CN107015290B - 一种改造型断陷盆地原始沉积面貌恢复的方法 - Google Patents

Abstract

一种改造型断陷盆地原始沉积面貌恢复的方法，改造盆地的界定，盆地构造‑改造的表征与恢复，盆地沉积建造的恢复，边缘相带的追索和地层剥蚀厚度恢复，恢复其原始沉积面貌对了解该类型盆地资源赋存条件以及油气等能源矿产的勘探意义重要。针对中国东部中‑新生代普遍发育的断陷型含油气盆地，作者提出构造‑改造与沉积建造恢复相结合，多源资料相互印证的恢复技术流程和系统的工作方法，经过在渤海湾、松辽、东海等盆地的实践，取得很好的应用效果，有效指导了油气勘探工作。

Description

一种改造型断陷盆地原始沉积面貌恢复的方法

技术领域

本发明属于原始盆地恢复技术领域，具体涉及一种改造型断陷盆地原始沉积面貌恢复的方法。

背景技术

沉积盆地是地球表面分布面积最广的重要构造单元，也是油气、煤等沉积矿产聚集的场所。改造盆地又称残留(余)盆地、构造盆地等，是指盆地成盆期原始沉积面貌在后期遭受较明显改造的沉积盆地(刘池洋等，1999；张抗，2000)。盆地作为地史时期形成的具有特定空间结构的沉积实体，形成后往往会遭受不同程度的改造破坏，时代愈老，改造愈强。后期改造强烈而普遍是中国沉积盆地的显著特点之一(刘池洋等，1996)。改造盆地提出后在国内外油气、煤炭等能源矿产勘探等方面发挥重要指导作用。

断陷盆地是形成于伸展构造环境的典型盆地，如渤海湾、南襄、江汉、中国近海的东海、珠江口等盆地，均属此种类型。断陷盆地的原油产量占目前全国总产量的50％以上。断陷盆地具有多凹多凸、结构多变的特点，其中的油气藏具有类型丰富，成藏条件复杂的特点。特别是发生在断陷期的改造作用，往往不易被识别，引起对凹陷结构、盆地原始沉积面貌认识的混淆，从而阻碍了对该类盆地石油地质条件分析和油气勘探。

发明内容

为了加深对断陷型盆地的认识并提高油气勘探成效，本发明提出一种改造型断陷盆地原始沉积面貌恢复的方法，首先要厘定盆地属性，进而再恢复原始盆地，揭示改造过程，原始沉积面貌的恢复作为改造盆地研究当中的一项重要内容，应充分重视后期改造和沉积建造两个方面，即立足现今残留型盆地，从现今盆地区域构造格局和残存沉积建造两方面地质实际出发，从沉积盆地的整体入手，突出改造演变的动态思维，由今溯古，由果及因，多方信息综合分析，相互印证，来达到重塑盆地发育至今所经历的构造运动，恢复盆地发育时的原始沉积范围。在后期改造过程反演方面，要立足盆地整体，明确后期改造的形式、期次及强度，搞清盆地周邻山系与盆地发育、改造的耦合关系。在原始沉积建造规模的恢复方面，应以残留盆地整体分布区为基础，对比周邻零星分布区与其之间在地层特征、沉积环境、物源信息、地层上下接触关系等方面的异同和关联性，在此基础上作出二者原始沉积关系的判别和原始盆地规模的估量。沉积盆地的演化与改造是极为复杂的地质过程，恢复缺失的地质实体难度大，挑战性强，需综合运用多方面的资料，需多方证据相互约束，彼此印证，方能取得接近客观的认识。对于断陷型改造盆地，往往经历了后期的坳陷沉降作用，通常情况地表露头较少，这就需要研究工作中充分利用地震资料、钻井测井资料和岩心样品测试这三方面的信息，充分发挥三者之间的协同配合作用，这是本专利申报内容的特色。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种改造型断陷盆地原始沉积面貌恢复的方法，包括以下步骤：

1)改造盆地的界定，判断一个盆地是否经历了后期改造，从地层边界、上覆与下伏地层接触关系、沉积相带展布、地层厚度变化来考量，判断是否遭受改造；

2)盆地构造-改造的表征与恢复：

a、成盆期区域构造格局，用动态的思维去理解盆地的演化和改造过程，将原始盆地置于其发育时期的古构造背景，区域构造背景方面的考量包括，原始盆地所处的大地构造位置，所处基底块体的规模，周邻盆山相互关系，深部作用的强弱和表现，探讨区域构造背景及演化历史，为恢复原始盆地沉积面貌提供必要的约束；

b、后期改造的表征，由于地壳差异抬升、构造挤压、伸展走滑作用，导致沉积实体建造的剥蚀，即为盆地的后期改造，若经过多期次不同作用的迭加，则改造作用更为复杂，改造形式、期次和强度是表征后期改造特点的3个主要指标，将后期改造的形式归纳为抬升剥蚀、叠合深埋、热力改造、构造变形、肢解残留、反转改造、流体改造和复合改造8种类型；

c、后期改造的恢复，对于多期次、多类型的后期改造，首先要厘定每个期次改造的样式和强度，然后由新到老，逐构造层恢复，在地震剖面和地表露头上，通过各构造层的变形样式、协调性、不整合面的发育情况及削截现象的发育情况来确定改造样式和强度，对于强烈挤压变形、错断或长距离位移的同期地层实体，进行构造变形和位移恢复，对于肢解残留性盆地，则要明确现今缺失地层的地区，判断地层沉积时便存在的古隆起区还是后期抬升的产物，通过以下3种方法来进行后期改造的恢复：

