东营凹陷沉降史分析与构造充填演化

·经验交流· 东营凹陷沉降史分析与构造充填演化 马莉娟Ξ 何新贞①　王淑玲②　任建业③ (3 、①胜利石油管理局物探公司; ②胜利石油管理局职工大学; ③中国地质大学) 摘　　　要 马莉娟, 何新贞, 王淑玲, 任建业. 东营凹陷沉降史分析与构造充填演化. 石油地球物理勘探, 2000, 35 (6) : 786～ 794 　　沉降史分析目前已成为盆地分析中的重要技术。本文以东营凹陷为例, 从层序分析入手, 建立 了该凹陷的等时地层格架。在此基础上, 利用 EBM 盆地模拟系统, 对凹陷的沉降史进行分析。通过 典型剖面的回剥, 对剖面上不同部位的沉降作出比较, 进而反映该凹陷的沉降特征, 总结了该凹陷 的构造发育与充填演化及其对油气生成、运移的控制关系, 从而为油气勘探提供了可靠依据。 主题词　东营凹陷　层序　地层格架　构造沉降　沉降速率 ABSTRACT M a L ijuan , He X inzhen , W ang Shul ing and Ren J ianye. Subsidence h istory ana lysis and structura l f ill ing eva lua tion in D ongy ing D epression. OGP , 2000, 35 (6) : 786～ 794 Sub sidence h isto ry analysis becom es an impo rtan t techno logy now in basin analysis. T ak ing Dongying D ep ression fo r an exam lpe, the paper started from analyzing stra t igraph ic sequence, crea ted isoch ron ic st ra t igraph ic fram ew o rk fo r Dongying D ep ression and analyzed sub sidence h isto ry of the D ep ression u sing EBM basin modeling system on the basis of isoch ron ic fram ew o rk. T he sub sidence in differen t parts of sect ion can be compared th rough back stripp ing a typ ica l sect ion and then the sub sidence featu re of Dongying D ep ression has been reflected. Studying structu ra l developm en t and filling evaluat ion of the D ep ression and its rela t ion s w ith con tro lling genesis of hydrocarbon and h is m igra t ion can p rovide reliab le basis fo r o il and gas exp lo ra t ion. Subject term s: Dongying D ep ression, st ra t igraph ic sequence, st ra t igraph ic fram ew o rk, st ructu ra l sub sidence, sub sidence ra te 引　　　言 　　盆地的形成首先从沉积开始。