孙吴-结雅盆地沉降-隆升演化史分析.pdf

第 卷 第 期 年 月 世 界 地 质 文章编号:()孙吴结雅盆地沉降隆升演化史分析曹瀚升 王载云 孙守亮 张渝金 贺文同 广东海洋大学 海洋与气象学院 近海海洋变化与灾害预警实验室 广东 湛江 广东海洋大学 广东省高等学校陆架及深远海气候、资源与环境重点实验室 广东 湛江 中国地质调查局 沈阳地质调查中心 沈阳 吉林大学 地球科学学院 长春 摘要:位于松辽盆地东北部的孙吴结雅盆地是横跨黑龙江的中、新生代断坳叠置型陆相残留盆地具有良好的油气前景 目前实际油气勘探程度较低 为揭示该地区中、新生代盆地的构造及演化特点 笔者在孙吴结雅盆地 个主要断陷内 利用 口钻井资料进行了地层的精确划分与对比 恢复各时代地层的沉降隆升史曲线 研究表明 自晚侏罗世晚期形成以来 盆地经历了 次沉降和 次隆升 盆地所经历的 次较大规模的隆升年代分别为 和 (北部为)其后期隆升时间明显长于前期 隆升幅度也大于前期 盆地的主体沉积形成时间为 孙吴结雅盆地的形成与演化经历伸展断陷、构造反转、整体坳陷、晚期反转和差异升降等 个阶段 造就了现今盆地的下断上坳、隆坳相间的盆地基本构造结构和格局关键词:沉降隆升 地层对比 盆地演化 构造地质 孙吴结雅盆地中图分类号:文献标识码:/收稿日期:修订日期:基金项目:广东省自然科学基金面上项目()第一作者:曹瀚升()男 副教授 主要从事石油地质研究:.().:.:引言受西太平洋板块强烈俯冲作用和蒙古鄂霍茨克海碰撞造山作用的约束 东北亚中、新生代盆地的构造演化具有时空上的叠加性和复杂性 孙吴结雅盆地是 向延伸的中俄跨境中、新生代含煤沉积盆地 总面积约 其中 中国境内为孙吴嘉荫盆地(以下简称南部)面积约 俄罗斯境内为结雅布列亚盆地(以下简称北部)面积达 (图)该盆地位于松辽盆地的东北部 是发育在古老变质结晶基底佳木斯布列亚陆块和松图 孙吴结雅盆地的构造单元划分及对比(底图据文献 修改)()世 界 地 质 第 卷嫩图兰地块之上的中、新生代断坳叠置型含煤沉积盆地 孙吴嘉荫盆地是中国松辽盆地外围油气勘探的重点盆地之一 结雅布列亚盆地是俄罗斯远东地区油气勘探的主要陆相盆地之一 近二十多年来 盆地油气地质条件的研究引起相关学者的兴趣和重视 总体上 该盆地的研究程度较低尤其是占大部分面积的北部 作为统一的能源盆地 尚缺乏对其整体构造、沉积演化、沉降史等方面的分析和研究 因此 笔者利用钻井资料 研究孙吴结雅盆地的构造格局及沉积充填序列 着重分析盆地中、新生代构造特征及演化史 对中俄跨境盆地的详细对比研究 完整揭示该区域盆地演化规律 厘清油气勘探思路有着重要价值 同时也为未来中国油气资源勘查战略提供理论依据 区域概况 构造格局在大地造构造位置上 孙吴结雅盆地分布在中亚造山带东段 古亚洲域与滨太平洋域叠加部位 自中生代以来 蒙古鄂霍次克洋闭合造山与太平洋板块俯冲作用影响和控制了盆地形成与演化 盆地内断裂构造非常复杂 依据盆地重、磁资料的处理解释结果及对前人资料的归纳总结 可在盆地内解释出十多条基底断裂和几十条盖层断裂 在断层性质上 主要为正断层和平移断裂 平面分布上 主要为 向断裂和 向断裂 在活动期次上 既有后生断裂也有控制沉降和沉积的长期活动的同生断层以及后期反转的断层其中 控制沉降和沉积的长期活动的同生断层主要以 向断裂为主 因此孙吴结雅盆地表现为 向展布的隆坳相间的构造格局 规模较大的多条 向断裂控制了盆地总体构造格局与早白垩世的火山活动 并将盆地分成 个沉降断陷和 个隆起(一级单元)除了位于盆地西部边缘向西(向外)延伸分布的 