(1)完善了古近系的劃分和對比標誌,劃分出五個構造層。
按照露頭資料和覆蓋資料相結合的原則,從巖石地層學、生物地層學、測井地層學、地震地層學和綜合定量地層學等方面完善了前古近系的劃分和對比標誌,劃分了構造層,明確了各構造層的剩余分布。
1.巖石和古生物的痕跡
基於巖石地層學方法和生物地層學的主要進展,系統地確定了華北古近系的標準化石和巖石標誌層(圖7-1),全面反映了目前華北古近系的研究成果,為沈積建造研究提供了依據。此外,針對盆地覆蓋區域,本次研究還註重了地層的地震反射和測井曲線響應特征,最終確定了每套地層劃分的綜合標誌。
圖7-1華北東部古近紀化石和巖石標誌層
2.沈積建造序列和沈積間斷標誌
沈積建造和沈積間斷是古近紀沈積構造環境及其演化的綜合物質記錄。因此,在新資料的基礎上,確定了華北古近系沈積建造序列和沈積間斷面標誌,明確了華北古近系多旋回和多沈積間斷面的特征。
中生代-新元古代為局限海相富鎂碳酸鹽巖夾碎屑巖,頂部缺失震旦系;下寒武統-中奧陶統是壹套以臺地碳酸鹽巖為主的沈積建造。上奧陶統-下石炭統缺失;上石炭統-中三疊統為海陸碎屑沈積建造,缺失上三疊統。侏羅紀和白堊紀是以陸相碎屑巖為主的沈積建造。上述沈積建造之間存在許多區域性沈積間斷,綜合反映了華北古近紀盆地演化的階段性。
3.地層結構的地震響應標誌
地震反射的截斷和超定位關系反映了盆地覆蓋區的構造變化,是確定古近系不整合接觸關系和構造層劃分的依據之壹。華北東部盆地古近系主要有兩種類型:假整合和不整合。假整合接觸關系主要出現在新元古代與寒武系、寒武-奧陶系和石炭-二疊紀之間,不整合主要出現在中新元古代與新太古代之間和中、新生代內部。
4.對於中生代“啞層”,建立了多重地層劃分方法。
針對華北東部中生代“啞地層”,采用“巖石古生物分層、測井旋回段細分、古地磁測年(無古生物)”的多重地層劃分方法,實現全區地層劃分對比,明確中上侏羅統與上侏羅統-下白堊統之間存在區域不整合。
根據上述指標,將華北古近系劃分為五個構造層(圖7-2):構造層1(基底)、構造層2(中元古代)、構造層3(寒武紀-奧陶紀)、構造層4(石炭紀-中三疊世)、構造層5(侏羅紀-白堊紀)。這反映了華北盆地構造發展的階段,是各階段盆地性質和演化分析的基礎。
圖7-2華北盆地東部構造地層劃分
1—白雲石;2-石灰巖;3-頁巖;4—泥巖;5-砂巖;6—礫質復雜砂巖;7-聯合企業;8-基性火山巖;9-中基性火山巖;10—凝灰巖;11-火山巖;12-杏仁玄武巖;13-安山巖玄武巖;14—片麻巖
各構造層殘留厚度變化較大,主要受原始沈積和後期構造改造控制。第二構造層(中-新元古代)受沈積和侵蝕影響,分布於廖燕古海槽,殘留面積20×104 km2以上。最大沈降中心厚6000 ~ 8000 m,分布在薊縣、淩源和壹條河,向兩側變薄。其中厚度大於1000m的面積大於13x104km2。第三構造層(寒武-奧陶系)剩余厚度為1,000 ~ 1,200m,其分布主要受斷裂和剝蝕控制。中新生代斷陷盆地剩余厚度較大,總體上南厚北薄,呈東西兩個高值區和東北兩個低值區交替出現。