各种机制的沉降导致了沉积物的充填埋藏, 它不仅带来石 2000 年 12 月　　　　　　　　　　　石油地球物理勘探　　　　　　　　　　　第 35 卷　第 6 期 Ξ M a L ijuan, T echno logy Institu te, Geophysical Exp lo ration Co rpo ration, Shengli Petro leum A dm in istration, Dongying C ity, Shandong P rovince, 257100, Ch ina 本文于 1999 年 11 月 10 日收到, 修改稿于 2000 年 2 月 28 日收到。 油的物质基础, 而且也由于埋藏压实过程形成了油气成藏的能量条件 (如温度、流体压力的变 化)。搞清油气生成过程中发生的物质流、能量流, 也就基本上了解了油气成藏的条件。 沉积充填是盆地的实体, 盆地分析的基础工作是对盆地充填和盆地构造的分析, 并阐明构 造演化与沉积充填之间的历史和动态的关系。本文中, 我们通过对东营凹陷的盆地模拟, 了解 了凹陷的构造发育与充填演化, 给油气勘探提供了可靠的依据。 区域地质概况 东营凹陷位于渤海湾盆地济阳拗陷的南部, 凹陷周围均由断裂带与相邻隆 (凸)起相接, 其 基本结构型式为一个北断南超的半地堑式断陷盆地 (图 1)。由于该凹陷在燕山运动末期形成, 经历了中生代左行扭动、新生代右行扭动, 才形成现今复杂的面貌。复杂的构造格局控制了该 区的沉积和油气的运移, 周边断裂控制了凹陷的形态和规模, 使凹陷限制在它的下降盘。陡坡 带常常是水体边界, 且位移距离小, 多与断面陡、落差大的边界断层相对应; 缓坡带往往是位移 距离大的水体边界, 多与断面缓、落差小的边界断层相对应; 次级洼陷幅度和深陷的形成时期 多与断层落差大小及断层活动时期相一致。 图 1　东营凹陷主要构造单元 层序地层格架建立 众所周知, 有了湖泊才有汇入湖盆的河流, 才能形成有利于层序地层学研究的陆相沉积盆 787第 35 卷　第 6 期　　　　　　马莉娟等: 东营凹陷沉降史分析与构造充填演化　　　　　　　　　　 地; 在另一方面, 在陆相湖盆的演变过程中, 冲积扇、河流和三角洲平原也是重要组成部分。以 上两方面的消长关系是决定沉积旋回的重要因素。与海相地层不同的是陆相盆地沉积受控于 构造沉降、物源供给和古气候。 东营凹陷下第三系地层与济阳拗陷一致, 厚度大, 其变化也很大, 凹陷最深部位厚度大于 6000m , 向边缘带变薄。岩性以陆源砂、泥岩为主, 夹少量化学岩。结合地层的旋回性分析, 下第 三系的三个沉积旋回是凹陷的三个古湖泊旋回, 每个旋回代 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 一次湖泊的生命过程。 东营凹陷层序地层格架 (图 2)建立在构造层序格架的基础上, 界面识别的主要依据有: (1)地震反射结构特征: ①削顶或冲刷充填造成的不整合关系; ②上超造成的不整合关系; ③底超和顶超; ④强振幅反射同相轴。 (2)合成地震 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 标定、层速度等特征。 (3)测井曲线、岩心和岩相录井。 (4)沉积体系域演化。 (5)生物种属和微量元素变化。 根据上述依据可以得出: 东营凹陷第三系以不整合为界面、以沉积旋回为内容的层序单元 有四个。其中下第三系有三个地层层序, 即孔店组、沙河街组和东营组; 上第三系包括馆陶组、 明化镇组; 第四系有平原组。其中上第三系及第四系平原组的分布是区域性的, 覆盖了下伏所 有岩系, 总体上厚度变化不大, 岩性—岩相过渡特征具有区域性拗陷的特点。