遼河灘海東部凹陷古地貌特征及其對沉積?層序的制約

高志前，侯偉，樊太亮，王恩輝，賀永奎

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遼河灘海東部凹陷古地貌特征及其對沉積?層序的制約

高志前1，侯偉2，樊太亮1，王恩輝3，賀永奎4

(1. 中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 海相儲層演化與油氣富集機(jī)理教育部重點(diǎn)實(shí)驗室，北京，100083；2. 中石油煤層氣責(zé)任有限公司，北京，100028；3. 中油遼河油田公司 勘探開發(fā)研究院，遼寧 盤錦，124010；4. 中石油長城鉆探工程有限公司，遼寧 盤錦，124010)

采用三維地震資料分析定性、層序地層格架定時、構(gòu)造演化定發(fā)展、古厚度定量和三維地貌建模技術(shù)可視化成圖的綜合研究方法對遼河灘海東部地區(qū)古近系關(guān)鍵構(gòu)造期古地貌進(jìn)行恢復(fù)。研究結(jié)果表明：遼河灘海古近紀(jì)經(jīng)歷了伸展裂陷幕、第一裂后熱沉降幕、走滑伸展再次裂陷幕和裂陷收斂幕4個構(gòu)造演化階段，不同構(gòu)造演化階段的古地貌特征不同，由其制約的層序構(gòu)成和沉積體系展布也顯著不同。伸展裂陷期古地貌具有坡陡盆深的特點(diǎn)，層序體系域構(gòu)成齊全，發(fā)育近岸水下扇—扇三角洲—辮狀河三角洲—湖泊沉積體系；第一裂后熱沉降期古地貌具有坡緩溝多的特點(diǎn)，層序體系域構(gòu)成齊全，發(fā)育扇三角洲—辮狀河三角洲—湖泊沉積體系；走滑伸展再次裂陷期古地貌具有坡陡盆深，溝梁斜列的特點(diǎn)，層序體系域構(gòu)成較齊全，發(fā)育扇三角洲—辮狀河三角洲—湖泊沉積體系；裂陷收斂期地形變化平緩，趨向于平原地貌，層序構(gòu)成不全，整體缺失低位體系域，以曲流河和辮狀河沉積為主。

遼河灘海；古近系；古地貌；古構(gòu)造；坡折帶

古地形地貌是盆地所受構(gòu)造活動、沉積充填、差異壓實(shí)、風(fēng)化剝蝕等綜合作用的結(jié)果，作為層序發(fā)育的背景，古地貌控制著后期層序的發(fā)育及沉積體系形成和展布。古地貌單元在基準(zhǔn)面變化過程中對沉積物體積分配和相分異作用的影響, 直接決定了沉積地層在平面上的展布和縱向上的組合規(guī)律、結(jié)構(gòu)特征[1?2]。開展古地貌恢復(fù)工作及探討古地貌對后期油氣藏的作用對于油田勘探具有重要的指導(dǎo)意義。陸相斷陷盆地中的古地貌形態(tài)千變?nèi)f化，可以劃分為古凸起(隆起)、古凹陷、古斷層、古斜坡、古坡折帶、古溝谷等地貌單元[3?5]，不同的地貌單元對層序?沉積的制約作用不同，如何準(zhǔn)確恢復(fù)關(guān)鍵構(gòu)造期古地貌是古地貌研究的主要內(nèi)容。關(guān)于古地貌恢復(fù)，有多種方法，包括“寶塔圖”法、殘留厚度法、回剝和填平補(bǔ)齊法、地質(zhì)平衡剖面法、層序地層學(xué)恢復(fù)法、以及層拉平技術(shù)等[6?9]。對古地貌進(jìn)行恢復(fù)，重點(diǎn)是要查清特定地質(zhì)歷史時期、特定地質(zhì)背景下對古水流和物源體系起溝通、阻擋和分隔作用的古地貌單元在三維空間分布狀況。本文作者采用三維地震資料分析定性、層序地層格架定時、構(gòu)造演化定發(fā)展、古厚度定量和三維地貌建?？梢暬蓤D的綜合研究方法對遼河灘海東部地區(qū)古近系關(guān)鍵構(gòu)造期古地貌進(jìn)行了恢復(fù)，探討了構(gòu)造—古地貌—層序三者之間的制約關(guān)系。

