（海洋地质专业论文）临南洼陷沙四上层序地层与沉积相研究.pdf

摘要 临南洼陷位于济阳坳陷的西部，属于惠民凹陷的次级构造单元。洼陷北侧的 临南断裂构造带聚集了丰富的油气，洼陷内部的火成岩构造和南侧的斜坡带也形 成了工业油气田。随着油气勘探工作的逐步深入，在洼陷中发现大、中型的构造 油气藏的机率越来越小，勘探重点也由大中型构造油气藏转向中小型构造岩性隐 蔽油气藏。 临南洼陷沙四上主要沉积了一套滨浅湖相的粉砂、细砂岩与泥岩互层和火山 碎屑岩，是否存在深湖相生油岩系一直是人们关心的问题。 本文以层序地层学和沉积学理论为基础，通过岩心观察描述、测井、地震资 料综合分析，系统研究了临南洼陷沙四上的层序地层格架、沉积相标志特征、沉 积相类型及其时空展布规律。 在层序地层学基础理论的指导下，参照t - r 层序地层的特征，结合临南洼陷 沙四上地震、测井、钻井资料，识别出了沙四上的层序界面和体系域界面。层序 的顶界在地震上对应为t 6 反射层，底界对应t 6 反射层。通过单井层序划分、 连井剖面追踪对比，建立了临南洼陷沙四上的层序地层格架，将沙四上划分为1 个三级层序( 层序i i ) ，并在沙四上内部识别出了两个体系域，即湖进和湖退体 系域。 通过岩心观察、测井、录井资料和地球化学等资料，在沙四上中识别出：三 角洲相、湖泊相、漫湖三角洲相和漫湖相。 在层序地层格架下，对研究区内的沉积相演化进行了研究。临南洼陷的沙四 上整个发育过程反映出了断陷湖盆形成初期，地层发育的广盆浅水的沉积特点。 临南洼陷沙四上沉积时期，南、西、北三个方向都有物源供给。湖进体系域：在 沙四上的早期，气候总体上呈现干热的特点，发育河流三角洲体系、洪水漫湖 体系和滨浅湖滩坝体系；湖退体系域：在沙四上的中期，气候变得湿润，物源 充分，在北、西、南部都发育了三角洲沉积体系，其余地区发育了滨浅湖滩坝 沉积，在湖盆偏中心的位置还发育一定量的半深湖沉积。 关键词：层序地层学；沉积相；临南洼陷；沙四上 a b s t r a c t t h el i n n a nl o w - l a y i n gw h i c hi so nt h ew e s t w a r do fj i y a n gd e p r e s s i o n ，i st h e h y p o - g r a d et e c t o n i cc e l lo fh u i m i ns a g i nn o r t ho ft h el o w - l a y i n gt h et e c t o n i cz o n eo f l i n s h a n gf a u l ta s s e m b l e sa b u n d a n to i la n dg a s ，m e a n w h i l et h ei g n e o u sr o c ks t r u c t u r e a n dt h es o u t h e r ns l o p eo ft h el o w l a y i n ga l s of o r m e di n d u s t r i a lo i la n dg a sf i e l d a l o n gw i t ht h eo i la n dg a sp r o s p e c t i n g ，t h ec h a n c eo fe x p l o r i n gb i ga n dm i d d l i n g s t r u c t u r a lo i la n dg a sr e s e r v o i r sb e c o m e sl e s sa n dl e s s t h e r e f o r et h ee m p r e s s e so f p r o s p e c t i n gt u r nf r o mb i ga n dm i d d l i n gc o n s t r u c t i o n a lo i la n dg a sr e s e r v o i r st o m e d i u ma n dl i t t l es i z e ds t r u c t u r a l l i t h o l o g i cs u b t l er e s e r v o i r s t h ee 2 s 4o fl i n n a nl o w l a y i n gm a i n l yd e v e l o p se l a s t i cv o l c a n i ca n das u i to f s i l t s t o n ea n df i n es a n d s t o n e m u d s t o n ei n t e r b e d sw h i c hi ss h o r es h a l l o wl a k e s e d i m e n t a r yf a c i e s p e o p l ew o n d e rw h e t h e rt h e r ei sg o o ds o u r c er o c k ss e d i m e n ti nt h e p a s s t h i