（构造地质学专业论文）平衡剖面技术在莱州湾地区及周围盆地构造分析中的应用.pdf

摘要 平衡剖面技术作为现代构造地质学领域的一项重大成就， 在构造地质、 石油地质与勘探 以 及盆地模拟应用方面应用广泛。 平衡剖面技术根据物质守恒的原理， 假定体积不变的 情况 卜 对变形后的地质体恢复到变形前的状态，从而使地质学家更好的研究区域地质构造演化 莱州湾盆地作为大渤海湾盆地的组成部分， 其形成和演化与郑庐断裂活动密切相关。 郊 庐断裂在莱州湾地区延伸入海。 利用平衡剖面技术， 开展莱州湾地区的构造演化研究， 一 力 面司以揭示盆地的构造特征与演化规律，另一方面在盆地中 也记录着郊庐断裂的变形特征， 从而可以探讨邦庐断裂新生代的构造演化。 本文根据平衡剖而原理及 2 d mo v e软件的核心技术对莱州湾地区盆地进行构造演化特 征的研究， 通过对所选的四条地震剖面进行构造复原及伸展参数的计算， 对该地区的盆地演 化阶段进行了划分 关键词:平衡剖面; 构造解释:莱州湾; 桩海;构造演化; ab s t r a c t c r o s s s e c t io n b a l a n c i n g is e v o lu t io n o f b a s i n s . i t h a s b e c o me a n i mp o r t a n t t e c h n iq u e in t h e s t u d y o f t e c t o n i c a n i m p o r t a n t m e t h o d i n p e t r o le u m e x p l o r a t io n a n d e x p lo it a t io n . b a la n c e d c r o s s s e c t io n s a r e c o n s t r u c t e d t o r e s t o r e t h e g r o w t h h is t o ry o f a n a n c ie n t s t r u c t u r e in w h ic h t h e s e d im e n t a ry b e d s a r e p l a c e d b a c k t o d e p o s it i o n a l p r e - d e f o r m a t io n a l le v e ls . t h is t e c h n iq u e h a s b e e n a p p lie d in t h e z h u a n g h a i o il f ie ld a r e a a n d l a iz h o u w a n a r e a f o u r s e is m i c p r o f i l e s h a v e b e e n s e le c t e d a n d s t r u c t u r a l s e c t i o n s h a v e b e e n c o m p i le d f o r b a la n c in g . t h e r e s u lt s a llo w t o c o n s t r a i n t e c t o n ic e v o l u t i o n o f t h e j iy a n g d e p r e s s io n a n d l a iz h o u w a n b a s i n d u r in g t h e c e n o z o ic . f u rt h e r m o r e , s o m e p r o b le m s i n c o n s t r u c t in g b a la n c e d d is c u s s e d . s e c t io n s a r e p o s e d a n d h a v e b e e n k e y w o r d s : b a la n c e d c r o s s - s e c t io n s , t e c t o n ic e v o l u t i o n , s t r u c t u r a l i n t e r p r e t a t io n , z h u a n g h a i o i l f ie ld , l a iz h o u w a n b a s in 中国地质科学院硕士学位论文 引 言 一、研究意义 平衡剖面技术在研究一个地区的地质构造演化规律， 顶测其可能的地层、 断层形态、 以 及裂缝预测方面起着重要的作用。 平衡剖面最初应用的目 的是决定 卜 伏同期褶皱的滑脱深度 i 1随 着平衡剖面技术的发展，该项技术的应用更加i ” 泛。 平衡剖面技术是变形与未变形之前的桥梁， 使最终的 应变分析能够进行， 并作为裂缝分 布及方向的预测手段。 