南堡凹陷沉降史分析

孙风涛，郭铁恩，田晓平

南堡凹陷沉降史分析

孙风涛，郭铁恩，田晓平

（中海石油（中国）有限公司天津分公司勘探开发研究院，天津塘沽300452）

摘要：南堡凹陷是渤海湾内小型断陷盆地，近年来油气勘探取得不断突破。相对而言，对于其整个盆地构造和沉降演化规律的认识仍十分薄弱，而研究构造活动控制下的沉降史对于研究油气特征及有利区带的预测具有重要的意义。采用回剥法对南堡凹陷的构造沉降速率进行恢复，在此基础上进行了构造期次的划分。研究认为受到区域构造运动的控制，南堡凹陷总体上可以划分为裂陷期、凹陷期和裂后加速沉降期三个阶段，其中古近系整体表现为幕式沉降的特征，即Es34+5为裂陷I幕、Es33-Es2为裂陷II幕、Es1为裂陷III幕、Ed3-Ed1为裂陷IV幕。回剥法是进行地史恢复的有效方法，为研究构造活动控制下的沉降史提供了理论基础。

关键词：南堡凹陷；幕式沉降；沉降速率；回剥法

1　地质概况

南堡凹陷是位于渤海湾盆地黄骅坳陷北部的一个中、新生代盆地（图1），属于渤海湾盆地中油气资源丰富的小型凹陷。该凹陷东北部以柏各庄控盆断层为界与柏各庄凸起、马头营凸起毗邻；西北部以西南庄控盆断层为界与西南庄、王老庄凸起为邻；南部缓坡与沙垒田凸起呈超覆关系，该凹陷内总的构造格局呈NNE向，面积约1 932 km2[1,2]。受构造活动的控制，盆地内沉积充填古近系至新近系，总体表现为冲积扇—扇三角洲—辫状河三角洲—曲流河的变化特征（图2）。

E-mail：sunft@cnooc.com.cn。

图1　渤海湾盆地南堡凹陷构造格局及油气特征

图2　南堡凹陷沉积综合柱状图

南堡凹陷位于渤海湾盆地北部，其地质构造演化特征与渤海湾盆地的性质、动力学特征以及区域性的重要构造运动有着密不可分的联系，整体上表现为复杂的多幕式的构造活动特征。研究其构造活动控制下的沉降史对于研究其油气特征及有利区带预测具有重要的意义。

2　沉降史恢复的基本原理方法

沉降史分析目前已成为盆地分析中的一种常规技术[3]。通过盆地沉降历史时期沉降量的定量分析可再现盆地的地质历史。通过沉降史分析研究盆地的形成和演化，可以恢复地质历史时期地层的形态特征及其沉积速率和沉降速率的变化。目前，定量沉降史模拟有两种，一种是反演法，即回剥法（back striping method）；另一种是正演法。本次研究主要采用回剥分析方法来恢复南堡凹陷沉降史。

回剥法是进行地史恢复的有效方法，其原理主要是利用现存的残留地层厚度逐层恢复至地表，并对压实、古水深和湖（海）平面高度变化等方面进行校正，从而获得各地层的原始厚度和沉降速率（图3），并将构造沉降（纯水载盆地沉积）从总沉降中分离出来，这一过程可以表述为：构造沉降=总沉降－（沉积物和水负载沉积+沉积物压实沉积+水平面变化）。本次研究中对古地层厚度和沉降速率的恢复是运用EBM盆地模拟系统实现的，王敏芳等[4]对其原理及实现过程曾进行详细的论述，这里不再赘述。通过模拟，我们获得各地层的原始厚度、盆地的埋藏史和构造沉降史以及各部位不同时期的沉降速率，并结合断层活动速率法分析断层的活动性。

图3　回剥法计算机模拟工作流程

3　沉降史分析

中国东部第三系陆相断陷盆地皆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，盆地的裂陷阶段皆形成复式的半地堑构造，大型盆地深部常由半地堑群及其间的断隆构成；裂后阶段形成坳陷，呈披盖式覆于断陷盆之上，形成“下断上坳”双层结构[5-8]。谢习农[9]（1996）认为陆相断陷盆地层序地层主要受控于区域性构造事件或幕式构造旋回，南堡凹陷古近纪沉积具有典型的幕式活动特点。同时由于受到局部构造活动的影响，在凹陷内不同位置表现为不同的沉降特征。以南堡凹陷东部高柳地区上下盘各选择一个观察点为例，可以比较观察点位置构造活动速率的差异性。结合构造活动速率特征，在纵向上可划分为裂陷期、凹陷期和裂后沉降期三个主要构造期，其中裂陷期可分为4幕。

