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黄骅坳陷和济阳坳陷中生界构造特征、 演化及动力机制 摘要 渤海湾盆地区中生界是近年来中国东部深部油气勘探的主要目标，但其中生 界构造演化与样式始终不明朗。黄骅坳陷和济阳坳陷不仅是渤海湾盆地区中生界 潜山油气的重要勘探区，而且处于渤海湾盆地中新生代构造格局转换部位，具有 重要研究价值。同时，中生代该区处于整个华北克拉通东部高原的核心部位。其 构造演化研究对深入理解中国东部岩石圈减薄和这个高原的形成至垮塌的过程 至关重要。本文利用大量地震剖面，采用平衡剖面技术，系统进行了中生界残存 展布规律的分析，探讨了该区中生界构造特征、演化过程、动力学背景及盆地原 型。系统理顺渤海湾盆地中生代时空关系和构造特征，得出： 1 ，印支期，在南北向挤压力下黄骅蚴陷和济阳坳陷均以发育e w - - n e e 向宽 缓褶皱为主，三叠系残存于向斜处并受左行走滑影响，为挤压挠曲盆地。燕山早 期在n w w - s e e 挤压力下，n e 走向逆冲和褶皱发育，中下侏罗统残存于呈n e n e e 向展布的右行走滑影响的后陆挤压挠曲盆地内。 2 通过兰考一聊城沈阳断裂两侧中生界构造对比，燕山中期，右行压扭 兰考一聊城沈阳断裂开始作为一整体n e 向的断裂系开始控制渤海湾盆地区， 沧东断裂右行压扭，同时n n e 左行压扭郯庐断裂活动逐渐增强。黄骅坳陷和济阳 坳陷构造发生差异。晚侏罗世，黄骅坳陷南区右行压扭走滑拉分，黄骅中北区右 行压扭走滑挠曲，上侏罗统残存于拉分盆地内和挠曲向斜处；济阳坳陷地块发生 逃逸构造，n w 向断层反转为正断层，上白垩统残存于逃逸拉分盆地内。早白垩 世是渤海湾盆地区构造转换的关键时期，黄骅坳陷和济阳坳陷几乎所有方向断层 均发生负反转运动，地壳抬升至最高，黄骅坳陷南区处于高原中心，不残留白垩 系：黄骅坳陷中北区下白垩统盆地原型为张扭性质裂陷盆地；济阳坳陷逃逸作用 继续。逃逸拉分作用亦继续。 3 从各残留构造层地层展布规律得出中国中生代高原又从n w w 向s e e 迁移 的规律，早白垩世，黄骅坳陷位于此高原的核心部位，尤其是黄骅坳陷南区。通 过黄骅坳陷中生界构造特征和济阳坳陷中生界构造特征的对比，联系逃逸构造和 前人的研究资料推得中国东部岩石圈减薄及下地壳拆沉应在早白垩世之前，减薄 最大时期在早白垩世，因而导致中国东部高原开始垮塌于燕山中期。而燕山晚期， 无论黄骅坳陷和济阳坳陷，处于高地势部位，且在燕山v 幕微弱的褶皱和逆冲断 层构造作用下，基本不残存上白垩统。 关键词：黄骅坳陷济阳坳陷中生界构造逃逸构造 s t r u c t u r a lp a t t e r n 、e v o l u t i o na n dd y n a m i cm e c h a n i s mo f t h em e s o z o i cs t r a t ai nt h eh u a n g h u ad e p r e s s i o na n dj i y a n g d e p r e s s i o n a b s t r a c t m e s o z o i cs t r a t ao f b o h a ib a yb a s i na r ea l li m p o r t a n ta n dn e w o i l g a se x p l o r a t i o n o b j e c t i v et os e a r c hf o rm e s o z o i cb u r i e dh i l l b u tt h e i rm e s o z o i cs t r u c t u r a lp a u e ma n d e v o l u t i o na r en o tc l e a ry e t 1 1 陀h u a n g h u aa n dj i y a n gd e p r e s s i o n sa r ei m p o r t a n ta n d n e wo i l - g a se x p l o r a t i o na r e a s a n da r ea l s om a r kac h a n g eo fm e s o z o i o _ c g n o z o i e s t r u c t u r a lp a r e r n si nt h eb o h a ib a yb a s i n m o r e o v e r , t h e s et w oa r e a sw e r es i t e da tt h e c e n t e ro f am e s o z o i ep l a t e a ui nn o r t h - e a s t e r nc h i n ac r a t o nd u r i n gt h em e s o z o i c t h e i r s t r u c a w a le v o l u t i o ni sak e yp r o b l e mt ou n d e r s t a n dh t h o s p h e d ct h i n n i n gi ne a s t e