2018, Vol. 38引用本文 |
| 基隆凹陷古-中新世沉积相分析 |  [PDF全文] |
2. 中国石油集团长城钻探工程有限公司解释研究中心, 北京 100101;
3. 中国石油集团公司长城钻探工程有限公司钻井三公司, 辽宁盘锦 124010
2. Geoscience Centre of CNPC Great Wall Drilling Company, Beijing 100101, China;
3. The 3rd Drilling Company of CNPC Great Wall Drilling Company, Panjin, Liaoning 124010, China
基隆凹陷位于东海陆架盆地东南部(图 1), 北邻西湖凹陷, 介于台北低凸起和钓鱼岛隆褶带之间[1]。凹陷呈北东向展布, 南北长约300 km, 东西宽约82 km, 面积约为2.45×104 km2。新生代地层发育齐全, 最大厚度超过14 000 m, 是东海海域主要沉降中心之一[2-3]。该凹陷北部开阔, 南部变窄, 具有东断西超箕状凹陷特征, 自西向东可划分为西部缓坡带、中央洼槽带和东部陡坡带三个构造带[1](图 1、图 2), 新生代主要经历了裂陷(E1-E2)、裂后沉降(E3)和区域沉降(N1-Q)三个构造演化阶段(图 2)。从物探资料看, 新生代地层齐全, 对比邻区钻井资料, 推测出地层序列(图 3)。
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| 图 1 东海陆架盆地新生代构造区划 |
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| (剖面位置见图 1中A-A') 图 2 基隆凹陷北部地震解释剖面 |
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| 图 3 基隆凹陷地层格架及构造演化 |
2 古-中新世沉积背景
东海陆架盆地内部可以划分出五个次一级构造单元, 西部以浙闽隆起为界, 东部以钓鱼岛隆褶带为界, 自西向东依次为瓯江凹陷、雁荡构造带、闽江凹陷、台北构造带和基隆凹陷(图 4), 基隆凹陷西部通过台北构造带与闽江凹陷相通, 东部为钓鱼岛隆褶带。
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| 图 4 东海陆架盆地南部地质构造剖面(剖面位置见图 1中B-B') |
钓鱼岛隆褶带与东部的冲绳海槽及琉球隆起早期为一个整体, 同属于东海陆架外缘隆起。关于钓鱼岛隆褶带形成机制, 比较广泛接受的观点为:太平洋板块对欧亚板块俯冲导致东亚岩石圈下次生热对流, 先是造成闽浙地区张裂, 东海陆架断陷盆地(K-E)和东海陆架外缘隆起雏形(E-N)形成, 此时俯冲带东迁至今隆褶带东侧; 菲律宾板块的持续俯冲, 次生热对流进而使东海陆架外缘隆起张裂, 裂离出冲绳海槽(N1-N2), 西侧形成残留弧–钓鱼岛隆褶带, 东侧弧前增生形成琉球岛弧(Q), 俯冲带随之迁移至现今琉球海沟的位置[4-7]。所以, 钓鱼岛隆褶带新生代早期即隆起, 在古近纪分割了东海陆架盆地与东部大洋, 直到中新世发生区域沉降, 隆褶带才没入水下。
李学伦等[8-9]对过钓鱼岛10余条地震剖面及重磁资料分析后认为, 钓鱼岛东西两侧边界均为阶梯状高角度正断层控制, 其中断裂发育时间为古近纪至中新世, 强烈发育期为古新世、始新世和中新世。隆褶带西侧出现断崖和具有强磁异常侵入体, 其形成时间较晚, 中新世末开始发育, 上新世以后活动强烈。表明基隆凹陷东部被钓鱼岛岩浆岩隆起多期改造, 尤其以后期(中新世以后)伴生岩体改造最为强烈, 凹陷东部陡坡带新生界沉积地层由于后期岩浆侵入被破坏(图 2、图 9), 故对凹陷东部(靠近钓鱼岛隆褶带)的沉积相不进行细化研究。
