剝蝕厚度恢復(fù)法在渤海灣盆地濟(jì)陽坳陷孔店組應(yīng)用

姜素華,李金山,夏冬明,王 鵬,周海廷

(中國海洋大學(xué)1.海洋地球科學(xué)學(xué)院;2.海底科學(xué)與探測技術(shù)教育部重點實驗室,山東青島266100)

剝蝕厚度恢復(fù)法在渤海灣盆地濟(jì)陽坳陷孔店組應(yīng)用

姜素華1,2,李金山1,2,夏冬明1,2,王 鵬1,周海廷1

(中國海洋大學(xué)1.海洋地球科學(xué)學(xué)院;2.海底科學(xué)與探測技術(shù)教育部重點實驗室,山東青島266100)

針對勘探程度較低的復(fù)雜斷陷盆地,利用常規(guī)剝蝕厚度恢復(fù)方法無法準(zhǔn)確恢復(fù)其剝蝕厚度的問題,提出了1種基于構(gòu)造演化研究的剝蝕厚度恢復(fù)方法,即從剝蝕動力學(xué)角度出發(fā),分析剝蝕的成因機(jī)制,利用構(gòu)造演化研究的平衡剖面,用地震資料界定剝蝕范圍和求取剝蝕厚度,再根據(jù)已確定剝蝕區(qū)域的實際鉆井資料情況,采用沉積速率法、波動分析法等進(jìn)行井震結(jié)合的剝蝕厚度恢復(fù)。并以渤海灣盆地濟(jì)陽坳陷孔店組為例,對孔一段(Ek1)和孔二段(Ek2)剝蝕厚度進(jìn)行了恢復(fù),結(jié)果表明:孔一段(Ek1)受剝蝕作用較強(qiáng),在區(qū)域上存在較大差異,總體上剝蝕厚度較大,而孔二段(Ek2)受剝蝕作用較弱,剝蝕厚度較薄。該方法比傳統(tǒng)的單一方法更加精確可靠,對恢復(fù)復(fù)雜斷陷盆地剝蝕厚度具有較好的效果。

濟(jì)陽坳陷;孔店組;構(gòu)造演化;剝蝕恢復(fù)

渤海灣盆地是華北克拉通上1個以古生界為基底的中、新生代疊合盆地,盆地形成于中生代,發(fā)展于早第三紀(jì)[1]。濟(jì)陽坳陷位于渤海灣盆地東南,南鄰魯西隆起,東接郯廬斷裂帶,北部和西部則為埕寧隆起帶,其古近系為典型的斷陷盆地,發(fā)育在中生界斷陷作用和褶皺作用復(fù)雜的構(gòu)造背景下,類似的斷陷盆地多是在拉張應(yīng)力作用下形成的,其裂陷通常不是一次性沉降到位,往往是多層次、多周期性的構(gòu)造作用過程,一般具有典型的“斷陷—坳陷”雙層結(jié)構(gòu)[2-3]。這類復(fù)雜的斷陷盆地,剝蝕前的地層古地溫場、聲波時差等特征均被再次沉積改變,以Wyllie公式為模型計算的方法及與古溫標(biāo)有關(guān)的方法[4-8]等都難以真實反映地層缺失的原因,為此提出了基于構(gòu)造演化研究的剝蝕厚度恢復(fù)方法,即從剝蝕動力學(xué)角度出發(fā)[9],分析剝蝕的成因機(jī)制,利用構(gòu)造演化的平衡剖面,還原地層沉積史與地層剝蝕過程,以地震資料界定剝蝕范圍和求取剝蝕厚度,再根據(jù)已確定剝蝕區(qū)域的實際鉆井資料情況,采用沉積速率法、波動分析法等進(jìn)行井震結(jié)合的剝蝕厚度恢復(fù)。該方法不受剝蝕前的地層古地溫場、聲波時差等因素的影響,對恢復(fù)復(fù)雜斷陷盆地剝蝕厚度具有較好的效果。

1 孔店組構(gòu)造轉(zhuǎn)型期的剝蝕特征

由于印度板塊與歐亞板塊碰撞和太平洋板塊由北北西向轉(zhuǎn)為北西西向俯沖,郯廬斷裂由左旋變?yōu)橛倚?濟(jì)陽坳陷進(jìn)入新生代構(gòu)造演化階段,形成了1個受NEE、NE向斷層控制的半地塹式復(fù)合盆地,疊置于中生代NW向斷層控制的盆地之上[10-11]。

孔店組—沙四期為中、新生代盆地轉(zhuǎn)型的過渡時期[12],孔店期(Ek)濟(jì)陽坳陷基本繼承中生代的盆地格局,NE(NEE)向斷層未對盆地發(fā)育起控制作用;沙四期(Es4)新生代盆地格局初步定型,NE(NEE)向斷層取代NW向斷層,控制盆地的發(fā)育(見圖1)。

