渤海湾地区中西部中生代构造特征及演化.docx

渤海湾地区中西部中生代构造特征及演化李洪革杜旭东(中国石油天然气集团公司物探局 ,涿州 072751)(中油测井公司 ,北京 100043)陆克政漆家福(石油大学地球科学系 ,北京 102200)摘要 :应用周边露头资料 、盆内钻井资料及地球物理资料 , 以板块构造理论为基础 , 以构造演化阶段论和活动论为指导 ,采用构造解析法对渤海湾地区中西部中生代各期构造变形场 、构造应力场及沉积盆地进行了研究 。研究结 果表明 ,渤海湾盆地中西部中生界可划分为 4 个构造层 :印支期构造层 、燕山早期构造层 、燕山中期构造层及燕山晚 期构造层 。成盆期主要经历了早中三叠世大型陆内坳陷盆地 、早中侏罗世河湖沼相中小型坳陷盆地 、晚侏罗世 早 白垩世陆内小型裂陷盆地及晚白垩世隆起背景上形成的小型坳陷盆地等 。造山期经历了印支晚期 ( t3 ) 准造山作用 、 燕山早期 ( j2 末) 强烈造山作用及燕山晚期 ( k2 ) 准造山作用 3 个演化阶段 。中生代构造样式以挤压褶皱 、逆冲构造及 张性正断裂为主 ,其次发育横向调节构造 。燕山运动早期对本区作用最大 , 奠定了本区北北东向的构造体系 。中生 代构造演化型式与欧亚板块东部的伊佐奈畸板块的相对运动方式密切相关 。关键词 :渤海湾盆地 ;中生代 ;成盆期 ;造山期 ;构造特征 ;构造演化中图分类号 : t e 111. 2文献标识码 : a要分布在北京地区 、武清地区 、临清地区及黄骅中南部 ,岩性为一套砂砾岩 、砂岩与泥岩互层夹煤线及煤 层 ,残厚约数百米 。研究区地层概况渤海湾地区中西部包括冀中坳陷 、沧县隆起 、黄 骅坳陷及临清坳陷等构造单元 ,面积约 12 104 k m 2 。 该区地震勘探及钻探程度较高 ,但主要是针对下第三 系 ,而中生界勘探程度相对很低 。研究区内黄骅地区及临清地区中生代地层发育 , 其它地区 ,如北京凹陷 、武清凹陷 、里坦凹陷及石家庄 凹陷也有分布 。以上所有地区的上覆地层均为下第 三系 ;下伏地层均为二叠系上统 。在地层划分及区域地层对比的基础上 , 建立了该区中生代地层系统 ( 见 表 1) 。1侏罗系上统 白垩系下统 ( j 3 - k1 )残存的侏罗系上统 白垩系下统主要分布在北京地区 、武清地区 、黄骅地区中北部 、石家庄地区及临清地区等 。分 布广泛 ,厚度变化大 ,沉积建造类型多样 , 盆地分割性 强 。上侏罗统沉积建造有两大类 :一类以北京地区及 石家庄地区为代表的火山岩及火山碎屑岩 ; 一类以临 清地区为代表的红色碎屑岩 , 火山岩不发育 , 下白垩 统以典型的断陷湖盆沉积建造为特征 。白垩系上统 ( k2)残存的白垩系上统主要分布三叠系中下统 ( t1 - 2)残存的三叠系中下统主在武清地区 、石家庄地区及临清丘县地区 , 以红色碎屑岩建造为主 ,局部地区有火山岩夹层 。总之 ,除临清地区中生界发育齐全外 , 其它地区 各套层系纵向叠置及空间分布不均 。这反映了中生 代构造运动频繁 , 空间强度不一 , 对中生代各期盆地要分布在武清地区 、文安地区 、里坦地区 、黄骅中南部及临清地区等 , 以紫红色砂泥岩建造为主 , 最大残厚 约 1000 m 左右 。目前 ,本区未发现上三叠统 。