第四構造層(石炭系-中三疊系)石炭系-二疊系剩余厚度800 ~ 1200m,其分布受斷裂和剝蝕控制,分布在兩個東北高值區,最厚的位於冀中南皮坳陷、臨清地區和渤中、遼東地區。下-中三疊統的產狀與石炭-二疊系相似,但僅零星分布於研究區西部,殘余厚度可達2000m·m,殘余厚度中心在西南部的臨清和黃驊坳陷。在第五構造層(侏羅系-白堊系),中、下侏羅統殘留地層的分布主要受沈積凹陷控制,研究區中南部沈積凹陷東南厚,北西向廣泛殘留。其他區域無沈積或零星分布;上侏羅統-白堊系在研究區西部北東向零星分布,在北西向零星分布於中部,在北東向零星分布於東北部,厚度變化較大,達3000~4000m m
(2)點、線、面結合恢復了盆地的構造演化。
根據渤海灣盆地周邊15露頭的野外觀察和該區約200條地震剖面的詳細解剖分析,明確了中生代以來發育了擠壓、張性、走滑和反轉等多種構造樣式,解釋了中生代以來構造體系的多次轉換特征。擠壓構造主要形成於印支期和燕山ⅴ期,伸展構造主要形成於燕山ⅲ期和ⅳ期及新生代早期,走滑構造主要形成於燕山ⅲ期和新生代,兩期反轉主要形成於燕山ⅱ期和新生代早期。選取了25條地震測線進行平衡剖面分析,計算了古構造期的伸展指數,較好地反映了研究區的構造發育、演化過程和區域應力場特征。分析表明,前中生代以整體升降為特征;中生代以來,總體表現為上三疊統擠壓、中上侏羅統相對穩定、上侏羅統-下白堊統伸展、上白堊統擠壓、古近系-第四紀伸展的構造過程,但不同地區的構造運動方式存在差異。特別是中生代第三幕燕山以來的構造活動,控制了不同地塊強烈的各向異性。
根據前中生代盆地和中生代盆地,采用不同的原型盆地恢復方法,恢復不同時期的原始沈積厚度。根據盆地的幾何學分析,進壹步探討了不同時期盆地邊緣斷裂和內部斷裂的運動學特征及其對華北東部盆地的控制作用,並根據盆山耦合、繼承與再生、整體與統壹的原則,確定了華北東部古近系盆地的演化序列。
1.裂谷克拉通盆地(Pt2+3)
克拉通盆地的形成與盆地內或盆地周圍裂谷的發育有關。呂梁運動將華北鞏固為壹個不平衡的克拉通;中元古代以來,南北分別為齊秦和興安盟。它經歷了分裂、擴散和蕭條階段。底部為富含震積巖、滑塌和濁積巖沈積的陸相碎屑巖和火山巖,上部為碳酸鹽巖和蒸發巖沈積,分布有限,厚度巨大。在華北北部,沈積中心穩定分布在薊縣和淩源,沈積厚度向西北和東南兩側呈階梯狀變薄,新元古代沈積中心略有偏移。華北南部以碎屑巖為主,但豫西、陜南、中條山底部可見壹套火山巖,新元古代沈積中心有向東擴展的趨勢。通過盆地對比,烴源巖主要形成於坳陷階段,薊縣系和青白口系具有良好的烴源巖形成構造條件。
2.被動大陸邊緣克拉通盆地()
克拉通盆地的形成與盆地邊緣被動大陸邊緣的發育有關,表現為海平面上升引起的海岸上升流(由南向北、由北向南、由東向西)和碳酸鹽緩坡向臺地的轉化。它的沈積環境是開闊的海洋。底部為碎屑巖和碳酸鹽巖,含陸源碎屑,頂部為碳酸鹽巖,不含陸源碎屑。盆地北部和南部具有典型被動大陸邊緣的層序特征。沈積和沈降的中心在盆地的邊緣。在此期間,烴源巖主要分布在華北盆地的北部和南部邊緣,位於寒武系底部。
