遼西凹陷古近紀(jì)沙三中期1 000 m極超深水的發(fā)現(xiàn)及其地質(zhì)意義

鐘建華，倪良田，邵珠福，孫寧亮，郝 兵，孫洪濱，劉 寶，劉 闖，楊冠群，王 濱，李偉華，于艷玲，羅 可

(1.中國(guó)石油大學(xué)(華東) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580； 2.東北石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，黑龍江 大慶 163318； 3.中國(guó)石油遼河油田分公司，遼寧 盤(pán)錦 124010)

0 引 言

含油氣盆地最重要成藏因素是烴源巖，控制烴源巖優(yōu)劣的主要因素是水深，因此，水深研究是油氣盆地研究的主要內(nèi)容。古水深研究同時(shí)又是古海平面恢復(fù)的一個(gè)重要研究方面[1]，但定量重建古水深難度較大，到目前為止，對(duì)湖泊古水深的定量研究沒(méi)有很好的測(cè)定方法。目前研究古水深的方法主要有古生物學(xué)、地球化學(xué)、地震學(xué)和數(shù)學(xué)模擬等[2-3]。Iryu等通過(guò)研究 Maraa Tahiti珊瑚藻來(lái)確定古水深和海平面變化[4]。郭秋麟等主要利用不同時(shí)代的水生生物組合定性判斷水深相帶[5-6]。近年來(lái)也有不少學(xué)者利用微體生物分異程度，結(jié)合數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法，定量計(jì)算古水深[5-6]。李守軍等用介形類優(yōu)勢(shì)分異度結(jié)合地震剖面恢復(fù)湖盆古水深方法，得到東營(yíng)凹陷古近系沙三期最大水深為107.16 m[7]。Baldi利用浮游生物和深湖生物的比例結(jié)合碳氧穩(wěn)定同位素來(lái)研究古水深[8]。Perry等通過(guò)研究牙買加北部生物礁群落潛穴來(lái)探討古水深，發(fā)現(xiàn)生物礁的最大水深可達(dá)30 m[9]。蘇新等用多門類微體生物分異疊合加權(quán)綜合分析法恢復(fù)東營(yíng)凹陷沙四段上亞段沉積早期最大古水深為30 m[10]。Chappell等通過(guò)14C測(cè)年方法對(duì)巴布亞新幾內(nèi)亞Huon Peninsula珊瑚礁進(jìn)行了研究，探討了10 000多年來(lái)珊瑚礁的覆水深度及海平面上升速率和幅度[11]。此后，Edwards等用U-Th測(cè)年和14C測(cè)年方法也研究了Huon Peninsula珊瑚礁的覆水深度及海礁與冰川融平面變化[12]。Bard等通過(guò)U-Pb測(cè)年及C-O同位素方法研究了Barbados Tahiti障壁化引起的海平面及海水深度變化[13]。Thomas等利用地球化學(xué)結(jié)合巖芯的方法，得出Tahitireefs的最大平均水深可達(dá)70 m[1]。Glorstad-Clark等從地震剖面反演的三角洲前積層(高度)來(lái)研究古水深，發(fā)現(xiàn)西巴倫支海的三疊系臺(tái)緣三角洲形成時(shí)的深水可達(dá)600 m左右[14]。國(guó)內(nèi)學(xué)者應(yīng)用地層厚度、古生物等方法來(lái)研究古水深：董剛等利用地層厚度法半定量恢復(fù)揚(yáng)子地區(qū)晚奧陶世和湘西—黔東寒武紀(jì)沉積時(shí)期古水深[15]；康波等利用基于濱線軌跡計(jì)算方法定量恢復(fù)東營(yíng)凹陷古近紀(jì)沙三期最大古水深為180 m[16]。應(yīng)用這些方法恢復(fù)古水深一是存在多解性，二是數(shù)據(jù)缺乏可靠性。

圖1 遼西凹陷及鄰區(qū)地質(zhì)圖Fig.1 Geological Map of Liaoxi Depression and Its Adjacent Area

