鄂尔多斯盆地西缘中—晚三叠世构造-物源-古地貌体系演化——来自碎屑锆石、地球化学和岩石学的证据

构造-物源-古地貌体系研究是明确盆地演化的重要手段,是油气资源潜力精确评价的基础。鄂尔多斯盆地西缘中—晚三叠世存在物源、古地貌不清的问题。利用碎屑锆石测年、地球化学等方法对鄂尔多斯盆地西缘及邻区中—晚三叠世开展了构造、物源、古地貌系统分析。研究结果表明:中三叠世时河西走廊和鄂尔多斯盆地西缘有统一物源;晚三叠世时物源差别很大,河西走廊物源来自于祁连和柴达木地块,盆地西部物源则来自于西华北地块。物源分析结果结合地层对比和岩石学、地球化学数据表明中三叠世晚期河西走廊和鄂尔多斯盆地有短暂沟通,晚三叠世时存在分隔两地的小规模水下古隆起。这种物源和古地貌演化与华北—扬子板块在中—晚三叠世的自东向西碰撞过程相适应,反映了挤压主应力点西移的事实以及在此背景下盆内由挠曲向抬升的地貌演化过程。

渤海海域垦东凸起北部沙河街组古构造-古地貌控制下的层序-沉积体系发育模式

垦东凸起位于郯庐断裂带的渤海亚段莱西断层的西侧,构造活动复杂,埋藏浅,粗碎屑砂体发育,具有良好的成矿、成藏条件,是渤海海域重要的油气资源勘探区域。本研究聚焦于垦东凸起北段古近系沙河街组,在高精度层序地层分析的基础上,探讨同沉积构造活动制约下的古隆起-古地貌源-汇砂质沉积体系分布规律,并建立沉积模式,为有利储集相带预测提供重要参考。研究表明,本区沙河街组包括SQ_Es3和SQ_Es1两个三级层序,SQ_Es3低位(LST)和水进体系域(TST)的四级层序Ssq-1、Ssq-2和Ssq-3发育扇三角洲、近岸水下扇及深湖沉积,表现为快速充填和近源堆积特征;高位域(HST)的Ssq-4主要为湖泊-三角洲体系。SQ_Es1层序LST不发育,主要为TST和HST,滨浅湖碎屑滩坝和碳酸盐岩浅滩为其主体沉积相。古近纪同沉积断裂活动控制陡坡下降盘的快速沉降和近源扇体的发育,沿断裂带方向,断层末端的调节作用促成沟-谷-渠通道的形成,控制远源搬运,构建从古隆起-斜坡带-洼陷区的源-渠-汇体系。SQ_Es3凸起边缘近源快速充填的近岸水下扇、扇三角洲前缘水下河道和河口坝砂体发育,是重要的储集目标;SQ_Es1凸起边缘滨浅湖滩坝也具有重要的油气勘探潜力。

大别造山带北缘古生代构造-地层岩片沉积物源区及构造演化的地球化学研究

取自大别造山带北缘(北淮阳地区)古生代主要构造-地层岩片中变碎屑岩和碎屑岩的一组元素和Nd同位素地球化学数据与相关资料显示,从早古生代到泥盆纪,再到石炭纪,龟山组、南湾组—佛子岭群和石炭系三个岩片中的碎屑岩类,存在稳定的沉积物源区,源区组成可能相当于北秦岭构造单元中古元古代的秦岭群及秦岭群组分沉积再循环的部分。沉积组分成熟度由高到低和源区剥蚀性质变化的地球化学记录,指示三个岩片代表了华北、扬子两陆块在古生代构造演化过程中,主动大陆边缘一侧一系列构造事件中“俯冲后期-对接-碰撞前奏”的三个片断。这些论证显示,大别造山带北缘不同岩片沉积构造环境和演化的进程完全可以与北秦岭构造单元南部对比,大别造山带北缘应是北秦岭构造单元的东延部分。

构造-古地貌对沉积的控制作用——以渤海南部莱州湾凹陷沙三段为例

利用地震、测井及录井资料,恢复古近系沙河街组三段沉积时期莱州湾凹陷构造-古地貌特征,分析构造-古地貌对沉积体系的控制作用。沙三段沉积时期,莱州湾凹陷可划分为8个构造-古地貌单元,包括东部断坡带、东北斜坡带、北部斜坡带、西部斜坡带、南部斜坡带、中央凸起带、北部洼陷带和南部洼陷带,西部和南部斜坡带存在明显沟谷。受构造-古地貌控制,沙三段沉积时期莱州湾凹陷的东部发育扇三角洲,西部和南部发育辫状河三角洲,三角洲沉积体系的主体发育部位明显受次洼的控制。受东部断坡控制形成的扇三角洲砂体,受西部和南部缓坡及沟谷控制形成的辫状河三角洲砂体,特别是受西部缓坡控制在北部洼陷发育的大型辫状河三角洲砂体,是油气勘探的重要目标。