1 地質(zhì)背景

遼河灘海探區(qū)位于中國遼東灣北部，屬陸上遼河坳陷與海域遼東灣坳陷的過渡區(qū)，是中–新生代伸展、走滑背景下形成的陸相斷陷盆地。陸上遼河坳陷具有“三凸兩凹”結(jié)構(gòu)，海域遼東灣坳陷具有“四凸三凹”結(jié)構(gòu)，遼河灘海地區(qū)是海陸構(gòu)造格局的過渡帶，其構(gòu)造格局呈現(xiàn)出由遼河坳陷“三凸兩凹”結(jié)構(gòu)向遼東灣坳陷“四凸三凹”結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的特點(diǎn)。遼河灘海東部凹陷位于灘海地區(qū)東部(圖1)，地理上位于遼寧省大洼縣榮興屯南部的淺海地區(qū)(水深0~5 m)，構(gòu)造上是遼河?xùn)|部凹陷向海域的自然延伸，西接海南構(gòu)造帶，東至東部凸起，北鄰遼河陸域探區(qū)榮興屯構(gòu)造，南至遼河灘海探區(qū)與中海油遼東灣探區(qū)礦權(quán)分界[10?11]，包括太陽島—葵花島斷裂背斜帶、燕南斷裂構(gòu)造帶、蓋州灘洼陷3個構(gòu)造單元，總面積約1 000 km2。自1991年開始勘探以來，相繼有多口井獲得了高產(chǎn)工業(yè)油氣流；但由于灘海勘探受地面條件及地下油氣成藏復(fù)雜性的制約，油氣勘探一直沒有獲得重大突破。古近系是灘海地區(qū)油氣勘探開發(fā)的主要目的層，自下而上為沙河街組、東營組。沙河街組自下而上細(xì)分為沙三段(Es3)、沙一二段(E31-2)。東營組沉積期，巖性整體呈粗–細(xì)–粗的特征，反映湖盆水體經(jīng)歷了淺–深–淺的演化旋回，東營組細(xì)分為東三段(E33)、東二段(Ed2)、東一段(E31)。文章通過對遼河灘海東部地區(qū)古近系的層序地層特征、構(gòu)造特征和古地貌特征進(jìn)行綜合研究，分析層序、構(gòu)造、古地貌之間的制約關(guān)系，進(jìn)一步認(rèn)識陸相盆地的沉積層序發(fā)育特征和有利砂體分布的控制因素及分布規(guī)律，以期為灘海地區(qū)油氣藏勘探的突破提供部署建議，為相同類型盆地的油氣勘探研究提供理論依據(jù)。

圖1 遼河灘海東部凹陷區(qū)域位置圖

2 古地貌恢復(fù)

古地貌恢復(fù)是研究層序發(fā)育特征和沉積體系展布的基礎(chǔ)，古地貌恢復(fù)的關(guān)鍵是方法的可靠性和資料的準(zhǔn)確性。采用三維地震資料分析定性、層序地層格架定時、構(gòu)造演化定發(fā)展、古厚度定量和三維地貌建模技術(shù)可視化成圖的綜合研究方法進(jìn)行古地貌恢復(fù)。1) 三維地震資料定性：利用各類地貌單元的地震發(fā)射特征，識別古地貌單元類型，總結(jié)其分布特征。2) 層序地層格架定時：在全區(qū)等時的層序地層格架內(nèi)，進(jìn)行古地貌恢復(fù)。3) 構(gòu)造演化定發(fā)展：建立貫穿全區(qū)的骨干平衡地質(zhì)剖面，并根據(jù)地質(zhì)平衡原理恢復(fù)每個剖面的構(gòu)造演化過程，從全區(qū)宏觀格局出發(fā)認(rèn)識遼河灘海東部地區(qū)構(gòu)造疊加變形的動態(tài)演化過程，重建構(gòu)造變形之前的古地貌形態(tài)。4) 古厚度定量：在利用井震聯(lián)合地層恢復(fù)法對研究區(qū)地層剝蝕厚度進(jìn)行恢復(fù)基礎(chǔ)上，利用回剝法進(jìn)行地層厚度的壓實(shí)校正。利用三維地質(zhì)建模軟件，依據(jù)恢復(fù)后的古厚度數(shù)據(jù)和古水深數(shù)據(jù)，建立各時期的三維古地貌圖，并根據(jù)三維地震資料定性分析的結(jié)果和古構(gòu)造恢復(fù)的結(jié)果對古地貌圖進(jìn)行精細(xì)修正，尤其是要消除晚期斷層對地層厚度的影響。

2.1 三維地震資料定性分析

古溝谷、古坡折帶是陸相斷陷盆地中的重要古地貌單元[3?5]，其中古溝谷包括斷槽、下切溝谷和斷裂轉(zhuǎn)換帶；古坡折帶包括陡坡斷裂坡折帶、緩坡?lián)锨抡蹘?、斷階構(gòu)造坡折帶、轉(zhuǎn)換構(gòu)造坡折帶和走滑斷裂坡折帶[12?14]。各種類型的古地貌單元在地震剖面上有著明顯的識別標(biāo)志。

1) 下切谷。遼河灘海東部地區(qū)潛山頂面呈溝梁相間的古地貌格局，發(fā)育各時期的下切溝谷。由于下切溝谷的下切深度、寬度和內(nèi)部充填物的不同，在地震剖面上表現(xiàn)為多種地震反射結(jié)構(gòu)特征：①溝谷下切,下伏地層遭受剝蝕, 出現(xiàn)反射同相軸削截現(xiàn)象；②地形下凹，中間地層厚度明顯大于兩側(cè)；③內(nèi)部充填結(jié)構(gòu)明顯，偶見單向下超或雙向上超現(xiàn)象。2) 陡坡斷裂坡折帶：由控凹基底主干斷裂同沉積期伸展作用形成，斷層上、下盤地層厚度差別很大，控制沉積體系和砂體的展布。地震剖面上可見邊緣相反射特征，如楔狀外形、丘狀外形、前積結(jié)構(gòu)等。3) 撓曲坡折帶：遼河灘海東部地區(qū)中央凸起北部東坡表現(xiàn)為撓曲坡折帶特征，坡折帶平臺之上發(fā)育下切溝谷，見單向下超充填現(xiàn)象。4) 構(gòu)造轉(zhuǎn)換坡折帶：由2條以上斷裂持續(xù)下陷的斷階式坡折帶[14]。遼河灘海東部地區(qū)，自漸新世以后，右旋走滑作用逐漸增強(qiáng)，蓋州灘斷裂分支分叉活動，發(fā)育帚狀轉(zhuǎn)換構(gòu)造坡折帶；蓋州灘斷裂形成叉狀轉(zhuǎn)換構(gòu)造坡折帶。5) 走滑斷裂坡折帶：遼河灘海東部地區(qū)，自漸新世以后，右旋走滑作用逐漸增強(qiáng)，燕南、蓋州灘等基底主干斷裂發(fā)生右行平移，形成了一系列與走滑活動有關(guān)的斷裂構(gòu)造。在東二、三段沉積期，右旋走滑作用達(dá)到第1次頂峰。該時期，燕南斷層走滑作用較強(qiáng)，伸展作用較弱；蓋州灘斷層表現(xiàn)為伸展作用較強(qiáng)，走滑作用較弱。因此該時期沉積中心始終位于蓋州灘斷層一側(cè)。在此背景之下，可以將燕南斷裂視為走滑斷裂坡折帶[14]。6) 古凸起：分布于盆地內(nèi)部和周緣的古凸起既可以遭受剝蝕，成為小型物源區(qū)，又可對沉積格局起著明顯的分隔作用，識別比較容易，在地震剖面上表現(xiàn)為異常隆起，可見兩側(cè)地層上超或單側(cè)地層上超現(xiàn)象。

