中国东部新生代陆相断陷盆地层序的构成样式
王华，廖远涛，陆永潮，任建业，王家豪，严德天，刘彦博
(中国地质大学(武汉) 资源学院，湖北 武汉，430074)
摘 要：
摘 要：选取我国东部跨不同古构造、古气候和古地理单元的多个陆相断陷盆地，如济阳凹陷、南阳和泌阳凹陷、南堡凹陷、歧口凹陷、江汉盆地、东濮凹陷、百色盆地和苏北盆地等，以层序界面和层序单元的精细划分为基础，对古近系－新近系的构造地层格架和层序结构特征进行对比分析，总结出犁式断坳型和陡倾式断坳型2种类型层序地层格架和断坡带型、弯折带型、枢纽带型(或斜坡型) 3种典型的层序构成样式。不同级次的构造控制着层序的发育和层序样式特点，在此基础上建立了对储集体展布和烃源岩潜力具有重要预测功能的层序地层模式，从而为我国东部具有地域及地质特色的陆相含油气盆地内隐蔽油气藏的寻找和评价提供了一套新的思维框架。
关键词：
中图分类号：P53 文献标志码：A 文章编号：1672-7207(2010)01-0277-09
Sequence architecture styles of Cenozoic continental rift basins in East China
WANG Hua, LIAO Yuan-tao, LU Yong-chao, REN Jian-ye, WANG Jia-hao, YAN De-tian, LIU Yan-bo
(Faculty of Earth Resources, China University of Geosciences, Wuhan 430074, China)
Abstract: Two types of sequence stratigraphic frameworks of plough-shaped and steep dip, three typical sequence architectural styles of fault-break zones, bend slope-break, pivotal slope-break (or slope belts) were summarized based on fine division about the sequence boundary and sequence unit, contrast analysis of tectono-stratigraphy framework and sequence architecture of continental rift basins was made crossing different paleotectonic, paleoclimate, and paleogeographic units in Paleogene and Neogene in East China, such as Jiyang Depression, Nanyang and Biyang Depression, Jianghan Basin, Dongpu Depression, Baise Basin, and Subei Basin. Different level tectonics and structures may control the sequence development and sequence pattern. On the basis of the previous integrated analysis, sequence stratigraphic models which have important prediction function on reservoir distribution and potential source rocks are set up and a set of new idea is offered for the search and evaluation of subtle oil reservoirs within the continental rift basins characterized by the regional and geological features in East China.
Key words: sequence architecture style; continental rift basin; Cenozoic; East China