r n c h i n aa n dt h ef o r m a t i o na n ds u b s e q u e n tc o l l a p s eo f t h i sp l a t e a u t h e r e f o r e ，t h es t u d y a r e ah a si m p o r t a n ti m p l i c a t i o nf o rf u t u r er e s e a r c h al a t g en u m b e ro fs e i s m i cp r o f i l e s w e r ei n t e r p r e t e dt oa n a l y z et h ed i s t r i b u t i o no fr e l i cm e s o z o i cs l r a t a c o m b i n i n gt h e m w i t hb a l a n t e ds e e l i o i l s ，w ed i s c u s st h e i rm e s o z o i cs t r u c t u r a le v o l u t i o n ，d v n a m i e m e c h a n i s ma n do r i g i n a lb a s i n c h a r a c t e r i s t i c s f i n a l l y w eg o tt h e f 0 1 1 0 w i n g c o n e l u s i o n ： 1 d u r i n gt h ei n d o s i n i a np e r i o d ，h u a n g h u aa n dj i y a n gd e p r e s s i o n sd e v e l o p e d g e n t l ee w - n e ef o l d sa n dt h r u s tb e l t su n d e rn sc o m p r e s s i o n t r i a s s i cs e d i m e n t sa r e f o u n dt h es y n c l i n ea n dw e r es e r i o u s l yi n f l u e n c e db yas i n i s t r a ls t r i k e - s l i p t h e o r i g i n a lb a s i ni sac o m p r e s s e df l e x u r a lb a s i n l a t e r , d u r i n ge a r l yy a n s h a n n i a np e r i o d ， t h en w w s e ec o m p r e s s i o nd e v e l o p e dn et h r u s tb e l t sa n df o l d s m i d d l et ol o w e r j u r a s s i cs e d i m e n t sa r ef o u n di nac o m p r e s s e df l e x u r a lb a s i nh i 枷vi n f l u e n c e db y d e x t m ls l i p p i n g 2 n l el a n k a o l i a o c h e n g s h e n y a n gf a u l ti sas e to fn ei n v e r s e s l i pf a u l t s s y s t e ma n dc o n t r o l st h es t r u c t u r eo fb o h a ib a yb a s i nd u r i n gt h em i d d l ey a n s h a n n i a n , a sd e d u c e df r o mt h ec o n t r a s to f r e l i cs t r a t af r o mb o t ht h es i d e so f t h ef a u l t m e a n w h i l e 。 c a n g d o n gf a u l tw a sd e x t r a ls l i p p e d a n dt h es i n i s t r a ls l i pn e et a n - l uf a u l t s 订e n g t h e n e dg r a d u a l l y a l lo ft h e s er e s u l t e di nt h es t r u c t u r eo fh u a n g h u ad e p r e s s i o n a n dj i y a n gd e p r e s s i o nt o o ko nd i f f e r e n ta s p e c t d u r i n gt h el a t ej u r a s s i c ，t h eu p p e r j u r a s s i