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.廣州海洋地質調查局，廣東 廣州 510760;2.國土資源部海底礦產資源重點實驗室，廣東 廣州 510075;3.中山大學，廣東 廣州 510275)

引 言

北黃海是指夾持于山東、遼東及朝鮮3個半島之間的半封閉區 (圖1)，大地構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造單元分布(據文獻［5］修改)

北黃海盆地展布于北黃海海域中央，與萊陽盆地及朝鮮安州盆地同處一個中生代斷陷帶之內［3－5］，是中朝板塊東部隆起背景上發育的中、新生代陸內斷陷盆地，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個二級構造單元［5］。其中，東部坳陷為北黃海盆地最具潛力的勘探區［6］。迄今為止，中國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性油氣流。在對北黃海盆地東部坳陷地震地層劃分的基礎上，研究了坳陷內各套地層的沉積特征，為今后的勘探工作奠定基礎。

1 地震地層劃分及展布特征

以地震、鉆井及測井資料為基礎，利用地震地層學、層序地層學原理對東部坳陷進行了地層劃分［7－9］，進而分析了地層展布特征與沉積相分布特點［10］。通過對東部坳陷大量二維地震資料的解釋、追蹤、對比，厘定了 R1、R3、R4、R5和 R65 個區域不整合界面及漸新統內部的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:下構造層具寬緩起伏褶皺，厚度變化相對穩定;中構造層產狀多變、厚度變化大、斷陷充填特征明顯;上構造層產狀近水平，厚度穩定。

東部坳陷地層可分為3個超層序，其中超層序Ⅱ、Ⅲ可分別以R3、R5為界分為次一級層序，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屬性:超層序Ⅰ為新近系;超層序Ⅱ為古近系，其中層序ⅡA為漸新統，層序ⅡB為始新統;超層序Ⅲ為中生界，其中，層序ⅢA為下白堊統，層序ⅢB為上侏羅統。研究表明，該區主要發育上侏羅統、下白堊統、始新統、漸新統和新近系—第四系5套地層(圖2)。其中，漸新統以R2為界可分為上、下漸新統。

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 圍區前中生界

圍區露頭顯示，遼東地區主要為太古界、元古界、震旦系;膠東地區在蓬萊—劉公島出露了太古界—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。

華北地臺與遼東地區的寒武系、中奧陶統屬淺海碳酸鹽巖沉積，缺失上奧陶統—下石炭統。膠東地區未見寒武—奧陶系，且上古生界不發育。渤海灣濟陽坳陷的寒武系為石灰巖和結晶白云巖，上石炭統屬濱海沼澤相沉積，二疊系為河湖—沼澤相碎屑巖。朝鮮半島北部寒武紀—志留紀沉積了濱淺海相的陸源碎屑巖和碳酸鹽巖，上古生界發育泥盆系;該區平南盆地的上古生界與華北一致，中、上石炭統為濱淺海相沉積;二疊系則為濱淺海相與河流—三角洲沉積。

1.1.2 研究區前中生界

研究區共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。結合圍區資料、鉆井及地震資料，認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—深變質的結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

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

1.2.1 中生界(R4—Rg)

上侏羅統(R5—Rg):總體為一套中—低頻、中—弱振幅、低連續反射層組，局部斷續—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南北2個沉積中心;層速度為4 000～4 500 m/s，大面積區域砂巖百分含量為20% ～40%，屬偏砂—泥相沉積。

下白堊統(R4—R5):整體呈中頻、中—弱振幅、中—低連續反射，厚度變化不大，多為600～1 200 m，展布范圍較上侏羅統顯著減小，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(R3—R4):呈中頻、中—弱振幅、中連續—低連續反射，范圍僅局限在斷層下降盤等低凹部位;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(R2—R3):為中—高頻、中—高連續、中—弱振幅反射層組，在坳陷內廣泛發育，無明顯的沉積中心，但厚度較大區域主要在盆地南部，最厚達2 700 m，層內變形強烈;層速度為3 000～3 400 m/s，大部分區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(R1—R2):反射特征與下漸新統相似，分布更廣，中北部見明顯沉積中心，最大厚度達1 600 m，層內變形較弱;層速度顯著降低，為2 600～2 800 m/s，砂巖百分含量大部分區域大于50%，為偏砂相沉積。

新近系(R1之上):為中—高頻、中—強振幅、中—高連續反射層組，下部為弱—變振幅反射，上部則屬中—強振幅反射。該層序分布穩定，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

