克拉玛依至百口泉地区中二叠世坡折带发育特征及其地质意义

克拉玛依至百口泉地区中二叠世坡折带发育特征及其地质意义

1坡折带控制的油气勘探实践褶皱带最初指的是地球海底地形坡度突然变化的区域（王英民，2003）。在具陆架坡折边缘或具生长断层边缘(断裂坡折)的盆地中,处于低水位期的海平面基准面下降到坡折带以下时。坡折带上部成为剥蚀区或暴露区,常形成沉积物的不整合面或深切谷地形;坡折带下部则成为沉积区,可形成盆底扇、斜坡扇等陆坡体系和低水位楔形体。盆地中发育典型低位域(Posamiter,1988;Vail,1990,1991;Wagoner,1990;Mitchum,1993)。在南美、西非及墨西哥湾等海相被动大陆边缘盆地的低位域勘探中,勘探这种机制形成的油气藏获得了极大成功。樊太亮等(1999)指出济阳拗陷胜海地区的坡折带控制了下切河谷的深度、宽度、输送能力、卸载场所以及地层上超尖灭线的位置,制约着储层的分布,并在受坡折带控制的浊积砂体中成功找到了岩性油藏。林畅松等(2000,2003)、李思田等(2002)较系统地总结了济阳坳陷断裂坡折带的特征,指出长期活动的同沉积构造形成的“构造坡折带”控制着湖盆沉积层序和沉积体系域的发展演化,其中洼陷边缘断裂坡折带在深湖期与陆架坡折可以类比,这一理论已对该区油气勘探起到重要指导作用。王英民等(2002,2003,2004)近年来通过对准噶尔盆地、松辽盆地、济阳拗陷的研究指出,盆地内部可发育断裂坡折带、挠曲坡折带、沉积坡折带和侵蚀坡折带等多种类型坡折带,在剖面形态和平面形态上具有多种组合样式,且具有多级坡折带特征,并对坡折带控层控相控藏做了探讨。冯有良等(2004,2006)和邓宏文等(2001)系统总结了断陷盆地中受坡折带控制的层序发育模式及其对砂体的展布和控制作用。二连盆地、松辽盆地、渤海湾盆地、准噶尔盆地、塔里木盆地等盆地均开展了坡折带的系统研究,有效指导了各盆地的油气勘探(费宝生,汪建红,2004;谢玉洪等,2004;陈业全等,2004;罗群等,2006,2007;刘豪,王英民,2005;邬光辉等,2005;邓毅林等,2006;郝琦等,2007)。赵玉光(1993)曾提出准噶尔盆地克-乌断裂带在三叠纪—侏罗纪早中期为前陆盆地冲断带,并形成了可与陆架坡折类比的坡折带,对沉积相带的展布具有重要作用。王英民等(2000～2002)对准噶尔盆地侏罗系开展了坡折带的系统研究,并取得了一系列成果。资料显示目前对该盆地二叠系坡折带的研究至今尚未展开。从已有的层序地层和沉积相类型来看(表1),克-百地区中二叠统的沉积明显受到坡折带的制约。当前该区中二叠统油气勘探主要局限于紧邻断裂带的斜坡区上部,且收效甚微,究其原因,斜坡区上部主要发育高位域扇体,且中二叠世构造活动较弱,斜坡区断层不发育,封堵条件和油气运移通道是制约斜坡上部圈闭成藏的关键问题。因此,以坡折带理论为指导,寻找受坡折带控制的各种岩性地层圈闭具有重要的现实意义。2形由缓变陡的偏转约束坡折带是地形坡度突变的地带,由坡折(地形由缓变陡的转折点连线,为上凸的脊)和坡脚(地形由陡变缓的转折点连线,为下凹的槽)限定的斜坡带(王英民等,2005)。2.1盆地缘坡折带从成因角度分类,本区可识别出断裂坡折带和挠曲坡折带两种类型。