發布時間：2021-08-04所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘 要 渤海灣盆地東營凹陷孔一段沙四下亞段(孔店組一段和沙河街組四段下部)陸相紅層表現為紅 灰組合、以紅為主的地層面貌，有別于過去認為的全紅，其沉積過程和沉積模式的深入解剖對于了解中國東部始新世早期區域構造古地理特征和古氣候演變過程、指導濟陽坳
摘 要 渤海灣盆地東營凹陷孔一段—沙四下亞段(孔店組一段和沙河街組四段下部)陸相紅層表現為“紅 —灰組合、以紅為主”的地層面貌，有別于過去認為的“全紅”，其沉積過程和沉積模式的深入解剖對于了解中國東部始新世早期區域構造古地理特征和古氣候演變過程、指導濟陽坳陷深層油氣資源的勘探和開發具有重要的意義。綜合地震、測井、巖心、錄井和分析測試資料，對該地層的沉積特征和沉積演化過程進行了深入研究，提出了陸相紅層洪水漫湖—時令湖沉積模式。研究表明目的層沉積相類型多樣，除了沖積扇、辮狀河、洪水漫湖和干鹽湖，還包括湖泊、近岸水下扇和風暴相。干旱期發育了沖積扇—洪水漫湖— 干鹽湖沉積組合，其中在凹陷邊緣為沖積扇沉積，向內部過渡為洪水漫湖沉積，在凹陷的北部洼陷帶演變為干鹽湖。間歇性濕潤期主要發育了湖泊沉積，在斜坡帶為灰綠色濱淺湖灘壩砂、壩間泥，北部的利津— 民豐洼陷演變為半深湖—深湖沉積，凹陷北部陡坡帶沖溝部位則發育了近岸水下扇體。推測區域構造古地理、原型盆地特征、古緯度、古物源和古水流方位及周期性變化的古氣候條件共同控制了上述地層的發育。
關鍵詞 陸相紅層;東營凹陷;始新統;洪水漫湖;時令湖沉積
0 引言
渤海灣盆地東營凹陷孔一段—沙四下亞段(孔店組一段和沙河街組四段下部)發育了巨厚的陸相紅層。以往的研究僅關注該套地層中的紅層本身，認為從盆緣到洼陷帶紅層及相關的鹽湖沉積具有分帶性，凹陷邊緣發育了沖積扇，緩坡帶為漫湖三角洲和漫湖灘壩，至洼陷帶主要沉積了膏質泥巖和膏鹽巖[1-8]，沉積水體具有高頻振蕩性[5,9]。少數學者也認為該地層中存在風成砂巖和風塵泥質巖等風成沉積物[10]。
孔一段—沙四下亞段沉積期對應新生代東營凹陷裂陷發育的早期，凹陷的不同構造部位古地形存在明顯差異[11];同時，這一時期古氣候雖然整體表現為干旱、炎熱的特征，但是還存在干濕交替的變化過程[12]。上述構造和富有特色的氣候特征在地層中產生了豐富的沉積相類型。筆者在對其沉積體系進行剖析時發現，在紅層背景中還存在多套旋回狀穩定分布的、相對紅層而言較薄的(分米級—米級尺度)、以灰綠色為主的“異色”薄砂泥巖沉積層。這些沉積層與相鄰的紅層表現為突變接觸，同時具有與紅層全然不同的沉積相類型，前者主要為洪水漫湖沉積，后者則表現出湖泊沉積特征。這一現象在全球不同陸相沉積盆地的紅層都有出現[13-18]，而在孔一段—沙四下亞段的出現動搖了過去認為的、單一的洪水漫湖沉積模式。因此，通過綜合孔一段—沙四下亞段最新的地震、測井、巖心、錄井和分析測試等資料，對其沉積體系進行再認識，提出了洪水漫湖—時令湖沉積模式，認為地層中存在兩類特征迥異的沉積相組合，分別為干旱期的沖積扇—洪水漫湖—干鹽湖沉積組合和周期性濕潤期的湖泊—近岸水下扇沉積組合，前者包含干旱型沖積扇、辮狀河、洪水漫湖和干鹽湖等沉積相類型，后者則包括湖泊、近岸水下扇和局部發育的風暴相，其中湖泊相又可劃分為濱淺湖、半深湖和深湖等亞相類型。在整個地層發育時期，對應兩類沉積組合的沉積過程交替發生。這一認識有助于更好地揭示始新世早期中國東部的區域構造古地理環境和古氣候特征，深入理解這一時期區域古氣候的“緯向分帶特征”[19-21]，并指導濟陽坳陷“紅層”儲層的勘探和開發，同時，能夠對相同或相似地層的沉積過程、沉積環境和沉積控制因素的研究起到很好的指導作用。
