济阳坳陷构造演化研究

济阳坳陷构造演化研究

对期次及构造层划分的认识济阳凹陷是中国东部重要的石油和天然气产区。对其构造成因类型、构造期次及构造层划分的深刻认识对于指导该盆地油气勘探有重要的现实意义。关于该坳陷构造运动特点、构造期次和构造层的划分,前人做了大量研究工作,但是不同学者观点不同,笔者在总结前人的基础上提出了自己的观点。1“北南断南超”柳状断陷盆地济阳坳陷位于渤海湾的西南部,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,为一典型的“北断南超”箕状断陷盆地(图1)。坳陷内的义和庄凸起、陈家庄凸起、无棣凸起、滨县凸起、青陀子凸起、广饶凸起等又将其分为车镇、惠民、沾化和东营四个凹陷带。2济阳坳陷成因的因素分析济阳坳陷由于地处渤海湾盆地、华北板块,在形成过程中受到中国东部多期变化、极不稳定的深大断裂——郯庐断裂的影响,所以,济阳坳陷的形成是复杂而受多种因素影响的。2.1以构造山为因,加速了区域构造格局的改变古生代,华北板块以总体升降运动为主,其北缘则长期处于不断裂解、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。大陆边缘的构造运动势必对整个华北板块有一定的影响。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。王颖认为在早古生代,由于全区地壳抬升,使该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。其开合作用造成了华北内部地壳的挤压变形。2.2断裂北西向滑动的古生界凹陷晚三叠世,华北板块受到挤压整体抬升遭受剥蚀,使济阳地区三叠系剥蚀殆尽。而且济阳坳陷位于郯庐断裂的西盘,在左行走滑的影响下,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,导致济阳坳陷产生强烈褶皱及逆断层的生成;尤其是坳陷东部的滨海地区,受到北东方向的水平挤压,古生界褶皱变形,形成“两隆三凹”北西走向的压性构造带。燕山运动一幕的张裂运动使济阳地区原北西向逆断层反转为正断层,并沉积了下、中侏罗统。在中生界太平洋板块向西俯冲的作用下,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。大陆板块俯冲,导致济阳坳陷发生了剧烈的燕山运动二幕,断裂负反转特征更加明显,形成了一系列北西向负反转断层和负反转褶皱,造成现今剖面,即古生界向洼中减薄以及断层下降盘地层厚度小于上升盘残留厚度,呈“薄底型”或“秃底型”的褶皱形态。这一阶段断裂带呈现正断层兼右行走滑,济阳坳陷进入断陷期。2.3拉张加强作用的稳定性新生代,由于西太平洋板块与亚欧板块的碰撞使渤海湾盆地趋于拉张,此时郯庐断裂强烈的拉张,共同作用导致了济阳坳陷盆地的形成。新生代坳陷继承性发育,原有的断层进一步发育;与此同时,由于断裂拉张作用的影响而形成大量新的拉张正断层,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。在整个大的区域构造背景作用下,沉降带表现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,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。这种现象也可以用张一伟的“波动说”来解释。3济阳坳陷压性构造期次济阳坳陷经历了多期构造运动,前人对其构造运动期次作了详细的研究,大的构造运动期次分法基本相同,但在燕山运动幕的划分和特征上还有一定的分歧:王毅、戴俊生、陈洁等认为,在燕山运动Ⅱ幕时,济阳坳陷处于挤压应力态发育压性构造,而以中国石油地质志(卷六)、常国贞、杨品荣等认为燕山运动Ⅱ幕为继承燕山运动I幕的张裂运动,产生负反转断裂。杨品荣还认为喜山运动期存在多期正反转构造,与大多数认为喜山运动期为长期负反转的观点不一致。中国石油地质志(卷六)把济阳坳陷构造期次划分为前寒武纪运动期、加里东—海西运动期一印支运动期、燕山运动期和喜玛拉雅运动期。以此为基础,笔者综合其他资料,将加里东—海西—印支运动期分成加里东—海西和印支运动两期。3.1主客观构造动构造动济阳坳陷及其周围的最老地层为太古界泰山群,经泰山运动,以强烈的褶皱和断裂变动为特征,形成华北地台的基底,构造呈北西西或近东西向。泰山运动是该区最早的构造运动期,形成前震旦纪地层和寒武系之间的角度不整合。3.2寒武—加里东—海西运动期吴富强等对加里东运动进行了进一步划分,他认为早加里东运动使全区整体沉降,形成了寒武—奥陶系碳酸盐岩建造,晚加里东运动使全区整体抬升遭受剥蚀;加里东—海西运动期地层只有大段大套的缺失,而无明显的角度不整合,显示出济阳坳陷整体震荡升降运动特点。