①古地质图的编制及其地质指示，某一地层与下伏和上覆地层的接触关系，反映其沉积背景与后期所经受的改造程度，在沉积盆地内部，相邻时代地层常为整合接触，反映连续沉积，地势低洼，以垂直升降运动为主；而在盆地边缘，地层的接触关系多为不整合，表现为上部地层的上超现象，当盆地沉积范围较大时，地层接触关系为恢复原始沉积范围提供依据，通过统计大量钻井和露头地层接触关系，编制目的层沉积前、沉积后古地质图；

②构造变形、位移的恢复，平衡剖面恢复技术是根据物质守恒定律而推出的，分正演法和反演法，前者是指从未变形的状态，向变形后的剖面模拟的过程，后者是指从复杂的解释剖面入手，按照顺序依次将变形的剖面恢复到未变形的状态，并对所恢复剖面的合理性做出检验，根据地壳变形规律和物质守恒定律，推导出体积守恒、面积守恒和层长守恒的一系列平衡剖面恢复的几何法则；

③采用裂变径迹热年代学方法，结合其他热年代学方法得到更为准确详细的冷却历史和构造的抬升历史，最后应用于古构造的恢复；

3)盆地沉积建造的恢复：

a、在同期地层结构、层序特征对比，在古构造格局恢复的基础上，应重点关注目的层的沉积实体建造，首先要确定地层的时代归属，进而建立目的地层等时对比格架，为原始盆地沉积古地理的统一性分析提供了等时性依据，通过钻井、测井和露头剖面分析，对周邻残存地层的岩性、厚度、上下接触关系、分布情况及其生物化石组合特征及地层时代分别进行剖析；同一原始盆地是在单一动力学机制作用下产生的，其经历的构造沉降、气候变化、基准面升降变化及沉积-充填过程应具有一致性，因而层序地层学的思路和方法供原盆恢复借鉴，利用同期地层的旋回结构对比、分段性、特殊岩性夹层，即海相地层、煤层的发育特征提取原始沉积相关联的信息，现今连续分布的残留地层，显然属于同一原始盆地；现今分隔开来的残留地层，属于同一个原始盆地或者不是；

b、沉积相及其配置关系对比，在等时地层划分对比的基础上，从各残留实体的沉积特征出发，分析沉积相带的空间展布及演化特征，利用露头和钻测井资料，分析岩相特征，并结合岩电组合特征、古生物化石、沉积厚度，对同期地层沉积相类型进行解释，在此基础上，编制地层厚度、砂岩厚度、砂岩百分含量，残留地层区沉积相平面分布图、沉积相剖面对比图基础性图件，剖析周邻同期地层的沉积特征及其演化规律；

c、采用物源综合分析，物源分析在示踪造山带隆升剥露过程和盆山系统间的物质交换过程、重塑沉积盆地古地貌及古河流体系、判识母岩性质和源区构造背景具有以下方法：

①、古水流分析方法,根据古水流的分布型式，判别各残留盆地是否具共同的物源区,推测盆地的形态和边界；

②、岩石学、矿物学分析方法，通过碎屑岩中的碎屑组分和结构特征能直接反映物源区和沉积盆地的构造环境，根据陆源碎屑组合推断物源区母岩类型，及分析矿物的含量及比值、化学组分及类型、光学性质，用特定图解进行源区构造环境判识；

③、沉积地球化学分析方法，锆石颗粒在搬运和成岩过程中具有非常高的稳定性，沉积岩中的碎屑锆石年龄能够直接用来和潜在的母岩结晶年龄进行对比，通过实测盆地内碎屑岩单颗粒锆石年龄，与盆地周缘毗邻山体所出露岩体的年龄进行对比，判断某时期盆地沉积物源区的方向性和相关性，并揭示不同时期盆地源区性质的变化过程；

4)在对改造盆地后期改造过程重建和沉积实体关联性分析的基础上，进行盆地原始沉积面貌的恢复，包括边缘相带的追索和地层剥蚀厚度恢复两个方面：

a、边缘相带追索，边缘相带通过地震资料、钻井、测井资料和露头资料进行综合识别，对边缘相带经后期改造而缺失的盆地，则通过回归粗碎屑百分比定量计算公式，外推原始盆地的沉积边界，其原理为，从物源区到较深湖区,随搬运距离加大，砂砾岩层的厚度逐渐减小，而且在一定地区砂砾岩厚度和搬运距离之间应当有一定关系，通过统计本区钻遇中生界各井的砂砾岩厚度数据，建立研究区目的层砂砾岩厚度与搬运距离之间的关系式，进而外推沉积边界，该方法适用于勘探程度高、资料点较密集的地区，具体计算公式如下：

含砾碎屑岩百分比＝(砾岩厚度+砂砾岩厚度+砾状砂岩厚度+含砾砂岩厚图)/地层厚度×100％；

b、层剥蚀厚度的恢复，断陷盆地受后期构造运动改造导致原始地层的剥蚀，其被剥蚀的地层与现存地层有一定的沉积联系，遂采用“趋势厚度法”对剥蚀地层进行恢复，其原理及方法步骤为：

①找出地层剥蚀原点A’，通常受地震剖面长度限制，未剥蚀地层和剥蚀地层的准确界面难以确定，一般选取剖面上最接近盆地中心的视剥蚀原点为地层剥蚀原点A’；

②确定地层变薄率，由地层剥蚀原点A’向盆地方向找出地层厚度相对稳定变化的层段,并选取B点，即地层厚度稳定变化起点，量出A’B的距离L，A’点和B点下方的视层段厚度h和H，利用下式(1)，求出变薄率K；

