北黄海中、新生代盆地的原型特征
(广州海洋地质调查局广州510760)
第一作者简介:李文勇，男，出生于1966，博士，教授级高级工程师，主要从事盆地构造和海上油气勘探工作。
根据最新调查资料，结合区域构造背景，通过对周边地区的盆地结构和控盆断裂、沉降曲线类型、沉积相特征、含油气系统、地壳结构类型、大地构造环境和盆地类型的综合分析，探讨了北黄海中、新生代盆地的原型性质。研究表明，北黄海盆地原型属于晚侏罗世-早白垩世和古近纪区域隆升背景下发育的陆内断陷盆地，可分别称为中生代陆内断陷盆地和古近纪陆内断陷盆地。新近纪属于坳陷盆地，可称为新近纪坳陷盆地。综合考虑控制中、古近纪沉积的断层的继承性和差异性、沉积相带和沉积相中心的迁移、沉积范围相对较近的特点、含油气系统的完备性以及新近纪坳陷沉积与前两者的纵向重叠关系，确定北黄海中、新生代盆地为叠合盆地。
北黄海盆地；中新生代原型叠合盆地
盆地是“在地质发展史的一定阶段，在一定运动体系下形成和发展起来的统一沉降构造单元”(Lobkovsdy，1996)；或者说盆地“是在一定地质时期，在独立的地理区域内，在相对统一的构造环境中，由一种或多种沉积成因的沉积物组成的沉积岩体”(森戈尔，1996)。盆地原型和盆地性质的研究是油气盆地分析和油气勘探的基础和关键，因此近年来受到许多石油地质学家的广泛关注。过去，由于北黄海勘探程度低，缺乏令人信服的第一手资料，对北黄海盆地性质的认识仅停留在各种推测或理论假设的层面。通过近年来我国在北黄海油气资源调查新区工作的逐步开展和对北黄海盆地性质的多次专家讨论，对北黄海盆地的认识不断加深，但对北黄海盆地的原型和性质仍有不同看法。本文根据作者近年来的研究成果和对北黄海盆地构造几何学、运动学、沉积学及构造演化特征的认识，研究分析了北黄海盆地中、新生代的原型特征及其时空叠加关系。
1地质调查
北黄海盆地位于中朝板块东南部，经历了多期构造运动(冯志强等，2002；李乃生(1995)形成多旋回构造-沉积组合(包括中生代的上侏罗统-下白垩统，古近系和新近系的始新统和渐新统)，盆地基底为古生代沉积岩和前寒武纪变质岩(Massoud等，1993)。盆地西临郯庐断裂，南临苏胶-千里岩-临晋造山带，属于在胶辽地块和朝鲜北部地块上发育起来的中新生代盆地。盆地总体呈北东向，盆地面积(124° E以西)为2.16×104km2。
北黄海包括3个一级构造单元，即辽东-海岛隆起区、北黄海盆地和胶北-刘公岛隆起区，其中北黄海盆地进一步划分为6个二级构造单元和24个三级构造单元。北黄海盆地中央坳陷和东部坳陷面积较大，有湖相、三角洲相和新生代地层，最大沉积厚度为8000～8400m
经历多期构造运动后，北黄海盆地地层强烈变形，褶皱和断层十分发育。在平面上，褶皱的轴向一般与断层的走向相协调，可见三组方向:近EW-NE向、NW向和NNE向。其中近东西向-北东向断裂最为发育，形成于晚侏罗世-早白垩世，之后经历了多次挤压和伸展活动。北西向断层普遍不发育，形成于晚白垩世至早第三纪，主要分布在东部坳陷，规模相对较小；北北东向断裂在盆地中部和西部相对发育，形成于始新世。它们兼有平移断层和正断层的特征，规模较大，往往成为洼地或洼地的东西向边界。背斜、向斜多发育在洼地或洼地，形成背斜构造带或洼地带；半背斜多见于洼地或凹陷的边界断层旁，大多构成洼地边缘构造带的一部分。纵向上，下构造层(中生界)和中构造层(古近系)褶皱相对发育，上构造层(新近系)褶皱不发育。