走滑断层相关源-汇体系演化的砂箱物理模拟实验

以走滑断层为边界的隆升剥蚀区和山前沉积区组合是盆山体系的重要类型之一。由于走滑断层两盘不断发生相对滑动,因此走滑断层两侧的源区和沉积区之间的空间关系随走滑运动不断发生变化。走滑断层两侧的源-汇系统之间的耦合机制是一个有待研究的问题。针对这一问题,本文设计了一个简化的构造地貌砂箱实验,用来揭示源区特定母岩的沉积物分布特征以及两者之间的时空关系。实验结果表明,特定母岩在沉积区的沉积信号分布范围受包括山前洪积扇形态、岩体在流域内的分布等多种因素影响。由于洪积扇向沉积区呈扇状展开的形态特征,沉积信号在离走滑断层更远的位置分布范围更宽。当一个岩体分布在不同流域内时,其沉积物分布在两个洪积扇内,从而使其沉积信号分布范围更宽。相反,规模较小的洪积扇会被相邻较大的洪积扇限制形态从而使得沉积范围变窄。由于上述原因,在利用沉积信号和岩体之间的错开距离计算获得的走滑速率,可能会低估或者高估真实的走滑速率。本文的实验为研究以走滑断层为边界的盆山耦合系统及其源-汇体系提供了重要的模型参考。

地貌演化、源-汇过程与盆地分析

地球表面的地貌演化和源-汇系统的研究是当前地球科学领域颇为关注的重要课题。围绕这些课题的研究促进了多学科的广泛交叉和合作,对沉积盆地的深入研究和发展趋势产生了深刻的影响。盆地整体地貌的演化是盆地地球动力学背景演化的直接响应。盆地内的隆-坳格局、古隆起-古斜坡地貌、同沉积构造活动形成的构造古地貌等,是盆地古地貌研究的重要内容。从陆到洋的源-汇系统由物源区、冲积-滨海平原、浅海陆架、大陆斜坡及深海等多个区域性的地貌带所组成。物源的性质与母岩组成、构造及气候作用密切相关,揭示塑造山地地貌和产生物源的构造作用和气候变量是一项长期探索的课题。陆架斜坡至深海区是从陆到洋的源-汇系统的最终沉积区,其研究长期受到高度关注。大型内陆湖盆存在的源-汇系统,包括物源区、冲积平原、滨-浅湖、最后为深湖的多级地貌单元。构造活动的内陆碎屑湖盆中以近且多方向物源、构造差异活动明显、汇水盆地小、沉积物类型对气候变化响应敏感等为特征。依据物源区、沟谷(水道)及沉积体系类型划分的源-汇体系类型的研究,包括盆内古隆起形成的局部的源-汇过程,对盆地的沉积充填过程和沉积分布具有重要意义。基于高分辨率三维地震数据的地震地貌或地震沉积学分析,为地下沉积体系的沉积地貌和沉积过程的研究提供了最重要的手段。

古“源-汇”系统沉积学问题及基本研究方法简述

盆-山动力学、地表过程及沉积物收支研究一直是地球科学领域的研究前沿之一。"源-汇"系统则是以沉积物路径系统将三者有机结合起来,使其成为一个完整的剥蚀-沉积体系。随着近年来研究手段和理论认识的不断发展,"源-汇"系统定量研究逐渐由现代、第四纪向深时方向发展。由于古"源-汇"在后期受到不同程度的改造,所保存的地质信息并不完整。在系统总结其内部要素中几个重要沉积学问题的基础上,分析结果表明源区和汇区的古地貌、古水系及古环境定量重建和精细表征是古"源-汇"系统研究的首要前提。碎屑矿物定量示踪、地貌比例关系以及物质平衡分析是明确古代"源-汇"系统发育特征及其过程的重要方法,为建立新的"源-汇"模型和深入了解地貌演化、沉积历史、有利储层预测具有关键性作用。