另外， 经过平衡的构造模型能帮助确认地球物理解释， 并对感兴趣区 域的地质发展史有一 个更好的理解。 然而， 对于 构造剖面或三维模型， 并不一定存在唯一的 平衡剖面解。 由于对构造格局及模式的理解因人而异， 具有一定的多解性， 它不一定是完全 真实的 原始地质剖面， 但由 于它 满足了 大 量合 理的 限制条 件r l因 而更接近于客 观实际， 因 而也是更严谨的标准剖面，这样的剖面为其它研究提供了基本素材。 更好地发展和研究平衡剖面技术对地质研究提供了一个很好的工具， 成为地质学者进行 地质研究的辅助下具。 二、研究地区概况和存在的问题 新生代时期，华北地区发生重要的裂陷作用. 尽管人们对渤海湾盆地的基底构造格架、 地质背景、 构造样式及沉积层序等进行了详细的研究， 取得了丰硕的成果， 但在盆地动力学 模式及裂陷机制上长 期以来争论不休， 尤其是郑庐断裂带在渤海海域的延伸及其对盆地发育 和油气成藏的控制作用问题， 提出了多种动力学模式。目 前较有影响的动力学模式有“ 拉张 或引张 说” z 及“ 扭张 或拉分说”l3 l4 ifi 。前者强调 岩石圈的nw -se向 伸展作用及软流 圈的 底辟作用， 却对盆地中nw、 近e w方向 伸展正断层及广泛发育的 扭动构造难以 解释 “ 扭张或拉分说”虽解释了扭动构造问题， 但对盆地中复杂的 伸展构造样式和演化历史解释 不尽完善， 更无法说明盆地的构造分带及构造迁移。在渤海湾盆地裂陷作用机制上长 期以来 认识也不一 致， 矛盾的 焦点是“ 主动裂陷” e1 还是“ 被动 裂陷” l7 f87机制。 主动裂陷 机制认为 渤海湾盆地是大陆板块内部的 “ 主动裂谷盆地 ， ，区域性软流圈的不均匀活动及热脉动是导 致发生岩石圈 裂陷伸展的 动力学原因; 有人提出了以 渤海海域为中心的“ 地慢柱” 司 及 “ 三 联点” 式裂谷作用: 也有人主张是太平洋板块向欧亚大陆俯冲产生的弧后扩张作用f s l“ 被 中国地质科学院硕士学位论文 动” 裂谷说认为渤海湾新生代是印 度板块与亚洲大陆板块碰撞引起的 “ 中国板块分体东移” 的结果，也就是说盆地的形成与特提斯构造体系演化过程中所诱导的区域应力场作用有关。 莱州湾盆地作为大渤海湾盆地的组成部分， 其形成和演化与郊庐断裂活动密切相关。 郑 庐断裂在莱州湾地区延伸入海p o i 。 利用平衡剖面技术， 开展莱州湾地区的构造演化研究， 一方面可以揭示盆地的构造特征与演化规律， 另一方面在盆地中也记录着邦庐断裂的变形特 征，从而可以 探讨郊庐断裂新生代的构造演化。 近年来， 在渤海湾盆地中、 尤其在渤中坳陷周缘地带和沿郊庐断裂带， 发现了蓬莱1 9 - 3 . 9 - 1 - 1 ,渤中2 5 - 1 等亿吨级大油气田。这些油气田的发现表明，郊庐断裂带晚新生代活动对 油气成藏起着重要的作用。 本文的目的之一就是要通过地震剖面的平衡， 来恢复莱州湾地区 盆地的演化历史和阶段，从而深化构造对油气成藏控制的认识。 三、 研究内 容和技术思路 研究内容: 1 )盆地的几何学特征 以 地震资 料解释为基础， 结合区域地质和钻井资料， 以 地震地层学为基础建立该地区的 层序地层格架， 分析盆地的构造样式。盆地构造样式包括下列儿种: 伸展构造样式:包括地堑、地垒、盆岭构造和断陷盆地，通过地震剖面的解释，对地震 剖面进行构造样式的描述，分析本地区的伸展构造样式。 走滑构造样式: 包括左阶式和右阶式， 通过地震剖面的描述， 分析走滑构造样式的特征。 2 )盆地的 运动学特征与盆地演化 以地震剖面资料精细解释为基础， 将区域大剖面分析与关键地区构造剖面精细分析相结 合，运用 2 d m o v e 平衡剖面技术，复原研究区构造剖面几何形态特征和演化历史，在系列剖 面复原恢复的基础上，分析盆地形成和演化历史与郊庐断裂的运动学关系。 技术路线: 以构造地质学理论为指导， 以2 d m o v e 平衡剖面技术为核心技术支撑， 运用地球物理学 和层序地层学等多学科的研究方法， 在二维地震剖面资料的精细解释基础上， a il 析研究ix 伸 展一 走滑构造的演化历史和形成机理，建立伸展一 走滑断裂系统在地震剖面上的识别技术，重 建研究区构造演化。 三、 主要工作量 本文作者硕士论文工作期间，兽在胜利油田进行一年兰个月的实习，主要学习和运用 2 d m o v e 平衡剖面软件技术， 并查阅了 大量的第一手资料，并吸收和了 解前人的研究成果及 2 中国地质科学院硕丁 卜 学位论文 勘探现状。 系统收集和整理莱州湾盆地及邻区有关的地质、 地球物理和钻探的 基础资料、 调 查报告专著和论文8 0 余份。 查阅了盆地的二维地震剖面、 三维地震剖面和 1 0 多口 探井的基 础资料。 收集3 条区域地震测线剖面数字资料及一条地震测线纸剖面资料， 并进行地震构造 解释，在2 d m o v e 平台制作了平衡剖面，并发表了关于平衡剖面的一篇论文 ( 己投稿) 。 限于作者水平，难免有错误与不妥之处，敬请批评指止。 