sp a p e rs t u d i e so nt h es e q u e n c eo fs t r a t i g r a p h i cf r a m e ，t h ec h a r a c t e r so ff a c i e s m a r k s ，f a c i e st y p e sa n dd i s t r i b u t i o nr u l e so ff a c i e sb yt h er e l e v a n td a t ao fc o r e s ， w e l l - l o ga n ds e i s m i c d a t ao nt h eb a s i so ft h e s e q u e n c eo fs t r a t i g r a p h ya n d s e d i m e n t a r y u n d e rt h eg u i d eo ft h et h e o r yo fs e q u e n c es t r a t i g r a p h ya n db a s i n go nt h e c h a r a c t e r so ft - rc y c l i cs e q u e n c es t r a t i g r a p yc o m b i n i n gt h es e d i m e n t a r yc h a r a c t e r s a n ds e i s m i cd a t a , t h eb o u n d a r i e so ft r a c t sa n ds e q u e n c ea r er e c o g n i z e di nt h eu p p e r m e m b e ro fe 2 s 4l o w - l a y i n g t h et o pb o u n d a r yo ft h es e q u e n c ei sc o r r e s p o n d i n gt ot h e t 6 s e i s m i cr e f l e c t i o n ，a n dt h eb o t t o mi sc o r r e s p o n d i n gt ot h et 6s e i s m i cr e f l e c t i o n t h e u p p e re 2 8 4o f l i n n a nl o w l a y i n gi sd i v i d e di n t oa3 mo r d e rs e q u e n c ec o n t a i n sl a k e t r a n s g r e s s i o na n dl a k er e g r e s s i o nt r a c t s t h i st y p eo fs e q u e n c ei sc a l l e dt - rc y c l i c s e q u e n c e t h e r ea r ed e l t a , f a nd e l t aa n da l l u v i a lf a ni nt h eu p p e rm e m b e ro fs h a s i ( e 2 s 4 ) o f l i n n a nl o w l a y i n gb yt h er e l e v a n td a t as u c ha sc o r e s ，w e l l l o gd a t a , l o gd a t aa n d g e o c h e m i s t r yd a t a t h er e s e a r c ho nt h es e d i m e n te v o l u t i o ni sc o n d u c t e di nt h e s e q u e n c eo f s t r a t i g a p h i c f r a m e t h ed e v e l o p m e n to fs t r a t i g r a p h yi nt h eu p p e rm e m b e ro f s h a s i ( e 2 s 4 ) o fl i n n a nl o w l a y i n g r e f l e c t st h e s e d i m e n t a r y c h a r a c t e r so f s h a l l o w - w a t e ra n db r o a db a s i nd u r i n gt h ep r i v i l e g ep e r i o do ff a u l t e dl a k eb a s i n d u r i n gt h es e d i m e n t a r yp e r i o do ft h eu p p e rm e m b e ro fs h a s i ( e 2 s 4 ) ，t h em a i n m a t e r i a lr e s o u r c ec a m ef r o ms o u t h 、n o r t