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辽东湾坳陷新生代构造特征及演化

张婧 吴智平 李伟 肖瑶 戚建庆

张婧, 吴智平, 李伟, 肖瑶, 戚建庆. 辽东湾坳陷新生代构造特征及演化[J]. 海洋地质前沿, 2017, 33(11): 9-17. doi: 10.16028/j.1009-2722.2017.11002
引用本文: 张婧, 吴智平, 李伟, 肖瑶, 戚建庆. 辽东湾坳陷新生代构造特征及演化[J]. 海洋地质前沿, 2017, 33(11): 9-17. doi: 10.16028/j.1009-2722.2017.11002
ZHANG Jing, WU Zhiping, LI Wei, XIAO Yao, QI Jianqing. Cenozoic Tectonic Characteristics and Evolution of Liaodong Bay Depression[J]. Marine Geology Frontiers, 2017, 33(11): 9-17. doi: 10.16028/j.1009-2722.2017.11002
Citation: ZHANG Jing, WU Zhiping, LI Wei, XIAO Yao, QI Jianqing. Cenozoic Tectonic Characteristics and Evolution of Liaodong Bay Depression[J]. Marine Geology Frontiers, 2017, 33(11): 9-17. doi: 10.16028/j.1009-2722.2017.11002

辽东湾坳陷新生代构造特征及演化

doi: 10.16028/j.1009-2722.2017.11002
基金项目: 

中海油公司项目“辽东湾整体构造特征解析及重点区带精细解剖” CCL2013TJXSBS1881

详细信息
    作者简介:

    张婧(1988—),女,博士,主要从事构造地质学方面的研究工作.E-mail:447680873@qq.com

  • 中图分类号: P736.1

Cenozoic Tectonic Characteristics and Evolution of Liaodong Bay Depression

图(7) / 表 (1)
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-07-17
  • 刊出日期:  2017-11-28

辽东湾坳陷新生代构造特征及演化

doi: 10.16028/j.1009-2722.2017.11002
    基金项目:

    中海油公司项目“辽东湾整体构造特征解析及重点区带精细解剖” CCL2013TJXSBS1881

    作者简介:

    张婧(1988—),女,博士,主要从事构造地质学方面的研究工作.E-mail:447680873@qq.com

  • 中图分类号: P736.1

摘要: 辽东湾坳陷位于渤海海域东北部,是新生代渤海湾盆地内部重要的油气富集区,其构造特征复杂,体现了多期构造演化、多动力源背景的叠加效应。运用地震三维连片资料、磷灰石裂变径迹反演法和平衡剖面分析技术对辽东湾坳陷构造发育及演化特征进行了分析,研究表明:辽东湾坳陷发育7条主控断裂,整体呈NNE走向,控制了凸起和凹陷的形成;郯庐断裂带在辽东湾段发育有3条分支断裂,分别为辽西走滑断裂带、辽中1号断裂、辽东1号断裂;坳陷内发育“三凸四凹”7个次级构造单元,西部凸起连续性好,形成时间早,隆升强度大;东部辽东凸起不连续,南段形成时间早,隆升强度大,北段形成时间晚。

