塔里木盆地北部显生宙基准面升降运动规律与沉积演化

《塔里木盆地北部显生宙基准面升降运动规律与沉积演化》由会员分享，可在线阅读，更多相关《塔里木盆地北部显生宙基准面升降运动规律与沉积演化（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、塔里木盆地北部显生宙基准面升降运动规律与沉积演化*1998 年 4 月 7 日收稿. * 国家/ 八五0攻关项目( 85- 101- 04) 资助.樊太亮 徐怀大 刘金辉( 中国地质大学能源地质系, 北京 100083)摘 要 沉积基准面升降变化及其规律是各种地质因素综合作用的结果, 又是控制地层发育 和沉积作用的主导因素. 地震剖面中上超点的迁移变化规律和测井资料中 Milankovitch 旋回 分析是研究沉积基准面变化的有效方法. 塔里木盆地北部显生宙沉积基准面变化曲线由 13 个长周期构成, 并可组合为 6 个一级周期. 基准面变化在三叠纪以前与全球海平面变化有着 良好的一致性, 三叠

2、纪及其以后可比性较差. 与控制沉积作用的基准面变化周期相对应, 塔里 木盆地沉积地层分为 6个一级巨层序, 不同的巨层序有着不同的沉积充填演化特征. 关键词 沉积基准面, 地震上超点, 测井旋回, 沉积演化, 塔里木盆地. 中图法分类号 P534 第一作者简介 樊太亮, 男, 副教授, 1961 年生, 1990 年毕业于中国地质大学, 获博士学位, 主 要从事地震地层学、 层序地层学及石油地质的研究工作.沉积基准面是分隔沉积作用和侵蚀作用的一个抽象的动态平衡面, 此面之上沉积物不能保留, 已沉积的物质将被剥蚀; 此面之下沉积物会发生沉积和埋藏作用 1. 沉积基准面在不同的环境中表现出不 同的

3、形式: 在海洋( 或湖泊) 沉积环境中近似相当于海( 或湖) 平面; 在河流相环境中则是递降水流平衡剖面( graded stream profile) 或河流平衡剖面2. 基 准面的升降运动受构造沉降、 气候变化、 冰川消长、地球涨缩、 全球性绝对海平面变化等因素的综合影响3, 并可通过露头剖面或钻井岩性剖面显示的旋回性、 韵律性以及地层的叠置型式、 几何形态和分布 规律等信息反映出来. 通过沉积基准面的升降变化规律和变化历史研究, 可以从成因上分析盆地的沉积充填演化史、 地层格架及几何形态、 岩性与岩相组 合特征等.1 沉积基准面升降变化曲线的建立1. 1 基准面升降变化旋回在塔里木盆地北

4、部, 震旦纪至古生代地层为海 相沉积, 中新生代地层为湖相沉积. 因而, 相对海平面或湖平面的变化就指示了沉积基准面的升降运动, 也揭示了可容纳空间的变化过程. 在沉积基准面变化旋回识别中, 海( 湖) 岸沉积物的上超和顶超被认为是基准面升降变化的最可靠的地层标志 4. 海( 湖) 岸沉积物的上超和加积指示了海( 湖) 平面相对上升; 顶超指示了海( 湖) 平面相对静止. 而上超点从一个层序的最高位置向上覆层序的最低位置迁移则 指示了海( 湖) 平面相对下降. 地震剖面揭示的地层结构特征为确定海( 湖) 岸沉积的上超和顶超模式提供了确切的资料, 钻井控制则为区分盆缘上超、 海( 湖) 岸上超和

5、水下上超提供了基本保障. 因此, 在有地震资料覆盖和一定数量钻井控制的盆地内, 可以测定出沉积基准面相对变化幅度, 绘制出基准面变化曲线5.在地震剖面上识别和追踪海( 湖) 岸上超或上超 点的迁移, 建立上超点变化曲线, 有一套比较成熟的技术 5, 但必须排除由断裂改造作用、 地层削截、 地层缺失等因素造成的信息缺失和假象, 恢复地层形成时期的原始面貌, 才能获得系统的反映盆地上超点垂直迁移幅度的可靠数据.基准面变化曲线中地层年龄数据采用了塔里木盆地周缘露头剖面古生物地层研究成果 6, 其年龄值与 Vail 第二代海平面变化曲线相应地层的年龄第 23 卷 第 6 期地球科学) ) 中国地质大学

