渤海湾盆地构造-沉积演化简史

华北盆地新生代构造—沉积演化~

华北盆地古近纪拉张断块活动强烈，表现在古近纪断陷多，分布面积大（图10.9），是华北盆地生油层的主要形成期。古近纪沉降幅度大，一般厚度可达2000～5000 m，沉积速率在0.06～0.15 mm/a（超过一般地台0.02 mm/a和槽区0.05 mm/a的沉积速率）。断裂活动的深度大，有多期岩玄武岩喷发。

图10.9 华北地区古近系断陷分布图

（据杨祖序等，1985）
古新统除辽宁浑河断陷外，全区普遍缺失。
始新统和渐新统，许多被凸起分割的分隔性较强的断陷沉积。断陷扩张受生长断层拉开的速度与断块扭动的控制，总体构成一个大的构造－沉积旋回（图10.10）。早期为初陷期，包括始新统孔店组及沙四段（Ek、Es4），以红色碎屑岩为主，夹暗色地层；中期为断陷扩张期，包括渐新统下部沙三至沙一段地层（Es3—Es1），断陷以大规模扩张和沉陷为主，岩性为暗色泥岩为主，夹砂岩及红色泥岩；晚期为断陷收缩期，由渐新统上部东营组（E3d）组成，为棕红色、灰绿色砂泥岩，湖盆萎缩。古近系末经区域性挤压，全区上升成陆，并有轻微褶皱，形成古近、新近系之间的区域性不整合。
南华北盆地古近系颜色变红，为一套厚2000～6000 m的红色碎屑岩为主的剖面，暗色地层分布局限，与上述旋回性清楚的渤海湾盆地差别很大，且不易具体对比。
古近纪末，区域性褶皱上升，作为转折点，新近纪及第四纪进入了新的构造发展时期，以坳陷披覆式大面积沉积为特征，断裂、褶皱活动微弱，华北平原内部新近系和第四系以接近水平层的状态广泛超覆在古近系各组及老地层之上，形成统一的华北盆地，主要沉降中心在渤中坳陷，N+Q厚2000～5000 m，以红色粗碎屑岩为主。在辽河、南堡、济阳等断陷，新近系有多层火山岩。第四系在太行山麓、黄骅均见到火山喷发。在太行山以西，新近纪和第四纪与华北盆地不同，仍以断陷活动为主，如晋中新近纪和第四纪形成一系列北东向断陷盆地。太原盆地N+Q厚达4600 m，是新近纪新生的盆地。临河断陷N+Q厚约3000 m，银川断陷厚3600 m，渭河断陷新近系厚4000 m、第四系厚1400 m。这些现象说明华北地台西部新近纪断陷活动仍很普遍。