个单元(瑟切瓦断陷和布拉戈隆起)之外 南、北部的 隆 坳构造格局具有统一的协同演化关系(图)盆地基底的最大埋深位于北部的莱蒙托夫断陷区中部 其中 个凹陷最大埋深大于 充填层序及其对比关系孙吴结雅盆地的填充层序为晚侏罗世以来的陆相 碎 屑 沉 积 地 层 断 陷 区 内 最 大 厚 度 可 达 其中白垩系为主体层序 尤其是下白垩统 其厚度可达 盆地南部主要为中生代的陆相碎屑沉积岩 自下而上依次为:下白垩统宁远村组和淘淇河组 上白垩统永安村组、太平林场组和渔亮子组 古新统乌云组 中新统孙吴组宁远村组沉积时期 盆地充填主要为中酸性火山岩湖底扇沉积体系 淘淇河组主要为一套正常沉积的陆相碎屑岩建造 局部含有一些火山物质 永安村组主要为滨湖浅湖相细碎屑沉积 不整合于淘淇河组之上 太平林场组属浅湖相细碎屑沉积 底部有油页岩 与下伏永安村组整合接触 渔亮子组主要为三角洲相、滨湖相碎屑沉积 平行不整合于太平林场组之上 上白垩统富饶组是晚白垩世最晚期的河湖三角洲相含煤细碎屑沉积 盆地北部的充填层序主要有上侏罗统叶卡捷林诺夫卡组 下白垩统伊基库茨组和波亚尔科夫组 上白垩统扎维金组和中、下查加扬组 古新统上查加扬组 渐新统第四系为主的结雅系 结合前人研究资料 根据国际年代地层表(国际地层委员会)建立了南、北部断陷内 口钻井(图)地层的年代及其对比关系(表、)沉降曲线的恢复及其分析本研究的目的是揭示盆地形成与演化过程中的降升与沉积历史 故文中的沉降是指不同年代地层底界面的总沉降 包括构造沉降和负荷沉降 古厚度恢复依据沉积骨架厚度不变的原理 笔者采用回剥法进行 口钻井地层的古厚度恢复 公式为:()()()而()()式中:为地层的古厚度(原始沉积厚度)()为现今地层厚度()()为埋深 处的孔隙度()为原始孔隙度()为压实因子()从南北各部选择 口代表性的井(井位如图 所示)南部地区 井和 井分别位于沾河断陷中部和嘉荫断陷北部 北部地区 井和 井分别位于波亚尔科夫断陷的南部和莱蒙托夫断陷南第 期 曹瀚升 等:孙吴结雅盆地沉降隆升演化史分析 表 中生代钻井地层南北对比 系统阶南部地层北部地层底界年代/白垩系侏罗系马斯特里赫特阶坎潘阶圣通阶康尼亚克阶土仑阶塞诺曼阶阿尔布阶阿普特阶巴雷姆阶欧特里夫阶凡兰吟阶贝里阿斯阶提塘阶渔亮子组()太平林场组()永安村组()淘淇河组()宁远村组()中、下查加扬组()上扎维金组()下扎维金组()波亚尔科夫组()伊基库茨组()叶卡捷林诺夫卡组()基底表 新生代钻井地层南北对比 系统阶南部地层北部地层底界年代/第四系新近系古近系上新统中新统渐新统古新统丹尼阶松散沉积玄武岩孙吴组乌云组结雅系上查加扬组 部 这 口井区都是在所属断陷中基底埋深相对较大的位置 由于 井未钻到基底 其深部地层数据引用了穿过该井区的地震反射剖面的解释资料恢复古厚度的相关参数见表 古剥蚀量的模拟计算不整合面代表地层的缺或失 由于尚不明确不整合面形成时间段内的沉降与抬升的时间 故暂设不整合面形成时间的中间点为沉降与抬升的分界预测古剥蚀量的计算公式为:表 地层单元中沉积物属性统计 岩性/原始孔隙度/砂岩 粉砂岩 泥质粉砂岩 泥岩 世 界 地 质 第 卷 ()/()式中:为剥蚀厚度()为不整合面下伏地层厚度()()为不整合面形成时间()为下伏地层形成时间()模拟计算不整合面的古剥蚀量结果(表)表 主要不整合面的时间及古剥蚀量 年代/古剥蚀量/井 井 井 井 注:古剥蚀量结果根据公式()计算 运用上述参数及方法恢复 口井区的沉降史曲线见图 孙吴结雅盆地主要地层底界面的沉降史曲线可分为 个明显的沉降阶段 盆地形成 早 