6、学报Vol. 23 No. 61 9 9 8 年 1 1 月Earth Science)Journal of China University of GeosciencesNov. 1 9 9 8图 1 塔里木盆地北部三叠纪沉积基准面变化曲线Fig. 1Triassic base_level change curves in North Tarimbasina. 地震上超点变化曲线;b. 测井分析的可容纳空间变化曲线值有很强的可对比性, 这为塔里木盆地基准面变化曲线与 Vail 的全球海平面变化曲线的对比分析提供了基础. 图1a 是以塔里木盆地北部地震 E59 测线为基础, 根据地震上超点迁移

7、规律编制的三叠纪基准面变化曲线, 反映出 4 个较大的变化周期和 2 次小的周期. 1. 2 可容纳空间涨缩变化规律沉积基准面的升降运动是地壳活动、 海平面变化及气候等因素综合作用的结果. 沉积基准面的升降运动会造成沉积可容纳空间的涨缩变化, 并影响沉积环境、 沉积物构成、 地层发育规模及其叠置型式 的周期性变化, 而这些旋回性变化在沿井地层剖面及对应的测井曲线上得到了极好的反映, 并可通过测井资料加以识别和分析.众多的研究成果表明, 短周期的沉积旋回与地 球的气候变化有关, 人们在不同背景的沉积盆地中均识别出与气候旋回有关的 Milankovitch 周期7. 气候的周期性变化记录在沉积地层

8、中, 反映在沉积物颗粒的大小和丰度、 结构和构造、 生物成分、 有机质含量等诸方面. 这就构成了利用测井资料识别与 划分 Milankovitch 旋回的物理基础.每一个 Milankovitch 旋回代表着一个沉积基准面变化周期, 这些小的旋回是叠加在高级次的升降 变化周期之上的, 即它处在高级次的升降变化周期的某一特定的位置上. 我们需确定出它们应处的位置, 并按规律组合成一条能反映沉积基准面升降变 化的曲线. 实现这一过程的方法是采用校正的 Fis -cher 图解( 或称为可容纳空间图解)8, 它是在高频 旋回识别的基础上, 研究沉积旋回在空间上的叠置规律, 以及其所反映的沉积基准面变

9、化势态和相应的可容纳空间涨缩过程, 进而建立基准面变化曲线 的一种客观实用的方法.图1b 中的曲线是利用紧邻 E59 线的沙32 井测井资料, 通过 Milankovitch 旋回分析编制的反映三 叠纪可容纳空间变化的曲线, 与图 1a 一样, 表现出4 次大的升降变化和 2 次小的变化, 升降变化的相对幅度也完全可以对比.2 沉积基准面升降变化规律分析2. 1 基准面升降变化规律 图 2 为利用地震资料编制的地震上超点变化曲线, 以及用测井资料( 沙 32 井和沙 11 井) 制作的可容纳空间变化曲线, 它们从不同的角度反映了塔里 木盆地沉积基准面的升降变化规律. 由于资料来源的不同及资料质

10、量的限制, 2 条曲线在旋回幅度和 一些局部变化上存在着一些差异; 但长周期的变化及其反映的基本规律是一致的, 并可与地质资料及地质研究成果进行对比. 由图 2 中 2 条曲线的旋回 变化可以看出, 从震旦纪到第三纪, 基准面共经历了13 次长周期的升降变化, 其大致对应的时期为: 震旦纪) 早寒武世、 中晚寒武世、 早奥陶世、 中晚奥陶 世、 志留纪、 泥盆纪、 早石炭世、 晚石炭世、 二叠纪、 三叠纪、 侏罗纪、 白垩纪和第三纪. 在 13 次长周期的基准面变化中, 以早奥陶世末、 泥盆纪末、 二叠纪末、 侏 罗纪末和白垩纪末的升降变化幅度为最大. 结合层序格架分析9, 相应地形成了6 个

11、岩性组成不同、 外574地球科学) ) 中国地质大学学报第 23 卷图 2 塔里木盆地北部显生宙沉积基准面变化曲线Fig. 2The base _level change curves of Phanerozoic in North T arim basin部形态各异、 展布规律不同的沉积巨层序.2. 2 基准面变化曲线与全球海平面变化曲线对比与 Vail 曲线对比可看出塔里木盆地基准面变化的全球性特征和地区性特点. 在二叠纪及其以前,塔北曲线的形态与 Vail 曲线具有很好的相似性, 海平面升降旋回次数、 相对幅度均有较大的可比性. 这575第 6 期 樊太亮等: 塔里木盆地北部显生宙基准面

