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歧口凹陷为黄骅坳陷内的富油气凹陷之一,沉降深度大,勘探程度低,资源量多,具备大型油气田发育的基本的石油地质条件。在渤海湾盆地勘探实践中表明,新近系油藏所探明石油地质储量占总储量26.6%,临近的渤中坳陷,储量主要分布在新近系的Ng和Nm。如埕岛、曹妃甸11-1、北大港、蓬莱19-3等超亿吨级的大油田都表现为新近系成藏,开展对歧口凹陷新近纪构造与成藏的研究就尤为重要。
本文以盆地动力学研究原则为指导,利用研究区二维及三维地震资料和钻井资料,在区域板块构造格架和深部动力学过程分析的基础上,确定盆地裂后期发育的构造属性和演化;以构造解析的原则为指导,从现今盆地构造几何学精细结构的建立和主要断裂构造系统研究入手,建立盆地构造-地层格架,揭示新近纪构造活动与新近系油气藏的内在联系,为油气成藏研究奠定地质构造基础。论文的主要内容和成果如下:
1.歧口凹陷的裂后期的构造表现主要有断裂、褶皱以及火山活动。本文共识别出潜山披覆背斜、滚动背斜和逆牵引背斜构造、负花状构造、雁列构造和帚状构造以及火山构造等典型构造样式。
2.通过沉降史回剥的方法,歧口凹陷的裂后期演化并不符合Mckenzie模式,明化镇组沉降并不是呈幂指数衰减,而表现为与理论模式的偏离的异常沉降。馆陶组时期(24.6-12.0Ma)总体沉降速率较低,表现为裂后热作用控制的缓慢沉降过程;而在明化镇组下段时期(12.0-5.1Ma),沉降速率较馆陶期有所升高,平均在100m/Ma左右;自明上段以来(5.1-0Ma),歧口地区的沉降速率明显的加快,最高达到了280m/Ma。同时裂后期的沉降曲线也与典型的裂谷盆地不同,曲线的斜率逐渐增大,表现为下凹的形态。由此,可以将上述的裂后期的三个时期划分为三幕:裂后热沉降幕、加速沉降Ⅰ幕和加速沉降Ⅱ幕。
3.歧口凹陷的沉降中心具有一定的规律性迁移,沉降速率在陆地上呈现出黄骅坳陷沧县隆起和埕宁隆起两端慢,到中间凹陷区加快,快速沉降区具有从边缘向中心迁移的动态过程,陆上到海域沉降速率持续增大,海域的沉降速率明显大于陆地,显示海域在裂后期一直作为盆地的沉降中心。沉降速率有北快南慢、东快西慢的规律性变化。
4.对歧口裂后期主干断裂的定量分析表明,在馆陶期,盆地构造变形表现为海域强,陆地部分弱的特点,而海域地区则又呈现北强南弱的特色。明化镇中晚期,盆地内的构造变形有较强的分区性。沿岸隐伏构造带在本期起显著的分界作用,陆地部分构造的变形相对弱,海域部分变形强。
5.以岩石圈伸展的挠曲悬臂梁模型为基础,综合正演、反演模拟所得到的关于歧口地区上地壳、地壳和岩石圈的伸展系数的计算结果表明,歧口凹陷上地壳的伸展系数整体较小,在歧口凹陷内最大,β值在1.1左右;地壳的β剖面呈现峰值的变化,在盆地的两侧隆起区β值较小,向歧口凹陷β值逐渐增大,在沉降最深处β最大达到1.82;岩石圈的伸展系数在歧口主凹内最大,β接近于2.5左右,而向盆地的边缘凸起区则逐渐减小到1.1左右。以上表明从盆地的边缘向盆地的中央沉降区,地壳和岩石圈的伸展规模和程度逐渐增大,岩石圈不同深度发生了不同程度的伸展。
6.通过对渤海湾盆地的深部背景进行分析,结合岩石圈的圈层结构发生不同的伸展,初步建立了渤海湾盆地裂后期异常沉降的深部动力学模式,深部的的韧性物质横向流变到山脉之下,使那里的地壳增厚,山脉上隆、地幔下拗。在盆地区则表现为岩石圈拆沉作用,并导致浅部岩石圈的均衡响应,而表现为裂后期异常加速沉降。
7.除了深部动力学背景以外,歧口凹陷裂后期异常沉降的还与周缘板块的重组事件有关。欧亚板块与印度板块在中新世初期的汇聚速率和方向的改变,导致青藏高原向东挤出,使华北和华南板块向东逃逸。由于华南板块更靠近印度板块,华南板块向东逃逸的速度大于华北板块,从而使华北板块向东逃逸的过程中发生逆时针旋转,华北板块内部先存的北东向断裂再次发生右旋走滑运动,导致歧口凹陷的后期变形都基本上具有右旋扭动的特性。同时,在新近纪西太平洋板块与欧亚板块的会聚速率也发生了显著变化,造成中国大陆东部岩石圈深部物质和热状态发生改变,由此引起了岩石圈表层的响应。可见,歧口凹陷裂后期的异常沉降是由周缘板块重组事件和渤海湾盆地深部背景综合作用的结果。
8.初步探讨了裂后期新构造运动强度与油气成藏的关系,并类比相邻地区胜利油区和冀东油区新近系油藏成藏规律,表明断层活动强度由弱变强时,油气主要富集在新近系;若断层活动强度由强变弱,则油气主要富集在古近系,新近系几乎不含油;而断层的活动强度由弱变强再变弱或保持同一水平时,油气在古近系和新近系都可以富集成藏。