K＝(H-h)/L×100％ 式(1)，

③剥蚀地段原始厚度计算，由视剥蚀原点A’向被剥蚀地段确定求算点C₁、C₂、C₃、…、C_i和各点到B的距离L₁、L₂、L₃、…、L_i，利用式(2)求出各点地层原始厚度H_i；

H_i＝H-K×L_i,i＝1,2,3…,

④剥蚀厚度计算，利用各点的原始厚度H_i减去各点的残留厚度h_i，即得出各点的剥蚀厚度H_bi如式(3)所示，

H_bi＝H_i-h_i,i＝1,2,3… 式(3)，

层段的选择要在一定范围内来追踪且地层上下界面要容易识别，当研究地层较厚时，如果下部为上超充填的地层，则要去除上超部分；如果研究剖面中部有较大的隆起，则要在其二侧分别寻找识别层段，并分别求取变薄率。

所述的一个盆地是否经历了后期改造，判断方法如下所述：

a、未遭受改造的盆地其原始沉积面貌具有以下特点：

①、沉积相带保存完整、连续，不论是何种成因类型的盆地，平面上，其沉积相带一般是从盆缘的边缘相，即冲积扇、扇三角洲粗粒沉积，过渡到冲积平原的河流相，再到河口三角洲或滨岸过渡相、最后汇聚到中心相区，即湖泊或海洋；

②、地层的厚度往往是渐变的，堆积中心，即地层堆积最后的部位和沉积中心分布位置一致，或者不同，取决于原始盆地的类型；

③、在地震剖面上，未遭受改造的盆地，其边缘与下伏地层多呈上超接触，盆地中心与下伏地层多呈整合接触；与上覆地层则以整合接触为主，向侵蚀区地层厚度渐变，逐渐尖灭，从盆缘向中心，地震相具有a中所指的响应特征；

具有上述①、②、③特征的盆地，其现今的地层边界能够代表盆地沉积时的原始边界；

b、遭受过改造破坏的盆地：

①、其沉积相带保存不完整，现今地层边界未见边缘相，为侵蚀边界,地层边界厚度突变，地震剖面上见明显的削截现象，与上覆地层不整合接触,而且，同时代的地层往往被一些隆起、断陷、断裂或侵入岩体构造单元所分隔、错断或位移。

3、根据权利要求1所述的一种改造型断陷盆地原始沉积面貌恢复的方法，其特征在于，所述的步骤2)的C步骤的②中，对断陷盆地的构造变形进行恢复，并对目的地层的伸展量、伸展率、剥蚀厚度及压实量进行计算，其方法具体步骤为:

a、剖面的选择，剖面线的选择最基本的原则是一定要和构造运移方向一致，要求剖面垂直于构造走向，如果无法满足上述条件，选择与构造走向具有一定夹角的剖面，但在后期分析构造变形时，要消除由于剖面斜交而引起的误差，其夹角不应超过30°；

b、选取钉线与参考点位置，钉线是未受构造变动的线，要与所选剖面的层理面相垂直，尽量位于构造稳定、变形小的区域，考虑到同一断陷盆地中不同的构造部位的改造强度有所差异，则需要借助若干个参考点来进行更加精确的变形恢复，即对每两个相邻的参考点进行独立的伸展变换；

c、确定参考点的原始位置，借助平衡剖面恢复软件对各个地质历史时期地层的伸缩量进行计算，从而得到各个参考点平衡恢复后的位置，即原始位置；

d、确定每个参考点所处位置的现今地层垂向厚度，将其厚度平移到对应的恢复位置上并对相邻参考点之间的厚度等值线的水平间隔进行均一伸缩变换，伸缩率s的计算通过以式(4)所示：

s＝1+(Lb-Lc)/Lc 式(4)，

式中，Lc为相邻两参考点之间的现今长度，Lb为相邻两参考点之间的恢复长度；

e、重复步骤d)直到覆盖所有参考点得到盆地的原始厚度分布，剥蚀量的恢复与压实校正。

本发明的有益效果是：

改造盆地的界定，盆地构造-改造的表征与恢复，盆地沉积建造的恢复，边缘相带的追索和地层剥蚀厚度恢复，恢复其原始沉积面貌对了解该类型盆地资源赋存条件、油气等能源矿产的勘探意义重要。针对中国东部中-新生代普遍发育的断陷型含油气盆地，作者提出构造-改造与沉积建造恢复相结合的恢复技术流程和系统的工作方法，经过在渤海湾、松辽、东海等盆地的实践，取得很好的应用效果，有效指导了油气勘探工作。

