T-R旋回在东濮凹陷的应用:以古近纪沙河街期为例

T-R旋回在东濮凹陷的应用：以古近纪沙河街期为例肖明国;李杰;郭建华;郭祥伟;王玺凯;谭慧;刘辰生【摘要】基于不同级次的 T-R旋回对应于不同的储层分级,在不同环境中的 T-R 沉积旋回中,储集砂体的分布特征也明显不同,通过沉积相突变带、生物绝灭带、物源变化等对沙河街组不同级次的T-R旋回层序进行划分.研究结果表明:沙河街组可划分出2个二级旋回、9个三级旋回和3类沉积体系的组合模式;层序格架内主要由冲积扇、河流、(扇)三角洲、湖底扇、滨浅湖、深湖、深盆盐湖等沉积体系组成;在湖近体系域中,主要沉积体系是水下扇、辫状河三角洲、滩坝、滨浅湖、湖湾、半深湖—深湖;在湖退体系域中,主要沉积体系为扇三角洲、辫状河三角洲、半深湖—深湖、湖底扇以及深水盐湖沉积体系,但其分布与组合也明显受盆地古地貌形态、构造(控凹断层)活动强度、气候及物源等因素控制.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(049)012【总页数】9页(P3002-3010)【关键词】断陷盆地;层序地层;T-R旋回;东濮凹陷;沙河街期【作者】肖明国;李杰;郭建华;郭祥伟;王玺凯;谭慧;刘辰生【作者单位】湖南华晟能源投资发展有限公司,湖南长沙,410083;中南大学地球科学与信息物理学院,湖南长沙,410083;中南大学有色金属成矿预测与环境监测教育部重点实验室,湖南长沙,410083;中南大学地球科学与信息物理学院,湖南长沙,410083;中南大学有色金属成矿预测与环境监测教育部重点实验室,湖南长沙,410083;中南大学地球科学与信息物理学院,湖南长沙,410083;中南大学有色金属成矿预测与环境监测教育部重点实验室,湖南长沙,410083;中南大学地球科学与信息物理学院,湖南长沙,410083;中南大学有色金属成矿预测与环境监测教育部重点实验室,湖南长沙,410083;湖南华晟能源投资发展有限公司,湖南长沙,410083;中南大学地球科学与信息物理学院,湖南长沙,410083;中南大学有色金属成矿预测与环境监测教育部重点实验室,湖南长沙,410083;中南大学地球科学与信息物理学院,湖南长沙,410083;中南大学有色金属成矿预测与环境监测教育部重点实验室,湖南长沙,410083【正文语种】中文【中图分类】P539.2陆相断陷湖盆是我国东部含油气盆地的主要类型，建立陆相断陷湖盆等时地层格架有利于寻找隐蔽圈闭及油气藏。

近年来，随着以VAIL等为代表的经典层序地层学在陆相断陷湖盆中的应力，多种等时地层学模式被应用于断陷盆地研究，VAIL等[1−8]对陆相湖盆中的层序地层学进行了探讨，但大多数研究者主要采用局限于经典层序地层学的地层格架及其内部构成的模式。

郭建华等[9−11]对我国东部以陆相断陷湖盆为特征的含油气盆地进行了研究，认为不同沉积盆地具有不同的构造背景、构造格架、地貌特征和物源，且控制湖平面升降变化的因素也不同，从而导致湖平面升降变化的轨迹不同。

层序地层学起源于被动型大陆边缘盆地中，这种盆地在构造背景、地貌特征、物源、海平面升降等方面均具有其特点，它不能够包罗所有不同类型盆地的特点。

不同的沉积环境有不同的沉积特征，不同的沉积环境有不同的沉积模式，SCHOLZ 等[12]也认为这类盆地层序地层具有其特殊性。

在这种断陷湖盆的沉积层序中，反映湖进—湖退的沉积旋回现象是非常发育的，由这种湖进—湖退旋回所形成的一套地层特征可以与JOHNSON等[13]提出的T−R旋回层序相对比，反映了自一次水体加深事件的开始至下一次同等级别水体加深事件之初这段时间内的沉积单元。