期()沉降速度和沉降幅度大 其沉降速率达 /分别对应为叶卡捷林诺夫卡组、宁远村组(伊基库茨组)和淘淇河组(波亚尔科夫组)的沉积过程 其间在南部区经历了短暂的一次抬升 在盆地南部嘉荫断陷内 此阶段的沉降速率和幅度都比较小(图、)经过一次较大规模的抬升之后 在盆地的形成中期()由相对稳定而缓慢的沉降(沉降速率小于 /)转变为又一次快速沉降(沉降速率达 /)其对应于永安村组(下扎维金组)、太平林场组(上扎维金组)、渔亮子组(中、下查加扬组)和乌云组(上查加扬组)的沉降和沉积过程 此期盆地北部的沉降速率与早期相当图 孙吴结雅盆地南部沾河断陷 井区沉降史曲线 图 孙吴结雅盆地南部嘉荫断陷 井区沉降史曲线 第 期 曹瀚升 等:孙吴结雅盆地沉降隆升演化史分析 (图、)但在盆地南部后期的快速沉降速率明显低于早期 而位于盆地最东部的 井区沉降速度和幅度明显大于该断陷早期 达 /(北部为 )现今阶段为第二次缓慢沉降期 其沉降幅度和沉降速率都较小(/)对应于孙吴组和第四系(结雅系)的沉积该盆地经历过 次较大规模的隆升与剥蚀 分别为 和 (北部为 )前期剥蚀厚度分别为:南部 井区 和 井区 北部 井区 和 井区 后期隆升的时间明显长于前期 隆升幅度也大于前期 后期 口井区的预测剥蚀厚度分别为、和 (表)盆地的主要沉降或沉积主体形成于 沉降速率表现为快慢快慢的演化规律 盆地演化过程的认识孙吴结雅盆地为白垩纪及新生代沉积盆地其中白垩纪为主要盆地形成与发展阶段 以永安村组(下扎维金组)底不整合面为界 将盆地中生代地层分为两个主体构造层 即上侏罗统叶卡捷林诺夫卡组、下白垩统宁远村(伊基库茨)组和淘淇河(波亚尔科夫)组构成的下伏构造层和上白垩统永安村(下扎维金)组、太平林场(上扎维金)组和渔亮子(中、下查加扬)组构成的上覆构造层分别对应于盆地的两个主要发展时期 即伸展断陷期和整体坳陷期根据沉降史曲线结合区域构造演化背景与盆地南北沉积特征综合分析表明 孙吴结雅盆地的形成和演化经历了伸展断陷期、构造反转期、整体坳图 孙吴结雅盆地北部波亚尔科夫断陷 井区沉降史曲线 图 孙吴结雅盆地北部莱蒙托夫 井区沉降史曲线 世 界 地 质 第 卷陷期、晚期反转期和差异升降期等 个演化阶段 伸 展 断 陷 阶 段(提 塘 期阿 尔 布 早 期 )在太平洋板块俯冲的背景下 晚侏罗世早白垩世为中国东北和俄罗斯远东地区地幔物质强烈上涌、地壳强烈伸展与广泛的岩浆活动时期 在此动力学背景下 开始形成松辽盆地、三江阿穆尔盆地等规模不等的裂陷盆地 孙吴结雅盆地在晚侏罗世晚期(提塘期)先从盆地的中心区域(北部)开始伸展断陷沉积了叶卡捷林诺夫卡组和早白垩世早期的伊基库茨组陆源粗碎屑沉积 在盆地形成初期(提塘期)南部区尚处于区域隆升、剥蚀阶段 早白垩世早期(贝利阿斯期)盆地南部以宁远村组火山岩地层为主 伴随粗碎屑扇体沉积 局部有湖相沉积该时期断层活动较为剧烈 向的控盆控坳断裂数量多、规模大 致使盆地沉降速度和幅度均较大 沉积了较厚的晚侏罗世和早白垩世地层厚度超过 构造反转阶段(阿尔布晚期赛诺曼期 )在淘淇河组(波亚尔科夫组)沉积之后的阿尔布赛诺曼期 盆地经历第一次大面积隆升 这是该盆地由断陷向坳陷转化过程中的一次大规模的调整过程 经过沉积间断或剥蚀发生构造变动 形成盆地内清晰的区域不整合面(反射界面)即淘淇河组(波亚尔科夫组)之上的区域性角度不整合面是盆地演化重要的构造分界面 在此阶段 南部预测剥蚀厚度达 (井区)北部预测剥蚀厚度达 (井区)整 体 坳 陷 阶 段(土 仑 期卢 泰 特 早 期 )在上白垩统永安村(下扎维金)组和太平林场(上扎维金)组沉积时期 