12、升降运动规律与沉积演化预示着古生代本区与外海联系密切, 全球海平面升 降变化对塔里木盆地有重大影响. 在三叠纪及其以后, 虽然曲线的旋回变化可以对比, 但总体趋势存在着较大差别. Vail 曲线指示出, 在寒武纪, 全球海平面持续上升, 并于寒武纪末达到最高水位. 塔里木盆地海平面 变化曲线则指示出, 在寒武纪末期海平面处于相对稳定阶段, 最高水位出现在早奥陶世中晚期. 这种海平面高水位期的滞后现象反映寒武纪末期本区与外 海的联系可能受到一定的限制, 或地区性构造运动起着明显的作用.塔北地区三叠纪 ) 第三纪曲线段的形态变化趋 势与 Vail 曲线差异较大. 造成这种现象的原因有 2种: 其一

13、是地震上超点迁移及其幅度的确定可靠性 较差, 曲线形态不能完全正确反映湖平面升降变化;第二个原因是三叠纪 ) 第三纪本区属陆相沉积环境, 与外海处于隔离状态, 湖平面的升降变化完全不 受全球海平面变化的影响.图 3 塔里木盆地北部 MS ) MS地层层序发育特征Fig. 3Stratigraphic sequence features of mega_cycle MS - MS in North Tarim basin1. 灰岩; 2. 白云岩; 3. 生物礁; 4. 盐岩; 5. 砂岩; 6. 含砾砂岩; 7. 泥岩3 基准面变化控制下的沉积特征塔里木盆地基准面变化曲线可划分出 6 个一级升

14、降变化旋回, 它们分别对应于 6 个巨层序. 其中, 震旦纪) 古生代可划分 3 个一级旋回, 与之对应的巨层序为震旦系 ) 下奥陶统巨层序( MS ) 、 中奥陶统) 泥盆系巨层序( MS ) 和石炭系) 二叠系巨层 序( MS ) ; 中新生代划分为 3 个一级旋回, 对应的巨层序为三叠系 ) 侏罗系巨层序( MS) 、 白垩系 )下第三系巨层序( MS ) 和上第三系巨层序( MS ) . 每个巨层序又可分为几个二级层序和若干个三级层序. 3. 1 巨层序 MS(Z) O1) 发育阶段巨层序 MS 包括 3 个二级层序和 15 个三级层序. 3 个二级层序分别对应于震旦系( MS A)

15、、 寒 武系( MS B) 和下奥陶统( MS C) . 在巨层序 MS 发育期, 塔里木盆地由大陆裂谷发展到被动大陆边缘. MSA对应于盆地形成初期的裂陷充填沉积阶段, 基准面表现为快速持续的上升过程, 这一上升过 程一直延续到早奥陶世末, 其中虽然有小幅度的降落和停滞( 对应于图 2 中的进积层序组) , 但总趋势 是上升的. 在 MS C发育早期海平面达到最高水位, 随后则是大规模的下降.在巨层序 MS 中, 二级层序 MS A在塔北地区为浅水陆表海碳酸盐岩台地和潮坪相沉积,MS B为被动大陆边缘沉积, 由西向东依次为碳酸盐岩开阔台地相) 陆棚相 ) 深盆相, MS C形成于塔里木海域最

16、大、 水位最高的时期, 在满加尔坳陷出 现欠补偿沉积, 西部台地相沉积地层较厚, 东部深盆内迅速变薄( 图 3a) .3. 2 巨层序 MS发育阶段巨层序 MS 形成于中晚奥陶世) 泥盆纪, 可 划分出 3 个二级层序. 二级层序 MS A对应于中上奥陶统, 以发育大规模的低水位体系域为其典型特征, 地层分布西薄东厚, 为一楔状体, 由东向西上超 结构明显( 图 3b) . 二级层序 MS B和 MS C分别对应于志留系和泥盆系. 现有钻井均位于志留) 泥盆系的边缘相带, 揭示的沉积环境为浅水背景下的陆源碎屑沉积. 但根据地震层序分析, 在满加尔深凹 区, 发育有以上超为特征的低水位期沉积和指示最576地球科学) ) 中国地质大学学报第 23 卷大海泛面位置的下超面, 说明志留纪满加尔坳陷发 育深水沉积, 具有形成生油层的条件.3. 3 巨层序 MS发育阶段巨层序 MS 对应于石炭 ) 二叠系. 早海西运 动使石炭 ) 二叠纪的古地理格局较之震旦) 泥盆纪发生了根本