人们对中国东部典型陆相断陷盆地如济阳凹陷、南阳和泌阳凹陷、南堡凹陷、歧口凹陷、江汉盆地、东濮凹陷、百色盆地和苏北盆地等进行了大量研究[1-5]，但对这些跨不同古构造、古气候和古地理单元的含油气盆地的综合研究和对比分析少[6-7]，这在一定程度上制约了我国东部隐蔽油气藏的寻找。为此，本文作者在对我国东部典型陆相含油气盆地对比分析的基础上，探讨层序发育演化的主控因素，以便为油气资源勘探提供依据。
1 中国东部新生代陆相断陷盆地主要层序界面及其层序单元划分
正确识别、划分和对比不同级别的层序界面是建立层序地层格架的关键[8-9]。陆相断陷盆地中二、三级层序常常是构造阶段性演化的直接产物[10-11]。层序界面的主要识别标志包括：
(1) 地震剖面或沉积断面上显示的削顶或下切冲刷造成的不整合接触关系、低位体系域的底超和高位体系域的顶超界面等。
(2) 地震剖面上规模较大的下切谷或下切水道，露头上古风化壳或古暴露面。
(3) 区域性沉积旋回的转换部位。
(4) 生物种属和微量元素的突然变化。
根据层序界面的典型识别标志，在中国东部新生代陆相断陷盆地中可识别出8个具有区域对比意义的层序界面。其中一级界面3个，分别为晚白垩与古近系的分界面、古近系与新近系的分界面、新近系与第四系的分界面(图1)。这8个一、二级层序界面为中国东部新生代断陷盆地主要的区域性古构造运动面或区域性不整合面，在多个典型断陷盆地中具有较好的可比性(图2)。其中：二级层序界面由于各盆地所处构造及应力背景的差异，导致在各断陷盆地中有一定的差别，但还是具有可比性；古近系的3个二级层序界面(年龄分别为50.4，42.4和38.0 Ma)，在典型盆地中均有明显的构造-沉积间断，指示盆地幕式的跃变过程(图2)。
图1 南堡凹陷新生代层序划分、沉积充填及构造演化综合序列图
Fig.1 Integrated sequence of sequence classification, sedimentary infilling and tectonic evolution of Nanpu Depression in Cenozoic
图2 中国东部古近纪—新近纪陆相断陷盆地充填序列对比图
Fig.2 Infilling sequence correlation of Paleogene-Neogene continental rift basins in East China
根据上述层序界面的划分，将我国东部新生代陆内断陷盆地划分出3个一级层序和6个二级层序，其中古近系划分4个，新近系划分2个(图2)。除苏北盆地由于新近系底界面的强烈剥蚀导致古近系最上一个二级层序大部分缺失外，其余各层序均有很好的可 比性。
2 中国东部新生代陆相断陷盆地 层序地层格架对比
2.1 构造-地层格架特征
中国东部典型陆相断陷盆地均具有地堑-半地堑的构造样式(图3)。构造因素在盆地层序形成中具有首要的控制作用[12-13]。通过精细构造层序分析，中国东部陆相断陷盆地主要形成于裂陷作用背景下，主要裂陷幕发生于古近纪。古近系-新近系为2个不同结构特征的区域性构造层序。古近系的4个二级层序与盆地裂陷期发生的多幕伸展过程相吻合，其间均有较明显的间断面，许多是反转后的剥蚀面。新近系的2个二级层序分别形成于裂后热衰减沉降和其后发生的沉降加速期，这些构成了中国东部陆相断陷盆地颇具特色的复合构造地层格架。
(a) 东营凹陷构造地层格架图；(b) 东濮凹陷构造地层格架图；(c) 高邮凹陷构造地层格架图；(d) 南阳凹陷构造地层格架图；(e) 泌阳凹陷构造地层格架图；(f) 江陵、潜江营凹陷构造地层格架图；(g) 百色盆地构造地层格架图
图3 中国东部典型陆相断陷盆地所具有的地堑-半地堑构造样式
Fig.3 Tectonic framework of Paleogene-Neogene continental rift basins in East China
(1) “下断上坳”式的双层结构是中国东部古近纪—新近纪陆相断陷盆地的典型特征(又称为上、下构造层序)，其分界为一级层序界面即区域角度不整合面。下构造层代表早期裂陷作用形成的相互独立的半地堑-地堑式充填的产物，上构造层代表盆地发育晚期裂后热沉降期形成的坳陷式充填产物。