English Abstract

张婧, 吴智平, 李伟, 肖瑶, 戚建庆. 辽东湾坳陷新生代构造特征及演化[J]. 海洋地质前沿, 2017, 33(11): 9-17. doi: 10.16028/j.1009-2722.2017.11002
引用本文: 张婧, 吴智平, 李伟, 肖瑶, 戚建庆. 辽东湾坳陷新生代构造特征及演化[J]. 海洋地质前沿, 2017, 33(11): 9-17. doi: 10.16028/j.1009-2722.2017.11002
ZHANG Jing, WU Zhiping, LI Wei, XIAO Yao, QI Jianqing. Cenozoic Tectonic Characteristics and Evolution of Liaodong Bay Depression[J]. Marine Geology Frontiers, 2017, 33(11): 9-17. doi: 10.16028/j.1009-2722.2017.11002
Citation: ZHANG Jing, WU Zhiping, LI Wei, XIAO Yao, QI Jianqing. Cenozoic Tectonic Characteristics and Evolution of Liaodong Bay Depression[J]. Marine Geology Frontiers, 2017, 33(11): 9-17. doi: 10.16028/j.1009-2722.2017.11002
  • 渤海湾盆地是中国东部重要的含油气盆地,其构造特征复杂,油气资源丰富,学者们进行了大量的研究,取得了丰富的成果。其海域部分依据构造发育特征可划分为辽东湾地区、渤东地区、渤南地区、渤中地区和渤西地区5个区块。东部发育郯庐走滑断裂带,使得渤海海域东西构造特征差异性明显。本文研究的辽东湾坳陷构造发育特征尤为特殊,不同于其他地区近EW向或NW—SE向构造发育特征,辽东湾坳陷受郯庐断裂带发育的控制,整体构造线为NNE向,坳陷内凸凹相间,发育有“三凸三凹”6个次级构造单元,自西向东分别为辽西凹陷、辽西南凸起、辽西凸起、辽中凹陷、辽东凸起、辽东凹陷[1-6]。近年来在辽东湾坳陷相继发现了多个大中型油气田,且多沿着走滑断裂带发育,东部勘探程度相对较高,西部还有待进一步的研究,因此,本文对辽东湾坳陷新生代构造发育特征及构造演化规律进行了研究,以期为辽东湾坳陷油气勘探提供理论指导。

    • 辽东湾坳陷位于渤海海域的东北部,北接辽河断陷,南接渤中、渤东坳陷,是渤海海域重要的油气产区。坳陷整体呈NNE向展布,发育为窄而长的条状结构(图 1)。坳陷内发育7条主干断裂,平面上以NNE走向为主,辽西地区主要发育拉张、走滑—拉张性质断裂,辽中、辽东地区主要发育拉张—走滑、走滑性质断裂。受早期伸展和晚期走滑的共同作用,辽东湾坳陷内发育的构造变形十分复杂。

      图  1  辽东湾坳陷构造纲要图

      Figure 1.  Tectonic map of Liaodong Bay Depression

    • 断裂是辽东湾坳陷最主要的变形方式。辽西地区发育4条主控断裂,即辽西南1号断裂、辽西1号断裂、辽西2号断裂、辽西3号断裂,其中仅辽西南1号断裂平面上走向为NE向。各断裂剖面主要表现为角度较缓的铲式正断层,可与浅层次级断裂组合形成y字形或多级y字形构造,以伸展性质为主。辽中地区发育辽中1号断裂和辽中2号断裂2条主控断裂,其中辽中1号断裂贯穿辽中凹陷,剖面上断裂主支近直立发育,与上部次级断裂组合形成似花状构造或似花状构造,走滑性质强,分段性明显,发育丝带效应和海豚效应;辽中2号断裂平面上弱弯曲,剖面上南北分段性明显,北段表现为倾角较陡的下铲上板式正断层(图 2a),南段辽中2号断裂逐渐倾倒变缓至平躺,仅控制盆地深部发育,浅层被辽东1号断裂切割(图 2b)。辽东地区发育1条主控断裂,即辽东1号断裂,控制了辽东凸起的形成,平面上连续性好,延伸距离远,剖面上断裂主支倾角较陡,浅层次级断裂发育较少,可与主支组合成y字形组合,为走滑性质断裂(图 2ab)。

      图  2  辽中1号断裂和辽东2号断裂剖面构造发育特征

      Figure 2.  The sections showing developing characteristics of Liaodong No.1 Fracture and Liaodong No.2 Fracture

