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塔里木盆地早海西期风化壳岩溶洞穴层研究

作　者: 徐国强
导　师: 沈忠民
学　校: 成都理工大学
专　业: 矿产普查与勘探
关键词: 古岩溶学层序地层学洞穴层古岩溶储层隐蔽圈闭预测方法塔里木盆地
分类号: P642.25
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

层序地层学与古岩溶学的交叉学科渗透研究是当前古岩溶研究中的前缘方向，其主要目的是通过建立海（水）平面周期性升降变化下碳酸盐岩内部发生古岩溶与盆地内沉积层序的内在联系，探索层序界面相关古岩溶（包括大型风化壳、侵蚀型层序界面和短期暴露地表的各种层序界面古岩溶）的发育机制、发育分布规律，并建立相关研究方法及预测技术。目前该研究领域刚刚起步，前期研究成果非常少，尤其在地下古岩溶洞穴层研究方面。由于层序界面相关古岩溶是碳酸盐岩大型隐蔽油气藏储层（如塔河油田、普光气田）的主要形成机制，因此，开展该方向研究，对于碳酸盐岩油气藏勘探具有重要理论意义及应用价值。本文在总结前期研究成果基础上，将层序地层学理论引入岩溶洞穴层研究，建立碳酸盐岩陆块内部洞穴层与盆地内同时期形成的沉积层序内部等时层的关系，以等时层作为约束条件，对塔北、塔中、和田地区的洞穴层进行盆地范围内的跨地区的对比研究，为间歇性海平面上升过程中形成的多期次风化壳岩溶洞穴层研究提供对比的理论依据及方法；将洞穴层和洞穴内多旋回“坍塌角砾-暗河沉积层”形成的水动力条件及过程与盆地内海平面升降变化曲线联系在一起，分析海平面升降变化所引起的不同地质条件下的岩溶作用方式与特征，揭示地下深埋洞穴层的成因机制。通过古岩溶洞穴层预测的关键技术攻关研究，建立较为完整的古岩溶洞穴层预测方法技术，并对塔中、和田古隆起洞穴层进行预测，为大型隐蔽油气藏勘探提供决策依据。取得的主要成果如下：1)通过和田、塔中、塔北古隆起大量古地貌研究实践，形成完善的古地貌恢复技术，并将其应用于塔中、和田古隆起早海西期洞穴层对比和预测，较早地得出塔里木盆地在早海西岩溶期发育了下（C-Ⅰ）、中（C-Ⅱ-1，C-Ⅱ-2）、上（C-Ⅲ）3套大型洞穴层的结论；2)将层序地层学理论引入古岩溶洞穴层研究，较为全面地阐述了洞穴层形成演化与海平面升降变化关系，建立了多期次洞穴层与盆地沉积层序的内在联系，提出了洞穴等时层的概念，以及利用等时层进行跨地区对比的方法与原理；3)利用洞穴内沉积物的沉积结构、影响洞穴层形成的内在、外在地质因素方面的证据，论证了3套洞穴层的形成序次。明确指出3套洞穴层主要是在晚泥盆世-早石炭世海平面间歇性上升过程中形成的，每个洞穴层发育期与盆地内沉积层序的高水位海平面稳定期对应，洞穴层序次为下老上新；4)提出了利用洞穴等时层为古洞穴层间接定年方法技术，推断出底部C-Ⅰ洞穴层主要形成于早石炭世东河砂岩沉积期，C-Ⅱ洞穴层形成于早石炭世生屑灰岩段沉积期，C-Ⅲ洞穴层形成于早石炭世下泥岩段上部沉积期。使用McArthur（2002）⁸⁷Sr/⁸⁶Sr定年曲线，通过生屑灰岩等时层定年，C-Ⅱ洞穴层的形成时间大约为358.2ma；5)提出了叠积层序、叠积洞穴概念，建立了海（水）平面快速上升过程中陆块内部潜水面上升迟后带快速向上侵蚀岩溶的成因地质模式，得出巨厚洞穴内的多旋回“坍塌角砾-暗河沉积”组合是海平面快速上升后斜坡内陆区潜流面相对于潜水面迟后上升，在老的洞穴带基础上潜流持续向上侵蚀岩溶的结果；6)通过塔北、塔中、和田这3大古隆起早海西期古岩溶地质条件综合分析及对比研究，得出古隆起形成演化构造背景是控制洞穴层发育分布的主要因素，认为塔北强烈挤压褶皱型整体隆升使得裂缝均匀发育，暴露面积、入出水口间高差、汇水量大，为盆地边缘碳酸盐岩陆块台地式岩溶，可发育很多个纵向叠置的多重大型洞穴系统；塔中地区因为局部发育冲断褶皱而整体隆升幅度小，使得仅局部暴露地表，呈盆地内岛屿式古岩溶，因为岛小而导致的汇水量少是大型洞穴系统不发育的主要因素，局部因裂缝极为发育可形成小型洞穴系统；和田古隆起主要为斜坡背景中通过两翼分期沉降而形成的古隆起，发育盆地边缘斜坡阶地式古岩溶，宽缓构造背景使得暴露区面积、汇水量大，但入出水口间高差小、裂缝欠发育，导致3个洞穴层分地发育而不能纵向叠置；7)利用几何学原理，通过建立一个简化的裂隙空间替代模型，经过公式推导，获得断层裂隙空间的一种定量计算方法：8)结合风化壳岩溶洞穴在不同地质条件下的发育分布规律，将“古地貌恢复技术、古裂缝描述技术、洞穴层跨地区对比技术、“3位一体”洞穴层定位技术整合成一套较为完整的风化壳岩溶洞穴层综合分析预测技术；9)通过和田古隆起油气成藏条件综合分析，得出在和田河气田以南的和田古隆起北部，4500-7500m深度范围内，发育一个面积达4800 km²的C-Ⅰ洞穴层发育带，可能是很好的碳酸盐岩隐蔽圈闭中的油气储层。

