渤海湾盆地西部浊积岩沉积模式及地质意义.doc

渤海湾盆地喜马拉雅运动幕次划分及演化特征吉 双 文(胜利石油管理局 地质录井公司 , 山东 东营 257000 )摘要 : 从构造运动的一致性入手 , 运用构造运动与沉积环境 、火山喷发之间的关系 , 综合各油田对所在坳陷或凹陷的认识 , 提出渤海湾盆地喜马拉雅运动划分为侯镇幕 、济阳幕 、东营幕 、渤海幕的新观 点 。指出其在四大沉积期内存在孔二段 、沙河街组四 三段 、沙河街组一段 东营组三套烃源岩 , 相 比而言沙河街组四 三段的烃源岩分布范围大生烃能力强 , 整体上具有沉降中心由南向北和由西向东 迁移的沉积演化特征 。关 键 词 : 渤海湾盆地 ;中图分类号 : TE12113喜马拉雅运动 ; 沉积环境 ; 幕次划分 ; 沉积演化文献标识码 : AThe k in em a t ic pha se d iv is ion an d evo lu t ion cha ra c ter ofH im a la yan M ovem en t in Boha iwan Ba s inJ I Shuang2wen( Geologg ing C om pany of Petroleum A dm in istra tion B u reau, D ongy ing 257000, C h ina )A b stra c t: B a sed on the confo rm ity of tec ton ic movem en t, the re la tion sh ip be tw een tec ton ic movem en t, sed im en ta ry environm en t and vo lcan ic e rup tion, and the unde rstand ing abou t dep re ssion o r sag of each o ilfie ld, the new op in ion tha t the H im a layan Movem en t of Boha iw an B a sin can be d ivided in to Houzhen Pha se, J iyang Pha se, Dongying Pha se and Boha i Pha se. It is ind ica ted tha t 3 se ts of hyd roca rbon sou rce rock s, K2 M em be r, 4 th23 rd M em be r of Shahe jie Fo rm a tion and 1 M em be r of Shahe jie Fo rm a tion2Dongying Fo rm a tion, a re existed du ring 4 sed im en ta ry p e riod s. Com 2 p a ra tive ly, the 4 th23 rd M em be r of Shahe jie Fo rm a tion d istribu te s mo re la rge ly w ith h igh hyd roca rbon gene ra tion po ten2 tia l. The sed im en ta ry evo lu tion is fea tu red by the cen te r of sub sidence m igra ting from the sou th to the no rth and from the we st to the ea st.K ey word s: B oha iw an B a sin; tec ton ic movem en t; sed im en ta ry environm en t; p ha se d ivision; sed im en ta ry evo lu2tion渤海湾盆地东部和西部分别为胶辽隆起区和太行山隆起区 , 北部与燕山褶皱带相邻 , 南部与鲁西隆起 区相连 , 平面上呈反 “S”型展布 , 包括 3 个隆起和7 个坳陷 (图 1 ) 。 