      郯庐断裂带贯穿其中,控制了凸起和凹陷的形成。其分支断裂在辽东湾地区的分布前人尚未取得统一的认识。最大的分歧在于辽西地区是否发育有走滑断裂。周心怀等[6]、漆家福等[7, 8]、邓运华[9]、龚再升等[10]、王国纯[11]认为郯庐断裂带的分支走滑断裂主要发育在中部和东部,西部不发育;Hsiao等[12]、池英柳[13]、胡惟[14]、王桥先等[15]、詹润等[16]认为辽西地区发育有郯庐断裂的分支走滑断裂;漆家福等[17]对郯庐断裂带在辽东湾坳陷段几何结构模型进行过深入研究,提出主要由3条走滑断裂组成;宋国奇[18, 19]通过郯庐断裂带中段大地电测深二维连续介质反演剖面,在高速体与低速体之间识别出3条走滑断裂;胡惟等[20]认为在郯庐断裂带中段深部电性结构解释剖面中的高阻层和低阻带之间也存在3条走滑断裂。前人研究成果为辽西走滑断裂带的存在提供了依据。结合大连片地震资料和水平相干切片,本文研究认为辽西凹陷西斜坡发育一条由多段走滑性质断裂组成的走滑断裂带,贯穿了辽西凹陷,控制了辽西南凸起南部、辽西南凹陷和辽西凸起南部的构造特征,向南往秦南凹陷延伸。整体为NNE走向,平面上分段性明显,不同分段侧接排列(图 3)。剖面上依据该走滑断裂带主断裂产状以及其与次级断裂的组合样式,结合平面断裂走向,将辽西走滑断裂带划分为南、中、北3段。

      图  3  辽西走滑断裂带平面位置图(T8构造层断裂体系)

      Figure 3.  The location map of the western Liaoning strike-slip fault (T8 structural layer facture system)

      辽西走滑断裂带北段位于辽西凹陷,走向为NNE向,由多条断裂侧接排列组成,剖面上主断裂直立发育,发育花状构造(图 4a);中段平面走向转为NE向(图 4b),整体而言该处断裂较为连续,剖面上主断裂面倾角稍缓,上部次级断裂发育,发育花状构造;南段控制了辽西南凸起、辽西南凹陷、辽西凸起南部的形成,平面上NNE走向,由多条断裂左阶排列组成,剖面上主断面直立发育,次级断裂基本不发育(图 4c)。

      图  4  辽西走滑断裂带构造发育特征(剖面位置见图 3)

      Figure 4.  The developing characteristics of the western Liaoning strike-slip fault (for location of the section see figure 3)

      综合以上研究,笔者认为郯庐断裂带辽东湾段发育有3条分支,西支是位于辽西凹陷内的辽西走滑断裂带,中支是位于辽中凹陷内的辽中1号断裂,东支是辽东凸起北段的东边界辽东1号断裂。

    • 辽东湾坳陷盆地结构具有凸凹相间的特征,在前人研究的基础上,通过研究,笔者将辽东湾坳陷构造单元划分为了“三凸四凹”7个次级构造单元,“三凸”指的是辽西南凸起、辽西凸起和辽东凸起;“四凹”指的是辽西凹陷、辽西南凹陷、辽中凹陷和辽东凹陷(图 1)。在以往的研究中通常将辽西南凹陷和辽西凹陷统称为辽西凹陷[2, 4-6],但是笔者认为,受到辽西凹陷发育的辽西走滑断裂带的影响,原辽西凹陷北部,即现辽西凹陷内主要发育走滑构造样式、走滑—伸展构造样式;而原辽西凹陷南部,即现辽西南凹陷内以伸展构造样式发育为主,此外,现辽西凹陷和辽西南凹陷的控盆断裂也不同,因此将二者区分开来(图 5)。

      图  5  过辽东湾坳陷各构造单元地震剖面(测线位置见图 1)

      Figure 5.  The seismic profile of each structure unit through the Liaodong Bay Depression (for line location see figure 1)

    • 辽西南凸起整体表现为西断东超的结构,连续性好,北端西侧边界为辽西南1号断裂,伸展性质为主(图 5b),南段受辽西走滑断裂带南段控制(图 5c),凸起上被次级断裂改造,发育多级y字形组合、似花状构造等样式。中部隆升强度大,地势较平缓。