而下第三系则显 示了剧烈的差异变化特征, 无论在时间还是空间上厚度变化巨大, 岩性、岩相往往具有突变关 系, 因此早第三纪与晚第三纪明显属于两个不同的构造环境, 下第三系自下而上可明显地划分 为: ①下组, 包括孔店组和沙四两个层序组, 为北断—南斜坡的半地堑型层序地层格架; ②中 组, 包括沙三和沙二下, 为北断—南坡折的半地堑型层序地层格架; ③上组, 包括沙二上和东营 组, 南、北均为斜坡型层序地层格架 (图 2)。图 2 为沉降史分析提供了地层对比基础。 沉降史分析技术和方法 建立了合理的层序地层格架有助于盆地的研究, 为了进一步从不同角度对东营凹陷的演 化成因机制有所了解, 就需研究该凹陷的构造沉降。在沉降史分析中, 现有的大多数研究实例 是从一维的柱状图进行回剥的。EBM 盆地模拟系统是一个二维剖面回剥系统, 可以反映盆地 总体沉降特征, 又可以对剖面上不同部位的沉降作出比较。沉积盆地的总沉降量主要与构造作 用、沉积物压实、均衡作用、沉积基准面变化或古水深变化等因素有关。 在裂谷或断陷盆地中, 盆地形成的构造作用主要是拉张作用, 由于岩石圈的拉薄而引起盆 地的形成和沉降, 而在拉张过程中软流圈上升引起一定的隆升, 这两种因素的联合影响产生了 盆地裂陷期的净沉降, 随后热衰减使盆地进一步沉降。盆地内充填了沉积物或水会引起岩石圈 的均衡调整下降。表层的沉积物具有较高的孔隙率, 随着埋深加大而压实, 可产生不可忽视的 沉降量。湖平面的变化使盆地相对沉积基准面发生变化。因此, 盆地的构造沉降 (纯水载盆地 沉降) 可表述为: 构造沉降= 总沉降- (沉积物和水负载沉降+ 沉积物压实沉降+ 湖平面变 化)。显然, 为了求得构造沉降, 必须对沉积物压实、负载均衡和古水深等进行校正。我们采用 了一套以实际资料来恢复盆地沉降史的方法 (回剥法)。它的基本原理是把实测地层剖面中的 887 　　　　　　　　　　　　　　　　石 油 地 球 物 理 勘 探　　　　　　　　　　　　　　2000 年 图 2　东营凹陷充填序列、层序格架和构造演化 三级层序时间地层单元从新到老逐次逐层剥去, 通过一系列校正 (压实校正、负载校正、古水深 校正、海平面升降校正等) , 计算盆地在不同时期的沉降值。 沉积物的压实受到岩性、成岩过程等因素的影响。正常情况下, 孔隙率与深度服从指数函 数分布 5 (z ) = 5 0 [ 1 - exp (- cy ) ] 式中: 5 0 为沉积层的表面孔隙率; c 为压实系数, 主要与岩性有关。假定某一深度上岩层的顶、 987第 35 卷　第 6 期　　　　　　马莉娟等: 东营凹陷沉降史分析与构造充填演化　　　　　　　　　　 底界面深度分别为 y 1 和 y 2, 当把岩层回剥到一个新的深度时, 其顶、底界面深度分别为 y ′1 和 y ′2, 这时沉积物颗粒部分的体积不变, 只有孔隙部分的体积发生变化, 那么, 设 5 0 和 c 分别为 表面孔隙率和压实系数, 则回剥后的岩层厚度可由下式给出 y ′1- y ′ 2= y 1- y 2+ 5 0 [ - exp (- cy 1) - exp (- cy 2) ]öc- 5 0 [ - exp (cy ′1) - exp (- cy ′2) ]öc 有时对浅部的压实过程用指数函数拟合不理想, 一般可改用下式计算孔隙率5 = 1ö5 0 + cy 　　古水深的估算主要依据沉积相和古生物组合分析。除此之外, 我们应用了地震剖面反射结 构直接计算古水深。在某些盆地中的地震剖面上可清晰地观察到未经构造变形的沉积体和沉 积斜坡的形态。通过设定原始水平面与斜坡体的交角和去压实, 可恢复沉积时的斜坡和地貌形 态, 进而直接计算古水深。 沉积物的负载均衡沉降可用A riy (局部)均衡进行校正。若构造沉降为 T S, 盆地总沉降为 S , 上地幔、地壳、沉积物和盆内水体的比重分别为 ΘM、ΘC、ΘS 和 ΘW , 则有 T S = S ΘM - ΘS öΘM - ΘW 由于地壳上部具有一定的弹性厚度, 岩石圈的均衡事实上是挠曲均衡。