过去渤海湾盆地所属的各 油 田对 喜马 拉雅 运 动以及地层时代的认识都是不统一的 , 地层划分 的 结 果也不一致 。笔者运用构造运动与沉积环 境 、火 山 喷发之间的关系 , 综合各油田对所在坳陷或凹 陷 的 认识 , 提出渤海湾盆地喜马拉雅运动幕次划分 的 新 观点 , 并指出其与地层沉积演化间的关系 。1 构造运动与沉积环境的关系地壳的每次构造运动按其活动的过程和程度都可 划分为萌芽 、剧烈和消亡三个阶段 1 。按其活动的形 式则可分为水平 (造山 )运动和升降运动 。其中 ,水平 (造山 )运动又有挤压 、拉张和剪切三种表现形式 。构造运动与沉积环境有着密切联系 ,不同形式的 构造运动形成的沉积环境不同 ,相同形式的构造运动 剧烈程度不同形成的沉积环境也不同 。构造运动的形 式和剧烈程度控制着沉积环境的变化 。一般情况下 ,收稿日期 : 2006 212 206作者简介 : 吉双文 ( 1961 - ) , 男 , 山东夏津人 , 工程师 , 从事地质监督及地质研究工作 。地壳的水平 (造山 ) 运动多表现为地层间角度不整合的接触关系 ; 地壳的升降运动多表现为平行不 整合或假整合的接触关系 2 。喜马拉 雅运 动属 水 平 (造山 ) 运动 , 主要表现为拉张块断和剪切走滑 。拉 张块断和剪切走滑导致了每个块体的不均衡沉降 , 往往断层下降盘附近沉降幅度大 , 而上升盘附近沉降幅 度小 , 即掀斜作用 。由于块体的不均衡沉降 , 使喜马 拉雅运动每个幕次沉积的地层之间应表现为角度不整 合的接触关系 , 两幕次之间的分界为 “反旋回 ”与 “正旋回 ”的转换处 。整个渤海湾盆地新生界沉积都与喜马拉雅运动有着密切联系 , 都是喜马拉雅运动的产物 。喜马拉雅运 动每个幕次每个时期在不同地区表现的剧烈程度不一 样 , 从而导致渤海湾盆地沉降中心不断迁移 。在沉降 中心 , 构造运动每个幕次的三个阶段是比较明显的 , 水体表现出了由水进到水退的全过程 , 形成了完整的 沉积旋回 , 为喜马拉雅运动幕次划分和地层划分提供 了理论依据 。另外 , 构造运动与火山喷发也有密切联系 , 火山 喷发大多数都是构造运动剧烈阶段的产物 。渤海湾盆 地新生界火山喷发岩的存在也与喜马拉雅运动有关 , 都是喜马拉雅运动的产物 。研究发现 , 整个渤海湾盆 地新生界玄武岩分布具有规律性 , 横向上主要沿郯庐 大断裂一线和昌黎 沧东 兰聊断裂一线分布 ; 纵向 上 , 主要分布在孔二 三段 (房身泡组 ) 、沙四段 升降运动分割性差 、沉积范围大 ,水平 (造山 ) 运动则分割性好 、沉积范围小 。对于拉张块断的沉降区来说 , 萌芽阶段断裂活动缓慢 ,沉降速率较小 ,水体范围较小 较浅 ,形成氧化环境为主的滨浅湖相 (浅水扇 )或河流 相沉积 ;剧烈阶段断裂活动剧烈 ,沉降速率较大 ,水体 范围较大较深 ,形成还原环境为主的半深湖 、深湖相或 深水浊流沉积 ;消亡阶段断裂活动减缓或停止 ,沉降速 率减小 ,水体范围逐渐缩小变浅 ,形成弱氧化环境为主 的滨浅湖相或扇三角洲沉积 (图 2 ) 。沙三段 、沙一段 东营组 、馆陶组地层中 。其中 , 位于两断裂交会处的下辽河坳陷在孔三 二段 (房 身 泡组 ) 、沙四段 沙三段 、沙一段 东营组 、馆陶组地层中都存在玄武岩体 3 , 表明新生 代时 期这 里 曾东 兰聊断裂以及太行山东断裂有着密切联系 , 是上述三大断裂活动的产物 。地史上郯庐大断裂发生过多 次构造运动 , 既有过左旋也有过右旋 , 对渤海湾盆地形成影响较大的主要有印支运动 、燕山运动 、喜马拉 雅运动 4 。印支运动主 要表 现 为挤 压褶 皱 , 燕 山 运 动主 要 表 现 为 剪 切 块 断 , 它 们 总 的 表 现 都 是 水 平 (造山 ) 运动 , 运动的结果形成了山峦起伏的地貌 , 从而发育了一套以山间充填沉积为特征的砂砾泥杂乱堆积地层 。