Question

构造演化特征分析

Answer 1

（一）沉降速率分析

1.基本原理

沉积盆地的总沉降量主要与构造作用、沉积物压实、均衡作用、沉积基准面变化或古水深变化等因素有关。盆地内充填了沉积物或水会引起岩石圈的均衡调整下降。表层的沉积物具有较高的孔隙度，随着埋深加大而压实，可产生不可忽视的沉降量。湖水面的变化使盆地相对沉积基准面发生变化。因此，盆地的构造沉降 （纯水载盆地沉降）可表述为：

构造沉降＝总沉降－（沉积物和水负载沉降＋沉积物压实沉降＋湖水面的变化）

为了求得构造沉降，必须对沉积物压实、负载均衡和古水深等进行校正。

地质历史时期的盆地通常有一定的覆水深度，而且各个沉积单元沉积时的古水深不同，尤其是深水相区，水深对沉降量的计算不容忽视。这时盆地的总沉降量应该是沉积厚度和古水深之和。层序地层学研究表明，古今海平面的变化较大，因此，沉降史回剥中还应该进行海平面变化校正 （图2－12）。

图2－12盆地沉降史模拟流程图

通过上述几个方面的校正，最终可以得到盆地的原始沉降深度，进而得到盆地的原始沉降速率。

在沉降史分析中，假定地层骨架厚度保持不变，利用 EBM 盆地模拟系统 （BS回剥系统软件）中的二维剖面回剥技术，从已知地层分层参数出发，考虑沉积压实、间断及构造时间等因素，按地层年代逐层剥出，直至全部地层回剥为止，最终恢复出各地层的埋藏史 （图2－13）。

图2－13 回剥过程示意图

2.回剥技术

（1）参数选取

1）古水深确定。车排子地区古水深的估计是通过沉积相分析、古生物组合等方法进行的。同时，根据地震剖面上大型前积层去压实校正后恢复的古斜坡形态，也可估算古水深。一般取值情况下，扇三角洲相古水深不大于50m，滨湖相古水深10m 左右，滨岸5m左右。

2）岩性参数。统计表明，不同岩性压实系数、表面孔隙度、沉积物颗粒密度等岩性参数大不相同的，正常压实情况下单一岩性采用的压实系数 （C）、表面孔隙度 （φ）和沉积物颗粒密度 （或称岩石密度ρ）（表2－2），而混合岩性可按此数值按比例加权求出。

表2－2 单一岩性参数统计表

3）回剥计算。在计算过程中主要以三级层序为单元进行沉降速率的恢复，层序界面的年龄根据前人的工作成果以及区域上的最新资料与成果确定。时－深转换根据现有多口井的分层数据回归分析得到。沉积相则以所应用的地震剖面的空间位置及各三级层序体系域为单元完成的沉积相图为基础确定，不同的沉积相带使用了不同的岩性参数。

车排子地区沉降速率计算以贯穿工区多条二维地震测线以及三条连井剖面开展工作（图2－14），从而控制了研究区的重要构造。

图2－14 车排子地区沉降史回剥模拟测线平面位置图

根据剖面走势和构造变化选取480多个数据点，相应的深度数据1900多个，并经过时深转换，整理成由横向距离和纵向深度组成的二维数据表。在此基础上，应用EBM 盆地模拟软件对每一条测线进行了校正和地史反演，分别得出了每一条剖面上的相应界面在不同时期的埋藏深度值及其沉降速率值。本文主要使用总沉降速率值，并将这些数值投影到平面图上，再通过数值的内插法，勾绘出吐谷鲁群层序、古近系层序和新近系沙湾组层序沉降速率特征的平面图。在此基础之上，精选了三条剖面做了进一步的精细模拟，将层序细化到体系域进行模拟，以便更好地对研究区进行沉降史分析。

3.沉降速率分析

通过对车排子地区的精细沉降模拟可以发现，从白垩系到新近系7个时期的沉降速率可明显分为3个沉降期次 （图2－15），其中第三个为地层缺失的上白垩统时期，其他三个层序6个沉积时期分别对应吐谷鲁群、古近系和新近系沙湾组的低位体系域和湖扩体系域沉降期。

图2－15 精细模拟剖面样点沉降速率图

对比发现，每个层序的低位体系域相对湖扩体系域都是高速沉降时期。吐谷鲁群的低位和湖扩体系域的沉降速率最大差值达到25m/Ma，古近系和新近系沙湾组的沉降速率最大差值分别为4m/Ma和16m/Ma。

