基于航空重、磁數(shù)據(jù)的南黃海海相地層分布特征識(shí)別

佟晶，張婉，張玄杰，熊盛青

(中國(guó)自然資源航空物探遙感中心，北京 100083)

0 引言

南黃海盆地是建立在前寒武系變質(zhì)巖基底之上、經(jīng)歷了古生代—中生代海相克拉通和中生代—新生代前陸及陸相斷坳盆地演化、垂向依序沉積了巨厚海相碳酸鹽巖和陸相沉積巖的大型海陸疊合盆地[1]。近10 a來(lái)，通過(guò)南黃海油氣資源調(diào)查工作，在南黃海中部隆起區(qū)發(fā)現(xiàn)了海相古生界—中生界有效的地震反射，南黃海盆地海相地層油氣構(gòu)造特征成為研究者關(guān)注的熱點(diǎn)[1-22]。南黃海海相古生界—中生界研究主要依靠地震資料，但地震在深部地層反射效果較差，即使精細(xì)的地震數(shù)據(jù)也很難確定整個(gè)南黃海盆地的海相地層構(gòu)造分布特征[11]。也有部分研究者利用重、磁數(shù)據(jù)對(duì)南黃海盆地基底構(gòu)造進(jìn)行了研究[20]，但受重、磁數(shù)據(jù)精度及地震、鉆井資料缺失的約束，對(duì)南黃海海相地層形態(tài)及分布特征的認(rèn)識(shí)還存在差異。因此，在前人研究的基礎(chǔ)上，本文利用中國(guó)自然資源航空物探遙感中心在南黃海海域(120°～124°E，31°～37°N)實(shí)測(cè)的高精度航空重、磁數(shù)據(jù)，結(jié)合地質(zhì)、巖石物性特征及相關(guān)地質(zhì)、地球物理資料，對(duì)南黃海古生界—中生界海相地層界面深度及厚度特征進(jìn)行了研究，為進(jìn)一步識(shí)別南黃海海相地層分布特征提供了地球物理依據(jù)，對(duì)南黃海海相地層油氣勘探選區(qū)的確定具有重要的參考意義。

1 地質(zhì)背景

南黃海位于下?lián)P子板塊和郯廬斷裂帶以東活動(dòng)區(qū)內(nèi)，南黃海中生代—新生代陸相斷陷盆地自北部嘉山—響水?dāng)嗔褞У侥喜拷B斷裂帶可依次劃分為北部坳陷區(qū)、中部隆起區(qū)、南部坳陷區(qū)和勿南沙隆起區(qū)4個(gè)構(gòu)造單元，其中南部坳陷區(qū)與陸上蘇北盆地相接(圖1)[13]。南黃海盆地海相地層沉積演化自新元古代晉寧運(yùn)動(dòng)開(kāi)始，至早三疊世末期印支運(yùn)動(dòng)基本結(jié)束。下?lián)P子區(qū)海相地層發(fā)育廣泛，海相盆地沉積自下而上分別為寒武系、奧陶系、志留系、石炭系、二疊系和下三疊統(tǒng)[16]。南黃海構(gòu)造演化中，重要的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)有晉寧期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、加里東期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和印支期構(gòu)造運(yùn)動(dòng),分別代表了南黃海地區(qū)變質(zhì)基底形成、海相沉積地層構(gòu)造拼貼和華北、揚(yáng)子地區(qū)碰撞造山事件[1,11]。南黃海盆地區(qū)域構(gòu)造演化研究證實(shí)了前寒武系變質(zhì)巖形成的結(jié)晶基底界面是南黃海盆地海相地層的底界面。從南黃海盆地地震剖面(圖1)看，下三疊統(tǒng)和二疊系形變特征與白堊系、古近系和新近系存在明顯差異，這是印支期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)在南黃海區(qū)域作用的結(jié)果，形成的印支期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)界面為南黃海海相地層的頂界面，即海相與陸相地層的構(gòu)造分界面[17-18]。

圖1 南黃海區(qū)域大地構(gòu)造綱要圖 [13] Fig.1 Tectonic setting and structural outline of South Yellow Sea area[13]