古地貌对断陷盆地沉积体系的控制作用:以青藏高原伦坡拉盆地始新统牛堡组为例

青藏高原的形成是亚洲乃至世界历史上重大的地质事件之一,伦坡拉盆地作为西藏地区唯一发现含工业油流的新生代陆相盆地,研究其成因及演化对西藏地区的油气勘探具有重要的意义。利用二维地震和钻井等资料,阐明了始新世牛堡组沉积时期伦坡拉盆地古地貌特征,揭示了古地貌对于沉积体系的控制作用。牛堡组沉积时期,伦坡拉盆地构造单元可划分为3个:北部逆冲带,中央凹陷带以及南部冲断隆带。断陷盆地发育经历了湖盆形成、扩张和萎缩阶段,对应于牛堡组层序地层划分中的牛一段、牛二段及牛三段。在恢复伦坡拉盆地古地貌的基础上,指出盆地存在断控坡折型和挠曲坡折型两种控制盆地沉积体系分布的地貌,分别位于盆地的南部和东部。在不同地貌的控制下,盆地北部发育冲积扇和湖底扇组合沉积体系,盆地东缘、东南缘以及南缘则发育辫状河三角洲及扇三角洲组合。盆地中部发育浅湖-半深湖沉积,周缘发育滨湖亚相。盆地内的许多微地貌也对盆地内砂体起到了阻挡与疏导的作用,从而控制了众多水道的规模。

构造—古地貌对沉积的控制——以L工区古近系沙三段为例

综合利用地震、测井和录井资料,恢复了L工区沙三段的构造—古地貌,并分析了构造—古地貌对沉积体系的控制作用。沙三段沉积时期,同沉积断裂较少,且规模较小,差异沉降相对较弱,受不同走向断层的控制,总体上其构造—古地貌可划分为14个构造—古地貌单元,3个凸起带、西北部1个稳定剥蚀带、西南部1个深洼带、3个浅洼带、3个斜坡带、2个水下低凸起带及分散在斜坡带上的沟谷(如图2)。受构造—古地貌控制,在斜坡带及浅洼带识别出辫状河三角洲、滨浅湖混合滩、滨浅湖钙质滩坝及滨浅湖砂质滩坝,在靠近控凹断层的深洼带识别出扇三角洲。辫状河三角洲、扇三角洲及滨浅湖砂质滩坝砂岩丰富,可形成地层—岩性圈闭,是油气勘探的重要区域。

北黄海盆地东部坳陷侏罗纪西南物源-沉积体系与源区构造背景

物源-沉积体系是原始储层物性的主要影响因素,与源区构造背景的综合分析是油气勘探工作的基础.北黄海盆地是位于苏鲁造山带-临津江造山带北侧中朝板块上中-新生代转换伸展断陷盆地.地震和钻井资料证实东部坳陷西南部有中-上侏罗统三角洲砂体发育.岩心和测井上可识别的沉积类型包括分流河道、决口扇、河口坝和远砂坝等,地震反射结构显示出来自西南方向的沉积物进积.砂岩样品的岩矿组成显示,碎屑中存在花岗质成分和酸性火山岩成分.泥岩元素地球化学特征显示其物质成分以长英质为主,推测源区为克拉通或再旋回造山带.砂岩Dickinson图解表明,不仅存在来自克拉通或再旋回造山带的成分,而且存在火山弧造山带的成分.综合分析认为,北黄海盆地东部坳陷西南物源区为再旋回造山带,花岗质成分来自西南盆缘的基底花岗质岩石的风化,而火山岩成分可能是同期火山喷发的产物,也可能是先前火山岩的风化产物.

沙垒田凸起前古近系基岩分布及源-汇过程

沙垒田凸起及围区凹陷是一个完整的源-汇系统.基于钻井岩心、三维地震及锆石测年等资料,刻画了沙垒田凸起前古近系基岩组成及分布并探讨了古近纪早期源-汇体系配置关系.研究表明,沙垒田凸起自南向北依次发育太古界-元古界混合花岗岩、奥陶-寒武系碳酸盐岩与碎屑岩、中生界火山碎屑岩;其中,凸起东段以元古代混合花岗岩为主,西段以奥陶-寒武系碳酸盐岩为主.结合古地貌可知,砂岩富集区与源-汇耦合系统相对应,即基岩组成、汇水区、物源通道及边界样式共同控制沉积砂体组成样式与规模.对比分析凸起东西段、南北侧各控制要素与沉积砂体间关联性,可知凸起东段南侧混合花岗岩基底、较大的汇水面积与物源通道及斜坡带对应高效源-汇系统.

