渤海海域新生代盆地结构与构造单元划分.pdf

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1、? 第 22卷? 第 5 期 2010 年 10月 中国海上油气 CHINA OFFSHORE OIL AND GAS Vol. 22? No. 5 Oct. 2010 ? * 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( SC06T J - TQL-004) 部分研究成果。 第一作者简介: 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: zhouxh3cnooc. com. cn。 渤海海域新生代盆地结构与构造单元划分* 周心怀 1 ? 余

2、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) 摘? 要? 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

3、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。 关键词? 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

4、。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,

5、 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

6、 -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

7、差异性, 并进行一、 二 286? ?中 国 海 上 油 气2010 年? 级构造单元的划分。 本文确定的构造单元划分标准如下: ? 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。 ? 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。 ? 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。?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

8、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?

9、 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 ? 第 22 卷? 第 5 期周心怀等: 渤海海域新生代盆地结构与构造单元划分287? ? 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 一级构造单元二级构造单元 面积 ( km2) 隆起 埕宁隆起 ( 海域) ( ?) 凸起( ?1) 埕子口凸起( ?11)2 036 埕北低凸起( ?12)418 沙垒田凸起(

10、 ?13)1 978 石臼坨凸起( ?14)1 350 马头营凸起( ?15)62 秦南凸起( ?16) 734 凹陷( ?2) 埕北凹陷( ?21)927 沙南凹陷( ?22)3 298 秦南凹陷( ?23) 780 乐亭凹陷( ?24)271 昌黎凹陷( ?25)517 坳陷 辽东湾坳陷 ( 海域) ( ?) 凸起( ?1) 辽东凸起( ?11)444 辽西凸起( ?12)1 047 辽西南凸起( ?13)304 凹陷( ?2) 辽东凹陷( ?21)2 725 辽中凹陷( ?22)4 308 辽西凹陷( ?23)4 782 渤中坳陷 ( ?) 凸起( ?1) 渤东低凸起( ?11)226

11、渤南低凸起( ?12)1 208 庙西北凸起( ?13)242 庙西南凸起( ?14)305 凹陷( ?2) 渤中凹陷( ?21) 8 634 渤东凹陷( ?22)3 342 庙西凹陷( ?23)2 527 济阳坳陷 ( 海域) ( ?) 凸起( ?1) 潍北凸起( ?11)1 189 垦东 -青坨子 凸起( ?12) 518 莱北低凸起( ?13)745 凹陷( ?2) 莱南凹陷( ?21)875 青东凹陷( ?22)1 087 莱州湾凹陷( ?23)1 783 黄河口凹陷( ?24)3 309 黄骅坳陷 ( 海域) ( ?) 凸起( ?1)老王庄凸起( ?11)26 凹陷( ?2) 北塘凹

12、陷( ?21) 670 南堡凹陷( ?22)1 910 歧口凹陷( ?23)1 783 ? ? 注: 表中构造单元序号与图 1 对应。 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

13、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。 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

14、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 288? ?中 国 海 上 油 气2010 年? 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?) 厚度最大的地区, 基底较平缓,

15、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。 ? ? 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

16、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

17、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 4 km, 其中沙河街组 厚度达 1 000 m( 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

18、超覆形式与渤中凹陷相接, 其余边界均为断裂。 ? 第 22 卷? 第 5 期周心怀等: 渤海海域新生代盆地结构与构造单元划分289? ? 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,

19、 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。 参考文献 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,

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21、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. 收稿日期: 2010 - 03 -12? 改回日期: 2010 - 04 -23 (编辑

22、: 崔护社) Cenozoic offshore basin architecture and division of structural elements in Bohai sea Zhou Xinhuai 1 ? Yu Yixin 2, 3 ? T ang Liangjie 2, 3 L? Dingyou 1 ? Wang Yingbin 1 ( 1. Tianj in Branch of CNOOC Limited, Tianj in, 300452; 2. StateK ey Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting, Chi

23、na University of Petroleum, Beij ing, 102249; 3. Basin and Reservoir Research Center, China University of Petroleum, Beij ing, 102249) Abstract: Based on a refined interpretation of 13 regional sismic sections in Bohai sea, the architec - ture of Cenozoic offshore basins is anatomized, and the struc

24、tural elements of first and second orders are divided by establishing a division criterion. T here 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

25、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 -five second -orderstructural elements ha

26、ve been recognized, including thirteen rises, four low rises and eighteen sags. T his re - fined anatomy of Cenozoic basin architecture and the division of structural elements may be impor - tant to guiding optimization of favourable explora - tion plays in Bohai sea. Key words: Bohai sea; Cenozoic basin; basin arch- i tecture; structural element