(2) 中国东部陆相断陷盆地形成于裂陷作用背景下，裂陷期有大致的同步性，即始于白垩纪最晚期或古新世。盆地的裂陷阶段形成复式的地堑、半地堑构造，大型盆地深部常由地堑、半地堑群及其间的断隆构成，在裂后阶段形成坳陷[4, 14]。以济阳凹陷等中部陆相断陷盆地为代表，盆内各凹陷的发育受到NNE和NE向的张性或张扭性大断裂的控制，形成由“北(或南)断南(或北)超”、总体呈北东、北北东向展布的多个半地堑和低凸起组成的复合形式，具有复式半地堑的构造地层格架(图3)，其控制性边缘断裂内侧的陡坡带、对侧的缓坡带以及轴向方向的剖面所显示的层序构成样式、沉积体系特征明显不同[15]。
(3) 中国东部单一机制的正向伸展盆地较少见，大多数盆地在伸展的同时都有不同程度的走滑活动与之联合，这就造成了张扭性的斜向拉伸效应。在盆地演化的不同阶段，各种作用的联合形式不同。多数盆地如济阳凹陷、南阳和泌阳凹陷、东濮凹陷等都经历了右旋张扭与左旋压扭的交替。需要注意的是：老古近纪—新近纪裂陷阶段NE和NNE向的基底先存断裂带普遍表现为右旋走滑，这与太平洋板块和欧亚板块相对运动的方向很不协调，可能为印度洋板块的远程楔入，与欧亚板块、太平洋板块的耦合作用有关[16]。
(4) 走滑-伸展是陆相断陷盆地的主要形成机制，其层序地层格架主要受先存断裂网络和同沉积活动控制[17-19]，具有以下特点：
① 由于盆地两侧盆缘断裂活动的差异性导致盆地充填具有明显不对称性；
② 同一层序界面性质变化较大，在盆地某些构造部位为明显角度不整合，而有些部位则为整合接触；
③ 走滑-伸展盆地中常见沉积中心沿纵向和侧向迁移，因而导致不同层序的地层格架存在差异；
④ 沉积物特征主要受构造作用影响，细粒沉积物通常在走滑-伸展构造背景下形成，而粗粒沉积物沉积在走滑或挤压构造背景下形成。
2.2 陆相断陷盆地层序地层格架
古近系—新近系层序地层格架主要受构造格架控制，其中控凹边界主生长大断裂的生长活动，是构造地层格架形成的主控因素。通过中国东部古近纪—新近纪典型陆相断陷盆地的层序地层格架进行对比研究，根据控凹主生长大断裂的形态，可归结为2大类型的层序地层格架，即犁式断坳型层序地层格架和陡倾式断坳型层序地层格架。
2.2.1 犁式断坳型层序地层格架
犁式断坳型层序地层格架在中国东部以南阳凹陷为代表(图4)，层序地层格架由“下断上坳”式的双层复合组成。古近系幕式断陷期由盆缘一侧(通常为陡坡带)控凹的铲型正断层在非平面上滑动，导致盆内另一侧(通常为缓坡带)的挠曲作用使沉积斜坡发生明显弯折的地带(如凸起与斜坡、斜坡与凹陷之间的边界地带)即弯折带沿古背斜枢纽带展布，湖盆充填沉积构成半地堑式扇形的地层格架。新近系均表现为单一的坳陷型层序地层格架。
图4 中国东部以南阳凹陷为代表的犁式断坳型层序地层格架图
Fig.4 Sequence stratigraphy framework of plough-shaped slope-break style of Paleogene-Neogene continental rift basins in East China
2.2.2 陡倾式断坳型层序地层格架
陡倾式断坳型层序地层格架主要以泌阳凹陷为代表(图5)，歧口凹陷、潜江凹陷、东濮凹陷、百色盆地等均属此型层序地层格架。一侧盆缘(通常为陡坡带)为生长深断裂，并构成陡倾的单阶式断坡带，另一侧为无坡折的缓倾斜坡。层序地层格架仍由“下断上坳”式的双层复合组成：下层古近系幕式断陷期充填沉积形成向缓坡上超的半地堑型层序地层格架，上层新近系充填地层为向盆地两侧上超的坳陷型层序地层格架。
图5 中国东部古近纪—新近纪陆相断陷盆地陡倾式斜坡型层序地层格架图
Fig.5 Sequence stratigraphy framework of steep dip slope style of Paleogene-Neogene continental rift basins in East China
2.3 陆内断陷盆地主要层序构成样式
中国东部古近纪通常为断陷湖盆发育时期，其层序内部体系域构成主要表现为构造的主控性，如断裂带或背斜褶皱枢纽，从而构成了构造坡折带。构造坡折带是指由于同沉积构造活动(断裂或褶皱)而造成沉积斜坡发生明显变化的地带(如凸起与斜坡、断坡与凹陷、斜坡与凹陷之间的边界地带)，并直接控制了断陷湖盆的低位滨岸坡折和高位滨岸坡折，决定了各层序低位体系域和高位体系域的分布范围。断裂或弯折造成的古地貌坡折有利于深湖的存在，同时，坡折上的斜坡暴露又提供了沉积物再搬运再沉积的条件[20]。这些都是形成大型浊积扇体不可缺少的条件[21-22]。断陷期构造坡折型层序有断坡带型、弯折带型、枢纽带型(或斜坡型)，见图6。