喜马拉雅运动期间郯庐 大 断裂 表现 为 右经发生过四个幕次的火山喷发 ,划分提供了又一理论依据 。为喜马拉雅运动幕次2 构造运动幕次划分渤海湾盆地的形成过程与郯庐大断裂 、昌黎 沧(图 3 ) 。昌潍坳陷主要表现为剪切走滑 , 处于渤海湾盆地中部的黄骅坳陷 、济阳坳陷主要表现为拉张块断 , 而靠近 太行山东断裂的冀中坳陷 、临清坳陷则剪切走滑和拉 张块断的成分都存在 。早期形成的构造格局受到燕山运动的影响 , 具有 明显 的继 承 性 , 故 渤海 湾盆 地 为 中 、新生代复合型盆地 。查阅渤海湾盆地所属的中国石油地质志发现 , 各 油田对渤海湾盆地的构造演化没有统一认识 , 都是对 油田所在坳陷或凹陷进行分析 。辽河油田认为下辽河 裂谷经历了三个沉积旋回 。第一旋回包括沙河街组四段和沙河街组三段两个沉积发育期 , 第二旋回为沙河 街组二段及沙河街组一段沉积发育期 , 第三旋回为东 营组沉积发育期 。其中 , 每一个旋回都是从张裂开始 经过沉陷再到衰退的过程 3 。华北油 田把 冀中 坳 陷 构造运动分为四个时期 : 沙四 孔店期 、沙二 沙三期 、东营 沙一 期 、晚 第 三 纪 期 5 。大 港 油 田 认 为 黄骅坳陷新生代的发育经历了初始断陷期 (始新世 孔店组沉积期 ) 、扩张深陷期 (早渐新世沙三段沉积 期 ) 、稳定 发 展 期 (中 渐 新 世 沙 二 、一 段 沉 积 期 ) 、 断陷活动衰减期 (晚渐新世东营组沉积期 ) 和坳陷期 (中 、上新世馆陶 、明化镇组沉积期 ) 6 。中原油 田则把 东 濮 凹 陷 的 形 成 演 化 划 分 为 初 期 断 陷 阶 段 (孔店组和沙四段上部 ) 、强烈断陷阶段 (沙四段上 部和沙三段 ) 、萎缩阶段 (沙二段 ) 、稳定下沉阶段 (沙一段 ) 、收缩阶段 (东营组 ) 、坳陷阶段 (晚第三纪 ) 7 。胜利油田对济阳坳陷喜马拉雅山运动进行了 幕次划分 , 划分为三幕 : 第一幕 (济阳幕 ) 、第二幕 (东营幕 ) 、第三幕 (未命名 ) 8 。另外 , 查阅位于渤 海湾盆地东南部的南黄海盆地资料还发现 , 该盆地第 三纪沉积分为阜宁期 (古新世 ) 、戴南期 (始新世 ) 、三垛期 (渐 新 世 ) 、盐 城 期 (中 新 世 、上 新 世 ) 四 期 , 每个沉积期都对应一次 构 造运 动 (阜宁 期 吴 堡运动 、戴南期 真武运动 、三垛期 三垛运动 、盐 城期 凡川运动 ) , 导致每个沉积期之间都为角度不 整合接触 9 。喜马拉雅运动是新生代时期印度洋板块由南向北 挤压俯冲和太平洋板块由东向西挤压俯冲综合作用的 结果 , 该时期欧亚板块东部一直处于剪切应力场中 。 在剪切应力场的作用下 , 欧亚板块东部产生了一系列 北北东向延伸的断裂 , 每个断裂都表现为右旋剪切走滑 , 从而在两大断 裂 之间 形成 拉 张断 坳盆 地 (如 渤 海湾盆地 、南黄海盆地等 ) 。由此可见 , 整个渤海湾 盆地乃至欧亚板块东部构造运动的时间和幕次应该具 有一致性 。笔者从构造运动的一致性入手 , 运用构造 运动与沉积环境 、火山喷发之间的关系 , 综合各油田运动应划分为四个幕次211 第一幕 (侯镇幕 )此幕从古新世早期的滨浅湖相开始 ,经半深湖相(淡水湖 ) , 再发展到浅湖相或三角洲相 , 构成一个完整的沉积旋回 。这次构造运动属断陷初始期 , 萌芽 阶段表现不明显便进入了剧烈阶段 , 之后又逐渐进入 消亡阶段 , 影响范围较小 。沉积地层为孔店组 。由于 在昌潍坳陷侯镇附近剧烈 , 形成沉降中心 , 孔店组沉 积厚度大 , 故称为侯镇幕 。与南黄海盆地的吴堡运动相对应 。212 第二幕 (济阳幕 )此幕从始新世早期的滨浅湖相或河流相开始 , 逐 渐过 渡 到 半 深 湖 相 (咸 水 湖 或 半 咸 水 湖 ) , 深 湖 相 (半咸水湖 ) 、再发展到浅湖相或三角洲相 , 构成又一个完整的沉积旋回 。