2.2 古構(gòu)造恢復(fù)

使用Paradigm公司的GeoSec軟件，根據(jù)地質(zhì)平衡原理[15]，建立了遼河灘海東部地區(qū)的平衡地質(zhì)剖面(圖2)。平衡剖面的選擇和建立，遵守4個原則：1) 剖面線垂直于構(gòu)造帶走向；2) 剖面中的構(gòu)造變形可逆向恢復(fù)，并且恢復(fù)后符合目前公認(rèn)的構(gòu)造變形準(zhǔn)則和其他地質(zhì)學(xué)原理；3) 變形前后符合物質(zhì)守恒定律，即體積不變原則或面積不變原則；4) 斷距守恒。

(a) 現(xiàn)今；(b) 東一段(E3d1)沉積末；(c) 東二段(E3d2)沉積末；(d) 東三段(E3d3)沉積末；(e) 東沙一二段(E3s1+2)沉積末；(f) 東沙三段(E2s3)沉積末

從平衡剖面上可以看出：灘海東部凹陷古近紀(jì)(沙三段—東一段)經(jīng)歷了伸展裂陷幕、第一裂后熱沉降幕、走滑伸展再次裂陷幕和裂陷收斂幕4個構(gòu)造演化階段，表現(xiàn)為階段性、幕式性的差異沉降，造就了盆地和相鄰物源區(qū)構(gòu)造古地貌的極大變化。

沙三段沉積期為伸展裂陷階段，控凹基底主干斷裂強(qiáng)烈伸展活動，盆地以垂直差異升降運(yùn)動為主。東部凹陷大幅度急劇深陷，相鄰物源區(qū)上隆。該時期研究區(qū)地形高差大，沉積了巨厚的沙三段地層，沉降中心靠近控凹基底主干斷裂一側(cè)。沙一二段沉積期為第一裂后熱沉降階段，控凹基底主干斷裂伸展活動減弱，巖石圈熱沉降為主。該時期盆地發(fā)生整體沉降，地形變化平緩，整體呈平緩的坳陷湖盆特征，但該時期受太平洋板塊俯沖作用的影響，區(qū)域應(yīng)力場開始由張性變?yōu)閺埮ば訹16]；局部地區(qū)主干斷裂開始發(fā)生走滑性伸展運(yùn)動。燕南潛山和燕東凹陷開始形成。在東三段和東二段沉積期，盆地進(jìn)入走滑伸展再次裂陷階段。受太平洋板塊俯沖作用的影響，控凹基底主干斷裂右旋走滑伸展運(yùn)動加強(qiáng)，基底主干斷裂和基底斷塊再次活動，盆地整體為蓋州灘斷層和燕南斷層控制的雙斷式地塹盆地。燕南潛山初步形成，但一直處于水下，對物源水系有一定分割作用，東二段沉積末，燕南潛山和燕東凹陷形成，盆地構(gòu)造格局基本定型。東一段沉積期，盆地處于裂陷收斂階段。構(gòu)造活動趨于平靜，控凹基底主干斷裂除燕南斷層和蓋州灘斷層有輕微活動外，其余斷裂基本停止活動。

2.3 古厚度恢復(fù)

2.3.1 剝蝕厚度恢復(fù)

國內(nèi)外用于計算剝蝕厚度的方法很多，各方法都有自身的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍[17?18]，本文采用井震聯(lián)合地層恢復(fù)法對研究區(qū)地層剝蝕厚度進(jìn)行恢復(fù)。該方法的基本思路是：有井區(qū)利用泥巖聲波時差法對鉆井各地層剝蝕厚度進(jìn)行恢復(fù)；無井區(qū)利用地震資料，在明確界面接觸關(guān)系和剝蝕類型的基礎(chǔ)上，逐層分類，利用未被剝蝕地層厚度趨勢外延法對研究區(qū)地層剝蝕厚度進(jìn)行恢復(fù)。這種方法適用于擁有大量地震資料和少量鉆井資料地區(qū)，具有點(diǎn)面結(jié)合的優(yōu)點(diǎn)，兼顧了地震資料的橫向分辨力和鉆井資料的縱向分辨力。

本文利用研究區(qū)豐富的三維地震資料，在層序界面識別的基礎(chǔ)上，將地層的剝蝕狀況分為4類分別進(jìn)行恢復(fù)(圖3)。

圖3 遼河灘海東部地區(qū)地層剝蝕類型及其厚度恢復(fù)方法

A類剝蝕為洼陷帶內(nèi)的平行不整合面，被剝蝕的地層橫向變化穩(wěn)定, 不整合面與地層層面基本平行, 地震剖面上看不到明顯的剝蝕點(diǎn)。一般認(rèn)為該類型剝蝕厚度無法恢復(fù)，但在必須恢復(fù)的條件下可根據(jù)地層厚度變化特征，在全區(qū)綜合插值計算。