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| 图 9 主测线地震相剖面(剖面位置见图 1中D-D') |
由于基隆凹陷目前尚无钻井, 其内部沉积体系类型主要根据其邻区已有钻井证实的凹陷来推测, 其中资料较丰富的为西部与其相隔较远的瓯江凹陷和北部的西湖凹陷, 其次为西部相邻的闽江凹陷。晚白垩世-古新世时期, 由于太平洋板块向欧亚板块俯冲, 扭张作用产生了NNE向的张性断裂, 形成了东海陆架盆地的雏形, 此时瓯江凹陷, 钻井揭示的古新统早期沉积主要是陆相的河湖相地层[10], 在雁荡构造带西坡下古新统月桂峰组钻井揭示为扇三角洲[11-12], 中晚期为滨浅海沉积。在瓯江凹陷中晚古新统的明月峰组和灵峰组发现大量海相化石[13-16], 表明古新世时期, 基隆凹陷以西的构造单元沉积环境经历了海陆交替, 但仍以浅海相沉积为主, 位于瓯江凹陷的W1井显示下古新统为湖相三角洲, 中上古新统为浅海-海相三角洲(图 5), 闽江凹陷的W2井显示古新统为滨-浅海相(图 6), 作为更靠近东部大洋的基隆凹陷, 推测古新世以浅海相为沉积背景, 其西部靠近闽江凹陷, 为滨海向浅海过渡环境。
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| 图 5 W1井古新统-始新统单井相图 |
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| 图 6 W2井古新统-上新统单井相图 |
始新世时, 板块俯冲带向东迁移, 基隆凹陷裂陷作用加剧, 基隆凹陷以西的瓯江凹陷、闽江凹陷及北部的西湖凹陷普遍进入断拗转换阶段(图 5、图 6), 东海陆架盆地经历广泛海侵[17-18], 基隆凹陷接受浙闽隆起远物源沉积。
晚始新世时期, 太平洋板块的运动方向转为NWW, 同时菲律宾板块也开始向NWW方向运动, 并斜向俯冲于欧亚板块之下, 东海陆架盆地结束由张裂应力为主导的演化阶段。渐新世时, 基隆凹陷以西的地区均广泛出露于地表, 大规模向凹陷提供物源, 基隆凹陷以西的钻井广泛缺失渐新统地层(图 6), 基隆凹陷进入裂后沉降的断拗转换阶段, 东南部以广海相通, 以浅海沉积为主。
中新世时, 菲律宾板块的持续俯冲导致东海陆架盆地外缘张裂, 冲绳海槽开始形成, 同时东海陆架盆地整体区域沉降作用发生, 海水广布, 瓯江凹陷钻井揭示中新统为浅海相(图 4、图 6), 包括基隆凹陷的整个东海陆架南部均被海水覆盖, 并通过基隆凹陷南部与广海相通, 整体沉积环境为浅海。
3 古-中新世相展布特征 3.1 地震相类型及沉积意义地震相是沉积体在地震反射剖面上各种特征的综合反映, 地震相的空间分布可以反映沉积体系的垂相上叠置关系和平面展布特征[19-20]。基隆凹陷地震反射结构中频率一般为中频, 反射外形主要由两种亚平行和波状反射, 主要依据振幅和连续性将基隆凹陷地震相类型划分为七类(图 7)。
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| 图 7 基隆凹陷地震相和沉积相转换关系 |
(1) 杂乱反射
基隆凹陷杂乱反射主要分布在东部陡坡带岩体西侧, 可能为近岸水下扇或扇三角洲的沉积响应, 也有可能为岩体破坏早期沉积地层造成的地震响应。此外, 在中央洼槽带古新统地层中弱振幅杂乱相可以认为是滨浅海的细粒沉积。
(2) 中振幅中连续亚平行
中振幅中连续亚平行主要识别于中央洼槽带, 反映在一个沉积区域内相对稳定的、水体能量中等的沉积相组合, 解释为滨海、浅海沉积。
(3) 弱振幅中连续亚平行
与中振幅中连续亚平行的特征类似, 也主要发育于中央洼槽带, 反映沉积区域内水体稳定, 能量偏弱的沉积环境, 一般与中振幅中连续亚平行交互出现, 反映水体加深, 岩性偏细的滨海、浅海沉积。
