斷陷湖盆古地貌恢復(fù)方法
——以濮衛(wèi)洼陷沙河街組三段中亞段為例

田 野,曾廣平

（成都理工大學(xué) 沉積地質(zhì)研究院,四川 成都 610059）

古地貌恢復(fù)是盆地分析的一項(xiàng)重要內(nèi)容。一般認(rèn)為,古地貌是構(gòu)造變形、沉積充填、差異壓實(shí)、風(fēng)化剝蝕等綜合作用的結(jié)果,其中構(gòu)造運(yùn)動(dòng)是影響古地貌的最主要因素[1]。一般主張從構(gòu)造恢復(fù)和地層厚度恢復(fù)兩個(gè)方面著手[2]。目前很多學(xué)者采取“印模法”近似反映古地貌特征[3-6]。古地貌的恢復(fù)不是簡(jiǎn)單的地層古厚度恢復(fù),而應(yīng)當(dāng)是綜合考慮構(gòu)造演化、地層缺失、沉積物重力載荷沉降及壓實(shí)作用因素恢復(fù)出來(lái)的初始構(gòu)造沉降量,恢復(fù)的過(guò)程應(yīng)包括層序古地貌、缺失地層恢復(fù)、去壓實(shí)校正、地殼均衡恢復(fù)和斷層復(fù)原。

1 地貌恢復(fù)單元的選取

濮衛(wèi)洼陷位于渤海灣盆地西南端東濮凹陷的北東部,在沙河街組沉積時(shí)期,為間歇性干涸的斷陷湖盆。在古地貌恢復(fù)中,地貌單元的選取要求是等時(shí)的,因此,首先利用層序地層學(xué)方法,以厚層鹽巖作為湖盆萎縮形成的重要等時(shí)界面,將沙三中亞段地層劃分為3個(gè)地貌恢復(fù)單元：SQs3m-1、SQs3m-2、SQs3m-3,這3個(gè)地貌單元沉積時(shí),濮衛(wèi)地區(qū)呈現(xiàn)兩洼夾一隆的古地貌格局,洼陷東側(cè),由于物源及淡水的補(bǔ)給,發(fā)育三角洲及湖泊灘壩沉積,洼陷西側(cè),高礦化度的湖水受蒸發(fā)作用影響,在湖平面降低時(shí)沉積了巨厚的膏鹽層（見(jiàn)圖1）。

圖1 沙河街組三段中亞段古地貌單元沉積特征

古地貌恢復(fù)中,利用了基于沉積物填平補(bǔ)齊原理的“印模法”,而沉積地層由于受上覆地層壓實(shí),孔隙度降低,導(dǎo)致現(xiàn)今沉積厚度遠(yuǎn)小于初始沉積厚度,因此需要進(jìn)行壓實(shí)量校正,用初始沉積厚度來(lái)反映古地貌的宏觀格局?；謴?fù)過(guò)程中應(yīng)對(duì)不同巖性采用相應(yīng)的壓實(shí)參數(shù)（見(jiàn)表1）,本文壓實(shí)運(yùn)用美國(guó)PRA公司的BASIN MOD盆地模擬系統(tǒng)對(duì)壓實(shí)厚度進(jìn)行恢復(fù),計(jì)算出3個(gè)地貌單元的初始沉積厚度圖（見(jiàn)圖2）。

圖2 各地貌單元初始沉積厚度圖

表1 巖石壓實(shí)參數(shù)

2 構(gòu)造沉降恢復(fù)

通過(guò)壓實(shí)校正恢復(fù)的古厚度并不能準(zhǔn)確反映當(dāng)時(shí)的古地貌特征,還需要通過(guò)重力載荷均衡校正,求取沉積初期的構(gòu)造沉降量,來(lái)準(zhǔn)確反映當(dāng)時(shí)的古地貌特征。具體方法為：在壓實(shí)校正的基礎(chǔ)上,依據(jù)重力均衡模型計(jì)算構(gòu)造沉降量,在恢復(fù)的過(guò)程中還需考慮古水深的變化,在濮城斷層上升盤(pán)及濮衛(wèi)洼陷內(nèi)選取三口地層發(fā)育齊全的鉆井進(jìn)行構(gòu)造沉降分析,按古生物特征分別選取50~300m古水深。最終恢復(fù)的構(gòu)造沉降量反應(yīng)了當(dāng)時(shí)的東高西低,兩洼夾一隆的構(gòu)造格局（見(jiàn)圖3）。

