渤海湾盆地区燕山期构造特征与盆地转型

以各种地震资料的分析解释、构造解析为基础,对燕山期渤海湾盆地区构造特征与盆地转型过程进行了研究.结果表明:燕山早期渤海湾盆地区以挤压褶皱及逆冲断裂发育为主,在太行山以东、盐山-歧口-兰聊断裂以西地区主要展布方向为NE和NNE向,整体具有西强东弱的特征,在盐山-歧口-兰聊断裂以东的济阳坳陷区,以NW(W)向的逆冲断层发育为主;燕山中期研究区以伸展构造发育为主,在太行山以东、盐山-歧口-兰聊断裂带以西地区断层展布方向主要为N(N)E向,盐山-歧口-兰聊断裂带以东、郯庐断裂带以西、张家口-蓬莱断裂带以南地区主要发育NW(W)向负反转断层,张家口-蓬莱断裂带以北地区以N(N)E向断裂发育为主;燕山晚期以正反转断层及新生逆冲断层发育为主.燕山期渤海湾盆地区发生了三次重要的盆地转型,燕山早期由印支期的挤压隆升剥蚀转型为山间坳陷盆地,燕山中期由山间坳陷转型为强烈的陆内断陷盆地,燕山晚期由陆内断陷盆地转为隆起区遭受剥蚀.区域构造背景的转变是燕山期渤海湾盆地区转型的主控因素,不同构造期盆地的叠加改造造成了研究区前第三系油气地质条件的复杂性和多样性.     

华北渤海湾盆地大震的构造特征

渤海湾盆地是地震活动强烈的地区，记载有7级以上大地震6次。前人对几次大震的具体构造条件已做过大量研究。笔者基于已有的工作，通过对盆地构造发育早第三纪断陷和晚第三纪以来拗陷两个阶段的不同构造后性和区域地震构造格局的分析，以及大震区构造的剖析，综合研究了大震的构造特征。其中最根本的是，盆地发育的断陷阶段因北西—南东向水平拉张作用，于地壳上部形成了由北北东—北东向太行山山前断裂带等大型拆离断裂拉张滑脱控制的伸展断裂系统；拗陷阶段受北东东—南西西向水平挤压，正发育着一套地壳共轭剪切破裂系统。前者与地震关系不大，后者对地震孕育和发生有着重要的控制作用。     

渤海湾盆地构造成因观点剖析

目前有关渤海湾盆地构造形成机制的解释主要有两种：伸展＋走滑观点和伸展＋拉分观点。这些观点从现有的断层成因模式或应力分析原理出发,强调多种应力方式或多期构造应力场的作用,动力学机制的解释比较复杂。研究表明,盆地边界几何条件（包括裂陷边界几何形态,边界断层的剖面几何形态及性质）和裂陷伸展方向是决定裂陷盆地伸展构造形成特征的关键因素,而砂箱模拟介研究裂陷盆地构造形成过程和机制的重要方法。     

燕山典型盆地充填序列及迁移特征: 对中生代构造转折的响应

燕山地区中生代典型盆地充填序列可以划归为4个阶段, 反映了岩石圈从挠曲(T₃)、挠曲并伴随弱的裂陷(J₁₊₂)、构造转换(J₃)到裂陷(K)为主的区域构造演化. 除第一阶段外, 其他3个阶段均是以火山岩或火山碎屑岩的发育开始, 以厚层粗碎屑岩或砾岩的产出结束, 反映了盆地构造演化的旋回性, 各阶段盆地应力体制具有较为规律的从张性到压性的变化, 但并非单一的裂陷(谷)旋回机制所能解释. 根据充填序列、古流配置和沉积体系重塑原型盆地, 结果表明在晚侏罗世燕山地区主要盆地走向和控盆构造线方向已发生了从EW向到NE向的明显变化, 但盆地群却呈东西向带状分布特征, 直到早白垩世区域控盆构造线方向才转为NNE向.     

