北黃海盆地東部坳陷地層劃分及沉積特征

杜 民，王改云，劉金萍，成 谷

(1.廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局，廣東 廣州 510760;2.國(guó)土資源部海底礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510075;3.中山大學(xué)，廣東 廣州 510275)

引 言

北黃海是指夾持于山東、遼東及朝鮮3個(gè)半島之間的半封閉區(qū) (圖1)，大地構(gòu)造位置處于中朝板塊東南部，屬華北地塊向海的延伸部分，西為郯廬斷裂與渤海灣盆地，北為遼東隆起，東接朝鮮地塊，南鄰膠東隆起與蘇膠—臨津江造山帶，其演化經(jīng)歷了太古宙—新元古代的克拉通基底階段、古生代沉積蓋層階段和中—新生代陸相沉積階段［1－4］。

圖1 北黃海盆地地理位置及構(gòu)造單元分布(據(jù)文獻(xiàn)［5］修改)

北黃海盆地展布于北黃海海域中央，與萊陽(yáng)盆地及朝鮮安州盆地同處一個(gè)中生代斷陷帶之內(nèi)［3－5］，是中朝板塊東部隆起背景上發(fā)育的中、新生代陸內(nèi)斷陷盆地，可劃分為東部坳陷、中央隆起、中部坳陷、中西部隆起、西部坳陷和南部凹陷群等6個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元［5］。其中，東部坳陷為北黃海盆地最具潛力的勘探區(qū)［6］。迄今為止，中國(guó)及朝鮮已在該坳陷完成了大量勘探工作，并在其東部鉆獲工業(yè)性油氣流。在對(duì)北黃海盆地東部坳陷地震地層劃分的基礎(chǔ)上，研究了坳陷內(nèi)各套地層的沉積特征，為今后的勘探工作奠定基礎(chǔ)。

1 地震地層劃分及展布特征

以地震、鉆井及測(cè)井資料為基礎(chǔ)，利用地震地層學(xué)、層序地層學(xué)原理對(duì)東部坳陷進(jìn)行了地層劃分［7－9］，進(jìn)而分析了地層展布特征與沉積相分布特點(diǎn)［10］。通過(guò)對(duì)東部坳陷大量二維地震資料的解釋、追蹤、對(duì)比，厘定了 R1、R3、R4、R5和 R65 個(gè)區(qū)域不整合界面及漸新統(tǒng)內(nèi)部的R2不整合界面，其中R3界面僅局限于盆地東北部。剖面上可劃分出3套特征迥異的層組:下構(gòu)造層具寬緩起伏褶皺，厚度變化相對(duì)穩(wěn)定;中構(gòu)造層產(chǎn)狀多變、厚度變化大、斷陷充填特征明顯;上構(gòu)造層產(chǎn)狀近水平，厚度穩(wěn)定。

東部坳陷地層可分為3個(gè)超層序，其中超層序Ⅱ、Ⅲ可分別以R3、R5為界分為次一級(jí)層序，即層序ⅡA、層序ⅡB、層序ⅢA和層序ⅢB(表1、圖2)。研究厘定了各地震層序的地質(zhì)屬性:超層序Ⅰ為新近系;超層序Ⅱ?yàn)楣沤?，其中層序ⅡA為漸新統(tǒng)，層序ⅡB為始新統(tǒng);超層序Ⅲ為中生界，其中，層序ⅢA為下白堊統(tǒng)，層序ⅢB為上侏羅統(tǒng)。研究表明，該區(qū)主要發(fā)育上侏羅統(tǒng)、下白堊統(tǒng)、始新統(tǒng)、漸新統(tǒng)和新近系—第四系5套地層(圖2)。其中，漸新統(tǒng)以R2為界可分為上、下漸新統(tǒng)。

圖2 北黃海盆地東部坳陷地震解釋剖面

1.1 前中生界基底

1.1.1 圍區(qū)前中生界

圍區(qū)露頭顯示，遼東地區(qū)主要為太古界、元古界、震旦系;膠東地區(qū)在蓬萊—?jiǎng)⒐珝u出露了太古界—元古界膠東群、粉子山群和震旦系蓬萊群;渤海灣地區(qū)大量井揭示了太古界—元古界的混合巖與花崗巖［4］;朝鮮狼林地塊主要出露太古宇。