断裂坡折带是同沉积断裂活动产生明显差异升降和沉积地貌突变的古构造枢纽带;挠曲坡折带是由于同期深部断裂活动使浅部地层发生挠曲变形而产生的,或是由于同沉积褶皱活动形成的背斜或鼻状构造的两翼挠曲而产生,或由古梁、古隆起上产生。(王英民等,2002,2003)。按自然位置,本区坡折带包含了盆缘坡折带和盆内坡折带。盆缘坡折带一般与盆地构造演化各阶段相关的应力场转换及与同一构造演化阶段中的次级构造活动强度周期性幕式变化有关,在剖面上表现为代表一级构造单元的断阶带;盆内坡折带的构造活动远远小于盆缘坡折带,其坡折带规模相对较小,主要代表了区域构造背景下局部构造活动的作用结果(刘豪等,2004)2.2地表下边坡等值线、坡折带在地震剖面上(图1),坡折带的特征表现为同一地震反射层系的地震反射时间厚度急剧增大,并有明显的上超和削截反射终止现象;在地层厚度平面图上(图2),坡折带表现为等值线密集,地层厚度由坡折到坡脚急剧增厚,而坡折之上与坡脚之下地层厚度等值线稀疏,坡折之上向上倾方向地层厚度缓慢减薄,坡脚之下向下倾方向地层厚度缓慢增厚(王英民等,2005)。因此利用地震剖面和地层厚度资料是目前识别坡折带常用方法。3吴孔友等标准准噶尔盆地二叠系属前陆性质的盆地(赖世新等,1999;吴孔友等,2005;况军,齐雪峰,2006;蔚远江等,2004;雷振宇等,2005),由于盆地边缘强烈挤压作用,为盆地内部紧靠斜坡区域形成坡折带提供了良好的构造背景。3.1坡折带和挠曲坡折带研究区坡折带以挠曲坡折带为主(百口泉地区发育断裂坡折带),夏子街组—下乌尔禾组沉积时期,受盆地边界同沉积逆冲断层及早期次级逆冲断层的影响,形成了断裂坡折带和挠曲坡折带,其主要标志是坡度突变,在坡折以下有明显的地层上超和地层厚度增加现象,在坡折附近可见地层削蚀(图1)。从盆地边缘到盆地中心存在多次地形转折,形成多级坡折带。按成因机制和自然位置结合分类,将本区坡折带分为盆缘断裂坡折带、盆缘挠曲坡折带和盆内挠曲坡折带。图1中所示坡折带1为盆缘断裂坡折带,形成受控于克百逆冲断裂;坡折带2和坡折带3则属于盆内挠曲坡折带,形成受同期次级逆冲断裂的影响。坡折带1,坡折带2和坡折带3横向上构成了多级坡折带。3.2psq11坡折带PSQ8时期按相对位置,可分为盆缘坡折带和盆内坡折带,盆内挠曲坡折带从南至北平行于该层序地层尖灭线。检乌26井区向东发育一低凸起,将东部深洼分割成南北2个次洼,凸起的南北两翼所形成的盆内挠曲坡折带西端与南北向挠曲坡折带相接(图2a),形成“K”字形组合。PSQ9时期,洼陷逐渐向中部萎缩,但是盆缘坡折带仍然存在,盆内坡折带除了南北向挠曲坡折带外,还发育北东向和南东向盆内挠曲坡折带,这2个坡折带与南北向盆内挠曲坡折带共同构成一个“K”字型组合(图2b),其总体形态继承了PSQ8时期坡折带平面分布特征。PSQ10时期,形成的坡折带主要为盆缘坡折带、盆内南北向挠曲坡折带与南端近于东西向挠曲坡折带的组合(图2c)。其中盆内南北挠曲坡折带是早期坡折带的继承,PSQ9时期北部北东向挠曲坡折带消失,南部南东向坡折带亦属早期坡折带的继承性发育。PSQ11分布范围最小,最大厚度中心位于玛6井东南。