中国地质科学院硕士学位论文 第一章区域地质概况 字 4 中国地质科学院 硕十学位论文 第一节 莱州湾地区概况 莱州湾地区包括青东凸起、莱卅湾凹陷、莱南凸起和莱南凹陷( 如图1 1 ) 。 圈1 - - !研冗区区域位置幽 诸多研究成果和文献都说明渤海湾地区在郯庐断裂带走滑活动作用一f 产生了一系列的 拉分盆地( p u na p a r t b a s i n ) 。拉分盆地是走滑断层中发育的特殊沉降构造，是由走滑运动引 起的横向拉张作用下产生的构造凹陷，“拉分盆地易形成厚度大、烃源丰富的生烃凹陷，特 别是发育在主断裂带附近的深凹陷”。拉分盆地的菱形特点和n w 向走滑断层向的等间距性， 都说明它们是在同一地应力条件下形成吼 5 中国地质科学院硕士学位论文 莱州湾凹陷是典型的走滑拉分盆地，主要表现在：凹陷位于走滑断裂带内，严格受 断裂控制，呈菱形展布；有典型走滑活动证据。根据h a r d i n g ( 1 9 9 0 ) 的判别准则，与莱 州湾凹陷形成有关的走滑断裂活动见于凹陷东西两侧。具体表现特征是：在剖面上，主断面 陡倾，发育典型的花状构造，主走滑断裂反射特征不同，盖层厚度突变，而且不同层位反映 的断距相差很大。平面上，变形主要集中在一个窄的带内，主走滑断裂长且直，区域上呈雁 行排列。 位丁莱州湾地区南部的潍北凹陷也是典型的拉分瓮地m 】，主要是存在n n e 向走滑断裂， 也是菱形展布，有典型的走滑活动证据。在平面上，发育典型花状构造。平面上，菱形主要 集中在一个窄的带内，主断裂平直，两边断裂与两侧的呈堤断裂、垦东断裂等呈雁行排列， 具有明显的走滑构造特征n e e 或正西向断裂具有强性正断层性质，反映右旋走滑的主力切 拉式。 6 中国地质科学院 第二节济阳坳陷概况 济阳坳陷位于山东省北部。东临渤海、西至津浦铁路、北以四女士河为界、南至胶济铁 路( 图l 一2 ) ，地理位置大致为东经1 1 6 。4 0 ，北纬3 7 0 3 8 。范围内。坳陷包括东营市、滨 州市，以及德州市和潍坊市的部分地区，面积约2 9 0 0 0 平方千米。 图卜一2 济阳坳陷地理位置图 济阳坳陷是一个在中生代构造背景上发展而成的新生代断坳盆地【“】，它属渤海湾盆地 的次级构造单元。坳陷内断裂构造十分发育，是区域性伸展作用和郯庐断裂系走滑平移复合 的结果，受区域构造运动的影响，济阳坳陷经历了复杂的构造和盒地演化过程。中生代时期 在燕山运动的影响下，济阳坳陷经历了强烈的断裂变形并形成了双断地堑式盆地断陷盆地， 断陷内充填了晚侏罗世自垩世的陆相碎屑岩以及大最的火山岩；新生代早期，继承了中生 代的断陷发展，逐渐转化为一边断、一边超覆或尖灭的单断式盆地，即断坳盆地，形成了巨 厚的早第三纪湖相碎屑岩为主夹碳酸岩沉积，以及大规模钙碱性为主的火山岩的发育；晚第 三纪时期，由于喜马拉雅运动的影响，整个渤海湾盆地连通成为统一的坳陷盆地，形成了以 河流相夹海相沉积为主的沉积地层，该时期的早期火山活动也较强，形成了较大规模的以碱 中国地质科学院硕士学位论文 性为主的火山岩。 位丁- 济阳坳陷东北角的桩海地区在地质构造上属于埕岛一垦东断裂构造带的北段，主 体部分为埕北3 0 潜山带，包括长堤潜山带北段及埕北2 0 潜山带东坡。 埕岛一垦东构造断裂带是胜利油区内东北边上的第一条北西向的构造断裂带。它是由埕 北2 0 、埕北3 0 、k 堤、孤东及垦东等五条走向近南北、西倾正断层，以“入”字型组成的 构造断裂带，上述五条断层，将断裂构造带分割为同名的五个次一级的潜山带。“一条宽大 的断裂带往往由主要断裂与数条次级小断裂组成，其问所夹的岩石块体称之为断片”0 3 1 ， 埕岛一星东断裂构造上的五个潜山带，即为断片。由于后期的构造变动，使它们各具特点， 这五个潜山带在平面上呈雁行式排列( 或叫多字形构造) 而“雁行式排列则是最常见的走 滑伴生构造”，主断裂与低序次断裂以“入”字形斜交，斜交的锐角指向即走滑运动的方向。 就桩海地区而言，由于它邻近郯庐断裂带，经历了印支、燕山和喜山运动，具有极为复 杂的构造变形和构造演化。古潜山地层包括太古代泰山群、寒武系至奥陶系海相碳酸岩沉积、 石炭系和二叠系海陆交互相与陆相含煤岩系、中生代侏罗系河湖相碎屑岩沉积、白垩系陆相 碎屑岩和中基性火山岩沉积，以及上覆的新生代湖相、河流相碎屑岩沉积。在占潜山中发现 了正断层、逆断层和具有多期次、不同性质的断层。 中国地质科学院 硕士学位论文 第三节郯庐断裂 郯庐断裂是中国东部乃至世界的一条重要走滑断裂构造，呈n n e 走向延伸。郯庐断裂倍 受国内外地质学者的关注，对它的研究不仅对中国的板块构造研究有意义，而且对欧亚板块、 太平洋板块的研究有重要意义。目前对郯庐断裂在陆上的研究程度已相对较高，并达成了一 些共识。但关丁_ 晚中生代构造演化，存在许多争议。人多数认为郯庐断裂在中生代表现为左 旋走滑作用”1 。而另外一些作者则认为晚中生代表现出多期构造应力场转变“”“。 另外在海上的研究的程度较低，一般的文献描述郯庐断裂在海域中的特征是：郯庐断裂的阿 分支在莱州湾进入渤海，然后通过渤海东部和辽东湾伸向f 辽河平原。