为此，将1个旋回层序的内部构成分为2个部分，即湖进体系域与湖退体系域，分别用LTST (lacustrine transgressive system tract)与LRST(lacustrine regressive system tract)表示，简称为T−R旋回层序。

T−R旋回可以更加方便地反映湖平面变化对陆相沉积盆地的影响，在断陷湖盆的地层格架划分对比研究中比经典层序地层学更适用。

东濮凹陷属华北地台渤海湾盆地南端的1个凹陷，盆地呈长条形(长为140 km)，东断西超，北窄南宽(16~60 km)，北东向展布。

凹陷内部呈早期箕状东断西超、晚期呈双断式，总体上受断裂构造控制，在构造演化及沉积相带上具有明显的“东西分带、南北分块”的特征。

依据基底形态及断裂特征，自西向东可划分为西部断阶带、西部洼陷带、中央隆起带、东部洼陷带及东明集断阶带共5个二级构造单元，沿凹陷长轴方向并排发育，纵贯南北，呈现“两洼—隆起—斜坡”的构造格局[14−18]，总面积约5 300 km2(图1)。

其中，西南部兰聊大断裂为东濮凹陷的控盆断层，对东濮凹陷的发展演化起着主要的控制作用。

盆地以中、古生界为基底，在其上沉积了厚度约为5 000 m古近系沙河街组地层，这套地层构成了本地区的主要生烃层与储集层。

沙河街组发育多套优质砂层，其对于油气的运移、聚集和保存发挥着重要的控制作用，也是认识盆地古地理演化的重要依据。

本文作者采用T−R旋回研究方法，探讨东濮凹陷沙河街组沙体内部结构沉积体系的变迁，以便于东濮凹陷的油气勘探与开发。

按层序地层学级次的划分原则，东濮凹陷沙河街与东营组同属于裂谷盆地形成期的沉积地层，跨时约18.7 Ma，属于二级旋回的范畴[1, 19]，其中沙河街期跨时13.8 Ma，东营期4.9 Ma。

考虑到断陷盆地填充速度快及构造活动强的特点，将沙河街组(Es)与东营组(Ed)作为1个二级层序组，将具有明显的地层缺失或沉积相的突变面作为二级层序的边界面；三级层序则是以副层序组的堆叠方式由进积向退积转换面为界。

在1个三级T−R旋回层序中，有3个客观存在的物理界面，即层序的底界面、顶界面及层序内部的由湖进(T)向湖退(R)转换的界面。

这种旋回层序的上、下边界均是以初始湖进面为界，表现为副层序组堆叠形式是由进积向退积的转换界面，而层序内部的湖进体系域与湖退体系域以最大湖泛面或下超面为界，这些界面均可通过测井资料、岩芯资料及地震资料给予标定与识别。

1个二级层序的跨时为3~10 Ma，三级层序跨时大多为1~3 Ma。

通过综合分析地震、钻井、测井、沉积学、地球化学及古生物等资料，将东濮凹陷古近系划分为1个二级T−R旋回层序组、3个二级T−R旋回层序，进一步从沙河街组中识别出9个三级T−R旋回层序，见图2。

渤海湾裂谷盆地始于早第三纪古新世，盆地的形成和消亡经历了裂陷期(Ek−Es3)、萎缩期、稳定下沉期(Es2−Es1)、收缩期(Ed)、消亡−坳陷期(N)等发展阶段[20−21][2121]。

从裂陷期(Ek-Es3)至收缩期(Ed)这一过程是1个裂谷盆地演化的完整的构造沉积旋回，相当于一个经典层序地层学的二级旋回[1]，其顶、底分别为2个区域性的构造不整合面。

按构造活动及盆地演化的特点，在此将其视为二级旋回组(EⅡ)，它由3个二级旋回组成。

二级T−R旋回层序自下而上分别命名为EⅡ1 ，EⅡ2与EⅡ3(图2)，跨时分别为10.8，3.0和4.9 Ma。

层序EⅡ1包括沙四段和沙三段。

沙四段底部自陆上冲积平原、河流相沉积开始，逐渐过渡到滨浅湖—半深湖—深湖相，是1次大规模湖侵的开始，也是该区一级和二级旋回的起点，该界面是1个区域性的角度不整合面，顶界面也代表了盆地由强烈断陷向断拗的转换界面，盆地范围内在沙31亚段的顶部广泛存在剥蚀现象。