圖3 構(gòu)造沉降量恢復(fù)結(jié)果

3 斷層恢復(fù)

在斷層發(fā)育地區(qū)進(jìn)行古地貌的恢復(fù),斷距的校正亦是影響古地貌恢復(fù)的重要因素。對(duì)于斷層兩盤(pán)進(jìn)行構(gòu)造沉降量恢復(fù),可以免除垂直斷距的影響,而水平斷距則需要進(jìn)行拉張量的校正（見(jiàn)圖4a）。本次斷距恢復(fù),是在去壓實(shí)校正的構(gòu)造沉降恢復(fù)基礎(chǔ)之上進(jìn)行的。在沉積后期,古地貌恢復(fù)的準(zhǔn)確性會(huì)隨著水平斷距的增加而降低。本次研究,在古地貌的恢復(fù)過(guò)程中,校正水平斷距,以恢復(fù)斷裂的水平拉伸量,達(dá)到消除水平斷距對(duì)古地貌恢復(fù)所產(chǎn)生的影響。具體的實(shí)現(xiàn)方法是以蘭聊斷裂為基準(zhǔn)線,在三維解釋數(shù)據(jù)體中,以垂直斷層走向的方向進(jìn)行斷距校正,將斷層拉張量向基準(zhǔn)線校準(zhǔn),即斷距被壓縮直至消失（見(jiàn)圖4b）,以此來(lái)消除斷層拉張對(duì)古地貌的影響。

圖4 水平斷距恢復(fù)示意圖

4 古地貌對(duì)沉積體系的控制

沙三中沉積初期（SQs3m-3）,受斷裂活動(dòng)影響,研究區(qū)整體呈現(xiàn)東高西低、兩洼夾一隆的構(gòu)造格局（見(jiàn)圖5a）。研究區(qū)東側(cè)蘭聊斷裂帶的活動(dòng),致其下降盤(pán)形成可容納空間,截留的沉積物受重力載荷影響,加劇濮城斷裂東次洼的形成。物源補(bǔ)給使得濮城斷層上升盤(pán)水體鹽度降低,因此不發(fā)育蒸發(fā)巖,以三角洲及湖泊灘壩沉積為主,而濮城斷裂下降盤(pán)形成的深湖區(qū),在湖平面較低時(shí),由于水體相對(duì)閉塞,遠(yuǎn)離淡水補(bǔ)給區(qū),受水體蒸發(fā)影響,沉積了較厚的膏鹽層。S0s3m-2沉積時(shí)期,濮城斷裂東次洼以三角洲、灘壩沉積為主。衛(wèi)東斷裂帶與濮城斷裂帶活動(dòng)形成的次洼較沙三中初期向北遷移,發(fā)育在P76井到V43井之間（見(jiàn)圖5b）,由于該時(shí)期物源充足,從而使得濮城斷裂下降盤(pán)水體礦化度降低,不發(fā)育蒸發(fā)巖,充沛的物源給濮城斷裂上升盤(pán)提供了大量碎屑沉積,順斷層向下盤(pán)垮塌,形成湖底扇沉積。SQs3m-1沉積時(shí)期,衛(wèi)東斷裂帶與濮城斷裂帶活動(dòng)加劇,形成南北兩個(gè)洼陷帶（見(jiàn)圖5c）。由于濮城斷裂東次洼可容納空間對(duì)物源的截留,使得濮城斷裂帶形成的次洼中以細(xì)粒濁積為主。濮城斷裂下降盤(pán)發(fā)育蒸發(fā)巖。

圖5 沙河街組三段層序古地貌圖