A riy 均衡与挠曲均衡 的最大比值可表示为 C = (ΘM - ΘC) ö{ΘM - ΘC + D ög (2ΠöΚ) 4} 其中: g 为重力加速度; D 为挠曲刚度, 其大小主要取决于岩石圈的有效弹性厚度 (T e) , 即D = E T e3ö[ 12 (1- Χ2) ], E 是扬氏模数, Χ为泊松比; 2ΠöΚ称为波数, Κ等于 2 倍的盆地宽度。显然, 当盆地足够宽、挠曲刚度或有效弹性厚度很小时, 则C 趋近于 1, 即趋近于局部均衡。若拉伸量 大并具多幕性, 地壳受到明显加热, 有效弹性厚度明显减小, 均衡作用应是接近A riy 均衡的。 考虑上述所有的校正, 设古水深为W d, 海平面升降量为S t, 二维剖面上任意点的构造沉降量可 由下式计算 T S (x ) = C {S (x ) [ΘM - ΘS (x ) ]ö(ΘM - ΘW ) - S t [ΘM ö(ΘM - ΘW ) ]} + W d (x ) - S t 结 果 分 析 典型剖面回剥分析 应用 EBM 盆地模拟系统, 在采集大量数据基础上详细分析了东营凹陷 620 主测线剖面 和 596. 4 主测线剖面的沉降史和构造史。596. 4 剖面穿越了北部滨南—利津洼陷和南部博兴 洼陷的东段。在其系列回剥剖面上 (图 3)可以明显看出, 孔店—沙四 (Ek2E s4)时期这两个洼陷 相互独立发育, 博兴洼陷为地堑式, 滨南—利津洼陷是半地堑式, 二者组合成复式地堑。从沙三 时期开始, 博兴洼陷随着陈南断裂上盘的旋转掀斜作用向上抬升, 其南部的齐广断裂不再活 动, 石村断裂的活动强度也明显减弱, 仅控制了较薄的楔状沉积体。因而, T ′6 (沙三下不整合 面)的形成时期构造应力场的转变是非常清楚的。 620 测线穿过民丰洼陷、中央隆起带和牛庄洼陷, 在其回剥的系列图 (图 4)中可以看到, 中 央隆起带的发育是从沙四之后才明显表现出来的, 在这个时期陈南断层的犁式形态趋向明显。 模拟结果表明, 盆地控盆边界断层早期产状较陡, 后期随着盆地演化逐渐旋转变缓, 在 097 　　　　　　　　　　　　　　　　石 油 地 球 物 理 勘 探　　　　　　　　　　　　　　2000 年 　　　图 3　596. 4 剖面系列回剥剖面 图 4　620 剖面系列回剥剖面 596. 4 剖面上博兴洼陷在孔店期相对于北部断陷独立发育, 从沙四期开始, 随着陈南断裂上盘 的旋转掀斜作用向上抬升, 其南部的齐广断裂不再活动, 石村断裂的活动强度也明显减少, 控 制了较薄的楔状地层沉积, 24. 6M a 之后 (裂后期)盆地整体下沉。在 620 剖面回剥系列图中可 以看到, 盆地中央隆起带是在 42. 5M a (沙四期) 之后才明显发育的, 在这个时期陈南断层的犁 式形态趋向明显, 此外, 沙四段发育了膏盐层, 奠定了中央隆起带形成的基础。 沉降速率变化特征 图 5 是反演的盆地沉降曲线图和沉降速率图。与典型的断陷盆地类似, 盆地的沉降曲线具 有明显的两段式特征, 即高速盆地裂陷期 (65～ 24. 6M a) 和按幂指数递减的裂后期 (24. 6～ 197第 35 卷　第 6 期　　　　　　马莉娟等: 东营凹陷沉降史分析与构造充填演化　　　　　　　　　　 0M a)。此外, 在盆地沉降速率图上可看到, 在 65～ 24. 6M a (裂陷期)期间, 几次明显的盆地构造 速率突变与二级层序界面相一致, 在每一个裂陷幕内 (特别是É～ Ë 幕) , 盆地早期相对快速沉 降, 然后逐渐减慢, 即每个二级层序都是在构造沉降速率从快到慢的变化期间发育的。图 5 反 映了盆地演化的不均速性或多幕性。另外值得注意的是在 5. 