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摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
第1章引言  11-33
  1.1 选题依据及意义  11-12
  1.2 国内外研究现状及发展趋势  12-26
    1.2.1 岩溶洞穴层国内外研究现状  12-24
    1.2.2 古岩溶洞穴(层)研究发展趋势  24-25
    1.2.3 层序地层学与古岩溶学  25-26
  1.3 塔里木盆地岩溶洞穴层勘探研究现状  26-28
  1.4 主要研究内容及技术思路  28-29
  1.5 主要方法技术  29-30
  1.6 取得的认识及创新性成果  30-33
    1.6.1 主要认识  30-31
    1.6.2 创新性成果  31-33
第2章地质背景  33-45
  2.1 古岩溶相关地层  33-40
    2.1.1 奥陶系  33-37
    2.1.2 志留系  37
    2.1.3 泥盆系  37-38
    2.1.4 石炭系  38-40
  2.2 古岩溶相关不整合面  40-45
    2.2.1 加里东中期运动早幕(早奥陶世末)  40-41
    2.2.2 加里东中期运动二幕(晚奥陶世末)  41-44
    2.2.3 早海西运动  44-45
第3章洞穴层识别与对比  45-55
  3.1 洞穴层识别  45-49
  3.2 洞穴层分区对比  49-55
第4章洞穴层形成序次及跨地区对比  55-64
  4.1 多期次洞穴层的地质模式及形成序次  55-60
    4.1.1 碳酸盐岩陆块内部上老下新的洞穴层序次  55
    4.1.2 层序地层内部下老上新的洞穴层序次  55-57
    4.1.3 碳酸盐岩陆块内部下老上新的洞穴层序次  57-60
  4.2 洞穴层跨地区对比  60-64
第5章巨厚洞穴层成因模式  64-69
  5.1 巨厚洞穴及洞穴内塌积层序  64
  5.2 巨厚洞穴及洞穴内塌积层序成因模式  64-67
  5.3 塌积层序的地质意义  67-69
第6章洞穴层预测方法与应用  69-98
  6.1 洞穴层预测方法技术  69-81
    6.1.1 古地貌恢复方法技术  69-73
    6.1.2 古构造裂缝预测方法技术  73-77
    6.1.3 洞穴层的等时层定年方法  77-79
    6.1.4 洞穴层预测的"三位一体"法  79-81
  6.2 洞穴层预测方法技术应用  81-98
    6.2.1 塔中地区  81-89
    6.2.2 和田地区  89-98
结论  98-100
致谢  100-101
参考文献  101-108
注释  108-109
攻读博士学位期间已发表的论文及获奖情况  109

塔里木盆地早海西期风化壳岩溶洞穴层研究

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