(4) 中振幅低连续波状
这一类型主要分布在西部缓坡和东部陡坡带, 表明同一地层单元内岩性横向变化大, 岩层厚度不稳定。指示滨海三角洲平原或者沉积作用比较缓慢的扇体。
(5) 强振幅下切充填
主要发育于古新统西部缓坡, 特点是地层局部突然增厚, 向下侵蚀充填于下伏地层中, 是水下侵蚀河道的典型标志。
(6) 斜交前积
主要发育于古新统-渐新统东部陡坡带之上, 斜交前积特点是同相轴呈一定角度向前下超于下伏稳定的同向轴之上, 是水平面相对静止时期由较粗的碎屑物质进积造成, 主要指示扇体沉积。
(7)“S”型前积
西斜坡南部常见整体呈“S”外形的前积, 相带分异明显, 主要指示沉积作用比较稳定的斜坡扇。
3.2 主干剖面地震相-沉积相响应特征尽管缺少钻井资料, 以地震相-沉积相对应关系的一般认识为基础, 对比邻区资料, 仍可以推测主干剖面的沉积相垂向展布及演化特征。
(1) 过井剖面的地震相-沉积相标定
主要选择了距离基隆凹陷西部最近且新生界地层较全的W2井进行地震相-沉积相标定(图 8), 井区渐新统地层缺失, 古新统为滨浅海相, 井区地震相类型为中振幅中连续亚平行, 向凹陷中部过渡为中振幅低连续波状, 表明古新世, 从西部缓坡到中央洼槽带沉积物供给明显变弱。始新统为滨-浅海相, 井区地震相类型主要为弱振幅中连续亚平行, 向凹陷振幅增强, 连续性变好再变弱, 表明始新世时, 随着沉积环境水体稳定快速上升, 基隆凹陷西侧仍有物源供给, 造成地层叠加方式发生变化; 井区缺乏渐新统沉积, 但基隆凹陷西侧由中振幅低连续波状向中部中振幅中连续亚平行过渡, 表明渐新统凹陷西侧有稳定物源供给, 向中部逐渐过渡为安静的水体环境。中新统为浅海相, 地震相类型为中振幅低连续波状, 向凹陷振幅变弱, 连续性变好至变弱, 说明中新统向凹陷水体加深, 沉积环境更加稳定。
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| 图 8 过W2井地震剖面地震相-沉积相标定(剖面位置见图 1中C-C') |
(2) 主干地震剖面地震相-沉积相响应分析
D-D'位于基隆凹陷北部, 古新统台北构造带发育强振幅下切充填地震相, 向凹陷部位过渡为中振幅低连续波状(图 9), 说明古新世时, 西部缓坡水浅, 曾经短时出露水面, 并有砂体凹陷进积, 向东逐渐过渡到浅海, 东部陡坡带主要是杂乱反射; 始新世时, 西坡带南部斜坡发育“S”型前积, 表明有缓慢沉积的斜坡扇体, 凹陷主体为中振幅中连续亚平行, 局部发育中振幅低连续波状, 凹陷主体主要为浅海沉积, 局部发育浅海浊积砂, 东部陡坡带局部发育杂乱反射; 渐新世时, 西部缓坡带显示为向中央洼槽带延伸的中振幅低连续的波状, 反映快速坳陷阶段沉积体系不稳定进积, 表明三角洲的不稳定推进, 中央洼槽带主要为中振幅中连续亚平行, 显示为环境相对稳定的浅海沉积, 东部钓鱼岛隆褶带之上为丘状充填地震相, 向西过渡为中振幅低连续波状; 中新统基隆凹陷整体显示为中振幅中连续亚平行, 局部出现中振幅低连续波状, 表明沉积环境稳定, 根据凹陷西部W2钻井沉积相推测整体为浅海陆架泥质沉积, 局部发育浊积砂(图 10)。
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| 图 10 主测线沉积相剖面(剖面位置见图 1中D-D') |
3.3 平面地震属性分析
在没有钻井或钻井稀少的区域, 可以运用地震相分析与地震属性相结合的手段进行沉积体系展布特征分析[21-22]。地震相可以大致勾勒相类型, 属性可以较为明确地圈定岩性异常体边界, 确定沉积体系大致范围。
为了提取各个层段可对比的均方根振幅属性[23], 有必要对不同年代采集的2D测线所提取的均方根振幅做均一化处理, 之后再网格成图, 综合地震相分析结果, 可以获得研究区各个时期沉积相展布特征。
