發(fā)布時(shí)間：2021-08-04所屬分類(lèi)：工程師職稱(chēng)論文瀏覽：1次
摘 要： 摘 要 渤海灣盆地東營(yíng)凹陷孔一段沙四下亞段(孔店組一段和沙河街組四段下部)陸相紅層表現(xiàn)為紅 灰組合、以紅為主的地層面貌，有別于過(guò)去認(rèn)為的全紅，其沉積過(guò)程和沉積模式的深入解剖對(duì)于了解中國(guó)東部始新世早期區(qū)域構(gòu)造古地理特征和古氣候演變過(guò)程、指導(dǎo)濟(jì)陽(yáng)坳
摘 要 渤海灣盆地東營(yíng)凹陷孔一段—沙四下亞段(孔店組一段和沙河街組四段下部)陸相紅層表現(xiàn)為“紅 —灰組合、以紅為主”的地層面貌，有別于過(guò)去認(rèn)為的“全紅”，其沉積過(guò)程和沉積模式的深入解剖對(duì)于了解中國(guó)東部始新世早期區(qū)域構(gòu)造古地理特征和古氣候演變過(guò)程、指導(dǎo)濟(jì)陽(yáng)坳陷深層油氣資源的勘探和開(kāi)發(fā)具有重要的意義。綜合地震、測(cè)井、巖心、錄井和分析測(cè)試資料，對(duì)該地層的沉積特征和沉積演化過(guò)程進(jìn)行了深入研究，提出了陸相紅層洪水漫湖—時(shí)令湖沉積模式。研究表明目的層沉積相類(lèi)型多樣，除了沖積扇、辮狀河、洪水漫湖和干鹽湖，還包括湖泊、近岸水下扇和風(fēng)暴相。干旱期發(fā)育了沖積扇—洪水漫湖— 干鹽湖沉積組合，其中在凹陷邊緣為沖積扇沉積，向內(nèi)部過(guò)渡為洪水漫湖沉積，在凹陷的北部洼陷帶演變?yōu)楦甥}湖。間歇性濕潤(rùn)期主要發(fā)育了湖泊沉積，在斜坡帶為灰綠色濱淺湖灘壩砂、壩間泥，北部的利津— 民豐洼陷演變?yōu)榘肷詈?mdash;深湖沉積，凹陷北部陡坡帶沖溝部位則發(fā)育了近岸水下扇體。推測(cè)區(qū)域構(gòu)造古地理、原型盆地特征、古緯度、古物源和古水流方位及周期性變化的古氣候條件共同控制了上述地層的發(fā)育。
關(guān)鍵詞 陸相紅層;東營(yíng)凹陷;始新統(tǒng);洪水漫湖;時(shí)令湖沉積
0 引言
渤海灣盆地東營(yíng)凹陷孔一段—沙四下亞段(孔店組一段和沙河街組四段下部)發(fā)育了巨厚的陸相紅層。以往的研究?jī)H關(guān)注該套地層中的紅層本身，認(rèn)為從盆緣到洼陷帶紅層及相關(guān)的鹽湖沉積具有分帶性，凹陷邊緣發(fā)育了沖積扇，緩坡帶為漫湖三角洲和漫湖灘壩，至洼陷帶主要沉積了膏質(zhì)泥巖和膏鹽巖[1-8]，沉積水體具有高頻振蕩性[5,9]。少數(shù)學(xué)者也認(rèn)為該地層中存在風(fēng)成砂巖和風(fēng)塵泥質(zhì)巖等風(fēng)成沉積物[10]。