B類剝蝕為凹陷邊緣超覆帶的角度不整合面，被剝蝕的地層沿底面向凹陷邊緣逐層上超，楔形減薄，不整合面與地層層面之間的角度較大,地震剖面上地層頂部削截現(xiàn)象明顯。地層減薄受沉積作用和剝蝕作用共同控制。因此，只需確定零沉積點(diǎn)和零剝蝕點(diǎn)的位置, 在兩點(diǎn)間插值便可得到地層的剝蝕量。零剝蝕點(diǎn)指地震剖面上首次出現(xiàn)明顯剝蝕的位置, 零沉積點(diǎn)指殘留地層頂、底面延伸的交點(diǎn)。

C類剝蝕為旋轉(zhuǎn)斷塊頂部的角度不整合面，通常剝蝕范圍有限，被剝蝕地層內(nèi)部同相軸平行或亞平行反射結(jié)構(gòu), 旋轉(zhuǎn)升高部位頂部發(fā)生剝蝕，地震剖面上削截現(xiàn)象明顯。被剝蝕地層的原始厚度應(yīng)該與未發(fā)生剝蝕地層的厚度相等。因此, 沿未發(fā)生剝蝕地層頂界的同相軸做延長線，剝蝕區(qū)各點(diǎn)到這條線的距離即為剝蝕厚度。

D類剝蝕為潛山帶頂部地層強(qiáng)烈剝蝕。潛山未形成之前，潛山區(qū)為沉積斜坡，潛山抬升隆起后，潛山頂部地層發(fā)生剝蝕，甚至剝蝕殆盡。但在潛山帶兩側(cè)，

地層一般基本保留完整，仍保留了原來地層變化的趨勢。因此，分布做潛山帶兩側(cè)地層頂?shù)捉绲倪B線，兩線直接的垂直距離就是地層的剝蝕量。

2.3.2 古厚度恢復(fù)(去壓實(shí)校正)

本文采用回剝法對古厚度進(jìn)行去壓實(shí)恢復(fù)[19]。根據(jù)質(zhì)量守恒定律，隨著地層的埋藏深度增加，地層厚度變小，但地層的骨架厚度始終不變。骨架厚度指孔隙度為0時的地層厚度，這是一個假想值，它總是小于地層的實(shí)際厚度?；貏兎ǖ幕舅悸肥牵焊鞯貙釉诒３制涔羌芎穸炔蛔?剝蝕層和斷裂層除外)的條件下，按照地質(zhì)年代從新到老的順序由上而下逐層剝?nèi)?，直至全部剝完為止?/p>

2.4 古水深校正

古水深校正是古地貌恢復(fù)中的難題，精確地進(jìn)行古水深分析十分困難。目前廣泛使用的方法是，對沉積環(huán)境(沉積相、沉積構(gòu)造)進(jìn)行系統(tǒng)分析，并結(jié)合古生物資料(底棲生物、微體化石)、地球化學(xué)資料來綜合推測盆地的古水深。選取經(jīng)驗值研究古水深，渤海灣盆地一般的取值如下：沖積一河流相古水深為0 m；濱湖相古水深小于5 m；淺湖相為5~20 m；深湖相20至50 m或更深；扇三角洲相發(fā)育區(qū)的古水深一般不大于30 m。

利用三維地質(zhì)建模軟件，依據(jù)恢復(fù)后的古厚度數(shù)據(jù)和古水深數(shù)據(jù)，建立了遼河灘海地區(qū)古近系三維立體古地貌圖。在建立過程中，根據(jù)三維地震資料定性分析的結(jié)果和古構(gòu)造恢復(fù)的結(jié)果對古地貌圖進(jìn)行精細(xì)修正，尤其是要消除晚期斷層對地層厚度的影響。

3 古地貌特征及演化

遼河灘海東部地區(qū)位于渤海灣盆地北部，是中–新生代伸展、走滑背景下形成的典型的陸相斷陷盆地。其古近紀(jì)經(jīng)歷了伸展裂陷幕、第一裂后熱沉降幕、走滑伸展再次裂陷幕和裂陷收斂幕4個構(gòu)造演化階段。

3.1 伸展裂陷期

沙三段沉積期為伸展裂陷階段，盆地為典型的伸展裂陷盆地，控凹基底主干斷裂為同生斷層性質(zhì)，表現(xiàn)出強(qiáng)烈的垂直差異升降運(yùn)動，地形起伏變化大。該時期古地貌類型主要有：凸起、凹陷、陡坡斷裂坡折帶、緩坡斷裂坡折帶、撓曲坡折帶和下切溝谷，尤其以各種斷裂坡折帶發(fā)育為特征，生長斷層控制了沉積層序的發(fā)育和展布。

