東營(yíng)凹陷鹽-泥構(gòu)造樣式及演化

東營(yíng)凹陷鹽-泥構(gòu)造樣式及演化

許多含油氣盆地的鹽構(gòu)造和粘土結(jié)構(gòu)，其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征和風(fēng)格，以及豐富油氣資源的神奇魅力，使語(yǔ)言學(xué)家感到驚訝。在東營(yíng)凹陷,以中央隆起帶為代表的塑性層構(gòu)造,并非典型的鹽構(gòu)造或泥構(gòu)造——這并不影響它們的完美——新穎之處在于它們是以鹽與泥的組合——鹽-泥層為物質(zhì)基礎(chǔ)的。國(guó)外始終關(guān)注鹽構(gòu)造的研究。Jackson等(1995)主編的SaltTectonics:AGlobalPerspective和Alsop等(1996)主編的SaltTectonics匯總了世界各地鹽構(gòu)造研究的成就。在新進(jìn)展中,通過(guò)尺度物理模擬對(duì)鹽構(gòu)造形成機(jī)制和生長(zhǎng)方式提出了新的解釋——強(qiáng)調(diào)了伸展作用和下沉作用對(duì)鹽構(gòu)造觸發(fā)和演化的作用。雖然如此,鹽構(gòu)造的研究(包括物理模擬)都是針對(duì)“厚”的鹽層的,而對(duì)于“薄”的鹽層很少有人問(wèn)津。其實(shí)任何含鹽盆地都存在與“薄”鹽層相關(guān)的現(xiàn)象。國(guó)內(nèi)的含鹽盆地,特別是東部中、新生代的斷陷型含鹽盆地,呈現(xiàn)了“薄”的鹽層與泥層互層的特征。它們?cè)谂璧貥?gòu)造發(fā)育中占據(jù)了舉足輕重的地位。遺憾的是國(guó)內(nèi)對(duì)于這類構(gòu)造的研究很薄弱。隨著對(duì)鹽構(gòu)造和泥構(gòu)造的研究不斷的深化,人們逐漸對(duì)“薄”的鹽與泥互層顯露出關(guān)注的目光。如Stewart等(1996)認(rèn)識(shí)到單一的、純的鹽相比鹽和泥的互層對(duì)斷裂發(fā)育有不同的影響。與鹽構(gòu)造相比,人們對(duì)泥構(gòu)造的認(rèn)識(shí)還不夠深入。通常泥構(gòu)造在構(gòu)造樣式和形成機(jī)制上與鹽構(gòu)造有許多相似處。但是由于其與天然氣的密切聯(lián)系,而成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。特別是近年來(lái)人們對(duì)異常流體壓力的研究,為泥構(gòu)造及其與油氣聚集關(guān)系的研究開(kāi)辟了道路。1兩組基本類型東營(yíng)凹陷的鹽-泥構(gòu)造大多是非刺穿的,包括鹽-泥滾、鹽-泥核背斜和鹽-泥枕3種基本類型。考慮到鹽-泥構(gòu)造與上覆層和下伏層的聯(lián)系以及本區(qū)斷裂與鹽-泥構(gòu)造密切成生的關(guān)系,本文將東營(yíng)凹陷鹽-泥構(gòu)造樣式劃分為:鹽-泥枕構(gòu)造、鹽-泥滾—滑脫斷層簇—滾動(dòng)背斜構(gòu)造、鹽-泥核背斜—拱頂斷層簇構(gòu)造。(1)鹽-泥充分界面鹽枕一般是穹狀的地下丘,平面形態(tài)圓形至橢圓形的非刺穿的鹽構(gòu)造,基底(鹽下層)一般近平直。剖面上鹽-泥枕呈底平頂凸的丘形(圖1),T6′和T7界面較強(qiáng)烈隆升,中間地震反射斷續(xù)-雜亂,兩翼反射同相軸逐漸過(guò)渡到連續(xù),鹽-泥層與圍巖呈漸變接觸。