2号盆地原型性质分析
盆地原型或盆地性质的确定需要从多方面进行分析。研究区盆地形成的控制因素是什么？脸盆的原型呢？属于哪种盆地类型？本文对周边地区的盆地结构和控盆断裂、沉降曲线类型、沉积相特征、含油气系统、地壳结构类型、大地构造环境和盆地类型进行了分析和讨论。
2.1中生代和古近纪盆地的原型性质
2.1.1盆地构造及控盆断层
北黄海盆地断裂构造十分发育，基本上控制了北黄海盆地的发生、发展以及整体沉积和构造格局。
平面上，盆地外围基本以断层和隆起为界(图1)，盆地内部受断层控制分为6个隆起和凹陷(或坳陷)。晚侏罗世-早白垩世和古近纪沉积物均分布于坳陷(或凹陷)，其分布范围均以断裂为界。同时，边界断层F1、F4、F5、F10、F13、F15、F51、F53、F26、F27和F34基本控制了盆地东部和中部坳陷。
在剖面上，无论南北向还是东西向，都表现为复杂的地堑构造或半地堑构造。同时，区域边界断裂均属于同沉积多期活动断裂，控制了北黄海盆地及其坳陷或坳陷群在晚侏罗世-早白垩世和古近纪的沉积，与断层面相邻的断裂上盘沉积厚度明显增厚(图2)。
2.1.2沉降曲线类型
在研究工作中，选择了北黄海盆地的72口“人工井”来模拟沉降历史，并将中、新生代沉降曲线总结为图3A所示的通用模型。可以看出，其沉降曲线的基本形态是七段折线椅。
杜旭东等人(1997)认为在不同的构造环境下，沉降曲线的特征是不同的(图3B)。典型的一期裂谷或伸展盆地的沉降曲线一般为两期，分别称为初始沉降和热沉降(图3B曲线①)。多期裂谷拉张盆地是多期相连的两期盆地(图中曲线④3B为两期裂谷拉张沉降曲线)。前陆盆地的沉降曲线(图3B曲线②)与裂谷盆地的沉降曲线相反。克拉通盆地的沉降曲线(图3B曲线③)沉降幅度小，平均构造沉降速率低，具有阶段性、不连续性和不规则性，由多个小的沉降段组成。
图1北黄海盆地构造轮廓及构造单元划分
图1北黄海盆地构造示意图及构造单元划分
图2北黄海盆地地堑式坳陷构造剖面图
图2北黄海盆地地堑式坳陷构造剖面图
图3北黄海盆地综合沉降曲线(a)与不同类型盆地理论沉降曲线(b)对比。
图3北黄海盆地综合沉降曲线(A)与不同类型盆地理论沉降曲线(B)对比
a:ⅰ-中生代沉降旋回，ⅱ-新生代沉降旋回；B: ① ② ③ ④见文字说明。
(据杜旭东1997)
北黄海盆地的沉降曲线(图3A)可与理论沉降曲线(图3B)的曲线④进行对比。两者的区别在于，后者代表两个连续的伸展盆地，而前者被明显的隆升和剥蚀分开，曲线形态比后者复杂。
因此，作者认为北黄海盆地沉降史曲线模式反映了中生代(JBOY3乐队-K1)和新生代(E2以来)两个沉降旋回，被K2-E1的隆升和剥蚀所分隔，即两期伸展成一个盆地。两期盆地形成均具有断陷伸展盆地的性质，晚侏罗世和始新世的快速沉降相当于两期裂陷的初始沉降阶段，而早白垩世的缓慢沉降和新近纪的缓慢沉降分别相当于热沉降阶段。中生代沉降旋回包括一个完整的盆地演化过程，如晚侏罗世的初始裂陷阶段(a) →早白垩世的热沉降或沉降调整阶段(b) →晚白垩世的盆地收缩、隆升和剥蚀阶段(c)。新生代沉降旋回包括始新世初始沉降阶段(D) →渐新世沉降调整或差异(局部)抬升剥蚀阶段(E)和中新世早期(F) →中新世晚期热沉降阶段(G)等。现今的北黄海盆地是新生代盆地热沉降过程的延续。
