渤海海域新生代盆地结构与构造单元划分＊

周心怀余一欣汤良杰吕丁友王应斌

(1.中海石油(中国)有限公司天津分公司; 2.中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室; 3.中国石油大学(北京)盆地与油藏研究中心)

渤海海域新生代盆地结构与构造单元划分＊

周心怀1余一欣2,3汤良杰2,3吕丁友1王应斌1

(1.中海石油(中国)有限公司天津分公司; 2.中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室; 3.中国石油大学(北京)盆地与油藏研究中心)

在对渤海海域13条区域地震剖面进行精细解释的基础上,解剖新生代盆地结构特征,确定构造单元划分标准,并进行一、二级构造单元划分。渤海海域不同地区新生代盆地结构存在较大差异,沉积地层时代和厚度也有所不同。根据地质结构和沉积地层的差异,渤海海域可分为辽东湾坳陷(海域)、渤中坳陷、济阳坳陷(海域)、黄骅坳陷(海域)和埕宁隆起(海域)等5个一级构造单元,进一步可划分出二级构造单元35个,其中凸起13个、低凸起4个、凹陷18个。渤海海域新生代盆地地质结构的精细解剖和构造单元划分对优选有利油气勘探区带具有重要指导意义。

渤海海域 新生代盆地 盆地结构 构造单元

在不同阶段的油气勘探过程中,查明盆地结构和进行构造单元划分是盆地普查和区域详查阶段的主要任务,并为圈闭预探提供重要依据。盆地内部不同级别构造单元的划分有利于明确勘探方向,合理部署勘探工作[1]。在油气勘探初期,由于资料缺乏,不同研究人员可能会提出不同的构造单元划分方案。随着勘探工作的深入以及地震、钻井等资料的积累,对盆地结构和如何划分构造单元可能会产生新的认识,此时依据新资料对盆地结构和构造单元进行重新梳理和分析是很有必要的。渤海海域是指我国东部渤海湾盆地的海域部分,已经历了40余年的油气勘探历史。前人针对该地区新生代盆地结构特征开展过较深入的研究,并提出了不同的构造单元划分依据和方案[1-3],但由于划分标准存在明显的不规范和不统一,所以构造单元划分方案比较杂乱,尤其是在二、三级构造单元的确认和划分上[3]。本文主要利用新的地震和钻井资料,基于区域地震剖面的拼接和精细解释,分析渤海海域新生代盆地结构特征,确定构造单元划分标准,并提出构造单元划分新方案。

1 地质概况

渤海湾盆地位于我国东部地区,面积约20× 104km2,包括陆地和海域两部分。盆地四周为新生代隆起区,包括西北侧的燕山隆起、西侧的太行山隆起、东侧的胶辽隆起和西南侧的鲁西隆起等。NE向郯庐走滑断裂带从渤海湾盆地东侧通过,对盆地的形成和后期改造有重要影响。目前,关于渤海湾盆地性质的争议还较大,主要有主动裂谷盆地[4]、被动裂谷盆地[5]、复合裂谷盆地[6-7]和走滑拉分盆地[2,8]等观点。

钻井资料证实,渤海海域主要发育新生代地层,包括古近系孔店组(E2k)、沙河街组(E2-3s)、东营组(E3d)和新近系馆陶组(N1g)、明化镇组(N1-2m)以及第四系平原组(Qp)。前新生界包括太古界、古生界和中生界,岩性以变质岩、碳酸盐岩和火山岩为主。渤海海域地区构造变形复杂,NE、NW和近EW走向的伸展断裂和走滑断裂非常发育,早期以规模较大的伸展断裂为主,晚期受郯庐走滑断裂带活动影响,新近系和第四系内规模较小的次级断裂密集发育,造成深、浅层具有不同的构造面貌。

2 构造单元划分

在对13条区域地震剖面进行精细解释的基础上,首先确定构造单元划分标准,然后分析新生代盆地地质结构和地层沉积特征的差异性,并进行一、二级构造单元的划分。

本文确定的构造单元划分标准如下:①一级构造单元为隆起和坳陷,二级构造单元为凸起和凹陷;如果凸起顶部全区都缺失古近系,则为高凸起(下文简称为凸起);如果凸起顶部局部缺失古近系,则为低凸起。②构造单元的划分主要综合考虑沙三、四段和东营组的分布,以及边界断裂活动特征。③构造单元的边界主要受断裂、地层缺失线或斜坡构造拐点控制。④构造单元的名称尊重已有的使用习惯,尽量少作改动。