图6 中国东部古近纪—新近纪陆相断陷盆地层序构成模式图
Fig.6 Sequence architecture models of Paleogene-Neogene continental rift basins in East China
2.3.1 断坡带型层序内部沉积构成
断坡带型层序在济阳凹陷的东营和沾化凹陷中最典型，在中国东部其他陆相断陷盆地的古近系幕式断陷充填中，大都发育该类层序模式(图6)。
断坡带型层序的低位沉积坡折主要追寻盆缘和盆内主控同沉积断裂发育部位，从而形成以断裂构造控制的低位坡折-断坡带。根据两侧低位断坡带分布，盆缘主控生长铲型断裂侧构成盆缘陡坡断坡带，另一侧同期派生盆内次级断裂构成缓坡断坡带，以两侧低位断坡带为界，从陡坡到缓坡可划分出盆缘隆起区、陡坡带、开阔湖盆区、缓坡带和缓坡剥蚀区等次级构造单元。相应地，可划分出剥蚀区、陡坡冲积沉积区、陡坡低位扇和高位扇三角洲沉积区、开阔湖盆沉积区、缓坡低位扇和高位辫状河三角洲沉积区、冲积平原沉积区、缓坡剥蚀区等次级沉积单元(图6)。由于构造的持续活动，断坡带对沉积作用可产生重要的影响，因而对沉积相的发育起重要的控制作用。其主要特 征为：
(1) 断坡带是古构造活动产生明显差异沉降的古构造枢纽带，其沉积厚度发生突变，同沉积主控断裂或断裂组的生长系数一般为1.4~1.6；断坡带下降一侧(如同沉积断裂的下降盘)的沉积旋回增多，在碎屑体系到达的部位砂体的层数和厚度明显加大。
(2) 断坡带不仅控制着层序内部低位体系域(或低位扇体)的发育和分布范围，而且控制着湖扩展和高位体系域时水深和沉积相带变化。因此，断坡带往往是盆地沉积体系域分带的界线。
(3) 由于同沉积断裂频繁发育，在盆地内可发育出多个坡折带，次级构造单元的边界断裂带一般构成沉积坡折带，从凸起到洼陷一般可识别出凸起与斜坡或陡坡分界的凸起边缘断坡带、斜坡或陡坡断阶与洼陷过渡带上的洼陷边缘断坡带。在斜坡内或陡坡发育多个断阶时，可以出现多个次级坡折带。
(4) 断坡带对沉积相和砂体控制样式是多样化的，需要与物源供给、沉积基准面或湖平面的变化相结合进行分析，不同坡折带可能控制着不同时期的砂体分布，具有多种组合样式。
(5) 断坡带是极其重要的油气圈闭形成的有利 部位。
① 断坡带往往是砂岩厚度的加厚带，一旦确定控制砂体的断坡带，沿坡折带走向的碎屑体系供给部位可能会找到加厚的砂岩体。
② 断坡带内的同沉积断裂是重要的油气通道，尤其是沿断坡带根的裙状扇体分布，可形成顺畅的输导路径。
③ 由于这些断裂的生长系数大，容易造成侧向岩性封堵，形成有利的断层封闭，而且同沉积断裂的明显活动和砂体的发育又有利于滚动背斜构造的形成，并有可能存在局部反转加强背斜形态，因此，无论是缓坡还是陡坡的断坡带都是滚动背斜发育的有利部位。
④ 断坡带还是不整合面开始发育的部位，对寻找不整合圈闭具有重要意义。
2.3.2 弯折带型层序内部沉积构成
弯折带型层序主要以南阳凹陷为代表，在江陵凹陷中也发育此种层序样式，是中国东部古近系—新近系典型陆相断陷盆地中颇具特色的一种层序模式 (图6)。
弯折带是指由于一侧(通常为陡坡带)控凹的铲型正断层在非平面上滑动导致盆内另一侧(通常为缓坡带)的挠曲作用，使沉积斜坡发生明显弯折的地带(如凸起与斜坡、斜坡与凹陷之间的边界地带)，即弯折带沿古背斜枢纽带展布，并构成了湖盆缓坡带的低位坡折。根据盆缘主控犁型断坡带和盆内缓坡弯折带的位置，沿侧向可将断陷湖盆划分出盆缘陡坡隆起区、陡坡带、开阔湖盆区、弯折缓坡带和缓坡剥蚀区等次级构造单元；相应地，可划分出剥蚀区、陡坡冲积沉积区、陡坡低位扇和高位扇三角洲沉积区、开阔湖盆沉积区、弯折缓坡低位扇和高位辫状河三角洲沉积区、冲积平原或滨岸平原沉积区等次级沉积单元。由于构造的多幕性及同沉积构造对沉积砂体的主控性，弯折带对沉积作用可产生重要影响，因而对沉积相的发育尤其对低位体的分布起到重要的控制作用[23-24]。在断陷湖盆中，弯折带即为低水位滨岸坡折位置，确定了弯折带，即可预测断陷湖盆深湖区和低位体系域的空间分布范围。其主要特征为：
(1) 弯折带是控凹铲型正断层在非平面上滑动造成的古背斜枢纽带(或主轴面)，而该古背斜轴线即为沉积滨岸的坡折部位。弯折带上下其沉积厚度发生突变，一般地，弯折带上坡度较小，各层序厚度较小，变化稳定；弯折带下坡度突然加大，各层序的厚度明显增加，在地层格架上呈缓坡向上散开的扇形。