盆内坡折带围绕该深洼周围形成一“马蹄”型挠曲坡折带,坡折带北段的西北方向,向盆地边缘部位则发育另外一条挠曲坡折带,走向近于北东向,与“马蹄形”坡折带在艾参1井附近交汇。因此,PSQ11也具有多级坡折带的特征,主要集中在研究区的北部(图2d)。综上所述,平面上坡折带发育具有明显的多级特征,自下而上均发育盆缘坡折带与盆内坡折带,表现出继承性的特征。受构造作用影响,不同时期,坡折带展布特征也表现出差异性(图2)。3.3盆缘断裂坡折带发育规律由于构造活动的继承性和差异性,因此坡折带的演化过程主要表现出继承性、幕式活动、差异活动等特点。1)断裂坡折带继承性发育断裂坡折带的形成与克百断裂息息相关,受克百逆冲断裂和与其相关的次级逆冲断裂的多期继承性发育的影响。在整个二叠纪时期,克百断裂始终活动并具有向盆地前展逆冲的演化特点(王伟锋等,1999;蔚远江等,2004;雷振宇等,2005),从而导致盆缘断裂坡折带以继承性质发育。2)挠曲坡折带继承性发育挠曲坡折带的成因机制,总体上都是以构造活动为主。各层序南北向盆内挠曲坡折带在各个时期都继承性发育,这与受克百逆冲断裂控制派生的次级逆冲断层活动有很大关系,由次级逆冲断裂活动形成的继承性古隆起是控制挠曲坡折带形成最主要的成因(图2)。3)幕式活动前人研究表明,克百地区二叠纪构造活动具有幕式特征(蔚远江等,2004)。在同一个地理位置,同一个坡折带受继承性构造活动的影响在纵向上可以多期发育,但同时构造活动在某些区域表现为幕式活动,又可能导致在该地区同一坡折带随着地质时限的演化而“时隐时显”,即坡折带的幕式活动。4)差异活动在平面上可以分为两种情况,即顺源方向和垂直物源方向。由于自盆缘向盆内构造活动的差异,导致在顺物源方向不同规模、不同性质的坡折带的形成(图2)。同时,准噶尔盆地逆冲断裂活动具有分段性(何登发等,2004)由于不同地区构造应力场和构造活动的差异,导致同一坡折带在横向上其规模和性质亦有所不同。4倾斜折叠带的层序和沉积物控制4.1坡折带范围内地层超覆在夏子街—乌尔禾组时期都不同程度地发育层序内部的地层超覆和削蚀(图1)。1)地层超覆与坡折带的关系由于坡折带是地形坡度的突变带,克百地区发育多级坡折带,尽管不同类型和不同展布方向的坡折带在不同时期存在多种组合(图2),但每种类型的坡折带范围内及其上倾方向都有地层超覆现象存在。盆缘坡折带的坡脚是最大湖泛面的发育部位,盆内挠曲坡折带的坡折或斜坡是初次湖泛面的发育部位,最大湖泛面和初次湖泛面之间发育多期地层超覆(图1—图3)。2)地层削蚀与坡折带的关系地层削蚀主要发育在盆缘坡折带,下乌尔禾组顶界(PSB12)是西北缘重要的构造转换面,PSB12上下地层产状存在着明显的不协调关系(图1),而盆缘坡折带范围内尤其是其上倾方向地层削蚀现象最为明显,因此盆缘坡折带是形成区域不整合特征的重要场所;而盆内挠曲坡折带受同沉积构造活动或古隆起的影响,在层序发育的早期可成为高于基准面的正向单元,在坡折附近遭受剥蚀形成不整合,因此在其坡折附近也存在层序界面之下的地层削蚀现象(图1和图3)。4.2坡折带对层序的控制坡折带对层序叠置样式和低位体系域的控制作用主要表现在两个方面:(1)由于坡折带的存在,其上下构造沉降差异为沉积物的沉积充填提供了潜在的可容空间,构造运动愈强烈,沉降差异愈大,坡折带之下的可容空间越大;(2)坡折带是沉积物供给通道的重要影响因素之一(LiuHaoetal,2006)。