济阳坳陷的形成与演化

济阳坳陷的形成与演化

济阳盆地是中国东部渤海盆地的一个大型断裂带，也是中国第二个天然气产量区。由于受多期构造运动的影响与力学机制的演变,产生了众多类型的断裂构造样式和被断层切割的无数个大小断块。因其内部断块复杂,所以研究其构造演化特征对指导盆地内油气勘探具有重要意义。前人对济阳坳陷的形成与演化已经做了大量的工作,但对其成盆机制却众说不一。本文试图运用板块运动的基本思想,从华北板块的变化以及郯庐断裂、鲁西隆起和渤海湾盆地对济阳坳陷的综合影响,并结合地幔的“波动说”,来讨论济阳坳陷的演化特征。1级负向构造单元济阳坳陷位于山东省东北,渤海湾西南部,属渤海湾盆地西南隅,是渤海湾盆地内为埕宁隆起和鲁西隆起所挟持的向西收敛向东撒开的、近东西走向的一个一级负向构造单元,是渤海湾复式块断盆地的一部分,为一典型的“北断南超”箕状断陷盆地(图1)。其北部以埕宁隆起为界,与黄骅盆地相邻;南部是鲁西隆起区;东临渤海,西与临清块断盆地相连。济阳坳陷东西长约240km,东部最宽处约130km,分布面积约26000km2。坳陷内部义和庄凸起、陈家庄凸起、无棣凸起、滨县凸起、青陀子凸起、广饶凸起又将其分为车镇凹陷、惠民凹陷、沾化凹陷和东营凹陷四个凹陷带(图1)。2济阳坳陷形成机制盆地的形成和演化与板块运动有密不可分的关系。可以说中国陆相盆地的形成和演化是古生代以来板块运动的必然产物。济阳坳陷属于渤海湾盆地的一部分,所以研究其演化特征必须要了解渤海湾盆地的形成机制;而且由于其位于华北地块,其形成和演化与该地块密切相关;同时中国东部著名的深大断裂——郯庐断裂对济阳坳陷的形成也起着至关重要的作用。本文在前人大量工作的基础上,试图分阶段对济阳坳陷的形成及构造演化特征作进一步的研究和探讨。2.1早古生代构造格局的改变华北板块经阜平运动地壳已基本固结,早元古代末的吕梁运动结束了华北板块的形成时期,形成了统一稳定的古中国板块。古生代,华北板块以总体升降运动为主,这是事实。但应该看到,华北板块北缘则是长期处于不断裂解、不断闭合、陆壳不断增生的过程,而华北板块的东南边缘从晚前震旦纪至志留纪,则经历了大陆裂谷、被动大陆边缘以及闭合造山等多阶段的板块构造演化。这些大陆边缘的构造运动势必对整个华北板块有一定的影响。通过对济阳坳陷大量的地震测线资料统计,作出的济阳坳陷东部早古生代剥蚀状态分布图可以看出(图2-a):在早古生代,区内明显分布三条近东西向的条带状和一舌状的隆起后剥蚀区;从分布状态看,可以判断此时一定有来自南北向的挤压力才导致这些地区局部隆起,而后遭受剥蚀,这与华北板块两缘此时的活动密不可分。而到晚古生代(图2-b),剥蚀区向南明显扩大。这说明海西中晚期,古亚洲洋和古秦岭洋的俯冲产生对华北板块的挤压力,导致板块内部构造格局的改变。从济阳坳陷西部485.3测线的构造发育图(图3)可以看出,古生代地壳在总体上以升降运动为主。在早古生代,由于全区地壳抬升,使本区缺失下奥陶统和志留系,而石炭系、二叠系则几乎全区可见;但这些地层并非均一分布,仔细观察可以看出:古生代时这些地层在南部和北部以及中间部位明显减薄,说明此时这些地区必然经过抬升隆起而遭受过剥蚀。以上这些都证明了这一事实:古生代华北板块总体上以升降运动为主,但由于两缘的多期构造演化,其开合作用造成了华北内部地壳较弱的挤压变形。2.2济阳出口地下断裂带主要矛盾的演化中生代早、中时期的印支运动阶段,太平洋板块向西俯冲,引起扬子板块向北俯冲,与华北板块相碰撞,导致了大别山-秦岭褶皱带的崛起和鲁西南隆起区的形成,以及晚古生代末-印支运动阶段济阳坳陷古生代地层的部分剥蚀(图2-b);同时,由于扬子板块与华北板块间的南北向挤压与碰撞,引起了中朝地块东、西两部分的不均匀缩短,遂造成走向NNE的郯庐断裂带及其大规模走向滑动。据前人研究,济阳坳陷与郯庐断裂具有统一的应力场。由于郯庐断裂地处欧亚板块的东南部,中生代以来即受到东面的各大洋板块的俯冲挤压,又受到南面的冈瓦纳大陆裂解后印度-澳大利亚等板块碰撞、挤压的影响,致使断裂带活动性质一再变化。万天丰认为,三叠纪(尤其是它的中晚期,距今230～208Ma)是郯庐断裂左行走滑的主要阶段,区域最大主应力方向为近南北向。