北黄海东部次盆地中新生代原型盆地分析*

简晓玲 刘金萍 王改云

(1.国土资源部海底矿产资源重点实验室 广东广州 510760； 2.广州海洋地质调查局 广东广州 510760)

盆地构造演化和盆地原型性质的研究是含油气盆地分析和油气勘探的基础和关键，对认识多期改造的叠合盆地的生烃潜力及油气藏分布规律具有重要意义[1-5]。北黄海东部次盆地是我国海域勘探及研究程度较低的一个盆地，近些年在北黄海海域逐步开展了系列油气调查工作，就构造演化和盆地性质也开展了一些研究[6-9]，但受早期二维地震资料品质和钻井资料稀少的制约，系统的原型盆地分析尚未开展。

本文在前人研究成果的基础上，利用近年来新获取的高品质三维地震资料、重处理的二维地震资料及钻井资料，结合盆地发育的区域动力学背景，确定了北黄海东部次盆地各构造演化阶段的原型盆地性质，为更好地理解该盆地的油气地质条件奠定了基础。

1 区域和盆地构造背景

北黄海东部次盆地位于中朝板块东南部，属于华北板块向东部海区的延伸部分，西邻郯庐断裂和渤海湾盆地，北临辽东隆起，东接朝鲜北部地块，南连鲁东-刘公岛隆起和苏胶-临津江碰撞造山带[10-13](图1)。北黄海东部次盆地经历了中新生代多期构造运动的叠加和改造，形成了多旋回的构造-沉积组合，自中侏罗世以来开始沉降接受沉积，自下而上发育中侏罗统、上侏罗统、下白垩统、渐新统和新近系—第四系[14-15]；盆地发育了数量众多、规模不等、形态各异、性质不同的断裂，平面展布方向主要为NE、NW向，少量近EW或SN向断裂分布，其中F1、F2断裂是盆地两条重要的控盆大断裂，控制了盆地中新生代的沉积构造演化[16-17]。以反映区域性构造运动的重大不整合面Rg、R4和R1为界，自下而上将东部次盆地划分为三个构造层，即基底构造层及中生代断陷层(下构造层)、新生代断陷层(中构造层)、新生代坳陷层(上构造层)，上、中、下三个构造层构成了该盆地的沉积盖层(图2)。

图1 北黄海东部次盆地地理位置(a)及构造区划(b)Fig.1 Geographical location (a)and tectonic division (b)of the East sub-basin,northern Yellow Sea

图2 北黄海东部次盆地地层格架及构造层划分(剖面位置见图1)Fig.2 Stratigraphic framework and structural layers of the East sub-basin,northern Yellow Sea(see Fig.1 for location)

2 原型盆地性质分析

北黄海东部次盆地是一个中新生代残留叠合型盆地，总体上经历了中、新生代两次成盆过程，即早白垩世末—始新世和渐新世末—中新世早期两期大的构造反转，尤其是前者，导致北黄海东部次盆地遭受强烈剥蚀，盆地原型被严重破坏。为明确该盆地各构造演化阶段的原型盆地性质，从盆地自身各构造层的构造特征(关键不整合界面、盆地结构、同沉积断裂体系等)出发，同时结合盆地发育的动力学背景、郯庐断裂带的走滑活动及区域上盆地间的横向对比等，最终合理地确定北黄海东部次盆地各构造演化阶段的原型盆地性质(图3)。

2.1 中侏罗世—早白垩世区域左旋背景下的伸展裂陷-走滑伸展盆地

2.1.1中—晚侏罗世伸展裂陷盆地(Rg—R5)

中—晚侏罗世地层是盆地的一个二级构造层(图3)，发育于印支期形成的基底之上，底界面为Rg区域性不整合界面，顶界面为R5不整合界面。Rg界面全区分布，其上覆中—晚侏罗世地层与下伏基底具有明显的不同结构，Rg具明显的起伏变化特征，盆地中部较为平坦，向盆地边缘逐渐抬升。R5界面主要以整合或假整合为主，在盆地南部终止于F1控盆大断裂的下降盘，其余部位上超尖灭于Rg界面，上超充填中—晚侏罗世沉积(图4)。该构造层主要表现为平行—亚平行结构，席状或席状披盖以及楔状外形。

图3 北黄海东部次盆地原型盆地性质划分综合柱状图Fig.3 Integrated histogram of the nature of the prototype basins in the East sub-basin,northern Yellow Sea

