中國東部新生代陸相斷陷盆地層序的構成樣式

王華，廖遠濤，陸永潮，任建業(yè)，王家豪，嚴德天，劉彥博

(中國地質(zhì)大學(武漢) 資源學院，湖北 武漢，430074)

人們對中國東部典型陸相斷陷盆地如濟陽凹陷、南陽和泌陽凹陷、南堡凹陷、歧口凹陷、江漢盆地、東濮凹陷、百色盆地和蘇北盆地等進行了大量研究[1?5]，但對這些跨不同古構造、古氣候和古地理單元的含油氣盆地的綜合研究和對比分析少[6?7]，這在一定程度上制約了我國東部隱蔽油氣藏的尋找。為此，本文作者在對我國東部典型陸相含油氣盆地對比分析的基礎上，探討層序發(fā)育演化的主控因素，以便為油氣資源勘探提供依據(jù)。

1 中國東部新生代陸相斷陷盆地主要層序界面及其層序單元劃分

正確識別、劃分和對比不同級別的層序界面是建立層序地層格架的關鍵[8?9]。陸相斷陷盆地中二、三級層序常常是構造階段性演化的直接產(chǎn)物[10?11]。層序界面的主要識別標志包括：

(1) 地震剖面或沉積斷面上顯示的削頂或下切沖刷造成的不整合接觸關系、低位體系域的底超和高位體系域的頂超界面等。

(2) 地震剖面上規(guī)模較大的下切谷或下切水道，露頭上古風化殼或古暴露面。

(3) 區(qū)域性沉積旋回的轉換部位。

(4) 生物種屬和微量元素的突然變化。

根據(jù)層序界面的典型識別標志，在中國東部新生代陸相斷陷盆地中可識別出8個具有區(qū)域對比意義的層序界面。其中一級界面3個，分別為晚白堊與古近系的分界面、古近系與新近系的分界面、新近系與第四系的分界面(圖1)。這8個一、二級層序界面為中國東部新生代斷陷盆地主要的區(qū)域性古構造運動面或區(qū)域性不整合面，在多個典型斷陷盆地中具有較好的可比性(圖2)。其中：二級層序界面由于各盆地所處構造及應力背景的差異，導致在各斷陷盆地中有一定的差別，但還是具有可比性；古近系的3個二級層序界面(年齡分別為50.4，42.4和38.0 Ma)，在典型盆地中均有明顯的構造?沉積間斷，指示盆地幕式的躍變過程(圖2)。

圖1 南堡凹陷新生代層序劃分、沉積充填及構造演化綜合序列圖Fig.1 Integrated sequence of sequence classification, sedimentary infilling and tectonic evolution of Nanpu Depression in Cenozoic

圖2 中國東部古近紀—新近紀陸相斷陷盆地充填序列對比圖Fig.2 Infilling sequence correlation of Paleogene-Neogene continental rift basins in East China

根據(jù)上述層序界面的劃分，將我國東部新生代陸內(nèi)斷陷盆地劃分出3個一級層序和6個二級層序，其中古近系劃分4個，新近系劃分2個(圖2)。除蘇北盆地由于新近系底界面的強烈剝蝕導致古近系最上一個二級層序大部分缺失外，其余各層序均有很好的可比性。

2 中國東部新生代陸相斷陷盆地層序地層格架對比

2.1 構造?地層格架特征

中國東部典型陸相斷陷盆地均具有地塹?半地塹的構造樣式(圖3)。構造因素在盆地層序形成中具有首要的控制作用[12?13]。通過精細構造層序分析，中國東部陸相斷陷盆地主要形成于裂陷作用背景下，主要裂陷幕發(fā)生于古近紀。古近系?新近系為 2個不同結構特征的區(qū)域性構造層序。古近系的4個二級層序與盆地裂陷期發(fā)生的多幕伸展過程相吻合，其間均有較明顯的間斷面，許多是反轉后的剝蝕面。新近系的2個二級層序分別形成于裂后熱衰減沉降和其后發(fā)生的沉降加速期，這些構成了中國東部陸相斷陷盆地頗具特色的復合構造地層格架。

(1) “下斷上坳”式的雙層結構是中國東部古近紀—新近紀陸相斷陷盆地的典型特征(又稱為上、下構造層序)，其分界為一級層序界面即區(qū)域角度不整合面。下構造層代表早期裂陷作用形成的相互獨立的半地塹?地塹式充填的產(chǎn)物，上構造層代表盆地發(fā)育晚期裂后熱沉降期形成的坳陷式充填產(chǎn)物。