济阳坳陷位于郯庐断裂的西盘,在左行走滑的过程中,西盘相对向南移动,这就必然对具有古老结晶变质岩的鲁西隆起造成强大的拖曳力,使基底近东西向的断裂复活,沿其断裂面向南西滑移,使济阳坳陷产生强烈褶皱及逆断层的生成。到了燕山时期,郯庐断裂带呈现正断层兼右行走滑,济阳坳陷则进入断陷期,产生大量新断层,旧断层重新复活,使得正断层继承性发育,部分逆断层转化为正断层(图4)。从图3-b,c和图5可以看出,济阳坳陷到了中生代已初具雏形。控制济阳坳陷的区域性大断层在中生代发育,坳陷内已经呈现出“此起彼伏”的块断构造格局,并由于地幔底辟,伴随有中基性火山活动。从图3可知,中生代不但形成大量区域性大断层,而且济阳坳陷内部的次一级凹陷和凸起也开始发育,北面和南面隆起区继续遭受剥蚀,而缺失中生代地层。2.3断裂拉张阶段新生代以来,西太平洋板块由早期的NW向转为向西俯冲于亚欧大陆板块之下,所产生的弧后拉张效应使渤海湾盆地产生巨大的拉伸应力场,同时郯庐断裂中段强烈拉张,这些共同的作用导致了渤海湾大型断陷盆地的形成。具体说来,由于印度板块对欧亚板块的碰撞,华北板块受到南西向的挤压应力,使华北板块向东逃逸,并沿着古生代就已存在的燕辽太行中条断裂带发生右行张剪运动,沧县隆起从太行山隆起分离形成渤海湾盆地西部的走滑构造带;因此,新生代各板块间综合协调运动的结果使渤海湾盆地在东部走滑构造带和西部走滑构造带的右行走滑作用下形成拉分盆地,由于边界的走滑运动导致了盆地内部的拉张断陷。进入新生代,由于本区所属的渤海湾盆地进入断裂拉张阶段,所以济阳坳陷进入强烈发育期。从图3可以看出,新生代坳陷继承性发育,原有的断层在原来的基础上进一步发育;与此同时,由于断裂拉张作用的影响而形成大量新的拉张性正断层(图6),断层纵横交错,似网状,相互连通。这些新断层的出现,使得坳陷内三级构造单元形成;但是,仅仅拉张运动不足以形成当今坳(凹)陷与隆(凸)起相间的局面。前人往往单独从地质力学或波动学的观点来解释济阳坳陷的形成,往往有不尽人意的地方。笔者认为,这两种观点是相辅相成的,也就是说济阳坳陷的形成是两者相互作用的结果。新生代是渤海湾盆地的成盆期,但据研究表明渤海湾盆地的沉降带是变化的,而且有一定的规律性(图7)。在整个大的区域构造背景下,沉降带表现从早到晚为从周边向中心迁移,由西向东,由南向北最后集中到渤海海域。而且各个坳陷的构造迁移性也相当明显,从图7中可以看出,济阳坳陷的构造迁移性,从早到晚表现为由南向北的波动迁移。这种现象表明,渤海湾盆地在拉伸应力场中成盆后,有进一步来自深层的力导致了其内部构造的变化。这可以用张一伟的“波动说”来解释。新生代,由于太平洋板块向欧亚板块俯冲、印度板块向北推挤碰撞,使扬子古板块与华北古板块间产生汇聚后挤压,从而导致了渤海湾地区地幔热均衡被破坏,地幔的热对流受到干扰产生隆起;而在地幔柱之上的地壳则产生断陷,一旦地幔柱的热散失之后就会冷凝收缩,但此时板块活动及相互间的作用并未停止,地幔热平衡再一次被破坏便又产生另一地幔隆起高点,再一次隆起的高点已不在原高点处,于是断陷就由南向北发展。正是由于地幔柱由南向北迁移才导致了上部地壳层不同级别(一级、二级)波状运动,从而形成了济阳拗陷北断南超的箕状结构(图1-b),地幔柱波浪式迁移的波形与它引起的地壳波状迁移呈镜向关系。这是济阳坳陷成盆“波动说”的一个很好的证据。这样,在板块运动形成了盆地大体框架后,经过地幔波状运动的内部改造便形成了当今四凹六凸的局面(图1-a),即车镇凹陷、沾化凹陷、惠民凹陷、东营凹陷和义和庄凸起、陈家庄凸起、无棣凸起、滨县凸起、青陀子凸起、广饶凸起,真正形成了“北断南超”的箕状断陷盆地。3断裂拉张运动的构造背景济阳坳陷由于地处渤海湾盆地、华北板块,在形成过程中又受到中国东部著名的深大断裂——郯庐断裂的影响,而郯庐断裂本身又是多期变化、极不稳定的深大断裂,所以,济阳坳陷的形成是复杂而受多种因素影响的。古生代华北板块总体上以升降运动为主,但由于两缘的多期构造演化,其开合作用造成了华北内部地壳较弱的挤压变形;中生代是济阳坳陷的裂前拱起挤压变形-初始