孔一段—沙四下亞段沉積期對(duì)應(yīng)新生代東營(yíng)凹陷裂陷發(fā)育的早期，凹陷的不同構(gòu)造部位古地形存在明顯差異[11];同時(shí)，這一時(shí)期古氣候雖然整體表現(xiàn)為干旱、炎熱的特征，但是還存在干濕交替的變化過(guò)程[12]。上述構(gòu)造和富有特色的氣候特征在地層中產(chǎn)生了豐富的沉積相類(lèi)型。筆者在對(duì)其沉積體系進(jìn)行剖析時(shí)發(fā)現(xiàn)，在紅層背景中還存在多套旋回狀穩(wěn)定分布的、相對(duì)紅層而言較薄的(分米級(jí)—米級(jí)尺度)、以灰綠色為主的“異色”薄砂泥巖沉積層。這些沉積層與相鄰的紅層表現(xiàn)為突變接觸，同時(shí)具有與紅層全然不同的沉積相類(lèi)型，前者主要為洪水漫湖沉積，后者則表現(xiàn)出湖泊沉積特征。這一現(xiàn)象在全球不同陸相沉積盆地的紅層都有出現(xiàn)[13-18]，而在孔一段—沙四下亞段的出現(xiàn)動(dòng)搖了過(guò)去認(rèn)為的、單一的洪水漫湖沉積模式。因此，通過(guò)綜合孔一段—沙四下亞段最新的地震、測(cè)井、巖心、錄井和分析測(cè)試等資料，對(duì)其沉積體系進(jìn)行再認(rèn)識(shí)，提出了洪水漫湖—時(shí)令湖沉積模式，認(rèn)為地層中存在兩類(lèi)特征迥異的沉積相組合，分別為干旱期的沖積扇—洪水漫湖—干鹽湖沉積組合和周期性濕潤(rùn)期的湖泊—近岸水下扇沉積組合，前者包含干旱型沖積扇、辮狀河、洪水漫湖和干鹽湖等沉積相類(lèi)型，后者則包括湖泊、近岸水下扇和局部發(fā)育的風(fēng)暴相，其中湖泊相又可劃分為濱淺湖、半深湖和深湖等亞相類(lèi)型。在整個(gè)地層發(fā)育時(shí)期，對(duì)應(yīng)兩類(lèi)沉積組合的沉積過(guò)程交替發(fā)生。這一認(rèn)識(shí)有助于更好地揭示始新世早期中國(guó)東部的區(qū)域構(gòu)造古地理環(huán)境和古氣候特征，深入理解這一時(shí)期區(qū)域古氣候的“緯向分帶特征”[19-21]，并指導(dǎo)濟(jì)陽(yáng)坳陷“紅層”儲(chǔ)層的勘探和開(kāi)發(fā)，同時(shí)，能夠?qū)ο嗤蛳嗨频貙拥某练e過(guò)程、沉積環(huán)境和沉積控制因素的研究起到很好的指導(dǎo)作用。
1 地質(zhì)概況
東營(yíng)凹陷是我國(guó)渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)坳陷東南部的一個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元(圖 1)，是在華北古生界基巖古地形背景上經(jīng)多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)發(fā)育而來(lái)的一個(gè)中新生代半地塹陸相疊合構(gòu)造單元 [25-26]。凹陷北斷南超、北陡南緩，西部以青城凸起和林樊家構(gòu)造為界，與惠民凹陷相毗鄰，北部以陳家莊凸起為界，與沾化凹陷相鄰，東部通過(guò)青南洼陷與青東凹陷相連通，南部緊鄰魯西隆起和廣饒凸起，四面環(huán)山，整體呈北東向展布[7,11]。根據(jù)斷裂體系及構(gòu)造特征，凹陷進(jìn)一步被劃分為北部陡坡帶、中央洼陷帶和南部緩坡帶，每個(gè)構(gòu)造帶內(nèi)又可以劃分為幾個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元。