(2) 弯折带向深凹内的沉积旋回增多，低位、湖扩展和高位体系域发育齐全，在碎屑体系到达的部位砂体的层数和厚度明显加大。弯折带上宽缓的斜坡带区沉积旋回明显减少，仅湖扩展和高位体系域发育，厚度稳定且较小。
(3) 弯折带控制了低位体系域的发育范围，同时，还控制了湖扩展体系域深湖和滨浅湖区及高位体系域的轴向三角洲沉积区。在低位期，低位体系域主要发育在弯折带下的深凹内或深凹的斜坡区，形成低位扇或低位斜坡扇，在弯折带上为暴露剥蚀区或局部下切水道发育；在湖扩展或高位时，弯折带则是从浅水区向较深水区过渡的突变界限(湖扩展和高位体系域)，同时也是东西两端轴向高位三角洲的扩展边界线，因此，弯折带往往是半地堑断陷盆地沉积体系域分带的界线。
(4) 由于同沉积构造的持续活动，不同层序的每个弯折与活动轴面有关，自下而上弯折带的位置逐渐向深凹内迁移，从而构成随深度逐渐产生的扇形层序地层格架(图6)。
(5) 弯折带对沉积相和砂体控制样式是多样化的，需要与物源供给、沉积基准面或湖平面的变化相结合进行分析，不同层序的弯折带可能控制着不同时期的砂体分布，具有多种组合样式。
2.3.3 枢纽带型(或斜坡型)层序内部沉积构成
枢纽带型(或斜坡型)层序是中国东部古近系—新近系伸展深断陷湖盆和走滑深断陷湖盆的主要层序模式，如泌阳凹陷、潜江凹陷、东濮凹陷及百色盆地等 (图6)。
该类盆地沉降机制的显著特点是：边界断层上盘没有发生类似于南阳凹陷或济阳凹陷的变形，但是，发生了明显的旋转掀斜作用，使断层上盘由水平状态旋转为倾斜状态，或使倾斜岩层进一步变陡，从而形成由陡倾平面状断层所控制的半地堑式深断陷湖盆。泌阳凹陷枢纽带型层序特征如下：
(1) 北部枢纽带是东部和南部控凹陡倾平面状正断层控制的断层上盘旋转掀斜作用所致。缓坡枢纽带是盆内次级断裂复杂带，也是构造应力释放带，枢纽带是沉积作用变化比较敏感的地带。
(2) 枢纽带向深凹内低位、湖扩展，高位体系域发育齐全。枢纽带上倾端的斜坡带区沉积旋回明显减少，一般仅发育湖扩展和高位体系域或高位体系域。
(3) 枢纽带控制了北部低位体系域的发育范围，同时，控制了湖扩展体系域深湖和滨浅湖区及高位体系域的轴向三角洲沉积区。此外，枢纽带控制了盐湖发育范围。
(4) 在低位期，在枢纽带下的深凹或斜坡区形成低位扇，枢纽带上为暴露剥蚀区。由于缺乏类似弯折带上宽缓稳定带，因此，在枢纽带上倾端，不具备发育下切水道(谷)的背景条件。在高位期，枢纽带是从浅水区向较深水区过渡的突变界限(湖扩展和高位体系域)，同时，也是东西两端轴向高位三角洲的扩展边界线，因此，枢纽带往往是半地堑断陷盆地沉积体系域分带的界线。
(5) 枢纽带对沉积相和砂体控制样式是多样化的，需要与物源供给、沉积基准面或湖平面的变化相结合进行分析。不同层序的枢纽带可能控制着不同时期的砂体分布，具有多种组合样式，因此，对枢纽带的研究必须分不同层序进行。
3 结论
(1) 构造因素在陆相断陷盆地层序形成中具有首要的控制作用，它不仅直接控制可容纳空间的变化，而且控制了陆相盆地的产生、发展与演化。构造因素通过改造地貌特征等方式，间接影响剥蚀速率、沉积物类型、沉积物供给速率甚至局部的气候条件。具体表现为：
① 区域构造运动控制着一、二级及部分三级层序的发育。尽管三级层序单元的沉积充填在各断陷盆地中差异较大，但各盆地三级层序界面特征、层序地层格架及内部构成样式的相似性，显示了区域构造的 影响。
② 局部构造变动控制着高频层序的发育及其格架下的层序构成样式。中国东部古近系－新近纪盆地幕式断陷期断陷层序及其内部体系域发育，均受控于盆缘主控断裂及其派生的盆内褶皱和断裂，在幕式断陷期普遍发育了典型的构造坡折型层序样式(断坡带型、弯折带型、枢纽带型)。
(2) 对层序格架下的隐蔽油气藏进行勘探是中国东部大中型油气田油气勘探开发中晚期经历的必然阶段。对中国东部多个典型断陷盆地的高精度层序地层学进行对比研究以及运用地球物理描述手段，为研究陆相断陷盆地隐蔽油气藏的勘探提供了新的思路。
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收稿日期：2008-11-15；修回日期：2009-03-05
基金项目：国家自然科学基金资助项目(40872077)
通信作者：王华(1964-)，男，黑龙江甘南人，教授，博士生导师，从事应用沉积学、应用层序地层学的研究；电话：027-67883064；E-mail: wanghua@cug.edu.cn
