辽西低凸起是辽东湾西部的一个二级构造单元, 东西分别毗邻辽中凹陷和辽西凹陷, 呈北东向展布, 具明显的横向低凸起特征(漆家福等, 1994)。辽西凹陷受辽西低凸起分割限制, 由多个东断西超的半地堑按不同的组合方式首尾衔接而成(图 1-A)。锦州25地区位于辽西低凸起中段西支的倾没端和辽西凹陷中洼的结合带, 在区域上受3条近北东向延伸的伸展断裂控制, 它们相互平行叠覆, 转换构造在该区十分发育(周心怀等, 2008)。辽西低凸起在研究区表现为岛屿地貌, 由东西两支近平行的窄条状垒块组成, 之间被一东断西超的半地堑分割(图 1-A)。其中, 西支紧邻辽西凹陷中洼, 低凸起基底残存区(未被沙三段超覆)呈窄条状凸脊, 宽度一般不超过2 km。

图1

Fig.1

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	图1 辽东湾地区构造单元划分(A)及锦州25地区断裂组合(B)Fig.1 Tectonic units division of Liaodongwan Bay area (A) and fault combinations in Jinzhou 25 area (B)

辽东湾地区沙河街三段沉积期属于盆地早期伸展张裂陷幕(沿海大陆架及毗邻海域油气区石油地质志编写组, 1990), 该时期构造活动强烈, 是湖盆形成的重要时期。通过三维地震资料的精细解释, 认为研究区发育不同级次、多种类型的断层, 主要包括东侧呈近北北东或北东向延伸的旋转铲式边界正断层、近东西向小型调节正断层、北东东向呈雁行排列的正断层和北东向的小正断层(图 1-B)。其中, 边界正断层是该时期的主断裂, 控制着辽西低凸起和辽西凹陷的形成和演化。

锦州25地区在上述断层水平伸展、差异升降及断块掀斜等共同作用下, 表现为不同的构造单元和古地貌组合。在西边, 断裂活动相对较弱, 辽西凹陷中洼主要以简单缓坡与燕山褶皱带过渡; 在东部, 洼陷带主要以边界断层与辽西低凸起相连。边界断层在走向上具明显的分段作用, 可分为F1、F2和F3共3条断层(图 1-B)。其中, 南部的F1和F2断层以平行侧列的方式软连接在一起, 它们同向叠置, 在叠置区发育走向斜坡型转换带(Morley et al., 1990; 漆家福, 2007)。F2和F3断层以弧形相连(实为同向趋近型转换带), 在研究区中部和中北部以相交或分叉等方式与东西向调节断层或雁列断层直接连在一起。在北部, F3断层上盘由凸起逐渐变为斜坡, 在尾部与F4断层同向相交连锁, 表现为交叉状同向断阶(图 1-B)。因此, 东部低凸起与洼陷的配置关系有不同的组合样式, 除低凸起— 陡坡断裂坡折带— 洼陷外, 还发育低凸起— 同向叠覆型转换带— 洼陷、低凸起— 同向趋近型转换带— 洼陷和低凸起— 交叉状断阶带— 洼陷等。

通过对三维地震资料的精细解释, 发现边界断层的垂向位移和上、下盘地层厚度发生规律性的变化。垂向位移上, F1断层由南向北逐渐减小, 直至消亡; F2断层在与F1断层的叠覆区由小变大, 在测线inline 1080处达到最大, 而后逐渐变小, 在测线inline 1240处达到最小; 再向北逐渐变大, 在测线inline 1560处达到最大(图 2)。

图2

Fig.2

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	图2 辽西低凸起锦州25地区边界断裂F2/F3的断距变化Fig.2 Vertical displacement change of F2 and F3 boundary faults in Jinzhou 25 region in Liaoxi Low Uplift of Liaodongwan Bay area

测线inline 1080和inline 1560之间垂向位移变化趋势的不一致, 表明F2和F3断层在沙三段沉积期并非同一断层, 只是由于后期断裂活动将其改造为现今的同一条断层。因此, F2和F3断层之间在沙三段沉积期发育同向趋近型转换带, 它们趋近的位置大致相当于测线inline 1240的位置。垂向位移的上述变化导致上、下盘地层厚度呈现明显的“ 镜像” 关系, 即:垂向位移最大的位置, 沉积地层在上升盘最薄(图 3-A), 在下降盘最厚(图 3-B); 垂向位移最小的位置, 沉积地层在上升盘较厚, 在下降盘较薄。这一沉积特征反映了边界断裂活动的差异翘倾作用, 差异翘倾造成垂向位移最大的位置, 上升盘对应低凸起的局部高点, 下降盘对应各次洼的深陷区和沉积中心(图 3-B); 垂向位移较小位置, 上升盘对应高点间局部低势区; 下降盘则对应次洼间的走向斜坡。差异翘倾作用对辽西低凸起内部高差的变化、低凸起— 洼陷的接触方式以及物源通道都起着重要的控制作用。