燕山地区中生代盆地演化及构造体制

燕山地区中生代盆地经历了重要的构造变革, 由前晚三叠世台缘克拉通盆地转变为晚三叠世至晚侏罗世挠曲盆地, 进而再次转变为晚侏罗世晚期至早白垩世裂谷盆地. 晚三叠世和晚侏罗世响应两次板内强变形作用, 分别沿逆冲带边缘沉积了杏石口组和土城子组粗碎屑冲积体系; 早白垩世受转换伸展断层控制, 盆地充填以扇三角洲-湖泊体系为主. 晚三叠世挠曲盆地的沉积碎屑成分反映了源区元古界和太古界地层的剥露过程; 而晚侏罗世挠曲盆地则反映了源区受早期沉积覆盖的火山碎屑岩的剥蚀及其基底岩石的剥露过程. 原型盆地再造结果显示, 早侏罗世至晚侏罗世早期盆地展布具有向近北东东向和近东西向迁移的趋势; 早白垩世盆地呈北北东向横跨于前期盆地之上. 两期盆地分别受控于不同的构造体制.     

渤海湾盆地济阳坳陷滑脱构造研究

通过地震剖面、钻井资料和油田开发资料对渤海湾盆地济阳坳陷地层、构造变形和岩石物性进行研究.结果表明,渤海湾盆地济阳坳陷南缘和东北部存在滑脱构造,滑脱构造主要沿古生界／太古宇不整合面、石炭系／奥陶系假整合面发育,在古生界内部和新生界也有显示.滑脱构造面是一个断层破碎带,发育碎裂岩和褶皱.构造破碎带附近古生界（石炭系）底部和太古宇（奥陶系）顶部出现破碎带,表现为高孔隙度、高渗透率带.视滑动构造强度的不同古生界底部地层可能出现缺失或重复,后者在地震剖面中表现为反射时间明显增大,相应发育滑脱褶皱、堆垛背斜.由于与油气形成的时间相匹配,滑脱构造为潜山油气的储集和运移提供了有效的储集空间和运移通道,是潜山性油气藏形成的重要条件.     

冀东地区燕山中段北西向构造带: 构造属性及其年代学

冀东地区燕山中段北西向构造带由北西向展布的逆冲断层系统、伸展断裂系、走滑断裂及伴生同构造沉积组成. 基底卷入、指向北东的主要逆冲作用发生于174 ~168 Ma之间, 随即发生了花岗质岩浆侵入活动. 伴随着逆冲后伸展构造作用, 在晚侏罗世-早白垩世晚期, 沿该带南西侧发育了北西向分布的土城子组、张家口组、义县组、九佛堂组等火山-沉积地层. 由于主要伸展断层的倾向位移量具有向东南方向逐渐增大的趋势, 因此, 火山活动和沉积作用显示出向东南方向南积作用迁移的特征. 九佛堂组沉积晚期及其以后, 北侧原物源区又发生向南西的逆冲作用, 在盆地东北缘逆冲断层下盘的九佛堂组地层形成了倒向南西的不对称向斜. 最后, 沿北西向构造带还发生了右行走滑运动. 该构造带醒目的地貌-构造表现以及频繁的地震活动表明, 在新生代以来它仍然具有很高的构造活动性. 该构造带在空间上与地质、地球物理研究所揭示的基底断裂构造基本吻合, 因此, 其中生代构造活动可以看作是在有利的区域构造应力作用下基底构造活化的结果. 这种基底构造活化可能是板内变形和板内造山作用的重要机制之一.     

渤海湾盆地新生代构造变形机制: 物理模拟和讨论

渤海湾盆地是中国东北部新生代含油气盆地, 并与欧亚板块东缘一些中-新生代盆地之间存在着显著的几何学与运动学相似性, 但其形成机制至今仍存很大争议. 作者以位于渤海湾盆地中部的黄骅坳陷为原形, 设计了4组不同伸展方向的平面砂箱模型. 实验结果表明, 只有南-北向伸展模型与实际构造之间具有良好的相似性, 同时这一模型表明裂陷盆地中断层走向的复杂变化并不一定就是复杂运动学机制或多期变形的结果. 通过实验结果与实际构造的对比分析, 以及根据黄骅坳陷与渤海湾盆地之间高度的构造相似性特征, 作者提出: 渤海湾盆地是由南-北向伸展作用而形成, 盆地北北东向边界断裂的走滑变形是南-北向伸展作用的结果, 在南-北向伸展过程中起侧向转换作用. 同时根据渤海湾盆地与欧亚板块东缘一些中-新生代盆地之间显著的几何学与运动学相似性, 研究认为: (1) “南-北向伸展模式”可为渤海湾盆地以及欧亚板块东缘一些相邻盆地的形成提供较好的运动学机制解释; (2) 南-北向伸展作用可能是太平洋-库拉板块之间近东-西向扩张洋脊俯冲所形成的“板片窗”的效应. 这一“板片窗”效应同时可以合理解释欧亚板块东缘盆地初始裂陷时代自东向西逐渐变新的趋势以及盆地从裂陷逐渐转化为热沉降状态的现象.     