用三角洲前積層的厚度或高度來(lái)研究水深是一種比較可靠的定量方法。這一方法的關(guān)鍵要在地震剖面上識(shí)別出可靠的三角洲相，尤其是三角洲前緣相。地震剖面上有很好的三角洲前緣相反射，這種三角洲前緣相反射可以提供非常清晰的三角洲前積層影像；這種影像的重要特點(diǎn)是一系列傾斜的反射軸在頂部和底部被近水平或傾角明顯小于傾斜反射軸的反射軸所夾持，且傾斜反射軸在上部和下部有上突或下突彎曲，形成典型的雙曲面(Sigmoidal geometries)[14]。上部的彎曲是由于近水平的三角洲平原相向傾斜的三角洲前緣相轉(zhuǎn)變形成的彎折；下部的彎曲是由于傾斜的三角洲前緣相向近水平的前三角洲相轉(zhuǎn)變形成的彎曲。上前積層頂部的三角洲平原相略低于水面；而前積層底部對(duì)應(yīng)的是前三角洲相，是湖泊或海洋的沉積底面，因此，三角洲前積層的高度或厚度就基本與水體的深度接近(實(shí)際上總是略小于三角洲前緣相的實(shí)際水深)[14，17-18]，因而可以用三角洲前積層的高度來(lái)定量研究(古)水深。如果能夠通過(guò)加載過(guò)井的地震剖面求解古水深則效果更好，因?yàn)殂@井提供的深度信息是非常準(zhǔn)確可靠的。東營(yíng)凹陷的古近紀(jì)沙三中期發(fā)育了很好的三角洲前積層，且多條地震剖面上可以加載多口鉆穿沙三中期的鉆井，為本文提供了很好的研究當(dāng)時(shí)古水深的材料[17]。鐘建華等對(duì)整個(gè)渤海灣盆地古近紀(jì)的超深水和極超深水也做了研究[18]，但精細(xì)程度不夠，也沒(méi)有對(duì)成因動(dòng)力學(xué)做過(guò)剖析。基于此，本文運(yùn)用東營(yíng)凹陷古近紀(jì)沙三中期古水深的研究方法來(lái)探討遼西凹陷古近紀(jì)沙三中期古水深，并對(duì)其形成的動(dòng)力學(xué)進(jìn)行探討。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

遼西凹陷是遼河油田重要的油氣產(chǎn)區(qū)，該區(qū)古近系有世界上最豐富的烴源巖(8 400×104t·km-2)，天然氣為540×108m3·km-2[19-20]。遼西凹陷主要由3個(gè)次級(jí)洼陷組成，自北向南依次為陳家莊洼陷、清水溝洼陷和鴛鴦溝洼陷，其中以清水溝洼陷最大，研究區(qū)位于清水溝洼陷內(nèi)(圖1)。

遼西凹陷的地層由基底與蓋層兩部分組成[21-23]。基底的巖性組成主要有：太古宇到古元古界的混合花崗巖、花崗巖、片麻巖等古老的深變質(zhì)巖系，中、上元古界的石英巖、黑色頁(yè)巖、板巖、白云巖、灰?guī)r與陸源碎屑巖等，古生界白云巖、泥頁(yè)巖、灰?guī)r以及中生界火山噴出巖、凝灰?guī)r與碎屑巖等[24]。遼西凹陷的蓋層指的是新生代地層，該套地層厚度很大，最厚可達(dá)9 400 m，自下而上為古近系房身泡組、沙四段、沙三段、沙一段、沙二段、東營(yíng)組以及新近系館陶組、明化鎮(zhèn)組與平原組。沙三期為遼西凹陷的主成盆期，沉積厚度大，沉積范圍廣，發(fā)育烴源巖和儲(chǔ)集層[25]。

沙三段自下而上可細(xì)分上、中、下3個(gè)亞段。沙三段下亞段在全凹陷分布很廣，在凹陷邊緣部位主要發(fā)育灰白色厚層砂礫巖、長(zhǎng)石砂礫巖及鈣質(zhì)砂巖，在遼西凹陷中部主要以灰黑色泥巖夾油頁(yè)巖、鈣質(zhì)頁(yè)巖薄互層為主。沙三段中亞段沉積時(shí)期(沙三中期)是全凹陷沉降速率最大的時(shí)期，該地層在全凹陷均有分布，主要以深灰、褐灰色泥巖和灰白色砂巖互層為特征。沙三段中亞段(大凌河油層段)是盆地大幅度劇烈下降條件下的沉積物，發(fā)育了大套的塊狀礫巖、砂礫巖和較厚的暗色泥巖。根據(jù)巖性及沉積的旋回性，本段可分為下組和上組，下組以大套塊狀砂礫巖為主，表現(xiàn)為快速堆積的特征，上組則大段泥巖比例有所增加，呈穩(wěn)定沉陷的特征?；M合以深水相的華北介和興隆臺(tái)紡錘玻璃介為特征。沙三段地震解釋厚度大于2 500 m，最大鉆井解釋厚度為2 089 m(未穿)，始新世晚期有4次火山活動(dòng)，火山巖絕對(duì)年齡為39.5～42.4 Ma，平均沉積速度為500 m·Ma-1。其與下伏沙四段上亞段為整合或假整合接觸[26]。

遼西凹陷沿斜坡一側(cè)發(fā)育了3個(gè)砂體，由北至南分別是曙光砂體、齊家—?dú)g喜嶺砂體和西八千砂體。通過(guò)對(duì)一系列相標(biāo)志的研究分析，這3個(gè)砂體均認(rèn)為是扇三角洲砂體。本次研究的對(duì)象是齊家—?dú)g喜嶺扇體。