ha n dw e s t d u r i n gt h ep r i v i l e g ep e r i o do f t h e u p p e rm e m b e ro fs h a s iw h i c hi sm e n t i o n e dl a k et r a n s g r e s s i o nt r a c t s ，t h eb a s i n d e v e l o p m e n t e df i v e r - d e l t as e d i m e n t a r ys y s t e m s ，f l o o d o v e r f l o ws e d i m e n t a r ys y s t e m s a n ds h a ll o wl a k e l a k eb a rs e d i m e n t a r ys y s t e m d u r i n gt h em i d d l e p e r i o do ft h eu p p e r m e m b e ro fs h a s iw h i c hi sm e n t i o n e dl a k er e g r e s s i o nt r a c t s ，t h eb a s i nd e v e l o p m e n t s d e l t as e d i m e n t a r ys y s t e mi nt h es o u t h ，n o r t ha n dw e s ta st h er e s u l to fw e tw e a t h e ra n d t h ew e l l - c o n t r i b u t e dm a t e r i a lr e s o u r c e s d u r i n gt h es a m ep e r i o d ，i td e v e l o p m e n t e d s h a l l o w l a k ea n dl a k e - b e a c h b a rs e d i m e n t a r ys y s t e m si nt h eo t h e rr e g i o no ft h eb a s i n a n ds e m i d e e p l a k es e d i m e n t a r ys y s t e mn e a rt h ec e n t e ro ft h eb a s i n k e y w o r d s ：s e q u e n c es t r a t i g r a p h y ；s e d i m e n t a r yf a c i e s ；t u r b i d i t ys e d i m e n t ； l i n n a nl o w - l a y i n g ；e 2 s 4 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得 玉逵! 垫邀查基丝重蔓挂别吏塑的：奎拦丑窒2 或其他教育机构的学位或证书使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名a 书瞎签字日期：细- p 年多月以日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人 授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学技术信息 研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公 众提供信息服务。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名知节峙 导师签字： 爹鬈放 签字日期：y x 年6 月l 二e t签字日期：如蛄年乡月f 日 临南洼陷沙四上层序地层与沉积相研究 0 前言 o 1 目的与意义 临南洼陷位于渤海湾盆地济阳坳陷的西部，属于惠民凹陷的次级构造单元。 它是胜利油田临盘采油厂重要的油源地区，也是非常具有勘探潜力的后备地区， 洼陷北侧发育的临商断裂构造带聚集了丰富的油气，洼陷内部的火成岩构造和南 侧的斜坡带也形成了工业油气田，表明临南洼陷是一个油气富集区。 油田的勘探开发实践以及前人研究成果都表明研究区e s 3 ( 沙三段) 以上地 层具有良好的含油条件，因而目前勘探和研究的重点都集中在这些地层中。随着 研究区勘探程度的逐渐提高以及难度的加大，迫切需要拓宽勘探研究领域，为后 备储量的增加提供有利的保障。因此加强研究区沙四段的研究正变得越来越重 要。 随着油气勘探工作的逐步深入，发现大、中型构造油气藏的机率越来越小， 为此，勘探重点逐渐由大中型构造油气藏转向中小型地层及岩性等隐蔽油气藏1 1 1 ( 易士威，2 0 0 5 ) ，勘探难度越来越大。此时，加强油气地质科学研究特别是层 序地层学的研究，对发现新的有利地区和有利层位、提高勘探成功率、促进油气 开发等具有特别重要的意义。 