      辽西凸起为西断东超结构,西侧发育伸展性质的边界断裂。凸起分为南北两段,凸起连续性好,北段发育东西两个凸起,分别受辽西3号断裂和辽西2号断裂控制(图 5a);南端受辽西1号断裂控制(图 5bc)。凸起上整体披覆层位北多南少,隆升强度南强北弱,整体上地势平坦。

      辽东凸起为受走滑性质断裂控制的东西双断式凸起,辽中2号断裂与辽东1号断裂为凸起的两条边界断层。平面上分为南北两段,串珠状排列,北段凸起形成时期晚,宽窄变化明显(图 5a),凸起上地势高低不平;南段凸起隆升强度大于北段(图 5c),形成时期早。

    • 辽西凹陷位于辽东湾坳陷的最西侧, 整体表现为较窄的东断西超的复式半地堑结构,受走滑—伸展性质的断裂控制,凹陷内发育走滑断裂带,构造样式以走滑和走滑—伸展构造样式为主,北强南弱。凹陷北部深层分割性强,浅层逐渐统一;南部统一为一个大凹陷,包含多个半地堑、堑垒。

      辽西南凹陷受辽西1号断裂控制,整体表现为东断西超半地堑,面积较小,被辽西南凸起和辽西凸起所夹。由北向南凹陷的面积逐渐增大,以伸展、走滑—伸展构造样式发育为主,次级断裂发育,可见翘倾断块、多级y字形组合、似花状构造等样式的发育(图 5bc)。对应辽中1号断裂弯曲外凸部位,辽西南凹陷被分隔出3个次洼,南深北浅。

      辽中凹陷整体表现为东断西超的半地堑结构,凹陷整体宽缓,受辽中1号断裂与辽中2号断裂共同控制。凹陷北部受辽中2号断裂控制(图 5a),构造样式以伸展—走滑性质为主,可发育无根花状构造,凹陷内宽而深,地层沉积厚度大,各时期地层发育完整。凹陷中部受辽中2号断裂控制,辽中1号断裂贯穿其中,断裂附近地层上拱,下部地层下凹,形成中央走滑带(图 5b),发育花状构造;次级断裂发育,可见翘倾断块、y字型组合等构造样式。凹陷南部发育范围窄但地层沉积厚度大,控盆断裂由辽中2号断裂转换为辽中1号断裂(图 5c),被分割成东西2个次洼,厚度中心由东向西迁移,东次洼向南逐渐消失;西次洼表现为辽中1号断裂控制的东断西超半地堑结构;次级断裂较发育,可与主断裂组合为翘倾断块、多级y字形和似花状构造等构造样式。

      辽东凹陷整体表现为西断东超半地堑结构,平面上呈窄长条状展布。以辽东凸起北段南部倾末端为界,将辽东凹陷划分为南北2部分。北部受辽东1号断裂控制(图 5a),整体以走滑构造样式为主,可发育花状构造或不发育次级断裂的高角度单一断层;南部整体发育伸展构造样式(图 5c),发育高角度板式正断层。凹陷内构造样式简单,沉积地层北浅南深、沉积层位北少南多。整体上凹陷缺失孔店组沙四段地层。

    • 在对辽东湾坳陷断裂体系和盆地结构特征分析的基础上,利用磷灰石裂变径迹反演法确定凸起的形成时间,恢复凸起发育演化过程,结合平衡剖面法对辽东湾坳陷构造演化史进行了研究。

    • 磷灰石裂变径迹方法(AFT)对凸起的隆升和沉积时间的界定已有大量相关研究[21, 22],本文对凸起不同部位进行采样(图 1),样品由中国地质大学(北京)地质过程与矿产资源国家重点实验室进行磷灰石裂变径迹分析,为辽东湾坳陷内部各凸起的构造演化提供时间依据。