2 物性特征

地層巖石密度和磁化率是利用航空重、磁數(shù)據(jù)進(jìn)行地球物理定性和定量解釋的基礎(chǔ)。由于研究區(qū)主要為海域，無(wú)基巖出露，巖石物性樣品采集受限，因此，本文采用的巖石物性數(shù)據(jù)主要來(lái)源于2部分：一是山東半島南部及蘇北地區(qū)實(shí)測(cè)巖石物性數(shù)據(jù)，共測(cè)量巖石物性點(diǎn)350個(gè)，獲得磁化率及密度數(shù)據(jù)8 000個(gè)，采用算術(shù)平均值對(duì)每個(gè)測(cè)點(diǎn)和不同地層的巖石物性參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；二是江蘇和山東半島南部已有物性數(shù)據(jù)資料[20]，組成了南黃海區(qū)域地層分布及物性統(tǒng)計(jì)表(表1)。

由表1可知，南黃海寒武系—下三疊統(tǒng)海相古生界—中生界無(wú)磁性或弱磁性，侏羅系—新近系陸相中生界—新生界磁化率總體較低，局部地層發(fā)育的巖漿巖具有較高的磁化率。相比之下，由太古宇—古元古界深變質(zhì)巖組成的結(jié)晶基底磁化率較穩(wěn)定，推斷其為南黃海區(qū)域磁性基底，磁性基底起伏是南黃海區(qū)域磁異常變化的主要因素。因此，本文利用航磁數(shù)據(jù)反演前寒武系變質(zhì)基底頂界面深度，從而獲得海相地層的底界面深度。

表1 南黃海區(qū)域地層分布及物性統(tǒng)計(jì)Tab.1 Physical properties and strata distribution of South Yellow Sea area

南黃海海域存在4個(gè)主要密度層：①新生界陸相地層平均密度為2.20 g/cm3，該地層在全區(qū)廣泛發(fā)育；②侏羅系—白堊系陸相地層平均密度為2.56 g/cm3，該地層主要在南黃海坳陷區(qū)發(fā)育；③寒武系—下三疊統(tǒng)海相古生界—中生界地層平均密度為2.68 g/cm3，該地層在全區(qū)廣泛發(fā)育；④由前寒武系變質(zhì)巖組成的結(jié)晶基底平均密度為2.78 g/cm3，該基底在全區(qū)廣泛分布。由南黃海區(qū)域4個(gè)主要密度層發(fā)育特征可知，位于中生界—新生界陸相地層與古生界—中生界海相地層之間的印支期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)界面的上、下密度差最大，且具有區(qū)域性連續(xù)起伏變化的特點(diǎn)。古生界—中生界海相地層與中生界陸相地層之間的密度差為0.12 g/cm3，中生界被剝蝕區(qū)的古生界—中生界海相地層與新生界陸相地層之間的密度差為0.48 g/cm3。因此，印支期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)界面是南黃海區(qū)域的主要密度界面，是引起南黃海區(qū)域布格重力異常的主要地質(zhì)因素。本文利用航空布格重力異常反演印支期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)界面深度，獲得海相地層的頂界面深度。

3 航空重、磁數(shù)據(jù)特征

3.1 航磁數(shù)據(jù)

航磁數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)國(guó)土資源航空物探遙感中心在南黃海海域及海陸交互區(qū)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，測(cè)線間距為1 km。為消除斜磁化影響，采用變傾角化極方法對(duì)實(shí)測(cè)的航磁ΔT數(shù)據(jù)進(jìn)行化極處理，獲得航磁ΔT化極網(wǎng)格數(shù)據(jù)。由航磁ΔT化極彩色陰影圖(圖2(a))可知，南黃海海域中部為團(tuán)塊狀平緩升高磁場(chǎng)區(qū)，周圍被正、負(fù)相間的強(qiáng)烈變化磁異常圍繞。研究區(qū)航磁ΔT化極異常值為-295～1 535 nT，區(qū)域磁性基底引起的磁異常特征及巖漿巖引起的局部磁異常特征明顯。嘉山—響水?dāng)嗔褞б员币訬E向正、負(fù)相間劇烈變化的局部異常為主；北部坳陷區(qū)為正、負(fù)相間的寬緩區(qū)域異常；中部隆起區(qū)為寬緩升高的區(qū)域正磁異常，伴有一定方向延展的寬緩降低的區(qū)域負(fù)磁異常；南部坳陷區(qū)以寬緩的區(qū)域負(fù)磁異常為主，局部為寬緩的區(qū)域正磁異常；勿南沙隆起區(qū)北部為寬緩的區(qū)域負(fù)磁異常，南部為NE向正、負(fù)相間劇烈變化的局部異常。