陆相层序地层学标准化研究和层序岩相古地理:以四川盆地上三叠统须家河组为例

层序地层标准化是未来层序地层研究重要发展方向,层序成因模式、标准建立、工业化应用是核心;层序地层学分析的标准工作流程强调识别沉积物成因类型和层序地层界面的原因,向共同方法迈进。针对中国陆相沉积复杂多变的特点,可以利用野外露头伽马仪、元素捕获仪、探地雷达以及元素地球化学等多种手段进行高精度层序划分,识别三级层序界面与洪泛面,建立露头—钻井—地震层序地层格架。可以依据陆相湖盆沉积旋回在古水深、古气候、沉积地球化学特征等方面的定量表征,综合开展高精度层序地层研究。在四川盆地上三叠统须家河组层序-岩相古地理研究中,将须家河组划分为5个三级层序,须家河组二段上、下亚段实际上是2个不同三级层序的基准面上升与下降体系域沉积,须二下段发育进积型三角洲,上段发育退积型三角洲;由于三角洲砂体发育机理明显不同,导致须二下段储层厚度和物性均好于上段,产层主要分布在下段。在层序-岩相古地理研究基础上,进一步明确须二、四、六段是主要储层发育段,层间泥岩也可作为烃源岩。须一、三、五段是主要烃源岩发育段,盆缘规模较小的三角洲砂体也是重要的储层。

天水-秦安地区新生代构造和地貌演化的碎屑锆石证据

天水-秦安地区保存有多种成因类型的新生代沉积物,其物质来源及其变化对于研究青藏高原东北部的隆升剥蚀历史、构造变形方式以及与之相关的地貌演化过程具有重要意义.本文通过碎屑锆石U-Pb年龄物源示踪方法,对该区的古近纪洪积砾岩、新近纪河流和湖相沉积进行了分析,并与中新世以来的风尘堆积进行了对比.结果显示：1）古近纪洪积砾岩中包含大量亲扬子地块的560~1100Ma的锆石颗粒,但这一年龄的锆石颗粒在早中新世河流相沉积中显著减少,同时出现了大量200~360Ma的锆石颗粒,指示着古近纪洪积砾岩主要来自西秦岭的中部和/或南部,而早中新世河流相沉积主要来自西秦岭北部;2）约11.5Ma以来,该区河流相沉积以380~450Ma的锆石颗粒占主导,与六盘山南部岩体的年龄一致,指示着六盘山南部的初始隆升;3）该区晚中新世湖相沉积的锆石年龄分布明显不同于同时期的河流沉积物,但与秦安中新世风成红土、晚中新世-上新世三趾马红土及第四纪黄土十分相似,指示着该区中新世的细颗粒水成沉积物很可能主要为风尘物质.本文的研究揭示出天水-秦安地区新生代沉积物的物源转变和地貌演化均与青藏高原东北部的阶段性隆升密切相关,特别是晚渐新世-早中新世青藏高原北部的隆升,可能既为中新世风成红土的出现创造了物源和风动力条件,也为其堆积创造了地貌条件.

扬子地块新元古代裂谷盆地莲沱组沉积分异及其物源分析

扬子地块莲沱组及相当地层单元的划分和对比,一直是我国南华系(即Cryogenian)研究关键难题之一.新元古代裂谷盆地开启早期,构造-沉积分异作用,同裂谷相变很大,使得盆地边缘区地层序列不完整.过分依赖岩石地层单元对比,历存分歧,典型的就是关于莲沱组与板溪群地层对比、时代归属以及莲沱组的沉积环境问题.本文通过对扬子地块东南缘莲沱组沉积古环境分析和锆石U-Pb精确定年,认为莲沱组沉积时限为790~720 Ma,相当于板溪群中上部,是华南新元古代裂谷盆地沉积充填序列的第Ⅱ旋回.莲沱组顶部U-Pb最小年龄约720 Ma,制约了扬子地块Sturtian冰期的启动年龄≤720 Ma.通过对中扬子地块从北向南展布的莲沱组陆相-海陆过渡相-海相不同的沉积单元岩相组合的沉积特征观察研究,分析沉积环境并建立了沉积模式;莲沱组及休宁组碎屑锆石记录了莲沱组沉积时该盆地在780~760 Ma经历了持续热隆升与地层剥蚀,揭示了中国南方扬子和华夏地块聚合与裂解事件的重要信息.