華北地臺(tái)與遼東地區(qū)的寒武系、中奧陶統(tǒng)屬淺海碳酸鹽巖沉積，缺失上奧陶統(tǒng)—下石炭統(tǒng)。膠東地區(qū)未見(jiàn)寒武—奧陶系，且上古生界不發(fā)育。渤海灣濟(jì)陽(yáng)坳陷的寒武系為石灰?guī)r和結(jié)晶白云巖，上石炭統(tǒng)屬濱海沼澤相沉積，二疊系為河湖—沼澤相碎屑巖。朝鮮半島北部寒武紀(jì)—志留紀(jì)沉積了濱淺海相的陸源碎屑巖和碳酸鹽巖，上古生界發(fā)育泥盆系;該區(qū)平南盆地的上古生界與華北一致，中、上石炭統(tǒng)為濱淺海相沉積;二疊系則為濱淺海相與河流—三角洲沉積。

1.1.2 研究區(qū)前中生界

研究區(qū)共5口井揭示基底，其中西北部的2井、6井、10井鉆遇了元古界變質(zhì)巖、寒武系及奧陶系碳酸鹽巖［11］，南部的9井鉆遇了太古界，4井和9井的基底以火山侵入巖為主。結(jié)合圍區(qū)資料、鉆井及地震資料，認(rèn)為盆地基底主要由太古宇—下元古界石英巖、片巖、片麻巖、板巖等中—深變質(zhì)的結(jié)晶巖系和中上元古界—奧陶系的碳酸鹽巖、板巖組成。

1.2 沉積蓋層

由于印支運(yùn)動(dòng)影響，中三疊世末北黃海地區(qū)處于抬升剝蝕狀態(tài)，直至中侏羅世末才發(fā)生斷陷活動(dòng)并接受沉積。東部坳陷的中—新生代沉積厚度超過(guò)8 000 m，中生界最厚為6 000 m，新生界最厚為3 500 m。利用層速度資料計(jì)算了砂巖百分含量，并結(jié)合鉆井、地震及區(qū)域資料進(jìn)行了地層巖性分析。

1.2.1 中生界(R4—Rg)

上侏羅統(tǒng)(R5—Rg):總體為一套中—低頻、中—弱振幅、低連續(xù)反射層組，局部斷續(xù)—雜亂，厚度多為800～1 400 m，且變化較大，向坳陷邊緣減薄，以中部凸起為界呈現(xiàn)南北2個(gè)沉積中心;層速度為4 000～4 500 m/s，大面積區(qū)域砂巖百分含量為20% ～40%，屬偏砂—泥相沉積。

下白堊統(tǒng)(R4—R5):整體呈中頻、中—弱振幅、中—低連續(xù)反射，厚度變化不大，多為600～1 200 m，展布范圍較上侏羅統(tǒng)顯著減小，沉積中心位于西北部;層速度3 500～4 000 m/s，大部分區(qū)域砂巖百分含量為20% ～50%，為偏泥相或偏砂相沉積。

1.2.2 新生界(R4之上)

始新統(tǒng)(R3—R4):呈中頻、中—弱振幅、中連續(xù)—低連續(xù)反射，范圍僅局限在斷層下降盤(pán)等低凹部位;層速度為3 200～3 800 m/s，砂巖百分含量多為30% ～50%，為偏泥相或偏砂相沉積。

下漸新統(tǒng)(R2—R3):為中—高頻、中—高連續(xù)、中—弱振幅反射層組，在坳陷內(nèi)廣泛發(fā)育，無(wú)明顯的沉積中心，但厚度較大區(qū)域主要在盆地南部，最厚達(dá)2 700 m，層內(nèi)變形強(qiáng)烈;層速度為3 000～3 400 m/s，大部分區(qū)域砂巖百分含量值為40% ～50%，為偏砂相或砂泥相沉積。

上漸新統(tǒng)(R1—R2):反射特征與下漸新統(tǒng)相似，分布更廣，中北部見(jiàn)明顯沉積中心，最大厚度達(dá)1 600 m，層內(nèi)變形較弱;層速度顯著降低，為2 600～2 800 m/s，砂巖百分含量大部分區(qū)域大于50%，為偏砂相沉積。

新近系(R1之上):為中—高頻、中—強(qiáng)振幅、中—高連續(xù)反射層組，下部為弱—變振幅反射，上部則屬中—強(qiáng)振幅反射。該層序分布穩(wěn)定，厚度為200～600 m;層速度為 1 600～2 000 m/s，砂巖百分含量小于30%。

2 東部坳陷沉積特征

2.1 上侏羅統(tǒng)