依据上述构造单元划分标准,在渤海海域地区共划分出一级构造单元5个,其中包括隆起1个、坳陷4个;二级构造单元35个,包括凸起13个、低凸起4个、凹陷18个(图1、表1)。在上述5个一级构造单元中,只有渤中坳陷才是海域地区独立的构造单元,其余4个均是陆地构造单元在海域的延伸。由于在油气勘探实践中二级构造单元应用较多,所以为了尊重使用习惯,本文对渤海海域地区一级构造单元的名称未作改动,而是沿用了旧名称(表1)。

图1 渤海海域构造单元划分

3 盆地结构特征

区域地震剖面及其解释结果表明,渤海海域不同地区的新生代盆地结构特征存在较大差异。

渤海海域北部辽东湾坳陷新生代盆地主要表现为“三凸三凹”的结构特征,整体在平面上呈NE向展布(图1)。如图2及图3所示,辽西凹陷和辽东凹陷均表现为半地堑结构,其中辽西凹陷为东断西超,而辽东凹陷为西断东超;中部的辽中凹陷规模较大,沉积的古近系较厚,向西逐渐超覆,其东部边界为西倾陡立的基底断层,郯庐断裂带的分支断裂从凹陷中部通过而形成了典型的正花状构造;辽东凸起被夹持于郯庐断裂带内部,东西两侧边界均为高角度断层,并呈断续分布;辽西凸起规模较大,夹持于较倾缓的基底正断层之间;辽西南凸起规模较小,具有“凹中隆”特征。原来一般都认为辽东湾坳陷新生代地质结构主要表现为“三凹夹两凸”的特征,而笔者依据新的地震资料,在原辽西凸起西侧识别出了辽西南凸起(图1、2)。此外,通过分析断裂、地层发育特征和总体地质结构,认为原秦南凹陷的东、西部分之间以隆起幅度较高的“凹中隆”相隔,两者具有较明显的差异,其中东半部分可归入辽西凹陷(图1、4)。辽西凹陷整体上也可与陆上已取得丰硕油气勘探成果的辽河西部凹陷进行对比。近2年在石臼坨凸起东段428构造带两侧取得的重大勘探突破也表明原秦南凹陷和辽西凹陷的勘探潜力是被低估了。

表1 渤海海域新生代盆地一、二级构造单元划分方案一览表

渤海海域中部的渤中坳陷由不同走向和形态各异的凸起、低凸起和凹陷所组成,其总体结构表现为箕状半地堑或不对称地堑盆地结构,凸起(低凸起)和凹陷之间的“断”或“超”在不同地区有不同的表现形式(图5、6)。渤东低凸起和渤南低凸起分别呈NE向和近 EW向展布,其顶部古近系厚度较大。渤东低凸起两侧均为高角度基底断层,与辽东凸起结构特征相似(图5、6)。渤南低凸起东端宽、西端窄,郯庐断裂带西支从凸起中间穿过,切割并改造了凸起结构,把渤南低凸起分成几块(图1)。庙西北凸起和庙西南凸起是位于渤中坳陷东侧的2个小凸起,凸起南侧以断层与凹陷相接,凸起北侧边缘为地层超覆线(图1)。渤中凹陷是渤海湾地区地层沉积厚度最大的地区,基底较平缓,以整体拗陷为特征(图5)。渤中坳陷由于发育在不同基底的拼接部位,形成的断裂呈多方向展布,总体上受NE向和近EW向基底主干断裂的复合控制。与原划分方案相比,本文将原渤中坳陷内的庙西凸起划分为2个凸起,分别命名为庙西北凸起和庙西南凸起(图1)。因为从钻井资料和地震剖面来看,庙西北凸起和庙西南凸起的地层沉积和形成演化过程具有一定的差异性。

图4 过原秦南凹陷地震剖面解释结果(剖面位置见图1中的AA′)