該鹽-泥枕頂部發(fā)育向北傾的滑脫斷層簇及伴生的反向牽引斷層簇。T6—T6′之間的沙河街組沙三段下亞段(簡(jiǎn)稱沙三下)地層由盆地兩側(cè)向鹽-泥枕頂部逐漸減薄,并且上超在T6′之上,反映該鹽-泥枕在沙三下沉積之前已經(jīng)開(kāi)始發(fā)育。(2)中下盤(pán)、中盤(pán)、拱頂斷層與鹽-泥質(zhì)界面鹽滾是介于整合型與刺穿型之間的一種低幅度不對(duì)稱的鹽構(gòu)造。由兩個(gè)翼構(gòu)成,一翼與上覆層整合接觸(本文稱為整合翼),另一翼與上覆層以正斷層接觸(本文稱為斷層翼)。鹽滾已被認(rèn)為完全是由薄皮的區(qū)域伸展作用和重力驅(qū)動(dòng)的結(jié)果。由607.900測(cè)線可見(jiàn)(圖2),向北傾的犁式的主滑脫斷層(滑滾斷裂)深入到鹽-泥層之中,其下盤(pán)存在一不對(duì)稱的三角形的鹽-泥滾,頂部向上彎曲,其上地層與其大致整合。鹽-泥滾隆起范圍為2.5～2.6s,近100m。下部同相軸向上彎曲,反映了鹽-泥塑性變形的特點(diǎn)。在主滑脫斷層上盤(pán),發(fā)育滾動(dòng)背斜構(gòu)造,沙三段及其以上地層形成向南加厚的生長(zhǎng)楔。滾動(dòng)背斜受同向的滑脫斷層簇切割,改造強(qiáng)烈,且頂部的反向牽引斷層不甚發(fā)育。剖面北部為鹽-泥核背斜—拱頂斷層簇。本區(qū)的鹽-泥滾與典型的鹽滾相似,但其發(fā)育規(guī)模和幅度相對(duì)較小。鹽-泥滾構(gòu)造一般發(fā)育在沙河街組沙四段下亞段(簡(jiǎn)稱沙四下),鹽-泥滾隆升幅度取決于鹽-泥層厚度,也可能與鹽-泥的流動(dòng)能力以及斷層上盤(pán)的沉積物負(fù)載相關(guān)。(3)北滑脫斷層-北緣斷裂-權(quán)益地層模型鹽背斜是一種鹽層與上覆層之間整合接觸的狹長(zhǎng)形的鹽隆。本區(qū)的鹽-泥核背斜構(gòu)造發(fā)育于靠近北部陡坡帶的東營(yíng)構(gòu)造帶。剖面上,鹽-泥核背斜處于向北滑脫的斷層與北部邊界斷層(勝北斷層)之間(圖3)。其內(nèi)部反射為波狀-斷續(xù)-雜亂。該剖面也顯示在核部發(fā)育有褶皺-逆沖斷裂構(gòu)造,反映其受到了擠壓應(yīng)力作用。鹽-泥核背斜頂部發(fā)育有拱頂斷層簇,該類斷層與典型的拱頂斷層的差異在于,其表現(xiàn)為斷層不對(duì)稱發(fā)育,并錯(cuò)斷了背斜頂部地層,具有滑脫斷層的特點(diǎn)。該剖面還顯示在滑脫斷層簇下部發(fā)育有鹽-泥枕構(gòu)造,左側(cè)為鹽-泥滾構(gòu)造。2-鹽污泥結(jié)構(gòu)的形成機(jī)制和發(fā)展2.1重力滑動(dòng)作用楊瑞琪1(1981)較系統(tǒng)地研究了東營(yíng)盆地古近系的塑性層構(gòu)造,提出其成因機(jī)制包括以下3個(gè)方面:(1)塑性層因圍壓失去平衡向壓力梯度降低的方向發(fā)生塑性流動(dòng);(2)巖層的密度反轉(zhuǎn)引起塑性流動(dòng);(3)重力滑移作用。此外還強(qiáng)調(diào)了水平張扭應(yīng)力場(chǎng)的影響。機(jī)制(1)實(shí)質(zhì)上是差異負(fù)載作用。它是指由于上覆層出現(xiàn)的厚度或相的變化導(dǎo)致塑性層側(cè)向壓力差,促使塑性層從高壓區(qū)流向低壓區(qū)。