(a)南黃海區(qū)域航磁ΔT化極彩色陰影圖 (b)南黃海區(qū)域航重布格異常彩色陰影圖圖2 南黃海區(qū)域航空重、磁異常彩色陰影圖Fig.2 Color grid of airborne gravity and magnetic anomaly in South Yellow Sea area

3.2 航重?cái)?shù)據(jù)

航重?cái)?shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)國(guó)土資源航空物探遙感中心在南黃海海域及海陸交互區(qū)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，測(cè)量?jī)x器為俄羅斯GT系列航空重力儀，測(cè)量比例尺為1∶200 000，飛行高度為400～800 m。通過(guò)數(shù)據(jù)處理獲得了自由空間重力數(shù)據(jù)，利用加拿大Geosoft公司地球物理軟件OASIS的地形改正功能模塊去除地形影響，獲得了航空重力布格異常數(shù)據(jù)。在航重布格異常彩色陰影圖(圖2 (b))上，研究區(qū)航空布格重力異常總體正、負(fù)相間，具有明顯的分區(qū)、分帶性，異常幅度變化范圍為-20～55 mGal。嘉山—響水?dāng)嗔褞б员辈几裰亓Ξ惓Ｒ訬E向條帶狀高值異常為主；北部坳陷區(qū)布格重力異常呈NE向和近EW向塊狀高值、低值異常；中部隆起區(qū)以近EW向塊狀高值異常為主，局部發(fā)育低值異常；南部坳陷區(qū)為近EW向平緩低值異常；勿南沙隆起區(qū)布格重力場(chǎng)以高值異常為主，局部發(fā)育低值異常，異常具有西低東高的特點(diǎn)。總體而言，南黃海布格重力異常分布與南黃海海域“兩隆兩坳”的地質(zhì)構(gòu)造格局較吻合。

4 研究方法

4.1 構(gòu)造界面異常分離

磁性基底界面和印支期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)界面深度計(jì)算需以獲取的大尺度區(qū)域航磁和重力異常數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)。實(shí)測(cè)的航空重、磁數(shù)據(jù)既包括由區(qū)域地層物性差異引起的區(qū)域異常，也包括由局部構(gòu)造引起的局部異常。因此，需選擇合適的數(shù)據(jù)處理方法求取大尺度區(qū)域航磁和重力異常值。研究表明，匹配濾波法是分離區(qū)域場(chǎng)和局部場(chǎng)的有效方法之一[23-24]。本文選擇研究區(qū)典型盆地作為匹配濾波法試驗(yàn)區(qū)，對(duì)航磁ΔT化極數(shù)據(jù)和布格重力垂導(dǎo)數(shù)據(jù)進(jìn)行平均對(duì)數(shù)功率譜計(jì)算和線性擬合，分別確定了航磁區(qū)域場(chǎng)和航重區(qū)域場(chǎng)的最佳濾波因子。研究區(qū)航磁ΔT化極異常徑向?qū)?shù)能譜曲線及擬合直線如圖3(a)所示，根據(jù)徑向平均對(duì)數(shù)功率譜曲線變化特征，選取頻段3作為航磁區(qū)域異常和局部異常分離的頻段。分離后的研究區(qū)淺源局部磁異常如圖4(a)所示，典型盆地深源區(qū)域磁異常如圖4(b)所示，磁場(chǎng)面貌簡(jiǎn)單，幅值大幅降低，表現(xiàn)為基底磁性特征。研究區(qū)航空布格垂導(dǎo)異常徑向?qū)?shù)能譜曲線及擬合直線如圖3(b)所示，根據(jù)平均對(duì)數(shù)功率譜曲線變化特征，選取頻段3作為航空布格重力區(qū)域異常和局部異常分離的頻段。經(jīng)過(guò)匹配濾波分離得到的研究區(qū)深源區(qū)域航空布格重力異常如圖4(c)所示，區(qū)域布格重力異常反映了主要密度差界面起伏特征。研究區(qū)淺源局部航空布格重力異常如圖4(d)所示。該方法能夠?qū)⒑娇罩?、磁區(qū)域異常和局部異常成功分離，將其應(yīng)用到整個(gè)研究區(qū)，可獲得研究區(qū)區(qū)域航磁ΔT化極數(shù)據(jù)和區(qū)域航空布格重力異常數(shù)據(jù)。