受控盆主干斷裂的分段、差異性活動影響，不同盆地位置，盆地結(jié)構(gòu)迥異，坡折帶的類型也發(fā)生變化。如在沙三段沉積期，東部凹陷自北向南表現(xiàn)為：東斷西超半地塹–西斷東翹半地塹–雙斷地塹的變化，相應(yīng)的古地貌單元也發(fā)生相應(yīng)變化。北區(qū)表現(xiàn)為由燕南斷裂控制的東斷西超箕狀半地塹，其東側(cè)為燕南斷裂形成的陡坡斷裂坡折帶，西側(cè)為緩坡?lián)锨抡蹘?。中區(qū)表現(xiàn)為蓋州灘斷裂控制的西斷東翹箕狀半地塹，其東側(cè)燕南斷裂活動性減弱，為緩坡斷裂坡折帶和斜坡帶，西側(cè)為蓋州灘斷裂形成的陡坡斷裂坡折帶。南區(qū)表現(xiàn)為蓋州灘斷裂和燕南斷裂共同控制的雙斷式地塹，其東側(cè)為燕南斷裂形成的陡坡斷裂坡折帶，西側(cè)為蓋州灘斷裂形成的陡坡斷裂坡折帶。

該時期研究區(qū)發(fā)育多條溝谷地貌與坡折帶對應(yīng)。古地貌整體具有坡陡盆深的特點(diǎn)(圖4(a))，組合樣式有：1) 凸起–下切溝谷–陡坡斷裂坡折帶–凹陷；2) 凸起–斷槽溝谷–緩坡斷裂坡折帶–凹陷；3) 凸起–下切溝谷–撓曲坡折帶–凹陷。

(a) 伸展裂陷期古地貌；(b) 第一裂后熱沉降期古地貌；(c) 走滑伸展再次裂陷期古地貌；(d) 裂陷收斂期古地貌

3.2 第一裂后熱沉降期

沙一二段沉積期為第一裂后熱沉降階段，局部地區(qū)主干斷裂開始發(fā)生走滑性伸展運(yùn)動。該時期古地貌以撓曲坡折帶發(fā)育為特征，局部發(fā)育斷裂轉(zhuǎn)換帶和初具雛形的轉(zhuǎn)換構(gòu)造坡折帶。蓋州灘斷裂中部發(fā)育緩坡斷裂坡折帶。燕南斷裂此時停止活動，表現(xiàn)為撓曲作用，形成撓曲坡折帶。東部凹陷南部西側(cè)邊緣，蓋州灘斷裂受走滑作用影響開始呈多條雁行式排列的分支斷裂延伸，斷裂轉(zhuǎn)換帶和轉(zhuǎn)換構(gòu)造坡折帶開始發(fā)育。東部凹陷北部西側(cè)邊緣斷層不發(fā)育，為撓曲坡折帶。該時期研究區(qū)也發(fā)育多條溝谷地貌與坡折帶對應(yīng)。中央凸起南部月東潛山東側(cè)蓋州灘斷層附近發(fā)育斷槽溝谷(斷裂轉(zhuǎn)換帶)，其對應(yīng)初具雛形的轉(zhuǎn)換構(gòu)造坡折帶。中央凸起北端海南潛山東側(cè)海12至海22井附近發(fā)育下切溝谷，與撓曲坡折帶對應(yīng)。燕東凹陷東側(cè)斜坡發(fā)育一系列下切溝谷，其對應(yīng)東部凸起斜坡的撓曲坡折帶。古地貌整體具有坡緩溝多的特點(diǎn)(圖4(b))，組合樣式有：1) 凸起–下切溝谷–撓曲坡折帶–凹陷；2) 凸起–斷裂轉(zhuǎn)換帶–初具雛形的轉(zhuǎn)換構(gòu)造坡折帶–凹陷；3) 凸起–下切溝谷–緩坡斷裂坡折帶–凹陷。

3.3 走滑伸展再次裂陷期

在東三段至東二段沉積期，盆地進(jìn)入走滑伸展再次裂陷階段。燕南潛山初步形成，但一直處于水下，對物源水系有一定分割作用，東二段沉積末，燕南潛山和燕東凹陷形成，盆地構(gòu)造格局基本定型。

該時期古地貌以斷裂轉(zhuǎn)換帶和轉(zhuǎn)換構(gòu)造坡折帶、大型走滑斷裂坡折帶和下切溝谷為特征，局部發(fā)育撓曲坡折帶。東部凹陷西側(cè)蓋州灘斷裂受走滑作用控制，呈多條雁行式排列的分支斷裂延伸，形成各種類型的斷裂轉(zhuǎn)換帶和轉(zhuǎn)換構(gòu)造坡折帶。在南部形成叉形轉(zhuǎn)換構(gòu)造坡折帶；在北部形成帚狀轉(zhuǎn)換構(gòu)造坡折帶；在中部形成陡坡斷裂坡折帶。東部凹陷東側(cè)燕南斷裂發(fā)生走滑伸展，為大型走滑斷裂坡折帶。該時期研究區(qū)發(fā)育多條溝谷地貌與坡折帶對應(yīng)。中央凸起南部東側(cè)蓋州灘斷層附近發(fā)育叉形斷裂系(斷槽溝谷)，其對應(yīng)叉形轉(zhuǎn)換構(gòu)造坡折帶。中央凸起北部東側(cè)發(fā)育下切溝谷–撓曲坡折帶–帚形斷裂系(斷槽溝谷)，其對應(yīng)帚狀轉(zhuǎn)換構(gòu)造坡折帶，該轉(zhuǎn)換構(gòu)造坡折帶由多條持續(xù)下陷的斷階式坡折帶構(gòu)成。燕東凹陷東側(cè)斜坡發(fā)育一系列下切溝谷，其對應(yīng)東部凸起斜坡的撓曲坡折帶。古地貌整體具有坡陡盆深，溝梁斜列的特點(diǎn)(圖4(c))，組合樣式有：1) 凸起–叉形斷裂系–叉形轉(zhuǎn)換構(gòu)造坡折帶–凹陷； 2) 凸起–下切溝谷–撓曲坡折帶–帚狀斷裂系–帚狀轉(zhuǎn)換構(gòu)造坡折帶–凹陷；3) 凸起–下切溝谷–撓曲坡折帶–大型走滑斷裂坡折帶–凹陷。