cs e d i m e n t sa c c m n u l a t e di nac o m p r e s s i o n a lp u l l a p a r tb a s i na n di naf l e x u r a l s y n c l i n e ，r e s p e c t i v e l y a ts o u t h e r nr a n g ea n dm i d d l e n o r t h e mr a n g eo fh u a n g h h a d e p r e s s i o n ；t h et w ob a s i n sw e r ea l ls e r i o u s l yi n f l u e n c e db yc o m p r e s s i o na n dd e x 仃a l s l i p p i n g i nt h es a m et i m e ，j i y a n gd e p r e s s i o nd e v e l o p e de s c a p et e c t o n i c , t h en w i n v e r s ef a u l t sc h a n g e di n t oh e r i n a lf a u l t s ，t h e u p p e r j u r a s s i ca c c u m u l a t e di n e s c a p e a p a nb a s i n i nt h eb o h a ib a yb a s i n ，e a r l yc r e t a c e o u si st h ek e yp e r i o do f c h a n g ei nt e c t o n i s m ；a l m e s ta l li n v e r s ef a u l t sc h a n g e di n t on o r m a lf a u l t s d u r i n gt h e u p p e rc r u s t a lu p l i f t h u a n g h u ad e p r e s s i o nw a sl o c a t e da tt h ec e n t e ro ft h i sm e s o z o i c p l a t e a u ；1 0 w e rc r e t a c e o u so n l ya c c u m u l a t e di nad e x t r a ls l i pf a u l t e dr i rb a s i na tt h e m i d d l eo fh u a n g h u ad e p r e s s i o n t h ee s c a d et e c t o n i cc o n t i n u e di nt h el a t t e r y a n s h a n n i a np e r i o di nt h ej i y a n gd e p r e s s i o n 3 w ed e d u c e dt h a tt h em e s o z o i cp l a t e a ui nn o r t h - e a s t e r nc h i n ae r a t o nc h a n g e d f r o mn w wt os e et e c t o n i s m t h eh u a n g h u ad e p r e s s i o nw a sl o c a t e da tt h ec e n t e ro f t h i sm e s o z o i ep l a t e a ui nt h ee a r l yc r e t a e e o u s f u r t h e r m o r e ，b a s e do nt h es t r u c t u r a l c o n t r a s to fh u a n g h l l aa n dj i y a n gd e p r e s s i o n ，a n df r o mp r e v i o u sr e s u l t s ，w ep u t f o r w a r dt h eh y p o t h e s i st h a tm a x i m u ml i t h o s p h e r i ct h i n n i n ga n dd e l a m i n a f i o ni n e a s t e r nc h i n ah a p p e n e db e f o r ee a r l yc r e t a c e o u s s o ，t h em e s o z o i cp l a t e a up r o b a b l y c o l l a p s e di ne a r l yc r e t a c e o u s d u et oy a n s h a n n i a n 矗f u le p i s o d eo ff o l d i n ga n d t h r u s t i n g ，t h e r ew e r en