附图说明

图1为本发明的原理框图。

图2为本发明的原始盆地及后期改造盆地示意图，其中a,b为未遭受改造的原始盆地，c,d为遭受后期破坏的改造盆地，前者边缘性质为沉积边界。

图3为原始沉积厚度恢复剖面及平面示意图，其中a为原始剖面图；b、原始地质剖面及对应才考点位置及平面恢复后地质剖面及对应参考点位置图。

图4为剥蚀量计算原理图。

图5为研究区位置与实际材料图。

图6为渤中坳陷西部地区典型地震剖面。

图7为渤中坳陷沙三段沉积前古地质图。

图8为秦南凹陷-石臼坨凸起-渤中凹陷地质演化剖面。

图9为石臼坨凸起48w80n剖面沿T8拉平处理剖面。

图10为磷灰石样品裂变径迹年龄分布图，其中a为高斯拟合年龄曲线；b为单颗粒年龄分布直方图；c为最小二项式拟合年龄分组图。

图11为QHD33-1-1样品热史模拟图。

图12为埕北凹陷93cb2011地震剖面与地震沉积相解释剖面。

图13为沙南凹陷沙三段沉积相连井剖面图。

图14为渤南地区沙三段沉积期物源方向分析图。

图15为渤中坳陷沙三段沉积期原盆恢复图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明进一步叙述。

勘探证实，渤海湾盆地渤海海域主力烃源岩为始新统沙河街组三段(简称沙三段)。沙三段沉积后经历了多期改造破坏，现今保存的凹凸构造并不代表沙三段沉积时的原始格局，但对于沙三段后期改造程度、原始沉积原貌等，目前研究鲜有涉及，申请者综合利用地震剖面、钻井资料和裂变径迹测试等，厘定了始新统沙三段的改造特点，并在此基础上系统恢复了沙三段沉积期的原盆面貌，研究区地质构造和所采用地震、钻井资料分布如图5所示；

研究技术流程如图1所示，对渤海湾盆地渤中改造型断陷盆地原始沉积面貌恢复，包括以下步骤：

1)改造盆地的界定，沙三段在渤海海域分布较广泛，在渤中、秦南、南堡、沙南、埕北、黄河口、庙西、渤东等凹陷均有分布，各凹陷间被石臼坨、沙垒田、埕北、渤南、庙西、渤东等凸起相隔；沙三段厚度一般为200～600m，在渤中、秦南、沙南、黄河口等凹陷局部可达600～1400m左右；目前已有40余口井钻遇该段，发育厚层砾岩、含砾砂岩及深灰色、褐灰色泥岩、油页岩等，大量地震剖面显示，现今的秦南凹陷南部、庙西凹陷东部、辽东凹陷等，均可见沙三段地层的显著削截现象，见图6，表明这些部位并不是沙三期的原始沉积面貌，也即指示散散段沉积期的原始盆地已受改造破坏，为典型的断陷型改造盆地；

2)盆地构造-改造的表征与恢复：

a、成盆期区域构造格局

渤中坳陷位于渤海湾盆地东部渤海海域，是中国近海最重要的油气富集区之一，勘探和研究表明，该地区主力烃源岩为古近系始新统沙河街组三段(简称沙三段)，油气主要聚集在凹陷或相邻的凸起部位，具有富烃凹陷控制油气生成和聚集的特点，以往研究认为，渤中坳陷新生代经历了断陷－坳陷两个大的演化阶段，古近纪具有典型的断陷性质，通常将现今缺失沙三段的所谓凸起部位认为是沉积期存在的隆起区，认为沙三段沉积时呈多凹多凸的格局，见图7；

b、后期改造的表征

厘定沙三段的后期改造形式与强度，是恢复沙三段沉积原貌的基础；大量地震剖面分析表明，渤中各凹陷沙三段遭受了形式多样、强度不等的后期改造，可识别归纳为4种类型，见表1渤海海域沙三段后期改造类型及特征：

(1)挤压掀斜型，受后期区域性挤压作用，沙三段及其下伏地层在凹陷边部发生大范围掀斜抬升、剥蚀，形成T5界面上下地层的高角度不整合接触，T5界面上覆为沙二～沙一段，指示抬升作用主要发生在沙三段沉积后的始新世末期；在石臼坨凸起－渤中凹陷的部分剖面，仍可识别出早期挤压事件形成的褶皱；(2)走滑翘倾型，受郯庐断裂剪切拉张作用，位于剪切带内的沉积地层发生错断并在垂向上发生掀斜翘倾，将原始沉积凹陷一分为二，从上覆地层时代约束看，改造作用发生在始新世末期；(3)断块抬升型，受后期差异断块作用，沙三段反转抬升遭剥蚀(或有部分残留)，形成凹中隆或低凸起，地震剖面表现为T5、T3界面合并，与T8平行不整合；(4)整体抬升型，沙三段整体抬升遭受剥蚀，造成凹陷内部T5上、下地层以平行不整合为主，而边部呈角度不整合，反映凹陷内部剥蚀弱，边缘剥蚀较强；

从地震剖面分析可知，沙三段改造作用主要发生在沙三段沉积后的始新世末期，此外，渐新世末期的区域性抬升作用对凹陷边部也具有迭加改造作用；从改造程度看，上述4种类型对沙三段的破坏作用依次减弱，挤压掀斜造成的改造破坏最强；

表1

c、后期改造的恢复

①古地质图的编制及其地质指示

从沙三段沉积期原始隆坳格局，控盆断裂的展布看，渤中坳陷西部南堡、沙南和埕北凹陷均表现为受北侧NWW向同沉积主断层控制的箕状断陷，见图7所示，沙垒田、埕北低凸起基岩地层时代具自北向南由新变老的特点，反映凸起经历了南强北弱的抬升剥蚀，是同沉积断块抬升作用的反映；渤南低凸起的东段，亦表现为南翘北降、基岩地层时代南老北新的特点，也体现了同沉积断块的特点，且凸起南侧的同沉积断层延续了渤中西部近NWW向的断陷发育趋势；