3.活動大陸邊緣克拉通盆地()
克拉通盆地的形成與盆地邊緣活動大陸邊緣的發育有關,表現為懷遠運動引起的盆地邊緣海平面下降(偶有全球海平面上升引起的海侵),碳酸鹽臺地向緩坡轉化。其沈積環境為孤立海,蒸發巖沈積從邊緣向中心遷移,沈積沈降中心在盆地中心。這壹時期烴源巖主要發育在華北盆地中部,烴源巖主要分布在峰峰組和上馬家溝組,後期盆地的局限性增強。
4.會聚克拉通盆地(C3-T1+2)
克拉通盆地的形成與盆地邊緣的會聚有關,表現為盆地邊緣邊緣相的發育、盆地內部寬闊平坦的隆起區和外海受海平面變化控制的沈積。其沈積環境是壹種邊緣海,盆地內部表現為向上變淺,陸相沈積不斷向盆地邊緣遷移。這壹時期烴源巖主要分布在華北盆地中部,發育在本溪組、太原組和山西組的間歇性海侵過程中。
5.陸內撓曲斷陷盆地(J+K)
盆地的形成與統壹大陸的形成有關,其特點是板內盆地發育,具有強烈的分裂性,沈積和構造環境多變。其沈積環境為河流相和湖泊相,沈積和沈降中心經常在板塊內遷移,且經常不重疊。中、下侏羅統為撓曲盆地,上侏羅統-下白堊統為斷陷盆地。盆地沈降的主要動力機制是擠壓撓曲和巖石圈拆沈。烴源巖的富集主要與當地構造條件和古氣候特征有關,其中下白堊統具有良好的生烴潛力。
板塊構造演化的普遍性和華北盆地演化的特殊性決定了它呈現壹個完整的克拉通盆地演化旋回。華北克拉通盆地屬性的確定對華北古近系油氣勘探具有重要的指導意義。
(3)確定三大構造區及其殘留地層的分布。
根據斷裂分布、活動特征和構造樣式分析,結合殘留地層分布特征,將渤海灣盆地劃分為太行山以東、燕山-歧口-新港-蘭考-聊城斷裂帶以西(ⅰ型構造帶)、燕山-歧口-新港-蘭考-聊城斷裂帶以東、郯廬斷裂帶以西(ⅱ型構造帶)和張家口-蓬萊走滑斷裂帶以北。
ⅰ型構造區主要以NE向構造繼承性發育為特征,殘余地層呈NE向分布,殘余厚度中心在東南部。ⅱ類構造區北西向和北東向構造相幹疊加,殘余地層呈北西向分布,殘余厚度中心在東部。ⅲ類構造區NE向走滑構造連續發育,殘余地層呈NE向分布,殘余厚度中心在南部。
(4)提出並劃分多旋回盆地中、新生代疊加構造單元。
根據渤海灣盆地作為典型的“中國盆地”的特點,提出了“疊加構造單元”的概念。在綜合考慮中、新生代盆地的基礎上,劃分出6個疊加構造單元,即連續沈降型(ⅰ)、中間沈降型(ⅱ1)、中間沈降型(ⅱ2)、中間沈降型(ⅲ)、中間沈降型(ⅱ4)和連續隆起型(ⅲ)(圖7-3)。
ⅰ型構造區:主要由中、新生代繼承性疊加的ⅰ、ⅲ、ⅱ 2、ⅱ 4型構造單元組成;ⅱ型構造區:中、新生代相幹疊加,發育ⅰ型、ⅱ 1型和ⅱ 2型疊加構造單元;ⅲ型構造區:走滑帶繼承性疊加,ⅱ2、ⅱ3、ⅲ疊加構造單元。
疊加構造單元不僅反映了不同構造單元構造演化史的差異,還反映了不同構造單元古近系熱演化史的差異,可能是原生油氣聚集的重要控制因素。從殘留地層和烴源巖的埋藏史來看,認為中期恢復新沈降型(ⅱ2)最有利於原生油氣藏的形成,其次是繼承性沈降型(ⅰ)和中期剝離新沈降型(ⅱ4)。因此,疊加構造單元可作為戰略選區烴源巖、儲蓋組合及成藏研究的主線。
圖7-3華北東部中、新生代疊加構造單元平面分區圖