ou p p e rc r e t a c e o u ss e d i m e n t sd u r i n gl a t ey a n s h a n n i a np e r i o d k e yw o r d s ：h u a n g h u ad e p r e s s i o nj i y a n gd e p r e s s i o n m e s o z o i cs t r u c t u r a l e s c a p et e c t o n i c 黄骅坳陷和济阳蚴陷中生界构造特征、演化及动力机制 刖舌 0 1 选题依据和研究意义 渤海湾盆地是在华北克拉通盆地古生界碳酸盐岩及含煤碎屑岩组成的稳定 地台基础上发展起来的中、新生代陆相断陷盆地。沧县、埕宁两个盆内隆起把盆 地分隔为六个坳陷：辽河、渤中、济阳、黄骅、冀中和临清坳陷。其中黄骅坳陷 和济阳坳陷统称为黄骅一济阳沉降带是渤海湾盆地重要单元。整个渤海湾盆地面 积约2 0 万k m 2 ，发育有几百米至近万米的新生代陆相沉积层，具有丰富的油气资 源，是我国东部主要油气产区之一，同时也是研究中国东部大陆地球动力学的窗 口。 近年来，大港油田、胜利油田对该盆地深层油气勘探的逐步重视，渤海湾盆 地基底中生代地层不断显示出良好的勘探前景( 吴永平等，2 0 0 2 ) ，于该区中生 界层位获得了不少高产油气流，故其构造样式和演化也逐渐引起重视，但相对于 新生界，大港探区和胜利探区中生界研究薄弱，很少有探井完全穿透中生界，给 中生界的构造和动力学研究带来巨大困难，更没有系统研究。所以渤海湾盆地区 中生界构造演化与样式始终不明朗。另外在中生代时，这些中生界正处于整个华 北克拉通东部中生代高原的核心部位。其构造演化对深入理解中国东部岩石圈的 减薄和中国东部中生代高原的形成至垮塌的过程至关重要( 张旗，2 0 0 1 ；吴福元， 2 0 0 3 ；李三忠，2 0 0 4 a ) ，因为这也关系到本区中生代盆地成因问题。同时一些研 究人员在研究该盆地新生代构造时，提出新生代盖层构造格局明显受中生代基底 构造格局控制( 王光奇，2 0 0 2 ：李三忠，2 0 0 4 b ；于建国，2 0 0 5 ) 。所以对该区地 层和构造等基础地质研究，对指导该区下一步勘探具有重要经济价值。 渤海湾地区中生代前后构造演化过程，大致经历了三个旋回的演化期，即中 晚元古代到中生代三叠纪为第一旋回、中生代侏罗纪至白垩纪为第二旋回及新生 代为第三旋回。而中生代则处于中间旋回，在该演化阶段中，成盆作用与造山作 用既交替进行，又相互统一，体现了造山与成盆作用相互对立统一的地球动力学 系统。 渤海湾盆地区中生界构造以沈阳一聊城一兰考断裂为界，东西部呈现不同构造 样式，黄骅坳陷和济阳坳陷正代表两种不同构造特征，其大地构造演化有其各自 独特的一面。中生代阶段也是是黄骅一济阳沉降带潜山内幕构造形成的关键时 期。因此，本次研究选取渤海湾盆地区黄骅一济阳沉降带作为重点研究区域。 本课题收集了近3 0 条胜利、大港探区的主干地震大剖面，通过对这些地震 剖面的地质构造解释，建立黄骅一济阳沉降带中生代构造格局；搞清楚中生界残 余盆地原型、成盆机制、构造形成演化过程，理顺渤海湾盆地中生代时空关系； 并结合燕山晚期及新生代构造反转活动来说明中生代构造对新生代构造的影响。 也为渤海湾中生代油气勘探研究，特别是潜山油气开发提供线索。 o 2 研究区中生界研究现状 几年前，人们只是认识到渤海湾盆地印支期变形，并认为与其东南缘华北和 扬子板块碰撞形成的大别一苏鲁造山带有关。这次碰撞波及渤海湾盆地区，在 渤海湾盆地区形成了些近东西向的宽缓褶皱( 宗国洪等，1 9 9 8 ；于福生等， 2 0 0 2 ) 。虽然2 0 世纪8 0 年代中期至9 0 年代初，也有人提出渤海湾盆地区中生 代还遭受了燕山期变形( 赵重远等，1 9 8 4 ，1 9 9 0 ；刘池洋，1 9 8 6 ) ，但当时对 其详细特征并不清楚。最近几年来，随着深层地震剖面品质的提高和深井揭示 黄骅坳陷和济阳坳陷中生界构造特征，演化及动力机制 的地层重复现象越来越多，在渤海湾盆地中，尤其是在新生代沧东隆起和黄骅坳 陷的中生代基底中，发现有大量n n e n e 走向的逆冲推覆构造发育，这明显 不同于印支期变形，有人建议这是前人提出的燕山期的变形f 杜旭东等，1 9 9 9 a ， 1 9 9 9 b ；李洪革等，1 9 9 9 ：漆家福等，2 0 0 1 ，2 0 0 3 ：张俊等，2 0 0 2 ) 。为此， 提出了渤海湾盆地基底中生代期间倒底经历了多少次构造变形；构造性质、几何 样式和运动方向如何；什么变形机制与动力学背景、对渤海湾盆地的叠合样式有 什么作用等等问题。 迄今，关于渤海湾盆地中生代构造成因也存在多种争论，主要有两种； ( 1 ) 现在最为普遍的认识：中生代以来，中国东部大陆东侧的库拉板块及 太平洋板块对亚洲大陆的俯冲作用，控制了不同时期的构造分布与盆地演化。 印支阶段，在华北地区主要形成一些北东、北北东向的压性褶皱；燕山运动早 期，太平洋板块向北扩张及向北移动，推动库拉板块强烈向亚洲大陆边缘消减， 本区受北西向挤压应力，形成北东、北北东向压性左旋平移构造；晚白垩世至 早第三纪，库拉板块与太平洋板块间的洋脊消减，洋脊附近的热板块以低角度 伸入亚洲大陆内部，形成这一时期北东、北北东向的张性构造；上述板块边界 作用力传递到盆地内的区域应力场是盆地内断裂发生走滑活动的动力源。 ( 2 ) 李三忠( 2 0 0 4 a ) 、刘建忠等( 2 0 0 4 ) 提出逃逸构造解释黄骅坳陷和济阳 坳陷中生代晚期构造的巨大差异，认为总体是在太平洋构造动力体系的控制下， 经历印支期、燕山早期、燕山中期和燕山晚期的构造演化阶段，但是由于基底构 造格局存在的差异和边界条件的制约，不同地区具有强烈的块体效应，其构造样 式和格局产生了差异响应。 此外，王伟锋等提出区域帚状构造应力场作用的观点，认为渤海湾地区在 区域帚状构造应力场的作用下，形成巨型翼鲁帚状构造体系，且其不同级序的 构造成分均具有帚状构造体系特征，帚状构造的生成和发展不仅控制了该区的 构造格局， 而且控制了沉积发育、油气生成和分布( 王伟锋，1 9 9 6 ) 。 针对上述科学问题，本论文目的在于通过揭示残留中生界地层空间几何展布 规律，研究黄骅坳陷、济阳坳陷中生代构造格局，联系中国东部中生代大地动力 构造背景，从而理顺渤海湾盆地中生代时空关系，阐述黄骅坳陷和济阳坳陷中生 界构造形成演化过程，成盆机制，盆地原型。并结合燕山晚期及新生代构造反转 活动来说明中生代构造对新生代构造的影响。 0 3 研究内容和技术路线 0 3 1 研究内容 黄骅一济阳沉降带中生界构造和地层基础研究工作比较薄弱，制约勘探的因 素较多，主要表现在地质分层难度较大；内幕层面标志性不强，难以追踪。因此， 本项目研究以高精度地震剖面解释为基础，总体目标是通过区域盆地构造一地层 分析，重建济阳坳陷中生代时期构造沉积环境和不同阶段的构造格局。其主要 研究内容： ( 1 ) 通过对区域构造作用的详细分析，特别是印支燕山时期研究区周缘 的构造作用分析，并结合研究区的实际资料，研究古生代冲生代地层现今剖面 的构造几何学特征和空间构造格架。 ( 2 ) 对中生界不同沉积一构造层中断裂发育的序次和组合进行筛分、配 套，根据应力和应变分析，恢复不同沉积一构造层中不同时期断裂发育的应力场 和动力学背景，特别是去除新生代构造作用对古生代和中生代构造的叠加和改造 2 黄骅坳陷和济阳坳陷中生界构造特征、演化及动力机制 效应，恢复研究区中生代古构造格局及区域构造应力场。 ( 3 ) 综合运用平衡剖面技术、层序地层学、板块构造、构造分析、地球 动力学等诸多学科对黄骅一济阳沉降带进行中生代构造格局进行综合解释。 ( 4 ) 揭示中生代盆地原型及性质；研究盆地构造几何学和运动学特征以 及区域构造过程对中生代盆地演化的制约，即该区动力学背景。 o 3 2 技术路线 通过该区中生界构造的地震剖面解释、采用平衡剖面技术研究该区残留中生 界地层展布规律、中生代重要断裂、动力学背景、构造演化和中生代盆地原型。 精细地震解释工以往常因中生界构造层地震反射品质差而无法进行有效的分析。 为解决这一难点，本课题采用了构造体系分析的思路及方法，以研究标志层的构 造变形特点为前提，采用合理的构造模式来指导黄骅济阳沉降带中生界构造的 解释。其基本原理是：本区上古生界c - p 标志层地震反射清晰可辨，且它为中 生代构造变形的卷入层。上吉生界当中的构造痕迹是中、新生代构造变形的缩影； 任何构造形成均有一定的区域背景，在统一的构造应力场及应变场系统内，各 个局部地区的构造变形与演化具有协调性，并能有机地统一在一个变形体系内。 本次构造研究工作，我们采用二维、三维地震剖面对重点构造进行了重点区块精 细解析。另外，平衡剖面技术主要采用伸展性盆地平衡剖面技术，特别重视剥蚀 量的恢复。研究流程如图o l 黄骅坳陷和济阳坳陷中生界构造特征、演化及动力机制 文地测 件震井 资资资 料料料 li 根据古生物、测井、地震相等进行地层划分 il i地震测线地质构造解释 j， 根据构造幕残留中生界 绘制平衡剖展布规律 曲 il 构动构 造力造 格学演 局背化 特景 征 ，i 盆地原型构造解释模型 o 一1 研究流程图 4 黄骅坳陷和济阳坳陷中生界构造特征、演化及动力机：副 第一章区域地质概况 1 1 黄骅坳陷和济阳坳陷地理位置 渤海湾盆地位于我国东部，包括华北平原和渤海海域，大致介于东经1 1 4 。 1 2 4 。和北纬3 5 。4 2 。之间，地域涉及辽宁、河北、河南、山东、北京和天津 等省市，总面积约6 0 余万平方千米。盆地西临太行山隆起带，北抵燕山褶皱带， 东部和东南部为辽东、胶东和鲁西隆起，南端与南华北盆地的开封坳陷过渡，是 叠加再古生代华北克拉通巨型坳陷之上的中、新生代界裂谷盆地。盆地内发育辽 河( 辽河油气区) 、黄骅( 大港油气区和冀东油气区) 、冀中( 华北油气区) 、济 阳( 胜利油气区) 、l 临清和东濮( 中原油气区) 等大型坳陷，是我国重要的油气 富集区。 图l 一1 渤海湾盆地构造纲要图 ( 据漆家福等改，1 9 9 5 ) 1 老第三纪断陷边界正断层；2 老第三纪隆起；3 坳陷内凸起：4 走滑断层；s 海岸线 黄骅一济阳沉降带是渤海湾盆地的重要组成单元，包括黄骅坳陷和济阳坳 陷，两个坳陷在渤海湾盆地区的构造位置如图l l ，黄骅坳陷西界为沧东断裂 与沧县隆起相接，东界为埕西断裂与埕宁隆起相接；济阳坳陷位于埕宁隆起东边， 郯庐断裂带西边，其南部为鲁西隆起。 