研究區(qū)7井揭示了數(shù)百米的上侏羅統(tǒng)，下部龍勝組為河流—沼澤相及濱湖相沉積;上部新義州組是典型湖相地層，底部黑色頁(yè)巖指示了還原環(huán)境與停滯水體條件下的半深湖相沉積，上部則發(fā)育粗粒的邊緣相，推測(cè)新義州組是一套較厚的源巖［12－17］。地化研究顯示，上侏羅統(tǒng)泥巖的有機(jī)碳含量為0.41% ～6.87%、總烴含量為0.08% ～0.10%，以Ⅱ型干酪根為主［6］。該層段的砂巖因孔隙內(nèi)含大量高嶺石膠結(jié)物，孔隙度多小于10%、滲透率平均值為25 ×10－3μm2。

晚侏羅世，盆地地形高差大、物源豐富，沉積受西南部邊界斷層控制。該時(shí)期沉積較穩(wěn)定，發(fā)育多種類別的河—湖相沉積(圖3a)。地震反射特征研究表明，上侏羅統(tǒng)可識(shí)別出5類地震相。第1類主要見(jiàn)于研究區(qū)北部，在東部見(jiàn)小范圍分布，為具雜亂或前積結(jié)構(gòu)、楔狀或丘狀外形的中振幅、中—低連續(xù)性地震相，砂巖百分含量為30% ～70%，推測(cè)為中—高能的近物源環(huán)境的三角洲沉積相;第2類為雜亂結(jié)構(gòu)、丘狀或楔狀外形的中—弱振幅、中—差連續(xù)性地震相，研究區(qū)東、西部邊界及東北角均可見(jiàn)，砂巖百分含量為40% ～70%，指示了能量高、釋放快的扇三角洲沉積;第3類為雜亂或微發(fā)散結(jié)構(gòu)、楔狀或席狀的中—弱振幅、低連續(xù)性地震相，在4井以東呈長(zhǎng)舌狀分布，南、北邊緣由小型三角洲及扇三角洲所圍繞，砂巖百分含量為50% ～75%，推測(cè)屬高能、近源的沖積平原沉積;第4類分布廣泛，為亞平行、微發(fā)散或雜亂結(jié)構(gòu)、席狀或楔狀外形的中—弱振幅、中—低連續(xù)地震相，相帶寬、特征穩(wěn)定，砂巖百分含量為30%～60%，反映了中等能量且較穩(wěn)定的濱淺湖相沉積;第5類可分2個(gè)區(qū)域，其一呈西北向粗條帶狀展布，另一部分呈窄條狀位于研究區(qū)南部，均被濱淺湖相包圍，為具平行—亞平行或微發(fā)散結(jié)構(gòu)、席狀外形的中—強(qiáng)振幅、中連續(xù)地震相，砂巖百分含量20% ～50%，此相帶穩(wěn)定、厚度變化小，反映了靜水、低能、遠(yuǎn)源的半深湖相沉積(圖4a)。結(jié)合盆地演化史可知，三疊紀(jì)時(shí)，印支運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致早期地層沿逆沖斷層抬升，形成高地;晚侏羅世，初始斷陷期的持續(xù)沉降及區(qū)域拉張形成了湖盆，此時(shí)沉降快、水體深，東部坳陷接受了周圍古高地的碎屑沉積。上侏羅統(tǒng)沉積期，湖盆中心廣泛發(fā)育的暗色泥巖是研究區(qū)的主力烴源巖，邊緣砂質(zhì)骨架相可與其構(gòu)成有利成藏組合。

圖3 北黃海盆地東部坳陷中生界沉積相

圖4 北黃海盆地東部坳陷沉積相剖面特征

2.2 下白堊統(tǒng)

早白堊世，氣候由濕潤(rùn)轉(zhuǎn)變?yōu)楦珊笛谉幔樾剂６茸兇?，研究區(qū)以三角洲—濱淺湖沉積為主，局部見(jiàn)河流及扇三角洲沉積。研究區(qū)5井揭示了約700 m的下白堊統(tǒng)，主要為鈣質(zhì)泥巖、中細(xì)砂巖、砂礫巖夾透鏡狀灰?guī)r，可見(jiàn)指示干燥氣候的紅層。下白堊統(tǒng)灰色泥巖厚約百米，TOC含量為1.06% ～1.60%，總烴含量為0.10% ～0.18%，以Ⅱ2—Ⅲ型為主，具一定生烴潛力［5－6］。下白堊統(tǒng)砂巖的有效孔隙度為11%～25%，滲透率平均為200×10－3μm2，儲(chǔ)集性因高嶺石膠結(jié)物的存在也有所降低［5］。