2.1.3沉积相特征
限于篇幅，以下仅对北黄海盆地中央坳陷进行分析。
晚侏罗世，北黄海盆地中央坳陷发育五种沉积相类型，包括扇三角洲相、三角洲相、浊积扇(或湖底扇)相、浅湖相和半深湖相(图4A)。从沉积相带的发育来看，NE-NE组断裂对中央坳陷的控制作用较强，相带总体呈NE向分布，边缘相发育且保存较好，而NE-NE组断裂对沉积相有一定的改造作用。粗碎屑扇三角洲沉积沿中央坳陷东北和西南边缘呈条带状分布，一系列冲积扇-扇三角洲体形成复合扇组。此外，东、西边缘地区也发育有扇三角洲沉积，因侵蚀作用残留较少。扇三角洲和三角洲前缘发育浅湖相和半深湖相。
图4北黄海盆地中央坳陷沉积相图
图4北黄海盆地中央坳陷沉积相图
晚侏罗世；B—早白垩世；c-始新世；渐新统
早白垩世，中央坳陷基本继承了晚侏罗世的古地理格局。平面上，中央凹陷仍为菱形几何样式(图4B)，沉积相带分为南区和北区。凹陷仍为北东向，受两组边界断层控制。与晚侏罗世不同的是，东西部保存了许多边缘相。
始新世，中央坳陷的沉积古地理格局从晚侏罗世到早白垩世发生了明显的变化(图4C)。总的来说，凹陷呈北-南-北北东向，经过晚白垩世至古新世的长期剥蚀，开始接受沉积。在此期间，中央坳陷发育了6种沉积相类型，包括冲积扇相、冲积平原相、扇三角洲相、湖滨相、浅湖相和与火山有关的“冲积扇体”；北北东向断裂控制了盆地的发育，尤其是在凹陷西部。这一时期的突出特点是在西北缘发育了与火山作用有关的大型冲积扇-扇三角洲沉积体系，由火山熔岩、火山碎屑岩、沉积火山碎屑岩等碎屑组成；火山熔岩和火山碎屑岩受沿西边界断裂发育的控制，形成一个巨大的复合扇形楔。沿西缘南部的控断层还发育一系列扇三角洲进积，在西南角与来自西南物源的扇三角洲形成复合大型扇体。在凹陷东缘，沿边界还发育一系列扇三角洲层序，形成扇三角洲相带。在凹陷东南边界中部发育扇三角洲沉积。由于西南边界的剥蚀，边缘相带部分缺失。
渐新世，在中央坳陷的东北部和西南部发育了两个小断陷。两个断陷受断层控制，边缘相发育，分带明显。东北断陷沉积相包括冲积扇相、扇三角洲相、三角洲相、湖滨相和浅湖相(图4D)，边缘冲积扇-扇三角洲相主要在北部、西部和南部地区。西南断陷存在北东向相带，西北缘为三角洲相带，东南缘为扇三角洲相带，中部为浅湖相带。
综上所述，北黄海盆地中生代和古近纪沉积基本为陆相碎屑岩和火山碎屑岩，其沉积和沉积相带的分布明显受断裂作用控制。
2.1.4石油系统
含油气系统是沉积盆地中烃源岩和参与油气成藏及相关地质过程(油气生成、运移、聚集、保存和转化)的地质要素(烃源岩、储层、盖层、输导层和圈闭)形成的系统。在空间上有一定的层位和界限，在时间上涉及特定的地质历史时期(黄等，2005)。根据朝鲜在北黄海盆地东部的钻井资料和对烃源岩、储层、盖层等基本地质要素的分析，确定北黄海盆地包括中生界含油气系统和新生界含油气系统两种类型。纵向上，两类含油气系统被进入始新统底部泥岩层的水所分隔。