侏罗系中下统 ( j1 - 2 )残存的侏罗系中下统主收稿日期 :1998 206 203作者简介 :李洪革 (1967 ) , 男 (汉族) , 河北新城人 , 工程师 , 硕士 , 主要从事盆地构造研究 。2 石油大学学报 (自然科学版)1999 年 6 月改造强烈 。中生代沉积建造类型复杂多样 , 盆地具有复杂结构的岩石地层序列 ,反映该区为弱成盆的构造环境 。表 1渤海湾地区中西部中生代地层系统及建造类型泥岩相碎夹火岩建造为面式隆升或微褶特征 。地震反射为强振幅高中频平行反射结构 , 席状外形 , 盆地边缘呈收敛现象 。本 期为中生代重要成煤期 。盆地类型为河湖沼相中小型坳陷盆地 ,空间分布受印支期古构造控制 , 呈北东 向斜列型展布 ,包括北京盆地 、葛渔城盆地 、黄骅南盆 地及临清盆地等 ( 图 1) 。早中侏罗世为中生代相对 平静期 ,为弱拉张成盆环境 。构造特征及盆地类型据本区各沉积建造层间接触关系 、构造变形场特 征及地球物理场特征 , 将中生代分为 4 个构造层 :印 支期构造层 、燕山早期构造层 、燕山中期构造层及燕2山晚期构造层 。并可相应分为 4 次成盆期 , 即t1 - 2 ,j1 - 2 , j 3 - k1 及 k2 。构造层是盆地不同演化阶段的产物 。2. 1 印支期构造特征及盆地类型印支期包括中下三叠统 ,与下伏上古生界呈整合 接触 ,实质上与古生界合为一套构造层 。该构造层残厚近千米 ,岩性岩相变化不大 。地震反射为一套弱振 幅中频层状反射结构 ,席状外形 。该期沉积盆地继承了晚古生代构造格局 , 构造变形及岩浆活动弱 , 为大 型陆内坳陷型盆地 , 其成盆机制是在陆缘造山的同 时 ,陆内压陷作用成盆 。在印支晚期 ,本区在区域隆起背景上形成了北东 向展布的宽缓的大型复背斜与复向斜 。其动力背景为郯庐断裂的左旋平移 ,使本区受到北西 南东方向 的挤压分力作用 。与此同时 ,在华北西部形成晚三叠 世前陆盆地 ,两种作用相互影响 , 在本区表现为一种陆内准造山作用 。2. 2 燕山早期构造特征及盆地类型燕山早期包括中下侏罗统 ,与下伏构造层呈假整 合或微角度不整合接触 。反映印支运动在本区表现图 1 渤海湾地区中西部早中侏罗世沉积分布1 北京盆地 ;2 葛渔城盆地 ;3 黄骅南盆地 ;4 临清盆地地 区北京地区武清地区里坦地区石家庄地区临清地区黄骅中南部黄骅中北部白 垩 系上 统上统绝色砂 泥岩无极组红色粗 碎屑岩上 统红色砂下 统夏庄组 芦尚坟组 坨里组 辛庄组河湖相碎 屑岩建造下统河湖相碎 屑岩夹火 山岩建造下统湖盆碎屑 岩夹火山 岩建造丘 城 组河湖相 碎屑岩 夹火山 岩建造下统河湖 屑岩 山岩建造侏 罗 系上 统东岭台组髫髻组火山岩及 火山碎屑 岩建造上统火山岩及 粗碎屑岩 建造临 西 组上统中 统窑坡组含煤碎屑 岩建造中下统含煤碎屑 岩建造中下统(局部)煤系地层?暗色砂泥 岩建造中下 统暗色砂泥三 叠 系上 统中 统二马营组红色 、黄 色砂泥岩 建造红色 、黄色 砂泥岩建造红色 、黄色 砂泥岩建造红色 、黄色 砂泥岩建造下 统和尚沟刘家沟3第 23 卷 第 3 期李洪革等 :渤海湾地区中西部中生代构造特征及演化燕山早期构造变形主要是中侏罗世末燕山运动作用的结果 。