1～ 0M a 期间 (明化镇组) , 构造沉 降速率又有一次较为明显的增大, 说明 关于失联党员情况说明岗位说明总经理岗位说明书会计岗位说明书行政主管岗位说明书 盆地演化的裂后阶段有一次明显的加速沉降期。 图 5　盆地沉降速率图 (上)和沉降曲线图 (下) 沉降速率和拉伸指数平面变化 这方面的分析主要集中在北部陡坡带和中央隆起带区域。通过一系列剖面回剥的结果编 制了这个区域沉降速率和拉伸计算指数变化平面图, 目的是通过这方面的研究探讨盆地在不 同演化时期、不同部位的差异沉降及其对沉积和油气的控制。从这些图中可以明显地看出: (1) 孔店—沙四期间沉降速率在盆地东北部很高, 总沉降速率平均在 250m öM a 以上。但 向西过渡总沉降速率逐渐减小, 在 592 测线已降到 125m öM a, 仅为东北部沉降速率的 1ö2, 这 个时期沉降中心位于东北区域。 (2)沙三下时期的沉降速率分化为东、西二个快速沉降区, 东部快速沉降区位于民丰洼陷, 西部快速沉降区位于胜北断层下降盘。到 T 6 (沙三下油页岩顶) 之后快速沉降区主要位于西 部, 沉降中心由孔店—沙四时期的东北部向西转移。 (3) 东营组沉积时期全区沉降速率明显降低, 总沉降速率最快只有50m öM a, 并位于利津 297 　　　　　　　　　　　　　　　　石 油 地 球 物 理 勘 探　　　　　　　　　　　　　　2000 年 397第 35 卷　第 6 期　　　　　　马莉娟等: 东营凹陷沉降史分析与构造充填演化　　　　　　　　　　 图 7　东营凹陷北部不同区段沙三中 (左)、沙三下 (右)沉降速率图 洼陷南部, 这个时期与盆地的裂陷衰减期对应。 (4)热沉降期的总沉降速率有由南东向北西加快的趋势, 明化镇时期的快速沉降区也处在 这个区域。 沉降中心的迁移和烃源岩及储集体的分布 盆地沉降中心的迁移是构造对沉积控制作用的重要表现形式之一。盆地沉降速率的变化 控制了盆地内部烃源岩和储集体的分布, 在快速沉降期盆地表现为沉降扩展, 可容空间增大, 湖水变深, 主要发育烃源岩, 晚期慢速沉降期, 可容空间增加减慢, 盆地快速充填, 是储集层主 要发育阶段。沙三下优质烃源岩即是盆地快速沉降期产物; 沙三中—沙三上时期沉降速率较 低, 在稳定的背景下, 形成了东营凹陷重要的储集段 (图 6)。 构造和沉降史分析成果已证明, 盆地的演化具有阶段性或幕式特征, 并具有不同的沉积响 应和油气运移特征, 如沙三时期盆地缓坡带上反向断裂活动加强, 与北侧强烈活动的胜北断层 对接形成弧形滑脱断裂构造, 从沉降速率图 (图 7) 上看, 该断裂位于最大沉降区, 并控制了这 个时期盆地的沉降中心和利津洼陷的发育范围。该弧形滑脱断裂构造系统对盆地的油气运移 和聚集有明显的控制作用, 东营凹陷内环油气富集带的展布与这一构造系统有成因关系。北部 断裂带主要控制滚动背斜型油藏, 如胜坨油田; 南部断裂带控制了低位扇砂体的发育, 形成了 构造—岩性油藏, 如梁家楼构造—岩性油藏, 这些油田的规模均在千万吨级以上; 滑动系统内 中央背斜隆起带不仅具备较为完整的背斜形态, 而且其翼部的岩层均有从两侧向中央隆起上 超的趋势, 因此中央隆起带是上倾尖灭型油藏的有利发育区。弧形滑脱深层构造 (如东营构造、 郝家构造和现河庄构造) 形态完整, 圈闭面积大, 闭合幅度高, 埋深适中, 是盆地深层有利的聚 油气构造。 参　考　文　献 1　李思田. 论沉积盆地的等时地层格架和基本建造单元 1 沉积学报, 1992, 10 (4) : 11～ 22 2　费琪等. 成油体系分析与模拟, 中国地质大学出版社, 1997 (本文编辑: 刘勇) 497 　　　　　　　　　　　　　　　　石 油 地 球 物 理 勘 探　　　　　　　　　　　　　　2000 年 作　者　介　绍 张德忠　教授级高级工程师, 1936 年生, 1955 年毕 业于北京石油地质学校, 长期从事地震资料处 理和解释技术管理与组织工作。