图4 北黄海东部次盆地界面发育特征(剖面位置见图1)Fig.4 The feature of interfaces of the East sub-basin,northern Yellow Sea(see Fig.1 for location)

该套地层所经受的剥蚀较小，但后期的火山活动对原型盆地的破坏，尤其是盆地东南部F1、F2断裂所夹持的盆地断隆带部位以及F2断裂的新生代断陷活动增加了认识北黄海东部次盆地侏罗世时期原型盆地的难度。盆地构造古地理、同沉积断裂活动等特征表明该时期原型盆地的性质为伸展裂陷型盆地，主要证据为：①该时期盆地结构主要表现为受NW向F1断裂控制的SW断NE超的箕状半地堑断陷结构，沉积分布范围较小，仅发育于盆地较深凹部位，盆地格局表现为南部中央凹陷和北部缓坡带，中央凹陷走向随着F1断裂走向呈NW—SE向长轴展布(图5a1)；②盆地同生次级断裂规模小、数量少，但主体和F1控盆断裂走向相近(NW向)(图5b1)。上述特征清晰地表明了该时期盆地为典型的受NE—SW向张应力控制的伸展裂陷型盆地。

中—晚侏罗世为盆地的初始裂陷发育时期，从区域动力学背景来看，该时期为印支挤压期后盆地进入燕山期伸展的初始发育期。郯庐断裂在该时期左旋活动，但是规模不大，受伊泽纳崎NW向缓慢俯冲作用的控制[18]，盆地主要表现为NE—SW向的伸展应力，以发育NW向的伸展裂陷为主要特征。此时北黄海东部次盆地的性质和同时期靠近郯庐断裂带NW走向的渤海湾盆地、鲁西南盆地等中生代盆地具有相似的原型盆地性质，即同为区域左旋背景下发育的伸展裂陷盆地。

图5 北黄海东部次盆地关键时期原始厚度(a)与断裂系统(b)Fig.5 Original thickness (a)and fracture system (b)during the critical period of the East sub-basin,northern Yellow Sea

2.1.2早白垩世走滑伸展盆地(R5—R4)

下白垩统整合或假整合于R5界面之上，该界面断层错断明显，大部分区域以无明显特征的中—弱振幅、中—低连续反射为主，与上下反射基本呈整合接触，局部见削截不整合。顶界面R4界面是区内重要的不整合界面，为中生界与新生界的分界面，错断强烈，反射特征多变：在盆地西北部为振幅较强的连续反射，呈现强烈的剥蚀不整合特征，其下地层被层层削截；在盆地的北部为一套斜层的顶界，呈双相位，振幅较强、连续性较好，不整合特征突出；在盆地的深凹部位，振幅变弱、连续性较差，反射特征不明显；在盆地东南部缺失，在盆地边缘终止于边界断层下降盘或Rg界面之上(图4)。

对盆地关键不整合面发育特征及剥蚀量进行研究是开展原型盆地分析的重要内容[19-23]，早白垩世北黄海东部次盆地由于在晚白垩世整体隆升而遭受强烈而广泛的剥蚀。按照“井资料定点约束，地震趋势追踪”的井震结合的研究思路，利用声波时差法、镜质体反射率法恢复了研究区单井剥蚀量(表1)，结合地震剖面资料分析各测线的剥蚀量展布趋势(图6)，通过相互校正，得到了盆地R4界面地层剥蚀量展布图，最大剥蚀量达1 600 m(图7)。从图7可以看出，R4界面剥蚀量大，分布范围广，整体表现出北小南大的特点。该时期剥蚀量高值集中分布在靠近F1断层中段的区域，其等值线长轴与F1断层走向基本一致，表明该时期构造反转主要受到F1断层的控制，即F1断层在早白垩世—古新世经历了一次挤压逆冲过程，它控制了R4界面的隆升剥蚀。

表1 北黄海东部次盆地单井剥蚀量Table 1 Denudation amount of wells in the East sub-basin,northern Yellow Sea

图6 北黄海东部次盆地地层趋势法计算剥蚀量典型剖面(剖面位置见图1)Fig.6 Typical profile of the denudation amount calculated by the stratigraphic trend method in the East sub-basin, northern Yellow Sea(see Fig.1 for location)

图7 北黄海东部次盆地早白垩世剥蚀厚度Fig.7 Denuded thickness of the East sub-basin in the Early Cretaceous, northern Yellow Sea