北北东向展布的挤压褶皱及逆冲构造大量 发育 ,已发现的有对冲构造 、单冲型逆冲构造 、断展褶皱 、断弯褶皱等 (图 2) , 如沧西逆冲断裂系 、青县褶皱 及逆冲断裂系和黄骅坳陷南部深层逆冲构造等 。同时 ,北西西向横向调节断裂也发育 (图 2) 。因此 ,本期 主应力场为北西西 南东东向不对称挤压 , 表现为强烈的陆内造山作用 (图 3) 。4) 。其成盆机制为俯冲背景下的裂陷作用 。图 3 渤海湾地区中西部燕山早期构造纲要图 4 渤海湾地区中西部晚侏罗 早白垩世沉积分布1 北京盆地 ;2 武清盆地 ;3 黄骅盆地4 石家庄盆地 ;5 临清盆地燕山中期表现为强烈的岩浆活动及张性正断裂发育 ,中 、小型张性正断裂起着控盆的作用 。因此 , 该 期以成盆作用为主 ,形成了众多的断裂控制的小型裂 陷型盆地 , 如石家庄盆地 。早白垩世末发生燕山运动 ,结束了盆地的发育 ,进入盆地萎缩期 (图 5) 。2. 4 燕山晚期构造特征及盆地类型燕山晚期包括上白垩统 ,与下伏地层为角度不整 合接触 。晚白垩世为中生代盆地萎缩期 , 仅在隆起背 景上发育了小型坳陷型盆地 , 包括石家庄盆地 、临清图 2 渤海湾地区中西部中生代构造样式2. 3燕山中期构造特征及盆地类型燕山期包括上侏罗统与下白垩统 ,与下伏不同时 代的地层呈角度不整合接触 ,说明燕山早期末的构造 运动最强烈 。该构造层地震反射呈楔状外形 。本期为中生代重要成盆期 , 由于火山活动及断裂活动强 烈 ,形成了北北东向展布的裂陷型盆地 , 如北京盆地 、 石家庄盆地 、武清盆地 、黄骅盆地及临清盆地等 ( 图4 石油大学学报 (自然科学版)1999 年 6 月盆地及武清盆地等 。燕山晚期表现为弱成盆与准造山作用同步进行 。郯庐断裂的走滑作用使本区继续 隆升剥蚀 ,晚白垩世发生燕山运动 , 使本区进入新的 构造演化阶段 。海西运动的特点 ,本区受到近北南向挤压应力场远端效应的影响 ,构造变形相对较弱 。晚三叠世主要受郯 庐断裂作用影响 , 为准造山作用阶段 , 发育了大型的 复背斜与复向斜 。晚三叠世末的印支运动加剧了这种变形作用 ,见图 6 ( a) , ( b) 。图 5 渤海湾地区中西部燕山中期构造纲要图综上所述 ,中生代不同构造演化阶段发育不同性质的沉积盆地 , 多期异类盆地相互转化与叠置 , 形成 了中生代复杂的盆地叠置关系 。中生代构造变形期 次明显 ,构造样式类型丰富 。燕山早期以收缩构造为 主 ;燕山中期以伸展构造和强烈的火山活动为主 ; 燕 山晚期以隆起为主 。由太行 埕宁等北西向平衡剖 面可见 ,中生代构造变形以收缩构造为主 , 地壳收缩 率平均为 6. 7 % ,而伸展率很低 , 约 0. 62 % 。因此 , 这 与中生代裂陷型盆地规模小 、不发育的结论是一致 的 。图 6 渤海湾地区中西部中生代构造演化模式进入燕山期 ,华北地区东侧是太平洋的伊佐奈崎板块 ( iz anaqi) 。这些板块相对于华北地区的运动方 式 (俯冲 、平移等) 、运动方向及运动速率等 , 成为引起 华北地区东部各种构造活动 (伸展 、挤压 、走滑 、隆升 、 沉降及岩浆作用等) 的主要原因 。侏罗及白垩纪早 期 ,中国东部普遍受到其东部的伊佐奈崎板块活动的 影响5 。燕山早期伊佐奈崎板块朝北西西方向挤压 , 使中国东部与印度 塔里木等地块发生较大的逆时 针转动 。