因［J］.石油與天然氣地質(zhì)，2015，36（1）：61－72.

［16］路慎強.東營凹陷孔店組層序地層分析及典型沉積體地震預(yù)測方法研究［D］.武漢：中國地質(zhì)大學(xué)，2009.

［17］王軍，姜素華，李三忠，等.地震相分析在濟陽拗陷孔店組沉積相劃分中的應(yīng)用［J］.成都理工大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2014（4）：437－443.

［18］袁靜.中國東部古近系洪水－漫湖沉積特征——以濟陽拗陷南部為例［J］.礦物巖石，2005，25（2）：99－103.

［19］蘇永進，唐躍剛，房新娜.濟陽拗陷東營凹陷濁積型砂體的成藏特征及其差異性［J］.石油天然氣學(xué)報，2009，31（4）：183－187.

［20］路智勇.濟陽拗陷東營凹陷陡坡帶鹽18地區(qū)重力流沉積特征與沉積模式［J］.天然氣地球科學(xué)，2012，23（3）：420－429.

［21］操應(yīng)長，王健，高永進，等.濟陽拗陷東營凹陷古近系紅層－膏鹽層沉積特征及模式［J］.古地理學(xué)報，2011，13（4）：375－386.

［22］徐秋晨.濟陽拗陷古近系—新近系沉積沉降與斷裂關(guān)系研究［D］.西安：西北大學(xué)，2013.

SEDIMENTARY SYSTEM AND STRUCTURAL GENESIS OF KONGDIAN FORMATION IN JIYANG DEPRESSION

LIU Jian-bao，YAN Yun-ming，SONG Zhi-min，CUI Shu-jun，LIAN You-xuan
Henan Institute of Engineering，Zhengzhou 451191，China

The Jiyang Depression，one of the main petroliferous basins in eastern China with fairly complex geological structures，is the most typical area for petroliferous basin study.Based on the seismic and drilling data，this paper studies the structural control on the sedimentary systems of Kongdian Formation which is the main reservoir.The Kongdian Formation is characterized by typical early continental strike-slip and extensional fault basin with fastaccumulated episodic filling of multisource.Alluvial fan and fan delta are the two main types of sandy sedimentary system.Gypsum salt，limestone and rhythmic-bedding mudstone in dry playa are distributed in deep sags.Three types of steep slope boundaries share the common characteristics of nearshore sediments，but differ in horizontal and vertical distribution of sedimentation.Compared with steep slope boundaries，the sedimentary facies of gentle slope boundary are relatively simple with underdeveloped alluvial fan and nearshore subaqueous fan，wide facies belts and farthertransported sediments.

JiyangDepression；KongdianFormation；sedimentarysystem；structuralgenesis

1671-1947（2017）05-0467-07

P588.2

A

2016－10－21；

2017－02－21.編輯：張哲.

國家自然科學(xué)基金“瓊東南盆地新生代構(gòu)造東西分異的動力學(xué)機制研究”（41206037）；河南工程學(xué)院博士基金項目“濟陽拗陷新生代構(gòu)造與油氣成藏”（D2015010）.

劉見寶（1982—），男，講師，博士后，現(xiàn)從事構(gòu)造地質(zhì)、瓦斯地質(zhì)的研究、教學(xué)工作，通信地址河南省鄭州市新鄭龍湖祥和路1號，E-mail//514348839＠qq.com.