随着层序地层学理论的产生，并由海相地层的研究与应用逐渐扩展到陆相地 层的研究与应用，不但逐渐被广大地学工作者所接受，而且取得了巨大的经济效 益。但是，任何- f - j 学科或理论在其产生与发展初期，都会存在这样或那样的问 题或不足，需要在新的研究基础上给予充实、更新和完善。本题目力求应用层序 地层学的基本原理，探索临南洼陷沙四上湖相层序地层的形成机制、层序地层界 面的识别及研究方法，探索湖相层序地层研究模式，充实和完善陆相层序地层学 理论。 o 2 国内外研究现状 层序地层学是7 0 年代末由p r v a i l 教授及其在e x x o n 的同行们r m m i t c h u m 和j b s a n g r e e 等在地震地层学基础上发展起来的1 2 1 。层序地层学 ( s e q u e n c es t r a t i g r a p h y ) 这个词的被广泛接受的定义为：研究以不整合面或与之 相对应的整合面为边界的年代地层格架中具有成因联系的地层1 3 4 l ( v a n w a g o n e r ， 临南洼陷沙四上层序地层与沉积相研究 1 9 9 0 ) 。在层序地层学的理论发展过程中，不同学者提出了不同的层序划分方案， 总体上可以归结为三大学派，即以p r v a i l 等为代表的经典层序地层学派，w - e g a l l o w a y 为代表的成因地层学派和t a c r o s s 为代表的高分辨率层序地层学派 1 4 。上述三大学派均强调了相对海( 湖) 平面周期性变化是层序划分的理论基础， 但关键在于不同学派的层序边界的位置不同。上述三大主要理论体系各放异彩， 基本上代表了现今层序地层学的突出进展，也代表了层序地层学全面蓬勃发展， 真正广泛应用的一个辉煌时期。如今，还出现了不少新的层序地层学概念和发展 方向，如：高频率层序地层学( v a nw a g o n e r 等) 【5 】、生物层序地层学、成岩层 序地层学。层序地层学起源于被动大陆边缘海相沉积地层研究。由于它对地层成 因、地层格架内沉积体系时空展布规律等提出了全新的概念，提供新的地层划分 对比方法和油气预测模式，引发了沉积学和地层学的具有革命意义的进展，在油 气勘探中被世界上许多大油公司视为一种“权威性的工具一。随着不同类型盆地 中的大量实践和勘探技术的进步，层序地层学理论、方法体系日渐成熟，但成熟 模型和经验都来源于海相盆地，而我国则是以陆相含油气盆地占主导地位的。陆 相盆地层序地层的发育特征和控制因素，以及层序构成模式与海相相比有比较大 的差异【6 】。在海相盆地中层序的形成主要受到构造、全球海平面变化、沉积物供 给、气候等因素控制，且v a i l 等强调全球海平面变化是层序的主要控制因素， 认为层序的项、底界面受控于全球海平面变化形成的不整合面，而沉积物的供给、 构造沉降和气候等因素的影响是局部的，构造可能增强或削弱由海平面升降形成 的层序界面。但是湖盆与海盆相比，湖盆具有规模小、多物源、近物源、构造作 用控制明显等特点，且湖盆多彼此孤立、隔绝，盆地成因多样、结构复杂，湖盆 内的沉积作用受气候、构造运动、沉积物供给、绝对海( 湖) 平面升降等因素控 制作用明显( 姜在兴，1 9 9 6 ：纪友亮，1 9 9 8 ；王嗣敏，2 0 0 0 ) ，且上述某一因素 发生变化，均将影响到湖泊层序的形成、发展和消亡1 7 - 9 1 。目前，国内外学者对 陆相湖盆层序发育控制因素的研究主要分为两类：一类是“单一因素控制派， 另一类是“多因素控制 派。解习农( 1 9 9 6 ) 、池英柳( 1 9 9 6 ) 等探讨了构造作 用与层序构成间的关系，并认为幕式构造运动控制了湖盆层序的形成1 1 0 】。张世 奇( 1 9 9 7 ) 探讨了气候对层序的控制，提出了湖泊气候层序l j 。张荣红( 1 9 9 7 ) 探讨了沉积作用对层序地层的影响，认为在富陆源碎屑供给盆地，沉积作用将影 2 临南洼陷沙四上层序地层与沉积相研究 响准层序的叠加模式1 1 2 】。姜在兴( 1 9 9 6 年) 在对济阳坳陷湖相层序地层学研究 时，认为构造运动、沉积物输入、气候变化、海平面升降等因素均能引起湖平面 的升降变化，进而影响和控制层序的发育i i 引。纪友亮等( 】9 9 6 ) 则意识到了不 同类型陆相盆地中主导控制因素不同，形成的层序格架也不同。他把湖盆分为闭 流与敞流两类，区分了盆地与沉积两种不同的基准面和可容空间，认为构造运动 和气候变化是断陷盆地层序发展的主导因素，前者决定了蓄水空间的形成与消 亡，后者决定了闭流盆地或闭流期的层序发育。据此，把层序分为构造层序和气 候层序，前者的层序界面超越了盆地范围，后者仅表现于盆地的边缘i l 引。 o 3 研究内容和路线 0 3 1 研究内容 研究工区为临南洼陷及其以南地区，层位为沙四上亚段，面积近1 3 0 0k m 2 ， 其北以中央凸起与滋镇洼陷相隔，南面由临南斜坡向鲁西隆起过渡。主要研究内 容包括以下几个方面： ( 1 ) 层序地层学研究 利用岩心、地震、测井、录井及分析化验等资料，识别沙四上的层序及体系 域界面，建立整个临南洼陷层序地层格架。通过测井地震互相标定，建立测井 层序地层的区域连井对比剖面，研究各体系域在空间的展布规律。 ( 2 ) 沉积相研究 通过取心井岩心观察、岩相、室内实验分析、粒度、岩矿、古生物、测井和 录井等资料，进行重点井的单井沉积相研究。在单井相研究的基础上，进行区域 和局部地区的剖面相研究。综合分析岩心、古生物、地球化学、薄片等相标志， 充分利用地震和测井资料，以层序地层研究中划出的具有等时意义的层序地层单 元为作图单元，研究临南洼陷沙四上不同时期的沉积体系类型，分布特征以及物 源方向、古水深、古水系、古气候，从而进行全区的沉积相分析、恢复各层序的 沉积环境格局，建立沉积体系，分析沉积体系类型及空间展布规律。 临南洼陷沙四上层序地层与沉积相研究 0 3 2 研究路线 o 4 主要研究成果 ( 1 ) 综合分析地震、测井、岩心和古生物等资料，将临南洼陷沙四上划分 为一个三级层序( 层序1 i ) ，为只发育湖进、湖退体系域的t _ - r 旋回。识别出 层序i i 的顶底界面，分别为沙三下的底界面和沙四下的项界面。最大湖泛面为一 套黑色泥岩。通过井震资料的相互标定，在全区建立了层序格架。 ( 2 ) 根据岩心观察、薄片资料分析、岩石类型、粒度、泥岩颜色等岩矿标 志、化石、沉积构造、测井相、地震相等沉积相标志的研究，认为研究区内主要 发育三角洲相、湖泊相、洪水三角洲相、湖泊相、漫湖三角洲以及漫湖相等。 ( 3 ) 在层序地层格架下，对研究区内的沉积相演化进行了研究。临南洼陷 的沙四上段整个发育过程反映出了断陷湖盆形成初期地层发育的广盆浅水的沉 积特点。临南洼陷沙四上沉积时，南、西、北三个方向都有物源供给。湖进体系 域：在沙四上的早期，气候总体上呈现干热的特点，发育河流一三角洲体系、洪 水漫湖体系和滨浅湖滩坝体系；湖退体系域：在沙四上的中期，气候变得湿润， 物源充分，在北、西、南部都发育了三角洲沉积体系，其余地区发育了发育了滨 浅湖滩坝沉积，在湖盆偏中心的位置还发育一定量的半深湖沉积。 4 临南洼陷沙四上层序地层与沉衫! 相研究 1 区域地质概况 1 1 研究区位置 临南洼陷位于渤海湾盆地济阳坳陷的西南部，为属于惠民凹陷的次级构造单 元【1 5 】。临南洼陷轴线走向北东东( 图1 1 ) ，其北以中央凸起与滋镇洼陷相隔， 南面由临南斜坡向鲁西隆起过渡，构成了北断南超的半地堑式洼吲1 7 】。本次的 研究工区包括临南洼陷及其以南地区，面积近1 3 0 0k m 2 。临南洼陷由北倾的夏 口断层和南倾的临商断层控制，构成不对称地堑式结构。洼陷北侧发育的临商断 裂构造带聚集了丰富的油气，洼陷内部的火成岩构造和南侧的斜坡带也形成了工 业油气田，表明临南沣陷是一个油气富集区。 图l - 1 惠民洼陷构造格架图 1 2 地层发育特征 临南洼陷所在的惠民凹陷主要形成于第三纪，因此，把前第三纪的地层均作 为基底岩层，第三纪和第四纪岩层则作为瓮地的盖层。 ( 1 ) 盆地基底 由于盖层沉积厚度比较大，再加上井深有限，目前在惠民凹陷钻遇基底的井 并不多，仅见有太古界、寒武系、石炭系、二叠系和白垩系。 ( 2 ) 盆地盖层 临南洼陷处于长期沉积中心，地层发育齐全【1 6 】： 临南洼陷沙四上层序地层与沉积相研究 1 ) 孔店组：惠民凹陷钻遇该组地层的井不多。由于在沙四上以前惠民凹陷内 不发育其它次级构造，因此整个惠民凹陷在沙四上以前地层相同，在沙四上以后 由于局部构造影响有些微差别。 2 ) 沙河街组：沙河街组从下而上分为沙四下、沙四上、沙三段、沙二段和沙 一段。其中，沙四上地层又可分为下、上两个亚段。 沙四上下亚段：岩性以灰白色泥岩为主，夹灰白砂岩和黑色碳质泥岩，顶 部含白云质成分，自然电位呈尖峰状、箱状，靠近泥岩基线，电阻率齿状、箱状。 沙四上上亚段：以深灰色灰质砂岩和粉砂岩以及灰色、浅灰色泥岩为主， 较下段生物灰岩增加。自然电位呈箱齿状，电阻率较高。 沙三段地层可分为沙三下、沙三中、沙三上三个亚段。 沙三下亚段以油页岩、深灰色泥岩和钙质泥岩、灰质页岩为主，其次为砂岩。 沙三中亚段以灰色泥岩、褐色油页岩为主，夹火成岩，在中部临商结合带见 有大套灰色砂岩夹泥岩。自然电位曲线总体表现为靠近泥岩基线，砂岩含量较多 处表现为幅度高，呈指状或箱状。电阻率曲线上部较低，呈小齿状，下部电阻率 曲线很高呈尖峰状，见有脊刺华北介、小拟星介、惠东华北介等介形虫化石。孢 粉组合与沙三下亚段相似，麻黄粉属更少，栎粉属含量增加。 沙三上亚段：岩性以灰白色粉砂岩和灰色泥岩互层为特征及碳质页岩间夹少 量薄煤层，自然电位曲线偏负呈指状、箱状、幅度大，电阻率曲线中等呈齿状。 沙二段：下部岩性以灰色、棕色泥岩为主，夹砂岩，自然电位曲线靠近泥岩 基线，电阻率低，曲线呈小齿状；向上颜色变浅，砂泥岩互层，夹少量碳质页岩， 自然电位曲线呈指状偏负，幅度中等，电阻率低值，曲线呈小齿状。本段见有椭 圆拱星介，被子植物以栎属为主。 沙一段：下部为灰色、紫红色泥岩与灰白色粉砂岩、细砂岩互层为特征，夹 少量生物灰岩、灰岩和白云岩；中部为生物灰岩、鲕粒灰岩、针孔灰岩、灰岩及 白云岩与泥岩呈薄互层出现夹少量油页岩：上部以灰色泥岩和棕褐色油页岩为主 夹少量白云岩和粉砂岩，含惠民斗星介、惠民小豆介、李家广北介以及均匀狭口 螺等化石。 3 ) 东营组：下部以灰白色粉、细砂岩与灰色泥岩互层；上部以灰、灰绿、 棕红色泥岩为主，夹少量粉砂岩和薄层泥灰岩。