3.1高柳地区沉降速率分析

该观测点在裂陷Ⅰ幕总沉降速率为325 m/ Ma，构造沉降速率所占的比例约3/5（图4）。裂陷Ⅱ幕起始时期Es33地层沉积时，总沉降速率和构造沉降速率分别为400 m/Ma和220 m/Ma，最小总沉降速率和最小构造沉降速率分别为50 m/Ma和28 m/Ma。到了裂陷Ⅲ幕，最大总沉降速率为370 m/Ma，最小总沉降速率为225 m/Ma，构造沉降速率的比例在1/2左右。而裂陷Ⅳ幕的起点东三上段总沉降速率为330 m/Ma，而构造沉降速率占总沉降速率的比例明显比裂陷Ⅱ幕和裂陷Ⅲ幕要大，明显大于1/2，为180 m/Ma。表明该时期构造活动突然明显加强，然而裂陷Ⅳ幕中晚期的东二段和东一段的沉降活动很微弱，最大总沉降速率仅为40 m/Ma。裂后期对应的第Ⅴ幕的沉降活动仍然一如既往的低，总沉降速率为35 m/Ma。第Ⅳ幕对应的裂后加速沉降期，总沉降速率为65 m/Ma，相比凹陷期而言，构造沉降有一个明显加速的现象，但此时的构造沉降速率占总沉降速率的比例仍然小于1/2。

总体来看，在高柳地区沙河街组沉积时间长，沉降速率高，而东营组仅初期在该部位有沉积，晚期未发生沉积，这与高柳断层在该时期剧烈活动，取代该部位的西南庄断层和柏各庄断层成为该部位的控边断层有着密切的联系。

图4　高柳地区某观测点沉降速率直方图

3.2高柳下降盘沉降速率分析

该观测点位于林雀次凹（图5）。裂陷期Ⅰ幕总沉降速率可达380 m/Ma，构造沉降速率所占的比例大于1/2，为225 m/Ma；裂陷期Ⅱ幕最大总沉降速率为425 m/Ma，出现在Es33，最小沉降速率为100 m/Ma，出现在Es2，构造沉降速率占总沉降速率的比例同样大于1/2。裂陷Ⅲ幕最大总沉降速率和构造沉降速率均出现在Es1，分别为275 m/Ma和150 m/Ma，最小总沉降速率和构造沉降速率分别为215 m/Ma和115 m/Ma。裂陷Ⅳ幕最大总沉降速率可达480 m/Ma，随后减至260 m/Ma，构造沉降的变化趋势与总沉降的变化趋势一致。裂后期及裂后加速期对应的第Ⅴ幕和第Ⅳ幕的最大总沉降速率分别50 m/Ma为和78 m/Ma。此时的构造沉降速率占总沉降速率的比例小于1/2，在1/3～1/2左右。

总体来看，在高柳下降盘部位东营组沉积期沉降速率明显增大，平均沉降速率超过了沙河街组的总体沉降速率，这种结果正是高柳断层在该时期活动加剧，导致南堡凹陷总体沉降中心向南迁移的表现。

图5　高柳下降盘某观测点沉降速率直方图

4　结论

（1）应用回剥法恢复南堡凹陷的沉降速率，受高柳断层的影响，高柳断层北部和南部表现为不同的沉降特征，其中东营组仅在初期在该部位有沉积，晚期未发生沉积。

（2）南堡凹陷受区域构造的控制和影响，古近系表现为幕式沉降的特征，总体上根据沉降速率分析可以划分为4幕，其中Es34+5为裂陷Ⅰ幕、E为裂陷Ⅱ幕、Es1为裂陷Ⅲ幕、Ed3-Ed1为裂陷Ⅳ幕。

参考文献：

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[9] 解习农，程守田，陆永潮. 陆相盆地幕式构造旋回与层序构成[J]. 地球科学，1996，21(1):81-87.

中图分类号：TE121.1

文献标识码：A

DOI:10.3969/j.issn.1008-2336.2012.03.029

收稿日期：2011-11-18；改回日期：2012-02-27

第一作者简介：孙风涛，女，1978年生，地质工程师，硕士，矿产普查与勘探专业，从事储量评价和石油地质研究工作。

文章编号：1008-2336（2012）03-0029-04

Analysis of the Subsidence History in Nanpu Sag

SUN Fengtao, GUO Tieen, TIAN Xiaoping
（Exploration and Development Research Institute of CNOOC Ltd. Tianjin Branch, Tanggu Tianjin 300452, China）

Abstract:Nanpu Sag is a small scale fault basin in Bohai bay, and great breakthrough has been made in recent years in oil and gas exploration. Comparatively speaking, the understanding about the basin structure and subsidence evolution is poor. The research of subsidence history is very importance for the research of oil and gas and forecast the favorable structural belts. With back stripping method, tectonic subsidence rate of Nanpu Sag has been restored, and the phases of tectonic activity have been divided. Controlled by tectogenesis, the tectonic subsidence of Nanpu Sag can be divided into three phases, including rifting phase, depression phase, and post rift accelerated subsidence phase. Paleogene is charactered by episodic subsidence. Es34+5is phase I rifting episode, Es33-Es2is phase II rifting episode, Es1is phase III rifting episode, Ed3-Ed1is phase IV rifting episode. Back stripping method is an effective method for geohistory restoration, providing theoretical basis for the research of subsidence history.

Key words:Nanpu Sag; episodic subsidence; subsidence rate; back stripping method