(a)航磁ΔT化極異常徑向?qū)?shù)能譜曲線及擬合直線 (b)航空布格垂導(dǎo)異常徑向?qū)?shù)能譜曲線及擬合直線圖3 研究區(qū)數(shù)據(jù)的平均對(duì)數(shù)功率譜曲線及擬合直線Fig.3 Radially averaged logarithmic power spectrum curve and linear fitting of the data in the study area

(a)淺源局部磁異常 (b)深源區(qū)域磁異常

(c)深源區(qū)域航空布格重力異常(d)淺源局部航空布格重力異常圖4 研究區(qū)以頻段3為最佳濾波因子獲得的淺源局部異常和深源區(qū)域異常分離圖Fig.4 Shallow and deep source field anomaly distribution based on the frequency range of segment No.3 as the optimized filter

4.2 構(gòu)造界面深度計(jì)算及圖件編制

4.2.1 構(gòu)造界面深度

切線法與外奎爾法均利用異常曲線上的極大值點(diǎn)、極小值點(diǎn)、拐點(diǎn)、半拐點(diǎn)等切線之間的交點(diǎn)坐標(biāo)關(guān)系計(jì)算磁性體的深度[25-30]，具有速度快、精度高等優(yōu)點(diǎn)。因此，本文采用切線法與外奎爾法計(jì)算磁性基底深度和主密度界面深度，在計(jì)算過(guò)程中，將所有的航磁局部異常和航空重力垂向一階導(dǎo)數(shù)剖面劃分為對(duì)稱異常剖面和非對(duì)稱異常剖面。對(duì)稱異常剖面采用垂直磁化無(wú)限延伸厚板狀體帶改正系數(shù)切線法進(jìn)行深度計(jì)算；非對(duì)稱異常剖面采用外奎爾法進(jìn)行深度計(jì)算。

(1)切線法。在異常曲線的極大值和異常兩翼拐點(diǎn)處作切線，切線的交點(diǎn)坐標(biāo)在X軸的投影坐標(biāo)為X2和X3，兩翼切線與X軸的交點(diǎn)為X1和X4。通過(guò)公式(1)和公式(2)計(jì)算埋藏地質(zhì)體的深度。

K1=(X4-X1)/(X3-X2)，

(1)

h=(X4-X3)/Kh，

(2)

式中：K1為對(duì)稱異常的形態(tài)參數(shù)；Kh為埋藏地質(zhì)體的深度因子;h為埋藏體的頂面埋深，km。

(2)外奎爾法。ΔT異常曲線兩側(cè)拐點(diǎn)附近最陡斜率與切線較重合部分的水平投影距離乘以1個(gè)系數(shù)，即是磁性體頂板平均埋藏深度，其計(jì)算公式為

h=K×(X2-X1)，

(3)

式中：X2、X1分別為切線與ΔT剖面異常離開(kāi)重合部分的水平坐標(biāo)；系數(shù)K通過(guò)經(jīng)驗(yàn)確定；h為磁性體頂板平均埋藏深度，km。

4.2.2 圖件編制

(1)基于區(qū)域航磁ΔT化極異常剖面和區(qū)域布格重力垂向一階導(dǎo)數(shù)異常剖面數(shù)據(jù)，通過(guò)中國(guó)自然資源航空物探遙感中心自主研發(fā)的航空物探數(shù)據(jù)處理和解釋軟件平臺(tái)Geoprobe完成磁異常體和重力異常體的深度值人機(jī)交互反演計(jì)算。通過(guò)計(jì)算，完成區(qū)域1∶50萬(wàn)航磁ΔT化極剖面異常深度點(diǎn)計(jì)算約16 510個(gè)，完成區(qū)域航空布格重力垂向一階導(dǎo)數(shù)剖面異常深度點(diǎn)計(jì)算約18 015個(gè)。

(2)根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，參考已知鉆井和地震剖面資料進(jìn)行人工解釋，選取沿構(gòu)造走向相同的深度值，依次按0.5、1.0、1.5、2.0、3.0、5.0、7.0、9.0不等間距勾繪深度等值線，形成磁性基底深度等值線圖和印支期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)界面深度等值線圖。