1 2 黄骅坳陷、济阳坳陷中生界地层组成 黄骅坳陷、济阳坳陷中生界覆盖于新生代孔店组( e 。) 、沙河街组( e ；) 、馆 陶组( n 。) 、明化镇组( ) 和第四系( q ) 之下。由于渤海湾盆地区处于覆盖区， 第三系沉积厚度大，而中生界钻全的剖面几乎没有，更无系统的化石资料，因此， 在地层划分中除了结合一些零星的古生物特征之外，偏重于岩石地层学的方法， 采用相对稳定和比较可靠的标志层，同邻区对比确定本区地层。不过，在利用岩 黄骅坳陷和济阳坳陷中生界构造特征、演化及动力机制 性组合、标志层或某些特殊的矿物标志具体划分时也有不少困难，如缺乏标志层 的中生界复杂地区，就容易与二叠系地层混淆，同时也容易与沙四一孔店组的红 色碎屑岩地层混淆，当标志层断缺时也容易搞错。这种情况下，尽量收集零星古 生物资料做化石分析是一个方面；另一个重要的方面是在地层划分中充分利用区 域地震大剖面非常重要。因为，t 。和t g 界面在地震剖面上显示都比较确定和清 晰，因此，在确定了第三系、中生界和古生界等大层位界线的基础上，就比较容 易再作进一步细的层组的划分。以下以济阳坳陷中生界作为区域地层参照( 表 卜1 ) 。通过仔细的比较和研究，黄骅坳陷地区本来不明朗的中生界可以与济阳坳 陷中生界对照的。 表卜1 渤海湾盆地各坳陷沉积建造及其层间接触关系 济阳坳陷合肥盆地 京西地区承德地区黄骅坳陷豫西济源 王氏组朱港组 白 坨里组 九佛堂组 垩 k 2 大灰厂组风化店组 一周公山组 ，、， 、6 、，v 、v 系 k i 西洼组东狼沟组北大港组、 j 。：。 韩庄组 b 删 东岭台组 上 侏 蒙阴组 后城组 砂 憩照，圆筒山组 髫髻组髫髻组 王 岩 罗 j 2 官 段 九龙山组 九龙山组屯 马凹组 坊子组下杨树庄组 系 窑坡组 j 1防虎山组下花园组 砂 岩鞍腰组 南天岭组 段 t 3 杏石口组杏石口组潭庄组 t ，二马营组二马营组二马营组 三叠系 t 3 和尚沟组和尚沟组和尚沟组 刘家沟组刘家沟组 刘家沟组 下伏地层 古生界太古界上古生界上古生界古生界古生界 ( 1 ) 中下三叠统：该区下一中三叠统以红色碎屑岩为主，无化石，以前作为 上二叠统石千峰组，还有济阳坳陷南部以往也划为上二叠统石千峰组，考虑这套 地层的岩石特征认为与京西出露的下一中三叠统双泉组相当( 漆家福，2 0 0 3 ) ， 现在认为黄骅坳陷地区存在该套地层，称为和尚沟组，刘家沟组和二马营组( 中 国地质调查局古生物研究中心，2 0 0 5 ) 。 ( 2 ) 下侏罗统：都相当于济阳坳陷坊子组地层。区域残余厚度o 一5 70 1 1 1 。岩 性主要为灰色砂岩、含砾砂岩、细砂岩与灰色一深灰色泥岩、泥质砂岩互层。为 潮湿气候下的含煤陆屑建造。研究区j 。的主要识别标志为下部的煤系地层或碳质 6 黄骅坳陷和济阳坳陷中生界构造特征、演化及动力机制 泥岩层和上部含砾砂岩和泥岩互层。 ( 3 ) 中侏罗统：都相当于济阳坳陷三台组。区域残余厚度o l o o m 。岩性以 紫红色、暗紫色、灰色、紫灰色、灰紫色的泥岩、粉砂质泥岩与浅灰色泥质粉砂 岩、粉砂岩、细砂岩、中砂岩、粗砂岩、含砾石砂岩不等厚互层为特征，以细粒 长石石英砂岩为主，地层识别标志为整体以红色、杂色为主。代表半湿半干性气 候。 ( 4 ) 上侏罗统：都相当于济阳坳陷蒙阴组，j 3 视厚度0 - 3 6 0 m 之间。与下伏 j 2 地层之间呈角度不整合接触。可分上、下二部分。上部为灰、灰紫色泥岩、砂 质泥岩、泥质砂岩不等厚互层：下部为厚层灰杂色砾岩、细砂岩与薄层紫红色泥 岩不等厚互层。该组地层的主要识别标志为大套厚层红色、紫红色的砾岩、含砾 砂岩和凝灰质砾屑砂岩。j 3 为一套干旱气候条件下的河湖相陆屑建造。 ( 5 ) 下自垩统：西洼组是陈丕基等( 1 9 8 0 ) 根据鲁西南蒙阴县城西洼剖面命 名的，济阳坳陷的西洼组以中基性喷出岩为主，不见酸性产物，呈北西向展布， 视厚度8 5 7 m 。区域厚度1 5 0 1 5 0 0 m 。分上、中、下三部分。上部灰色凝灰质砂 泥岩不等厚互层中部灰色凝灰质砂岩杂色，下部凝灰岩及杂色砾岩不多厚互层。 ( 6 ) 上白垩统：济阳坳陷上白垩统相当于胶莱坳陷王氏组，标准地点在莱阳 王氏村，为一套红色为主的陆相碎屑沉积，厚度达2 0 0 0 m ，含t a n i u s ， t a l i c y p r i d a ，c y p r i d e a ( p s e u d o c y p r i d i n a ) g i g a n t e a 等晚白垩世标准化石， 为典型的陆相河湖碎屑沉积。 1 3 区域中生代大地构造背景 总体上讲，黄骅坳陷和济阳坳陷前第三纪构造演化与区域渤海湾盆地的构造 演化是基本一致的。即经历了古生代地台演化、印支期南北向挤压、燕山期太平 洋板块强烈影响导致的陆缘造山及第三纪复杂裂陷四个大的演化阶段。这四个阶 段当中，燕山运动最复杂，也是对黄骅坳陷和济阳坳陷古生界影响最大的一期构 造运动。盆内古构造主要形成于这一期。该期古构造分析应该是研究区前第三纪 构造研究的主要内容。本次研究收集了渤海湾盆地不同坳陷的燕山期构造资料， 并结合邻区研究成果，在此基础上，重新划分该盆地印支、燕山期构造单元，系 统论述它们的构造演化历程和深部动力学机制及其浅部构造背景和响应特征。 