區(qū)內(nèi)地層包括太古界、古生界、中生界和新生界，且以新生界為主，缺失元古界、上奧陶統(tǒng)、志留系、泥盆系、下石炭統(tǒng)、上二疊統(tǒng)、三疊系和古新統(tǒng)[25]。新生界古近系從下往上又依次發(fā)育孔店組、沙河街組和東營(yíng)組。按照巖性組合特征，東營(yíng)凹陷孔店組細(xì)分了孔二段和孔一段，沙河街組細(xì)分了沙四段、沙三段、沙二段和沙一段，其中，沙四段進(jìn)一步劃分為沙四下亞段和沙四上亞段(圖 2a)。由于孔一段和沙四下亞段都表現(xiàn)為紅層特征，因此習(xí)慣將二者并稱(chēng)為孔一段—沙四下亞段。凹陷不同構(gòu)造部位的巖性存在差異�？滓欢卧诎枷荼辈慷钙聨Оl(fā)育深灰色砂礫巖和礫巖;洼陷帶為白色、灰白色、灰色碳酸鹽巖、膏鹽巖、鹽巖、石膏與深灰色—黑色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖互層;中央隆起帶、南部緩坡帶為紫紅色泥巖與棕紅色、灰色砂巖、粉砂巖不等厚互層(圖 2b)，部分地區(qū)巖石顏色出現(xiàn)“全紅”[3,10];下伏孔二段主要為暗色湖相泥巖沉積，夾薄層砂巖。沙四下亞段巖性具有繼承性，北部陡坡帶為深灰色砂礫巖;中央洼陷帶為深灰色泥巖與碳酸鹽巖、膏鹽巖互層，向南部凹陷邊緣變?yōu)樽霞t色泥巖夾棕色、棕褐色粉砂巖和砂質(zhì)泥巖，可見(jiàn)灰綠色砂泥巖夾層。
2 沖積扇—洪水漫湖—干鹽湖沉積組合
2.1 干旱型沖積扇
區(qū)內(nèi)沖積扇從主要的供源山口呈放射狀向盆內(nèi)堆積，遠(yuǎn)端漸變?yōu)槁旌掀�，按照扇體沉積物特征的差異，可以進(jìn)一步劃分為扇根、扇中和扇緣三個(gè)亞環(huán)境。扇根主要發(fā)育紫紅色中礫巖、細(xì)礫巖和含礫砂巖，礫石成分與沖積扇所在地區(qū)基巖的巖性有關(guān)，其中金家—柳橋地區(qū)、平南斷層的下降盤(pán)礫石以石英巖礫為主，也可見(jiàn)玄武巖礫或灰?guī)r礫，粒徑在 2~6 mm 之間，最大可達(dá) 2 cm;青坨子凸起一帶礫石主要為火成巖礫和泥礫，粒徑在 1~2 cm 之間，最大超過(guò)巖心尺寸;青城凸起一帶礫石也以石英巖礫為主。扇根沉積類(lèi)型主要為泥石流和河道沉積，其中泥石流沉積泥、砂、礫混雜，礫石可直立或大角度斜列，分選差，磨圓中等偏差，主要表現(xiàn)為雜基支撐(圖 3a);局部層段可見(jiàn)粒序?qū)永�，而�?dāng)?shù)[石混雜堆積時(shí)，則更多地表現(xiàn)為塊狀層理。河道沉積由砂、礫沉積物組成，成層性一般，但較泥石流沉積好，可見(jiàn)沖刷—充填構(gòu)造(圖 3b)和粒序?qū)永硖卣鳌?/p>
相關(guān)期刊推薦：《沉積學(xué)報(bào)》Acta Sedimentologica Sinica(雙月刊)1983年創(chuàng)刊，主要刊載沉積學(xué)、沉積礦產(chǎn)、地球化學(xué)以及相關(guān)分支學(xué)科、交叉學(xué)科的基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究的創(chuàng)新性研究成果和高水平論文，介紹沉積學(xué)研究的新技術(shù)、新理論及國(guó)內(nèi)外最新沉積學(xué)論著，同時(shí)也報(bào)導(dǎo)有關(guān)學(xué)術(shù)活動(dòng)、學(xué)科研究動(dòng)態(tài)及學(xué)術(shù)思想的討論和爭(zhēng)鳴。
