南堡凹陷沉降史分析

孫風(fēng)濤，郭鐵恩，田曉平

南堡凹陷沉降史分析

孫風(fēng)濤，郭鐵恩，田曉平

（中海石油（中國）有限公司天津分公司勘探開發(fā)研究院，天津塘沽300452）

摘要：南堡凹陷是渤海灣內(nèi)小型斷陷盆地，近年來油氣勘探取得不斷突破。相對而言，對于其整個盆地構(gòu)造和沉降演化規(guī)律的認(rèn)識仍十分薄弱，而研究構(gòu)造活動控制下的沉降史對于研究油氣特征及有利區(qū)帶的預(yù)測具有重要的意義。采用回剝法對南堡凹陷的構(gòu)造沉降速率進(jìn)行恢復(fù)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了構(gòu)造期次的劃分。研究認(rèn)為受到區(qū)域構(gòu)造運動的控制，南堡凹陷總體上可以劃分為裂陷期、凹陷期和裂后加速沉降期三個階段，其中古近系整體表現(xiàn)為幕式沉降的特征，即Es34+5為裂陷I幕、Es33-Es2為裂陷II幕、Es1為裂陷III幕、Ed3-Ed1為裂陷IV幕。回剝法是進(jìn)行地史恢復(fù)的有效方法，為研究構(gòu)造活動控制下的沉降史提供了理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：南堡凹陷；幕式沉降；沉降速率；回剝法

1　地質(zhì)概況

南堡凹陷是位于渤海灣盆地黃驊坳陷北部的一個中、新生代盆地（圖1），屬于渤海灣盆地中油氣資源豐富的小型凹陷。該凹陷東北部以柏各莊控盆斷層為界與柏各莊凸起、馬頭營凸起毗鄰；西北部以西南莊控盆斷層為界與西南莊、王老莊凸起為鄰；南部緩坡與沙壘田凸起呈超覆關(guān)系，該凹陷內(nèi)總的構(gòu)造格局呈NNE向，面積約1 932 km2[1,2]。受構(gòu)造活動的控制，盆地內(nèi)沉積充填古近系至新近系，總體表現(xiàn)為沖積扇—扇三角洲—辮狀河三角洲—曲流河的變化特征（圖2）。

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圖1　渤海灣盆地南堡凹陷構(gòu)造格局及油氣特征

圖2　南堡凹陷沉積綜合柱狀圖

南堡凹陷位于渤海灣盆地北部，其地質(zhì)構(gòu)造演化特征與渤海灣盆地的性質(zhì)、動力學(xué)特征以及區(qū)域性的重要構(gòu)造運動有著密不可分的聯(lián)系，整體上表現(xiàn)為復(fù)雜的多幕式的構(gòu)造活動特征。研究其構(gòu)造活動控制下的沉降史對于研究其油氣特征及有利區(qū)帶預(yù)測具有重要的意義。

2　沉降史恢復(fù)的基本原理方法

沉降史分析目前已成為盆地分析中的一種常規(guī)技術(shù)[3]。通過盆地沉降歷史時期沉降量的定量分析可再現(xiàn)盆地的地質(zhì)歷史。通過沉降史分析研究盆地的形成和演化，可以恢復(fù)地質(zhì)歷史時期地層的形態(tài)特征及其沉積速率和沉降速率的變化。目前，定量沉降史模擬有兩種，一種是反演法，即回剝法（back striping method）；另一種是正演法。本次研究主要采用回剝分析方法來恢復(fù)南堡凹陷沉降史。