这次构造运动属断陷鼎盛期 , 三个阶段表现都很明显 , 持续时间较长 , 影响范围较 大 , 波及了整个盆地 。这期间发生过不同幅度的颤动 式升降活动 , 形成了良好的生储配置体系 , 还发育了 一系列盆倾断层 , 以及继承性构造的形式 。沉积地层 为沙河街组四段 三段 。这次构造运动是由渐变到突变的过程 , 从沙四段早期开始活动 , 一直延续到沙三 段末期结束 。与南黄海盆地的真武运动相对应 。213 第三幕 (东营幕 )此幕从渐新世早期的滨浅湖相或河流相开始 , 逐 渐过渡到开阔的半深湖相 (半咸水湖 ) , 再发展到浅湖相或三角洲相 , 构成再一个完整的沉积旋回 。这次 构造运动属断坳过渡期 , 三个阶段表现都较明显 , 湖 盆水体范围达到最大 , 但深度明显不如济阳幕 。沉积 地层为沙河街组二段 东营组 。这次构造运动又产生 了大量的伴生断层 , 主要的古潜山山头也已形成 。与南黄海盆地的三垛运动相对应 。214 第四幕 (渤海幕 )此幕从中新世时期的河流相开始 , 逐渐过渡到滨 浅湖相 , 再发展到上新世后期的河流相 , 构成一个完 整的沉积旋回 。这次构造运动整个渤海湾盆地进入坳陷期 , 三个阶段表现不明显 , 水体范围较大较浅 。馆 陶组早期以河流相沉积为主 , 超覆 于 一切 老地 层 之 上 , 而明化镇组时期沉积范围更大 , 并夹有海相层 。 由于在渤中坳陷形成沉降中心 , 馆陶组 、明化镇组沉 积厚度大 , 故称为渤海幕 。与南黄海盆地的凡川运动相对应 。的昌潍坳陷东部 、济阳坳陷东营凹陷东部表现剧烈 ,形成沉降中心并存在火山喷发岩 , 孔二段沉积时具备 了半深湖 (淡水湖 ) 环境 , 发育了较厚的暗色泥岩 (烃源岩 ) 地层 ; 靠近太行山东断裂附近的冀中坳陷 西部和靠近沧东断裂附近的黄骅坳陷西部沉降幅度也比较大 , 形成了第二 、三沉降中心 。该沉积期总厚度 达 2 200 m。312 沙河街组四 三段沉积期始新世时期受济阳幕的影响 ,郯庐大断裂 、太行山东断裂及昌黎 沧东 兰聊断裂再次进入活动期 ,并导致部分燕山运动产生的断层继承性活动 , 且又有 新的断层产生 (图 4 ( b) ) 。该幕为断陷鼎盛期 , 影 响范围大 , 除昌潍坳陷外 , 其他六个坳陷都形成了多 个沉降中心 , 有的凹陷在沙四段上亚段沉积时就具备 了半深湖 (咸水湖或半咸水湖 ) 环境 , 发育了一定 厚度的暗 色 泥 岩 (烃 源 岩 ) 、膏 盐 岩 、碳 酸 盐 岩 地 层 ; 沙三段下亚段沉积时 , 大多数凹陷都达到了深湖 (半咸水湖 ) 环境 , 发育了较大厚度的暗色泥岩 (烃 源岩 ) 为主的地层 ; 沙三段上亚段沉积时 , 各 个 凹 陷又都逐渐过渡到滨浅湖或三角洲环境 , 发育了一定 厚度的砂泥岩交互的地层 。南部济阳坳陷沙四段上亚 段沉积时的沉降中心在东营凹陷 , 沙三段下亚段沉积 时的沉降中心在沾车凹陷 ; 西部沙四段上亚段沉积时 的沉降中心在冀中坳陷西北部 , 沙三段下亚段沉积时 的沉降中心在黄骅坳陷西北部 。该 沉 积期 总厚 度 达3 000 m。313 沙河街组二段 东营组沉积期3 沉积演化特征虽然整个渤海湾盆地构造运动的时间和幕次具有 一致性 , 但其地层沉积时间和沉积空间却具有明显不 均衡性 , 不同时期不同构造部位地层沉积的厚度和岩 性都不一样 , 表现出了沉降中心在不断迁移 。311 孔店组沉积期古新世时期受侯镇幕的影响 , 郯庐大断裂 、太行 山东断裂及昌黎 沧东 兰聊断裂开始进入活动期 , 并产生了潍北断裂和陈南断裂 (图 4 ( a ) ) 。该幕为断陷初始期 , 影响 范围 较小 , 多数 地 区均 表现 不 剧 烈 , 主要为一套氧化环境的近源山间充填沉积 , 沉积 范围和沉积厚度都较小 。其中 , 靠近郯庐大断裂附近列伴生断层 (图 4 ( c ) ) 。