济阳坳陷义和庄凸起东部中生界层序、沉积特征及对构造活动的响应

发布时间：2020-07-20 09:19

【摘要】：在盆地分析领域,层序、沉积受构造、气候、环境、沉积基准面变化的影响,对其的研究一直是经久不衰的话题。在构造稳定的海相地层中,海平面的变化是控制层序、沉积的主控因素；而在构造活跃的陆相断陷盆地中,构造可以影响物源供给、可容空间等,是影响层序、沉积的主控因素。开展层序、沉积对构造活动的响应研究,系统分析构造对层序、沉积的控制机理,具有重要的理论意义。中国东部盆地多为中新生代断陷盆地,目前勘探重点层位多为新生界。新生界的勘探目前面临着勘探密度大、资源潜力有限的问题,而油气短缺正在成为制约我国经济持续发展的瓶颈,并影响到我国的能源安全。刘光鼎(2002)指出我国含油气盆地中前新生代残留盆地还有巨大的油气潜力,尽管其勘探难度是世界级的,但是加强基础地质研究,进行油气资源的二次创业,就可以发现更多的石油天然气。目前济阳坳陷新生界地层就面临着油气生产的瓶颈,随着新生界的油气发现频率和发现量都呈下降的趋势,前新生界(潜山内幕地层,尤为中生界)的勘探会更加受到关注。义和庄凸起为济阳坳陷一个二级构造单元,凸起内幕地层作为新生代断陷盆地的沉积基底,包含古生界与中生界。自1977年勘探发现油气藏以来,一直以奥陶系碳酸盐岩含油层为主要产油层段,虽然在勘探过程中也发现了中生界有良好的油气显示,但是并没有改变奥陶系产油层位的地位。随着义和庄油田石油开发经历全面开发稳产阶段-递减阶段-衰减阶段,义和庄油田逐渐将焦点投注在奥陶系地层之上的含油地层,尤其是中生界。而后期三维地震的精细构造解释,重新储量计算,奥陶系地层之上新增地质储量350.15×104t,表明具有较大的资源潜力,但是复杂的构造系统、基础地质研究的缺乏也使得义和庄古潜山油藏勘探具有相当大的难度。本选题将勘探难点与理论热点进行结合。基于精细的三维地震数据,综合露头、钻井和测井资料,以层序地层学、沉积学为基础,以层序、沉积对构造活动的响应为主线,建立了济阳坳陷义和庄凸起东部中生界层序地层格架。在层序地层格架约束下,对中生代沉积体系进行分析,重建其沉积环境,并对中生代构造活动进行分析。对比分析了研究区的层序、沉积发育及演化特征,并探讨其对构造活动的响应。在构造-层序-沉积的约束下,开展研究区中生代残留盆地分析,预测潜在油气圈闭类型。本论文主要工作如下：第一章主要讨论了论文选题的来源、目的与科学意义等,总结了陆相层序地层学、沉积学及两者对构造活动响应的研究现状和前沿,并叙述了发展趋势。结合济阳坳陷中生代盆地的勘探现状与存在问题,确定了本文的研究内容,即以济阳坳陷内二级构造单元-义和庄凸起东部为研究对象,针对上述需要解决的问题,分析研究区的层序、沉积发育特征,以及中生代盆地的形成与演化机制,进而分析层序、沉积对构造活动的响应关系。依据研究区地质、地震、地化与周边地区野外露头等资料情况,确定了本文的研究方法,即采取野外与室内结合、地质与地震结合、“五位一体”的原则、“点-线-面-体-时”的思路,在借鉴前人研究的基础上,综合分析义和庄凸起东部中生代所经历的构造活动,搭建中生界层序地层格架,l并进行沉积充填研究。在此基础上,探讨层序地层、沉积对构造活动的响应,并进而在构造-层序-沉积一体化研究下,结合储层评价、油源数据等,对中生界残留盆地潜在油气藏类型进行预测。