渤海海域新生代盆地結構與構造單元劃分＊

周心懷余一欣湯良杰呂丁友王應斌

(1.中海石油(中國)有限公司天津分公司; 2.中國石油大學(北京)油氣資源與探測國家重點實驗室; 3.中國石油大學(北京)盆地與油藏研究中心)

渤海海域新生代盆地結構與構造單元劃分＊

周心懷1余一欣2,3湯良杰2,3呂丁友1王應斌1

(1.中海石油(中國)有限公司天津分公司; 2.中國石油大學(北京)油氣資源與探測國家重點實驗室; 3.中國石油大學(北京)盆地與油藏研究中心)

在對渤海海域13條區域地震剖面進行精細解釋的基礎上,解剖新生代盆地結構特征,確定構造單元劃分標準,并進行一、二級構造單元劃分。渤海海域不同地區新生代盆地結構存在較大差異,沉積地層時代和厚度也有所不同。根據地質結構和沉積地層的差異,渤海海域可分為遼東灣坳陷(海域)、渤中坳陷、濟陽坳陷(海域)、黃驊坳陷(海域)和埕寧隆起(海域)等5個一級構造單元,進一步可劃分出二級構造單元35個,其中凸起13個、低凸起4個、凹陷18個。渤海海域新生代盆地地質結構的精細解剖和構造單元劃分對優選有利油氣勘探區帶具有重要指導意義。

渤海海域 新生代盆地 盆地結構 構造單元

在不同階段的油氣勘探過程中,查明盆地結構和進行構造單元劃分是盆地普查和區域詳查階段的主要任務,并為圈閉預探提供重要依據。盆地內部不同級別構造單元的劃分有利于明確勘探方向,合理部署勘探工作[1]。在油氣勘探初期,由于資料缺乏,不同研究人員可能會提出不同的構造單元劃分方案。隨著勘探工作的深入以及地震、鉆井等資料的積累,對盆地結構和如何劃分構造單元可能會產生新的認識,此時依據新資料對盆地結構和構造單元進行重新梳理和分析是很有必要的。渤海海域是指我國東部渤海灣盆地的海域部分,已經歷了40余年的油氣勘探歷史。前人針對該地區新生代盆地結構特征開展過較深入的研究,并提出了不同的構造單元劃分依據和方案[1-3],但由于劃分標準存在明顯的不規范和不統一,所以構造單元劃分方案比較雜亂,尤其是在二、三級構造單元的確認和劃分上[3]。本文主要利用新的地震和鉆井資料,基于區域地震剖面的拼接和精細解釋,分析渤海海域新生代盆地結構特征,確定構造單元劃分標準,并提出構造單元劃分新方案。

1 地質概況

渤海灣盆地位于我國東部地區,面積約20× 104km2,包括陸地和海域兩部分。盆地四周為新生代隆起區,包括西北側的燕山隆起、西側的太行山隆起、東側的膠遼隆起和西南側的魯西隆起等。NE向郯廬走滑斷裂帶從渤海灣盆地東側通過,對盆地的形成和后期改造有重要影響。目前,關于渤海灣盆地性質的爭議還較大,主要有主動裂谷盆地[4]、被動裂谷盆地[5]、復合裂谷盆地[6-7]和走滑拉分盆地[2,8]等觀點。

鉆井資料證實,渤海海域主要發育新生代地層,包括古近系孔店組(E2k)、沙河街組(E2-3s)、東營組(E3d)和新近系館陶組(N1g)、明化鎮組(N1-2m)以及第四系平原組(Qp)。前新生界包括太古界、古生界和中生界,巖性以變質巖、碳酸鹽巖和火山巖為主。渤海海域地區構造變形復雜,NE、NW和近EW走向的伸展斷裂和走滑斷裂非常發育,早期以規模較大的伸展斷裂為主,晚期受郯廬走滑斷裂帶活動影響,新近系和第四系內規模較小的次級斷裂密集發育,造成深、淺層具有不同的構造面貌。

2 構造單元劃分

在對13條區域地震剖面進行精細解釋的基礎上,首先確定構造單元劃分標準,然后分析新生代盆地地質結構和地層沉積特征的差異性,并進行一、二級構造單元的劃分。

本文確定的構造單元劃分標準如下:①一級構造單元為隆起和坳陷,二級構造單元為凸起和凹陷;如果凸起頂部全區都缺失古近系,則為高凸起(下文簡稱為凸起);如果凸起頂部局部缺失古近系,則為低凸起。②構造單元的劃分主要綜合考慮沙三、四段和東營組的分布,以及邊界斷裂活動特征。③構造單元的邊界主要受斷裂、地層缺失線或斜坡構造拐點控制。④構造單元的名稱尊重已有的使用習慣,盡量少作改動。

依據上述構造單元劃分標準,在渤海海域地區共劃分出一級構造單元5個,其中包括隆起1個、坳陷4個;二級構造單元35個,包括凸起13個、低凸起4個、凹陷18個(圖1、表1)。在上述5個一級構造單元中,只有渤中坳陷才是海域地區獨立的構造單元,其余4個均是陸地構造單元在海域的延伸。由于在油氣勘探實踐中二級構造單元應用較多,所以為了尊重使用習慣,本文對渤海海域地區一級構造單元的名稱未作改動,而是沿用了舊名稱(表1)。