在宏观上旱北东向贯 彻始终口o l 。 3 1 郯庐断裂中段的分布特征 郯庐断裂中段从营口向南，止于嘉 山一响水断裂全k 约1 2 0 0k m ，是郯庐 断裂主体。它主要由4 条大体平行的主 断裂组成，中生代这4 条主断裂在鲁中 沂、沭河谷地构成宽2 0 一4 0k m 的两堑 夹一垒的构造( 图1 3 ) ，称为沂沭断 裂带”，在东、珏两地堑内，充填厚4 0 0 0 5 0 0 0i l l 的白垩系火山岩、火山碎屑岩 和火山碎屑沉积岩。郯庐断裂穿过渤海 湾盆地，对盆地的发展具有重要的影响。 在断陷盆地中充填2 0 0 0 - - 3 0 0 0l i t 厚中生 代陆相砂、泥岩，沿断裂带伴有裂谷性 质的碱性玄武岩喷发；新生代后也沉积 厚达l 。o 一2 0 0 0m 的陆相地层。关于晚 中生代构造演化，存在许多争议。大图l 一3 郝庐断裂( 中段) 构造示意幽 多数认为郯庐断裂在中生代表现为左旋 9 中国地质科学院硕士学位论文 走滑作用“。而月外一些作者则认为晚中生代表现出多期构造应力场转变。仍 是尚需解决的问题。 3 2 沂沭地堑 沂沭断裂带( 图1 4 ，图l 一5 ) 位于郯庐断裂带中段，长约4 5 0 k m ，最宽处5 c k m 。主 要有四条断裂组成，由东向西有：( 1 ) 昌邑一大店断裂( f 1 ) ：( 2 ) 安邱一莒县断裂( f 2 ) ； ( 3 ) 沂水一汤头断裂( f 3 ) ；( 4 ) 廓部一葛沟断裂( f 4 ) 。同时出现垒一堑结构。 昌邑一人店断裂( f 1 ) ：属丁- 郯庐断裂带东界断裂，为鲁西及鲁东地块之间分界主断裂， 其两分布泰山群、土门群及古生界地层，其东侧为胶东群、粉子山群及蓬莱群地层。断裂带 发育强性角砾岩及牵引褶皱，有垂直擦痕，并有近1 0 0 0 米宽的王氏组地层近于直立。 安邱一莒县断裂( f 2 ) ：断裂以西为太古界泰山群片麻岩及混合岩，以东为王氏组及新 生代沉积，断裂控制沭河的走向。在郯城纪庄见王氏组紫红色砂泥岩逆冲在第四纪沉积物之 上。 沂水一汤头断裂( f 3 ) ：断裂以东为泰山群以两为白垩纪。断层控制青山组火山岩及晚 第三纪玄武岩的喷发。在青山组可见巨大火山群，证明喷发中心受断裂控制。在断裂带l 勾见 有e 来峰，占生界推覆在自垩系之上。 鄙部一葛沟断裂( f 4 ) ：属于郯庐西界断裂，断裂以东为下白垩统青山组火山岩，及火 山碎屑岩及王氏组；以两为寒武一奥陶系或震旦系。在马站附近，可以看见第三纪砂砾岩层 和玄武岩流盖在f 4 之上。 3 3 昌潍凹陷一莱州湾凹陷 沂沭断裂带在海域部分主要有东西两支断裂组成。断裂带经过的次级构造单元包括潍坊 凹陷、潍县凸起、潍北凹陷、潍北凸起、莱州湾凹陷、渤南凸起等。盆地多是菱形( 图1 6 ) ，向北延入辽东湾( 图l 一3 ) 。 莱洲湾凹陷( 图l 一7 ) 是发育在郯庐断裂带中的一个新生代的凹陷。凹陷内新生代地 层发育齐全。据钻井、结合层序地层学分析表明新生界河、湖沉积砂泥岩剖面。从老到新依 次有下第三系始新统孔店组一沙四段、沙三段，渐新统沙二段、沙一段、东营组，一 ：第三系 馆陶、明化镇组和第四系平原组，累计最大厚度7 0 0 0 余米。其间区域性构造变动面有两个： 一个是上下第三系之间的角度不整合，第二个是渐新统沙二段与下伏始新统之间的假不整 合。 莱卅湾凹陷在剖面上，主断面陡倾，发育典型的花状构造( 图1 8 ) ，主走滑断裂反射 特征不同，盖层厚度突变，而且不同层位反映的断距相差很大。 1 0 中国地质科学院 硕士学位论文 圈1 4 邦庐断裂带山东段沂沐裂谷系和腔莱盆地构造倚圈( 据陆克政等，1 9 9 4 ) 图1 5 郯庐断裂带 中周地质科学院硕士学位论文 平面上，变形主要集中在一个窄的带内，主走滑断裂长且直，区域上呈雁行排列。沿走 滑断裂走向，断面倾向不稳定。片j 右旋走滑应变椭球可以很好的解释莱州湾凹陷断裂展布规 律和力学性质( 图l 一7 ) 。 昌潍凹陷( 例1 9 ) 是沂沭断裂向海延伸，也位于郯庐断裂带内地震和测井揭示盆地 包括从孔店组到第四系地层层序【1 2 】。新生代地层厚度可达5 0 0 0 余米。主要有两个不整合面， 一是孔三段与孔二段之间的不整合，另一个是渐新世和中新世之间的不整合。 图l 6 莱卅l 湾凹陷区域构造位置圈( 据蔡东升，2 0 0 1 ) 1 2 巾田地质科学院碗上学位论文 图l 一7 莱州湾h 陷断裂展布及运动学性质分析图( 据蔡东升，2 0 0 1 ) 图l 一8 1 4 8 剖面花状构造 5盯弋= 仆 b ，。i： 久 北4 加0 幡 刺 f 、。，1 、；一一一is 。1 - - - * 、。， ：b 簿淞凝蜞彰 紧蓬蝥涵蓬三7 一一：；，韶：j b 辫遵罴璺孓 f 一 雾 萝袁 多， 迤i 哆纭重 纽：了 6 6 0 a r 2 2 伸展量及伸展率分析讨论 水平伸展定量表征通常可借助于以r 三种参数：e ( 拉张量或伸展量) ；e ：。