该研究可以弥补义和庄凸起东部中生界残留盆地地质研究的不足,为济阳坳陷、甚至华北地台相似残留盆地的研究提供借鉴。第二章主要以济阳坳陷为背景,叙述了义和庄凸起的区域地质概况。义和庄凸起位于济阳坳陷北部,构造位置属于义南断层下盘、埕南断层上盘,两个断层的活动对义和庄凸起的形成、演化等具有重要影响。济阳坳陷沉积地层由老到新包括：下古生界寒武系和奥陶系、上古生界石炭系和二叠系、中生界侏罗系和白垩系以及新生界古近系、新近系和第四系。在义和庄凸起内幕,因为晚三叠世印支运动、晚白垩世燕山运动的影响,义和庄凸起整体抬升遭受剥蚀,中生界仅残留侏罗系地层,即坊子组(J1+2)、三台组(J2)与蒙阴组(J3)。济阳坳陷为在华北古生界基底之上形成的中、新生代断陷盆地,从古到新共经历了五期重大的构造运动,分别为：前寒武纪运动、加里东-海西运动、印支运动、燕山运动与喜山运动。其中,印支运动与燕山运动活动时间位于中生代。早中侏罗世,鲁西古地形经晚三叠世的风化剥蚀后呈现准平原地貌,在构造运动影响下,产生断裂构造和宽缓的褶曲,在这些断裂和褶曲的低洼部位形成侏罗系沉积。中生界侏罗系陆相盆地沉积古地理可划分为两大阶段,早侏罗世沉积的坊子组以河流相为主,多呈还原色调；中侏罗世,沉积物以细碎屑为主,并且气候变干燥,沉积物颜色多呈氧化色调。在晚侏罗世,因岩石圈拆沉减薄而发生裂陷成盆,多形成湖相与湖盆边缘沉积相(扇三角洲等)。第三章结合录井、测井、地震等资料,识别出中生界发育的三条主要的角度不整合界面-Tg、Tgm、Tr,搭建了研究区的构造格架,并进行了构造层的划分。以构造层为研究对象,采用平衡剖面、构造地貌恢复、断层活动速率分析、断层负反转率计算以及位移距离曲线,分析了研究区中生代所经历的构造活动及演化。研究区中生代经历两大构造运动一印支运动与燕山运动。印支运动使研究区抬升剥蚀,形成Tg界面；燕山运动对该地区影响显著,可进一步划分两期(燕山运动主幕与尾幕),三旋回(早期旋回、中期旋回、晚期旋回)。早期旋回是指早一中侏罗世,主要要继承了印支期的构造格局,呈现弱挤压性质,沉积地层分布局限；中侏罗世末期燕山运动主幕发生,造山运动形成区域性的不整合界面,即Tgm；之后进入中期旋回,为晚侏罗世-早白垩世,研究区处于拉张应力场,因负反转作用而裂陷。中期旋回之后,燕山尾幕为再次造山运动,使全区抬升,继而开始了燕山晚期构造旋回,在本区表现为明显的挤压构造以及抬升剥蚀,发生构造正反转,区域中、古生界地层遭受剥蚀,产生区域不整合面Tr。第四章依据露头、钻井、测井、地震资料,在搭建的构造格架基础上,识别出层序地层界面,搭建了义和庄凸起东部中生界等时层序地层格架。中生界总计发育5个层序界面,由老至新分别为Tg、Tmz3、Tmz2、Tgm、Tr,其中Tg、Tgm、Tr因区域构造运动形成,为一级层序界面。层序界面将中生界划分为4个三级层序,分别为坊子组下段(J1f1)、坊子组上段(J2f2)、三台组(J2。)、蒙阴组(J3m)；2个一级层序,分别为2个构造层,即下中侏罗统(J1+2)、上侏罗统(J3)。通过分析研究区内跨越不同构造单元的层序地层格架,总结了2种中生界层序地层样式一义古991层序格架样式与义东格架地层样式。