1 地質概況
東營凹陷是我國渤海灣盆地濟陽坳陷東南部的一個次級構造單元(圖 1)，是在華北古生界基巖古地形背景上經多期構造運動發育而來的一個中新生代半地塹陸相疊合構造單元 [25-26]。凹陷北斷南超、北陡南緩，西部以青城凸起和林樊家構造為界，與惠民凹陷相毗鄰，北部以陳家莊凸起為界，與沾化凹陷相鄰，東部通過青南洼陷與青東凹陷相連通，南部緊鄰魯西隆起和廣饒凸起，四面環山，整體呈北東向展布[7,11]。根據斷裂體系及構造特征，凹陷進一步被劃分為北部陡坡帶、中央洼陷帶和南部緩坡帶，每個構造帶內又可以劃分為幾個次級構造單元。
區內地層包括太古界、古生界、中生界和新生界，且以新生界為主，缺失元古界、上奧陶統、志留系、泥盆系、下石炭統、上二疊統、三疊系和古新統[25]。新生界古近系從下往上又依次發育孔店組、沙河街組和東營組。按照巖性組合特征，東營凹陷孔店組細分了孔二段和孔一段，沙河街組細分了沙四段、沙三段、沙二段和沙一段，其中，沙四段進一步劃分為沙四下亞段和沙四上亞段(圖 2a)。由于孔一段和沙四下亞段都表現為紅層特征，因此習慣將二者并稱為孔一段—沙四下亞段。凹陷不同構造部位的巖性存在差異。孔一段在凹陷北部陡坡帶發育深灰色砂礫巖和礫巖;洼陷帶為白色、灰白色、灰色碳酸鹽巖、膏鹽巖、鹽巖、石膏與深灰色—黑色泥巖、粉砂質泥巖互層;中央隆起帶、南部緩坡帶為紫紅色泥巖與棕紅色、灰色砂巖、粉砂巖不等厚互層(圖 2b)，部分地區巖石顏色出現“全紅”[3,10];下伏孔二段主要為暗色湖相泥巖沉積，夾薄層砂巖。沙四下亞段巖性具有繼承性，北部陡坡帶為深灰色砂礫巖;中央洼陷帶為深灰色泥巖與碳酸鹽巖、膏鹽巖互層，向南部凹陷邊緣變為紫紅色泥巖夾棕色、棕褐色粉砂巖和砂質泥巖，可見灰綠色砂泥巖夾層。
2 沖積扇—洪水漫湖—干鹽湖沉積組合
2.1 干旱型沖積扇
區內沖積扇從主要的供源山口呈放射狀向盆內堆積，遠端漸變為漫湖混合坪，按照扇體沉積物特征的差異，可以進一步劃分為扇根、扇中和扇緣三個亞環境。扇根主要發育紫紅色中礫巖、細礫巖和含礫砂巖，礫石成分與沖積扇所在地區基巖的巖性有關，其中金家—柳橋地區、平南斷層的下降盤礫石以石英巖礫為主，也可見玄武巖礫或灰巖礫，粒徑在 2~6 mm 之間，最大可達 2 cm;青坨子凸起一帶礫石主要為火成巖礫和泥礫，粒徑在 1~2 cm 之間，最大超過巖心尺寸;青城凸起一帶礫石也以石英巖礫為主。扇根沉積類型主要為泥石流和河道沉積，其中泥石流沉積泥、砂、礫混雜，礫石可直立或大角度斜列，分選差，磨圓中等偏差，主要表現為雜基支撐(圖 3a);局部層段可見粒序層理，而當礫石混雜堆積時，則更多地表現為塊狀層理。河道沉積由砂、礫沉積物組成，成層性一般，但較泥石流沉積好，可見沖刷—充填構造(圖 3b)和粒序層理特征。
相關期刊推薦：《沉積學報》Acta Sedimentologica Sinica(雙月刊)1983年創刊，主要刊載沉積學、沉積礦產、地球化學以及相關分支學科、交叉學科的基礎和應用基礎研究的創新性研究成果和高水平論文，介紹沉積學研究的新技術、新理論及國內外最新沉積學論著，同時也報導有關學術活動、學科研究動態及學術思想的討論和爭鳴。