(3)采用數(shù)字地形模型轉(zhuǎn)柵格的網(wǎng)格化插值方法，將磁性基底深度等值線圖和印支期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)界面深度等值線圖轉(zhuǎn)換成磁性基底界面深度網(wǎng)格和印支期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)界面深度網(wǎng)格(圖5)。

(a)磁性基底界面(海相地層底界面) (b)印支期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)界面(海相地層頂界面)圖5 南黃海海相地層底界面和頂界面深度網(wǎng)格立體陰影圖Fig.5 Shaded grid of the top and bottom interface of marine strata in South Yellow Sea

4.2.3 方法驗(yàn)證

研究區(qū)現(xiàn)有鉆井多未鉆遇磁性基底，在分析磁性基底深度值的精度方面會(huì)有一定難度。因此，對(duì)南黃海磁性基底深度的計(jì)算主要借助于海域周邊山東及江蘇地區(qū)地表出露的磁性地層或巖石，這些地層或巖石直接出露地表，在這些位置的深度計(jì)算值均在0.2 km內(nèi)。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果看，該區(qū)深度值實(shí)際誤差一般在20%以內(nèi)。此外，通過(guò)與歐拉3D反褶積法(圖6)計(jì)算的磁性基底深度進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)深度和構(gòu)造走向位置基本一致，進(jìn)一步證實(shí)了磁性基底深度反演結(jié)果的可靠性。

(a)構(gòu)造指數(shù)0.5 (b)構(gòu)造指數(shù)1圖6 基于磁網(wǎng)格數(shù)據(jù)的歐拉3D反褶積法計(jì)算的磁性基底深度圖Fig.6 Magnetic base depth through euler 3D deconvolution solutions based on gridded magnetic data

利用已有鉆井揭示的海相地層頂界面深度與重力資料計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比(表2)，發(fā)現(xiàn)應(yīng)用航空重力垂向一階導(dǎo)數(shù)切線法計(jì)算得到的海相地層頂界面深度值與鉆探結(jié)果較接近，差值為14～409 m，相對(duì)誤差為0.82%～19.69%，整體相對(duì)誤差<20%，表明深度計(jì)算結(jié)果精度可靠，可滿足地質(zhì)解釋要求[27]。

表2 鉆井揭示的海相地層頂界面深度與重力資料計(jì)算結(jié)果對(duì)比Tab.2 Comparison of marine strata top interface depth revealed by drilling and results of gravity data calculation

4.3 古生界—中生界海相地層厚度

南黃海古生界—中生界海相地層厚度(圖7)對(duì)海相地層特征及油氣構(gòu)造識(shí)別具有重要作用。根據(jù)南黃海構(gòu)造演化階段和區(qū)域物性特征，磁性基底界面(圖5(a))可以確定為古生界—中生界海相地層的底界面，印支期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)界面(圖5(b))可以確定為古生界—中生界海相地層的頂界面。在印支期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)界面和磁性基底界面之間發(fā)育的是古生界—中生界海相地層，因此，應(yīng)用這兩個(gè)界面的網(wǎng)格數(shù)據(jù)進(jìn)行差值計(jì)算即可獲得古生界—中生界海相地層的厚度。經(jīng)過(guò)局部修正后，得到了古生界—中生界海相地層厚度分布圖(圖 7)。

圖7 南黃海區(qū)域古生界—中生界海相地層厚度分布Fig.7 Thickness distribution of the Paleozoic-Mesozoic marine strata in South Yellow Sea area