第五章以大量的详实资料为基础,结合区域沉积背景,依据“点-线-面”的原则,按照“点面结合、以点带面、整体推进”的研究思路,根据适用于残留盆地沉积体系分析的“五位一体”研究方法,即利用“露头、岩心、录井、测井、地震”(五位)等资料研究残留盆地的沉积特征；利用对“盆地性质”(一体)的认识,研究沉积演化过程。综合运用以上方法,对中生界沉积相类型及演化等开展综合分析,发现坊子组下段、坊子组上段与三台组地层发育曲流河沉积相,蒙阴组地层发育扇三角洲沉积相。纵向上,坊子组下段、坊子组上段曲流河沉积粒度较粗,河道较多,砂体颜色多呈还原色,反应地势呈现一定的坡度,且水深较大；三台组曲流河沉积粒度较细,河道较少,砂体颜色多呈氧化色,反应地势平坦,且水深较小。蒙阴组沉积相发生变化,以扇三角洲为主。与早中侏罗世曲流河沉积的差别,体现了构造活动对沉积相类型的控制。第六章在构造、层序、沉积综合研究的基础上,分析构造演化与层序样式及演化、沉积类型及演化的耦合性。构造对层序具有重要的控制性,首先体现在对层序界面的控制：印支运动控制形成Tg、燕山运动主幕控制形成Tg1n、燕山运动尾幕控制形成Tr,三个界面均为一级层序界面；其次体现在构造对层序级别的控制：早中侏罗世为燕山运动早期旋回,控制形成陆内挤压型盆地,为一期原型盆地,即一级层序,晚侏罗世-早侏罗世为燕山运动中期旋回,控制形成拉张型断陷盆地,为另一期原型盆地,即一级层序；最后体现在构造对层序构成样式的控制：早中侏罗世发育以河流相层序样式为主,晚侏罗世则发育扇三角洲、湖泊层序样式。构造对沉积具有重要的控制性,首先体现在对沉积中心控制：燕山运动早期旋回,在义古991断层上盘,沉积中心偏离断层,在义古991断层下盘,则紧靠断层,但燕山运动中期旋回,由于发生负反转,沉积中心发生变化,在义古991断层上盘,沉积中心紧靠断层分布,而在义古断层下盘,则远离断层：期次体现在对沉积类型的控制：燕山运动早期旋回,沉积相以曲流河为主,晚期旋回,由于断陷成盆,则以扇三角洲为主；最后体现在对沉积物颜色、粒度的控制,在早期旋回初期,由于对印支挤压的继承性,构造活动较强,地势具有一定的坡度,平面上曲流河河道较多,呈现弱辫状化,沉积物粒度较粗,且此时水深较大,所以沉积物呈现还原色,早期旋回晚期,构造活动减弱,沉积物粒度变细,但是由于持续的构造抬升,水深减小,沉积物呈现氧化色,且由于沉积的填平补齐,地势趋于平坦,河流较稳定,河道数较少,单个边滩面积较广。第七章在构造-层序-沉积一体化研究的基础上,分析了中生界地层发育的圈闭类型。在坊子组下段、坊子组上段、三台组,主要发育上倾尖灭型圈闭、不整合封闭遮挡型圈闭；在蒙阴组,则主要发育不整合遮挡型圈闭。结合储层评价资料、油源资料,根据已勘探成功的产油井,对有利油气区带进行预测。本论文紧密追踪近年来构造层序地层学、构造沉积学、残留盆地研究等有盆地分析中的热点话题,结合济阳坳陷义和庄凸起东部中生代构造背景、沉积背景,并依据研究区地质概况,总结出一套适合计算研究区断层活动速率、负反转率与绘制位移距离曲线的公式。该套公式同样适合于中国东部其它具有相似地质背景的中生代残留盆地的研究,具有一定的推广性。以燕山运动主幕为时间分割点,分析了前后层序、沉积不同的特征及对构造活动的差异性响应,并建立相应的模式,为中国东部中生代残留盆地的研究提供一定的借鉴,并为中生界残留盆地的油气勘探提供指导。
【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P618.13

【参考文献】