研究區7井揭示了數百米的上侏羅統，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，底部黑色頁巖指示了還原環境與停滯水體條件下的半深湖相沉積，上部則發育粗粒的邊緣相，推測新義州組是一套較厚的源巖［12－17］。地化研究顯示，上侏羅統泥巖的有機碳含量為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含大量高嶺石膠結物，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。該時期沉積較穩定，發育多種類別的河—湖相沉積(圖3a)。地震反射特征研究表明，上侏羅統可識別出5類地震相。第1類主要見于研究區北部，在東部見小范圍分布，為具雜亂或前積結構、楔狀或丘狀外形的中振幅、中—低連續性地震相，砂巖百分含量為30% ～70%，推測為中—高能的近物源環境的三角洲沉積相;第2類為雜亂結構、丘狀或楔狀外形的中—弱振幅、中—差連續性地震相，研究區東、西部邊界及東北角均可見，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類為雜亂或微發散結構、楔狀或席狀的中—弱振幅、低連續性地震相，在4井以東呈長舌狀分布，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、微發散或雜亂結構、席狀或楔狀外形的中—弱振幅、中—低連續地震相，相帶寬、特征穩定，砂巖百分含量為30%～60%，反映了中等能量且較穩定的濱淺湖相沉積;第5類可分2個區域，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南部，均被濱淺湖相包圍，為具平行—亞平行或微發散結構、席狀外形的中—強振幅、中連續地震相，砂巖百分含量20% ～50%，此相帶穩定、厚度變化小，反映了靜水、低能、遠源的半深湖相沉積(圖4a)。結合盆地演化史可知，三疊紀時，印支運動導致早期地層沿逆沖斷層抬升，形成高地;晚侏羅世，初始斷陷期的持續沉降及區域拉張形成了湖盆，此時沉降快、水體深，東部坳陷接受了周圍古高地的碎屑沉積。上侏羅統沉積期，湖盆中心廣泛發育的暗色泥巖是研究區的主力烴源巖，邊緣砂質骨架相可與其構成有利成藏組合。

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

早白堊世，氣候由濕潤轉變為干旱炎熱，碎屑粒度變粗，研究區以三角洲—濱淺湖沉積為主，局部見河流及扇三角洲沉積。研究區5井揭示了約700 m的下白堊統，主要為鈣質泥巖、中細砂巖、砂礫巖夾透鏡狀灰巖，可見指示干燥氣候的紅層。下白堊統灰色泥巖厚約百米，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］。下白堊統砂巖的有效孔隙度為11%～25%，滲透率平均為200×10－3μm2，儲集性因高嶺石膠結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)。研究區可識別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。與上侏羅統相比，缺少了沖積平原沉積。該時期，6井區域的三角洲規模較大(圖4b)，往湖盆中心推進距離遠;盆緣其他部位發育扇三角洲相沉積，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。下白堊統沉積期，研究區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的次要源巖，而較高孔隙砂巖則是區內重要儲層。

2.3 始新統

晚白堊世，區域應力場由拉張轉為擠壓，先存地層遭受抬升剝蝕并持續至古新世末。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，不僅使北黃海區域各坳陷接受了碎屑沉積，也對中生代盆地進行了改造。該時期，區域斷陷作用表現為中西部強，東部、南部弱，故研究區始新統分布局限，且僅厚100～300 m。前人認為始新統具一定生烴能力［5，17］，但鉆井與地震均顯示其厚度薄、范圍小，不發育烴源巖。該區始新統僅見2類地震相，一類為席狀—楔狀外形、中—弱振幅、中—低連續性、內部為透鏡狀—亞平行結構及S形結構，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、平行—亞平行結構，砂巖百分含量為30% ～40%，代表了濱淺湖相沉積。

2.4 下漸新統

早漸新世，經歷始新世末短暫的反轉與間斷后，NNE向拉張應力場加強，研究區斷陷活動繼承了始新世的特點，同沉積現象明顯，盆地范圍顯著擴大。研究區下漸新統沿呈EW向的“X”形展布(圖5a)，可識別出4類地震相:第1類為前積結構、楔狀、丘狀或透鏡狀外形的中振幅、中連續性地震相，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、亞平行微發散結構、丘狀或楔狀外形的中—弱振幅或變振幅、斷續或低連續地震相，呈窄帶狀沿邊界斷層展布，研究區南部、西部及東緣均可見，砂巖百分含量為50% ～75%，南部高值可達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，為斜交前積結構及微發散結構、楔狀或丘狀外形的中—強振幅、連續—中連續地震相，砂巖百分含量40% ～60%，推測為扇三角洲相沉積(圖4c);第4類為波狀或發散結構、中振幅或變振幅、中—低連續地震相和亞平行或微發散結構、中—強振幅、連續—中連續地震相，相帶寬、分布廣，砂巖百分含量為30% ～40%，指示為濱淺湖相沉積。下漸新統沉積范圍明顯擴展，相帶以砂質為主，物源來自東、東北、南、北及西北等多個方向。前人研究認為下漸新統具生油能力，但潛力極低。漸新統砂巖孔隙度為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，難以形成區域性蓋層。