2 古水深分析

本次研究古水深主要是從地震剖面出發(fā)，同時(shí)結(jié)合了沉積學(xué)資料和地球化學(xué)資料。研究區(qū)已有三維地震信息，為研究提供了很好的基礎(chǔ)材料。由于地震資料提供的定量信息非常豐富，所以沉積學(xué)資料和地球化學(xué)資料僅做參考。在討論之前有必要先給水深做一個(gè)定義，本文把水深分為5種：淺水(0～10 m)、半深水(10～50 m)、深水(50～200 m)、超深水(200～500 m)和極超深水(>500 m)。淺水沉積常受季節(jié)的變化引起水位的漲退，對(duì)有機(jī)沉積物產(chǎn)生深度降解，因此，這種環(huán)境只有生物生產(chǎn)量，生物保存量微乎其微；海相半深水環(huán)境一般會(huì)受大的潮汐或一般風(fēng)暴的影響，部分有機(jī)沉積物得以保存，而湖相半深水環(huán)境有機(jī)沉積物一般可以保存或大部分保存；海相深水環(huán)境僅受特大潮或特大海嘯影響，沉積有機(jī)質(zhì)基本可以保存，湖相深水環(huán)境一般不受任何因素影響，沉積有機(jī)質(zhì)完全可以保存；海相超深水環(huán)境僅受洋流、濁流影響，沉積有機(jī)質(zhì)完全可以保存，湖相超深水環(huán)境不受任何因素影響，沉積有機(jī)質(zhì)完全可以保存；如果水深大于500 m，水體則處于一種完全封閉的靜止?fàn)顟B(tài)，水體中可以溶解甲烷等氣態(tài)烴，形成水溶性天然氣，因此，把500 m以下的水深稱為極超深水。本文主要涉及遼西凹陷極超深水(>500 m)。

2.1 地震資料解析

本次研究采用的地震資料是近期完成的雙臺(tái)子高精度三維資料，該資料正好覆蓋了齊家扇體。通過(guò)連續(xù)切片發(fā)現(xiàn)1518和1631兩條主干測(cè)線信息最好，由于三角洲的結(jié)構(gòu)與其部位有關(guān)，只有在主河道的加積方向，三角洲前積層最為發(fā)育，在兩側(cè)則表現(xiàn)為側(cè)向加積，很難獲得能反映古深水的三角洲前積層高度。測(cè)線的方向?yàn)镹W—SE向。這兩條測(cè)線很好地切過(guò)了齊家扇體的主結(jié)構(gòu)面，扇體的主要信息基本上都在這兩條地震剖面上，尤其是三角洲前緣相的信息更加豐富，為本文研究古水深提供了不可多得的地震資料。由于新近紀(jì)該區(qū)還遭受了構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，尤其是新近紀(jì)的坳陷和側(cè)向伸展導(dǎo)致齊家扇體發(fā)育了一系列斷階，使得古近系的地層也發(fā)生了沉降，原先的三角洲沉積體系尤其是三角洲前緣相發(fā)生了旋轉(zhuǎn)變陡，使得在利用三角洲前積層恢復(fù)古水深時(shí)出現(xiàn)誤差。為了消除和減少這種誤差，使用了3種方法：第一種方法是對(duì)未做拉平處理的原地震剖面直接進(jìn)行解析，求沙三中期的最大和最小前積層厚度；第二種是把沙三中期上部的S32-p界面拉平，然后解析其下的沙三中期前積層；第三種是把沙二期頂界(S2-p)拉平，然后再解析沙三中期前積層。

從Glorstad-Clark等的研究可知，在一個(gè)地震剖面上如果出現(xiàn)了一組傾斜的具有雙曲或“S”形的反射軸就有可能代表的是三角洲前積層[14]，或者是兩套平行反射軸夾了一套傾斜反射軸[17]。在雙曲或“S”形的反射軸上部的拐點(diǎn)處是濱線所在的位置，在下部的拐點(diǎn)處是三角洲前緣相與三角洲底積層的所在位置，兩者之間代表的是三角洲前緣相[14]。而濱線以上的平坦或近平坦部分代表的是三角洲平原相(圖2、3)。從圖2可以看出，1631測(cè)線上有一系列呈雙曲或“S”形的反射軸，代表了三角洲前緣相，因此，可以通過(guò)解析該剖面來(lái)獲取三角洲前緣相的高度等信息，進(jìn)而可以獲得古水深的信息。

圖2 1631測(cè)線沙三中期底部“S”形反射軸沉積相解釋Fig.2 Sedimentary Facies Interpretation of Bottom “S” Shape Reflection Axis in the Middle of Member 3 of Shahejie Formation at Line 1631

圖3 三角洲前緣相與水深的關(guān)系Fig.3 Relationship Between Delta Front Facies and Water Depth

2.1.1 1518測(cè)線的原測(cè)線解析

圖4 柴達(dá)木盆地冷湖北側(cè)水上扇體Fig.4 Overwater Fan in the North Side of Lenghu, Qaidam Basin

圖5 1518測(cè)線沙三中期第二前積層組解析Fig.5 Interpretation of the Second Foreset Bed in the Middle of Member 3 of Shahejie Formation at Line 1518