扇中具有較為明顯的牽引流沉積作用，發(fā)育河道沉積和漫流沉積。巖性主要為紫紅色含礫砂巖、粉砂巖、砂質(zhì)泥巖和泥巖等。河道沉積的砂巖和粉砂巖層可見(jiàn)斜層理或平行層理(圖 3c，d)。相比較扇根處，扇中沉積物的粒度整體變細(xì)。扇緣位于沖積扇的遠(yuǎn)端，缺少明顯的河流沖刷作用，但仍然可見(jiàn)牽引流特征，主要發(fā)育漫流沉積。巖性主要為紫紅色或棕紅色含礫砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖，可見(jiàn)具生物擾動(dòng)的塊狀砂巖(圖 3e)、塊狀泥巖(圖 3f);砂巖分選較好，有時(shí)也可見(jiàn)平行層理。沖積扇上不同類(lèi)型的沉積物具有不同的粒度概率累計(jì)曲線。扇根泥石流沉積具有重力流沉積特征，在概率累計(jì)圖表現(xiàn)為單段式，而河道沉積兼有重力流和牽引流的水動(dòng)力特征，多見(jiàn)低斜兩段式;扇中辮狀水道也是低斜兩段式，而漫流沉積主要為低截點(diǎn)高斜兩段式;扇緣沉積物粒度進(jìn)一步變細(xì)，概率累計(jì)曲線可見(jiàn)為低截點(diǎn)高斜兩段式、高截點(diǎn)高斜兩段式和細(xì)粒三段式等[28]。
單個(gè)沉積旋回均表現(xiàn)為下粗上細(xì)的特征，代表了沖積扇中一次完整的洪水事件，對(duì)應(yīng) GR 曲線的測(cè)井相主要為鐘形。測(cè)錄井和巖心觀察顯示進(jìn)積型和退積型的相序在孔一段—沙四下亞段都有發(fā)育，但以退積型相序?yàn)橹?圖 3g)。不同地區(qū)沖積扇的地震相特征存在差異，在青坨子凸起一側(cè)沖積扇主要表現(xiàn)為雜亂前積反射相，而在凹陷南部邊緣表現(xiàn)為無(wú)反射結(jié)構(gòu)相。
2.2 辮狀河
辮狀河出現(xiàn)在凹陷周緣、沖積扇的前端，巖性為紫紅色細(xì)砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖。鏡下觀察巖石主要為長(zhǎng)石砂巖、巖屑長(zhǎng)石粉砂巖(圖 4a)。顆粒成分包括石英、長(zhǎng)石(鉀長(zhǎng)石和斜長(zhǎng)石)和巖屑，且以巖漿巖和變質(zhì)巖巖屑為主(圖 4b);泥質(zhì)雜基為 2%~35%，膠結(jié)物主要為方解石和鐵方解石。顆粒粒徑在 0.06~0.25 mm 之間，分選中等偏差，顆粒多呈次棱狀，支撐方式為顆粒支撐、點(diǎn)—線接觸。沉積構(gòu)造包括槽狀交錯(cuò)層理、板狀交錯(cuò)層理、平行層理、沖刷面以及生物潛穴，生物潛穴可見(jiàn)明顯的回填構(gòu)造(圖 5a~e)。粒度概率累計(jì)曲線表現(xiàn)為高截點(diǎn)高斜兩段式(圖 6a)，且以發(fā)育跳躍次總體為主要特征，含量大于 60%，分布范圍在 1~3.5 Φ，兩個(gè)粒度次總體的交切點(diǎn)在 3~4 Φ 之間。