3.4 沉积相平面分布特征(1) 古新统
古新统地震相显示整体以中振幅弱连续波状反射为背景, 振幅显示整体属性值偏低(图 11), 表明裂陷初期, 基隆凹陷整体以浅海相沉积为主, 西部发育强振幅下切充填、杂乱反射地震相, 相应地区属性出现异常, 表明西部有砂体向凹陷进积, 东部陡坡带主要是杂乱反射和斜交前积, 相应地区属性局部异常, 可能为扇体沉积。总体上, 古新世时基隆凹陷裂陷为浅海背景(图 11), 西部缓坡带从滨海向浅海过渡, 局部发育陆架砂; 中央洼槽带主要为浅海沉积, 局部发育浊积砂。
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| 图 11 古新统地震相-均方根振幅-沉积相平面分布图 |
(2) 始新统
中央洼槽带广泛分布中振幅中连续亚平行地震相, 表明始新世时, 快速裂陷导致水体加深, 浅海范围扩大, 且西部缓坡带发育较“S”型前积地震相, 且有较大范围属性高值成带分布(图 12), 说明快速沉降的背景下有稳定的物源供给。
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| 图 12 始新统地震相-均方根振幅-沉积相平面分布图 |
始新统基隆凹陷西部缓坡沉积环境从滨海到浅海过渡(图 12), 浅海范围扩大, 局部发育远源浊积砂和沉积物垮塌再沉积形成的斜坡扇, 中部沉积厚度增大, 以浅海泥为主, 局部发育浊积砂。
(3) 渐新统
渐新世时, 基隆凹陷西部地区剧烈抬升, 向基隆凹陷西部缓坡提供更多物源, 地震相显示, 西部缓坡“S”型前积地震相发育范围较始新统更广, 属性异常范围扩大(图 13)。表明三角洲等沉积体系进积作用增强, 中央洼槽带广泛分布中振幅中连续亚平行地震相, 说明凹陷中部整体为浅海沉积。
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| 图 13 渐新统地震相-均方根振幅-沉积相平面分布图 |
渐新统西湖缓坡沉积环境为海岸平原-滨海-浅海过渡环境(图 13), 沉积体系从三角洲平原向前缘过渡, 南部发育滨海海滩砂; 中东部主要是浅海相。
(4) 中新统
中新世区域沉降, 基隆凹陷及其以西构造整体被海水覆盖, 地震相整体为中振幅中连续亚平行反射, 局部发育弱振幅中连续亚平行和中振幅低连续波状反射, 表明稳定安静的沉积环境, 属性异常值只在北部和东部隆褶带零星分布(图 14), 反映了远源浊积砂沉积。
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| 图 14 中新统地震相-均方根振幅-沉积相平面分布 |
中新统整个基隆凹陷均为浅海沉积环境(图 14), 浅海细粒沉积物广布, 凹陷边缘零散分布远源浊积砂。
4 结论及地质意义(1) 基隆凹陷在新生代经历了古-始新世快速裂陷、渐新世裂后沉降、中新世区域沉降三个演化阶段。总体上, 新生代期间基隆凹陷整体以滨浅海为沉积背景, 在凹陷西坡发育三角洲、斜坡扇、陆架砂等沉积体系。其中, 古-始新世裂陷期以陆架砂沉积为主; 裂后沉降期以三角洲沉积为主; 区域沉降期以浅海浊积砂为主。
(2) 古-始新统浅海相泥岩为最有利的烃源岩, 古近系凹陷西坡发育的三角洲分支河道砂、斜坡扇和陆架砂, 砂体类型多样, 分布面积广, 能形成有利储层, 中新统广布的浅海相泥岩可作为全区稳定的区域盖层。
(3) 基隆凹陷在古-始新世时期快速裂陷期形成的厚度大, 分布稳定的浅海相泥岩可作为烃源岩, 而古近系凹陷西侧发育的三角洲、斜坡扇以及中部发育的浊积砂体为有效的储集层, 中新统区域沉降期广布的浅海相泥岩为凹陷范围内区域盖层, 而古近纪时期分割各个沉积体系的浅海相泥岩可作为局部盖层。
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