差異負(fù)載作用在鹽或泥構(gòu)造的發(fā)育中具有普遍性,但其引發(fā)的構(gòu)造變形往往是在局部的,且變形幅度較小,并非是鹽或泥構(gòu)造最根本的觸發(fā)機(jī)制。密度反轉(zhuǎn)強(qiáng)調(diào)的是浮力作用——這是經(jīng)常被引用的鹽或泥構(gòu)造的成因機(jī)制。該機(jī)制認(rèn)為當(dāng)鹽或泥層被上覆層埋藏到一定深度時(shí),上覆層的密度變得大于鹽或泥層的密度,導(dǎo)致了密度反轉(zhuǎn),產(chǎn)生Rayleigh-Taylor不穩(wěn)定性,促使鹽或泥構(gòu)造的發(fā)育。然而該機(jī)制強(qiáng)調(diào)上覆層一般要達(dá)到一定厚度時(shí)才能形成密度反轉(zhuǎn),并且不穩(wěn)定性只有在上覆層也為流變體時(shí)才能產(chǎn)生。東營(yíng)凹陷的鹽-泥構(gòu)造至少在沙四上沉積之后已經(jīng)形成了,說(shuō)明上覆層厚度較小。另外,從該類構(gòu)造頂部缺乏伴生的輻射狀斷層組合來(lái)看,浮力作用也不能解釋本區(qū)構(gòu)造的成因。費(fèi)琪等(1982)認(rèn)為在東營(yíng)凹陷的底辟構(gòu)造的形成過(guò)程中,垂直(重力)和水平(扭應(yīng)力)兩個(gè)方向的應(yīng)力都有較強(qiáng)的表現(xiàn),并著重強(qiáng)調(diào)了重力因素是造成底辟構(gòu)造的直接原因。Ge等(1996)在一篇摘要中,根據(jù)動(dòng)力尺度物理模擬提出東營(yíng)凹陷的3個(gè)構(gòu)造帶(北部陡坡帶、中央隆起帶和南部緩坡帶)分別是對(duì)薄皮區(qū)域伸展和鹽源層塑性流動(dòng)的響應(yīng)。其實(shí)本區(qū)北部陡坡帶的逆牽引背斜最發(fā)育的層位在鹽-泥層之上,而鹽-泥層受牽引作用很小;南部緩坡帶的斷層發(fā)育較早,并且形成一系列的斷階,不是典型的鹽尖滅引起的斷層作用。本文認(rèn)為在討論東營(yíng)凹陷鹽-泥構(gòu)造成因時(shí)應(yīng)該考慮到以下幾點(diǎn):(1)鹽-泥層與純鹽或泥相比,其流動(dòng)能力弱;(2)本區(qū)鹽-泥構(gòu)造發(fā)育時(shí)間較早;(3)本區(qū)處于區(qū)域伸展應(yīng)力背景下;(4)本區(qū)發(fā)育的鹽-泥滾構(gòu)造是區(qū)域伸展作用的產(chǎn)物。在此基礎(chǔ)上,針對(duì)東營(yíng)凹陷鹽-泥層的特殊性和鹽-泥構(gòu)造樣式以及盆地構(gòu)造演化的背景,本文認(rèn)為區(qū)域伸展作用下的重力滑動(dòng)作用是東營(yíng)凹陷鹽-泥構(gòu)造形成的主導(dǎo)機(jī)制。重力滑動(dòng)在東營(yíng)凹陷鹽-泥構(gòu)造形成中起的作用表現(xiàn)在以下2個(gè)方面:(1)觸發(fā)鹽-泥層的聚集和隆升。東營(yíng)凹陷孔店組-沙四段沉積時(shí)是受陳南斷裂控制的北斷南超的盆地。在持續(xù)的伸展作用下,盆地不斷向北掀斜。北部沿陳南斷裂發(fā)生的重力滑動(dòng)形成伸展斷彎褶皺,孔店組和沙四下的鹽-泥層向盆地內(nèi)部聚集,同時(shí)在斷層附近發(fā)生垮塌。盆地南部斜坡帶則表現(xiàn)為鹽-泥層沿斜坡向盆地內(nèi)運(yùn)動(dòng)。在這兩種相反方向的重力滑動(dòng)作用下,鹽-泥層聚集加厚、隆升,形成早期的鹽-泥枕構(gòu)造。(2)引起薄皮滑脫作用(薄皮伸展和薄皮擠壓)。