5 識(shí)別結(jié)果

5.1 海相構(gòu)造單元?jiǎng)澐?/h3>

本文根據(jù)獲得的古生界—中生界海相地層厚度對(duì)南黃海古生界—中生界進(jìn)行構(gòu)造單元?jiǎng)澐郑J(rèn)為：海相地層厚度較大的構(gòu)造單元在南黃海區(qū)域構(gòu)造演化史上總體受到的構(gòu)造破壞作用較小，具備良好的海相沉積地質(zhì)條件；海相地層厚度較小的構(gòu)造單元在南黃海區(qū)域構(gòu)造演化史上總體表現(xiàn)為隆升，接受海相沉積的條件較差或受后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響較大，剝蝕作用明顯。因此，在構(gòu)造單元命名時(shí)，將一級(jí)構(gòu)造單元命名為“坳陷區(qū)”和“隆起區(qū)”，將二級(jí)構(gòu)造單元命名為“坳陷”和“隆起”(圖8)。由北到南，將南黃海海相盆地劃分為膠南隆起區(qū)、蘇北—南黃海坳陷區(qū)、勿南沙隆起區(qū)和東南隆起區(qū)4個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造演化，認(rèn)為蘇北—南黃海坳陷區(qū)位于下?lián)P子板塊，屬于南黃海海相構(gòu)造的主體，將其劃分為北部坳陷、東部坳陷、中部坳陷、南部隆起、南部坳陷和蘇北坳陷6個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元。

圖8 南黃海區(qū)域古生界—中生界海相地層構(gòu)造單元?jiǎng)澐諪ig.8 Tectonic units division of the Paleozoic-Mesozoic marine strata in South Yellow Sea area

5.2 磁性基底

通過(guò)分析南黃海區(qū)域磁異常網(wǎng)格與磁性基底頂界面(海相地層底界面)深度對(duì)應(yīng)關(guān)系(圖9)，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)中部規(guī)模較大的強(qiáng)磁或弱磁異常揭示的磁性基底埋藏較深，反映該區(qū)基底構(gòu)造穩(wěn)定，屬古板塊的核心，是南黃海區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的相對(duì)穩(wěn)定區(qū)。對(duì)比可知，研究區(qū)北部和南部磁異常規(guī)模較小，磁性基底埋藏較淺或出露地表，反映了磁性基底經(jīng)歷了劇烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)后開(kāi)始隆升。

圖9 南黃海區(qū)域磁異常網(wǎng)格與磁性基底頂界面深度對(duì)應(yīng)關(guān)系Fig.9 Corresponding relation between the magnetic anomaly grid and the depth of the magnetic basement top interface in South Yellow Sea area

根據(jù)反演的南黃海磁性基底頂界面深度與海相構(gòu)造單元疊合圖(圖10)，發(fā)現(xiàn)南黃海磁性基底深度在平面上具有“南北淺，中部深”的特點(diǎn)，與海相構(gòu)造單元對(duì)應(yīng)較好。研究區(qū)北部膠南隆起區(qū)的磁性基底埋深一般<2 km，磁性基底埋深由南向北逐漸變淺。研究區(qū)北部陸地磁性基底基本出露于地表，磁場(chǎng)特征表現(xiàn)為正、負(fù)異常交互。勿南沙隆起區(qū)南部磁性基底埋深一般為1～1.5 km，埋藏相對(duì)較淺，磁場(chǎng)特征以正磁異常為主，異常幅值變化較大。東南隆起區(qū)磁性基底埋深為0～2 km，磁場(chǎng)特征以正磁異常為主，異常幅值變化較大。與研究區(qū)北部、南部和東部地區(qū)相比，研究區(qū)中部蘇北—南黃海坳陷區(qū)的磁性基底埋深為4～10 km，磁場(chǎng)特征以正磁異常為主，局部出現(xiàn)負(fù)磁異常，且異常平緩規(guī)模較大。其中，北部坳陷、中部坳陷和南部坳陷基底埋深最大，最大深度可達(dá)10 km。

圖10 南黃海區(qū)域磁性基底頂界面深度與海相構(gòu)造單元疊合圖Fig.10 Superposition of the magnetic basement top interface depth and marine tectonic units in South Yellow Sea area