早白堊世，沉積范圍有所萎縮，但往西北方向存在拓展，沉積中心向西北遷移(圖3b)。研究區(qū)可識(shí)別4類地震相，分別被解釋為扇三角洲、三角洲、濱淺湖和半深湖相沉積。與上侏羅統(tǒng)相比，缺少了沖積平原沉積。該時(shí)期，6井區(qū)域的三角洲規(guī)模較大(圖4b)，往湖盆中心推進(jìn)距離遠(yuǎn);盆緣其他部位發(fā)育扇三角洲相沉積，其中北緣扇體面積較廣，西南及東部則零星分布小型扇三角洲朵葉;濱淺湖展布較廣，而半深湖相僅局限于盆地中心。下白堊統(tǒng)沉積期，研究區(qū)物源及沉積類型與晚侏羅世相似，但沉積格局已顯著不同。該層段下部灰色泥巖可作為本區(qū)的次要源巖，而較高孔隙砂巖則是區(qū)內(nèi)重要儲(chǔ)層。

2.3 始新統(tǒng)

晚白堊世，區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)由拉張轉(zhuǎn)為擠壓，先存地層遭受抬升剝蝕并持續(xù)至古新世末。始新世，擠壓作用停止，拉張引起的拱張差異斷陷及張性斷裂作用活躍，不僅使北黃海區(qū)域各坳陷接受了碎屑沉積，也對(duì)中生代盆地進(jìn)行了改造。該時(shí)期，區(qū)域斷陷作用表現(xiàn)為中西部強(qiáng)，東部、南部弱，故研究區(qū)始新統(tǒng)分布局限，且僅厚100～300 m。前人認(rèn)為始新統(tǒng)具一定生烴能力［5，17］，但鉆井與地震均顯示其厚度薄、范圍小，不發(fā)育烴源巖。該區(qū)始新統(tǒng)僅見(jiàn)2類地震相，一類為席狀—楔狀外形、中—弱振幅、中—低連續(xù)性、內(nèi)部為透鏡狀—亞平行結(jié)構(gòu)及S形結(jié)構(gòu)，砂巖百分含量為40% ～50%，指示了三角洲相沉積;另一類為席狀外形、中—弱振幅、中—低連續(xù)、平行—亞平行結(jié)構(gòu)，砂巖百分含量為30% ～40%，代表了濱淺湖相沉積。

2.4 下漸新統(tǒng)

早漸新世，經(jīng)歷始新世末短暫的反轉(zhuǎn)與間斷后，NNE向拉張應(yīng)力場(chǎng)加強(qiáng)，研究區(qū)斷陷活動(dòng)繼承了始新世的特點(diǎn)，同沉積現(xiàn)象明顯，盆地范圍顯著擴(kuò)大。研究區(qū)下漸新統(tǒng)沿呈EW向的“X”形展布(圖5a)，可識(shí)別出4類地震相:第1類為前積結(jié)構(gòu)、楔狀、丘狀或透鏡狀外形的中振幅、中連續(xù)性地震相，在東北緣分2塊展布，砂巖百分含量為30%～60%，指示為三角洲相沉積;第2類為雜亂、亞平行微發(fā)散結(jié)構(gòu)、丘狀或楔狀外形的中—弱振幅或變振幅、斷續(xù)或低連續(xù)地震相，呈窄帶狀沿邊界斷層展布，研究區(qū)南部、西部及東緣均可見(jiàn)，砂巖百分含量為50% ～75%，南部高值可達(dá)80%，指示為沖積平原沉積(圖4c);第3類呈弧形帶狀或扇狀且沿盆緣將第2類包圍，為斜交前積結(jié)構(gòu)及微發(fā)散結(jié)構(gòu)、楔狀或丘狀外形的中—強(qiáng)振幅、連續(xù)—中連續(xù)地震相，砂巖百分含量40% ～60%，推測(cè)為扇三角洲相沉積(圖4c);第4類為波狀或發(fā)散結(jié)構(gòu)、中振幅或變振幅、中—低連續(xù)地震相和亞平行或微發(fā)散結(jié)構(gòu)、中—強(qiáng)振幅、連續(xù)—中連續(xù)地震相，相帶寬、分布廣，砂巖百分含量為30% ～40%，指示為濱淺湖相沉積。下漸新統(tǒng)沉積范圍明顯擴(kuò)展，相帶以砂質(zhì)為主，物源來(lái)自東、東北、南、北及西北等多個(gè)方向。前人研究認(rèn)為下漸新統(tǒng)具生油能力，但潛力極低。漸新統(tǒng)砂巖孔隙度為20% ～35%，平均滲透率為1 125 ×10－3μm2，物性較好;該層段泥巖厚度薄，橫向變化快，難以形成區(qū)域性蓋層。