辮狀河二元結(jié)構(gòu)的頂層欠發(fā)育或者完全缺失，主要發(fā)育下部的細(xì)砂、粉砂巖層。單個(gè)沉積序列中砂體厚度最大可達(dá) 4 m，從底部的沖刷侵蝕界面向上可依次發(fā)育塊狀層理、槽狀交錯(cuò)層理和平行層理等(圖 5f);生物潛穴在局部較為發(fā)育。與沉積序列相對(duì)應(yīng)，SP 曲線測(cè)井相主要表現(xiàn)為鐘形或箱型特征，前者反映了下粗上細(xì)的正旋回，箱形特征則暗示單個(gè)沉積旋回的頂積層欠發(fā)育或不發(fā)育。地震反射剖面為亞平行的中振中連反射相，反映其沉積時(shí)研究區(qū)內(nèi)沉降較為穩(wěn)定，辮狀河穩(wěn)定發(fā)育。
2.3 洪水漫湖
洪水漫湖沉積與近源陣發(fā)性洪水向湖盆的注入及隨之而來(lái)的沉積作用有關(guān)，孔一段—沙四下亞段以漫湖混合坪為主，按照沉積特征的差異又劃分為漫湖泥和漫湖砂兩種。 2.3.1 漫湖泥漫湖泥巖性為紫紅色粉砂質(zhì)泥巖、泥巖和膏質(zhì)泥巖。沉積構(gòu)造以塊狀層理為主，反映了沉積物快速卸載的過(guò)程，其他沉積構(gòu)造少見(jiàn)。粒度曲線反映多種類(lèi)型的粒度分布特征，有兩段式，如低斜兩段式、低截點(diǎn)高斜兩段式、高截點(diǎn)高斜兩段式(圖 6b)，也有三段式，如細(xì)粒三段式和四段式(圖 6c)等，不同的粒度曲線特征反映了沉積物中跳躍次總體和懸浮次總體比率的變化，推測(cè)可能與洪水的運(yùn)移距離有關(guān)，在近源區(qū)主要為低斜兩段式，反映了重力流向牽引流過(guò)渡的特征，在遠(yuǎn)源區(qū)粒度概率曲線變得多樣化。
漫湖泥的底界可具有不同程度的沖刷特征，裹挾了下伏或鄰層的沉積物(圖 7a)，層內(nèi)局部可含膏質(zhì)團(tuán)塊(圖 7b)。垂向上，相應(yīng)層段缺乏明顯的粒序或相序特征，對(duì)應(yīng)箱形測(cè)井相，反映沉積物供應(yīng)充足、無(wú)粒序特征(圖 7c)。漫湖泥與湖泊沉積互層，共同表現(xiàn)為中振中連發(fā)散反射相。
2.3.2 漫湖砂
漫湖砂是混合坪中的砂質(zhì)沉積物，按照巖性、沉積構(gòu)造和沉積序列的差異又分為漫湖砂壩和漫湖砂灘兩類(lèi)。漫湖砂壩是漫湖湖泊發(fā)育期在凹陷斜坡帶形成的砂體類(lèi)型，巖性主要為棕紅色、紫紅色細(xì)砂巖，次為粉砂巖。顯微薄片顯示巖石主要為巖屑長(zhǎng)石砂巖(圖 4c)，顆粒包括石英、長(zhǎng)石(鉀長(zhǎng)石和斜長(zhǎng)石)和巖屑，且以變質(zhì)巖巖屑為主(圖 4d)，鐵染泥質(zhì)雜基含量變化較大，膠結(jié)物主要為方解石和硬石膏。顆粒粒徑一般在 0.13~0.25 mm，分選中等偏差，顆粒多呈次棱狀，支撐方式為顆粒支撐。砂體中常含有細(xì)礫級(jí)的泥礫，局部還可見(jiàn)石英巖礫石(圖 8a)。沉積構(gòu)造以沖洗交錯(cuò)層理為主(圖 8b)，也可見(jiàn)高角度斜層理和平行層理。概率累計(jì)曲線主要為高截點(diǎn)高斜兩段式(圖 6d)，包括一個(gè)較高斜率的跳躍次總體和懸浮次總體，跳躍次總體含量多大于 65%，兩個(gè)粒度次總體的交切點(diǎn)一般小于 4 Φ。垂向上，漫湖砂壩的厚度多大于 4 m，底部可見(jiàn)含定向泥礫的沖刷面，向上沖洗交錯(cuò)層理和高角度斜層理疊覆組合，組成較厚的塊狀砂壩層，對(duì)應(yīng) GR 和 SP 測(cè)井曲線常表現(xiàn)為箱形特征(圖 8c)。