盆地伸展活动大大减弱 进入整体沉降坳陷阶段 沉降速度缓慢 接受了大面积相对稳定的湖泊相沉积 此期地层发育范围广泛、分布比较稳定、产状平缓 没有显著的岩浆活动 该时期是盆地发展的全盛时期 沉积范围超越现今盆地的边界并逐渐扩大 各组段地层向边缘超覆 在坎潘期马斯特里赫特过渡期曾发生过短暂的沉积间断 即太平林场(上扎维金)和渔亮子(中、下查加扬)组间的短暂不整合 自渔亮子(中、下查加扬)组的沉积开始盆地经历了又一次的快速沉降 乌云(上查加扬)组沉积时期还发育有大段深色泥岩(井区)和煤系地层 但总体上水体变浅 出现河流三角洲相为主的粗碎屑沉积 至此 基本形成了盆地下断上坳的基本构造结构和隆坳相间的格局 晚 期 反 转 阶 段(卢 泰 特 晚 期夏 特 期 )乌云(上查加扬)组沉积末期 盆地演化进入时间最长、规模最大的反转隆升阶段 致使断陷内的乌云组被大范围剥蚀变薄 预测其 口井区的剥蚀量为 同时 在区域 向扭动应力作用下 初步形成隆坳相间的盆地构造格局及平缓的褶皱构造面貌 此次构造反转作用具有东部地区强 西部地区弱的特点 导致盆地东部的上白垩统大面积出露于地表 从沉降史曲线及年代地层对比看 此期南、北区反转的幅度相近 但盆地南部的反转持续时间(约 )明显长于北部(约 )即反转的后期古近纪普利亚本期()开始了北部结雅系下段的沉积 差异升降阶段(现今)新近纪 伴随相对稳定而缓慢的差异升降(沉降速率小于 /)在坳陷区形成孙吴组(结雅系中、上段)河流相为主的粗碎屑堆积 在其末期 南部区域内发生玄武岩喷溢 此阶段以近水平产状为主的新生代沉积层为特征 沉降幅度和沉积速度均较低 在断陷区 沉积层以角度不整合覆盖于下伏构造层 而在部分隆起区 则直接覆盖于基底岩石之上 在隆起区地层则遭受较大范围的剥蚀 盆地范围明显缩小 呈现现今的残留盆地 结论()孙吴结雅盆地在晚侏罗世提塘期由盆地的中心区域(北部)开始沉降沉积 其盖层以白垩纪的沉积为主 以 时间段为盆地沉积主体的形成与发展阶段()根据盆地的沉降史曲线 可识别出 次沉降阶段和 次较大规模的抬升阶段 盆地形成早期()的沉降速度大 沉降幅度也最大 经过一次较大的抬升之后 在盆地的形成中期()由相对稳定而缓慢的沉第 期 曹瀚升 等:孙吴结雅盆地沉降隆升演化史分析 降转变为又一次快速沉降 现今阶段为第二次缓慢的差异沉降期 次抬升阶段分别为 和 其后期隆升时间明显长于前期 隆升幅度也大于前期()孙吴结雅盆地的形成与演化经历了伸展断陷反转坳陷反转差异升降的螺旋式发展的构造演化过程 形成了下断上坳的盆地结构和隆坳相间的盆地构造格局参考文献:刘希雯 王锶淼 高妍 等.黑龙江依兰地区早白垩世花岗岩的年代学及地球化学特征.世界地质 ():.():.索艳慧 李三忠 曹现志 等.中国东部中新生代反转构造及其记录的大洋板块俯冲过程.地学前缘 ():.():.李三忠 索艳慧 李玺瑶 等.西太平洋中生代板块俯冲过程与东亚洋陆过渡带构造岩浆响应.科学通报 ():.():.冯志强 董立 童英 等.蒙古鄂霍茨克洋东段关闭对松辽盆地形成与演化的影响.石油与天然气地质 ():.():.高宁宁 单玄龙.吉林东部中新生代盆地群受断裂带的控制作用及其形成与演化.河北地质大学学报 ():.():.张兴洲 郭冶 曾振 等.东北地区中新生代盆地群形成演化的动力学背景.地学前缘 ():.():.赵学钦 陈汉林 杨树锋 等.孙吴嘉荫盆地中新生代构造特征及演化.中国矿业大学学报 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