扇中具有較為明顯的牽引流沉積作用，發育河道沉積和漫流沉積。巖性主要為紫紅色含礫砂巖、粉砂巖、砂質泥巖和泥巖等。河道沉積的砂巖和粉砂巖層可見斜層理或平行層理(圖 3c，d)。相比較扇根處，扇中沉積物的粒度整體變細。扇緣位于沖積扇的遠端，缺少明顯的河流沖刷作用，但仍然可見牽引流特征，主要發育漫流沉積。巖性主要為紫紅色或棕紅色含礫砂巖、砂質泥巖、泥巖，可見具生物擾動的塊狀砂巖(圖 3e)、塊狀泥巖(圖 3f);砂巖分選較好，有時也可見平行層理。沖積扇上不同類型的沉積物具有不同的粒度概率累計曲線。扇根泥石流沉積具有重力流沉積特征，在概率累計圖表現為單段式，而河道沉積兼有重力流和牽引流的水動力特征，多見低斜兩段式;扇中辮狀水道也是低斜兩段式，而漫流沉積主要為低截點高斜兩段式;扇緣沉積物粒度進一步變細，概率累計曲線可見為低截點高斜兩段式、高截點高斜兩段式和細粒三段式等[28]。
單個沉積旋回均表現為下粗上細的特征，代表了沖積扇中一次完整的洪水事件，對應 GR 曲線的測井相主要為鐘形。測錄井和巖心觀察顯示進積型和退積型的相序在孔一段—沙四下亞段都有發育，但以退積型相序為主(圖 3g)。不同地區沖積扇的地震相特征存在差異，在青坨子凸起一側沖積扇主要表現為雜亂前積反射相，而在凹陷南部邊緣表現為無反射結構相。
2.2 辮狀河
辮狀河出現在凹陷周緣、沖積扇的前端，巖性為紫紅色細砂巖、粉砂巖、泥質粉砂巖和粉砂質泥巖。鏡下觀察巖石主要為長石砂巖、巖屑長石粉砂巖(圖 4a)。顆粒成分包括石英、長石(鉀長石和斜長石)和巖屑，且以巖漿巖和變質巖巖屑為主(圖 4b);泥質雜基為 2%~35%，膠結物主要為方解石和鐵方解石。顆粒粒徑在 0.06~0.25 mm 之間，分選中等偏差，顆粒多呈次棱狀，支撐方式為顆粒支撐、點—線接觸。沉積構造包括槽狀交錯層理、板狀交錯層理、平行層理、沖刷面以及生物潛穴，生物潛穴可見明顯的回填構造(圖 5a~e)。粒度概率累計曲線表現為高截點高斜兩段式(圖 6a)，且以發育跳躍次總體為主要特征，含量大于 60%，分布范圍在 1~3.5 Φ，兩個粒度次總體的交切點在 3~4 Φ 之間。
辮狀河二元結構的頂層欠發育或者完全缺失，主要發育下部的細砂、粉砂巖層。單個沉積序列中砂體厚度最大可達 4 m，從底部的沖刷侵蝕界面向上可依次發育塊狀層理、槽狀交錯層理和平行層理等(圖 5f);生物潛穴在局部較為發育。與沉積序列相對應，SP 曲線測井相主要表現為鐘形或箱型特征，前者反映了下粗上細的正旋回，箱形特征則暗示單個沉積旋回的頂積層欠發育或不發育。地震反射剖面為亞平行的中振中連反射相，反映其沉積時研究區內沉降較為穩定，辮狀河穩定發育。
2.3 洪水漫湖
洪水漫湖沉積與近源陣發性洪水向湖盆的注入及隨之而來的沉積作用有關，孔一段—沙四下亞段以漫湖混合坪為主，按照沉積特征的差異又劃分為漫湖泥和漫湖砂兩種。 2.3.1 漫湖泥漫湖泥巖性為紫紅色粉砂質泥巖、泥巖和膏質泥巖。沉積構造以塊狀層理為主，反映了沉積物快速卸載的過程，其他沉積構造少見。粒度曲線反映多種類型的粒度分布特征，有兩段式，如低斜兩段式、低截點高斜兩段式、高截點高斜兩段式(圖 6b)，也有三段式，如細粒三段式和四段式(圖 6c)等，不同的粒度曲線特征反映了沉積物中跳躍次總體和懸浮次總體比率的變化，推測可能與洪水的運移距離有關，在近源區主要為低斜兩段式，反映了重力流向牽引流過渡的特征，在遠源區粒度概率曲線變得多樣化。
漫湖泥的底界可具有不同程度的沖刷特征，裹挾了下伏或鄰層的沉積物(圖 7a)，層內局部可含膏質團塊(圖 7b)。垂向上，相應層段缺乏明顯的粒序或相序特征，對應箱形測井相，反映沉積物供應充足、無粒序特征(圖 7c)。漫湖泥與湖泊沉積互層，共同表現為中振中連發散反射相。