3.3逆冲断裂带北西缘大岩格局杨品荣等认为,印支运动主要发生于中、晚三叠世,表现为大型宽缓的隆起,但仍以振荡运动为主,局部发育逆断层,区内形成五条北西向逆冲断裂带。晚三叠世,华北板块内部整体抬升遭受剥蚀济阳地区三叠系剥蚀殆尽。3.4中侏罗统对比下的构造转型由于燕山运动期该区地层保留不一致,并受到喜玛拉雅运动的影响,学者对燕山运动Ⅱ、Ⅲ幕有相反的应力状态的解释。中国石油地质志(卷六)、常国贞等认为:燕山运动Ⅱ幕和Ⅲ幕中国的构造运动强烈,以剧烈的岩浆活动伴以强烈的断裂作用为特征,是济阳裂陷初始形成期,该期显示了较明显的负反转和正反转交替的构造转型过程。笔者从地层的角度不整合方面出发,认同王毅等的解释。燕山运动I幕常国贞认为燕山运动I幕发生于中侏罗世早期,由于西太平洋板块俯冲带向欧亚大陆板块俯冲,引起的弧后拉张效应使济阳地区原北西向逆断层反转为正断层,下、中侏罗统之间是连续沉积的。燕山运动Ⅱ幕王毅等人认为燕山运动Ⅱ幕发生于中侏罗世晚期,根据济阳坳陷东北部中侏罗统坊子组与上侏罗统蒙阴组之间的明显角度不整合,认为Ⅱ幕以褶皱运动为主,发育大型背斜,局部有逆断层。燕山运动Ⅲ幕燕山运动Ⅲ幕发生在晚侏罗世晚期,形成了晚侏罗和早白垩之间的假整合。地壳抬升,断裂活动强烈,岩浆喷发。燕山运动Ⅳ幕晚白垩世前发生了强烈的挤压运动,地壳抬升,断裂发育,造成下白垩统与上白垩之间的沉积间断和不整合。在桩西地区形成了较大的逆掩断层。燕山运动尾幕晚白垩世后,继续燕山运动Ⅳ幕的挤压运动,形成正反转断层和褶皱。中生代地层遭受剥蚀,在滨海地区表现尤为明显,整个地区的Tr地震反射层都很明显,反射层与下伏地层的角度不整合非常明显。3.5构造转换期早-晚三纪该期是济阳坳陷的重要构造转型期,从燕山期的拉张—挤压交替到该期盆地处于长期扩张状态,断裂系统从北西向为主转换成北东向为主。喜玛拉雅运动I幕从孔店组到沙二段结束,是济阳坳陷最主要的断陷阶段,该期整体呈现出负反转构造特点。构造变动在区域扭张应力的作用下,对燕山末期的正反转构造进行了改造,产生了大量的近北东向断层,奠定了单断式箕状断陷构造的局面。孔店组沉积时期是前第三纪构造特征向第三纪转换的主要转型期,其后各期构造运动只不过是对该期原型盆地的深化和改造。喜玛拉雅运动Ⅱ幕发生于早第三系渐新世末,该期是一次明显的构造转型期,即从早第三纪末的负反转期又进入一个整体抬升和剥蚀的正反转期。东营运动的痕迹在济阳坳陷乃至整个华北地区都十分明显,早、晚第三纪之间的不整合面在地震剖面上可全区连续追踪,表现为连续的T1地震标准反射层。喜玛拉雅运动Ⅲ幕发生于中新世与上新世之间,上下明化镇组之间有部分的沉积间断。喜马拉雅运动Ⅲ幕以后,整个渤海湾盆地进入拗陷阶段,此后构造运动强度明显减弱,济阳盆地进入消亡期。第四纪主要为河流相、洪积相夹海相沉积,局部也有火山喷发,属于新构造运动范畴。4地层知识产权的历史和构造构造层是指在一定的地区,经历了同一构造运动阶段,具有相同的构造发育历史和构造特征的一套地层总和。笔者根据沉积建造类型、构造特征、特别是地震反射特征和地层接触关系,并结合戴俊生、王毅、宗国洪、李理及中国石油地质志等多种划分方案,把济阳坳陷划分为以下五个构造层(表1)。4.1基本结构层底构造层是一套泰山群的深变质花岗片麻岩。流动褶皱和韧性剪切构造发育。地震剖面表现为杂乱反射,能量较弱。4.2下亚层地震剖面地质背景下构造层可以划分为上、下两个亚层。上亚层主要以上古代地层为主,岩石类型主要以砂岩为主,夹有泥岩、页岩及煤层。下亚层主要以下古代地层为主,岩石类型主要以灰岩为主,地震剖面上有三个较强的反射面,其中Tg2为寒武系下部馒头组页岩层的反射。Tg1为上、下古生界之间的反射面,在斜坡部位这一反射层比较清楚,可以连续追踪,在隆起或凸起部位由于遭受剥蚀这一反射面常不存在,代之为Tg反射界面。4.3地震剖面效果中构造层包括侏罗系和白垩系。其中中下侏罗发育煤系地层,在地震剖面上为多相位反射,顶部反射为Tj上侏罗统和白垩系发育碎屑岩和火山岩地层,地震剖面上表现为杂乱反射,顶部剥蚀面反射较强为Tr,也是中构造层的顶界面。4.4区域地震反射特点上构造层是下第三系,也可以分为上、下两个亚层。上亚层主要包括沙一段及东营组地层。该构造层分布广泛,仅局部凸起区域缺失。在地震剖面上反射相位清楚。特别是沙一段底部油页岩夹白云岩,生物灰岩段一组强反射分布广,连续性好,为区域性地震反射标准层,即T2下亚层主要包括沙二、沙三、沙四段和孔店组,区域上分布为多地形,多中心,厚度大,地震剖面上为多界面,强反射平行的特点。沙三段底部油页岩集中段,地震反射强而密集且连续性好,为T6反射层。4.5地震剖面的地震剖面的地震地质特征该构造层亦可分为上、下两个亚层。下亚层全区分布广,地震剖面上多数地区为连续的水平中等强度反射,少数地区能可见微弱的拱张想象,其中馆陶组底部区域性块状砂岩及底砾岩,形成强反射界面,即为T1,明化镇组岩性相对较细,而馆陶组岩性相对较粗,其过