蘇北—南黃海坳陷區(qū)磁場(chǎng)顯著特點(diǎn)是在中部存在1個(gè)呈渾圓形的平緩升高磁場(chǎng)區(qū)(圖11)，面積近60 000 km2，周邊被平緩的磁力低值帶環(huán)繞，推斷南黃海平緩升高磁場(chǎng)區(qū)應(yīng)為前寒武系磁性深變質(zhì)巖引起。根據(jù)南黃海周邊陸區(qū)巖性分布特征，推測(cè)該套磁性基底主要由前寒武系巖漿巖改造的太古宇—古元古界變質(zhì)巖構(gòu)成。磁性基底深度反演結(jié)果顯示，南黃海中部磁性基底埋深為4～10 km，屬基底深埋區(qū)，推測(cè)基底屬于剛性結(jié)晶基底，構(gòu)造穩(wěn)定，有利于海相沉積保存。強(qiáng)磁性結(jié)晶基底分布區(qū)周圍的平緩磁力低值帶，可能是由中元古界—新元古界構(gòu)成的褶皺基底。通過(guò)磁場(chǎng)面貌特征分析，發(fā)現(xiàn)在南黃海中部平緩升高磁場(chǎng)區(qū)存在1個(gè)呈NW向分布的啞鈴形低值磁異常帶，兩側(cè)蜿蜒曲折的梯度帶與強(qiáng)磁異常相鄰，低值帶內(nèi)局部異常不發(fā)育。啞鈴形低值磁異常帶反映該處為磁性基底埋深較大或強(qiáng)磁性基底缺失區(qū)。在早期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響下，結(jié)晶基底發(fā)生拉張、裂解，形成強(qiáng)磁性基底薄弱區(qū)或缺失區(qū)(即裂陷槽)。根據(jù)磁性基底深度計(jì)算結(jié)果，低值帶內(nèi)磁性基底埋深一般>7 km，啞鈴形低值磁異常帶西側(cè)兩端基底埋深達(dá)10 km以上，表明裂陷槽部具有發(fā)育厚度巨大的海相沉積地質(zhì)條件。

5.3 印支期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)界面

南黃海印支期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)界面是古生界—中生界海相地層與中生界—新生界陸相地層之間的不整合面，是南黃海古生界—中生界的頂界面、中生界—新生界的底界面。反演的印支期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)界面深度如圖12所示，研究區(qū)南黃海印支期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)界面埋深在南北方向起伏，與已有的南黃海中生界—新生界“兩隆兩坳”的陸相構(gòu)造單元相對(duì)應(yīng)，但與古生界—中生界構(gòu)造格局存在較大差異，反映了印支期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)南黃海古生界—中生界、中生界—新生界構(gòu)造格局具有強(qiáng)烈的改造作用。總體來(lái)看，北部坳陷和南部坳陷印支期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)界面埋深相對(duì)較深，一般為2～5 km，其中北部坳陷最大埋深可達(dá)6 km。這2個(gè)構(gòu)造單元對(duì)應(yīng)區(qū)域重力低值異常，推斷該區(qū)域具有較厚的中生界—新生界陸相沉積(圖13)。印支期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)后，該區(qū)受沉降作用影響發(fā)展為陸相沉積中心。相比之下，南黃海中部隆起區(qū)之上，印支期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)界面埋藏較淺，僅局部地區(qū)埋藏較深，整個(gè)隆起呈近EW向分布，西窄東寬。已有鉆井(CSDP-2井)資料也證實(shí)中部隆起區(qū)之上，在600 m深度鉆遇了下三疊統(tǒng)青龍組海相地層，證實(shí)印支期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)界面埋藏較淺，推斷中部隆起區(qū)的現(xiàn)今構(gòu)造格局是由印支期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和燕山早期隆升、褶皺造山運(yùn)動(dòng)形成的。印支期，在區(qū)域性SN向構(gòu)造應(yīng)力作用下[19]，南黃海古生界發(fā)生隆升，整體抬升，形成了近EW向的中部隆起構(gòu)造，在燕山早期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中遭受大面積剝蝕，導(dǎo)致中生界—新生界不整合于古生界之上，形成一系列逆沖構(gòu)造。勿南沙隆起區(qū)印支期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)界面埋藏相對(duì)較淺，一般為1～2 km，表明印支期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)促使該區(qū)域大面積隆升。

圖12 南黃海區(qū)域布格重力異常與印支期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)界面深度對(duì)應(yīng)關(guān)系Fig.12 Corresponding relation between bouguer gravity anomaly and the depth of Indosinian tectonic movement interface in South Yellow Sea area

圖13 南黃海區(qū)域印支期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)界面深度與中生界—新生界陸相地層構(gòu)造單元疊合圖Fig.13 Superposition of the depth of Indosinian tectonic movement interface and the Mesozoic-Cenozoic continental strata tectonic units in South Yellow Sea area