残留盆地结构构造特征及盆地的古地貌恢复显示该时期盆地特征与侏罗世时期盆地的格局相比发生较大变化，主要表现在以下几个方面：①白垩世盆地范围较侏罗世明显扩大，盆地沉积沉降中心沿F1断层向NW向迁移，盆地向西向北沉积范围较侏罗世明显扩展(图5a2)；②伴随着盆地向北西方向的迁移扩展，相应新发育了一些控制该时期沉积的断裂体系，并且这些主要断裂明显表现为两个方向，一组为NEE走向，另一组为和F1断裂走向相近的NW走向(图5b2)，表明该时期原型盆地的断裂体系具有明显的共轭剪切特征，两组断裂分别相当于图8中的同向走向滑动断层和反向走向滑动断层。由此看来，早白垩世盆地的走滑张扭活动是该时期盆地发育的主旋律，据此可将该时期的原型盆地性质定义为走滑伸展盆地。

注：C为扭动导出的挤压分量；E为扭动导出的拉张分量；IR为内部旋转。

图8早白垩世盆地NW和NEE向共轭剪切断裂发育示意图
Fig.8DiagramofNWandNEEconjugateshearfracturedevelopmentintheEarlyCretaceous

早白垩世，伊泽纳崎板块NNW向的快速俯冲[18]，欧亚板块东部左旋剪切应力发育，郯庐断裂发生明显的左旋走滑活动，该时期也是华北克拉通东部岩石圈拆沉减薄、岩浆大量活动的重要时期[24]。北黄海东部次盆地在早白垩世左旋走滑活动盛行，发育NW和NEE向的共轭剪切断裂，以走滑张扭裂陷活动为主，因此将该时期的盆地性质定义为走滑伸展盆地。

晚白垩世，伊泽纳崎板块和太平洋板块同时NWW向向欧亚大陆板块俯冲，中国东部区域性的左旋活动停止，大部分地区处于隆升剥蚀状态，仅少数低洼地区接受沉积，北黄海东部次盆地的隆升剥蚀一直持续到始新世。

2.2 古近纪区域右旋背景下的走滑伸展盆地

2.2.1始新世—早渐新世走滑伸展盆地(R4—R2)

晚白垩世以来的区域隆升剥蚀在北黄海东部次盆地一直持续到始新世才重新开始接受沉积，顶界面R2总体是一个下削上超面，除了被局部发育的地堑式断裂系统切割外，大部分区域连续性好，断裂较少，在盆地边缘被R1削截或终止于边界断层的下降盘(图4)。该时期F2断层开始活动，但F1断层仍然对该期沉积起主控作用。地震剖面解释显示该时期F1断层对地层具有明显的控制作用，且最大地层沉积厚度位于F1断裂的下降盘(图5a3)。F2断裂与其派生的次级断裂走向上呈小角度相交(图5b3)，且表现出明显的右旋张扭派生关系(图9)。

图9 古近纪F2断裂与其派生断裂右旋走滑发育模式Fig.9 Developmental pattern of the F2 fault and its derived fault right-lateral slip in the Paleogene

新生代以来印度板块向欧亚板块俯冲并在中国东部形成右旋张扭应力场，始新世中晚期(43 Ma)印度板块和欧亚板块开始碰撞及太平洋板块由NW向俯冲转为NWW向俯冲导致中国东部强烈的右旋张扭活动[25-26]，该时期是整个中国东部强烈的断陷发育期，且以NE向盆地构造为主体。在北黄海东部次盆地内，该时期NEE向的F2断裂开始活动，并在凹陷内发育众多与F2断裂具派生关系的NWW或近EW向的雁列式断裂。因此，从应力机制上讲，该时期为右旋张扭应力机制，早期左旋应力机制形成的盆地格局仍对该时期盆地的发育具有一定的影响和控制作用，F1断裂仍然控制着盆地的最大沉积沉降中心。从盆地发育阶段来讲，该时期是左旋应力机制形成的NW向盆地格局向右旋应力机制形成的NE向盆地格局过渡转换时期，从原型盆地性质上来说仍是走滑伸展型盆地。

2.2.2晚渐新世走滑伸展盆地(R2—R1)

晚渐新世是盆地F2断裂强烈活动时期，F1断裂在该时期的活动大大减弱，盆地的沉积沉降中心完全转移到F2断层下降盘(图5a4)，盆内右旋派生断裂发育，该时期NEE向的右旋张扭构造为盆地的主体特征(图5b4)。盆地南部F1和F2断裂所夹持的断阶因F1和F2活动性的差异而形成断隆带，并使断隆带的下伏地层遭受一定程度的剥蚀，且上部沉积了较薄的晚渐新世地层。