（1）吐谷鲁群层序沉降速率特征

车排子地区吐谷鲁群层序沉降速率介于0～25m/Ma之间，以10m/Ma为主。西北部沉降速率较低，向南部和东部速率逐渐加快，发现两个被车排子隆起分隔的相对沉降中心，其一位于研究区南部，最高值为25m/Ma；另一沉降中心位于东部，速率比南部略小，为18m/Ma （图2－16）。

图2－16 车排子地区吐谷鲁群层序沉积速率图（单位：m/Ma）

（2）古近系层序沉降速率特征

车排子地区古近系层序沉降速率比较低，介于0～15m/Ma之间，多数低于10m/Ma。最大沉降中心位于南部，沉降速率大于14m/Ma。在研究区东部还有一个沉降速率较高的相对沉降中心，沉降速率为6m/Ma （图2－17）。

图2－17 车排子地区古近系沉积速率图（单位：m/Ma）

（3）新近系沙湾组层序沉降速率特征

车排子地区新近系沙湾组沉降速率比古近系和白垩系大，沉降速率数值在0～65m/Ma之间，多数在10～20m/Ma之间。沉降中心位于南部，速率大约为60m/Ma。此外，在整个研究区有数个相对沉降中心，比周围区域的沉降速率略大，差值在5m/Ma左右（图2－18）。

（4）各层段沉降速率特征的比较分析

从沉降速率图和测线各个时期沉降速率图 （图2－19，图2－20）对比发现，车排子地区各个沉积期沉降速率有一定的差异。其中新近系沙湾组层序的沉降速率最高，古近系层序的沉降速率最低，吐谷鲁群层序居中。吐谷鲁群层序和古近系层序沉积期的沉降速率都分为南部和东部高值区，而南部沉降速率又比东部高。沙湾组层序沉降速率高值区则在南部，东部只有相对较高的沉降区。

分析表明，车排子地区各沉降区沉降速率的变化和各沉积期沉降速率高值区的分布与车排子隆起密切相关。不同沉积期沉降速率有差异，但南部为最大沉降高值区，东部为次一级的沉降高值区。这一规律以吐谷鲁群层序沉积期最为明显，古近系这一现象逐渐减弱。新近系沙湾组时期沉降速率高值区都出现在南部，可见，车排子地区的沉降高值区的分布受控于车排子隆起，车排子隆起形成于晚石炭纪，强烈隆升于二叠纪到侏罗纪，白垩纪进入缓慢沉降阶段。因此古近系受车排子隆起影响小于吐谷鲁群层序，沙湾组沉降高值区则不受此控制。

图2－18 车排子地区沙湾组层序沉积速率图 （单位：m/Ma）

（二）古地貌分析

1.基本原理

古地貌分析主要是利用地层的定量 “回剥技术”等方法，恢复原始沉积背景。其基本原理在沉降速率分析中已作论述。

图2－19 ZH01ZH＿05各时期沉降速率图

图2－20 ZHO5XY＿PZ＿ksbd＿647各时期沉降速率图

2.参数选取

依据前人研究的沉积和构造等方面的成果，选取控制全区古地貌基本格架的12条纵横研究区的地震剖面，进行了精细的解释 （图2－21），并利用 T_K1q、T_E、T_N1s和 T_N1t界面的分层数据，运用研究区的时深转换关系确定它们的深度值，并对二维地震剖面进行沉降量模拟，同时也对单井进行了沉降量恢复。

图2－21 Z05＿CPZ＿SL＿L450和Z01ZH＿05二维地震剖面解释成果图

通过钻孔岩心、测井和地震相分析，确定各套地层的岩性或岩性组合，进行去压实校正。在正常压实情况下的单一岩性通常采用压实系数 （C）和表面孔隙度 （φ），混合岩性可按此数值按比例加权得出。

同时，古水深的估计可以通过沉积相分析，利用古生物组合和作过古水深研究的钻井等资料对古水深进行取值。

3.古地貌成图

通过上述数据的采集和各种参数的确定，形成各个剖面的沉降量分析数据库，输入计算机即可获得各个剖面不同时期盆地的沉降量。同时，对剥蚀区古地貌资料进行了恢复。

参考回剥计算的不同时期的沉降量，结合剥蚀区和沉积区的空间展布关系及重要的构造形迹 （同沉积断层、构造坡折等），考虑盆地沉降区差异沉降和盆地沉降区内古地貌形态的直观可视化目的，并结合单井资料，对K₁tg、E和 N_1s底界同沉积期古地貌进行了成图。