( 拉张率或伸展 率，常用百分数表示) 和b ( 拉张因子或伸展系数) 。这三种参数的计算公式分别为 中国地质科学院 硕l 学位论文 e = l 。一k e ；。( ) = ( l - 一l o ) l 0 x 1 0 0 b = l l 。 上式中，l 0 为剖面原始长度( 拉张前的长度) ，l t 为剖面拉张后长度。由上述公式可以看出， e ，。( ) 与b 具有可以相互转换的数学关系，事实上它们都是对断块伸展强度的具体反映，只 是表现形式不同而已。e 的含义与上述两种参数有很大不同，它仅代表伸展作用的规模，) r 不代表伸展作用的强度。伸展规模除与单位时间的伸展强度有关外，还与伸展作用所持续的 时间及原始剖面的长度有关。 所谓盆地总体伸展特征是指盆地在整个断陷发育过程中因伸展作用而引起的拉张作用累 积效应。这种累积效应可用两种参数，即伸展量( e ) 和伸展率( e 。( ) ) 或伸展因子( b ) 予以表 征。 应用平衡剖面技术对桩海地区两条区域大剖面进行了平衡复原，并计算了伸展量及伸展 率( 如表4 3 、表4 4 ) 。由表4 3 、表4 4 可以看出整个桩海地区的总体伸展量不是很 大，1 7 8 3 测线的伸展量( e ) 为1 5 1 k m ，1 5 9 6 测线的伸展量( e ) 为2 0 7 k m 。从伸展率看 1 7 8 3 测线仅为0 1 4 ，而1 5 9 6 测线仅为0 1 6 。从两条测线的不同的反射层的伸展率来看 整体处于递进的伸展过程，没有出现明显的构造反转作用，整个桩海地区是以伸展作用变形 为主存在两个最大的伸展期，即孔店组到沙四段沉积时期，另一个沉积时期是沙三段到沙二 段沉积时期。从伸展因子也可以看出这两个时期是桩海地区活动频繁的地区。 表4 - 31 7 8 3 测线i 、e 、b 统计表 时期 i k me b n + q 0 2 5 70 0 0 2 51 0 0 2 5 e s l + e d 2 8 2 4 0 0 2 51 0 2 5 e s 2 + 3 4 2 3 60 0 3 91 0 3 9 e k + e s d7 8 3 10 0 7 71 0 7 7 中国地质科学院硕士学位论文 表4 - 41 5 9 6 测线i 、e 、p 统计表 时期i k me p n + q o 5 50 0 0 3 91 0 0 3 9 e s l + e d1 3 20 0 0 9 41 0 0 9 4 e k + e s 2 + 3 上4 5 9 40 0 4 41 0 4 4 j 十k1 0 8 8 90 0 8 81 0 8 8 c + p 1 9 80 0 1 61 0 1 6 2 3 构造演化 古生代稳定克拉通发展阶段：古生代期间，整个华北地台为稳定克拉通内部沉降型盆 地，沉积了一套岩性厚度横向稳定的海相、陆相和海陆交互相地层。下古生界以滨浅海相碳 酸盐为主，上古生界为含煤碎屑岩。加里东运动发生在早古生代末期，地壳平稳上升遭受剥 蚀，溶蚀作用明显，造成中石炭统与中奥陶统之间的平行不整合。古生代末期的海西运动也 是一次平稳抬升运动。 印支期褶皱发育阶段：印支运动是一次褶皱运动。三叠纪在左旋走滑构造应力场作用 下，形成了旋转构造一帚状褶皱系，表现为近东西向、北西向的构造线方向，构造形态宽缓， 下一中侏罗统的残留地层分布，基本反映当时的构造走向。从东西向的两条剖面( 1 7 8 3 线和 1 5 9 6 线) 可以看出，北部的1 7 8 3 线缺失了石炭纪、二叠纪、三叠纪地层，南部的1 5 9 6 线 缺失三叠纪地层。j + k 沉积前( 图4 - 2 ，图4 - 3 ) ，整个盆地的地势是东高两低、北高南低。 局部地区受挤压形成的褶皱成为古时期的高地。三叠纪末期的印支运动挤压作用强烈，形成 了北西向的逆断层和相关褶皱。石炭一二迭系残余厚度的展布反映了三叠纪的古构造格局， 此时的古地貌具有明显的差异性，剥蚀多者为古地形高部位也是古构造高部位。现埕宁隆起 和滨县一陈家庄凸起地区古生界已北剥蚀掉，属于构造高部位。沾化一车镇地区和东营一惠民 地区残留了厚度较大的石炭一二迭系，属于构造低部位，古构造线方向近东西。 济阳、黄骅等坳陷及鲁两、鲁尔均缺失三迭系，仅太行山东麓、燕北地区有零星的三迭 纪陆相碎屑岩沉积。济阳坳陷中下侏罗统以角度不整合覆于古生界、泰山群之上，间断时间 约5 0 m a 。济阳坳陷钻井资料表明，大部分地区中下罗统煤系地层覆于二迭系上石盒子组之 上，石炭二迭系统残留度5 0 0 米至近千米，反映印支运动造成本区地势起伏不平，相对隆起 区古生界遭受较强烈的剥蚀，而相对低洼区剥蚀较弱，上古生界保留较完整，这种相对隆起 区与相对低洼区有相间排列之势。印支运动在渤中坳陷也有强烈的反映。济5 h 坳陷证据比较 4 7 中国地质科学院硕士学位论文 确凿的印支期压性构造除了桩西古生界褶皱外，尚有埕东背斜及义古4 7 、义古1 4 逆断层。 