图10.10 华北地区新生代综合柱状简图

按盆地的板块构造边界、地壳性质，中国近海新生代盆地可以划分为如下四类（表4-2）。
表4-2 中国近海沉积盆地类型


中国近海古近系—新近系普遍存在上下两个层序，下部为裂谷层序，上部为裂后层序（图4-8）。前者以差异沉降为特征，后者以不等厚披覆于分隔的多个半地堑层序及隆（凸）起之上为特征。两个层序之间普遍存在一个重要的构造界面——破裂不整合。这一界面一般发育在古近系上部，但由于构造变化的时间略有差异，其在不同区域有些差异。如珠江口盆地破裂不整合位于下渐新统的上部，在北部湾盆地、琼东南盆地和莺歌海盆地位于下渐新统的下部，东海盆地西部及南黄海盆地缺失渐新统，不整合面在始新统和中新统之间（图4-8）。
（一）裂谷期
在中国近海，古近纪为区域性伸展阶段，形成盆-岭构造格局。“盆”主要是半地堑为基本单元构成的负向构造单元，表现为相对沉降，接受沉积充填。“岭”主要是半地垒，表现为相对上升，遭受剥蚀。从渤海湾盆地到南海北部大陆边缘，发育多个古近纪裂陷群（图4-9）。尽管半地堑和半地垒规模差别很大，从数十余平方千米到千余平方千米，沉积物厚度从3000 m到8000 m不等，但在形成时期上基本分成3期。裂陷层序虽然可以看作一个大的构造旋回，但由于新生代幕式不均衡张裂活动，时间上表现为多幕次，区域上则发展不均衡。
（1）晚白垩世—古新世—始新世初
中国近海新生代的裂谷作用最早可能开始于白垩纪晚期，古新世是主要断陷期之一。张裂活动在不同盆地的发育与否及其发育程度有显著的变化。渤海湾盆地在该阶段早期剥蚀夷平，普遍缺失沉积，晚期沉积孔店组地层。张裂活动主要出现在南黄海、东海，南海次之。而南黄海和东海已进入强烈拉张期，发育古新统湖相或海陆交互相烃源岩，如南黄海盆地泰州组和阜宁组；东海盆地的月桂峰组、灵峰组和明月峰组。南海北部珠江口盆地及北部湾则为拉张早期，以粗碎屑沉积为主，珠江口盆地的神狐组、北部湾盆地的长流组，也都是这一阶段的沉积，沉积环境为陆相，分布相当局限。黄海海域的盆地、东海和台湾海峡的盆地与太平洋板块向东的退缩有关。南海北部边缘的盆地与南海北东向拉开有关。
（2）始新世中晚期
始新世是中国近海盆地强烈拉张沉降期，普遍发育主要油气源岩，但此时在空间上发育程度也不均衡。渤海进入裂陷的高峰期，形成巨厚的沙河街组三、四段沉积。南黄海盆地及东海盆地西部已进入拉张衰退期，沉积减薄变粗，东海盆地形成平湖组沉积，但主要发育于东海东部浙东坳陷。南海北部边缘盆地进入裂陷的高峰期，珠江口盆地形成文昌组，北部湾盆地形成流沙港组沉积。

图4-8 中国近海主要盆地构造演化对比


图4-9 中国近海盆地断陷期构造格局

始新世晚期，全海域普遍上升地层受到不同程度的剥蚀，与上覆沉积地层之间不整合。
（3）渐新世
中国近海渐新世进入新的拉张期，一般存在早晚两个拉张幕，上、下渐新统之间为一不整合分开。但渐新世拉张在南海、渤海盆地渤中坳陷、东海盆地东部、莺歌海盆地和琼东南盆地较强，而在其他的海区已经减弱，包括北部湾盆地、东海盆地西部坳陷、渤海盆地除渤中坳陷以外的地区。

图4-10 中国近海盆地拗陷期构造格局

渤海湾盆地形成沙二、沙一段沉积和东营组，东海盆地西湖凹陷形成花港组，以及珠江口盆地恩平组上段和珠海组、琼东南盆地的崖城组和陵水组、北部湾盆地的涠洲组都是这一阶段的沉积。总体上裂陷沉积进入衰退和萎缩期；而且东海盆地西部和南黄海，因拉张停止而缺失渐新世沉积。
（二）裂后期
中国近海盆地新近纪以来普遍进入裂后沉降期，其共同特征是断陷期凸起和凹陷相对上升和沉降的构造关系、剥蚀与充填的沉积关系得以彻底改变，演变成统一沉降、统一接受盆地以外隆起提供的物源。不同之处在于各盆地的凸起开始接受沉积的时间有先有后，同一盆地的不同凸起开始接受沉积的时间也不完全相同。早期断陷对裂后期地层发育一定的影响，但影响程度有显著差别。早期断陷的上覆地层一般都比凸起上的地层厚。
值得强调的是新近系地层在渤海盆地渤中凹陷和莺歌海、琼东南盆地南部特别厚，一般都超过4000 m以上，与其他盆地如北部湾盆地、珠江口盆地、东海盆地西部、南黄海盆地和渤海盆地除渤中凹陷以外的地区较薄的地层厚度显著不同，反映这两个地区新构造期造盆作用强烈，可能与其所在的构造位置有密切关系，渤中凹陷位于郯庐断裂中段西侧，莺琼盆地位于红河断裂沿线（图4-4，图4-5，图4-10）。
沉积物供给速率的高低主要取决于周缘地形的高差、气候和岩性，在后二者变化不大的情况下，与地形的高差关系密切，而这一因素又受青藏高原的隆升的控制。上述两地区的快速沉积与青藏高原关系较为密切。如莺歌海盆地和琼东南盆地，在青藏高原第一期隆升以后的沉积过程中，沉积速率高达467～657 m/Ma，同时，同位于南海的珠江口盆地由于受到这次运动的影响，沉积速率也相当高。
（三）构造改造作用
太平洋板块的后退型俯冲作用是导致中国近海一系列裂谷盆地产生的主要因素。始新世末期的印度洋板块与欧亚板块的强烈碰撞及以后的青藏高原隆升也对中国近海盆地的发展产生了重要影响，除了对裂后期局部地区构造复活有强烈影响外，对盆地有普遍的改造作用。