圖6 1518測(cè)線S2-p界面拉平后的剖面Fig.6 Section of Interface S2-p Flatten at Line 1518

(1)齊家扇體類型的確定。齊家扇體是遼西凹陷沙三中期的四大扇體之一，該扇體在地震剖面上顯示得非常完美?，F(xiàn)在關(guān)鍵問(wèn)題是沙三中期齊家扇體是水上扇體還是水下扇體。對(duì)柴達(dá)木盆地現(xiàn)代水上扇體進(jìn)行多年研究，分析對(duì)比沙三中期齊家扇體與柴達(dá)木盆地現(xiàn)代水上扇體的差異。在形態(tài)與構(gòu)型方面，柴達(dá)木盆地現(xiàn)代水上扇體是一個(gè)簡(jiǎn)單的錐體，圍繞扇體從扇根到扇緣均是一個(gè)斜面，一般扇根的坡度較陡，經(jīng)扇中到扇緣的坡度較緩(圖4)，沉積層在扇根較厚，向扇緣逐漸收斂合并，直至尖滅消失(圖4)；而沙三中期齊家扇體的外形則是一個(gè)“廠”字形，其地震反射軸明顯可以分為兩個(gè)部分，頂部具有一個(gè)較平坦的水平層，水平層的末端是傾斜層，且傾斜層向下呈撒開(kāi)的帚狀(圖5、6)。在這點(diǎn)上，柴達(dá)木盆地現(xiàn)代水上扇體與沙三中期齊家扇體大相徑庭，因此，僅從這點(diǎn)看沙三中期齊家扇體不是水上扇體。沙三中期齊家扇體頂部的削截面代表了三角洲穩(wěn)定進(jìn)積的過(guò)程和結(jié)果，是三角洲平原相與前緣相的結(jié)合面，是沉積基準(zhǔn)面在三角洲上的反映；而柴達(dá)木盆地現(xiàn)代水上扇體沒(méi)有這種削截面，沉積層是一種傾斜的簡(jiǎn)單垂向疊置和水道下切疊置關(guān)系，沉積基準(zhǔn)面在扇緣的末端(圖4)。沙三中期齊家扇體以泥巖為主，傾斜層(三角洲前緣相)巖芯以暗色泥和暗色泥(角)礫為主，可以?shī)A薄層狀砂巖或砂礫巖，但在傾斜層的底部常有大套密度流形成的砂礫巖，為水下還原相，且未見(jiàn)任何暴露性構(gòu)造(如泥裂)，而滑動(dòng)滑塌構(gòu)造非常發(fā)育；而柴達(dá)木盆地現(xiàn)代水上扇體以砂礫為主，泥相對(duì)很少，僅見(jiàn)于扇中外緣和扇緣。扇緣一般不見(jiàn)砂礫，但強(qiáng)降雨時(shí)，扇緣有窄條帶狀的砂礫或孤立的大巨礫；扇緣多是氧化相，以黃褐色或棕紅色薄層泥為主，且多發(fā)育泥裂、雨痕、生物足跡或草本植物沼澤；河道相的沉積構(gòu)造經(jīng)?？梢?jiàn)，如各種斜層理及沖刷充填面，但變形構(gòu)造極不發(fā)育；砂礫具明顯的牽引流成因特點(diǎn)。綜上所述，有充足的理由證明沙三中期齊家扇體是水下扇體，而不是水上扇體。

(2)最大、最小前積層高度的確定。由于1518測(cè)線的三角洲前積層反射軸發(fā)育非常清晰，所以選擇該測(cè)線為研究對(duì)象。沙三中期中上部有一個(gè)厚度最大的強(qiáng)反射軸組發(fā)育了很好的削截面(圖5中三角洲前緣相)。從圖5可以看出：削截部分平坦，基本上代表三角洲平原相；前積層呈傾斜束狀，在上部收斂，在下部發(fā)射，符合三角洲前緣相的構(gòu)型。通過(guò)地震分析可以獲得前積層最低點(diǎn)到削截面的高度為2 510 m，這一高度可以視為三角洲形成時(shí)的可能最大水深(不考慮壓實(shí)減量和斷層及坳陷增量的情況下)，其后一直到沙一期都是在“填平補(bǔ)齊”。從圖5還可以看出，在上部發(fā)育了一系列左傾的正斷層，這些正斷層的垂向斷距會(huì)使前積層的傾角變陡，從而加大前積層的高度，進(jìn)而加大前積層反演的水深，因此，2 510 m這個(gè)水深值受到后期構(gòu)造沉降而加大，放大了當(dāng)時(shí)的水深。此外，從區(qū)域資料和圖7、8可以知道，研究區(qū)新近紀(jì)發(fā)生了坳陷作用，這種作用無(wú)疑同樣會(huì)使前積層的傾角變陡，從而也加大前積層的高度，進(jìn)而也會(huì)加大前積層反演的水深。因此，這種方法獲得的古水深不可靠，只能作為一個(gè)參數(shù)來(lái)考慮。