4.同沉积期古地貌特征

（1）吐谷鲁群底界面同沉积期古地貌特征 （T_K1tg）

分析表明，吐谷鲁群底界面同沉积期古地貌地形起伏较大，隆凹组合，地貌上总体呈“一梁担两凹”、“凹—隆—坡”有机组合、 “坡带富沟”的整体格局。研究区西北为隆起区，向南和向东逐渐由 “隆”过渡为 “凹”，向东南转换为 “梁”，与梁组成一个向东南倾覆的隆起高地区，共同组成车排子隆起 （图2－22，图2－23）。

图2－22 车排子地区吐谷鲁群底界面同沉积期古地貌立体图

“隆”：主要在分布在Z05XY＿CPZ＿ksbd＿635二维测线以北、Z01ZH＿05二维测线以西地区 （车排子镇—鄂伦布拉克一带）。总体上隆起区呈现出南陡东缓的格局。

“梁”：在研究区吐谷鲁群底界面同沉积期古地貌， “梁”分布在 Z01ZH＿05以东、Z01ZH＿02以南区域，即柳一场—共青团农场一带。 “梁”向南倾覆，分割两个凹陷区。“梁”和 “隆”共同构成了车排子隆起。

“坡”：在吐谷鲁群底界面同沉积期古地貌中，坡可进一步细分为两个斜坡区，一是主要集中在Z05XY＿CPZ＿SL＿L450二维测线以西、Z05XY＿CPZ＿ksbd＿635和Z01NXY605.8二维测线之间的区域，即柳二场西南方，为四棵树凹陷的北斜坡；另一个位于Z01ZH＿05二维测线以东、Z05XY＿CPZ＿ksbd＿623二维测线以北区域，即发育在五五新镇—前山涝坝一带，为昌吉凹陷的西斜坡。总体上四棵树凹陷北斜坡要较昌吉凹陷的西斜坡陡，两者在研究区呈带状波动展布的特征。研究区分布的两个斜坡具有富沟的特点 （图2－22，图2－23），从而形成坡的起伏特征。“四棵树凹陷北斜坡”的富沟区主要在Z05XY＿CPZ＿SL＿L450二维测线 和Z05XY＿CPZ＿ksbd＿236＿6二维测线之间，且向 Z05XY＿CPZ＿SL＿L450二维测线有增多的趋势，并且二维地震剖面沉降量模拟与古地貌组合可以看出，四棵树凹陷北斜坡带的 “沟”主要是受同沉积断层的控制，沟的坡度一般是西陡东缓，西部为同生断层位置。“昌吉凹陷的西斜坡”富沟区有可细分为两个部分，大致以Z05XY＿CPZ＿ksbd＿647二维测线为分界，其以北的沟道略浅和缓 （分布在前山涝坝一带），其以南沟道略深和窄 （分布在车峰镇—五五新镇一带）。在Z05XY＿CPZ＿ksbd＿647二维测线向东延伸出现一个次级的 “梁”。

图2－23 车排子地区吐谷鲁群底界面同沉积期古地貌图

“凹”：研究区吐谷鲁群底界面同沉积期古地貌中，主要有两个，即被 “梁”分成的南部凹陷 （柳二场西南地区）和东部凹陷 （排9—排103以东地区），分别为四棵树凹陷和昌吉凹陷。在研究区范围内，南部凹陷 （四棵树凹陷）沉降量略大，可达到1000m 以上，而东部凹陷略浅，可达到700m 以上。在研究区，东部凹陷被在 Z05XY＿CPZ＿ksbd＿647二维测线向东延伸出现一个次级的 “梁”，将东部凹陷分为两个部分。

从古地貌格局来看，隆起区，即车排子隆起为物源区，斜坡带的 “沟”构成沉积物搬运的输导通道，而两个凹陷则成为沉积物汇聚和堆积的场所，另外由于东南部 “梁”的存在，会对沉积物的搬运和沉积起到分割作用。

（2）古近系底界面同沉积期古地貌特征 （T_E）

与吐谷鲁群底界面同沉积古地貌特征相比，古近系底界面同沉积期古地貌总体趋于平缓，但车排子隆起区仍然存在 （图2－24，图2－25）。总体上，古近系底界面同沉积期古地貌可以分成 “隆”、“坡”和 “凹”三种格局。