图4-11 琼东南盆地东区松南凹陷示T60特征典型剖面，表示古近系上部的剥蚀面

地震资料解释和钻井资料标定都证实在近海盆地内存在一系列明显的角度不整合。通过地震地层学和层序地层学分析，其大部分不整合与构造运动有关，由于全球海平面的升降而产生的不整合仅占很少一部分（仅限于南海）。在海域最明显的构造运动为37～30 Ma的盆地内的破裂不整合，其剥蚀量巨大，这与一些学者（李吉均等，1998）描述的青藏高原的第一期隆升在时间上是一致的。显然，印度洋板块的俯冲、碰撞不仅使青藏高原发生了隆升，同时在中国近海也相应地发生了抬升；24～21 Ma为青藏高原的第二次隆升，这一时期被认为是中国新生代自然环境转变的最重要事件（施雅风等，1998）。中国近海盆地内普遍存在23.8 Ma的不整合，尤其是在南海北部的诸盆地中最大剥蚀厚度上千米（图4-11），表明盆地内沉积地层在这时期曾经发生过强烈抬升，并且在水平面以上有上千米的高度。另外约4Ma的不整合在各盆地内也表现明显，这与李吉均等（1998）所论述的青藏高原的整体快速隆升时间较为相符。由此可见，研究青藏高原所反映的几次隆升确实在中国近海的沉积盆地中有相应的反映。

渤海湾盆地位于我国东部，包括华北平原北部、下辽河平原和渤海海域，整体上盆地中部宽，南北两端窄，呈北东—南西向反“S”形展布，总面积约60余万平方千米。盆地西邻太行山隆起带，北抵燕山褶皱带，东部和东南部为辽东、胶东和鲁西隆起，南端与南华北盆地的开封坳陷过渡，是叠加在古生代华北克拉通巨型坳陷之上的中、新生代界裂谷盆地（图1-1），其次级构造单元划分如图1-2和表1-1所示。盆地内发育辽河（辽河油气区）、黄骅（大港油气区和冀东油气区）、冀中（华北油气区）、济阳（胜利油气区）、临清和东濮（中原油气区）等大型坳陷，是我国重要的油气富集区。

图1-1　渤海湾盆地构造轮廓图（据漆家福等，1997）

1—老第三纪断陷边界正断层；2—老第三纪隆起；3—坳陷内凸起；4—走滑断层带；5—海岸线

表1-1　渤海湾盆地构造单元划分简表

图1-2　渤海湾盆地构造单元划分简图（据渤海湾深层勘探项目经理部，1994修编）

1—盆地边界；2—二级构造单元边界；3—三级构造单元边界；4—凹陷编号；5—隆起；6—凸起

渤海湾盆地深层烃源岩包含了三大套沉积岩系，一是埋深大于3500m的新生界和中生界，二是上古生界煤系，三是以海相碳酸盐岩为主的下古生界和中新元古界。对于古生界来说，所谓的“渤海湾盆地”范围只是华北地台古生代巨型克拉通坳陷盆地的一部分。

从板块构造格局划分，渤海湾盆地主体位于华北古板块东部，盆地的形成和发展受华北古板块与周缘板块相互作用的控制。板块活动的多期性和复杂性，造成盆地构造-热事件的多旋回性和沉积作用的多旋回性，形成多层位、多类型的油气源岩，并多次生烃，使渤海湾深层具有多层系、多期次、复合成烃的特点（表1-2）。