再來(lái)探討一下最小前積層高度，以便獲得最小古水深?？梢约僭O(shè)圖5中的上部線條原來(lái)是一條直線，代表的是三角洲前積層沉積完成后的三角洲平原相，該線的彎曲完全是后期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)引起的。那么，從上部線條到下部線條的最大距離就是前積層高度，約990 m。如果用該值代表古水深，那么當(dāng)時(shí)的古水深就是990 m，這個(gè)數(shù)值可以看成是沙三中期反射軸組對(duì)應(yīng)的前積層形成的最小古水深。

圖7 1518測(cè)線S2-p界面拉平后的局部放大剖面Fig.7 Partial Enlarged Section of Interface S2-p Flatten at Line 1518

從上述分析可知，遼西凹陷古近紀(jì)沙三中期的古水深為990～2 510 m。

2.1.2 1518測(cè)線拉平后解析

(1)S2-p界面拉平后的前積層高度。圖7是1518測(cè)線S2-p界面(沙二期頂界)拉平后的局部放大剖面圖。把該界面拉平后可以理解為沙二期結(jié)束時(shí)整個(gè)坳陷已被充填滿，因此，其下的反射軸狀態(tài)均是沒(méi)有經(jīng)過(guò)沙二期后構(gòu)造改造的原始沉積狀態(tài)，可以把沙二期以后的構(gòu)造影響剝離，但可以受到沙二期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響。從圖7可知，沙二期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響不大，因此，前積層的高度代表沙二期前的最小原始高度。把1518測(cè)線上的S2-p界面(圖6)拉平后可以獲得沙三中期的一個(gè)前積層的高度。從圖6可以看出，第四前積層反射軸的高度為1 530 m。如果簡(jiǎn)單地利用三角洲前積層的高度來(lái)判定水深，那么當(dāng)時(shí)的水深(1 530 m)應(yīng)該代表當(dāng)時(shí)的古水深(不考慮壓實(shí))。但是，仔細(xì)研究圖7后可以發(fā)現(xiàn)，在S31-p界面與S2-p界面之間是一套近于平行的強(qiáng)反射軸，具有明顯的上超(圖7)，揭示這套地層是在S31-p界面之后又發(fā)生了快速沉降，其后由水侵形成的。S31-p界面已經(jīng)是一套近水平的沖積平原相沉積，由于是長(zhǎng)期沉積缺失界面，其后又發(fā)生了快速沉降，形成了新的沉降和沉積中心，在凹陷邊緣發(fā)生明顯上超，所以將其稱為沉積不整合面。上述現(xiàn)象表明遼西凹陷到沙三中晚期已基本填平補(bǔ)齊。因此，應(yīng)該把S31-p界面拉平后進(jìn)行沙三中期的水深研究，這樣才有可能剔除沙三中晚期到沙三早期的構(gòu)造沉降的影響，從而獲得沙三中期本身的相關(guān)信息。因此，本文做了S31-p界面的拉平地震剖面圖。

圖8 1518測(cè)線S31-p界面拉平后的剖面Fig.8 Section of Interface S31-p Flatten at Line 1518

(2)S31-p界面拉平后的前積層高度。把S31-p界面(沙三中期頂界)拉平后可以理解為沙三中期結(jié)束時(shí)整個(gè)坳陷被充填滿。事實(shí)正是如此，仔細(xì)觀察圖7中S31-p界面上部的上超，其下的反射軸狀態(tài)均是沒(méi)有經(jīng)過(guò)沙三中期后構(gòu)造改造的原始沉積狀態(tài)，可以把沙三中期以后的構(gòu)造影響剝離。因此，前積層的高度代表沙三中期前的最小原始高度。從圖8可以看出，第四反射軸的高度為2.85～3.37 s，對(duì)應(yīng)的深度為3 820～4 820 m，傾斜反射軸的高度為1 000 m。比較圖6和圖8便會(huì)發(fā)現(xiàn)，同一個(gè)反射軸的高度在不同圖上相差甚遠(yuǎn)，圖6的第四反射軸高度為1 530 m，而圖8的第四反射軸高度僅為1 000 m，兩者相差530 m。前者肯定不準(zhǔn)確，因?yàn)槔絊2-p界面后疊加了S2-p與S31-p界面之間沙三早期S31-p界面的沉降分量，這一分量最大約有500 m，所以必須減去這500 m的疊加分量；拉平S32-p界面，后者500 m的疊加分量就消除了(圖8)，而這時(shí)的第四反射軸的高度就基本可以是當(dāng)時(shí)的沉積狀態(tài)，基本可以代表當(dāng)時(shí)的水深，因此，后者揭示了當(dāng)時(shí)的古水深至少在1 000 m(不考慮壓實(shí))。如果把壓實(shí)率定在15%，那么遼西凹陷古近紀(jì)沙三中期的最大水深約為1 150 m。該深度與現(xiàn)代貝加爾湖(平均水深730 m，最深1 620 m)比較接近，兩者都是裂谷湖泊，因此，遼西凹陷古近紀(jì)沙三中期存在1 000 m超深水的可能性也很大。