含弯脊东营介、指纹东营介、花 6 临南洼陷沙四上层序地层与沉积相研究 、瘤东营介、车镇华花介等化石1 1 7 1 。 1 3 区域构造特征 1 3 1 构造沉积演化史 临南洼陷是在古生代地台基底基础上形成的，内部地层从古生代到新生代保 存较全，受渤海湾盆地演化过程的影响( 图1 2 ) ，其形成演化大体可以分为中生 代断陷、孔店组沙四上沉积时期的斜坡、沙三段一东营组沉积时期断陷和晚第 三纪坳陷四个阶段1 睨o l 。 从现有的地质及物探资料来看，盆地内外已肯定的中生界地层分布范围广于 下第三系早期，且下第三系底部广泛存在红层，沉积明显受边界断裂控制，逐层 超覆于中生界、古生乔及前寒武系基底之上1 2 1 1 ，临南洼陷早第三纪经历了断陷 初期( 始新世孔店期) 、持续断陷期( 沙四期) 、强烈断陷期( 渐新世沙三一沙二期) 、 持续断陷期( 沙一期) 、和断拗期( 东营期) ，东营末期的东营运动( 华北运动i i 幕) 使惠民凹陷整体抬升，形成早第三纪与晚第三纪之间的区域不整合，临南洼陷也 由小断陷盆地完全转化为坳陷盆地1 2 2 1 。 ( 】) 中生代断陷 地震剖面上表现为t r t 薛的一套反射层，由于钻井揭示较少，具体层位和 沉积特征不太清楚。从残留地层厚度分析，临南洼陷内的地层厚度较中央凸起、 曲堤地垒和临南斜坡厚三分之一至一倍。由于在早第三纪上述构造单元都接受了 沉积，对前新生界的剥蚀时间差异不大，中生代残留地层厚度的差别可能反映出 临南洼陷在中生代就是一个沉降中心。在临南洼陷西部表现为北厚南薄的不对称 地堑，东部表现为在商河和夏口断层附近厚、洼陷中心薄的对称地型2 3 1 。 ( 2 ) 孔店组沙四上沉积时期的斜坡 除在断陷初期临商断层和夏口断层局部活动较强烈外，孔店组一沙四上沉积 时期的临商断层和夏口断层还没有成为控洼断层，临南洼陷主要表现为临南滋 镇大洼陷的斜坡性质，断陷活动主要由滋镇洼陷北部的基山断层控制，地层厚度 总体为自基山断层下降盘向临南地区减薄1 2 4 2 5 】。在东部夏口断层活动相对较强， 在其下降盘有一个小沉降中心，使商河地区两侧地层向该区减薄。孔店组一沙四 上主要沉积了一套滨浅湖相的粉、细砂岩与泥岩互层和火山碎屑岩。由于深层钻 7 临南洼陷沙四上层序地层与沉积相研究 井揭示较少，目前还不太清楚在现今临南洼陷范围内是否有深湖相的良好生油岩 沉积【2 6 - 3 0 。 ( 3 ) 沙三段东营组沉积时期的断陷 从沙三段沉积时期开始，临商断层和夏口断层活动逐步增强，而基山断层对 断陷的控制作用相对减弱，临南从大洼陷中逐步分离出来成为独立的洼陷，并成 为原大洼陷范围内最主要的沉降中心。沉积了一套深湖暗色泥岩至扇三角洲深 水浊积扇砂岩，使临南洼陷成为重要的油气富集单元1 2 8 1 。 由于临商断层活动的差异性，在临南洼陷分化出来的过程中也存在一些差 异。以马寨地区分化最早，从沙三段沉积早期临商断层就开始有明显活动，并逐 步在其下降盘形成一个重要的沉降中心【2 3 1 ，自此向东、西两端分化时间较晚， 直至沙三段沉积晚期临商断层才贯通，构成一条重要的控洼二级大断层，并在其 下降盘形成独立的含油气洼陷1 3 2 。在此演化过程中，夏口断层东段一直保持较 强烈的正断活动，使临南洼陷东部在夏口断层下降盘附近断陷较深。 该断陷期可以分为沙三和沙二段一东营组两个断陷旋回，其间在南部的斜坡 区可以见到明显不整合接触。基山断层因断面变缓从沙三段沉积时期开始正断活 动减弱，受其控制的滋镇洼陷沉降幅度减小，而因临商断层从沙三段沉积时期开 始的活动，一方面是对基山断层活动减弱的调节，另一方面因断面较陡而控制的 沉降幅度较大。在沙二段东营组断陷旋回，在临商断层的控制下，与北部滋镇 洼陷完全是两个独立洼陷的沉积体系1 2 7 1 。因此，临南洼陷西端北深南浅与东端 南深北浅不对称地堑的构造格局主要在是在沙三段断陷旋回形成，而在沙二段 东营组断陷旋回定型1 3 引。 ( 4 ) 晚第三纪第四纪坳陷 东营组沉积末期盆地全面充填而消亡，之后渤海湾盆地整体抬升、遭受剥蚀。 晚第三纪渤海湾盆地又发生整体坳陷，沉积了馆陶组和明化镇组的冲积河湖相 碎屑岩，上、下第三系之间为区域不整合l 勿。临南洼陷区主要表现为洼陷中心 厚、向四周减薄的坳陷型沉积。 8 临南洼陷沙四上层序地层与沉积相研究 太行山 一也 牛驼沧县j 嗲垒田 i t _ _ 爹零宙7 j 警 胶辽 一， 。分- 黟萨。歹4 0 一耻二一 1 3 2 主要断裂体系 ：i 霎鼍萝一_ 一每、 图1 - 2 区域构造演化史 临南洼陷位于临商断层与夏口断层之间，呈北东东向的不对称地堑式结构。 这种不对称性不仅表现在南北两侧的断层活动强度不一，而且东西两端表现也不 一致：东端的夏口断层活动强度大于商河断层的活动强度，形成南深北浅的不对 称地堑，北侧的商河断层表现为断阶向中央凸起过渡；西端的临邑断层活动强度 大于夏口断层活动强度，构成北深南浅的不对称地堑结构；在孟家寺至魏家集附 近形成近对称地堑式结构的构造转换带。西端不对称地堑北部形成了两个沉降中 心，分别位于田家的东、西部，东端不对称地堑的沉降中心位于玉皇庙的南部。 洼陷总体沉降中心偏向于西端，三个沉降中心的沉降幅度自西向东减小。