另外，据古生界分布状况分析，北两向断层上升盘见有古生界保存厚而下降盘保存较薄乃至 缺失，结合凹陷斜坡古生界楔形体的存在事实，推测北西向断层先期为逆冲断层，经受了 定的剥蚀之后又发生反转：冈而，推测印支期本地区存在一系y o - f l 西走向的压性构造线，而 且主要类型是逆冲断层，伴之以褶皱构造。 印支运动在滨海地区表现明显，钻井资料和外围露头区资料均揭示出下一中侏罗统与下 伏地层的角度不整合，也发现轴向n en n e 、n w 和近e w 向的褶皱构造和走向与之平行的逆断 层，其中渤海湾地区北西部的褶皱和逆断层以n e n n e 向为主，南东部以n w 向为主。 燕山期断陷早期发育阶段：燕山运动在渤海湾地区表现强烈，侏罗一白垩纪该地区经历 了三个成盆期和三次构造反转。三个成盆期是早一中侏罗世、晚侏罗世一早白垩世和晚白垩世， 三次构造反转是中侏罗世末期的燕山运动i i 幕、早自垩世末期燕山运动幕、晚白垩末期的 燕山运动v 幕。另外，早侏罗世末期的燕山运动i 幕和晚侏罗世末期的燕山运动i i i 幕在部分 地区也有一定的表现。济阳坳陷侏罗自垩系的分布受断裂的控制，存在丁断层的f 降盘，加 之沉积建造特征，均说明它们是裂陷作用的结果。与此同时侏罗自垩系中还存在着逆冲断层 和褶皱构造，它们是挤压作用的产物。上述现象说明燕山运动表现为伸展断陷和挤压褶皱交 替发生，早中侏罗世坊子期为伸展裂陷期，坊子期末发生挤压褶皱作用，中晚侏罗世和早白 垩世再次发生伸展裂陷作用，早白垩世末再次挤压褶皱。燕山运动对古生界和太占界的改造 主要表现为断块掀斜，属于潜山构造的早期发育阶段，高部位遭受剥蚀，结果造成上古生界 大面积缺失，下占生界局部缺失和人面积减薄，太古界局部剥蚀减薄。 济阳坳陷中、下侏罗统河湖相含煤碎屑岩在沾化凹陷东部、车镇凹陷东部和义和庄凸起 东部分布较普遍，厚度4 0 0 5 0 0 米。在东营凹陷钻井揭示为零星分布，惠民凹陷钻井揭示少， 分布情况不清。由于桩海地区处于济刚旋扭构造的外旋构造，形成较为宽阔的背向斜，所以 中、下侏罗统总体地层分布广泛，厚度大。 晚侏罗世一早白垩世，华北板块东部受滨太平洋构造域，形成了众多的断陷盆地。这是 郯庐断裂表现为走滑拉张作用，在走滑活动的控制下，分支断层间块体逃逸产生北东向走滑 拉分盆地群。郯庐断裂西侧，由于块体的旋转产生走滑拉分盆地。在华h l h h , 部及辽西地区发 育以北东一北北东向为主的盆地，主要是大陆内部裂陷作用的结果，部分也有基底走滑作用 的影响。在华北南部仍基本上受造山带的约束，发育东西向盆地，其性质可能与造山后塌陷 有关。在燕山运动的中期，发生了强烈伸展作用( 表4 3 ，表4 4 ) ，致使甲期逆断层负 巾田地质科学院硕士学位论文 反转形成n w 向断陷盆地。 济阳坳陷及邻区晚侏罗一早自垩世充填了一套红色碎屑岩及安山岩建造，厚度可达 2 0 0 0 米，但岩性厚度变化很大，推断为近源的、半地堑盆地沉积。济阳坳陷发育了三十多 余条基底断裂，其中北两向断裂占半数，如埕南断层东段、孤两断层、罗西断层、陈南断层 东段及石村断层等。另外，在鲁西露头区、紧邻郯庐断裂两侧存在多条北西向断层，结合重、 磁力资料，推断在东营和惠民凹陷存在2 3 条北前向基底断裂，它们在新生代少有活动且位 于深层，因而常规的地震勘探方法可能不易发现。 早白垩世晚期一晚白垩世，郯庐断裂的表现为左行平移活动，燕山运动末期在济阳坳陷 表现出强烈的挤压特征。本区钻井揭示的压性构造有桩西地区桩古2 9 井逆断层。根据地震资 料利地质综合分析，埕岛地区中、古生界存在明显的开阔向斜，也可能存在多条北北西逆断 层。在车西地区中、古生界存在明显的北北西向圆褶皱并有多条逆冲断层伴生，在惠民凹陷 曲堤镇地区三维地震资料清晰地反映山中、古生界也存在逆冲断层。从以上资料，并结合邻 区地质资料认为济阳坳陷中、古生界的压性构造是普遍存在的。从已经发现的压性构造看， 褶皱卷入地层均为前第三系，褶皱变形终止于t r 反射界面，桩占2 9 井揭示下古生界碳酸盐岩 叠复于中生代火山岩之中，这些都说明上述压性构造形成于中生代末。就平面分布而言，它 们基本上都呈北北两走向，且自车西地区至4 埕岛地区由北北两向逐渐偏转为近南北向，同时 变形强度也有由弱变强的趋势，冈而认为这些北北西一近南北向压性构造的产生与郯庐断裂 的左行平移活动有关。在1 5 9 6 线的东侧发育有逆断层，这是受郯庐断裂的影响所致。 甲第三纪断陷发育阶段：早第三纪是渤海湾盆地的主要伸展裂陷期，众多的伸展断层强 烈活动。济阳坳陷主要断裂均切割基底，属于基底断裂，他们大多继承了早期的断裂构造， 或形成于古近纪，多以正断层性质为主。桩海地区处于郯庐断裂和北京一蓬莱断裂的交汇处， 是重要的走滑伸展构造区，其伸展量较大。 新近纪和第四纪坳陷作用阶段：新近纪和第四纪属于渤海湾盆地的后裂陷期，断裂活动 虽然减弱，但n w 向北京蓬莱断裂带仍十分活跃。该断裂与发育成熟、连通性好的郯庐 断裂带明显不同，它主要有由南口一孙河、海河、沙南、埕北等1 0 余条n w 向断裂断续分布 而成“1 。