2.2 前積層的傾角

三角洲前緣前積層的傾角大小也是檢驗(yàn)三角洲前緣相解釋是否正確的參數(shù)之一。圖8中沙三中期最明顯的反射軸下部拐點(diǎn)的道集號(hào)是969，上部拐點(diǎn)的道集號(hào)是1052，每一道的距離是25 m，兩者之間的距離為2 075 m，且兩個(gè)拐點(diǎn)之間的垂距是1 000 m，因此，傾斜反射軸的傾角接近26°，揭示三角洲前緣相的傾角也在26°左右。如果以15%壓實(shí)率進(jìn)行校正(齊家扇體沉積時(shí)厚度巨大，在沉積時(shí)就發(fā)生了壓實(shí)作用，導(dǎo)致三角洲的前積層高度減小，因此，壓實(shí)率定在15%比較合適)，校正后的三角洲前緣相的傾角在29°左右。該傾角比較大，但對(duì)于扇三角洲來(lái)說(shuō)可以成立，因?yàn)橹挥猩热侵薜那胺e層傾角最大超過(guò)30°，如果是一般的三角洲就不成立了。因此，從前積層大傾角可以看出，齊家扇體是一個(gè)扇三角洲。

2.3 巖石學(xué)與沉積學(xué)特點(diǎn)

圖9 遼西凹陷沙三中期巖芯照片F(xiàn)ig.9 Photos of Cores in the Middle of Member 3 of Shahejie Formation, Liaoxi Depression

遼西凹陷鉆遇沙三中期的鉆井不少，但是鉆穿沙三中期的鉆井很少(齊115井等)，大部分僅鉆遇沙三中期上部，少部分進(jìn)入中部，因此，巖芯提供的信息僅為沙三中期上部或中部，缺少沙三中期下部。但從目前觀察到的巖芯來(lái)看，大部分為礫質(zhì)、砂質(zhì)或砂礫質(zhì)碎屑流沉積(圖9)，具有明顯的重力流特點(diǎn)。幾乎所有的礫巖、砂巖和砂礫巖中都含有暗色泥礫(圖9)，暗色泥礫一般來(lái)自于水下還原帶。暗色泥礫基本為漂礫狀，懸浮在礫石、砂或砂礫中，且泥礫多具有撕裂[圖9(e)、(f)、(j)]或軟變形[圖9(b)]特征，表明其在流動(dòng)過(guò)程中受到了應(yīng)力作用，進(jìn)而揭示礫質(zhì)、砂質(zhì)或砂礫質(zhì)碎屑流具有一定黏力，是一種賓漢體(黏性流-密度流或重力流)，而非牛頓流體(牽引流)，揭示礫質(zhì)等碎屑流在流動(dòng)過(guò)程中受本身重力和顆粒之間的黏力緊密粘在一起，緊貼地表移動(dòng)，對(duì)沉積底形進(jìn)行“推土機(jī)”式的刨耕，可把大量半固結(jié)的泥“捕獲”到砂礫中來(lái)，而牽引流無(wú)法形成這種砂礫與泥礫的混合沉積，進(jìn)一步揭示當(dāng)時(shí)的三角洲前緣相要具有一定的坡度，否則這種具有黏性的重力流難以運(yùn)動(dòng)，這與地震解析的三角洲前緣最大坡度(27°～33°)是一致的。地球化學(xué)分析表明，暗色泥礫均是在還原條件下形成的，礫質(zhì)等碎屑流是在較深水環(huán)境下形成的。除了上述特點(diǎn)外，從單井相可以看到砂礫質(zhì)等重力流是產(chǎn)在大套暗色泥巖中的，有時(shí)大套暗色泥巖(準(zhǔn))單層厚度可超過(guò)190 m(如齊233井2 420～2 610 m深度處均為暗色泥巖)，說(shuō)明遼西凹陷古近紀(jì)沙三中期維持了長(zhǎng)期的深水環(huán)境。這種環(huán)境可能是三角洲前緣相和前三角洲相。值得一提的是，雙225井4 121 m深度處發(fā)育了非常致密的黑色泥巖[圖9(c)]，應(yīng)該是深湖相的凝縮層。