该幕为断坳过渡期 , 虽然断裂活动范围及水体面积都较大 , 但形成沉降中心的 凹陷却不多 , 只有少数凹陷在沙一段 东营组下部沉 积时具备了半深湖 (半咸水湖 ) 环境 , 发育了一定厚度的暗色泥岩夹薄层碳酸盐岩地层 。沙一段沉积时 的沉降中心在济阳坳陷的车镇凹陷 , 东营组下部沉积 时 的 沉 降 中 心 在 渤 中 坳 陷 。该 沉 积 期 总 厚 度 达2 500 m。314 馆陶组 明化镇组沉积期烃源岩 , 相比而言沙河街组四 三段的烃源岩分布范围大 、生烃能力强 , 整体上具有沉降中心由南向北和 由西向东迁移的沉积演化特征 。参考文献 : 1 吉双文 1沾车凹陷沙河街组地层划分探讨 J 1 复杂油气田 ,2005 , 14 ( 3 ) : 17 2211 2 昆明地质学校主编 1构造地质及地质力学 M 1 北京 : 地质出 版社 , 197912731 3 辽 河 油 田 石 油 地 质 志 编 辑 委 员 会 1 中 国 石 油 地 质 志 (卷 三 ) M 1北京 : 石油工业出版社 , 19951 4 长春地质学院 1区域构造 M 1 北京 : 地质出版社 , 19791 5 华北油田石油地质志编写组 1中国石油地质志 (卷五 ) M 1北 京 : 石油工业出版社 , 19951 6 大 港 油 田 石 油 地 质 志 编 辑 委 员 会 1 中 国 石 油 地 质 志 (卷 四 ) M 1北京 : 石油工业出版社 , 19951 7 中原油田石油地质志编辑委员会 1 中国石油地质志 (卷七上 ) M 1北京 : 石油工业出版社 , 19951 8 胜利油田石油地质志编写组 1中国石油地质志 (卷六 ) M 1北 京 : 石油工业出版社 , 19951 9 沿海大陆架及毗邻海域油气区石油地质志编辑委员会 1中国石油 地质志 (卷十六上 ) M 1北京 : 石油工业出版社 , 19951中新世时期受渤海幕的影响 ,渤海湾盆地整体进入坳陷期 , 盆地中的大多数断层都没再活动 , 只有控制盆地边界的郯庐大断裂 、太行山东断裂及昌黎断裂 又进入活动期 (图 4 ( d) ) 。该幕仅在渤中坳陷形成 沉降中心 , 馆陶组上部 明化镇组下部沉积时具备了 浅湖 (或浅海 ) 环境 , 发育了一套浅灰色砂泥岩地层 , 其他地区基本上为一套滨湖或河流相沉积 。该沉 积期渤中坳陷北部总厚度达 3 500 m , 向盆地周边方 向逐渐减薄 。4 结论编辑 : 徐衍彬综上所述 , 渤海湾盆地在四大沉积期内存在孔二(上接第 37 页 ) 4 Ro ss G D , Todd A C, Tweed ie J A1The effec t of sim u lated CO2 flood2 ing on the p e rm eab ility of re se rvo ir rock s C / / In: P roc1 3 rd Eu ro2 p ean Symp1 Enhanced O il R ecove ry, 19811351 23661 5 Sayegh S G, Krau se F F, Gira rd M , e t a l1 Rock / flu id in te rac tion s of ca rbona ted b rine s in a sand stone re se rvo ir Pem b ina Card ium , A lberta, Canada J 1 SPE Fo rm a tion Eva lua tion1 1990 , 5 ( 4 ) : 399 24051 6 Pa tte rson K W 1 F igh ting downho le co rro sion and sca le in flood CO2 atSACROC J 1 Petro l1 Eng1 In tl1 1979 , 50: 36 2441 7 Shu le r P J , F re ita s E A , Bowke r K A1 Se lection and app lica tion of