對處于構(gòu)造轉(zhuǎn)型期孔店組地層,其地層的剝蝕程度受控于濟(jì)陽坳陷中生代、新生代盆地疊合的影響[13-14],根據(jù)其疊合關(guān)系,可劃分為中坳新坳型(即中生代為坳陷區(qū),新生代也為坳陷區(qū)),中坳新隆型(即中生代為坳陷區(qū),新生代為隆起區(qū)),以此類推還有中隆新坳型與中隆新隆型共4種類型的疊合單元(見圖1),由于不同的疊合單元經(jīng)歷了不同的沉積埋藏史,其剝蝕的程度也大不相同,分析不同疊合單元的剝蝕特征,對研究孔店組構(gòu)造轉(zhuǎn)型期的剝蝕特征具有重要意義,本文主要針對目的層孔店組地層討論各疊合單元的沉積與剝蝕。

(1)中坳新坳型疊合單元:該疊合單元主要位于中生代北西向控盆斷層和古近紀(jì)北東向控盆斷層下降盤的疊加部位,在中、新生代斷陷盆地發(fā)育階段均處于坳陷區(qū)接受沉積,地層層序相對完整,凹陷內(nèi)基本沒有剝蝕或有少量剝蝕。如惠民凹陷的臨南洼陷西南部、陽信洼陷西南部、里則鎮(zhèn)洼陷等,東營凹陷的利津洼陷、民豐洼陷西部、牛莊洼陷、博興洼陷西南部等,沾化凹陷的渤南—四扣洼陷北部、孤北洼陷等(見圖1)。

(2)中坳新隆型疊合單元:該疊合單元類型主要位于中生代北西向控盆斷層下降盤與新生代北東向控盆斷層上升盤的疊加部位,中生代處于沉降區(qū),接受沉積,新生代處于隆升區(qū),地層遭受剝蝕。如惠民凹陷的林樊家凸起、濱縣凸起等,東營凹陷的青城凸起、陳家莊凸起西部等,以及義和莊凸起東部等(見圖1)。

圖1 濟(jì)陽坳陷中、新生代主控斷裂分布與疊合單元分布圖Fig.1 The distribution of main faults and folding units during Mesozoic era and Cenozoic era,Jiyang Depression

(3)中隆新坳型疊合單元:該疊合單元類型主要位于中生代北西向控盆斷層上升盤與新生代北東向控盆斷層下降盤的疊加部位,由于中生代處于隆升剝蝕狀態(tài),不僅沒有接受沉積,就連下伏的古生界地層也遭受了一定程度的剝蝕。如惠民凹陷的滋鎮(zhèn)洼陷、陽信洼陷東部等,東營凹陷的民豐洼陷東部、博興洼陷東北部等,沾化凹陷的邵家洼陷、孤南—富林洼陷、渤南—四扣洼陷南部以及樁西洼陷等(見圖1)。

(4)中隆新隆型疊合單元:該類型疊合單元主要位于中生代北西向控盆斷層上升盤與新生代北東向控盆斷層上升盤的疊加部位,在中、新生代兩期斷陷盆地發(fā)育階段均處于隆升區(qū);古生界、中生界均被剝蝕殆盡,新近紀(jì)直接覆蓋于泰山群之上,主要有陳家莊凸起區(qū)東部、義和莊凸起區(qū)西部(見圖1)。

2 剝蝕厚度恢復(fù)的方法

2.1 剝蝕成因機(jī)制分析

根據(jù)上述疊合單元的分析結(jié)果,對于中隆新隆型疊合單元,無需考慮孔店組地層剝蝕情況;對于中坳新坳型疊合單元,在沉積過程中基本沒有發(fā)生剝蝕或在洼陷邊緣發(fā)生少量剝蝕,因此只需考慮洼陷邊緣剝蝕量以及零剝蝕范圍;對于中隆新坳型疊合單元,由于在新生代凹陷中表現(xiàn)為潛山,會遭受不同程度的剝蝕,需要分別考慮;對于中坳新隆型疊合單元,在新生代地層抬升的過程中,會遭受強(qiáng)烈的剝蝕,因此需要重點考慮。而在這些有剝蝕的區(qū)域,造成構(gòu)造轉(zhuǎn)型期孔店組地層剝蝕的動力主要是斷層活動性差異作用、構(gòu)造運動抬升作用及兩者的共同作用3種類型。