3.4 裂陷收斂期

在東一段沉積期，盆地處于裂陷收斂階段。構(gòu)造活動趨于平靜，控凹基底主干斷裂除燕南斷層和蓋州灘斷層有輕微活動外，其余斷裂基本停止活動。該時期盆地沉降作用不明顯，準(zhǔn)平原化作用增強(qiáng)，填平補(bǔ)齊，地形變化平緩(圖4(d))，早期發(fā)育曲流河沉積體系，晚期發(fā)育辮狀河沉積體系。

綜上所述，遼河灘海東部地區(qū)不同構(gòu)造演化階段的構(gòu)造運(yùn)動特征，控制了古地貌單元類型和古地貌單位組合樣式。伸展裂陷幕基底主干斷裂強(qiáng)烈地同沉積伸展運(yùn)動，造就了典型的斷陷盆地古地貌結(jié)構(gòu)，陡坡發(fā)育陡坡斷裂坡折帶，緩坡發(fā)育撓曲坡折帶或緩坡斷裂坡折帶，以各種斷裂坡折帶發(fā)育為特征。第一裂后熱沉降幕，基底主干斷裂活動減弱，盆地基本呈坳陷湖盆古地貌結(jié)構(gòu)。該時期古地貌以撓曲坡折帶發(fā)育為特征。但受右旋走滑作用影響，基底主干斷裂開始發(fā)生走滑伸展活動，局部發(fā)育斷裂轉(zhuǎn)換帶、初具雛形的轉(zhuǎn)換構(gòu)造坡折帶和緩坡斷裂坡折帶。走滑伸展再次裂陷幕，受太平洋板塊俯沖作用的影響，控凹基底主干斷裂右旋走滑伸展運(yùn)動加強(qiáng)，基底主干斷裂和基底斷塊再次活動，盆地整體為蓋州灘斷層和燕南斷層控制的雙斷式地塹盆地。該時期古地貌以斷裂轉(zhuǎn)換帶和轉(zhuǎn)換構(gòu)造坡折帶、大型走滑斷裂坡折和下切溝谷為特征，局部發(fā)育撓曲坡折帶。裂陷收斂幕，構(gòu)造活動趨于平靜，除控凹基底主干斷裂有輕微活動外，其余斷裂基本停止活動。地形變化平緩，趨向于平原地貌。

4 古地貌對層序與沉積體系的控制作用

陸相盆地層序地層是構(gòu)造運(yùn)動、古氣候、古湖平面變化與沉積物供給等因素綜合作用的結(jié)果。構(gòu)造運(yùn)動造就的古地貌在陸相盆地(特別是裂谷盆地)對層 序?沉積體系形成與發(fā)育起著重要的控制作用[20?21]。遼河灘海東部地區(qū)古近紀(jì)經(jīng)歷了復(fù)雜的構(gòu)造演化過程，各構(gòu)造演化階段的古地貌發(fā)育特征不同，受古地貌制約的層序發(fā)育特征和沉積體系展布規(guī)律也明顯不同。

4.1 伸展裂陷期

沙三段沉積期(Sq1和Sq2)為伸展裂陷階段。控凹基底主干斷裂為同生斷層性質(zhì)，以各種斷裂坡折帶發(fā)育為特征，生長斷層控制了沉積層序的發(fā)育和展布。受控盆主干斷裂的分段、差異性活動影響，不同盆地位置，盆地結(jié)構(gòu)迥異，坡折帶的類型也發(fā)生變化。如東部凹陷在沙三段沉積期，自北向南表現(xiàn)為：東斷西超半地塹—西斷東翹半地塹—雙斷地塹變化，相應(yīng)的古地貌單元，體系域分布也發(fā)生相應(yīng)變化(圖5)。

(a) 北段；(b) 中段；(c) 南段

北區(qū)表現(xiàn)為由燕南斷裂控制的東斷西超箕狀半地塹，為陡坡斷裂坡折?緩坡?lián)锨抡蹖有蚰Ｊ?圖5(a))。凹陷西側(cè)為緩坡?lián)锨抡蹘В抡蹘е习l(fā)育下切谷、水進(jìn)體系域和高位體系域，坡折帶之下為低位域、水進(jìn)體系域和高位域，沙三下段(Sq1)發(fā)育扇三角洲–濱淺湖沉積，沙三上段(Sq2)發(fā)育辮狀河三角洲–濱淺湖沉積(圖5(a))。凹陷東側(cè)為燕南斷裂形成的陡坡斷裂坡折帶，從旋回早期到晚期，各體系域均位于斷層下降盤一側(cè)，沙三下段(Sq1)發(fā)育發(fā)育近岸水下扇–半深湖沉積，沙三上段(Sq2)發(fā)育辮狀河三角洲–濱淺湖沉積體系(圖5(a))。

中區(qū)表現(xiàn)為蓋州灘斷裂控制的西斷東翹箕狀半地塹，為陡坡斷裂坡折?緩坡斷裂坡折層序模式(圖5(b))。凹陷西側(cè)為蓋州灘斷裂形成的陡坡斷裂坡折帶，從旋回早期到晚期，各體系域均位于斷層下降盤一側(cè)，坡折帶之上發(fā)育下切溝谷，沙三下段(Sq1)發(fā)育近岸水下扇?半深湖沉積，沙三上段(Sq2)發(fā)育扇三角洲–半深湖沉積(圖5(b))。凹陷東側(cè)燕南斷裂活動性減弱，為緩坡斷裂坡折帶和斜坡帶。坡折帶之上發(fā)育下切溝谷、水進(jìn)體系域和高位體系域，坡折帶之下為低位域、水進(jìn)體系域和高位域，沙三下段(Sq1)發(fā)育近岸水下扇–濱淺湖沉積，沙三上段(Sq2)發(fā)育濱淺湖沉積(圖5(b))。