(2) 中國東部陸相斷陷盆地形成于裂陷作用背景下，裂陷期有大致的同步性，即始于白堊紀最晚期或古新世。盆地的裂陷階段形成復式的地塹、半地塹構造，大型盆地深部常由地塹、半地塹群及其間的斷隆構成，在裂后階段形成坳陷[4,14]。以濟陽凹陷等中部陸相斷陷盆地為代表，盆內(nèi)各凹陷的發(fā)育受到 NNE和NE向的張性或張扭性大斷裂的控制，形成由“北(或南)斷南(或北)超”、總體呈北東、北北東向展布的多個半地塹和低凸起組成的復合形式，具有復式半地塹的構造地層格架(圖3)，其控制性邊緣斷裂內(nèi)側的陡坡帶、對側的緩坡帶以及軸向方向的剖面所顯示的層序構成樣式、沉積體系特征明顯不同[15]。

(3) 中國東部單一機制的正向伸展盆地較少見，大多數(shù)盆地在伸展的同時都有不同程度的走滑活動與之聯(lián)合，這就造成了張扭性的斜向拉伸效應。在盆地演化的不同階段，各種作用的聯(lián)合形式不同。多數(shù)盆地如濟陽凹陷、南陽和泌陽凹陷、東濮凹陷等都經(jīng)歷了右旋張扭與左旋壓扭的交替。需要注意的是：老古近紀—新近紀裂陷階段NE和NNE向的基底先存斷裂帶普遍表現(xiàn)為右旋走滑，這與太平洋板塊和歐亞板塊相對運動的方向很不協(xié)調(diào)，可能為印度洋板塊的遠程楔入，與歐亞板塊、太平洋板塊的耦合作用有關[16]。

(4) 走滑?伸展是陸相斷陷盆地的主要形成機制，其層序地層格架主要受先存斷裂網(wǎng)絡和同沉積活動控制[17?19]，具有以下特點：

① 由于盆地兩側盆緣斷裂活動的差異性導致盆地充填具有明顯不對稱性；

② 同一層序界面性質(zhì)變化較大，在盆地某些構造部位為明顯角度不整合，而有些部位則為整合接觸；

③ 走滑?伸展盆地中常見沉積中心沿縱向和側

向遷移，因而導致不同層序的地層格架存在差異；

圖3 中國東部典型陸相斷陷盆地所具有的地塹?半地塹構造樣式Fig.3 Tectonic framework of Paleogene-Neogene continental rift basins in East China

④ 沉積物特征主要受構造作用影響，細粒沉積物通常在走滑?伸展構造背景下形成，而粗粒沉積物沉積在走滑或擠壓構造背景下形成。

2.2 陸相斷陷盆地層序地層格架

古近系—新近系層序地層格架主要受構造格架控制，其中控凹邊界主生長大斷裂的生長活動，是構造地層格架形成的主控因素。通過中國東部古近紀—新近紀典型陸相斷陷盆地的層序地層格架進行對比研究，根據(jù)控凹主生長大斷裂的形態(tài)，可歸結為兩大類型的層序地層格架，即犁式斷坳型層序地層格架和陡傾式斷坳型層序地層格架。

2.2.1 犁式斷坳型層序地層格架

犁式斷坳型層序地層格架在中國東部以南陽凹陷為代表(圖4)，層序地層格架由“下斷上坳”式的雙層復合組成。古近系幕式斷陷期由盆緣一側(通常為陡坡帶)控凹的鏟型正斷層在非平面上滑動，導致盆內(nèi)另一側(通常為緩坡帶)的撓曲作用使沉積斜坡發(fā)生明顯彎折的地帶(如凸起與斜坡、斜坡與凹陷之間的邊界地帶)即彎折帶沿古背斜樞紐帶展布，湖盆充填沉積構成半地塹式扇形的地層格架。新近系均表現(xiàn)為單一的坳陷型層序地層格架。

2.2.2 陡傾式斷坳型層序地層格架

陡傾式斷坳型層序地層格架主要以泌陽凹陷為代表(圖5)，歧口凹陷、潛江凹陷、東濮凹陷、百色盆地等均屬此型層序地層格架。一側盆緣(通常為陡坡帶)為生長深斷裂，并構成陡傾的單階式斷坡帶，另一側為無坡折的緩傾斜坡。層序地層格架仍由“下斷上坳”式的雙層復合組成：下層古近系幕式斷陷期充填沉積形成向緩坡上超的半地塹型層序地層格架，上層新近系充填地層為向盆地兩側上超的坳陷型層序地層格架。