区域右旋走滑应力场的持续作用是导致该时期NEE向F2断裂的强烈发育和NEE向张扭构造为主体的盆地特征的原因，因该时期盆地的沉积沉降中心向F2断层收缩，形成小而深的快速断陷沉积盆地，从原型盆地性质上来讲属走滑伸展盆地。

2.3 新近纪区域沉降背景下的坳陷盆地

渐新世末—中新世初，盆地断裂活动停止，构造活动趋于平静，北黄海东部次盆地进入裂后区域沉降阶段，初期在一些断裂局部形成的扭压区部位或盆地断隆区(盆地内或盆地周缘)存在一定量的地层剥蚀，但整体来讲地层剥蚀量不大。

新近纪以来盆地进入裂后热沉降阶段，这一点和中国东部众多断陷盆地的发育过程是一致的，该时期的盆地原型为典型的裂后热沉降机制形成的坳陷盆地。

3 盆地发育演化模式

从平面上(图10)看，北黄海东部次盆地经历了两期构造变革期。第一期始于中侏罗世，盆地呈NW向，为受F1断裂控制的单一沉降沉积中心；早白垩世，受区域左旋构造的影响，主沉降沉积中心向北西迁移，盆地范围明显扩大，呈几个孤立的小规模沉积沉降中心，盆地发育NW向和NEE向两组共轭断裂体系。第二期始于始新世，于晚渐新世最盛，为NE或NEE向的构造发育期，沉积沉降中心主要受NEE向的F2断裂控制。始新世—渐新世早期东部次盆地中生代NW向的盆地构局继承性发育，同时代表区域右旋应力体制的NEE向盆地构造开始形成，F2断裂此时开时活动。盆地主沉积沉降中心仍受F1断裂控制，同时F2断裂也控制了盆地一个相对小规模的沉积沉降中心，且受F2断裂右旋张扭活动的影响，中部坳陷内发育了众多雁列式、平面走向与F2断裂呈小角度斜交的NEE或近EW向的右旋派生断裂体系。晚渐新世，区域右旋体制下的NEE向盆地构造完全主导了盆地的发育，NEE走向的F2断裂强烈断陷活动且控制了盆地单一的沉积沉降中心，东部坳陷内与F2断裂呈右旋张扭派生关系的断裂进一步发育。

图10 北黄海东部次盆地发育演化模式Fig.10 Development and evolution model in the East sub-basin,northern Yellow Sea

从垂向上(图10)看，在晚白垩世期间盆地经历不均衡反转隆升过程，并遭受严重的剥蚀，这种隆升带有一定的挤压性质，主要表现为沿南侧F1断裂的反转和褶皱变形。靠近F1断裂地层剥蚀严重的地方整个白垩系被剥蚀殆尽，且侏罗系也遭受一定的剥蚀。自始新世开始，盆地F2断裂开始发育，且逐渐控制盆地的沉积沉降中心。F1断裂和F2断裂所夹持的地块形成断隆带，接受较薄的地层沉积，且在旋转隆升的过程中形成一定的剥蚀。而F2断裂下降盘则接受了厚度较大的新生代沉积。盆地裂陷活动一直持续到古近纪末期，新近纪盆地进入裂后坳陷沉降发育阶段。对盆地内中生界主要勘探目的层来说，则经历了早期浅埋—中期隆升—后期深埋的沉积过程，这一过程对含油气盆地的成烃、成藏均有很大影响，因此应特别重视该盆地各项油气地质条件的匹配关系研究。

4 结论

1) 北黄海东部次盆地中新生代发育了伸展裂陷盆地、走滑伸展盆地及坳陷盆地3类性质的原型盆地。中—晚侏罗世，表现单一的断裂走向和箕状断陷型结构，为伸展裂陷型盆地，是该时期区域左旋剪切应力在盆地内派生的NE—SW向拉张应力作用的结果；早白垩世—晚渐新世，经历了早期区域左旋剪切应力向晚期区域右旋剪切应力的转变，盆地表现为箕状断陷结构兼具明显走滑张扭特征，为走滑伸展盆地；中新世—第四纪，为典型的裂后沉降型坳陷盆地。

2) 北黄海东部次盆地发育演化过程主体表现为由新生代受F2断裂控制的NEE向断陷盆地叠加在中生代受F1断裂控制的NW向断陷盆地之上，之后进入裂后坳陷沉降阶段；沉积沉降中心经历了先NW向迁移再NEE向迁移的过程。