      磷灰石裂变径迹实验采用Green的步骤[23],挑选好后的磷灰石颗粒在25 ℃的7%硝酸溶液中蚀刻30 s,制成薄片,利用外探测器法测量其诱发裂变径迹,将白云母外探测器覆于薄片之上,置于热中子反应堆照射,然后将白云母外探测器置于25 ℃的HF中进行蚀刻,从而揭示诱发裂变径迹。本次试验获得的磷灰石Zeta常数为353±18。根据国际地质科学联合会制定的磷灰石裂变径迹年龄方程计算样品年龄值测试结果见表 1。运用Hefty软件对样品测试结果进行了热史反演,将初始演化温度值设为120 ℃左右,在这个温度区间磷灰石可以达到完全退火[24];演化时间均从晚白垩世开始,演化结束的温度设为现今埋深下的温度;辽东湾坳陷地表年平均气温为15 ℃,现今地温梯度为27~36 ℃/km,依据构造位置的不同各井略有差异[25]。模拟过程中退火模型选用Ketcham模型,拟合选用限制任意搜索选项方法,曲线拟合选用Monte Carlo算法,拟合曲线条数10 000条,模拟的质量根据径迹年龄和径迹长度两个指标的实际数据与模拟结果的比值(GOF值)来判定。反演结果中,绿色的区域代表“可以接受的”热史演化过程,径迹年龄GOF值>0.05(5%);粉色的区域代表“高质量的”热史演化过程,径迹年龄GOF值>0.5(50%);黑色曲线为最佳模拟曲线(图 6abcde)。

      表 1  磷灰石裂变径迹分析结果

      Table 1.  The analysis results of apatite fission track

      样品 采样深度/m 层位 颗粒数/n ρs/105/cm2(Ns) ρi/105/cm2(Ni) ρd/105/cm2(N) P(χ2)/% 中部年龄/Ma 池年龄/Ma L/μm(N)
      LDTQ-1 2 829 Ed3 34 0.258(102) 18.978(7 490) 10.464(6 788) 0 4.0±1 2.9±0.3 9.8±2.1(14)
      LDTQ-2 2 931.5 Ed3 35 1.026(271) 9.495(2 508) 11.925(6 788) 0.1 28±3 26±2 11.6±1.7(102)
      LXTQ-1 2 254 Es3 35 0.885(300) 21.67(7 347) 12.969(6 788) 0 16±3 11±1 10.7±1.9(98)
      LXTQ-2 2 092.2 Es1 35 0.759(223) 12.515(3 676) 9.315(6 788) 0 17±3 12±1 12.3±2.2(27)
      LXTQ-3 1 565 Ed2 35 2.308(465) 16.614(3 348) 12.239(6 788) 0 38±6 35±2 11.8±2.4(103)

      图  6  各样品AFT热史模拟曲线

      Figure 6.  The AFT thermal history simulation curve of each sample

      依据反演结果,结合剖面断裂及地层发育特征,对辽东湾坳陷内凸起的形成演化史进行了分析:

      (1) 样品LDTQ-1位于辽东凸起北段的陡坡带,年龄GOF和径迹长度GOF分别为0.98和0.99,AFT热史模拟曲线分析显示该样品35±Ma经历了一期较大抬升(图 6a),辽东凸起北段古近纪沙三期之前持续抬升,之后开始下降接受沉积,古近纪末至新近纪初期凸起继续抬升,之后下降接受沉积。

      (2) 样品LDTQ-2位于辽东凸起南段,年龄GOF和径迹长度GOF分别为0.56和0.24,AFT热史模拟曲线分析发现,该样品整体处于一直抬升状态,仅在40±Ma有所下沉(图 6b),辽东凸起南段在中生代至古近纪早期持续抬升,沙三期以后局部地区有所下沉,古近纪末期整体抬升,新近纪以后整体下降接受沉积。