南區(qū)表現(xiàn)為蓋州灘斷裂和燕南斷裂共同控制的雙斷式地塹，為陡坡斷裂坡折?早期陡坡晚期緩坡斷裂坡折層序模式(圖5(c))。凹陷西側(cè)為蓋州灘斷裂形成的陡坡斷裂坡折帶，從旋回早期到晚期，各體系域均位于斷層下降盤一側(cè)，坡折帶之上發(fā)育下切溝谷，沙三下段(Sq1)發(fā)育近岸水下扇?半深湖沉積，沙三上段(Sq2)發(fā)育扇三角洲–濱淺湖沉積(圖5(c))。凹陷東側(cè)沙三下段(Sq1)層序沉積期，為燕南斷裂形成的陡坡斷裂坡折帶，從旋回早期到晚期，各體系域均位于斷層下降盤一側(cè)。沙三上段(Sq2)沉積期，燕南斷裂活動性減弱，為緩坡斷裂坡折帶。坡折帶之上發(fā)育下切溝谷、水進(jìn)體系域和高位體系域，坡折帶之下為低位域、水進(jìn)體系域和高位域。沙三下段(Sq1)發(fā)育近岸水下扇?半深湖沉積，沙三上段(Sq2)發(fā)育辮狀河三角洲–濱淺湖沉積(圖5(c))。

4.2 第一裂后熱沉降期

沙一二段沉積期(Sq3)為第一裂后熱沉降階段，控凹基底主干斷裂伸展活動減弱，巖石圈熱沉降為主。該時期盆地發(fā)生整體沉降，地形變化平緩，整體呈平緩的坳陷湖盆特征。該時期古地貌以撓曲坡折帶發(fā)育為特征。

東部凹陷北部為緩坡?lián)锨抡蹘?緩坡?lián)锨抡蹘有蚰Ｊ?圖6(a))。西側(cè)邊緣為撓曲坡折帶，該坡折帶為受古地形影響的沉積坡折帶，坡折帶之上發(fā)育下切谷、水進(jìn)體系域和高位體系域，坡折帶之下為低位域、水進(jìn)體系域和高位域，沙一二段(Sq3)沉積期發(fā)育辮狀河三角洲–濱淺湖沉積；東側(cè)邊緣，燕南斷裂停止伸展活動，斷裂帶附近發(fā)生撓曲作用，形成緩坡?lián)锨抡蹘?，坡折帶之上發(fā)育下切溝谷、水進(jìn)體系域和高位體系域，坡折帶之下發(fā)育低位體系域、水進(jìn)體系域和高位體系域，沙一二段(Sq3)沉積期發(fā)育辮狀河三角洲–濱淺湖沉積。

東部凹陷南部為緩坡斷裂坡折帶?緩坡?lián)锨抡蹘有蚰Ｊ?圖6(b))。西側(cè)邊緣，蓋州灘斷裂形成緩坡斷裂坡折帶，坡折帶之上發(fā)育下切溝谷、水進(jìn)體系域和高位體系域，坡折帶之下發(fā)育低位體系域、水進(jìn)體系域和高位體系域，沙一二段(Sq3)沉積期發(fā)育扇三角洲–半深湖沉積；東側(cè)邊緣，燕南斷裂停止伸展活動，斷裂帶附近發(fā)生撓曲作用，形成緩坡?lián)锨抡蹘В抡蹘е习l(fā)育下切溝谷、水進(jìn)體系域和高位體系域，坡折帶之下發(fā)育低位體系域、水進(jìn)體系域和高位體系域，沙一二段(Sq3)沉積期發(fā)育辮狀河三角洲–濱淺湖沉積。

(a) 北段；(b) 中段

4.3 走滑伸展再次裂陷期

東三段和東二段沉積期，盆地進(jìn)入走滑伸展再次裂陷階段?；字鞲蓴嗔押突讛鄩K再次活動，盆地整體為蓋州灘斷層和燕南斷層控制的雙斷式地塹盆地。該時期古地貌以大型走滑斷裂坡折帶、斷裂轉(zhuǎn)換帶和轉(zhuǎn)換構(gòu)造坡折帶和下切溝谷為特征，局部發(fā)育撓曲坡折帶。東部凹陷西側(cè)蓋州灘斷裂受走滑作用控制，呈多條雁行式排列的分支斷裂延伸，平面上形成各種類型斷裂轉(zhuǎn)換帶、叉形或帚狀轉(zhuǎn)換構(gòu)造坡折帶；剖面上表現(xiàn)為單斷式斷裂坡折帶和斷階式斷裂坡折帶。東側(cè)燕南斷裂走滑作用明顯，形成走滑斷裂坡折帶。