沉积区—剥蚀区古地貌一体化恢复及古水系研究:以渤海湾盆地辽东东地区馆陶组为例

古地貌是控制古水系、沉积体系的关键因素之一.以渤海湾盆地渤中坳陷东部的辽东东地区中新世馆陶组为例,对馆陶组的沉积区和剥蚀区分别开展了基于残余地层厚度法和印模法的古地貌恢复,以增进对研究区古水系、源-汇系统的整体认识,为其物源体系、沉积环境、砂体分布的预测提供科学依据.两种方法的古地貌及古水系恢复结果对比研究表明,基于残余地层厚度法的沉积区古地貌恢复结果适用于目的层沉积区古水系的恢复;而基于印模法的沉积区-剥蚀区一体化的古地貌恢复结果实现了剥蚀区、沉积区古水系的统一解释.沉积区-剥蚀区一体化的古地貌恢复弥补了基于沉积区古地貌的古水系恢复中难以判断"源-汇体系"中源区古水系分布及从源到汇古水系派生关系的局限性.

基于地震沉积学恢复断陷湖盆古水系及其演化过程——以辽河坳陷西部凹陷盘山洼陷沙河街组三段为例

陆相断陷湖盆演化复杂、构造活动强烈、源-汇系统多样,利用沟谷体系刻画或沉积物粒度变化来推测古水系搬运路径等传统方法无法有效恢复其古水系,特别是勘探程度较低的深洼区的古水系演化过程的恢复难度更大。为提升古水系恢复结果的准确度,以地震沉积学理论为指导,综合岩心、测井、录井和三维地震资料,通过地层切片和井震标定,划分古水系级次,半定量化表征古水系的发育程度(水系长度和展布面积),重建了辽河坳陷西部凹陷盘山洼陷沙河街组三段(沙三段)沉积期不同构造演化阶段的古水系空间展布特征。研究表明,沙三段下亚段(SQ1)沉积期,盘山洼陷地形起伏较大,受断裂活动影响,其主水系分布局限;沙三段中亚段(SQ2)沉积期,同沉积断裂持续活动,受沉降作用和西部物源供给影响,盘山洼陷西南部扇三角洲前缘水系逐渐发育,并于SQ2^(2)沉积期展布面积达到最大;沙三段上亚段(SQ3)沉积期,研究区基本继承了SQ2沉积期的构造格局,但该阶段盘山洼陷裂陷活动减弱、地势落差减小,导致西南部扇三角洲前缘水系发育受阻;SQ3沉积末期,西部凹陷北部基底构造隆升,北部物源供给量增加,该阶段盘山洼陷北部扇三角洲前缘水系逐渐发育,东部和南部地区广泛发育重力流沉积水系,而西南部主水系快速萎缩,并向南部低洼区偏移。基于地震沉积学恢复断陷湖盆古水系及其演化可以为寻找有利储集体、开展精细油气勘探提供一定技术借鉴和理论支撑。

渤海海域南部古水系恢复及其沉积耦合响应预测

通过Global Mapper和ArcGIS软件对内蒙古Jargalant Nuruu与Turgen-Kharkhiraa山系的现代水系及渤海湾盆地埕北低凸起与渤南低凸起的古水系进行拾取,结合边界条件、断裂样式和母岩岩性三要素进行综合分析,认为水系在三要素约束下的组合样式多样:边界条件影响水系汇聚程度,陡坡带水系汇聚程度低,缓坡带水系汇聚程度高;断裂样式影响水系走向,边界断裂与水系走向垂直相交,斜交断裂与水系同向发育;火成岩地层水系样式多样,碳酸盐岩地层水系以亚平行状为主,变质岩地层水系以树枝状为主,整体发育单支平行状水系、羽状水系、梳状水系、亚平行状水系和树枝状水系五种水系样式.结合现代源汇与渤海湾盆地古源汇系统的不同水系样式对应沉积体差异性指出,(1)缓坡/稳定斜坡-边界断裂-火成岩/变质岩物源体系下形成第一级次水系-树枝状水系,沉积体以坡积扇和辫状河三角洲为主,砂体范围大,相对独立,富砂型;(2)缓坡/稳定斜坡-平行断裂-碳酸盐岩/火成岩物源体系下形成最次级水系-亚平行状水系,沉积体以洪积扇和辫状河三角洲为主,扇体范围小,相对独立,富泥型.通过古今类比、校验,准确拾取源区水系分布与发育特征,可有效指导地下沉积区优质沉积体预测,对源汇系统要素耦合具重要推进作用,切实服务地下规模性储集体勘探预测工作.