渤海湾盆地基底组成由前寒武纪结晶基底和中元古界一中生界不连续的地 层两部分组成。后者也称为盖层基底，是指渤海湾盆地新生界以下、前寒武纪结 晶基底之上的中元古代至中生代的地层( 表l - - 2 ) 。 渤海湾盆地及周边盖层基底的变形一般归于印支期和( 或) 燕山期变形的综 合结果，特别是中生界构造单元。这些构造单元形成于印支期或燕山期( 表l 一 2 ) ，通常将前者又分为印支早期( 2 5 0 2 3 0 m a ，t ，。) 、印支晚期( 2 3 0 2 0 5 m a ， t 3 ) ，将后者又分为燕山早期( 2 0 5 1 6 3 m a ，j ，。) 、中期( 1 6 3 9 0 m a ，j 3 - k 。) 和 晚期( 9 0 6 6 m a ，k 。) 。而燕山运动又可以分为5 幕：i 幕：中侏罗世( j ：) 中期： i i 幕：中侏罗世( j 2 ) 晚期；i i i 幕：晚侏罗世( j 。) 晚期；i v 幕：晚白垩世( k 2 ) 前期；v 幕：晚白垩世( k 2 ) 末期。中国东部中生代构造运动组成如图1 2 。 7 黄骅坳陷和济阳坳陷中生界构造特征、演化及动力机制 燕 山 期 燕山早期( j 1 - j 2 ) l 幕( j 2 中期) i i 幕( j 2 晚期) 燕山中期( j 3 一k 1 ) 卜一1 1 i 幕( j 3 晚期) 燕山晚期( 1 ( 2 ) i v 幕( k 2 前期) v 幕( 9 2 末期) 图l 一2 渤海湾盆地区中生代构造运动组成 据渤海湾盆地各坳陷沉积建造及其区域层间接触关系( 表1 2 ) 及构造变形 场特征，将中生界分为4 个构造层：印支期构造层、燕山期下部构造层、燕山 期中部构造层及燕山期上部构造层。这些构造层是渤海湾盆她中生代基底不同演 化阶段的产物。 黄骅坳陷和济阳坳陷中生代构造演化与渤海湾盆地周边隆起中生代构造演 化之间存在千丝万缕的联系。但由于在中生代期间所处的板块位置彼此不同，导 致坳陷区强烈构造变形的时间与构造变形样式均与隆起区有较大的不同。目前， 据地震资料所能辨别的构造运动旋回主要集中在晚三叠世、早侏罗世末至中侏罗 世初及晚侏罗世四个阶段。其它时期构造运动强度则相对较弱。黄骅坳陷和济阳 坳陷中生代构造演化体现了挤压和剪切两种构造活动特点。 表l 一2 渤海湾盆地区盖层基底的地层组成及构造层划分 构造层地层系统及年龄( m a )厚度i r l 特征岩性组合 燕山期上部 由 上白垩统 3 0 0 紫红一棕红砂质泥岩，局部夹灰绿杂砂岩 燕山期中部 生 上磋乡笨下白垩嚷? 7 4 2 紫红砂质泥岩及砂岩夹中基性火山岩 燕山期下部 界 中一下侏罗统3 1 9 灰紫一灰色泥岩与灰白砾岩互层夹煤层 j 印支期 二士完古夏意冕v o 最厚达1 4 0 0 0 各种碎屑岩、碳酸盐岩 基底构造层太古吉元古界 各种花岗片麻岩和副变质岩 1 4 区域新生代大地构造背景 中国东部的华北板块与华南板块在新生代虽已形成了统一的板块，但内部构 造变形特征仍然具有明显的区域块体特色。华北板块东部新生代的构造特征及动 力学演化主要受右行郯庐张扭性断裂带和右行兰考一聊城一台安一大洼法哈 牛张扭性断裂带的控制。这两条断裂都是岩石圈断裂。在兰考一聊城一台安一大 洼一法哈牛断裂带以西，新生代伸展构造迹线为n n e 走向的铲形正断层控制的箕 状断陷：两断裂之间为北断南超的n w w 走向的断陷盆地；郯庐断裂以东的北黄海 盆地为南断北超的n w w 走向的断陷盆地。这些构造特征继承了该区中生代的构造 走向，但其构造性质发生了根本变化，在这两条走滑断裂带控制下，这两条断裂 8 黄骅坳陷和济阳坳陷中生界构造特征、演化及动力机制 带内第三纪早期以张扭作用下的裂陷为主，随后以伸展断陷为主，第四纪沿两断 裂带局部发生挤压，而鲁西地块和渤海湾盆地区仍然为伸展正断。渤海湾盆地及 邻区这些新生代复杂的断块或断裂构造格局受控于应力一应变一基底格局三个 基本要素( 李三忠等，2 0 0 4 a ) 。 渤海湾盆地新生代构造和沉积中心迁移表现得极为明显，主要表现为自西往 东，自南往北，其中老第三纪表现为南部不断抬升，尤其是鲁西隆起，构造活动 和沉积中心逐渐往北迁移，即自惠民向东营、沾化、渤中迁移。新第三纪因太行 山脉的不断隆起，构造和沉积中心自冀中向黄骅及渤中迁移。这种迁移与整个东 亚构造的迁移密切相关，并且渤海湾盆地新生代以来始终处于地壳减薄区。 总之，渤海湾盆地及邻区构造演化是我国东部重大地史时期构造格局时空转 换的缩影，深化研究不仅可促进我国大陆动力学的发展，而且有助于认清该区潜 山内幕结构构造，有助于认识东亚大地构造的形成与演化。 9 黄骅坳陷和济阳坳陷中生界构造特征、演化及动力机制 第二章黄骅坳陷和济阳坳陷中生界 空间分布及构造特征 研究中生界构造很多研究者从不同的方面入手，如岩石地球化学，沉积相， 热演化史等。地震是研究地下深部结构的有效途径。由于地震剖面构造解释具有 多解性和推测性，所以此次研究，充分收集各种测井、古生物，岩芯，层序地层 等已有的研究资料，力求地震剖面的地层划分的准确性，同时兼顾总的大地构造 背景和构造地质原理，以获得地震剖面地质构造解释的正确性。