它们的相对构造旋转角在整个侏罗纪时期 达 1335之多 。燕山期 , 华北地区以北西西 南东 东最大主应力方向为特征的应力场 , 显然与伊佐奈崎 板块向我国东部挤压作用有关 , 见图 6 ( c) 。早中侏 罗世 ,为中生代相对平静期 , 在弱拉张环境下形成中 小型坳陷盆地 。中侏罗世末的燕山运动为强烈的造 山作用阶段 ,使本区发育了大量的挤压褶皱及逆冲构中生代构造演化及成因机制本区前中生代构造演化经历了太古代到早元古 代的基底形成阶段 、中晚元古代裂陷槽发育阶段及古 生代克拉通盆地发育阶段 , 为古亚州构造域演化阶 段 。新生代则为滨太平洋构造域演化阶段 , 发育了众 多的断坳型盆地 ;而中生代则处于古亚洲构造域向滨 太平洋构造域转化和调整阶段 。早中三叠世 ,华北地区继承了晚古生代的构造格 局 ,发育了大型陆内坳陷盆地 , 渤海湾中西部则位于 该盆地东北部 。中三叠世末发生的印支运动继承了35 第 23 卷 第 3 期李洪革等 :渤海湾地区中西部中生代构造特征及演化造 。燕山中期 ,伊佐奈崎板块由南东东 北西西向强烈俯冲于中国东部 , 因而造成该区构造线为北北东 向 ,见图 6 ( d) 。晚侏罗 早白垩世为陆内裂陷作用成薄 ,因而造成了两个中生代盆地油气富集程度的显著差异 。同时 ,新生代构造运动对中生代盆地有强烈的 肢解作用 ,破坏了中生代稳定的自身含油气系统 。但 中生代两期不同性质的盆地发育了两类不同性质的 烃源岩 :一套为中下侏罗统煤系地层 , 一套为下白垩统湖相暗色泥岩 。同时上侏罗统储层较发育 , 如果后 期保存条件较好 , 也能形成一定规模的油气藏 。因 此 ,在渤海湾深层油气勘探中 , 古生界与中生界同时 兼顾 ,不可偏一 。盆期 ,同时断裂与岩浆活动强烈 。早白垩世末的燕山运动结束了本期盆地的发育 。燕山晚期 , 伊佐奈崎板 块俯冲消失 ,华北东部与太平洋板块接触 , 太平洋板块主要向北或向北北西向俯冲 ,与华北的走滑边界或弱活动边界接触 ,因而使得华北地区在该期构造活动 减弱 ,并以隆起为主 , 见图 6 ( e) 。晚白垩世为弱成盆与准造山共同作用阶段 ,在隆起背景上形成了小型坳陷盆地 。晚白垩世末发生燕山运动 , 本区持续隆升 , 并形成角度不整合 。而后进入喜山期的伸展强烈成 盆演化阶段 。纵观渤海湾地区中生代前后构造演化过程 , 大致 经历了断 坳 隆三个旋回的演化期 ,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 。结论5(1) 中生代沉积建造复杂 , 总体以粗碎屑红色建造为主 ,并发育强烈的火山活动 。虽然目前层位划分 仍存在分歧 ,但可以肯定的是本区缺乏大套的泥质河 湖相建造 。(2) 本区中生代可划分为 4 个构造层和相应的成 盆期 ,构造活动频繁 ,盆地范围均有限 ,且相互叠加 。 (3) 早期受印支运动影响 ,晚期燕山运动强烈 , 中 生代构造样式丰富 , 但纵横向上缺乏层次性 , 与中国西部挤压区有别 。中生代构造演化与油气藏关系古生界 (包括中上元古界) 具有多套生储盖组合 , 具备形成原生油气藏的条件 ,但中新生代构造运动对 其强烈的改造 ,增加了原生油气勘探的复杂程度 。综 合中新生代构造运动