图3

Fig.3

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	图3 构造转换带差异翘倾及地层记录（A— 地层厚度变化; B— 低凸起地震剖面特征）Fig.3 Different tilting change and strata records of tectonic transition belt

辽西低凸起西支物源区残余面积小, 加上中洼东部早期无钻井, 前人主要根据中洼西部的钻井资料和地震相分析, 认为辽西中洼仅有西部古兴城水系的物源补给, 砂体局限在中洼的西部, 辽西低凸起基本没有物源贡献(赵澄林等, 1996; 姜培海, 2001)。由于物源区范围难以识别和恢复, 作者根据中洼东部新钻井的地质资料和三维地震资料的解释成果, 采用“ 点面结合, 源体比对” 的分析思路, 即:通过砂岩重矿物组合、ZTR指数和成分成熟度等(点)物源体系标志的比较, 结合钻井岩相、钻井标定后的地震相和地震属性等(面)沉积相分析, 界定主要的物源体系类别和各类沉积相的展布。在此基础上, 通过沉积相展布范围(体)与古地貌单元组合(源)的位置关系比对, 以输砂体系分析进行约束, 识别出物源区及砂体分配模式。研究区沙三段输砂体系具有“ 东西分源, 南北分带” 的特征, 即除西部发育受兴城水系控制的远源辫状河三角洲外, 东部的辽西低凸起也能提供物源, 在边界断裂的下降盘发育转换带型扇三角洲(3、5、10等井钻遇)、陡坡坡折型近岸水下扇(8井钻遇)和末梢分叉断裂型扇三角洲(2、9井钻遇)(图 4)。其中, 南部的同向叠覆型和趋近型转换带控制着东部主要物源的输入, 对应的扇三角洲沉积规模最大, 沿F2断层及与F3断层结合部下降盘分布, 勘探效果最好; 中间的近岸水下扇发育在F3断层主位移的根部附近, 沿带零散分布, 单个规模较小; 北部的末梢分叉断裂型扇三角洲规模中等, 夹持在F3和F4断层之间, 沉积主体沿F4断层的上升盘分布。

图4

Fig.4

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	图4 辽西低凸起构造格局及砂体差异分配模式Fig.4 Tectonic framework and sandbody differential allocation model in Liaoxi Low Uplift

3.1 钻井的差异响应

研究区4种沉积相均有钻井钻探, 这为物源体系分析奠定了基础。海上取心成本昂贵, 仅4井和10井在沙三段有岩心资料, 其他井的岩石学分析主要根据录井岩屑和测井解释成果。通过仔细分析, 不同物源体系在钻井岩石学特征和测井响应上区别明显, 主要表现在以下4个方面:①岩相:4井和10井这两口井的井位紧邻辽西低凸起, 距离西部物源远。在取心资料上, 岩性以砂砾岩和粗砂岩为主, 分选差, 次棱角状多见, 垂向上具正韵律, 底部或中间见较厚的深灰色或灰色泥岩(图 5-A), 代表较深湖背景下的近源扇三角洲沉积。而来自西部物源的6、17和7井岩性主要为粗砂岩、中细砂岩和粉砂岩, 且有随搬运距离增加粒度变细的趋势, 与前者差异明显。②重矿物:重矿物组合和ZTR指数在物源对比和搬运距离分析中有着广泛的应用(刘宝珺, 1996)。

图5

Fig.5

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	图5 不同物源体系的差异响应（A— 岩心; B— 重矿物组成; C— 砂岩成分成熟度; D— 连井剖面）Fig.5 Different response of different provenance systems

17、7井重矿物组合以高含量的锆石(> 45%)为特征, ZTR指数也较高, 代表了较远距离搬运的特征; 4、5、3、10井重矿物组合主要为较高含量的白钛矿与锆石, ZTR指数较低(图 5-B), 代表了近距离沉积的特点, 这也证明了东西双源的特征。③砂岩成分成熟度:砂岩中石英含量及成分成熟度对指示物源的搬运距离有很好的参考作用。随着搬运距离的增加, 砂岩中成分成熟度都变高(刘宝珺, 1996)。靠近研究区西部的7井和17井中, 沙三段砂岩中石英含量都大于30%, 岩屑含量低于25%, 成分成熟度也都较高, 岩石类型为石英长石砂岩, 代表了西部远源补给的特征; 靠近辽西低凸起的3、4井和10井中石英含量都低于30%, 成分成熟度也较低, 体现了东部近源搬运的特征(图 5-C)。④地震标定约束下的钻井对比:距离西部物源近的17井整套地层为砂泥岩互层, 砂岩含量较高, 测井相为齿化的低幅箱状, 为多期辫状河三角洲的叠加; 而较远的7井早期物源来自西部, 为厚层泥岩中夹杂薄层细砂岩和粉砂岩, 测井相为锯齿状, 代表了辫状河三角洲远源沉积; 7、5井和3井砂体主要富集在沙三段沉积晚期, 主要为较厚层的砂砾岩或粗砂岩, 测井曲线形态为齿化的较高幅箱状, 代表了近源扇三角洲沉积; 8井和2井砂体主要分布在沙三段沉积早期, 岩性为厚层泥岩包裹下的砂砾岩, 测井曲线形态为齿化箱状和漏斗状, 代表了近岸水下扇和扇三角洲沉积(图 5-D)。