從1926年開(kāi)始,一些地質(zhì)學(xué)家已經(jīng)提出區(qū)域伸展能夠引發(fā)底辟作用,但缺乏力學(xué)機(jī)制的解釋,直到近來(lái)被尺度物理模擬所證實(shí)。由重力滑動(dòng)產(chǎn)生的薄皮伸展作用促使鹽構(gòu)造形成已經(jīng)為很多實(shí)例所證實(shí)。伸展斷層作用促使上覆層局部減薄且變薄弱而產(chǎn)生構(gòu)造差異負(fù)載作用,誘發(fā)從動(dòng)底辟作用(Reactivediapirism,筆者譯,與主動(dòng)底辟作用和被動(dòng)底辟作用不同)——能夠從任何厚度、密度或巖性的上覆層之下隆升。Waltham(1997)在討論鹽(和塑性泥巖)的運(yùn)動(dòng)機(jī)制時(shí)認(rèn)為上覆層的褶皺作用和上覆層的牽引作用能夠產(chǎn)生大幅度的鹽流動(dòng),大于浮力作用和差異負(fù)載作用產(chǎn)生的流動(dòng)。這個(gè)結(jié)論可應(yīng)用于解釋早階段的鹽背斜、鹽枕和鹽滾變形作用,而不適合解釋以浮力為主導(dǎo)的鹽底辟和鹽墻生長(zhǎng)階段。并指出,在浮力和差異負(fù)載作用中,上覆層的運(yùn)動(dòng)是鹽流動(dòng)的影響。相反,撓曲和牽引作用下,鹽流動(dòng)是上覆層運(yùn)動(dòng)的影響。這可用來(lái)解釋本區(qū)斷層與鹽-泥層之間的互動(dòng)。隨著區(qū)域伸展作用的增強(qiáng),盆地構(gòu)造空間擴(kuò)大,在重力作用下,發(fā)生了沿鹽-泥層順層或局部切層的滑脫斷層。在滑脫斷層附近形成薄皮伸展構(gòu)造,在滑脫斷層的下盤(pán),鹽-泥層向上運(yùn)動(dòng),形成鹽-泥滾構(gòu)造,在上盤(pán)形成滾動(dòng)背斜和反向牽引斷裂。在滑脫帶的前緣,鹽-泥層受滑脫斷層的牽引而聚集隆升形成薄皮擠壓而發(fā)育鹽-泥核背斜。從本區(qū)鹽-泥構(gòu)造的特點(diǎn)和成因上看,盆地基底并未卷入,因而與基底卷入的鹽或泥構(gòu)造有較大差異。2.2鹽-泥構(gòu)造演化根據(jù)鹽-泥構(gòu)造樣式和組合規(guī)律,并結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化,本文以SB6′(沙四段/沙三段)為界,將東營(yíng)凹陷的鹽-泥構(gòu)造演化劃分為2期——鹽-泥枕發(fā)育期和滑脫斷層—鹽-泥滾—鹽-泥核背斜發(fā)育期(圖4)。(1)沉積旋回沙一方據(jù)主邊界斷層延伸方向和這個(gè)時(shí)期斷裂方位統(tǒng)計(jì)分析判斷,該時(shí)期的應(yīng)力場(chǎng)表現(xiàn)為NNW—SSE方向的拉伸作用。此時(shí)整個(gè)東營(yíng)凹陷形成了兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的單元,即北部的東營(yíng)北洼陷和南部的博興洼陷,前者規(guī)模大。陳南斷層控制了盆地北部的沉降中心。孔店組三段、二段沉積期,沉積以沖積扇和河流沉積體系占優(yōu)勢(shì)?？椎杲M一段沉積時(shí),陳南斷層活動(dòng)性繼續(xù)增強(qiáng),導(dǎo)致沉積面積不斷擴(kuò)大,但沉積中心的空間位置具有繼承性。同時(shí),由于氣候變得更為干熱,蒸發(fā)量加大,形成間歇式鹽湖沉積,發(fā)育了孔一段鹽-泥層。