②构造变形、位移的恢复

在明确沙三段改造特点的基础上，按照平衡剖面恢复的基本原理，对秦南凹陷-石臼坨凸起-渤中凹陷，沙垒田凸起-沙南凹陷、埕北低凸起-埕北凹陷等关键部位，进行了演化剖面编制，动态恢复了沙三段沉积至今的构造演化过程，表明沙三段沉积时凹陷周邻的凸起多数并不存在，沙三段沉积时期湖盆范围比残留地层分布范围更广阔，见图8、9所示；

③裂变径迹热年代学对凸起抬升时间的约束

对于断陷盆地中的隆起构造单元，除了通过其上发育的地层进行粗略的抬升时限判断外，采用裂变径迹热年代进行更为精确的抬升时限判断和抬升过程重建；对渤中坳陷多个凸起的基岩样品进行热年代学测试研究，得出了各个凸起的抬升时限信息，与钻井和地震资料提供的信息形成很好的相互印证和约束；裂变径迹热年代学分析表明，沙三段沉积时石臼坨凸起主体接受沉积；沙垒田凸起在沙三段沉积时即已存在，作为同期翘倾断块，向其南部的沙南凹陷和北部的南堡凹陷提供物源；渤南低凸起西段属沙三沉积期后的抬升产物；东段在沙三段沉积期已经存在，见图10、11所示；

3)盆地沉积建造的恢复

a、沉积相及其配置关系对比

渤南低凸起东段南北向地震剖面(图12)显示，渤中凹陷沙三段下部地层向南变薄、延伸至凸起内部一定距离，以上超方式与基岩接触，地震相由渤中凹陷一侧平行、强振幅、连续性较好反射特征，向渤南低凸起过渡为平行、中连续、中振幅的浅湖相，至渤南低凸起则变为楔形杂乱前积相，推测为扇三角洲沉积；在跨渤南低凸-黄河口凹陷的地震剖面，亦可见到类似的现象，即沙三段在黄河口凹陷分布连续，向北至渤南低凸起则变薄，与凸起基岩呈上超接触关系；虽受后期断裂活动影响，但地震剖面上仍可辨别出沙三段地震相的横向变化，即在凹陷部位显示为平行、中强振幅、连续的半深湖-深湖沉积，而在邻近凸起部位则变得杂乱，指示近物源的粗粒堆积；地震剖面分析表明，渤南低凸起东段在沙三段沉积期，应该是能够向两侧凹陷提供沉积物的隆起区，但其范围较现今有所缩小；

由南北向的钻井剖面也可反映出沙三段由北向南粒度变细，水体加深，逐渐远离物源的变化规律；经过对上述4口钻井的沉积相解释发现，见图13所示，位于沙垒田凸起边缘的CFD8-5-1井沙三段主要钻遇砂砾岩、含砾砂岩等粗粒沉积，测井曲线主要表现为高自然电位、低伽马特征，沉积相解释为扇三角洲平原相沉积，反映的是一种近物源沉积体系；凹陷内部的CFD14-2-1沙三段主要钻遇厚层泥岩夹砂岩、泥质粉砂岩，自然低位值较小，解释为半深湖-深湖相沉积；CFD14-5-1D沙三段主要是厚层的绿色和褐色泥岩夹薄层的粉砂岩、泥质粉砂岩，粒度较细，自然电位值较低，伽马值较高，解释为深湖相沉积；靠近埕北低凸起的CFD21-2-1沙三段主要为粗粒的含粒砂岩夹紫红色泥岩，自然电位值较高，沉积相解释为扇三角洲平原相。从凸起边缘到凹陷内部沙三段的沉积相由粗粒的扇三角洲平原、扇三角洲前缘等向半深湖-深湖相沉积转变，反映了从山到盆地正常的沉积体系变化过程，与地震相的反射特征相一致，进一步说明沙垒田凸起和埕北低凸起在沙三沉积时期是存在的并向沙南凹陷提供物源；

b、沉积物源分析

通过编制重矿物稳定系数(ZTR)分布和轻矿物石英的含量分布(图14)可见，沙三段沉积时期黄河口凹陷内沉积物源主要来自南北两个方向；同时石英含量具有由东向西增加的趋势，因此黄河口凹陷内物源主要来自东北、东南两个方向。东北部为盆内的渤南低凸起东段，东南部为盆外的胶辽隆起。以东北部渤南低凸起盆内物源沉积为主，南部的胶辽隆起盆外物源为辅。因此可以证明渤南低凸起东部在沙三段沉积时期确实存在一个物源区，见图14所示；

4)盆地原始沉积面貌的恢复

a、边缘相带追索

边缘相带可通过地震资料、钻井、测井资料和露头资料进行综合识别。渤中地区石臼坨凸起东南部BZ13以灰白色砂、泥岩互层为主，夹3m厚含砾砂岩，反映近物源沉积的特点；故推测BZ10井附近可能存在一小型隆起，这与上述地震剖面超覆、尖灭指示的盆缘沉积特征吻合；沙南凹陷靠近边部砂岩含量增高，特别是沙垒田凸起南缘的的CFD8-4-1与CFD8-5-1，沙三段以巨厚层含砾砂岩为主，表明其离物源区较近；过沙南凹陷的南北向剖面显示，靠近沙垒田凸起一侧，沙三段地震相为杂乱、变振幅特征，外部形态具楔形、扫帚形，具扇三角洲的沉积特点；向凹陷方向则出现平行、连续、中低频的半深湖—深湖相特征，再向南至埕北低凸起呈上超接触，地震相表现为波状、弱连续、中等振幅的滨浅湖相或辫状河三角洲相；沙南凹陷由北至南，不仅凹陷结构保存有较典型的北断南超式半地堑结构，且从地层接触关系、内部地震相均显示为断陷盆地的沉积特征；这些来自钻井资料和地震相分析的证据，直接反映了盆地的原始沉积面貌；