圖4 中國東部以南陽凹陷為代表的犁式斷坳型層序地層格架圖Fig.4 Sequence stratigraphy framework of plough-shaped slope-break style of Paleogene-Neogene continental rift basins in East China

圖5 中國東部古近紀—新近紀陸相斷陷盆地陡傾式斜坡型層序地層格架圖Fig.5 Sequence stratigraphy framework of steep dip slope style of Paleogene-Neogene continental rift basins in East China

2.3 陸內(nèi)斷陷盆地主要層序構成樣式

中國東部古近紀通常為斷陷湖盆發(fā)育時期，其層序內(nèi)部體系域構成主要表現(xiàn)為構造的主控性，如斷裂帶或背斜褶皺樞紐，從而構成了構造坡折帶。構造坡折帶是指由于同沉積構造活動(斷裂或褶皺)而造成沉積斜坡發(fā)生明顯變化的地帶(如凸起與斜坡、斷坡與凹陷、斜坡與凹陷之間的邊界地帶)，并直接控制了斷陷湖盆的低位濱岸坡折和高位濱岸坡折，決定了各層序低位體系域和高位體系域的分布范圍。斷裂或彎折造成的古地貌坡折有利于深湖的存在，同時，坡折上的斜坡暴露又提供了沉積物再搬運再沉積的條件[20]。這些都是形成大型濁積扇體不可缺少的條件[21?22]。斷陷期構造坡折型層序有斷坡帶型、彎折帶型、樞紐帶型(或斜坡型)，見圖6。

2.3.1 斷坡帶型層序內(nèi)部沉積構成

斷坡帶型層序在濟陽凹陷的東營和沾化凹陷中最典型，在中國東部其他陸相斷陷盆地的古近系幕式斷陷充填中，大都發(fā)育該類層序模式(圖6)。

斷坡帶型層序的低位沉積坡折主要追尋盆緣和盆內(nèi)主控同沉積斷裂發(fā)育部位，從而形成以斷裂構造控制的低位坡折?斷坡帶。根據(jù)兩側低位斷坡帶分布，盆緣主控生長鏟型斷裂側構成盆緣陡坡斷坡帶，另一側同期派生盆內(nèi)次級斷裂構成緩坡斷坡帶，以兩側低位斷坡帶為界，從陡坡到緩坡可劃分出盆緣隆起區(qū)、陡坡帶、開闊湖盆區(qū)、緩坡帶和緩坡剝蝕區(qū)等次級構造單元。相應地，可劃分出剝蝕區(qū)、陡坡沖積沉積區(qū)、陡坡低位扇和高位扇三角洲沉積區(qū)、開闊湖盆沉積區(qū)、緩坡低位扇和高位辮狀河三角洲沉積區(qū)、沖積平原沉積區(qū)、緩坡剝蝕區(qū)等次級沉積單元(圖6)。由于構造的持續(xù)活動，斷坡帶對沉積作用可產(chǎn)生重要的影響，因而對沉積相的發(fā)育起重要的控制作用。其主要特征為：

(1) 斷坡帶是古構造活動產(chǎn)生明顯差異沉降的古構造樞紐帶，其沉積厚度發(fā)生突變，同沉積主控斷裂或斷裂組的生長系數(shù)一般為1.4～1.6；斷坡帶下降一側(如同沉積斷裂的下降盤)的沉積旋回增多，在碎屑體系到達的部位砂體的層數(shù)和厚度明顯加大。

(2) 斷坡帶不僅控制著層序內(nèi)部低位體系域(或低位扇體)的發(fā)育和分布范圍，而且控制著湖擴展和高位體系域時水深和沉積相帶變化。因此，斷坡帶往往是盆地沉積體系域分帶的界線。

(3) 由于同沉積斷裂頻繁發(fā)育，在盆地內(nèi)可發(fā)育出多個坡折帶，次級構造單元的邊界斷裂帶一般構成沉積坡折帶，從凸起到洼陷一般可識別出凸起與斜坡或陡坡分界的凸起邊緣斷坡帶、斜坡或陡坡斷階與洼陷過渡帶上的洼陷邊緣斷坡帶。在斜坡內(nèi)或陡坡發(fā)育多個斷階時，可以出現(xiàn)多個次級坡折帶。

圖6 中國東部古近紀—新近紀陸相斷陷盆地層序構成模式圖Fig.6 Sequence architecture models of Paleogene-Neogene continental rift basins in East China

(4) 斷坡帶對沉積相和砂體控制樣式是多樣化的，需要與物源供給、沉積基準面或湖平面的變化相結合進行分析，不同坡折帶可能控制著不同時期的砂體分布，具有多種組合樣式。