此時(shí)沖積扇體系萎縮、后退,局部發(fā)育有以細(xì)碎屑沉積為特征的河流體系。孔一段沉積末期,鹽湖及濱-淺湖均快速萎縮,甚至不再發(fā)育,而河流體系面積增大,占據(jù)了凹陷區(qū)的大部分地區(qū),沉積物粒度變粗;盆緣斷層處沖積扇體系進(jìn)一步發(fā)育,扇數(shù)增多,扇體變大。整體上,孔一段沉積物以“紅”色為特征。沙四段沉積期凹陷水體加深,沉積面積由下向上迅速增大。平面上,從凹陷邊緣向中心,沉積體系組合為:沖積扇-河流-濱-淺湖和鹽湖-深湖沉積體系。沙四下鹽-泥層形成?？v向上,從沙四下到沙四上鹽湖不斷萎縮直至消失,半深湖-深湖體系發(fā)育;沖積扇體系萎縮、后退,河流體系亦呈萎縮趨勢(shì),形成了欠補(bǔ)償式的沉積格局。沉積物粒度由下向上變細(xì)(紅色砂礫巖-砂泥互層-白云巖、灰?guī)r、深灰色泥巖和油頁(yè)巖),構(gòu)成了一個(gè)不完整的沉積旋回,其頂界為SB6′界面。沉積物受南部斜坡的重力滑動(dòng)作用和北部陳南斷層的牽引作用,孔店組一段—沙四下的鹽-泥層向盆地中心部位流動(dòng)聚集,形成了底平頂隆的鹽-泥枕構(gòu)造。(2)不同沉積向拉伸方向的滑脫斷層—滑脫斷層—鹽-泥滾—鹽-泥核背斜發(fā)育期(SB6′后):SB6′以上的地層表現(xiàn)出向陳家莊凸起的明顯超覆。在陳南斷裂下降盤(pán)發(fā)育的一套二級(jí)斷裂體系——濱南斷裂帶、利津斷裂帶、勝北斷裂帶控制了SB6′界面之后沉積,表明此時(shí)的沉積作用已經(jīng)不再受陳南斷裂的控制。這個(gè)時(shí)期盆地的北部邊界大體呈NE向弧形展布于陳家莊凸起的南坡和濱縣凸起的南坡。邊界處發(fā)育一套呈NE或NEE向展布的蓋層斷裂系統(tǒng),有濱南斷裂帶、利津斷裂帶和勝北斷裂帶。盆地的活動(dòng)主要受控于NW-SE向的拉伸作用。在這一時(shí)期,博興洼陷與東營(yíng)北洼陷合為一體,東營(yíng)凹陷的沉降中心也由東部的民豐洼陷向西遷移至現(xiàn)今的利津洼陷。在同沉積過(guò)程中,凹陷內(nèi)部發(fā)育了主體向NWW方向運(yùn)動(dòng)的滑脫斷層。在東營(yíng)凹陷西部(609線以西),發(fā)育了傾向N的兩套滑脫斷層簇。在斷層的下盤(pán)形成鹽-泥滾構(gòu)造,在上盤(pán)形成滾動(dòng)背斜。由于該組斷裂北為利津洼陷的沉降中心區(qū),構(gòu)造空間大,在盆地中心沒(méi)有形成明顯的近NW-SE向擠壓應(yīng)力,所以不發(fā)育鹽-泥核背斜。東營(yíng)凹陷中部(609-621線)是早期鹽-泥枕發(fā)育的地區(qū)。鹽-泥枕頂部發(fā)育有重力滑脫斷層。受其影響,部分鹽-泥層在斷層的下盤(pán)聚集加厚,形成了鹽-泥滾構(gòu)造,疊加在早期的鹽-泥枕之上。在斷層上盤(pán)發(fā)育了滾動(dòng)背斜,使早期隆升的鹽-泥構(gòu)造進(jìn)一步隆升。由于該套滑脫斷層簇與凹陷北部邊界的勝北斷裂帶距離相對(duì)較近,構(gòu)造空間小,而形成近NW-SE向的擠壓應(yīng)力。鹽-泥層向兩者之間流動(dòng)聚集,形成了明顯的鹽-泥核背斜。在東營(yíng)凹陷東部(621線以東),早期的鹽-泥枕之上發(fā)育了向南滑脫的斷層。在斷層的下盤(pán),形成鹽-泥滾構(gòu)造,疊加在了早期鹽-泥枕之上;在斷層上盤(pán)形成滾動(dòng)背斜以及反向牽