陆内克拉通盆地“溯源退积”层序构型形成机理探讨

第9章　陆内克拉通盆地“溯源退积”层序构型形成机理探讨

目前国内外的层序地层学研究主要集中在断陷湖盆、具有地形坡折带的坳陷湖盆、前陆盆地，对于克拉通盆的地层序地层学研究，一般都将其归入坳陷盆地的研究范畴，没有提出其对应的层序构型模式。因不同类型的盆地，其层序地层构型及其控制因素不同，不能简单套用，但现阶段专门对克拉通盆地开展的层序地层学研究工作明显投入不足，尤其是对克拉通盆地层序构型及其控制因素的研究还有待进一步加强。

陆内克拉通盆地具有封闭、有限且逐渐减小的可容纳空间、极平缓的斜坡带等典型的地质特征，决定了该类盆地将具备独特的层序充填特征。通过类比总结我国鄂尔多斯盆地和澳大利亚Surat Basin两个典型的陆内克拉通盆地的层序充填特征，提出该类型盆地具有长期持续退积、短期进积的“溯源退积”层序构型。即陆内克拉通盆地所形成的三级层序的层序构型均为LST为主，TST和HST相对不发育，对应的基准面旋回为上升半旋回为主的不完全对称旋回，具有长期持续退积（水进）、短期进积（水退）的旋回特征；不同级别层序地层格架控制下的砂体，自下而上（从老到新）具有向物源区依次退积叠置的特征。该层序构型模式对陆内克拉通盆地层序的识别、划分及其对比具有一定的借鉴意义。

为了探讨陆内克拉通盆地的形成因素，借助层序地层学计算机模拟、辅以沉积物理模拟实验的定量研究手段，以鄂尔多斯盆地山2段为地质原型，通过第3～8章的不同地质参数（因素）条件下的定量模拟，表明陆内克拉通盆地“溯源退积”层序构型在一定程度上受到“盆地充填”、沉积物供给（逐渐减小）、湖平面变化（快升慢降）、盆地边缘构造（活动减弱）及古地形（愈加趋于平缓）等单变量或多变量地质因素的控制。此外，气候作为控制层序的重要因素之一，但其是一个不可定量描述的参数，它可以间接地体现在多种地质参数的变化，并主要通过影响沉积物供给、水流及盆地内水体的蒸发量与降雨量来间接控制层序发育。在此次定量模拟过程中较难选择对应的参数表征气候的变化，基于此，仅定性探讨气候变化对陆内克拉通盆地“溯源退积”层序构型形成的影响。

气候条件的周期性变化可引起湖平面、沉积物供给和沉积物类型的变化，从而控制盆地沉积充填和层序的发育演化（Carroll and Bohacs，1999）。气候对层序发育的控制，即通过对盆地可容纳空间变化、物源供应两方面的控制来实现。以一个气候三级周期变化为例，其对层序发育的控制过程，通过一个完整的体系域旋回来说明，如图9-1所示。

在低位体系域阶段，对应为图9-1中三级气候周期早期A—B段，因气候干旱，蒸发量和渗流量很大，且降雨量很小，可容纳空间小于沉积物的累计供应量，沉积物以季节性河流洪泛沉积和冲积扇沉积为主；水进体系域对应图9-1中气候变化周期B—D段，气候逐渐变潮湿，使得沉积物供应和降水量都在不断增加，湖平面上升明显，可容纳空间的增长速率大于沉积物供应速率，以发育退积层序叠置模式为主；高位体系域对应图9-1中气候周期变化曲线上的D—F段，初始阶段气候由潮湿向干旱开始过渡，湖水位保持恒定，可容纳空间的增长速率与沉积物供应速率基本相等，以发育加积层序叠置模式为主；随后气候干旱，盆地内部蒸发量增大并超过降雨量，可容纳空间增长速率小于沉积物供应速率，以发育进积层序叠置模式为主；晚期（F—G段），盆地遭受侵蚀，形成层序边界。

图9-1　闭流克拉通盆地气候周期性变化对可容纳空间及层序发育的控制模式图

（据刘景新和王云鹤，2009）

通过气候对层序发育的影响，可以观察到陆内克拉通盆地内气候相对模拟原型由干旱转变为潮湿，盆地内湖平面上升速率将不断增大，并保持可容纳空间的增长速率大于沉积物供应速率，同样可以形成长期持续退积、短期进积“溯源退积”的层序构型。

第4～8章的定量模拟结果表明，各种地质变量参数（控制因素）改变，还是直接或间接地影响可容纳空间增加速率与沉积物供应速率（A/S）比值，进而形成长期持续退积、短期进积“溯源退积”层序构型。其中，第4章开展“盆地充填”对“溯源退积”层序构型影响的定量模拟，基于物质平衡（mass balance）原理，表现为湖平面在校正值曲线影响下持续上升，可容纳空间增加速率（A）不断增大，沉积物供应速率（S）保持不变，使得沉积层序相对模拟原型不断向物源区退积、迁移，且随着整体水位的上升，“盆地充填”对层序发育的影响不断减弱。第5章定量模拟“沉积物供应”对“溯源退积”层序构型影响，模拟过程中，沉积物供给速率（S）逐渐减小，可容纳空间增加速率保持不变，使得整体沉积相对模拟原型向物源区退积，且随着沉积物供应量减小幅度不断增大，沉积物供应对层序发育的影响不断增强。第6章讨论了“湖平面变化”对“溯源退积”层序构型影响的定量模拟，模拟过程中，湖平面以恒定速率上升，可容纳空间增加速率（A）相应增大，沉积物供应速率（S）保持不变，使得沉积层序相对模拟原型不断向物源区退积、迁移。第7章主要探讨“盆缘构造”对“溯源退积”层序构型影响的定量模拟，随着盆地边缘构造活动的逐渐减弱，造成物源区古地形落差减小，进一步造成湖平面下降和沉积物供应量减少，使得盆地构造活动初期，湖平面变化对层序影响占主导作用，A/S值略小于模拟原型；随着盆地边缘构造沉降减弱，湖平面下降幅度减小并向模拟原型趋近，沉积物供应速率减小幅度不断增大，A/S值大于模拟原型，整体沉积相对模拟原型向物源区迁移，形成“溯源退积”层序构型。第8章开展“古地貌变化”对“溯源退积”层序构型影响的定量模拟，随着湖盆的充填，克拉通盆地内地层越来越平缓，可容纳空间减小值为定值，沉积物供应量在模拟原型基础上减小，使得地貌落差减小初期，盆地内地貌对层序影响占主导作用，A/S值小于模拟原型；伴随沉积物供应速率的持续减小，A/S值逐渐增大并大于模拟原型，沉积范围不断收缩，相对模拟原型整体向物源区迁移。

综上所述，通过借助层序地层学研究的定量模拟实验手段（计算机模拟、沉积物理模拟），围绕造成“溯源退积”层序构型潜在的多种地质因素（如盆地边缘构造、沉积物供给、湖平面变化、古地形、源区气候变化等地质变量参数）进行定量化模拟，系统揭示“溯源退积”层序构型的形成机制、刻画其形成过程、形成细节，明确鄂尔多斯盆地“溯源退积”层序构型的具体地质控制因素。定量化层序地层学研究成果可以进一步丰富陆相湖盆层序地层研究手段和理论体系，也可为陆内克拉通盆地层序地层研究、油气勘探提供新思路，具有理论研究和实践应用的双重意义。