通过坡折带研究,结合体系域界面的识别,认为克百地区多级坡折带对层序的控制十分明显:盆缘坡折带控制了层序边界和最大湖泛面的发育,盆内挠曲坡折带表现为对低位体系域和初次湖泛面的控制;在盆内挠曲坡折带的坡脚处又是低位域浊积扇发育的有利场所(图3)。初次湖泛面和最大湖泛面的发育,可将三级层序分为低位体系域,水进体系域和高位体系域。图3中盆内挠曲坡折带1的坡脚处,地震相特征为弱振幅不连续双向下超,具透镜状外形,推测为浊积扇;最大湖泛面之上,发育斜交前积反射结构,振幅反射横向上具有由弱到强,连续性变好的趋势,是高位域冲积扇和三角洲的地震相标志。4.3阶梯状组合中不同坡折带的形态特征坡折带发育的地理位置、平面展布特征以及坡折带之间的组合样式决定了沉积相的发育。盆缘坡折带控制了水系和沉积体系,准噶尔盆地西北缘克百地区二叠系主要发育阶梯状坡折带组合,在盆缘坡折带斜交组合的交会部位或盆缘坡折带凸凹相间的部位一般为水系的源口,形成多个并列的点物源,进而控制了盆地边缘沉积相的发育。同向阶梯状组合中不同坡折带的成因类型不一样,形态特征不一样,从而影响了不同地区的坡降,进而控制了沉积相的类型。就盆缘坡折带而言,南部挠曲型坡折带,其坡度相对较缓,主要控制了扇三角洲沉积;向北坡折带逐渐转换为断裂型,尤其靠近北端百口泉附近由于盆缘坡折带坡度陡、坡折与坡脚之间高差大,因此更加有利于冲积扇的发育。在顺源方向上,阶梯状多级坡折带组合是不同沉积相或同一沉积相中亚相的分界。盆内坡折多呈“K”字型或喇叭状组合,沉积相易受沿喇叭口逐渐张开的坡折带的限制,同时坡折带处于盆地内部,伴随水平面下降,这些沉积相通常代表了低位期的浊积扇沉积(图4)。4.4曲坡折带沉积期综上所述,在一个完整的基准面(湖平面)旋回变化过程中,以坡折带为主线的层序地层模式表现为:当湖平面迅速下降至盆内挠曲坡折带坡脚处,沉积可容空间向盆地方向迁移,开始沉积低位域的河流-三角洲体系;在湖平面进一步下降-开始缓慢上升过程中,在盆内坡折带组合的“喇叭”口范围,开始沉积低位域扇体;当湖平面迅速上升并越过盆内坡折带,可容空间由盆地向岸迁移,主要发育了一套退积为主的沉积相;当湖平面进一步上升至盆缘坡折带之上,高位体系域冲积扇、扇三角洲开始沉积(图5)。5挠曲坡折区上地壳结构如前所述,挠曲坡折带下部有明显的地层上超尖灭现象,在坡折带上部地层削蚀尖灭(图1),因此挠曲坡折带附近是岩性地层圈闭发育的有利地区。挠曲坡折控制了低位域的发育,低位域是形成岩性地层圈闭最有利的场所。挠曲坡折带下方是低位域储集层和地层岩性发育的有利地区,其上若被被首次湖泛面的泥岩所覆盖,可形成地层超覆圈闭。湖侵体系域发育退积三角洲和滨浅湖滩坝砂体,可寻找地层岩性圈闭。靠近盆地边缘或规模较大的坡折带往往控制了地层的削截,如果不整合面之上出现突发性水进而形成良好的盖层条件可能形成不整合遮挡圈闭(图6)。6盆地坡折带发育的控制作用1)克百地区中二叠统坡折带十分发育,可分为盆缘坡折带和盆内坡折带,受边界逆冲断裂持续活动、盆内次级断裂活动的影响,坡折带的演化表现为多期、幕次性、差异活动以及继承性等特征。2)坡折带对层序及沉积的控