b、层剥蚀厚度的恢复

沙三段沉积之后经历了强烈的构造抬升运动，造成庙西凹陷东部边界沙三段被大量剥蚀，特别是南洼、中洼剥蚀尤为强烈，北洼、东洼改造较弱；

综合考虑庙西地区新生代埋藏史和各种厚度恢复方法的适用条件，本研究选取“趋势厚度法”对中东部地区进行剥蚀厚度的计算。首先利用覆盖研究区的5口钻井的VSP资料对该地区地震剖面的时深关系进行校正,在此基础之上选取了12条控制性地震剖面(图4、6),共计算了97个控制点的剥蚀量，进而恢复了沙三段原始沉积厚度与范围；

计算表明，庙西凹陷沙三段剥蚀厚度由南向北逐渐减少，南洼平均剥蚀厚度为200m左右，最大可达350m；中洼平均剥蚀厚度为100m左右，最大不超过200m；北洼和东洼剥蚀量较小，平均剥蚀厚度为50m左右，改造相对较弱；厚度恢复显示，南洼、中洼的原始沉积范围更大，南洼在沙三期的沉积范围可在现今的基础之上向东延伸约10km左右，中洼的原始沉积边界可向南东延伸5～6km，东洼的沉积边界可向东延伸1～2km；庙西凹陷东部约800km²的原始沉积地层被后期改造剥蚀，即约四分之一的原始沉积范围已不复存在，见图15所示；

c、盆地原始沉积面貌

根据上述分析，后期改造作用使渤中坳陷沙三段发生了明显的改观；沙三段沉积期，以渤中凹陷为中心，为一个较现今范围更为广阔的大型沉积坳陷，周围有秦南、沙南、埕北、黄河口、庙西、渤东等凹陷与之广泛沟通；具体而言，石臼坨凸起在沙三段沉积期主体接受沉积，秦南凹陷与渤中凹陷连通；沙垒田凸起与埕北低凸起在沙三段沉积时即已存在，作为同期翘倾断块，分别向沙南凹陷和埕北凹陷提供物源，而这两个凹陷向东与渤中凹陷处于连通状态；渤南低凸起西段属沙三段沉积期后抬升产物；东段在沙三段沉积期已经存在，但其规模较小，故渤中、黄河口凹陷的中西部连通；庙西凹陷东部沉积边界可外推数km，西部与渤东、渤中凹陷连通；现今为郯庐断裂挟持的渤东低凸起，亦为沙三沉积期后的抬升产物，其对渤东、渤中凹陷沙三段沉积不具有分隔作用，见图15所示；

油气地质意义

根据原盆面貌恢复结果，渤中坳陷在沙三段沉积期是一个沉积范围广阔的大型坳陷，秦南、渤东、庙西、黄河口等凹陷在沙三段沉积期与渤中凹陷这一富烃凹陷相连通，作为一个统一的整体接受沉积。换句话说，这些小凹陷是从一个大型富烃凹陷中分割出来的一部分。可以认为渤中凹陷周围凹陷的烃源岩特点应该和渤中凹陷相类似，同样具有丰富的资源潜力和良好的勘探前景。

秦南凹陷发育了沙三段、沙一段、东下段3套烃源岩，尤其是沙三段烃源岩达到好烃源岩的标准。秦南凹陷秦皇岛29-2油田是近年来勘探发现的千万吨级大油田，油源分析认为秦皇岛29-2油田的油气来源尤其是储存于馆陶组和明化镇组的稠油和正常原油主要是来自秦南凹陷沙三段烃源岩。根据对秦南凹陷的勘探实践说明秦南凹陷具有很强的生烃潜力和勘探前景。中海油对渤东、庙西凹陷的资源量进行了重新计算，结果表明渤东凹陷平均资源丰度达到52×10⁴t/km²，庙西凹陷资源丰度为25×10⁴t/km²，二者都达到了富烃凹陷的水平，和以往认为这两个凹陷处在盆地边缘沙三段烃源岩不发育或者发育条件较差从而不具有较强生烃潜力的观点有了明显的差异。同时，根据渤海东部的勘探实践，在庙西凹陷周围发现了一系列的大型油气田，如庙西凹陷西部已投入开发的蓬莱19-9、蓬莱25-6油田，以及相邻的蓬莱19-3油田(渤海油区最大的油田，油源主要来自渤中和庙西凹陷沙三段)，还有近年来在庙西北凸起发现的蓬莱9-1亿吨级大油田，都进一步证实了庙西凹陷丰富的资源潜力。

因此，通过系统的盆地原始沉积面貌恢复，可以为客观评价盆地的含油气潜力提供新的思路和理论依据。就渤中坳陷而言，对烃源岩的评价不应仅局限在现今凹陷的深凹部位，在凹陷间的连通部位及凹陷边界的斜坡部位都有可能存在高品质的烃源岩。现今看似孤立的小凹陷同样有可能存在很大的勘探潜力。

Claims (3)

1.一种改造型断陷盆地原始沉积面貌恢复的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)改造盆地的界定，判断一个盆地是否经历了后期改造，从地层边界、上覆与下伏地层接触关系、沉积相带展布、地层厚度变化来考量，判断是否遭受改造；