3 超深水成因分析

遼西凹陷古近紀(jì)沙三中期的最大水深極大，但從本文采用的方法和分析過(guò)程來(lái)說(shuō)沒(méi)有理由去懷疑這個(gè)深度(可能在決定前積層反射軸的上、下界線時(shí)有一定誤差)。在現(xiàn)代湖泊中也有實(shí)例可以借證，如俄羅斯的貝加爾湖最大水深為1 620 m，因此，遼西凹陷的極超深水有一定的可能性。形成這種極超深水與遼西凹陷當(dāng)時(shí)的地質(zhì)背景和地質(zhì)過(guò)程密切相關(guān)。決定一個(gè)盆地的覆水深淺主要有3個(gè)因素：一是構(gòu)造運(yùn)動(dòng)；二是氣候(主要是降雨量)；三是沉積充填。其中，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)最為重要。遼西凹陷在古近紀(jì)處于遼河坳陷內(nèi)，遼河坳陷自晚白堊紀(jì)末開(kāi)始進(jìn)入裂谷演化階段[27]，深部巖漿開(kāi)始上涌形成底辟(圖10)；進(jìn)入古近紀(jì)，地幔巖漿上隆使得地殼隆起成高地，隆起使地殼受到拉張伸展(地殼由直線變曲線)，導(dǎo)致一系列切穿巖石圈的深大斷裂(圖10)形成，使深部的巖漿順斷層上侵噴發(fā)，由于受地殼污染形成堿性玄武巖(表1)。隨著深部底辟巖漿作用增強(qiáng)，對(duì)巖石圈的底部產(chǎn)生熱侵蝕而使巖石圈減薄，與此同時(shí)底辟巖漿對(duì)流對(duì)巖石圈的牽引使地殼進(jìn)一步拉張伸展，使得斷層的開(kāi)度加劇，深部的巖漿順大型張性斷層快速直達(dá)地表，使巖漿受地殼污染相對(duì)減小，形成拉斑玄武巖和堿性玄武巖共存的局面(表1)。遼河盆地東部的熱河臺(tái)—?dú)W利坨子地區(qū)發(fā)育的粗面巖表明巖漿來(lái)自于上地幔深部[27]，揭示了遼西凹陷古近紀(jì)巖漿來(lái)自于深部，具有非常深的熱對(duì)流場(chǎng)和非常強(qiáng)烈的熱動(dòng)力，使巖石圈上隆并對(duì)地幔巖石圈進(jìn)行熱侵蝕(圖10)。汪集旸等發(fā)現(xiàn)遼河坳陷早第三紀(jì)時(shí)的古熱流約為2.0 HFu[28]，無(wú)疑當(dāng)時(shí)的地幔熱流值亦相當(dāng)高，從另一個(gè)側(cè)面論證了遼西凹陷古近紀(jì)巖漿作用的存在和強(qiáng)烈性。進(jìn)入古近紀(jì)晚期，巖漿底辟作用逐漸減弱，導(dǎo)致巖漿柱回落，使地殼塌陷(圖10)，塌陷導(dǎo)致斷層由張變擠，使巖漿上侵速度驟然降低，同時(shí)使巖漿受地殼污染程度增加，導(dǎo)致巖漿變成以堿性玄武巖為主，拉斑玄武巖逐漸消失(表1)。與此同時(shí)，地殼大幅塌陷導(dǎo)致遼河坳陷基底快速大幅沉降，形成裂谷的極超深水(>500 m)環(huán)境。由于緊鄰遼西隆起，近物源的快速搬運(yùn)和沉積使遼西裂谷在緊鄰古陸的地方發(fā)育了大量扇三角洲，并快速充填坳陷、凹陷和洼陷，并在沉積充填時(shí)因熱塌陷引起基底還在不斷沉降，維持了遼西凹陷長(zhǎng)期的極超深水環(huán)境(圖10)，形成了沙河街組及東營(yíng)組的巨厚沉積，催生了優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育。因此，遼西凹陷古近紀(jì)的極超深水環(huán)境的發(fā)育有著深刻的構(gòu)造-巖漿背景。這種極超深水湖泊的現(xiàn)代實(shí)例可以以貝加爾湖為例(貝加爾湖平均水深為730 m，最大水深為1 620 m，也為裂谷型湖泊，在大地構(gòu)造背景上與遼西凹陷相似)。因此，貝加爾湖的現(xiàn)代實(shí)例可以間接地證實(shí)遼西凹陷的極超深水也有存在的可能性。此外，東非大裂谷內(nèi)的現(xiàn)代基伍湖(面積2 700 km2，最大水深達(dá)489 m)也是一個(gè)可以參考類比的實(shí)例。

圖10 遼河裂谷古近紀(jì)構(gòu)造-巖漿演化動(dòng)力Fig.10 Dynamic Sketch of Paleogene Tectono-magmatic Evolution in Liaohe Rift

層位中堿性火山巖樣品數(shù)占比堿性火山巖樣品數(shù)占比強(qiáng)堿性火山巖樣品數(shù)占比拉斑玄武巖樣品數(shù)占比高鋁玄武巖樣品數(shù)占比東營(yíng)組72.0%16.0%8.0%4.0%沙一段、沙二段6.7%60.0%16.6%10.0%6.7%沙四段40.0%20.0%40.0%房身泡組46.6%8.2%41.1%4.1%