回剝法是進(jìn)行地史恢復(fù)的有效方法，其原理主要是利用現(xiàn)存的殘留地層厚度逐層恢復(fù)至地表，并對壓實、古水深和湖（海）平面高度變化等方面進(jìn)行校正，從而獲得各地層的原始厚度和沉降速率（圖3），并將構(gòu)造沉降（純水載盆地沉積）從總沉降中分離出來，這一過程可以表述為：構(gòu)造沉降=總沉降－（沉積物和水負(fù)載沉積+沉積物壓實沉積+水平面變化）。本次研究中對古地層厚度和沉降速率的恢復(fù)是運用EBM盆地模擬系統(tǒng)實現(xiàn)的，王敏芳等[4]對其原理及實現(xiàn)過程曾進(jìn)行詳細(xì)的論述，這里不再贅述。通過模擬，我們獲得各地層的原始厚度、盆地的埋藏史和構(gòu)造沉降史以及各部位不同時期的沉降速率，并結(jié)合斷層活動速率法分析斷層的活動性。

圖3　回剝法計算機(jī)模擬工作流程

3　沉降史分析

中國東部第三系陸相斷陷盆地皆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(jì)最晚期或古新世，盆地的裂陷階段皆形成復(fù)式的半地塹構(gòu)造，大型盆地深部常由半地塹群及其間的斷隆構(gòu)成；裂后階段形成坳陷，呈披蓋式覆于斷陷盆之上，形成“下斷上坳”雙層結(jié)構(gòu)[5-8]。謝習(xí)農(nóng)[9]（1996）認(rèn)為陸相斷陷盆地層序地層主要受控于區(qū)域性構(gòu)造事件或幕式構(gòu)造旋回，南堡凹陷古近紀(jì)沉積具有典型的幕式活動特點。同時由于受到局部構(gòu)造活動的影響，在凹陷內(nèi)不同位置表現(xiàn)為不同的沉降特征。以南堡凹陷東部高柳地區(qū)上下盤各選擇一個觀察點為例，可以比較觀察點位置構(gòu)造活動速率的差異性。結(jié)合構(gòu)造活動速率特征，在縱向上可劃分為裂陷期、凹陷期和裂后沉降期三個主要構(gòu)造期，其中裂陷期可分為4幕。

3.1高柳地區(qū)沉降速率分析

該觀測點在裂陷Ⅰ幕總沉降速率為325 m/ Ma，構(gòu)造沉降速率所占的比例約3/5（圖4）。裂陷Ⅱ幕起始時期Es33地層沉積時，總沉降速率和構(gòu)造沉降速率分別為400 m/Ma和220 m/Ma，最小總沉降速率和最小構(gòu)造沉降速率分別為50 m/Ma和28 m/Ma。到了裂陷Ⅲ幕，最大總沉降速率為370 m/Ma，最小總沉降速率為225 m/Ma，構(gòu)造沉降速率的比例在1/2左右。而裂陷Ⅳ幕的起點東三上段總沉降速率為330 m/Ma，而構(gòu)造沉降速率占總沉降速率的比例明顯比裂陷Ⅱ幕和裂陷Ⅲ幕要大，明顯大于1/2，為180 m/Ma。表明該時期構(gòu)造活動突然明顯加強(qiáng)，然而裂陷Ⅳ幕中晚期的東二段和東一段的沉降活動很微弱，最大總沉降速率僅為40 m/Ma。裂后期對應(yīng)的第Ⅴ幕的沉降活動仍然一如既往的低，總沉降速率為35 m/Ma。第Ⅳ幕對應(yīng)的裂后加速沉降期，總沉降速率為65 m/Ma，相比凹陷期而言，構(gòu)造沉降有一個明顯加速的現(xiàn)象，但此時的構(gòu)造沉降速率占總沉降速率的比例仍然小于1/2。

總體來看，在高柳地區(qū)沙河街組沉積時間長，沉降速率高，而東營組僅初期在該部位有沉積，晚期未發(fā)生沉積，這與高柳斷層在該時期劇烈活動，取代該部位的西南莊斷層和柏各莊斷層成為該部位的控邊斷層有著密切的聯(lián)系。