(1)斷層活動性差異導(dǎo)致剝蝕 由于斷層活動性強(qiáng)弱不同使地層抬升遭受剝蝕,剝蝕厚度小,剝蝕厚度的恢復(fù)一般只在2個斷層之間,受斷層分隔作用較強(qiáng),在地層接觸關(guān)系上表現(xiàn)為削截不整合,多與邊界生長斷層有關(guān),是該區(qū)剝蝕的重要方式。削截不整合是地層在斷層作用下發(fā)生掀斜,翹起端遭受風(fēng)化剝蝕,這類剝蝕厚度可以根據(jù)地層厚度變化規(guī)律外推得到(見圖2)。

(2)構(gòu)造運動使地層抬升導(dǎo)致剝蝕 基底地層在擠壓作用下發(fā)生局部抬升,上覆古近系遭受強(qiáng)烈剝蝕。這類剝蝕多與低凸起有關(guān),在地震剖面上基底表現(xiàn)為潛山,古近系早期超覆在潛山之上,形成披覆構(gòu)造,后期遭受抬升剝蝕。這一類剝蝕厚度較大,需要根據(jù)潛山兩端地層厚度的變化和地層的結(jié)構(gòu),結(jié)合沉積相特點向剝蝕中心恢復(fù)剝蝕厚度(見圖3)。

圖3 構(gòu)造運動使地層抬升剝蝕示意圖(南北向483測線)Fig.3 Schematic diagram of erosion caused by formation uplift,line SN 483

(3)2種機(jī)制的共同作用 在上述2種機(jī)制的共同作用下,隆起的緩坡帶抬升遭受剝蝕。這類剝蝕厚度大,斷層的分隔作用不強(qiáng),在地層接觸關(guān)系上表現(xiàn)為削截不整合,上覆地層超覆特征明顯,在地震剖面上可以清楚劃分出起剝點(見圖4)。

圖4 2種機(jī)制共同作用剝蝕示意圖(南北向534.5測線)Fig.4 Schematic diagram of erosion caused by different fault activity and formation uplift,line SN 534.5

2.2 利用平衡剖面界定剝蝕范圍

在對剝蝕成因機(jī)制分析的基礎(chǔ)上,利用平衡剖面進(jìn)一步圈定剝蝕的范圍,即利用構(gòu)造演化剖面中“平衡”的原則,先從單條剖面上復(fù)原地層沉積與剝蝕的過程,界定剝蝕區(qū)域,來推測地層的剝蝕范圍和厚度。以南北向568測線為例(見圖5),如要研究孔二段(Ek2)的剝蝕厚度,先恢復(fù)到孔一段(Ek1)地層沉積前的特征,在濱縣凸起以北,主要受基底隆升的影響,中生界(Mz)一直在抬升剝蝕,沒有沉積孔二段(Ek2)的地層,位于濱縣凸起以南的平方王潛山,在中生界(Mz)遭受夷平剝蝕,沉積了孔二段(Ek2)的地層,根據(jù)平衡剖面的恢復(fù),可以推測孔二段(Ek2)地層剝蝕范圍和厚度值。

圖5 濟(jì)陽坳陷南北向568測線孔二段(Ek2)地層剝蝕范圍圖Fig.5 The Ek2erosion area of line NS 568,Jiyang Depression

在對所有骨干剖面界定剝蝕區(qū)域的基礎(chǔ)上,從線到面,可以在平面上圈定孔店組剝蝕區(qū)域的范圍(見圖6),同時在剖面上,以地震資料為依據(jù),選擇測線附近的井點,利用平衡剖面讀取剝蝕厚度值(見表1)。

圖6 濟(jì)陽坳陷孔店組剝蝕區(qū)域平面分布圖Fig.6 The plane distribution of Ek’s erosion area,Jiyang Depression

2.3 剝蝕厚度的求取

由于平衡剖面是在地震剖面上量取數(shù)據(jù),對計算的精度有一定的影響,因此在計算剝蝕厚度時,重點考慮被剝蝕及剝蝕厚度大的地區(qū)。在上述研究的基礎(chǔ)上,再根據(jù)鉆井及資料情況,井震結(jié)合,應(yīng)用波動分析法、沉積速率法[5-8]求取剝蝕厚度,最后對剝蝕厚度數(shù)據(jù)加權(quán)平均綜合取值,其部分計算結(jié)果見表1。

最后根據(jù)計算結(jié)果做出平面分布圖(見圖7、8)。

表1 孔店組地層剝蝕量數(shù)據(jù)表Table 1 Data of Ek’s erosion thickness /m

3 剝蝕厚度特征分析

根據(jù)以上的計算結(jié)果可分別做出孔二段(Ek2)和孔一段(Ek1)的剝蝕厚度平面分布圖(見圖7、8)。

圖7 濟(jì)陽坳陷孔二段(Ek2)剝蝕厚度等值線圖Fig.7 The erosion thickness of Ek2strata,Jiyang depression