燕山构造带西段千家店盆地生长构造与生长地层

Izanagi板块在晚中生代向NW前进式俯冲于欧亚板块东部之下,诱发形成了燕山构造带一系列挤压构造,然而构造的具体形成时间以及弥散分布于燕山构造带的山间盆地的控盆构造属性、构造活动与沉积作用之间的相互关系依然存在着较大的争议.本文基于对北京北部千家店盆地上侏罗统-下白垩统土城子组的沉积作用、物源及盆缘、盆内构造的精细研究,认为:千家店盆地西缘发育断展褶皱型生长构造与生长地层,土城子组第二段顶部和第三段地层在盆地西缘生长,它们受控于翼部旋转模式的断展褶皱作用;千家店盆地内发育的两条小型逆冲断层,均表现为盆地基底下马岭组逆冲于土城子组地层之上,可能控制了断弯褶皱型生长地层的发育;盆地"源-汇"过程分析表明,尚义-平泉断裂上盘基底地层为千家店盆地晚侏罗世-早白垩世早期地层的主要物源区;断展褶皱型生长地层底界面处火山岩获得的最年轻的一组锆石206Pb/238U加权平均年龄为(140.8±2.4)Ma,它可能代表了断展褶皱型生长构造活动的起始时间.千家店盆地断展褶皱型生长构造和生长地层的发现,证明了千家店盆地早白垩世早期是受控于褶皱-逆冲作用的山间挠曲盆地.近E-W向的尚义-平泉断裂与NE向的千家店逆冲断层和盆内的两条逆冲断层可能构成一个统一的右行走滑式逆冲构造系统,共同控制了千家店盆地土城子组的沉积,其构造作用可能与侏罗纪至早白垩世初Izanagi板块向NW的前进式平板俯冲有关.     

渤海湾盆地新生代以来构造-热演化模拟研究

渤海湾盆地是华北最大的新生代裂谷盆地,具有最完整的新生代地层记录,是研究盆地演化的理想区域.本文基于二维多期拉张模型,对渤海湾盆地内9条地震解释剖面进行新生代构造-热演化模拟,以揭示盆地拉张强度及热演化的时空差异性,为探讨盆地演化的地球动力学机制提供依据.研究结果表明：渤海湾盆地各坳陷新生代期间的总拉张系数为1.28~2.39,渤中坳陷和辽东湾坳陷的总拉张系数最大,而辽河坳陷和临清坳陷的拉张系数最小.盆地基底热流在古近纪中、晚期达到峰值71~100 mW·m^-2,之后逐渐降低至现今.盆地西部热流峰期出现的时间早于东部.由盆地拉张系数和基底热流的研究结果得出,渤海湾盆地新生代的拉张有着自西向东,自南向北的迁移,与沉积、沉降中心的迁移方向一致.太平洋板片新生代期间的幕式向东后撤可能是造成渤海湾盆地幕式拉张及拉张中心向东迁移的主要动力学机制.

     

The control of syndepositional faulting on the Eogene sedimentary basin fills of the Dongying and Zhanhua sags, Bohai Bay Basin

CopyrightbyScienceinChinaPress2004Theconfigurationandpredictionofdepositionalsystemsinasedimentarybasinhavelongbeenoneofthemajortasksofbasinanalysisandsedimentarygeologicalresearch.Intermsofsequencestratigraphy,originallyestablishedinstudyoftectonicallytablecontinentalmargins,thesealevelchangehasbeenusedtoeffectivelyinterpretandpredictthedistributionandevolutionofdepositionalsystemsinthesebasins[1,2].Butintectonicallyactivebasins,tectonismmaycontrolpredominatelythearchitectureandevolutionofth…     