漫湖砂灘是漫湖混合坪的主要砂體類(lèi)型，單砂體厚度薄且結(jié)構(gòu)和構(gòu)造與漫湖砂壩存在明顯差異。巖性主要為紫紅色粉砂巖，顯微薄片顯示巖石主要為巖屑長(zhǎng)石粉砂巖(圖 4e)，顆粒包括石英、長(zhǎng)石(鉀長(zhǎng)石和斜長(zhǎng)石)和巖屑，且以變質(zhì)巖和巖漿巖巖屑為主(圖 4f)。顆粒粒徑一般在 0.13~0.25 mm，多小于 0.1 mm，分選中等偏差，顆粒多呈次棱角狀，支撐方式為顆粒支撐，泥質(zhì)雜基含量為 2%~10%，膠結(jié)物主要為硬石膏和方解石。沉積構(gòu)造包括浪成砂紋層理、雙向交錯(cuò)層理和脈狀層理等(圖 8d~f)。其粒度分布特征主要為高截點(diǎn)高斜兩段式(圖 6e)，包含一個(gè)跳躍次總體和一個(gè)懸移次總體，且跳躍次總體含量占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，含量多大于 65%，跳躍次總體斜率中等，表示其分選中等。兩個(gè)次總體交切點(diǎn)相對(duì)較高，多大于 4 Φ，反映沉積物粒度整體偏細(xì)。漫湖砂灘在垂向上以反粒序或復(fù)合粒序?yàn)橹鳎家?jiàn)正粒序特征，底部多與漫湖泥巖突變接觸。與垂向沉積序列相對(duì)應(yīng)，GR 曲線主要表現(xiàn)為漏斗形(圖 8g)或鐘形—漏斗形，代表反粒序和復(fù)合粒序結(jié)構(gòu)。
2.4 干鹽湖
干鹽湖巖性包括紫紅色含膏泥巖、灰色含膏泥巖、膏質(zhì)泥巖、泥膏巖、膏巖、含鹽泥、鹽膏巖、膏鹽巖以及灰白色鹽巖。與蒸發(fā)巖互層的既有氧化色的砂泥巖，也有非氧化色的粉砂巖和泥巖，且兩種不同顏色的碎屑巖地層具有明顯的分布規(guī)律，即紅層主要位于東營(yíng)凹陷郝科 1—勝科 1—新東風(fēng) 10—萊深 1 一線，灰色、深灰色砂泥巖地層位于更往北的洼陷中心(如豐深 2 所在區(qū)域)，暗示二者在成因上存在差異。氧化色的碎屑巖主要是洪水漫湖或辮狀河沉積，而還原色的細(xì)碎屑巖主要是湖相沉積�？滓欢蔚缴乘南聛喍�，東營(yíng)凹陷北部邊界不斷北移，導(dǎo)致沉降中心也不斷北移，因此不存在一個(gè)穩(wěn)定的沉降中心，在間歇性濕潤(rùn)期和季節(jié)性雨季，北部洼陷中心為有水的小范圍湖泊，使得蒸發(fā)巖和還原色砂泥巖地層在縱向上以特定的沉積序列頻繁互層;而漫湖湖泊在濃縮的過(guò)程中，當(dāng)水體達(dá)到蒸發(fā)巖的飽和度時(shí)，在早期的紅層之上沉淀了膏鹽巖等蒸發(fā)巖系，之后又被下一次的季節(jié)性漫湖沉積物所覆蓋。——論文作者：年濤 1,2，姜在興 3，王貴文 4，賈光華 5，閆曉倩 3，孟嘉軼 3，呂江鋒 3