5.4 古生界—中生界海相地層

南黃海海相地層厚度展現(xiàn)了南黃海海相古生界—中生界的分布特征(圖14)。由北向南，研究區(qū)海相地層厚度起伏較大，整體呈NE向展布，凹凸相間。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造演化特征，海相地層構(gòu)造格局可能是由太平洋板塊向亞洲板塊俯沖促使地殼由SN向轉(zhuǎn)向擠壓的結(jié)果。研究區(qū)中部蘇北—南黃海坳陷區(qū)海相地層殘留厚度一般為4～8 km，局部最大厚度可達(dá)10 km，推斷其區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性較好。相比之下，膠南隆起區(qū)、東南隆起區(qū)和勿南沙隆起區(qū)海相地層殘留厚度較小或缺失，可能是由南黃海多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造成的海相地層沉積條件差或受到強(qiáng)烈剝蝕作用導(dǎo)致的。

圖14 南黃海古生界—中生界海相地層構(gòu)造單元厚度與鉆井、地震疊合圖Fig.14 Superposition of the depth of Paleozoic-Mesozoic marine strata tectonic units，drillings and seismic distribution in South Yellow Sea

蘇北—南黃海坳陷區(qū)是南黃海海相地層的主體，區(qū)內(nèi)二級(jí)構(gòu)造單元海相地層分布具有明顯的分塊特征，中部坳陷是蘇北—南黃海坳陷區(qū)的主體。古生界—中生界海相地層發(fā)育(圖14)，厚度為3～10 km。磁場(chǎng)特征顯示該區(qū)域位于強(qiáng)磁性基底之上，侏羅系和白堊系缺失。該地區(qū)地震測(cè)線重磁剖面反演結(jié)果反映了基底在EW向上的橫向變化特征，受斷裂控制，深部強(qiáng)磁性基底不連續(xù)，在中段和西段分布強(qiáng)磁性基底缺失區(qū)，推斷該段基底缺失是由拉張作用導(dǎo)致的。古生界—中生界海相地層西厚東薄，最大厚度可達(dá)10 km。

與下?lián)P子陸區(qū)相比，南黃海古生界—中生界海相地層在厚度、分布范圍、構(gòu)造活動(dòng)等方面均有明顯的差異。下?lián)P子陸區(qū)廣泛發(fā)育逆沖推覆構(gòu)造和對(duì)沖構(gòu)造，古生界倒轉(zhuǎn)褶皺和平臥褶皺發(fā)育，古生界—中生界海相地層明顯變薄。南黃海海域古生界—中生界褶皺平緩，構(gòu)造簡(jiǎn)單[31]，在鉆遇海相地層的4口井中，三疊系保存比陸地更完整，僅CZ12-1-1井出現(xiàn)地層重復(fù)和倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象，其他3口井地層層序正常。與蘇北盆地相比，南黃海中生代—新生代以來(lái)的構(gòu)造活動(dòng)相對(duì)較弱，古生界—中生界保存更完整，對(duì)海相地層油氣勘探也更有利。2015年，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局在南黃海中部隆起區(qū)實(shí)施的大陸架科學(xué)鉆探CSDP-2井在600 m以下鉆遇下三疊統(tǒng)青龍組、二疊系、石炭系、上泥盆統(tǒng)等多套海相地層，識(shí)別出7套含油氣層段，厚度為100～280 m，油氣顯示級(jí)別跨度較大，可能包含致密油氣、頁(yè)巖油氣、煤層氣等多種油氣藏，南黃海海相地層具有廣闊的油氣勘探前景。

6 結(jié)論

(1)南黃海海相地層厚度完整地展現(xiàn)了南黃海海相古生界—中生界的分布特征。由北向南，海相地層厚度起伏較大，整體呈NE向展布，局部地區(qū)殘留厚度較小或缺失，這可能是南黃海多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造成的海相地層沉積條件差，或受到強(qiáng)烈剝蝕作用導(dǎo)致的。

(2)蘇北—南黃海坳陷區(qū)海相構(gòu)造單元是研究區(qū)海相地層的主體構(gòu)造單元，海相地層殘留厚度一般為4～8 km。其中，中部坳陷和南部坳陷海相地層保存完整，最大厚度可達(dá)10 km，基底埋藏深，屬剛性結(jié)晶基底，構(gòu)造穩(wěn)定，有利于海相沉積保存，是南黃海地區(qū)具有較大潛力的油氣勘探區(qū)。