渤海湾盆地北西盆山边界地区泊松比分布

泊松比做为了解地球内部介质一个非常重要的参数,在地震学上可以通过P波和S波速度的比值来确定.利用远震P波波形记录中包含的壳-幔速度间断面的Ps转换波及其多次反射/转换波信息,采用在地壳厚度－波速比平面上对接收函数转换波能量的叠加搜索方法,可以测定台站下方区域内地壳的平均厚度和泊松比.我们对渤海湾盆地北西盆山边界地区68个宽频带台站近两年的远震记录资料进行了处理研究,得到了该区域的地壳厚度以及泊松比分布.结果表明,渤海湾盆地北西盆山边界的泊松比值分布横向变化复杂, 山区侧与盆地侧存在明显差异;山区侧泊松比值分布相对均匀,盆地侧变化剧烈,但存在小区域范围内(100～200km)的一致性,与地表出露岩石的对比表明:形成渤海湾盆地的新生代伸展作用在下地壳深度有明显的响应,从地震学上获得的泊松比分布对于了解该地区地壳物质组成可起到很好的约束作用.     

利用接收函数研究渤海湾盆地沉积层结构

对布设于渤海湾盆地地区的70个台站2006年9月—2009年9月记录到的895个远震数据进行接收函数计算,发现位于沉积层上的台站记录的接收函数震相较为复杂,由沉积层基底的转换波、多次波及莫霍面转换波、多次波共同构成,且随着沉积层厚度的增加,沉积层基底转换波、多次波与莫霍面转换波、多次波震相相互叠加,使之无法分辨出莫霍面转换波及多次波到时.为此,本文利用相邻算法对沉积层模型进行搜索, 以获取与实际波形误差最小的波形相对应的模型,即台站下方的沉积层结构.结果显示：① 渤海湾盆地由NNE向展布的坳陷带与隆起带组成,冀中坳陷带的沉积层厚度为3—6 km, 坳陷带内沿NE-NNE向分布着带状凹陷带与凸起带相间的次级构造,而且其东侧靠近沧县隆起区的凹陷带沉积层基底埋深最大,体现了渤海湾盆地基底受正断层控制而形成的半地堑(地堑)-半地垒(地垒)构造;② 隆起带的波速比v_P/v_S大于坳陷带的波速比,推测与隆起带下第三系地层的缺失有关, 坳陷带内高波速比地区与地热田的分布相对应, 说明沉积层内高温环境下波速比较高;③ 隆起带内的S波平均速度较坳陷带内的S波平均速度小,且冀中坳陷带内沉积层较厚地区对应的S波平均速度比其它地区更大, 说明渤海湾地区沉积层厚度与沉积层内的S波平均速度成反比关系,推测与下第三系地层的厚度有关,且下第三系地层越厚的地区,S波平均速度越大.以上结果表明,利用接收函数研究的结果与通过地质、地热等方面的研究结果存在着良好的对应关系.     

Seismic tomography of the crust and upper mantle in the Bohai Bay Basin and its adjacent regions

In the Bohai Bay Basin and its adjacent regions(112°―124°E,34°―42°N),there exists abundant gas-petroleum while modern inter-plate seismic activity is robust.Although the tectonic structure of this region is very complicated,plenty of geological,geophysical and geochemical data and results are obtained through previous researches.On the basis of absorbing previous results,especially various kinds of geological and geophysical results,we collect and process the arrival time of P-wave phases of local events and tele-seismic events recorded by the station within this region from 1978 to 2004,build the responding initial model,and image the velocity structure of the crust and upper mantle of this region via tomography.The perturbation images of various depths and velocity profiles imply that the velocity structure of the crust and upper mantle in the Bohai Bay Basin and its adjacent regions is mainly influenced by the surface tectonic units,and is characterized by "Stripped along east-west,and zoned along south-north";some large-scaled faults penetrate Moho and lithosphere,and provide the channels for the basic lava or hot mass upwelling from the mantle.     

A detailed receiver function image of the sedimentary structure in the Bohai Bay Basin

If the site at which receiver functions are constructed is filled by sediments, then the waveforms from these receiver functions are dominantly controlled by the sedimentary structures within the first few seconds after the direct P arrival. Based on this observation, waveform data collected at 44 temporary seismic stations have been used to image the sedimentary structure of the Bohai Bay Basin, a major continental petroliferous basin in Eastern China. An adapted hybrid global waveform inversion method was applied to the receiver functions to extract structural information beneath each of the stations. The derived S-velocity structure provides for the first time, a basin-scale seismic image of detailed sedimentary stratification. The sedimentary cover of the basin is about 2-12 km thick, consisting of Cenozoic, Mesozoic, and Paleozoic strata from top to bottom. The structural features presented in the S-velocity image coincide quite well with the depression-uplift type of tectonic system in the Bohai Bay Basin. The reconstructed morphology of the sedimentary layers provides seismological evidence for the two-stage evolution of the intracontinental basin that were caused by an intensive tectonic regime transition in late Mesozoic immediately following the lithospheric reforming of the Eastern China continent.     