中生界含油气系统以上侏罗统浅湖和半深湖相黑色泥岩为主，下白垩统浅湖相暗色泥岩为次生烃源岩。上侏罗统和下白垩统发育的扇三角洲、三角洲、浊积扇、湖滨砂岩和前中生界断裂风化基岩为储层，凹陷内发育覆盖中生界的始新统扇-渐新统泥岩和上侏罗统-下白垩统浅湖-半深湖相。该盆地的东部凹陷、中部凹陷和西部凹陷是三个独立且相距较远的生烃凹陷。因此，中生界含油气系统包括三个亚含油气系统，即东部凹陷中生界亚含油气系统、中部凹陷中生界亚含油气系统和西部凹陷中生界亚含油气系统。
始新统浅湖-半深湖相泥岩为主要烃源岩，储层为始新统三角洲、扇三角洲、湖滨和冲积扇相砂岩，盖层为始新统浅湖相泥岩和渐新统及新近系底部水淹泥岩。由于断层切割和隆起的分离，含油气系统还包括三个子含油气系统，即东部凹陷的新生界子含油气系统、中部凹陷的新生界子含油气系统和西部凹陷的新生界子含油气系统。
2.1.5地壳结构类型
根据纵波地震速度(Vp)，北黄海盆地的地壳结构大致可分为两层(图5A)，界面深度为14km。上部纵波地震速度4.2 ~ 6.3 km/s，平均岩石密度(2.0 ~ 2.8) × 103 kg/m3，主要由沉积岩和中生代火成岩组成。下层纵波地震速度6.4 ~ 7.3 km/s，平均岩石密度3.0×103kg/m3，磁性较强，推测为基性岩和强变质玄武质岩石。
对比北黄海盆地和华北地块的速度结构和地壳分层(图5B)，两者非常相似，都具有双层地壳结构，分层厚度和纵波速度基本相似，表明北黄海盆地的地壳结构与华北地块一致，其地壳类型属于大陆地壳。然而，北黄海盆地与苏胶-千里岩-临晋造山带在速度结构和地壳分层方面存在明显差异(图5C)。前者(北黄海盆地)相对简单，仅表现为双层结构，后者(苏胶-千里岩-临晋造山带)相对复杂，具有3-4层地壳速度结构，速度和分层厚度也变化较大。
2.1.6大地构造环境
大量地球物理资料表明，北黄海盆地是在中朝板块基底上发展起来的板内中新生代沉积盆地，具有与华北地块相同的构造层序、沉积建造、岩浆活动和地壳结构，盆地基底为古生代沉积岩和前寒武纪变质岩。
中生代以来，中国东部包括北黄海盆地一直处于欧亚板块最东端的板块边缘扩张区，属于活动大陆边缘，其相邻的太平洋板块自中生代以来一直向中国大陆俯冲(Reemst et al .，2000；吴福元等，2003；林等，2004)。因此，中国东部中新生代盆地的形成和演化与中新生代太平洋板块向中国东部大陆的俯冲以及由此引起的大陆边缘深部地幔物质的热膨胀密切相关。郯庐断裂及其大规模走滑作用一方面是太平洋板块向欧亚板块的反复俯冲和地幔物质的隆升及弧后伸展所致，另一方面触发了侏罗纪-古近纪多期伸展、断块运动和大陆裂谷，形成了中国东部著名的陆缘伸展构造体系。研究区中、新生代沉积盆地属于这一伸展构造体系。
苏胶-千里岩-临晋造山带北黄海盆地和华北地块地壳速度结构图。
图5北黄海盆地、华北地块和苏胶-千里岩-临晋造山带地壳P波速度结构
a-北黄海盆地；b-华北地块；c-苏胶-千里岩-临晋造山带
2.1.7封闭盆地的类型
北黄海盆地周边有一系列中、新生代含油气盆地，包括松辽盆地、渤海湾盆地、胶莱盆地、韩国安州盆地和韩国西湾盆地。这些盆地都属于在区域拉应力场或拉扭应力场作用下形成的伸展断陷盆地、裂谷盆地或拉分盆地。