再则为了剔除新 生代构造在研究上产生干扰，采用新生界底构造底图上中生界各构造层的残留厚 度展布规律作为主要分析手段。此次研究侧重空间几何分布规律，同时和渤海湾 中生代大地构造背景联系，实现时空的统一。 2 1 黄骅坳陷概述和地震剖面分布 黄骅坳陷西侧为沧东断裂，东侧为盐山一聊城一兰考断裂及其北沿部分，为 古生代克拉通盆地之上叠置的第三系断陷盆地，经历了从古生代克拉通盆地、中 生代山间盆地到第三纪裂谷盆地的演化过程。黄骅坳陷中生界构造演化与样式始 终不明朗，特别是在中生代时，黄骅坳陷中生界正处于整个华北克拉通东部中生 代高原的核心部位。其构造演化对深入理解这个高原的形成至垮塌( 张旗，2 0 0 1 ； 吴福元，2 0 0 3 ；李三忠，2 0 0 4 a ) 的过程至关重要。黄骅坳陷由于其处于几个大 地构造动力系统的复合部位，其大地构造演化有其独特的一面。中生代阶段又是 黄骅坳陷潜山内幕构造形成的关键时期，一些研究人员在研究该盆地新生代构造 时，提出新生代盖层构造格局明显受中生代基底构造格局控制( 王光奇，2 0 0 2 ； 李三忠，2 0 0 4 b ；于建国，2 0 0 5 ) 。 该区不仅构造部位重要，横跨两个构造区，具有重要的科学意义；而且近几 年来，随着中国东部深层油气勘探的深入，于该区中生界层位获得了不少高产油 气流。大港南部滩海区在中生界勘探最近也获得突破，于中下侏罗统厚层河道砂 体获得高产油气流，中生界中已经有多口探井获得工业油流，滩海区已发现张东 中下侏罗统油藏、关家堡二叠系油藏，勘探已见到良好效果，展示出黄骅坳陷南 部滩海区中生界和二叠系潜山油藏存在较大的勘探潜力。因此，加强该区地层和 构造等基础地质研究，对指导该区下一步勘探具有重要经济价值。 黄骅坳陷不仅整区构造在中国东部部位重要，而且黄骅蚴陷内部中生界构造 还存在重要的差异，前人以中大中旺一周青庄一扣村一羊二庄一线为界，将黄骅 坳陷划分为南区及中北区两个部分( 付立新，2 0 0 3 ) ，此分界线大致以图2 一l 中8 号地震测线为界。南区断层构造主要以n n e 占主导，中北区以n e 占主导。这两个 部分虽属于同一个第三纪断陷盆地，但构造演化以及油气形成特点却有很大的差 别。中北区视作勘探新生古储型潜山的主要地区，将南区看作古生界原生油气藏 勘探的主要目标区。南区孔西、乌马营等含凝析油或含气构造的发现也证实了这 种认识。而这种南北断块结构以及内部构造样式的差异性主要是由于中生代构造 差异引起( 付立新，2 0 0 3 ) 。所以探讨此区中生界构造特征对油气勘探具有重要意 义。又因为黄骅坳陷南北区构造的差异，本文把它分为黄骅坳陷南区和黄骅坳陷 中北区两大区域分别进行研究。 黄孵坳陷和济阳坳陷中生界构造特征演化及动力机制 图2 - - l 黄骅坳陷大剖面分布位置 削面名称：l 沧县隆起c 9 3 - s 4 - 孔南k 9 2 - 5 4 - 盐山y 9 1 - m 0 剖面；甜县隆起c 9 3 - 7 0 - 孔gk s s - m - - 孔南 i o ! - 7 0 削面l3 - 孔南k s s - 8 0 a - 孔南k 8 5 - 8 0 b - 盐山y 8 6 - 8 0 剖面 台东自来屯u 3 1 3 s - 孔南k 8 5 - 1 4 3 - 黄骅h 8 6 - 1 4 3 - 盐山y 8 5 - 1 4 ，- 羊二庄z 9 0 - 1 4 3 剖面ls 沧县隆起c 8 7 1 0 5 孔南k 8 5 - 1 0 6 孔南k 8 8 - 1 0 9 - 盐山 y 8 8 - 1 1 0 剖面：6 - 1 ( 8 5 - 1 2 1 * 仕k 8 6 - 1 2 1 - y 8 5 - 1 2 2 削面；7 一沧东- 自来屯1 3 1 4 9 5 - 孔南k s g l 3 3 盐山y 8 5 - 1 3 3 剖面 8 - 孔南k 8 5 - 徐黑x h 9 6 - 9 8 盐山y 8 6 - 9 7 剖面：9 沧东一自来屯1 3 3 4 1 5 - 黄骅h 8 6 - 1 4 4 仙庄c 3 4 5 6 5 - 歧 南三维联片c i o d 7 - 关家堡三维庄古2 井c - 4 井剖面 黄骅坳陷和济阳坳陷中生界构造特征、演化及动力机制 2 1 1 黄骅坳陷南区中生界构造特征 根据地震测线得地质构造解释，编制了黄骅南区中生界顶面构造图( 图2 3 ) ，可以看出该区中生界项面构造以n e e 占主导地位，除三大主要断裂一沧东断 裂、徐西断裂和埕西断裂外，次一级断裂对中生界影响不大。整个黄骅坳陷南区 总体缺失白垩系，其余各构造层展布凌乱：只有上侏罗统的分布是可以确定，而 中下侏罗统和三叠系都因上覆地层所覆，不能确定其展布，说明该区中生代构造 运动强烈，且先期构造被后期构造改造强烈，所以必须根据各构造层进行单独的 残留地层展布分析。 图2 - - 2 黄骅坳陷南区中生界顶面构造图 2 1 1 1 残留三叠系空间分析 从三叠系残留厚度图2 3 可以看出三叠系沉积之后的分布：三叠系残留厚 度总体展布呈n e _ 州n e 向；该区次级断裂对残留三叠系分布影响不大。西北区缺 失三叠系；东南区北部沉积中心偏向埕西断裂一侧，且厚度变化较大，有多个沉 积中心，该区东南部隆起有呈n e 向展布三叠系缺失区，而残留地层向徐西断层