圖8 濟(jì)陽坳陷孔一段(Ek1)剝蝕厚度等值線圖Fig.8 The erosion thickness of Ek1strata,Jiyang Depression

從地層剝蝕厚度圖可以看出,坳陷內(nèi)孔一段(Ek1)和孔二段(Ek2)地層剝蝕具有如下特點:①剝蝕量較大的區(qū)域集中在凹陷內(nèi)靠近隆(凸)起區(qū)附近,各凹陷內(nèi)的低凸起是凹陷內(nèi)部的主要剝蝕區(qū),孔一段(Ek1)最大剝蝕區(qū)在惠民凹陷東北緣,最大剝蝕量>450 m;孔二段(Ek2)最大剝蝕區(qū)在青城凸起區(qū)北側(cè),最大剝蝕量達(dá)450 m左右,但范圍較小;②坳陷內(nèi)各凹陷南緣的緩坡帶,地層剝蝕范圍較大,但剝蝕量卻比較小;③在凹陷北部的陡坡帶,由于靠近控盆斷層,孔店組地層沉降幅度大,一般沒有剝蝕,部分地區(qū)存在小幅剝蝕?？傮w上,孔一段(Ek1)的剝蝕量相對于孔二段(Ek2)要大,一般在100～300 m,平均剝蝕量在200 m左右,孔二段(Ek2)地層剝蝕量大多集中在50～200 m,平均剝蝕量為100 m左右,且剝蝕受中生代構(gòu)造運動形成的古地形地貌、新生代構(gòu)造、沉積的控制作用明顯。

4 結(jié)論

(1)剝蝕成因機(jī)制分析是求取剝蝕厚度的基礎(chǔ)。剝蝕成因機(jī)制分析從構(gòu)造動力學(xué)出發(fā),探索構(gòu)造運動所引發(fā)的地層剝蝕原因,依據(jù)剝蝕的類型不同,應(yīng)用相對適應(yīng)的求取剝蝕厚度方法,為剝蝕厚度的計算奠定了基礎(chǔ)。

(2)構(gòu)造演化剖面界定剝蝕范圍是求取剝蝕厚度的前提。利用構(gòu)造演化剖面中“平衡”的原則,從單條剖面上界定剝蝕區(qū)域,以線至面的圈定地層剝蝕平面分布范圍,能客觀的還原地層沉積史與地層剝蝕過程。

(3)在構(gòu)造演化研究的基礎(chǔ)上,井震結(jié)合綜合應(yīng)用多種方法,是獲取精確的剝蝕厚度值的保障。用該方法恢復(fù)剝蝕量的結(jié)果表明,地層沉積與剝蝕的關(guān)系合理,比傳統(tǒng)的單一方法求取的結(jié)果更加可靠,對恢復(fù)復(fù)雜斷陷盆地剝蝕厚度具有較好的效果。

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Abstract: It’s difficlut to recover the erosion thickness precisely by common methods for the complex fault basin,which has a low degree of prospecting.So a new way based on structure evolution for recovering erosion thickness has been proposed.According to the dynamic of erosion,it can analyse contributing factors of erosion,divide areas of erosion and calculate the worth of erosion thickness by using structure evolution sections and the seismic data.Based on the integration of well and seismic in main erosion area, the erosion amounts of local layers were calculated by means of the sedimentary rate,wave analysis.Taking Kongdian formation of Jiyang depression in Bohai bay basin as an example,Ek1and Ek2’s erosion thickness were recovered.The result showed that Ek1was denuded more seriously and the one area differs from another greatly.But a whole,the erosion thickness of Ek1was thicker than Ek2.Eventually,this method was more accurate than others,which could be used to recover the erosion thickness of the complex fault basin precisely.

Key words: Jiyang depression;Kongdian formation;structure evolution;recovering denudation

責(zé)任編輯 徐 環(huán)

The Recovering Denudation Method and Its Application in Kongdian Formation of Jiyang Depression,Bohai Bay Basin

J IANG Su-Hua1,2,LI Jin-Shan1,2,XIA Dong-Ming1,2,WAN G Peng1,ZHOU Hai-Ting1
(Ocean University of China 1.College of Marine Geosciences,2.Key Lab of Seafloor Science and Exploration Technology, Qingdao 266100,China)

P542

A

1672-5174(2011)04-097-06

國家科技重大專項“深水地震處理關(guān)鍵技術(shù)及處理軟件平臺研發(fā)”項目(2008ZX05025-001-006)資助

2010-06-21;

2011-01-10

姜素華(1963-),女,博士,高級工程師,E-mail:jiangsuh@163.com。