曾发表论文多 篇, 主编出版了两本专著。 谢桂生　讲师, 1964 年生, 1991 年毕业于成都理工 学院应用地球物理专业, 获得硕士学位。曾承担 和 参加过十多项国家级和省部级项目, 获得院 科技 进步一等奖 4 项。现在西南石油学院应用 地球物 理系从事科研和教学工作。。 陈传仁　副教授, 1958 年生, 1981 年毕业于江汉石 油学院物理师资班, 1998 年于成都理工学院信 息工程与地球物理系获博士学位。现在江汉石 油学院物探系从事地震资料处理、地震储层预 测等方法研究与教学工作。 李福中　工程师, 1980 年毕业于江汉石油学校物探 专业。长期从事物探采集方法研究工作, 曾经获 得局科技进步一等奖。现在石油地球物理勘探 局勘探事业部从事技术管理和市场开拓工作。 孙成禹　讲师, 1968 年生, 1992 年毕业于石油大学 物探专业, 1997 年获应用地球物理专业硕士学 位。现在石油大学物探系从事复杂介质地震波 场的传播特征研究和教学工作。 张无伦　副教授, 1941 年生, 1965 年毕业于成都地 质学院地球物理勘探专业。现在西南石油学院 从事石油地球物理勘探的教学及科研工作。 沈金松　副教授, 1968 年生, 在日本九州大学应用 地球物理专业获工学部博士。现在长春科技大 学应用地球物理系从事科研与教学工作。 宋维琪　副教授, 1964 年生, 1987 年毕业于长春地 质学院应用地球物理专业。曾发表科技论文 12 篇。现在石油大学资源系从事地震资料解释及 非地震勘探的教学和科研工作。 邓少贵　助教, 1970 年生, 1995 年毕业于石油大学 (华东) 测井专业。现在石油大学石油资源科学 系从事岩石物性实验研究和教学工作。 黄中玉　高级工程师, 1956 年生, 1982 年毕业于西 南石油学院石油地球物理勘探专业。毕业后一 直从事地震多波勘探的野外资料采集、处理和 解释研究工作, 并发表论文多篇。现在石油物探 研究所从事地震资料处理软件开发、方法研究、 各向异性及裂隙检测、岩性参数及地震属性等 方面的研究工作。 张玺科　高级工程师, 1963 年生, 1986 年毕业于成 都地质学院应用地球物理专业。曾获部级、局级 科技进步奖 9 项, 发表论文数篇。现在河南石油 勘探局勘探开发研究院从事开发地震地质综合 研究和工作站软件开发工作。 李显贵　工程师, 1965 年生, 1996 年毕业于成都理 工学院应用地球专业, 获硕士学位。现在西南石 油局第二物探大队研究院从事地震资料处理和 解释工作。 马莉娟　高级工程师, 1966 年生, 1998 年毕业于石 油大学物探专业, 2000 年毕业于中国地质大学 研究生院矿产普查与勘探专业, 获得硕士学位。 现在胜利石油管理局物探公司从事物探综合解 释的研究工作。 余志和　工程师, 1964 年生, 1988 年毕业于江汉石 油学院物探专业。现在胜利石油管理局物探公 司从事地震勘探和野外施工 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 的研究工作。 丁先伟　工程师, 1967 年生, 1990 年毕业于西安地 质学院测量系。现在华北石油管理局第四物探 大队从事物探测量的管理工作。 张德林　高级工程师, 1942 年生, 1966 年毕业于北 京石油学院石油地质专业, 长期从事石油物探 地质研究和储层预测工作, 曾主编《地震储层研 究技术与实例》和《地震资料油气显示研究原理 与实践》两本专著, 其中前者获部级科技二等 奖, 发表学术论文多篇。现任石油地球物理勘探 局勘探处副处长, 并从事石油物探地质综合研 究工作。 2000 年 12 月　　　　　　　　　　　石油地球物理勘探　　　　　　　　　　　第 35 卷　第 6 期