圖1 渤海海域構造單元劃分

3 盆地結構特征

區域地震剖面及其解釋結果表明,渤海海域不同地區的新生代盆地結構特征存在較大差異。

渤海海域北部遼東灣坳陷新生代盆地主要表現為“三凸三凹”的結構特征,整體在平面上呈NE向展布(圖1)。如圖2及圖3所示,遼西凹陷和遼東凹陷均表現為半地塹結構,其中遼西凹陷為東斷西超,而遼東凹陷為西斷東超;中部的遼中凹陷規模較大,沉積的古近系較厚,向西逐漸超覆,其東部邊界為西傾陡立的基底斷層,郯廬斷裂帶的分支斷裂從凹陷中部通過而形成了典型的正花狀構造;遼東凸起被夾持于郯廬斷裂帶內部,東西兩側邊界均為高角度斷層,并呈斷續分布;遼西凸起規模較大,夾持于較傾緩的基底正斷層之間;遼西南凸起規模較小,具有“凹中隆”特征。原來一般都認為遼東灣坳陷新生代地質結構主要表現為“三凹夾兩凸”的特征,而筆者依據新的地震資料,在原遼西凸起西側識別出了遼西南凸起(圖1、2)。此外,通過分析斷裂、地層發育特征和總體地質結構,認為原秦南凹陷的東、西部分之間以隆起幅度較高的“凹中隆”相隔,兩者具有較明顯的差異,其中東半部分可歸入遼西凹陷(圖1、4)。遼西凹陷整體上也可與陸上已取得豐碩油氣勘探成果的遼河西部凹陷進行對比。近2年在石臼坨凸起東段428構造帶兩側取得的重大勘探突破也表明原秦南凹陷和遼西凹陷的勘探潛力是被低估了。

表1 渤海海域新生代盆地一、二級構造單元劃分方案一覽表

渤海海域中部的渤中坳陷由不同走向和形態各異的凸起、低凸起和凹陷所組成,其總體結構表現為箕狀半地塹或不對稱地塹盆地結構,凸起(低凸起)和凹陷之間的“斷”或“超”在不同地區有不同的表現形式(圖5、6)。渤東低凸起和渤南低凸起分別呈NE向和近 EW向展布,其頂部古近系厚度較大。渤東低凸起兩側均為高角度基底斷層,與遼東凸起結構特征相似(圖5、6)。渤南低凸起東端寬、西端窄,郯廬斷裂帶西支從凸起中間穿過,切割并改造了凸起結構,把渤南低凸起分成幾塊(圖1)。廟西北凸起和廟西南凸起是位于渤中坳陷東側的2個小凸起,凸起南側以斷層與凹陷相接,凸起北側邊緣為地層超覆線(圖1)。渤中凹陷是渤海灣地區地層沉積厚度最大的地區,基底較平緩,以整體拗陷為特征(圖5)。渤中坳陷由于發育在不同基底的拼接部位,形成的斷裂呈多方向展布,總體上受NE向和近EW向基底主干斷裂的復合控制。與原劃分方案相比,本文將原渤中坳陷內的廟西凸起劃分為2個凸起,分別命名為廟西北凸起和廟西南凸起(圖1)。因為從鉆井資料和地震剖面來看,廟西北凸起和廟西南凸起的地層沉積和形成演化過程具有一定的差異性。

圖4 過原秦南凹陷地震剖面解釋結果(剖面位置見圖1中的AA′)

渤海海域南部的濟陽坳陷(海域)主要由近EW向展布的凸起和凹陷組成,凸起邊界為斷裂或地層超覆線。萊州灣凹陷和萊南凹陷均表現為北斷南超的半地塹結構,凹陷內較厚的地層沉積主要受北側EW向邊界大斷裂控制。該類斷裂早期表現出明顯的鏟式正斷層特征,晚期發育多條分支斷裂,在剖面上組成似花狀構造(圖7)。由于渤南地區凸起和凹陷的整體形態具有拉分盆地特征,而且郯廬走滑斷裂帶的東、西支分別從兩側通過,故有研究人員認為萊州灣凹陷是走滑拉分成因[9]。但最新的地震資料顯示,渤南地區的凹陷和凸起形成早期主要受近EW向展布的基底伸展斷裂控制,郯廬斷裂帶的走滑作用只是對后期的地層沉積和構造變動產生了一定影響[10]。