2.5 上漸新統(tǒng)

圖5 北黃海盆地東部坳陷漸新統(tǒng)沉積相

晚漸新世，隨著NNE向張應(yīng)力減弱，盆地進(jìn)入斷陷末期。研究區(qū)上漸新統(tǒng)為古近紀(jì)晚期的繼承性沉積，厚度變化平緩，沉積中心在中北部。上漸新統(tǒng)地震相明顯分為4類(圖5b):第1類呈扇狀廣布于盆緣，為雜亂、亞平行或微發(fā)散結(jié)構(gòu)、席狀或楔狀外形的中—弱振幅、中—低連續(xù)斷續(xù)地震相，砂巖百分含量為50% ～80%，推測(cè)為沖積平原沉積;第2類為斜交前積結(jié)構(gòu)、楔狀、丘狀或透鏡狀外形的中—強(qiáng)振幅、中連續(xù)性地震相，主要分布在5井與6井之間、9井與3井區(qū)域及研究區(qū)東南部，呈帶狀位于第1類的前緣，砂巖百分含量30% ～50%，推測(cè)屬三角洲相沉積;第3類為中—弱振幅、斷續(xù)—低連續(xù)地震相，呈帶狀弧形展布在沖積平原前緣，具雜亂結(jié)構(gòu)、丘狀或楔狀外形，砂巖百分含量為40% ～60%，推測(cè)為扇三角洲相沉積;第4類分布廣泛，相帶特征與厚度穩(wěn)定，為亞平行或微發(fā)散結(jié)構(gòu)、席狀或楔狀外形的中—弱振幅、中連續(xù)地震相，砂巖百分含量20% ～50%，指示為濱淺湖相沉積。上漸新統(tǒng)與下漸新統(tǒng)巖性相似，但砂質(zhì)含量更高，儲(chǔ)集物性更好;該層段泥巖厚度薄且未成熟，不具生烴潛力，也難形成區(qū)域性蓋層。

2.6 新近系—第四系

該套地層變形微弱，可分為2套反射層。下部為亞平行結(jié)構(gòu)、弱—變振幅、低連續(xù)地震相，是區(qū)域沉降階段的中新統(tǒng)—上新統(tǒng)披蓋式廣湖相及三角洲—河流相沉積，以填平補(bǔ)齊為特點(diǎn);上部為平行結(jié)構(gòu)、中—強(qiáng)振幅、中—高連續(xù)地震相，推測(cè)為更新世以來(lái)海水入侵形成的陸架濱—淺海相穩(wěn)定沉積。

3 結(jié)論

(1)晚侏羅世以來(lái)，東部坳陷發(fā)育了上侏羅統(tǒng)、下白堊統(tǒng)、始新統(tǒng)、下漸新統(tǒng)、上漸新統(tǒng)和新近系等多套中—新生代沉積地層，厚度超過(guò)8 km，可劃分出3個(gè)特征迥異的超層序。除下白堊統(tǒng)在盆地南部與東部有小面積缺失、始新統(tǒng)范圍相當(dāng)局限外，其余地層均發(fā)育廣泛。

(2)研究區(qū)上侏羅統(tǒng)發(fā)育以暗色泥巖為主的湖相沉積，邊緣扇體較少;下白堊統(tǒng)屬湖泊—三角洲相沉積，盆緣扇體發(fā)育，半深湖相急劇萎縮至湖盆中心;始新統(tǒng)僅見(jiàn)厚度薄、范圍窄的濱淺湖與三角洲相沉積;上、下漸新統(tǒng)主要為河流—三角洲相沉積，扇三角洲與河流—沖積平原分布廣泛，地層砂質(zhì)含量高，缺乏穩(wěn)定的厚層泥巖;新近系接受了區(qū)域沉降階段的披蓋式廣湖相及三角洲—河流相沉積;第四系主要為海水全面入侵形成的一套陸架濱—淺海相穩(wěn)定沉積。

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