表1-2　渤海湾盆地深层烃源岩发育简表

渤海湾盆地作为华北古板块（地台）的一个组成部分，与其有着相同的地质发展历史，经历了太古宙地台基底的形成时期（地槽发育期）、中元古代—三叠纪的地台盖层沉积阶段和中新生代大陆裂谷发育阶段。渤海湾盆地区自古生代以来的构造-沉积演化可分为两大阶段，即古生代—中生代早期大陆板块拼合与克拉通盆地演化阶段、中生代中期—新生代活动大陆边缘与陆内裂谷盆地演化阶段。

一、古生代—中生代早期大陆板块拼合与克拉通盆地演化阶段

前中生代，本区为华北古板块（华北地台）的一部分，构造-沉积演化受古亚洲地球动力学体系（任纪舜等，1990）控制，表现为华北古大陆板块的形成并与南、北大陆板块逐步对接，于三叠纪最终拼合为统一的中国大陆板块（王鸿祯等，1985）。这一阶段是华北地台稳定发展的时期，明显的构造活动集中于古板块边缘，板内则以整体升降为特征，断裂、褶皱及火山活动微弱，长期稳定发育巨型克拉通坳陷盆地。根据构造、沉积特征，进一步化分出早古生代的加里东构造旋回和晚古生代—早中生代的海西-印支构造旋回等两个亚阶段。

（一）早古生代的加里东构造旋回

自寒武纪到早—中奥陶世，本区与整个华北地台一样、为典型的陆表海环境，沉积了厚达1200～1500m的海相碳酸盐岩，夹有膏盐夹层和泥质岩，岩性和厚度横向稳定，分异不显著，以平缓的近东西向同沉积大型隆起带和坳陷带为特征。

早古生代海水于早寒武世中期府君山组进入该区，随后海水侵漫范围不断扩大。府君山组主要为潮坪沉积，馒头组呈现出泥灰坪、云坪发育的潮上-潮间环境，到毛庄组沉积时，海侵规模更大，发育以局限海为主的古地理面貌。中寒武世早期徐庄组形成时海水复又缓慢退出，古地理环境演变为广阔陆表海、潮间坪为总体的格局。中寒武世晚期张夏组形成时，区内乃至整个华北地台出现了大规模海进，局限台地广布、鲕粒浅滩发育。晚寒武世崮山组海侵继续加强，水深增大而水体宁静，环境以潮下低能开阔台地为主。长山组形成时海水稍退，环境演变为以潮间泥灰坪为主。凤山组形成时表现为局限海环境不断向北推进，呈一定海进趋势。

奥陶系与寒武系为连续沉积。早奥陶世冶里-亮甲山组形成时，基本继承了晚寒武世凤山期的特点，表现为整体性面式海退（冯增昭，1984），沉积了一套以含燧石结核的白云岩为主、夹黄绿色薄层灰岩和页岩的沉积建造。下马家沟组为一次大规模海进时期，其中下马家沟组中晚期是海侵最广的时期，早期主要为潮上-潮间环境，中晚期以局限海-开阔海发育为特征，地层厚度由南向北增加，沉积了一套由灰岩、白云岩组成的碳酸盐岩建造。上马家沟组构成了又一个海进旋回，早期膏云坪、云坪为主，晚期以开阔海为主要环境。中奥陶世峰峰组形成时，海水进退频繁，古地理面貌总体上与上马家沟组相似，形成一套以碳酸盐岩为主、下部含膏盐层的沉积建造。峰峰组形成末期全区整体上隆，结束了该区早古生代的沉积历史，并因剥蚀差异导致峰峰组地层保存很不完全。