渤海湾盆地黄骅坳陷应力场的三维数值模拟分析

采用有限元方法模拟了渤海湾盆地黄骅坳陷的现今应力场特征.模型的构建主要基于黄骅坳陷精细三维地震数据体,包括了七个主要层序底面及近真实的断层产状.根据模拟结果,对比已知油气藏的分布位置和断裂的展布方向,定量分析了黄骅坳陷第一主应力、第三主应力、应力强度以及主应力方向的分布特征,并探讨了影响黄骅坳陷构造特征的主要因素.据此,得出以下认识:1)通过改变模型的边界条件发现,在右旋剪切作用下模型中压性应力场低值区的分布特征及主应力方向分别与黄骅坳陷中已知油藏的分布及断裂展布方向具有较好的对应关系.2)黄骅坳陷内构造样式及其构造应力场方向自北向南存在一定的差异,而造成这种差异的原因与地形的变化、沧东断层空间形态的变化、断层组合样式的变化以及滑脱面的变化密切相关.     

渤海湾盆地新生代拉张中心迁移的热-流变机制

在区域拉张应力作用下, 岩石圈拉张减薄, 减薄的中心地带成为拉张中心, 渤海湾盆地新生代期间拉张中心具有自西向东、自南向北的迁移规律.为了探究渤海湾盆地新生代期间拉张中心的迁移与岩石圈热-流变结构的关系, 本文在构造-热演化模拟的基础上, 对渤海湾盆地各坳陷新生代岩石圈热-流变结构进行了计算.结果表明: 渤海湾盆地新生代岩石圈拉张中心的迁移主要受岩石圈流变强度的非均匀性所控制.拉张中心开始位于岩石圈强度最低的济阳坳陷, 拉张及伴随的的热冷却过程使得济阳坳陷岩石圈强度增大, 并且超过了渤中坳陷岩石圈强度, 因此, 沙四段时期, 拉张中心迁移到了渤中坳陷; 沙三段时期, 拉张中心迁移到了黄骅以及辽东湾坳陷.这是由于拉张速度较慢时(对于约90 km厚度的岩石圈而言, 如果初始地壳厚度＞34 km, 拉张速度0.5 cm·a^-1), 拉张初期会造成岩石圈强度的降低, 但随着拉张的持续进行, 岩石圈整体强度反而增加.孔店组时期, 在岩石圈强度较大的冀中及临清坳陷形成拉张中心可能是叠加了其他地质因素(如前期构造、断裂活动、远程应力等)的影响.东营组时期, 在岩石圈强度较大的渤中坳陷形成拉张中心, 这可能是该时期岩石圈强度同时受到了郯庐断裂带的活动或小规模的地幔对流的影响, 导致其实际强度比模拟计算的强度更低, 因而使得应变集中在渤中以及辽东湾坳陷.

     

渤海湾盆地冀中坳陷现今地热特征

渤海湾盆地冀中坳陷是我国最典型的潜山油气藏富集区.本文借助117口钻井地层测温资料和45块实测岩石热导率数据系统研究了冀中坳陷现今地温梯度、大地热流、热岩石圈厚度、岩石圈热结构等地热特征参数.研究表明,冀中坳陷0~3000 m统一深度现今地温梯度为20.8~41.0℃·km-1,平均值为31.6℃·km-1,比未校正值减小1~3℃·km-1;现今大地热流介于48.7~79.7 mW·m-2,平均值为59.2 mW·m-2.平面上,冀中坳陷现今地温梯度和热流由西向东(从盆地边缘向内部)逐渐增大,并且凸起区地温梯度和热流相对较高,而凹陷区则偏低,与基底地形起伏具有很好的对应关系.同时,冀中坳陷腹部高热流凸起区广泛分布地热田.冀中坳陷现今热岩石圈厚度为98~109 km,其岩石圈热结构为一典型的"冷壳热幔"型.本研究不仅对冀中坳陷油气勘探与地热能开发具有重要的指导意义,而且为深部岩石圈研究(华北克拉通破坏科学问题)提供了新依据.