断陷湖盆具有多物源、湖盆规模小和相变快的沉积特征, 物源分析和沉积成因解释常具多解性。随着三维地震资料和技术方法的发展, 利用沉积作用过程来约束和指导沉积成因解释, 是近年来沉积学研究的发展方向。沉积作用过程分析通过研究物源区(包括母岩类型、基底分布和时空演变)、输砂体系(沟道、同沉积坡折带或转换带等空间地貌单元的发育样式和层序地层时间单元的耦合)和沉积体系(相类型、相标志和宏观分布)的时空配置关系, 来界定和组合沉积体的性质和成因模式。依据上述分析和最新钻探成果, 辽西低凸起能够提供物源是多种地质条件综合作用的结果, 主要表现在:①易于风化的母岩是小面积残存剥蚀区能够提供物源的前提条件。根据1、16和S1等井的钻探结果和基底地震反射特征的比较, 辽西低凸起锦州25地区的母岩主要为太古界混合花岗岩(二长花岗岩类、花岗闪长岩类、英云闪长岩类、石英闪长岩类)和中生界安山岩, 相较于其他岩系, 花岗岩在较短的搬运距离下更易风化为碎屑砂岩。薄片鉴定还发现, 该区岩石矿物结晶较粗、暗色矿物含量较低以及碎裂作用较强。片麻岩中长石及石英含量超过80%, 二者均属脆性粒状矿物, 在多次构造应力作用下产生了大量的裂缝及节理缝(周心怀等, 2005), 十分有利于风化和搬运。从低凸起高部位16井和S8井钻井泥岩声波时差曲线看, 沙三段和沙一段、沙二段为两条曲线(图 7-A), 也表明沙三段顶部遭受严重剥蚀(加东辉等, 2007)。②剥蚀区的动态变化为小面积残存物源区的物质供给能力提供了理论依据。现今残存物源区代表了剥蚀后特定时期的物源范围, 并不能完全反应地质历史时期物源区的动态变化过程。在物源区剥蚀和地层沉积过程中, 物源区范围和母岩类型受构造运动和湖平面变化控制, 构造抬升和湖平面升降变化均影响物源区的扩大和收缩。辽东湾地区沙三段早期构造活动强烈, 地形高差和物源范围都较大; 到了中晚期, 构造运动趋于平静, 地形被夷平, 物源区逐渐衰亡。此外, 在低水位期, 湖平面降低, 沉积范围退缩, 物源区扩大; 在高水位期, 由于沉积范围扩大, 局部小物源的作用减弱或消失(图 7-C)。因此, 将层序地层学的概念引入物源变化的概念中, 通过层序分析与解释来研究不同时期物源区的变化, 勾勒出不同层序位置的最大剥蚀区和最小剥蚀区, 促进了研究区物源和沉积相展布的新认识。分析结果表明, 低凸起区的最大物源区远远大于现存物源区, 物源供给能力充足, 具动态物源的特征(图 7-D)。③构造转换带是低凸起的高效物源通道。从源区范围讲, 构造转换带源头对应低凸起相对大物源区开叉分离的位置, 是主物源的优势倾泻方向。同时, 依据构造转换带的差异翘倾模式, 差异翘倾决定了构造转换带上部衔接低凸起高点间的相对低部位, 下部对应两次洼间的转换斜坡(图 7-B)。因此, 构造转换带高部位对应物源入口, 低部位两侧沉积可容纳空间充足, 物源供给系统配置良好, 十分有利于湖平面变化各时期源区剥蚀产物的持久倾注, 从而在构造转换带下方形成优质扇三角洲砂体。与构造转换带相比, 陡坡坡折带和末梢分叉断裂坡折带对应的物源区范围较小, 低部位砂体规模相对也有限。

图6

Fig.6

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	图6 不同物源体系的地震反射特征（A— E地震剖面; F— 地震属性）Fig.6 Different seismic responses of different provenance systems

图7

Fig.7

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	图7 辽西低凸起砂体形成富集条件分析Fig.7 Formation and accumulation conditions of sandbodies in Liaoxi Low Uplift of Liaodongwan Bay area