ba r2 ium su lfa te sca le inh ib ito rs fo r a ca rbon d ioxide flood, R angely W eber sand un it, R ange ly, Co lo rado C / / P roc1 SPE Jo in t Rocky Moun2 ta in R egiona l /Low Pe rm eab ility R e servo irs Symp , 19891451 24641 8 Bowke r K A , Shu le r P J1 Ca rbon d ioxide in jec tion and re su ltan t a ltera2tion of the W ebe r sand stone, R ange ly field, Co lo rado J 1 Am e r1A ssoc1 Pe tro l1 Geo l1 B u ll, 1991 , 75: 1489 214991 9 黄善炳 1 金湖凹陷阜宁组砂岩中片钠铝石特征及对物性的影响 J 1 石油勘探与开发 , 1996 , 23 ( 2 ) : 32 2341 10 吴新民 , 康有新 , 姜英泽 , 等 1 吉林大安北油田葡萄花储层岩石 基本特征 J 1 西安石油学院学报 , 1999 , 14 ( 1 ) : 6 29 1 11 吴新民 , 康有新 , 张宁生 1 吉林油田大 26 井区储层潜在伤害因 素分析 J 1 西 安 石 油 学 院 学 报 (自 然 科 学 版 ) , 2001 , 16 ( 5 ) : 29 2321 12 高玉巧 , 刘立 , 曲希玉 1 海拉尔盆地乌尔逊凹陷片钠铝石及研究 意义 J 1 地质科技情报 , 2005 , 24 ( 2 ) : 45 2501 13 张吉光 1 海拉尔盆地不整合的形成及其油气地质意义 J 1 大庆石油地质与开发 , 2002 , 21 ( 5 ) : 8 2101 14 马学辉 , 张海桥 , 宋吉杰 1 海拉尔盆地乌尔逊凹陷油气成藏期次 研究 J 1 大庆石油地质与开发 , 2004 , 23 ( 1 ) : 7 281 15 冯志强 , 张晓东 , 任延广 , 等 1 海拉尔盆地油气成藏特征及分布 规律 J 1 大庆石油地质与开发 , 2004 , 23 ( 5 ) : 16 2191 16 王江 , 张宏 , 林东成 1海拉尔盆地乌尔逊含氦 CO2 气藏勘探前景 J 1 天然气工业 , 2002 , 22 ( 4 ) : 109 21111 17 刘立 , 彭晓蕾 , 高玉巧 , 等 1 东北及华北含油气盆地岩浆活动 对碎屑岩的改造与 成岩 作 用 贡 献 J 1 世 界 地 质 , 2003 , 22 ( 4 ) : 319 23251 18 O rto leva P J , Dove P, R ich te r F1Geochem ica l p e rsp ective s on CO2 sequestra tion C / / In: U S D ep a rtm en t of Ene rgy W o rk shop on “ Te rre stria l Seque stra tion of CO2 A n A sse ssm en t of R e sea rch N eed s”, W awersik W R and R udn ick i J W , 1998120 2281 19 高玉巧 , 刘立 , 曲希玉 1 片钠铝石的成因及其对 CO2 天然气运聚 的指示意义 J 1 地球科学进展 , 2005 , 20 ( 9 ) : 8 2131 20 高玉巧 , 刘 立 , 蒙启安 , 等 1 海拉尔盆地与澳大利亚 Bowen2Gunnedah2Sydney盆地系片钠铝石碳来源的比较研究 J 1 世 界地质 , 2005 , 24 ( 4 ) : 344 23491编辑 : 宋玉梅