(5) 斷坡帶是極其重要的油氣圈閉形成的有利部位。

① 斷坡帶往往是砂巖厚度的加厚帶，一旦確定控制砂體的斷坡帶，沿坡折帶走向的碎屑體系供給部位可能會找到加厚的砂巖體。

② 斷坡帶內(nèi)的同沉積斷裂是重要的油氣通道，尤其是沿斷坡帶根的裙狀扇體分布，可形成順暢的輸導路徑。

③ 由于這些斷裂的生長系數(shù)大，容易造成側向巖性封堵，形成有利的斷層封閉，而且同沉積斷裂的明顯活動和砂體的發(fā)育又有利于滾動背斜構造的形成，并有可能存在局部反轉加強背斜形態(tài)，因此，無論是緩坡還是陡坡的斷坡帶都是滾動背斜發(fā)育的有利部位。

④ 斷坡帶還是不整合面開始發(fā)育的部位，對尋找不整合圈閉具有重要意義。

2.3.2 彎折帶型層序內(nèi)部沉積構成

彎折帶型層序主要以南陽凹陷為代表，在江陵凹陷中也發(fā)育此種層序樣式，是中國東部古近系—新近系典型陸相斷陷盆地中頗具特色的一種層序模式(圖6)。

彎折帶是指由于一側(通常為陡坡帶)控凹的鏟型正斷層在非平面上滑動導致盆內(nèi)另一側(通常為緩坡帶)的撓曲作用，使沉積斜坡發(fā)生明顯彎折的地帶(如凸起與斜坡、斜坡與凹陷之間的邊界地帶)，即彎折帶沿古背斜樞紐帶展布，并構成了湖盆緩坡帶的低位坡折。根據(jù)盆緣主控犁型斷坡帶和盆內(nèi)緩坡彎折帶的位置，沿側向可將斷陷湖盆劃分出盆緣陡坡隆起區(qū)、陡坡帶、開闊湖盆區(qū)、彎折緩坡帶和緩坡剝蝕區(qū)等次級構造單元；相應地，可劃分出剝蝕區(qū)、陡坡沖積沉積區(qū)、陡坡低位扇和高位扇三角洲沉積區(qū)、開闊湖盆沉積區(qū)、彎折緩坡低位扇和高位辮狀河三角洲沉積區(qū)、沖積平原或濱岸平原沉積區(qū)等次級沉積單元。由于構造的多幕性及同沉積構造對沉積砂體的主控性，彎折帶對沉積作用可產(chǎn)生重要影響，因而對沉積相的發(fā)育尤其對低位體的分布起到重要的控制作用[23?24]。在斷陷湖盆中，彎折帶即為低水位濱岸坡折位置，確定了彎折帶，即可預測斷陷湖盆深湖區(qū)和低位體系域的空間分布范圍。其主要特征為：

(1) 彎折帶是控凹鏟型正斷層在非平面上滑動造成的古背斜樞紐帶(或主軸面)，而該古背斜軸線即為沉積濱岸的坡折部位。彎折帶上下其沉積厚度發(fā)生突變，一般地，彎折帶上坡度較小，各層序厚度較小，變化穩(wěn)定；彎折帶下坡度突然加大，各層序的厚度明顯增加，在地層格架上呈緩坡向上散開的扇形。

(2) 彎折帶向深凹內(nèi)的沉積旋回增多，低位、湖擴展和高位體系域發(fā)育齊全，在碎屑體系到達的部位砂體的層數(shù)和厚度明顯加大。彎折帶上寬緩的斜坡帶區(qū)沉積旋回明顯減少，僅湖擴展和高位體系域發(fā)育，厚度穩(wěn)定且較小。

(3) 彎折帶控制了低位體系域的發(fā)育范圍，同時，還控制了湖擴展體系域深湖和濱淺湖區(qū)及高位體系域的軸向三角洲沉積區(qū)。在低位期，低位體系域主要發(fā)育在彎折帶下的深凹內(nèi)或深凹的斜坡區(qū)，形成低位扇或低位斜坡扇，在彎折帶上為暴露剝蝕區(qū)或局部下切水道發(fā)育；在湖擴展或高位時，彎折帶則是從淺水區(qū)向較深水區(qū)過渡的突變界限(湖擴展和高位體系域)，同時也是東西兩端軸向高位三角洲的擴展邊界線，因此，彎折帶往往是半地塹斷陷盆地沉積體系域分帶的界線。