松辽盆地位于北黄海西北部，被辽东隆起隔开。它是中国东北最大的断陷沉积盆地，呈北北东向分布。松辽盆地的分布与其周围的断裂密切相关。盆地中的北北东向断裂对盆地中、新生代沉积起着重要的控制作用，决定了盆地的整体走向和地层等高线沿北北东向的总体分布。北西向断裂和北北东向断裂相互交错，起南北向断块作用(胡等，2005)。盆地的各种构造形态(由大到小、由深到浅、由背斜到断块)几乎都受断裂带的影响和控制；从侏罗纪形成到新近纪末，盆地经历了多期伸展断陷构造运动。
渤海湾盆地位于北黄海西侧的渤海湾及其沿岸。它是一个叠加在华北地台古生代之上，受郯庐断裂控制的中新生代伸展裂谷盆地(宁等，2000)。盆地中、新生界厚度大于10000m，受NE-NNE向断裂控制，渤海湾盆地古近系沉积特征呈隆起和凹陷交替分布，盆地走向和隆起、凹陷走向与NNE向断裂带基本一致。同时，受凹陷内次级断裂控制，将凹陷划分为次级凹陷。
胶莱盆地位于北黄海西南部的胶东隆起上，郯庐断裂系(沂沭断裂)中段的东侧。盆地呈近菱形分布，长轴为东北方向。胶莱盆地是中生代受郯庐断裂控制的走滑拉分陆相碎屑岩和火山岩盆地，其基本构造格架受郯庐断裂、穆平-即墨断裂、五莲-荣成断裂的走滑活动和深部地幔隆起控制(唐华峰等，2003)。盆地的主要构造类型是断层及其有限断块构造；盆地内发育白垩系陆相含油岩系，包括下白垩统莱阳组和青山组，上白垩统王石组和黄县组。
朝鲜安州盆地和西朝鲜湾盆地位于北黄海东部，朝鲜临津造山带以北，朝鲜地块以西。事实上，它们是位于朝鲜西海岸附近的同一个盆地(清川河和大宁河在这里汇入大海)。安州盆地和西韩湾盆地总体呈北东向，东部为陆域，西部为海域。盆地内发育中、新生界(Massoud et al .，1991)。受燕山运动的影响，安州盆地和西朝鲜湾盆地发育了一系列北东向、NWW向和近东西向的继承性断裂，在盆地内断裂的控制下形成了许多次级箕状凹陷，沉积了上侏罗统、白垩系和古近系的陆相碎屑沉积物，总厚度4000 ~ 6000 m，以快速沉降和巨大的断裂堆积为特征，与下伏的二叠系呈角度不整合关系。从古近纪到古近纪，断陷盆地继续发育；新近纪，凹凸构造格局逐渐演化为统一的大型沉积盆地。
此外，毗邻北黄海盆地的朝鲜半岛几乎所有中生代沉积都与断层的发育密切相关。中生代沉积基本上与断层相伴，沿断层走向展布，属于典型的断陷沉积，也就是说，断层控制了朝鲜半岛的中生代沉积和分布(图6)。
图6朝鲜半岛中生代沉积分布示意图
(根据韩国DPR科学院地质研究所，1993，修改)
图6朝鲜半岛中生代沉积分布
综上所述，可以看出北黄海盆地的原型属于晚侏罗世-早白垩世和古近纪区域隆升背景上发展起来的一个陆内裂谷盆地(表1)。
表1北黄海盆地原型特征表1原型特征
2.2新近纪盆地的原型性质
通过对沉积作用、地层产状、构造变形、岩浆活动、分布范围和沉降历史曲线的综合分析，并与中生代和古近纪对比研究，认为北黄海盆地在新近纪的原型属于坳陷盆地(表1)，主要表现在四个方面:
1)断裂活动很弱，基本未发现岩浆活动；
2)整个新近纪沉积为一套平行-近平行、水平-近水平的砂泥岩互层，构造变形极弱；