渤海海域南部的济阳坳陷(海域)主要由近EW向展布的凸起和凹陷组成,凸起边界为断裂或地层超覆线。莱州湾凹陷和莱南凹陷均表现为北断南超的半地堑结构,凹陷内较厚的地层沉积主要受北侧EW向边界大断裂控制。该类断裂早期表现出明显的铲式正断层特征,晚期发育多条分支断裂,在剖面上组成似花状构造(图7)。由于渤南地区凸起和凹陷的整体形态具有拉分盆地特征,而且郯庐走滑断裂带的东、西支分别从两侧通过,故有研究人员认为莱州湾凹陷是走滑拉分成因[9]。但最新的地震资料显示,渤南地区的凹陷和凸起形成早期主要受近EW向展布的基底伸展断裂控制,郯庐断裂带的走滑作用只是对后期的地层沉积和构造变动产生了一定影响[10]。

渤海海域西部的埕宁隆起(海域)整体呈NE向长条状展布,内部凸起(低凸起)和凹陷的结构和形态差异较大。埕北凹陷呈NW向展布,被夹持在埕子口凸起和埕北低凸起之间,具有东北断西南超的结构特征,凹陷内基底埋深达4km,其中沙河街组厚度达1 000m(图8)。沙南凹陷与相邻的凸起和凹陷共同组成了一个东西低、南北高的马鞍状构造,沙南凹陷正好处于中央部位,北部与沙南凸起以断阶带相接(图7、8)。沙垒田凸起和石臼坨凸起是渤海湾地区面积较大的2个凸起,凸起顶部均被东营组和馆陶组覆盖,但沙垒田凸起顶部大部分区域是被馆陶组覆盖,东营组只覆盖在凸起边缘。石臼坨凸起顶部的东营组覆盖较广,馆陶组主要分布在中央部位。沙垒田凸起被断裂分割为东、西两块,东块面积较大,东南端以地层超覆形式与渤中凹陷相接,其余边界均为断裂。

图8 渤海海域BH-3区域剖面解释结果(剖面位置见图1)

4 结论

(1)根据新生代地质结构和地层沉积特征差异,渤海海域可分为辽东湾坳陷(海域)、渤中坳陷、济阳坳陷(海域)、黄骅坳陷(海域)和埕宁隆起(海域)等5个一级构造单元,其中只有渤中坳陷是渤海海域独立的构造单元,其余4个构造单元均是陆地构造单元在海域的延伸。

(2)渤海海域5个一级构造单元可进一步划分出二级构造单元35个,其中凸起13个、低凸起4个、凹陷18个。凸起、低凸起和凹陷之间主要以断层、断阶带和斜坡带等3种方式相接过渡。

致谢:研究中得到了夏庆龙总地质师,庞雄奇、漆家福、吕修祥教授,辛仁臣副教授以及周德湘、张国良高工等人的指导和帮助,在此深表谢意。

[1] 张功成.渤海海域构造格局与富生烃凹陷分布[J].中国海上油气(地质),2000,14(2):93-99.

[2] 张功成,朱伟林,邵磊.渤海海域及邻区拉分构造与油气勘探领域[J].石油学报,2001,22(2):14-18.

[3] 张国良,王德英,李颖.严格划分盆地内二级正向构造单元的地质意义——以渤海海域为例[J].海洋石油,2001,21(4): 37-43.

[4] 李德生.渤海湾含油气盆地的地质构造特征与油气田分布规律[J].海洋地质研究,1981,1(1):3-20.

[5] 张树林,费琪,叶加仁.渤海湾盆地边缘凹陷的构造意义[J].石油实验地质,2006,28(5):409-413.

[6] 何斌.渤海湾复式盆地动力学探讨[J].石油实验地质,2001, 23(1):27-31.

[7] 漆家福.渤海湾新生代盆地的两种构造系统及其成因解释[J].中国地质,2004,31(1):15-22.

[8] 侯贵廷,钱祥麟,宋新民.渤海湾盆地形成机制研究[J].北京大学学报:自然科学版,1998,34(4):503-509.

[9] 蔡东升,罗毓晖,姚长华.渤海莱州湾走滑拉分凹陷的构造研究及其石油勘探意义[J].石油学报,2001,22(2):19-25.

[10] 彭文绪,辛仁臣,孙和风,等.渤海海域莱州湾凹陷的形成和演化[J].石油学报,2009,30(5):654-660.

(编辑:崔护社)

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

＊国家自然科学基金项目(40802030)和中海石油(中国)有限公司重点科技攻关项目(SC06TJ-TQL-004)部分研究成果。

周心怀,男,高级工程师,现为中海石油(中国)有限公司天津分公司渤海油田勘探开发研究院总地质师,主要从事石油地质综合研究工作。E-mail:zhouxh3@cnooc.com.cn。