渤海海域西部的埕寧隆起(海域)整體呈NE向長條狀展布,內部凸起(低凸起)和凹陷的結構和形態差異較大。埕北凹陷呈NW向展布,被夾持在埕子口凸起和埕北低凸起之間,具有東北斷西南超的結構特征,凹陷內基底埋深達4km,其中沙河街組厚度達1 000m(圖8)。沙南凹陷與相鄰的凸起和凹陷共同組成了一個東西低、南北高的馬鞍狀構造,沙南凹陷正好處于中央部位,北部與沙南凸起以斷階帶相接(圖7、8)。沙壘田凸起和石臼坨凸起是渤海灣地區面積較大的2個凸起,凸起頂部均被東營組和館陶組覆蓋,但沙壘田凸起頂部大部分區域是被館陶組覆蓋,東營組只覆蓋在凸起邊緣。石臼坨凸起頂部的東營組覆蓋較廣,館陶組主要分布在中央部位。沙壘田凸起被斷裂分割為東、西兩塊,東塊面積較大,東南端以地層超覆形式與渤中凹陷相接,其余邊界均為斷裂。

圖8 渤海海域BH-3區域剖面解釋結果(剖面位置見圖1)

4 結論

(1)根據新生代地質結構和地層沉積特征差異,渤海海域可分為遼東灣坳陷(海域)、渤中坳陷、濟陽坳陷(海域)、黃驊坳陷(海域)和埕寧隆起(海域)等5個一級構造單元,其中只有渤中坳陷是渤海海域獨立的構造單元,其余4個構造單元均是陸地構造單元在海域的延伸。

(2)渤海海域5個一級構造單元可進一步劃分出二級構造單元35個,其中凸起13個、低凸起4個、凹陷18個。凸起、低凸起和凹陷之間主要以斷層、斷階帶和斜坡帶等3種方式相接過渡。

致謝:研究中得到了夏慶龍總地質師,龐雄奇、漆家福、呂修祥教授,辛仁臣副教授以及周德湘、張國良高工等人的指導和幫助,在此深表謝意。

[1] 張功成.渤海海域構造格局與富生烴凹陷分布[J].中國海上油氣(地質),2000,14(2):93-99.

[2] 張功成,朱偉林,邵磊.渤海海域及鄰區拉分構造與油氣勘探領域[J].石油學報,2001,22(2):14-18.

[3] 張國良,王德英,李穎.嚴格劃分盆地內二級正向構造單元的地質意義——以渤海海域為例[J].海洋石油,2001,21(4): 37-43.

[4] 李德生.渤海灣含油氣盆地的地質構造特征與油氣田分布規律[J].海洋地質研究,1981,1(1):3-20.

[5] 張樹林,費琪,葉加仁.渤海灣盆地邊緣凹陷的構造意義[J].石油實驗地質,2006,28(5):409-413.

[6] 何斌.渤海灣復式盆地動力學探討[J].石油實驗地質,2001, 23(1):27-31.

[7] 漆家福.渤海灣新生代盆地的兩種構造系統及其成因解釋[J].中國地質,2004,31(1):15-22.

[8] 侯貴廷,錢祥麟,宋新民.渤海灣盆地形成機制研究[J].北京大學學報:自然科學版,1998,34(4):503-509.

[9] 蔡東升,羅毓暉,姚長華.渤海萊州灣走滑拉分凹陷的構造研究及其石油勘探意義[J].石油學報,2001,22(2):19-25.

[10] 彭文緒,辛仁臣,孫和風,等.渤海海域萊州灣凹陷的形成和演化[J].石油學報,2009,30(5):654-660.

(編輯:崔護社)

Abstract:Based on a refined interpretation of13 regional sismic sections in Bohai sea,the architecture of Cenozoic offshore basins is anatomized,and the structural elements of first and second orders are divided by establishing a division criterion. There are considerable differences in the Cenozoic basin architecture among various parts of Bohai sea,with their stratigraphic ages and thicknesses quite variable.Five first-order structural elements can be divided in Bohai sea,including Liaodongwan (offshore),Bozhong,Jiyang (offshore) and Huanghua(offshore)depressions and Chengning uplift(offshore),according to the variability in geological architecture and sedimentary sequence. Furthermore,thirty-fivesecond-orderstructural elements have been recognized,including thirteen rises,four low rises and eighteen sags.This refined anatomy of Cenozoic basin architecture and the division of structural elements may be important to guiding optimization of favourable exploration plays in Bohai sea.

Key words:Bohai sea;Cenozoic basin;basin architecture;structural element

Cenozoic offshore basin architecture and division of structural elements in Bohai sea

Zhou Xinhuai1Yu Yixin2,3Tang Liangjie2,3LüDingyou1Wang Yingbin1

(1.Tianjin B ranch of CNOOC Limited,Tianjin,300452; 2.State Key L aboratory ofPetroleum Resources and Prospecting,China University ofPetroleum,Beijing, 102249;3.Basin and Reservoir Research Center, China University ofPetroleum,Beijing,102249)

2010-03-12 改回日期:2010-04-23

＊國家自然科學基金項目(40802030)和中海石油(中國)有限公司重點科技攻關項目(SC06TJ-TQL-004)部分研究成果。

周心懷,男,高級工程師,現為中海石油(中國)有限公司天津分公司渤海油田勘探開發研究院總地質師,主要從事石油地質綜合研究工作。E-mail:zhouxh3@cnooc.com.cn。