新近纪以来他还是北华北盆地主要的活动沉降带，沿此带仍然斜列分布有武清、 歧口和渤海二大沉降中心，新近纪和第四纪厚度均超过3 0 0 0 m 。地壳发生均衡调节，差异升 降明显。所以，古近纪形成的中生界、古生界和太古界滞山被平稳下陷，迸一步埋深。 4 9 ! 里些堕型兰壁 堡主兰篁堡兰 图4 - 21 5 9 6 测线构造复原剖面图 中国地质科学院 硕上学位论文 图4 - 31 7 8 3 测线构造复原剖面图 5 l 中国地质科学院硕上学位论文 第三节莱州湾地区盆地构造演化特征 3 1 莱州湾地区的地层分布特征： 据钻井、结合层序地层分析表明盆地内新生界河、湖相沉积砂泥岩剖面，从老到新依次 有下第三系始新统孔店组一沙四段、沙三段，渐新统沙二段、沙一段、东营组，上第三系馆 陶、明化镇组和第四系平原组，累计最大厚度7 0 0 0 余米( 如图4 4 、表4 5 ) 。其间区域 性构造变动界面有两个：一个是上、下第三系之间的角度不整合；第二个是渐新统沙二段与 r 伏始新统之间的微角度不整台或假整合。 图4 5 莱州湾地区地质剖面示意图 孔j 占组之孔三段：为一套中基性喷发岩。岩性主要为灰黑、灰绿、暗紫色及杂色玄武岩、 安山玄武岩，夹多层砂岩和泥岩，喷发岩最多达2 0 余层，每层厚度不等，该套地层缺乏 化石，层位暂定为孔三段，顶部地震反射层定为t r 。 孔店组之孔二段：岩性以暗色泥岩为主，夹有砂岩及碳质泥岩、油页岩。孔二下为深灰 色厚层泥岩，夹簿层泥质粉砂岩及泥质灰岩，砂岩不发育。孔二中为深灰色泥岩，向上部渐 变为砂、泥岩互层，砂岩较发育，局部分布有黑色泥岩、碳质泥岩及薄煤层。孔二上以灰色 泥岩为主，夹薄层砂岩。底部有一组碳质泥岩、油页岩集中段，分布稳定，是较好的地层对 比标志，也是良好的地震反射层( t s ) 。 孔店组之孔一段：岩性为棕红、紫红色砂泥岩，自下而上由粗变细，砂岩为泥质、灰质、 钙质和白云质胶结，与下伏孔二段为连续沉积。按岩性和电性特征，可分为下、中、上三个 亚段。孔一f 砂岩段，主要岩性为紫红、棕红及棕绿色泥岩与浅灰色砂岩互层。孔一中砂泥 岩段，为红色泥岩夹浅灰色砂岩，砂岩较孔一下明显减少，砂岩以长石砂岩为主，孔隙式、 孔隙一基底式胶结。孔一上泥岩段，岩性为红色泥岩夹少量薄层灰绿色粉砂岩及泥质粉砂岩， 孔一段主要化石有介形虫潍县湖花介( l i m n o c y t h e r e w e i x i a n e n s i s ) 、牛山金星介( e u c y p r i s 5 2 中国地质科学院 硕士学位论文 n i u s h a n e n s i s ) 、美星介( c y p r i n o t u s ) 等化石组合，轮藻有潜江扁球轮藻 ( w y r o g o n a q i a n j i a n g i c a ) 、匏状轮藻等。 河街组沙四段：该段地层岩性为一套灰、灰绿色泥岩、粉砂岩及砂岩，夹有少量石灰岩 和油页岩。所见化石：介形虫有光滑南星介( a u s t r o c y p r i s l e v i s ) 、金星介( g y p r 2 5 ) 、沼泽 拟星介( c y p r o i s p a l u s t r i s ) 等。孢粉化石中蕨类占1 l o ，有凤尾蕨属、金毛泡属、裂 叶蕨属等；裸子类占1 7 5 2 ，有松属、杉科、麻黄属等；被子类占5 0 8 0 ，有栎 属、榆属。地层电阻曲线显示低值，呈锯齿状，油页岩、灰质岩部分呈尖峰状高阻，自然电 位负异常明显，呈指状或筒状。沙四段属剥蚀残留地层，与下伏孔一段为连续沉积。 表4 5 渤海湾盆地沉积一构造演化序列表 年龄 构造应力 地层序列厚度m沉积相构造演化序列构造发育特征 m a 场方向 新构造 第四系 l t62 0 6 4 6 0 运动阶 区域性热沉降，形成大 n e e s w w 冲积平原 段构造反转 型碟状坳陷盆地，沉积 向挤压 相，河流沼沉降中心向渤中地区 新近e 新统 明化镇组1 0 9 7 1 7 0 0 泽相 断坳阶 迁移，断裂伸展活动减 纪 中新统 馆陶组 7 6 0 段 弱，走滑活动增强 n n e s s w 2 3构造反转引张 东 东一段 边界断层活动性减弱， 失去对沉积盆地的控 渐新统营 东二段 3 0 0 - - 1 2 0 0河流沼泽相 制作用，碟形祝降明 组 东三段 显，上超现象多见 3 0 构造反转 沙一段 1 0 0 - - 3 7 0 断陷盆地边界断裂强 湖盆相 强烈断烈伸展活动，形成东西 沙二段1 5 0 2 7 0 陷阶段 分带、南北分块的构造 沙 格局n w o s e 向 古近 河 纪 始新统犁式正断层、断块翘倾引张 界 组 沙三段 3 2 0 1 0 0 0深断陷湖盆 运动占据主导地位，形 成典型的盆岭构造格 局， 沙四段3 0 p 1 0 0 0膏盐沉积 正断裂活动强烈，主要 4 5 构造反转 扎孔一段 裂陷早发生在盆地边缘地区；n w - s e 向 古新统 店 孔二段 4 0 0 - 1 5 0 0闭塞湖盆期阶段断块翘倾、旋转活动小引张 组 孔三段 5 6 明显， 馆陶组：主要岩性为灰绿、灰白色砂岩、含砾砂岩夹棕红、灰绿色泥岩。