图2－24 车排子地区古近系底界面同沉积期古地貌立体图

“隆”：主要分布在研究区的西北部，Z05XY＿CPZ＿ksbd＿647以北、Z01ZH＿05以西地区，即车二场—鄂伦布拉克一带，但隆起幅度较吐谷鲁群底界面同沉积期古地貌有所平缓。该隆起区向东南有延伸部分，但略平缓。

“坡”：仍具有分带性，依然可以区分为两个不同的 “坡”，以隆起区东南部的低隆起区为分界。西南部坡 （排10井以西）坡度略陡，但较吐谷鲁群底界面同沉积期古地貌有所平缓，且坡中富沟特征不明显。东部坡 （排12—排208—排11井一带）坡度平缓，且略具平台的特征，“坡带富沟”的现象已经不明显。

“凹”：古近系底界面同沉积期古地貌中， “凹”主要集中在南部地区 （柳沟西南地区），最大沉降量可达到600m 以上，且显示有与东部凹陷连通的趋势。

从古地貌上可以看出，古近纪沉积期物源仍然由车排子隆起提供，且沉积物堆积区应在凹陷带，隆起区的东南末端仍然对沉积物的搬运和堆积起到一定的分割作用。并且在湖相条件下，东南隆起区的末端有利于形成滩坝砂体。

（3）沙湾组底界面同沉积期古地貌特征 （T_N1s）

沙湾组底界面同沉积期古地貌 （图2－26，图2－27）总体上与前两个时期古地貌格局相比更加平缓，虽呈现隆—坡—凹的格局，但凹陷区已经在南部显示为一个凹陷区，而东部的不明显。沙湾组底界面同沉积期古地貌的深度比吐谷鲁群有所减小，与古近系的相近。研究区内最大深度可达到650m 以上 （Z01ZH＿05二维地震测线的南端）。

图2－25 车排子地区古近系底界面同沉积期古地貌图

图2－26 车排子地区沙湾组底界面同沉积期古地貌立体图

图2－27 车排子地区沙湾组底界面同沉积期古地貌图

“隆”：主要分布在Z05XY＿CPZ＿ksbd＿647二维地震测线以北、Z01ZH＿05二维地震测线以西地区，即鄂伦布拉克以西地区，且隆起区较平缓。同时在柳沟以西和排浅4—排7井一带发育两个低隆区。

“坡”：主要分布在Z04XY－CPZ－ksdb－671和Z01NXY605＿8二维地震测线之间。从南北向来看，Z05XY＿CPZ＿ksbd＿623和 Z04XY－CPZ－ksdb－671二维地震测线之间（柳一场—车二场之间）区域的斜坡比 Z05XY＿CPZ＿ksbd＿623和 Z01NXY605＿8二维地震剖面之间 （柳一场—柳沟以西地区）区域的斜坡略平缓，略呈平台的性质；从东西向上来看，由西部向东部地区，斜坡的坡度有逐渐变缓的趋势，并且由西向昌吉凹陷的西斜坡的分布宽度有所增加。

“凹”：主要分布在Z01NXY605＿8二维地震测线以南地区，向东略向北延伸。在研究区凹陷的深度可达到650m 以上。由于 Z05XY＿CPZ＿ksbd＿268＿6二维地震测线以南地区（柳沟西部）发育一个次级的低隆区，在研究区内，这个低隆区将南部的凹陷带分割成两个次级的凹陷带。

总体上，该时期的古地貌特征显示，沉积物主要沉积在南部凹陷地区，而南部的次级的低隆起区可能会对沉积物的堆积起到一定的控制作用。

（4）各同沉积期古地貌特征对比

从同沉积期古地貌的特征可以看出，吐谷鲁群底界面同沉积期、古近系底界面同沉积期和沙湾组底界面同沉积期古地貌的特征具有一定的继承性。总体上都是西北为隆起区，中部为斜坡区，南部为凹陷区，前两个时期东部也为凹陷区。另外，三个同沉积期的斜坡均有西南、南部略陡，向东变缓的特点。但是，三个时期的古地貌特征又各有差异，由吐谷鲁群底界面同沉积期、古近系底界面同沉积期和沙湾组底界面同沉积期古地貌特征总体上显示为隆起区逐渐消亡或者变得平缓，且沉降量有减小的趋势；斜坡区有逐渐变缓的趋势，且斜坡带的宽度逐渐增宽；另外，车排子地区三个时期古地貌特征显示，南部的凹陷区略稳定，而东部的凹陷区有向东萎缩的趋势。