2)盆地构造-改造的表征与恢复：

a、成盆期区域构造格局，用动态的思维去理解盆地的演化和改造过程，将原始盆地置于其发育时期的古构造背景，区域构造背景方面的考量包括，原始盆地所处的大地构造位置，所处基底块体的规模，周邻盆山相互关系，深部作用的强弱和表现，探讨区域构造背景及演化历史，为恢复原始盆地沉积面貌提供必要的约束；

b、后期改造的表征，由于地壳差异抬升、构造挤压、伸展走滑作用，导致沉积实体建造的剥蚀，即为盆地的后期改造，若经过多期次不同作用的迭加，则改造作用更为复杂，改造形式、期次和强度是表征后期改造特点的3个主要指标，将后期改造的形式归纳为抬升剥蚀、叠合深埋、热力改造、构造变形、肢解残留、反转改造、流体改造和复合改造8种类型；

c、后期改造的恢复，对于多期次、多类型的后期改造，首先要厘定每个期次改造的样式和强度，然后由新到老，逐构造层恢复，在地震剖面和地表露头上，通过各构造层的变形样式、协调性、不整合面的发育情况及削截现象的发育情况来确定改造样式和强度，对于强烈挤压变形、错断或长距离位移的同期地层实体，进行构造变形和位移恢复，对于肢解残留性盆地，则要明确现今缺失地层的地区，判断地层沉积时便存在的古隆起区还是后期抬升的产物，通过以下3种方法来进行后期改造的恢复：

①古地质图的编制及其地质指示，某一地层与下伏和上覆地层的接触关系，反映其沉积背景与后期所经受的改造程度，在沉积盆地内部，相邻时代地层常为整合接触，反映连续沉积，地势低洼，以垂直升降运动为主；而在盆地边缘，地层的接触关系多为不整合，表现为上部地层的上超现象，当盆地沉积范围较大时，地层接触关系为恢复原始沉积范围提供依据，通过统计大量钻井和露头地层接触关系，编制目的层沉积前、沉积后古地质图；

②构造变形、位移的恢复，平衡剖面恢复技术是根据物质守恒定律而推出的，分正演法和反演法，前者是指从未变形的状态，向变形后的剖面模拟的过程，后者是指从复杂的解释剖面入手，按照顺序依次将变形的剖面恢复到未变形的状态，并对所恢复剖面的合理性做出检验，根据地壳变形规律和物质守恒定律，推导出体积守恒、面积守恒和层长守恒的一系列平衡剖面恢复的几何法则；

③采用裂变径迹热年代学方法，结合其他热年代学方法得到更为准确详细的冷却历史和构造的抬升历史，最后应用于古构造的恢复；

3)盆地沉积建造的恢复：

a、在同期地层结构、层序特征对比，在古构造格局恢复的基础上，应重点关注目的层的沉积实体建造，首先要确定地层的时代归属，进而建立目的地层等时对比格架，为原始盆地沉积古地理的统一性分析提供了等时性依据，通过钻井、测井和露头剖面分析，对周邻残存地层的岩性、厚度、上下接触关系、分布情况及其生物化石组合特征及地层时代分别进行剖析；同一原始盆地是在单一动力学机制作用下产生的，其经历的构造沉降、气候变化、基准面升降变化及沉积-充填过程应具有一致性，因而层序地层学的思路和方法供原盆恢复借鉴，利用同期地层的旋回结构对比、分段性、特殊岩性夹层，即海相地层、煤层的发育特征提取原始沉积相关联的信息，现今连续分布的残留地层，显然属于同一原始盆地；现今分隔开来的残留地层，属于同一个原始盆地或者不是；

b、沉积相及其配置关系对比，在等时地层划分对比的基础上，从各残留实体的沉积特征出发，分析沉积相带的空间展布及演化特征，利用露头和钻测井资料，分析岩相特征，并结合岩电组合特征、古生物化石、沉积厚度，对同期地层沉积相类型进行解释，在此基础上，编制地层厚度、砂岩厚度、砂岩百分含量，残留地层区沉积相平面分布图、沉积相剖面对比图基础性图件，剖析周邻同期地层的沉积特征及其演化规律；

c、采用物源综合分析，物源分析在示踪造山带隆升剥露过程和盆山系统间的物质交换过程、重塑沉积盆地古地貌及古河流体系、判识母岩性质和源区构造背景具有以下方法：

①、古水流分析方法,根据古水流的分布型式，判别各残留盆地是否具共同的物源区,推测盆地的形态和边界；

②、岩石学、矿物学分析方法，通过碎屑岩中的碎屑组分和结构特征能直接反映物源区和沉积盆地的构造环境，根据陆源碎屑组合推断物源区母岩类型，及分析矿物的含量及比值、化学组分及类型、光学性质，用特定图解进行源区构造环境判识；

③、沉积地球化学分析方法，锆石颗粒在搬运和成岩过程中具有非常高的稳定性，沉积岩中的碎屑锆石年龄能够直接用来和潜在的母岩结晶年龄进行对比，通过实测盆地内碎屑岩单颗粒锆石年龄，与盆地周缘毗邻山体所出露岩体的年龄进行对比，判断某时期盆地沉积物源区的方向性和相关性，并揭示不同时期盆地源区性质的变化过程；