该组地层缺乏 化石。电性特征为低电阻，自然电位负异常幅度大，呈指状或箱状，与下伏地层为4 ；整合接 中国地质科学院钡+ 学位论文 触。 明化镇组：主要岩性为棕黄、棕红色砂岩、含砾砂岩夹薄层灰白色泥岩，胶结疏松，成 岩性差，与下伏馆陶组为假整合接触。 第四系：岩性为浅棕黄色砂、砾及粘土层，与f 伏明化镇组为不整合接触。 3 2 伸展量讨论： 应用平衡剖面技术对莱州湾地区两条剖面进行了平衡复原，并计算了伸展量及伸展率 ( 如表4 5 、表4 6 ) 。由表4 5 、表4 6 可以看出整个莱州湾地区的总体伸展量不是很 人，1 4 8 测线的伸展量( e ) 为6 6 k m ，9 9 8 测线的伸展量( e ) 仅为5 5 7 k m 。从伸展率看1 4 8 测线仅为0 0 5 6 ，而9 9 8 测线仅为0 0 8 3 。从两条测线的不同的反射层的伸展率来看整体 处丁递进的伸展过程，整个莱州湾地区是以伸展作用变形为主存在两个最人的伸展期，即孔 店组到沙四段沉积时期，另一个沉积时期是沙三段到沙二段沉积时期。从伸展因子也可以看 出这两个时期是莱州湾地区活动频繁的地区。 表4 - 51 4 8 测线i 、e 、0 统计表 时期i k me b n + q o 10 0 0 0 81 0 0 0 8 e do 70 0 0 5 91 0 0 5 9 e s 2 十3 1 2o o l1 o l e s 4 4 60 0 3 91 0 3 9 表4 69 9 8 测线i 、e 、b 统计表 时期 i k me b n + q 0 0 7 0 0 0 0 91 0 0 0 9 n g o 0 60 0 0 0 81 0 0 0 8 e d0 3 40 0 0 4 81 0 0 4 8 e s 2 十3 2 1 20 0 3 21 0 3 2 e s 4 2 90 0 4 41 0 4 4 3 3 莱州湾地区的构造演化特征 根据平衡剖面原理及其考虑闪素，在2 d m o v e 软件平台技术下制作穿过郯 庐断裂的两条地震偏移后的剖面进行了构造复原( 如图4 6 、图4 7 ) 。 孔店一沙四段裂陷阶段：该阶段渤海湾盆地处于裂陷的早期，断裂活动显著，但沉积范 围和沉积速率相对较小，沉积区沿主要断裂带分布，面积较小；断块活动样式以旋转、非旋 中国地质科学院硕士学位论文 转半地堑、走滑地堑为主“。该裂陷阶段显著特征是沿郯庐断裂带发生巨厚的基性火山岩喷 发，在辽河凹陷，火山岩最大厚度达1 2 0 0 m ，在潍北凹陷中，玄武岩层中夹薄层深灰色、黑 色泥岩、碳质泥岩，反映火山活动时的湖泊与沼泽环境。火山喷发的同时，盆地在逐渐下沉， 当火山活动结束后，盆地基本格架已经形成。 沙河街期拉张断陷阶段：沙三一沙二段沉积时期，渤海湾盆地进入了强烈断陷活动和大 幅度沉降发育阶段，气候湿润，是渤海湾断陷盆地主力烃源岩形成时期。大规模的火山活动 结束后，盆地继续r 沉，由于沉积物充填速度远小于r 沉速度，环境由浅湖向半深湖和深湖 发展，在玄武岩底上沉积了灰至深灰色泥岩、粉沙质泥岩、碳质泥岩夹泥质岩。该时期断块 活动样式以滚动半地堑和复式半地堑为特征。至沙二段末期，局部地区发生构造抬升，可能 存在一次构造反转事件至东营组沉积时期，伸展变形显著减弱，但沉积范围继续扩大，而 沉积速率显著减小，断裂走滑活动明显增强。 沙河街期末走滑挤压作用：由于吕邑一大店断裂义发生了走滑挤压作用，在区域性抬升 剥蚀的基础上，沿该断裂发生走滑挤压作用。 新近纪断坳发展阶段：盆地进入新进纪，受渤海湾盆区域构造影响，莱州湾地区表现为 整体坳陷。沉积范围扩展到整个断陷区和隆起区，并向四周山区超覆，形成了馆陶组和明化 镇组冲积平原相和湖沼相沉积盆地。断裂活动主要发生在渤海湾伸展构造区，活动样式也发 生显著变化，断裂伸展活动减弱，而走滑活动显著增强，表现为北部地区的馆陶组地层被剥 蚀，基性火山岩喷发普遍，但不完全受断陷盆地的控制，主要沿郯庐断裂带两侧和太行山重 力梯度带两侧分布。 5 5 ! 叟些堕型堂堕 堡主兰垒笙奎 图4 61 4 8 测线构造复原剖面围 中国地质科学院颅十学位论文 图4 79 9 8 测线构造复原剖面图 中国地质科学院 , 项 十学位论文 结 论 平衡剖面技术是现代地学领域的一项重大成就， 它在构造地质、 石油地质与勘探以及盆 地模拟应用方面， 己 被国内外地质学家和勘探学家作为一种模型解释的 重要工具， 为 研究构 造演化提供了很好的方法。 1 、受郊庐断裂构造活动的影响，莱州湾地区经历裂陷、 伸展断陷、 坳陷 沉积三个发展 阶段。 莱州湾地区是受北东向邦庐两支所挟持的走滑盆地， 由南向北具有南断北超、下 第三 系地层逐渐变新、上第三系地层逐渐加厚。孔店一 沙河街组时期是该地区活动最为强烈的时 期，东营组末期伸展断陷活动平缓，整体接受沉积，形成现今的盆地地貌。 z