2.5 上漸新統

圖5 北黃海盆地東部坳陷漸新統沉積相

晚漸新世，隨著NNE向張應力減弱，盆地進入斷陷末期。研究區上漸新統為古近紀晚期的繼承性沉積，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、亞平行或微發散結構、席狀或楔狀外形的中—弱振幅、中—低連續斷續地震相，砂巖百分含量為50% ～80%，推測為沖積平原沉積;第2類為斜交前積結構、楔狀、丘狀或透鏡狀外形的中—強振幅、中連續性地震相，主要分布在5井與6井之間、9井與3井區域及研究區東南部，呈帶狀位于第1類的前緣，砂巖百分含量30% ～50%，推測屬三角洲相沉積;第3類為中—弱振幅、斷續—低連續地震相，呈帶狀弧形展布在沖積平原前緣，具雜亂結構、丘狀或楔狀外形，砂巖百分含量為40% ～60%，推測為扇三角洲相沉積;第4類分布廣泛，相帶特征與厚度穩定，為亞平行或微發散結構、席狀或楔狀外形的中—弱振幅、中連續地震相，砂巖百分含量20% ～50%，指示為濱淺湖相沉積。上漸新統與下漸新統巖性相似，但砂質含量更高，儲集物性更好;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。下部為亞平行結構、弱—變振幅、低連續地震相，是區域沉降階段的中新統—上新統披蓋式廣湖相及三角洲—河流相沉積，以填平補齊為特點;上部為平行結構、中—強振幅、中—高連續地震相，推測為更新世以來海水入侵形成的陸架濱—淺海相穩定沉積。

3 結論

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

(2)研究區上侏羅統發育以暗色泥巖為主的湖相沉積，邊緣扇體較少;下白堊統屬湖泊—三角洲相沉積，盆緣扇體發育，半深湖相急劇萎縮至湖盆中心;始新統僅見厚度薄、范圍窄的濱淺湖與三角洲相沉積;上、下漸新統主要為河流—三角洲相沉積，扇三角洲與河流—沖積平原分布廣泛，地層砂質含量高，缺乏穩定的厚層泥巖;新近系接受了區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—淺海相穩定沉積。

［1］蔡乾忠.橫貫黃海的中朝造山帶與北、南黃海成盆成烴關系［J］.石油與天然氣地質，2005，26(2):185－196.

［2］李文勇，李東旭，夏斌，等.北黃海盆地構造演化特征分析［J］.現代地質，2006，20(2):268－276.

［3］袁書坤，王英民，劉振湖，等.北黃海盆地東部坳陷不整合類型及油氣成藏模式［J］.石油勘探與開發，2010，37(6):663 －667.

［4］王立飛，王衍棠，胡小強.北黃海盆地西部坳陷地層與沉積特征［J］.海洋地質與第四紀地質，2010，3(3):97－104.

［5］劉振湖，高紅芳，胡小強，等.北黃海盆地東部拗陷中生界含油氣系統研究［J］.中國海上油氣地質，2007，19(4):229－233.

［6］龔承林，雷懷彥，王英民，等.北黃海盆地東部坳陷構造演化與油氣地質特征［J］.海洋地質與第四紀地質，2009，29(1):79 －86.

［7］邢國才，曲兆選.層序地層學原理在地震剖面解釋中的應用［J］.特種油氣藏，2004，11(2):24－25.

［8］邱桂強.陸相斷陷盆地高精度層序地層研究現狀與思路［J］.油氣地質與采收率，2005，12(3):1－4.

［9］黃世偉，黃薇，林鐵鋒，等.基于高精度三維地震數據的碎屑巖沉積相精細研究——以松遼盆地北部齊家南地區四方臺組為例［J］.大慶石油地質與開發，2011，30(1):32－37.

［10］陳曉東，盧雙舫，張世廣，等.松遼盆地紅崗階地青山口組地層層序和沉積特征［J］.大慶石油地質與開發，2012，31(3):41 －46.

［11］肖國林，孫長虹，鄭浚茂.北黃海盆地東部前中生界基底特征［J］.現代地質，2005，19(2):261－266.

［12］王小品，熊曉軍，賀振華.川東北長興組生物礁的三維地震響應特征［J］.大慶石油地質與開發，2011，30(2):167－169.

［13］姜輝，于興河，李慶明，等.Muglad盆地Nugara坳陷東凹Darfur群地震層序格架和地震相［J］.油氣地質與采收率，2006，13(5):18 －21.

［14］曾富英，金惠，楊威，等.川中—川南地區須家河組有利儲集砂體地震識別及其分布預測［J］.油氣地質與采收率，2011，18(1):30 －33.

［15］肖冬生，喬東生，周俊杰.北大港北坡“三相”結合預測沙二段儲層［J］.特種油氣藏，2009，16(5):14－16.

［16］孫家振，李蘭斌.地震地質綜合解釋教程［M］.武漢:中國地質大學出版社，2002:121－122.

［17］張莉，周永章，王嘹亮，等.北黃海盆地生烴條件研究［J］. 天然氣工業，2009，29(1):21－25.