凹陷北部為撓曲坡折帶—斷階式斷裂坡折帶—走滑斷裂坡折帶—撓曲坡折帶層序模式，其西側(cè)中央凸起帶斜坡部位發(fā)育撓曲坡折帶、蓋州灘斷裂形成斷階式斷裂坡折帶。斷階式斷裂坡折帶為低位坡折，之下發(fā)育低水位體系域、水進(jìn)體系域和高位體系域，之上發(fā)育水進(jìn)體系域和高水位體系域；撓曲坡折帶為高位坡折，之下發(fā)育水進(jìn)體系域和高位體系域，之上只發(fā)育高位體系域。凹陷東側(cè)，燕南斷裂形成低位坡折，之下發(fā)育低水位體系域、水進(jìn)體系域和高位體系域，之上發(fā)育水進(jìn)體系域和高水位體系域；撓曲坡折帶為高位坡折，之下發(fā)育水進(jìn)體系域和高位體系域，之上只發(fā)育高位體系域。

4.4 裂陷收斂期

在東一段沉積期，盆地處于裂陷收斂階段。構(gòu)造活動趨于平靜，控凹基底主干斷裂基本停止活動，地勢平緩。該時期古地貌以準(zhǔn)平原化作用為特點(diǎn)。整個東一段低位域不發(fā)育，只發(fā)育水進(jìn)體系域和高位體系域。水進(jìn)體系域以河漫泛濫平原沉積為主，高位體系域以曲流河邊灘或辮狀河心灘為主。

5 結(jié)論

1) 灘海東部凹陷古近紀(jì)(沙三段—東一段)經(jīng)歷了伸展裂陷幕、第一裂后熱沉降幕、走滑伸展再次裂陷幕和裂陷收斂幕這4個構(gòu)造演化階段，表現(xiàn)為階段性、幕式性的差異沉降。

2) 采用三維地震資料分析定性、層序地層格架定時、構(gòu)造演化定發(fā)展、古厚度定量和三維地貌建模技術(shù)可視化成圖的綜合研究方法恢復(fù)了遼河灘海東部地區(qū)古近系4個構(gòu)造演化階段的古地貌。

3) 遼河灘海東部地區(qū)不同構(gòu)造演化階段的構(gòu)造運(yùn)動控制了古地貌單元類型和古地貌單位組合樣式；伸展裂陷期古地貌具有坡陡盆深的特點(diǎn)，第一裂后熱沉降期古地貌具有坡緩溝多的特點(diǎn)，走滑伸展再次裂陷期古地貌具有坡陡盆深，溝梁斜列的特點(diǎn)，裂陷收斂期地形變化平緩，趨向于平原地貌。

4) 不同時期的古地貌對該時期的層序構(gòu)成和沉積體系展布具有明顯控制作用，遼河伸展裂陷期層序體系域構(gòu)成齊全，低位體系域、水進(jìn)體系域和高位體系域均發(fā)育，以近岸水下扇—扇三角洲—辮狀河三角洲—湖泊沉積體系為主，第一裂后熱沉降期和走滑伸展再次裂陷期古，層序體系域構(gòu)成較齊全，發(fā)育扇三角洲—辮狀河三角洲—湖泊沉積體系；裂陷收斂期層序構(gòu)成不全，整體缺失低位體系域，以曲流河和辮狀河沉積為主。

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Paleogeomorphology and its constraints on sequence?sedimentary in Paleogene, East Sag of Liaohe beach area

GAO Zhiqian1, HOU Wei2, FAN Tailiang1, WANG Enhui3, HE Yongkui4

(1. Key Laboratory for Marine Reservoir Evolution and Hydrocarbon Accumulation Mechanism,Ministry of Education, China University of Geosciences, Beijing 100083, China;2. PetroChina Coalbed Methane Company Limited; Beijing 100028, China;3. Drilling & Production Technology Research Institute, PetroChina Liaohe Oilfield Company, Panjin 1240102, China;4. The Greatwall Drilling Company, China National Petroleum Corporation (CNPC), Panjin 124010, China)

The Paleogene paleogeomorphology in the east Liaohe offshore was restored through 3D modeling, in which 3D seismic data was used for qualitative analysis, sequence stratigraphic framework was built for time-fixing, tectonic evolution was interpreted for developing process study, and paleothickness was calculated for quantitative analysis. The research indicates that the Paleogene Liaohe offshore zone has experienced four structural evolution stages: preliminary rifting episode of extension, post-rift thermal subsidence episode, second rifting episode of strike-slip stretching and rifting convergence episode. Different tectonic evolution stages have different paleogeomorphology characteristics. As a result, sequence and sedimentary system distribution also has significant distinctions. The preliminary rifting episode of extension is featured by deep basin with steep slope, complete sequence systems tracts, and the sedimentary system of offshore subsea apron-fan delta-braided delta-lake. The post-rift thermal subsidence episode has the characteristics of gentle slope with multi-channels, complete sequence systems tracts and the sedimentary system of fan delta-braided delta-lake. During the second rifting episode of strike-slip stretching, the deep basin with steep slope and inclined channels is developed. The sequence systems tracts are comparatively complete with the sedimentary system of fan delta-braided delta-lake. The rifting convergence episode is characterized by plain morphology, meandering river, and braided river deposits. The sequence is incomplete, which lacks of lowstand systems tract.

Liaohe beach area; Paleogene; paleogeomorphology; palaeotectonics; slope-break belt

TE121

A

1672?7207(2015)02?0561?10

2014?01?13；

2014?04?20

國家自然科學(xué)基金資助項目(41102087)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項資金資助(2-9-2012-91)；國家重大油氣專項(2011ZX05009-002)(Project (41102087) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project (2-9-2012-91) supported by the Fundamental Research Funds for the Central Universities; Project (2011ZX05009-002) supported by the Major National Science-Technology Program of China)

高志前，副教授，從事層序地層學(xué)與沉積儲層的研究；E-mail：gzq@cugb.edu.cn

10.11817/j.issn.1672-7207.2015.02.026

(編輯 趙俊)