(4) 由于同沉積構造的持續(xù)活動，不同層序的每個彎折與活動軸面有關，自下而上彎折帶的位置逐漸向深凹內(nèi)遷移，從而構成隨深度逐漸產(chǎn)生的扇形層序地層格架(圖6)。

(5) 彎折帶對沉積相和砂體控制樣式是多樣化的，需要與物源供給、沉積基準面或湖平面的變化相結合進行分析，不同層序的彎折帶可能控制著不同時期的砂體分布，具有多種組合樣式。

2.3.3 樞紐帶型(或斜坡型)層序內(nèi)部沉積構成

樞紐帶型(或斜坡型)層序是中國東部古近系—新近系伸展深斷陷湖盆和走滑深斷陷湖盆的主要層序模式，如泌陽凹陷、潛江凹陷、東濮凹陷及百色盆地等(圖6)。

該類盆地沉降機制的顯著特點是：邊界斷層上盤沒有發(fā)生類似于南陽凹陷或濟陽凹陷的變形，但是，發(fā)生了明顯的旋轉掀斜作用，使斷層上盤由水平狀態(tài)旋轉為傾斜狀態(tài)，或使傾斜巖層進一步變陡，從而形成由陡傾平面狀斷層所控制的半地塹式深斷陷湖盆。泌陽凹陷樞紐帶型層序特征如下：

(1) 北部樞紐帶是東部和南部控凹陡傾平面狀正斷層控制的斷層上盤旋轉掀斜作用所致。緩坡樞紐帶是盆內(nèi)次級斷裂復雜帶，也是構造應力釋放帶，樞紐帶是沉積作用變化比較敏感的地帶。

(2) 樞紐帶向深凹內(nèi)低位、湖擴展，高位體系域發(fā)育齊全。樞紐帶上傾端的斜坡帶區(qū)沉積旋回明顯減少，一般僅發(fā)育湖擴展和高位體系域或高位體系域。

(3) 樞紐帶控制了北部低位體系域的發(fā)育范圍，同時，控制了湖擴展體系域深湖和濱淺湖區(qū)及高位體系域的軸向三角洲沉積區(qū)。此外，樞紐帶控制了鹽湖發(fā)育范圍。

(4) 在低位期，在樞紐帶下的深凹或斜坡區(qū)形成低位扇，樞紐帶上為暴露剝蝕區(qū)。由于缺乏類似彎折帶上寬緩穩(wěn)定帶，因此，在樞紐帶上傾端，不具備發(fā)育下切水道(谷)的背景條件。在高位期，樞紐帶是從淺水區(qū)向較深水區(qū)過渡的突變界限(湖擴展和高位體系域)，同時，也是東西兩端軸向高位三角洲的擴展邊界線，因此，樞紐帶往往是半地塹斷陷盆地沉積體系域分帶的界線。

(5) 樞紐帶對沉積相和砂體控制樣式是多樣化的，需要與物源供給、沉積基準面或湖平面的變化相結合進行分析。不同層序的樞紐帶可能控制著不同時期的砂體分布，具有多種組合樣式，因此，對樞紐帶的研究必須分不同層序進行。

3 結論

(1) 構造因素在陸相斷陷盆地層序形成中具有首要的控制作用，它不僅直接控制可容納空間的變化，而且控制了陸相盆地的產(chǎn)生、發(fā)展與演化。構造因素通過改造地貌特征等方式，間接影響剝蝕速率、沉積物類型、沉積物供給速率甚至局部的氣候條件。具體表現(xiàn)為：

① 區(qū)域構造運動控制著一、二級及部分三級層序的發(fā)育。盡管三級層序單元的沉積充填在各斷陷盆地中差異較大，但各盆地三級層序界面特征、層序地層格架及內(nèi)部構成樣式的相似性，顯示了區(qū)域構造的影響。

② 局部構造變動控制著高頻層序的發(fā)育及其格架下的層序構成樣式。中國東部古近系－新近紀盆地幕式斷陷期斷陷層序及其內(nèi)部體系域發(fā)育，均受控于盆緣主控斷裂及其派生的盆內(nèi)褶皺和斷裂，在幕式斷陷期普遍發(fā)育了典型的構造坡折型層序樣式(斷坡帶型、彎折帶型、樞紐帶型)。

(2) 對層序格架下的隱蔽油氣藏進行勘探是中國東部大中型油氣田油氣勘探開發(fā)中晚期經(jīng)歷的必然階段。對中國東部多個典型斷陷盆地的高精度層序地層學進行對比研究以及運用地球物理描述手段，為研究陸相斷陷盆地隱蔽油氣藏的勘探提供了新的思路。

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