该洼陷 在新生界沉积前就存在，新生代断陷作用初期临商断层还明显活动，但在沙三段 沉积前，主要表现为临南滋镇大洼陷的斜坡区，直到沙三段沉积时期开始，随 着临商断层活动的加强和中央凸起的形成，临南才又成为独立的洼陷。 在临邑地区内的众多断层中，对油气成藏最主要的断层有三条：即临商断层、 夏口断层和营子街断层。 ( 1 ) 临商断层 平面上从唐庄以北东、北东东弧形弯曲延伸到商河一带转为近东西向，总体 9 临南洼陷沙四上层序地层与沉积相研究 呈北东东向横贯全区，倾向南南东。为中央凸起与临南洼陷的分界断层，- 并对临 南洼陷的形成演化起主要控制作用。剖面上主断层主要为铲形或座椅式，并常伴 生有次级小断层，与主断层构成马尾状、羽状或“卷心菜”状。断层向上断达明 化镇组，向下断开基底，控制了明化镇组以下中、新生代地层的沉积。断层上升 盘主要为断块油藏和不整合油藏；断层下降盘以逆牵引背斜油藏和岩性油藏为 主，同时有火山岩油藏和断块油藏。 如前所述，临商断层实际上是由一系列雁列断层系组成。西段习惯称之为临 邑断层，主断层比较明显，平面上呈弧形向东撒开，剖面上呈铲形或座椅式，在 主断层上升盘发育鼻状单面潜山及其上覆披覆构造，在其下降盘则发育滚动背斜 或鼻状构造，并有一系列小断层与主断面斜交，构成羽列断层系。东段为商河断 层，主断层不太明显，实际上是由一系列平行断层构成的断阶，断层在剖面上呈 铲形或平面状。因此，主要发育断块构造。 由于没有恢复中生界的剥蚀厚度，无法计算其生长指数，但从残余地层厚度 来看，下降盘较上升盘厚三分之一到一倍，表明临南洼陷可能是一个中生代的继 承性洼陷。但在新生代早期断层活动强度不大，除新生界底部断层活动较强外， 沙四段到孔店组的生长指数一般都小于1 ：8 ；沙三段至沙二段沉积时期断层活动 较强，生长指数为1 2 6 2 7 6 ：沙一段和东营组主要保存在断层下降盘，上升盘大 部分地区缺失。在各个断层活动时期，活动强度有自西向东减弱的趋势。 ( 2 ) 夏口断层 平面上从禹城到斜庙锯齿状横贯全区，总体走向北东东，由不同段的近东西 和北东向断层组成，倾向北北西。为临南洼陷与曲堤地垒和临南斜坡的分界断层， 并控制临南洼陷的形成演化，与临商断层一起，构成临南洼陷的地堑式结构，但 活动强度相对临商断层较小。在走向为北东的区段，下降盘常有一系列近东西向 小断层与主断层斜交，构成羽列断层系。对形成断块圈闭有利，并表明工区的伸 展方向为近南北向。剖面上，夏口断层以铲形或平面式为主。 断层活动期与临商断层一致，中生代可能就已表现为正断活动，在上、下降 盘保存的中生界厚度有明显的差异；在沙四段至孔店组沉积时期，断层活动较弱， 生长指数为1 0 6 - 1 6 0 ：在沙一至沙三段沉积时期为断层活动最强烈阶段，生长指 数可达2 7 ；从沙一段沉积时期开始，断层活动强度逐渐减弱，东营组的生长指 1 0 临南洼陷沙四l 层序地层与沉积相研究 数约1 1 左右；断层断入上第三系，但在晚第三纪的活动已较微弱。与临商断层 活动趋势相反，自西向东断层活动强度增强。 ( 3 ) 营子街断层 位于临南洼陷内，平面上从杨庙向西与夏口断层近平行横贯全区，总体走向 近东西，向北倾向北北西。剖面上，营子街断层从基底切割到明化镇组，以铲形 或平面式为主。尽管断距不太大，但活动时间长，从断陷期一直活动到明化镇组 沉积时期。 营子街断层分布在深洼陷内部，活动时期长、活动强度小的特点表明：营子 街断层对构造演化的控制作用不是很大，只是以规模较大而列为三级断层。但对 流体的垂向输导作用可能很大，特别是在缺乏有效流体输导系统的临南洼陷的深 洼内，可能对油气垂向运移有重要作用。而且，从渤海湾盆地其它地区断层在油 气运移和聚集的作用来看，一般主要是活动强烈的一、二级大断层在晚期才有明 显活动，而这种早期活动并不太强烈的断层在晚期的活动本身大多与流体活动有 关，也就是构造应力与沉积层内部流体压力共同作用的结果。在营子街附近，断 层带有些地震反射不太清晰带，有可能是超压流体垂向运移扰动的结果。因此， 营子街断层可能是i 临南洼陷内重要的油气垂向运移通道，沿之可在生油层系之上 形成油气藏。 临南洼陷沙四上层序地层与沉积相研究 2 层序地层学研究 层序地层学是地质学领域内的一门综合性边缘学科，它吸收了沉积学、石油 地质学、地层学和地球物理学等学科的精髓，根据地震、钻井、岩心和露头资料 以及有关沉积环境和岩相，并综合考虑构造升降、气候变化和沉积物输入等参数 进行综合解释，建立以地层不连续面为边界的成因上有联系的旋回性地层的年代 地层学体系3 3 羽】。层序地层学研究的核心是建立起等时地层格架，因而如何识别 和划分各级层序单元是层序地层研究必须面对的首要问题。 在前人的研究成果的基础上，综合分析地震、测井、岩心、录井、古生物等 资料，结合研究区内盆地演化特征和构造运动特征，临南洼陷沙四上亚段划分为 一个三级层序，即沙四上为一个三级层序。本次研究认为沙四上为t - r 旋回层序， 进一步划分为两个体系域，即湖进一湖退体系域。沙四上的底界面为t 6 反射层， 顶界面为t 6 反射层。 2 1 层序地层理论基础 2 1 1 层序地层基本概念及意义 ( 1 ) 层序的概念 地层层序( s t r a t i g r a p h i cs e q u e n c e ) 一词是s l o s s 在19 4 8 年北美地质学会年会的 沉积相和地质历史研讨会上提出的，标志着“层序 这一概念的萌发。