      (3) 样品LXTQ-1位于辽西凸起北段,年龄GOF和径迹长度GOF分别为0.98和0.49,AFT热史模拟曲线显示该样品在45±Ma和10±Ma经历了两期抬升(图 6c),新生代沉积前辽西凸起北段开始形成,新生代早期孔店、沙四期至沙三期凸起强烈抬升;此后凸起下沉,地层披覆。古近纪末期至新近纪早期强烈抬升,馆陶组沉积中后期开始缓慢下沉。

      (4) 样品LXTQ-2位于辽西凸起中段,年龄GOF和径迹长度GOF分别为0.88和0.92,AFT热史模拟曲线显示该样品在早期至40±Ma和20±Ma至8±Ma时期抬升剧烈(图 6d),新生代沉积前辽西凸起中段开始形成,新生代早期孔店、沙四期至沙三期持续抬升,此后凸起下沉,地层披覆。古近纪末期至新近纪早期强烈抬升,馆陶组沉积中后期开始缓慢下沉。

      (5) 样品LXTQ-3位于辽西凸起南段,年龄GOF和径迹长度GOF分别为1.00和0.43,AFT热史模拟曲线显示该样品整体处于抬升状态,仅在35±Ma时期有所下沉(图 6e),辽西凸起南段整体上一直处于抬升状态,直至馆陶末期凸起下沉接受沉积。期间沙河街末期凸起存在短暂的小幅度下沉。

    • 现今盆地结构形态是多期次构造运动叠加的结果,本文采用平衡剖面的方法恢复了盆地构造演化过程,明确了各时期盆地的结构形态。

      平衡剖面技术是构造演化定量分析的有效手段[26]。由于辽东湾地区古近纪末期受东营运动的影响产生了构造挤压,使得东营组顶部、东二段顶部挤压抬升发生地层剥蚀,因此,需要对剥蚀的地层厚度进行恢复。依据地震轴的走向,运用构造外延法恢复地层剥蚀厚度。前人运用平衡剖面技术在济阳坳陷、柴达木盆地、临清坳陷、松辽盆地等多地区进行盆地构造演化阶段研究,均取得了良好的效果[27-30]。本文自南向北选取了3条NW-SE向测线,横跨整个辽东湾坳陷,且垂直于各构造单元(图 1),对其进行了演化阶段恢复(图 7)。

      图  7  辽东湾坳陷不同测线位置构造演化剖面(剖面位置见图 1)

      Figure 7.  The tectonic evolution profiles along different line in Liaodong Bay Depression

    • 通过对辽东湾坳陷演化阶段的恢复,结合磷灰石裂变径迹反演证据,辽东湾坳陷孔店、沙四期至沙三期辽西走滑断裂带发育,辽西凸起、辽西南凸起和辽东凸起南段开始隆升,辽东凸起北段此时并未形成,与胶辽隆起合为一体,除辽东凹陷外各凹陷均开始形成;沙一、二期辽东凸起自南向北从胶辽隆起上独立出来,辽西凸起北部停止活动,披覆地层;辽东凹陷北部开始形成;东营期辽西凸起不活动,凸起上整体披覆地层,辽东凸起上部分地区有地层沉积,东二期、东一期发生挤压剥蚀;新近纪整体拗陷。

    • (1) 辽东湾坳陷发育7条主控断裂,西部伸展为主,叠加走滑作用,中部和东部走滑为主。辽西凹陷发育一条走滑断裂带,与辽中1号断裂、辽东1号断裂共同组成郯庐断裂带辽东湾段的3条分支;

      (2) 辽东湾坳陷发育“三凸四凹”7个次级构造单元,辽西凸起和辽西南凸起是受伸展性质断裂控制的西断东超式凸起,辽东凸起是东西两侧受走滑断裂控制的双断式凸起;辽西凹陷、辽西南凹陷、辽中凹陷为东断西超式半地堑,辽东凹陷为西断东超式半地堑;

      (3) 结合磷灰石裂变径迹反演证据和平衡剖面证据,辽东凸起南段隆升时间早、强度大,北段沙一、二期自胶辽隆起分离,辽东凹陷此时开始形成。

参考文献 (30)

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