3)新近系沉积物广泛分布于整个盆地及其周边隆起区，与古近系等下伏地层重叠，沉积厚度在小范围内变化不大，但在整个区域内变化有规律，即从盆地中心向盆地外围逐渐减小；
4)沉降历史曲线以均匀沉降为特征。
3盆地和盆地性质的垂直叠加
考虑到晚侏罗世和早白垩世盆地边界断裂活动的继承性和盆地沉积控制的一致性，作者认为晚侏罗世和早白垩世盆地的原型可统称为中生代陆内断陷盆地。同样，始新世和渐新世盆地原型可以统称为古近纪陆内裂谷盆地。
综合考虑，一方面，北黄海盆地控制中生界和古近系沉积的断层不同，古近系断陷活动对中生界原型盆地有不同程度的改造，沉积相带和中心具有迁移性和不一致性，其含油气系统自成体系；然而，另一方面，大多数控制它们沉积的断层是遗传的。中生代和古近纪沉积凹陷基本相同，沉积范围接近。它们的局部构造多为家族局部构造，具有晚侏罗世、早白垩世和始新统三层，共同发育，纵向叠加。同时，新近纪坳陷沉积叠加其上，在垂向上形成三套沉积(晚侏罗世-早白垩世和始新世)。根据叠合盆地的定义，叠合盆地是由几个不同的盆地(不同的构造层)纵向叠合而成的具有复杂结构的盆地。每个盆地都有自己相对独立的原型，不同原型的叠加反映了古地理环境和古构造格局的演变，因此后期的沉积作用不仅不同于前期的沉积范围，也是对前期原型盆地的改造(黄等，2005)。因此，北黄海中、新生代盆地可被识别为叠合盆地。
根据盆地叠合的特点，北黄海中、新生代含油气叠合盆地的形成演化经历了中生代断陷盆地、古近纪叠合改造断陷盆地和新近纪坳陷盆地三个阶段。
4结论
1)通过对盆地结构及控盆断裂、沉降曲线类型、沉积相特征、含油气系统、地壳结构类型、大地构造环境及周边盆地类型的综合分析，确定北黄海盆地原型属于晚侏罗世-早白垩世及古近纪区域隆起背景上发育的陆内断陷盆地。新近纪属于坳陷盆地。
2)考虑北黄海中生代、古近纪和新近纪的盆地原型特征及其时空叠加演化关系，确定北黄海中、新生代含油气盆地为叠合盆地。
3)北黄海盆地的形成演化与原型盆地的叠合相适应，经历了中生代断陷、古近纪叠合断陷和新近纪坳陷三个阶段。
谢谢你。本文所涉及的研究工作得到了中国工程院金庆焕院士、原广州海洋地质调查局总工程师黄永阳教授、吴能友教授、张广学教授以及矿产资源研究所领导和其他技术人员的大力支持和指导。非常感谢！
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北黄海中新生代盆地原型的性质
王王厚金黄家健
(广州海洋地质调查局，广州，510760)
文摘:根据最新测量资料，结合区域构造背景，通过对盆地构造&控盆断裂、沉降曲线类型、沉积相、含油气系统、地壳结构类型、大地构造环境及周边地区盆地类型等的综合分析，研究了北黄海盆地中、新生代原型及其叠合特征。研究表明，北黄海盆地晚侏罗世-早白垩世和古近纪的原型都属于在区域隆起背景上发育起来的陆内断陷盆地，可分别命名为中生代陆内断陷盆地和古近纪陆内断陷盆地；但新第三纪的原型属于拗陷盆地，可称为新第三纪拗陷盆地。综合考虑中、古近纪控沉积断裂的继承性和差异性、沉积相带和中心的迁移、沉积范围的封闭性、含油气系统的类型以及新近纪拗陷沉积与前晚侏罗世-早白垩世和古近纪沉积的垂向叠加关系等。北黄海中新生代盆地被确定为叠合盆地。
关键词:北黄海盆地中新生代原型叠合盆地性质