经过几十 年的发展，理论上主要形成三大层序地层学派，即以p r v a i l 等为代表的经典 层序地层学派，w e g a l l o w a y 为代表的成因地层学派和t a c r o s s 为代表的高 分辨率层序地层学派。目前，层序地层学( s e q u e n c es t r a t i g r a p h y ) 这个词被广泛接 受的定义为：研究以不整合面或与之相对应的整合面为边界的年代地层格架中具 有成因联系的地层。层序是以不整合和与之相对应的整合为界的一套相对整一、 有成因联系的地层序列1 3 2 3 4 1 。层序是一套相对整一的、成因上存在联系的、顶 底以不整合面或于之对应的整合面为界的地层单元。层序是具有年代意义的地层 单位，层序内部相对整合的地层形成于同一基准面升降旋回中，层序是由成因上 有联系的多种沉积相在纵向上和横向上的有序组合。层序是层序地层学研究的基 本单元。一个沉积层序可以包含若干个不同类型的沉积体系域以及准层序组和准 层序。 临南洼陷沙四上层序地层与沉积相研究 ( 2 ) 体系域的概念 体系域是指一系列同时期形成的沉积体系的组合。体系域是由个或多个准 层序或准层序组组成的。在一个层序内部可划分出多个体系域，分别对应不同时 期及其位置的沉积组合。 ( 3 ) 准层序及准层序组的概念 准层序( p a r a s e q u e n c e ) 是以洪泛面或与之相应的界面为边界的一组有内在 联系、相对整合的岩层或岩层组序列。准层序形成的时间范围为几百一几万年， 一般厚度在几米一几十米，分布范围几几十平方公里，从地震资料上很难识别出 来，通常只能从测井、岩心和露头资料上识别。在内部结构上多数准层序具有反 韵律性特征1 3 6 】 准层序组( p a r a s e q u e n c es e t s ) 为以较大洪泛面及其对应面为界的、成因上有 联系的准层序所构成的一种特定叠置模式1 2 8 】( v a nw a n g o n e r 等，1 9 8 7 、1 9 8 8 、 1 9 9 0 ) 。准层序组是根据准层序的叠置方式来确定的。准层序组的识别是进行测 井层序分析的基础。在准层序组中准层序的叠置方式，按照沉积速率与可容纳空 间增长速率的比值，可以划分出前积型、退积型和加积型准层序组。前积型准层 序组是由向上变粗的准层序叠置而成：退积型准层序组一般由向上变细的准层序 叠置而成，也可由向上变粗的准层序叠置而成，但总体上是向上水体变深或呈水 进型式；加积型准层序组是由向上变粗的准层序叠置而成，但总体上水深没有大 的深浅变化。虽口界面上下为不同的准层序叠加模式。 2 1 2 层序界面划分原则 层序地层分析是以沉积层序组合时间单元为研究对象的1 3 8 】( 表2 1 ) 。考虑到 层序的同期沉积特点，进行层序单元划分和对比应遵循如下原则： ( 1 ) 等时性原则：所划分和对比的各级层序为同期沉积，为同一期幕式构 造旋回形成的地质单元。为了确保等时性，层序划分和对比按由大到小的顺序逐 级进行，充分考虑各级层序展布规律。 ( 2 ) 最大间断原则：应首先选择规摸最大、间断持续时间最长的层序界面 进行追踪对比。通常选择不整合面以及与之相对应的整合面。 ( 3 ) 统一性原则：对已确定的层序级别和类型进行横向追踪时，应考虑界 临南洼陷沙四上层序地层与沉积相研究 面展布的统一性，超层序可在全盆地范围内统一，层序应在一个凹陷内统一，准 层序组单元应在统一的构造带内统一，准层序及其以下的层序单元可能仅在同一 沉积体系内统一。 ( 4 ) 沉积旋回规模一致性原n - 在同一体系域内，沉积旋回类型及分布是 基本一致的。通过不同尺度的沉积旋回体划分和对比，进行目的层的高分辨率层 序格架体系划分1 3 t i 。 表2 1 陆相盆地层序划分级别对应结果表( 据) 0 ：i 缌执 缓f ，：- j 。：级l ：，弘珂tj ，：j i - 弁爿| i ，：，i - f 、唑i ? l n i 舒女n 一；盅5 5 禽i i i j 分如在f i i1 篮潮泛晰城il i i ! 二i l i ，i 嵋泛l f i i 置，：，亏i 生i ，上。：毋j 缘i i 故地 r 4 1 i 勺跚地l k蝶湖泛m i 之f i 1之n i 1 j ：i n i 牡： k j 0 ( 吐奄化l构恐j 盈i q 肢c 候变 佝垃、7c f 戈、渺c f 戈、讹7 i i 变 - 挝! i 世7 巳崔1 7 l f i f f t 崭化j i 起湖r i i r t 。辫m i 、物源蹙化化垃功激i q 最 0 ：b ；洗。： tj 五：私：锰 盐地内0 c 社；雠p 7 ；竹鲰i 旋“? ：“沁，； ，也i ，：珏；i叫”1l 绒歧咂小轲i r 纰厦生小的 专f i ”1r鲤地l ：1 1 f “1j- 个0 ：髟【 【t 二 t- j 。j 也0 ：舭似地k ：r r l 伸彘咒厅式 血h i - j7 ut 、：1 。 ： i l1 l j2 50 i 0 it 1 u 2i j o i j tj 皇i n l