注：表中數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[26]。

4 討 論

遼西凹陷古近紀(jì)沙三中期的極超深水是超級(jí)裂谷發(fā)育的結(jié)果，這種超級(jí)裂谷的發(fā)育可能與西太平洋板塊的松弛有關(guān)。在39～42 Ma期間，太平洋板塊可能停止了向西的俯沖，使中國(guó)北部大陸邊緣出現(xiàn)了應(yīng)力松弛狀態(tài)，進(jìn)入了一種類似被動(dòng)大陸邊緣的狀態(tài)，使得渤海灣盆地在遼河坳陷和濟(jì)陽(yáng)坳陷(在遼西凹陷以南500 km左右的渤海灣，另一個(gè)東營(yíng)凹陷沙三中期也發(fā)育了486～700 m的(極)超深水湖泊[17-18])沙三中期出現(xiàn)超深水和極超深水環(huán)境，形成了沙三中期的優(yōu)質(zhì)烴源巖。遼河坳陷和濟(jì)陽(yáng)坳陷的極超深水環(huán)境均是裂谷發(fā)育的結(jié)果，兩者目前的水平距離約500 km，因此，推測(cè)在兩者之間還存在著類似的極超深水或超深水。在渤海灣和黃海腹地可能是地幔羽的所在，而遼河坳陷和濟(jì)陽(yáng)坳陷僅僅只是地幔羽和裂谷的一個(gè)小分支，真正的更大裂谷應(yīng)在渤海灣和黃海腹地。如果真如此，那么在渤海灣和黃海腹地應(yīng)該有更好的古近紀(jì)烴源巖和油氣資源，值得今后關(guān)注。

遼西凹陷古近紀(jì)沙三中期的超深水最大覆水深度約1 000 m，地震測(cè)線圖像和解析過(guò)程均無(wú)問(wèn)題。這一深度使水體的物理化學(xué)性質(zhì)出現(xiàn)了本質(zhì)變化，深部水體幾乎處于“死水一潭”，垂向?qū)α飨?，水底完全處于高度還原狀態(tài)，從沙三中期的巖芯含黃鐵礦可以知道這一點(diǎn)；此外，泥巖均為暗色甚至黑色塊狀[圖9(c)]，也能說(shuō)明這一點(diǎn)。沙三中期的大多數(shù)巖芯都是含泥礫的砂質(zhì)碎屑流或礫質(zhì)碎屑流，泥礫的變形和撕裂現(xiàn)象明顯。泥礫大部分為暗色，地球化學(xué)研究表明其為還原相。在遼西凹陷以南700 km左右的東營(yíng)凹陷沙三中期也發(fā)育了486～700 m的超深水湖泊[17-18]?；诖?，推測(cè)渤海灣盆地古近紀(jì)極有可能廣泛發(fā)育超深水湖泊。

5 結(jié) 語(yǔ)

(1)遼西凹陷極超深水的發(fā)現(xiàn)揭示了大陸內(nèi)部也能發(fā)育深達(dá)1 000 m的凹陷。這種極超深凹陷有利于優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育，是遼河坳陷發(fā)育優(yōu)質(zhì)烴源巖的基礎(chǔ)。

(2)遼西凹陷極超深水的發(fā)育與地幔巖漿底辟隆起密切相關(guān)，在這種動(dòng)力背景下形成的地殼熱蝕減薄塌陷引起的基底大幅沉陷造就了遼西凹陷古近紀(jì)的超深水和極超深水。這種超深水和極超深水形成的機(jī)制不是普通構(gòu)造坳陷和構(gòu)造斷陷所能企及的。

(3)在這種極超深水的條件下，以碎屑流為代表的巖性油氣藏是主體，在遼西凹陷中央可以形成以砂礫巖為代表的碎屑流油氣藏，是一種致密油氣藏。近源的扇三角洲和以扇三角洲前緣為物源的砂礫碎屑流在形成過(guò)程中對(duì)泥質(zhì)基底的侵蝕導(dǎo)致雜基過(guò)高，使砂礫巖儲(chǔ)層致密。

(4)在整個(gè)渤海灣盆地和黃海古近紀(jì)可能有大范圍的優(yōu)質(zhì)烴源巖和更多大型的油氣田發(fā)育，因此，渤海灣盆地深部和黃海海上的古近系將有可能成為今后油氣勘探的重點(diǎn)。

(5)通過(guò)遼西凹陷極超深水的研究，提供了重要的地震勘探啟示：如果一個(gè)新的勘探區(qū)塊的地震剖面上有厚度較大或極大的三角洲前積層存在，那么就可以肯定有深水或超深水和(優(yōu)質(zhì))烴源巖發(fā)育，進(jìn)而可以肯定有油氣資源。

(6)從地震剖面角度研究古水深肯定還存在不少問(wèn)題，需進(jìn)一步完善和提高。現(xiàn)代也存在這種極超深水湖泊，如里海、塔葛尼喀湖及貝加爾湖深度都在1 000 m以上，其中貝加爾湖的最大深度甚至超過(guò)1 600 m，因此，從現(xiàn)代類比來(lái)看，遼西凹陷古近紀(jì)沙三中期的極超深水湖泊也可能存在。

中國(guó)石油遼河油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院提供了地震及巖芯資料，在此表示感謝。

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