沙三段沉积时，水体总体较深，特别是沙34和沙33亚段沉积了大范围的半深湖—深湖相暗色泥岩，构成了该区主要的烃源岩。

最大湖泛面可能位于沙33亚段的顶部。

自沙32亚段至沙31亚段，该区水体是一个逐渐变浅的过程，尽管该区沙31亚段沉积时期是2条边界断层活动的最强烈时期，但由于此时沉积物补给速率也增大，导致湖平面相对下降、可容纳空间不断减小，从而形成了一套以进积为主、向上变浅的沉积序列；凹陷南部大部分地区湖水几乎完全退出，从而形成了沙31亚段顶部的不整合面。

关于该界面，许多研究者将其置于沙2下与沙2上之间，但本文作者经过研究并结合前人的研究成果，认为将其置于沙31与沙2下之间更加合理。

2.2.1 区域地质条件对比从区域上讲，沙三期与沙二期为始新世与渐新世的过渡时期。

在全球范围内，气候剧变，从温暖变为寒冷，全球性海平面下降，为沉积间断集中期。

济阳、辽河、冀中、黄骅等坳陷沙三与沙二之间均存在局部的平行不整合，东濮地区和这些坳陷处于同时期的同一个渤海湾大水域，局部出现地层不连续现象是可能的。

2.2.2 沉积相的突变全盆地内沙31亚段为细粒的暗色泥岩、粉砂岩沉积，代表了水体较深的湖相沉积。

而沙2下则以紫红色、棕褐色的砂泥岩沉积为主，代表了以河流沉积为主的沉积相。

与下伏地层相比，上覆的沙2下沉积物粒度突然变粗，沉积水体突然变浅，反映了沉积相向盆地方向的迁移，是Ⅰ型层序边界的标志[22−24]。

2.2.3 生物演化沙二与沙三之间存在明显的生物界线，生物演化经历了1次重大变革，生活在沙三时期的介形类一进入沙二时期，绝大多数灭绝，个别淡水型、浅水型、沼泽相型的属种得以生存，同时出现种类繁多、数量丰富的新物种，尤其是沙三罕见的轮藻类空前繁盛。

这说明沙三时期与沙二时期演变过程中发生了突然事件，造成生物演化序列突然“间断”即生物绝灭。

造成生物绝灭的因素很多，对于东濮这样小范围内的生物绝灭，通常认为是生活环境突然改变，原有生物绝大多数不能很快适应所致。

在地质记录中，生物灭绝和引起灭绝的地质现象往往相伴生，共同形成地质历史中突变事件，是沉积间断引起的沉积环境突然改变所致。

2.2.4 物源变化从卫城等地区的岩矿特征来看，沙二段重矿物以高质量分数(62.8%)柘榴石为显著特点，锆石、电气石、磁铁矿质量分数较低。

砂岩中普遍可见质量分数小于1%的沸石胶结物，可作为卫城一濮城地区沙二段的对比标志；此外，团粒状白云岩也是一个对比标志。

在沙三段中的重矿物中，柘榴石质量分数减小，平均为49.5%，锆石、电气石质量分数明显增大，可作为对比标志的岩石类型有含鲕粒石英细砂岩等。

以上结果表明：沙三与沙二期物源有明显变化；从一个物源体系变化到另外一个物源体系时，往往伴随沉积方面的缺失或间断。

2.2.5 地层对比徐集翼部向西至构造高部位，向南至马厂、三春集一带，沙31顶部缺失地层；胡状集、庆祖集两地沙31下部地层与文西断层上升盘厚度差不多，电性对应关系清楚，上部地层却薄很多，很可能是顶部的2个泥岩标志层已缺失，相互对比较困难；文留与户部寨以北沙31顶界划在9号泥岩标志处，但后者在该标志层之上有一套厚度为20~30 m的地层，其电性特征与沙31的完全一样，与上覆沙二段的电性特征存在差别。