2.3.2 漫湖砂
漫湖砂是混合坪中的砂質沉積物，按照巖性、沉積構造和沉積序列的差異又分為漫湖砂壩和漫湖砂灘兩類。漫湖砂壩是漫湖湖泊發育期在凹陷斜坡帶形成的砂體類型，巖性主要為棕紅色、紫紅色細砂巖，次為粉砂巖。顯微薄片顯示巖石主要為巖屑長石砂巖(圖 4c)，顆粒包括石英、長石(鉀長石和斜長石)和巖屑，且以變質巖巖屑為主(圖 4d)，鐵染泥質雜基含量變化較大，膠結物主要為方解石和硬石膏。顆粒粒徑一般在 0.13~0.25 mm，分選中等偏差，顆粒多呈次棱狀，支撐方式為顆粒支撐。砂體中常含有細礫級的泥礫，局部還可見石英巖礫石(圖 8a)。沉積構造以沖洗交錯層理為主(圖 8b)，也可見高角度斜層理和平行層理。概率累計曲線主要為高截點高斜兩段式(圖 6d)，包括一個較高斜率的跳躍次總體和懸浮次總體，跳躍次總體含量多大于 65%，兩個粒度次總體的交切點一般小于 4 Φ。垂向上，漫湖砂壩的厚度多大于 4 m，底部可見含定向泥礫的沖刷面，向上沖洗交錯層理和高角度斜層理疊覆組合，組成較厚的塊狀砂壩層，對應 GR 和 SP 測井曲線常表現為箱形特征(圖 8c)。
漫湖砂灘是漫湖混合坪的主要砂體類型，單砂體厚度薄且結構和構造與漫湖砂壩存在明顯差異。巖性主要為紫紅色粉砂巖，顯微薄片顯示巖石主要為巖屑長石粉砂巖(圖 4e)，顆粒包括石英、長石(鉀長石和斜長石)和巖屑，且以變質巖和巖漿巖巖屑為主(圖 4f)。顆粒粒徑一般在 0.13~0.25 mm，多小于 0.1 mm，分選中等偏差，顆粒多呈次棱角狀，支撐方式為顆粒支撐，泥質雜基含量為 2%~10%，膠結物主要為硬石膏和方解石。沉積構造包括浪成砂紋層理、雙向交錯層理和脈狀層理等(圖 8d~f)。其粒度分布特征主要為高截點高斜兩段式(圖 6e)，包含一個跳躍次總體和一個懸移次總體，且跳躍次總體含量占絕對優勢，含量多大于 65%，跳躍次總體斜率中等，表示其分選中等。兩個次總體交切點相對較高，多大于 4 Φ，反映沉積物粒度整體偏細。漫湖砂灘在垂向上以反粒序或復合粒序為主，偶見正粒序特征，底部多與漫湖泥巖突變接觸。與垂向沉積序列相對應，GR 曲線主要表現為漏斗形(圖 8g)或鐘形—漏斗形，代表反粒序和復合粒序結構。
2.4 干鹽湖
干鹽湖巖性包括紫紅色含膏泥巖、灰色含膏泥巖、膏質泥巖、泥膏巖、膏巖、含鹽泥、鹽膏巖、膏鹽巖以及灰白色鹽巖。與蒸發巖互層的既有氧化色的砂泥巖，也有非氧化色的粉砂巖和泥巖，且兩種不同顏色的碎屑巖地層具有明顯的分布規律，即紅層主要位于東營凹陷郝科 1—勝科 1—新東風 10—萊深 1 一線，灰色、深灰色砂泥巖地層位于更往北的洼陷中心(如豐深 2 所在區域)，暗示二者在成因上存在差異。氧化色的碎屑巖主要是洪水漫湖或辮狀河沉積，而還原色的細碎屑巖主要是湖相沉積。孔一段到沙四下亞段，東營凹陷北部邊界不斷北移，導致沉降中心也不斷北移，因此不存在一個穩定的沉降中心，在間歇性濕潤期和季節性雨季，北部洼陷中心為有水的小范圍湖泊，使得蒸發巖和還原色砂泥巖地層在縱向上以特定的沉積序列頻繁互層;而漫湖湖泊在濃縮的過程中，當水體達到蒸發巖的飽和度時，在早期的紅層之上沉淀了膏鹽巖等蒸發巖系，之后又被下一次的季節性漫湖沉積物所覆蓋。——論文作者：年濤 1,2，姜在興 3，王貴文 4，賈光華 5，閆曉倩 3，孟嘉軼 3，呂江鋒 3
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