圖4　高柳地區(qū)某觀測點沉降速率直方圖

3.2高柳下降盤沉降速率分析

該觀測點位于林雀次凹（圖5）。裂陷期Ⅰ幕總沉降速率可達(dá)380 m/Ma，構(gòu)造沉降速率所占的比例大于1/2，為225 m/Ma；裂陷期Ⅱ幕最大總沉降速率為425 m/Ma，出現(xiàn)在Es33，最小沉降速率為100 m/Ma，出現(xiàn)在Es2，構(gòu)造沉降速率占總沉降速率的比例同樣大于1/2。裂陷Ⅲ幕最大總沉降速率和構(gòu)造沉降速率均出現(xiàn)在Es1，分別為275 m/Ma和150 m/Ma，最小總沉降速率和構(gòu)造沉降速率分別為215 m/Ma和115 m/Ma。裂陷Ⅳ幕最大總沉降速率可達(dá)480 m/Ma，隨后減至260 m/Ma，構(gòu)造沉降的變化趨勢與總沉降的變化趨勢一致。裂后期及裂后加速期對應(yīng)的第Ⅴ幕和第Ⅳ幕的最大總沉降速率分別50 m/Ma為和78 m/Ma。此時的構(gòu)造沉降速率占總沉降速率的比例小于1/2，在1/3～1/2左右。

總體來看，在高柳下降盤部位東營組沉積期沉降速率明顯增大，平均沉降速率超過了沙河街組的總體沉降速率，這種結(jié)果正是高柳斷層在該時期活動加劇，導(dǎo)致南堡凹陷總體沉降中心向南遷移的表現(xiàn)。

圖5　高柳下降盤某觀測點沉降速率直方圖

4　結(jié)論

（1）應(yīng)用回剝法恢復(fù)南堡凹陷的沉降速率，受高柳斷層的影響，高柳斷層北部和南部表現(xiàn)為不同的沉降特征，其中東營組僅在初期在該部位有沉積，晚期未發(fā)生沉積。

（2）南堡凹陷受區(qū)域構(gòu)造的控制和影響，古近系表現(xiàn)為幕式沉降的特征，總體上根據(jù)沉降速率分析可以劃分為4幕，其中Es34+5為裂陷Ⅰ幕、E為裂陷Ⅱ幕、Es1為裂陷Ⅲ幕、Ed3-Ed1為裂陷Ⅳ幕。

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中圖分類號：TE121.1

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1008-2336.2012.03.029

收稿日期：2011-11-18；改回日期：2012-02-27

第一作者簡介：孫風(fēng)濤，女，1978年生，地質(zhì)工程師，碩士，礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)，從事儲量評價和石油地質(zhì)研究工作。

文章編號：1008-2336（2012）03-0029-04

Analysis of the Subsidence History in Nanpu Sag

SUN Fengtao, GUO Tieen, TIAN Xiaoping
（Exploration and Development Research Institute of CNOOC Ltd. Tianjin Branch, Tanggu Tianjin 300452, China）

Abstract:Nanpu Sag is a small scale fault basin in Bohai bay, and great breakthrough has been made in recent years in oil and gas exploration. Comparatively speaking, the understanding about the basin structure and subsidence evolution is poor. The research of subsidence history is very importance for the research of oil and gas and forecast the favorable structural belts. With back stripping method, tectonic subsidence rate of Nanpu Sag has been restored, and the phases of tectonic activity have been divided. Controlled by tectogenesis, the tectonic subsidence of Nanpu Sag can be divided into three phases, including rifting phase, depression phase, and post rift accelerated subsidence phase. Paleogene is charactered by episodic subsidence. Es34+5is phase I rifting episode, Es33-Es2is phase II rifting episode, Es1is phase III rifting episode, Ed3-Ed1is phase IV rifting episode. Back stripping method is an effective method for geohistory restoration, providing theoretical basis for the research of subsidence history.

Key words:Nanpu Sag; episodic subsidence; subsidence rate; back stripping method