4)在对改造盆地后期改造过程重建和沉积实体关联性分析的基础上，进行盆地原始沉积面貌的恢复，包括边缘相带的追索和地层剥蚀厚度恢复两个方面：

a、边缘相带追索，边缘相带通过地震资料、钻井、测井资料和露头资料进行综合识别，对边缘相带经后期改造而缺失的盆地，则通过回归粗碎屑百分比定量计算公式，外推原始盆地的沉积边界，其原理为，从物源区到较深湖区,随搬运距离加大，砂砾岩层的厚度逐渐减小，而且在一定地区砂砾岩厚度和搬运距离之间应当有一定关系，通过统计本区钻遇中生界各井的砂砾岩厚度数据，建立研究区目的层砂砾岩厚度与搬运距离之间的关系式，进而外推沉积边界，该方法适用于勘探程度高、资料点较密集的地区，具体计算公式如下：

含砾碎屑岩百分比＝(砾岩厚度+砂砾岩厚度+砾状砂岩厚度+含砾砂岩厚图)/地层厚度×100％；

b、层剥蚀厚度的恢复，断陷盆地受后期构造运动改造导致原始地层的剥蚀，其被剥蚀的地层与现存地层有一定的沉积联系，遂采用“趋势厚度法”对剥蚀地层进行恢复，其原理及方法步骤为：

①找出地层剥蚀原点A’，通常受地震剖面长度限制，未剥蚀地层和剥蚀地层的准确界面难以确定，一般选取剖面上最接近盆地中心的视剥蚀原点为地层剥蚀原点A’；

②确定地层变薄率，由地层剥蚀原点A’向盆地方向找出地层厚度相对稳定变化的层段,并选取B点，即地层厚度稳定变化起点，量出A’B的距离L，A’点和B点下方的视层段厚度h和H，利用下式(1)，求出变薄率K；

K＝(H-h)/L×100％ 式(1)，

③剥蚀地段原始厚度计算，由视剥蚀原点A’向被剥蚀地段确定求算点C₁、C₂、C₃、…、C_i和各点到B的距离L₁、L₂、L₃、…、L_i，利用式(2)求出各点地层原始厚度H_i；

H_i＝H-K×L_i,i＝1,2,3…,

④剥蚀厚度计算，利用各点的原始厚度H_i减去各点的残留厚度h_i，即得出各点的剥蚀厚度H_bi如式(3)所示，

H_bi＝H_i-h_i,i＝1,2,3… 式(3)，

层段的选择要在一定范围内来追踪且地层上下界面要容易识别，当研究地层较厚时，如果下部为上超充填的地层，则要去除上超部分；如果研究剖面中部有较大的隆起，则要在其二侧分别寻找识别层段，并分别求取变薄率。

2.根据权利要求1所述的一种改造型断陷盆地原始沉积面貌恢复的方法，其特征在于，所述的一个盆地是否经历了后期改造，判断方法如下所述：

a、未遭受改造的盆地其原始沉积面貌具有以下特点：

①、沉积相带保存完整、连续，不论是何种成因类型的盆地，平面上，其沉积相带一般是从盆缘的边缘相，即冲积扇、扇三角洲粗粒沉积，过渡到冲积平原的河流相，再到河口三角洲或滨岸过渡相、最后汇聚到中心相区，即湖泊或海洋；

②、地层的厚度往往是渐变的，堆积中心，即地层堆积最后的部位和沉积中心分布位置一致，或者不同，取决于原始盆地的类型；

③、在地震剖面上，未遭受改造的盆地，其边缘与下伏地层多呈上超接触，盆地中心与下伏地层多呈整合接触；与上覆地层则以整合接触为主，向侵蚀区地层厚度渐变，逐渐尖灭，从盆缘向中心，地震相具有a中所指的响应特征；

具有上述①、②、③特征的盆地，其现今的地层边界能够代表盆地沉积时的原始边界；

b、遭受过改造破坏的盆地：

①、其沉积相带保存不完整，现今地层边界未见边缘相，为侵蚀边界,地层边界厚度突变，地震剖面上见明显的削截现象，与上覆地层不整合接触,而且，同时代的地层往往被一些隆起、断陷、断裂或侵入岩体构造单元所分隔、错断或位移。

3.根据权利要求1所述的一种改造型断陷盆地原始沉积面貌恢复的方法，其特征在于，所述的步骤2)的C步骤的②中，对断陷盆地的构造变形进行恢复，并对目的地层的伸展量、伸展率、剥蚀厚度及压实量进行计算，其方法具体步骤为:

a、剖面的选择，剖面线的选择最基本的原则是一定要和构造运移方向一致，要求剖面垂直于构造走向，如果无法满足上述条件，选择与构造走向具有一定夹角的剖面，但在后期分析构造变形时，要消除由于剖面斜交而引起的误差，其夹角不应超过30°；

b、选取钉线与参考点位置，钉线是未受构造变动的线，要与所选剖面的层理面相垂直，尽量位于构造稳定、变形小的区域，考虑到同一断陷盆地中不同的构造部位的改造强度有所差异，则需要借助若干个参考点来进行更加精确的变形恢复，即对每两个相邻的参考点进行独立的伸展变换；

c、确定参考点的原始位置，借助平衡剖面恢复软件对各个地质历史时期地层的伸缩量进行计算，从而得到各个参考点平衡恢复后的位置，即原始位置；

d、确定每个参考点所处位置的现今地层垂向厚度，将其厚度平移到对应的恢复位置上并对相邻参考点之间的厚度等值线的水平间隔进行均一伸缩变换，伸缩率s的计算通过以式(4)所示：

s＝1+(Lb-Lc)/Lc 式(4)，

式中，Lc为相邻两参考点之间的现今长度，Lb为相邻两参考点之间的恢复长度；

e、重复步骤d)直到覆盖所有参考点得到盆地的原始厚度分布，剥蚀量的恢复与压实校正。