（二）晚古生代—早中生代的海西-印支构造旋回

早古生代中期，华北古板块南、北被动大陆边缘相继转化为主动大陆边缘（贾承造等，1988；胡骁等，1990），洋壳俯冲消减并发生局部碰撞，华北古板块具有弧后高原性质（马瑞士等，1995）。华北地台的加里东运动表现为整体抬升遭受长期风化剥蚀，缺失晚奥陶世至早石炭世沉积。晚石炭世早期复又整体沉降，从而开始了我国著名的晚古生代石炭—二叠纪海陆过渡相含煤岩系的沉积。华北古板块于晚古生代至早中生代完成了与南、北大陆板块碰撞拼贴过程，由此决定了晚古生代—早中生代沉积作用具有东西展布、南北分异的基本格局，华北盆地为克拉通坳陷并受大陆边缘板块活动影响。另一方面，马瑞士等（1995）认为，此期华北克拉通东部的板块活动对华北区构造—沉积起到控制作用，石炭纪时属于被动大陆边缘盆地，二叠纪时因野久洋（Cluzel等，1992）向中朝克拉通俯冲直至碰撞，华北东部转化为前陆盆地。

晚石炭世，海水从华北地台的东、西两个方向向台地内部蔓延。渤海湾位于华北台地东部，故接受的海侵较早，在随后的晚石炭—早二叠世海陆过渡相含煤岩系形成过程中，渤海湾地区与大华北地台的其他地区相比，除了局部性的沉积相有所变化外，整体性质上具有共性。据上古生界地层厚度研究，渤海湾地区在晚古生代沉积时的构造特征表现为：在临清-济阳（上古生界沉积厚800～1000m），泊头-黄骅（上古生界沉积厚1200m），武清-唐山（上古生界沉积厚1200～1700m）等地存在着向斜构造，沉积厚度较大，而在上述凹陷间的背斜隆起区，则沉积厚度稍薄，一般为500～800m。表明上古生界含煤岩系沉积时，渤海湾地区存在着沉积环境和介质性质方面的变化，这种变化对煤系烃源岩的有机组分、地球化学性质、生烃潜力等方面都会带来不同程度的影响，造成煤系烃源岩的时空不均一性。

二、中生代中期—新生代活动大陆边缘与陆内裂谷盆地演化阶段

中三叠世末的印支运动是中国大陆地质演化史的转折点，板块拼贴形成统一的中国大陆，太平洋板块与中国大陆板块之间的相互作用（太平洋地球动力学体系）成为控制中国大陆东部地质演化的主导因素，构造-沉积分异由近东西向展布转化为北北东向展布与东西向展布并存的复合格局，同时也结束了大规模海侵历史，进入以陆相盆地为主的演化阶段。这一阶段可进一步划分为中生代燕山旋回和新生代喜马拉雅旋回等两个亚阶段。渤海湾盆地地区与中国大陆东部一样，经历了中生代和新生代两个裂陷作用旋回（马杏垣，1983），形成众多不同规模、不同类型的陆相沉积盆地。在适宜条件下，发育以湖相暗色泥岩为主的烃源岩。

（一）中生代燕山旋回

中生代地壳运动以挤压拉张交替出现、伴以不同程度的剪切为基本特点，裂陷作用具有明显的幕式和旋回性。燕山旋回早期（侏罗纪时期），中国大陆东部以挤压作用为主，形成一系列呈北东—南西方向排列的大型褶皱、并伴生压性断裂，构成渤海湾中、新生代盆地及内部一系列坳陷和凹陷的雏形。早中侏罗世盆地以压陷盆地为基本类型，主要分布于辽西、黄骅、济阳等地，盆地规模一般较小，充填一套河湖沼泽相含煤碎屑沉积。

燕山运动晚期，中国大陆东部地壳活动加剧，深部地幔物质活动激化，导致地壳浅部拉张，发生较广泛的裂陷，同时伴有强烈的中酸性岩浆活动。晚侏罗世—白垩世盆地以裂陷为主，盆地充填以夹有大量火山岩的河湖相红色碎屑岩为特征，下辽河地区于火山活动间歇期，发育陆相聚煤作用。

（二）新生代喜马拉雅旋回

中生代末期，随着太平洋板块向东亚大陆的俯冲加剧，中国大陆东部普遍隆升，经历了晚白垩世至古新世的沉积间断和剥蚀夷平过程，在此基础上，开始新生代裂陷作用旋回，形成渤海湾裂谷盆地。

新生代喜马拉雅旋回大体可分为老第三纪裂陷沉降和新第三纪至第四纪后坳陷热沉降等两个阶段（陆克政等，1997）。老第三纪裂陷作用具有幕式渐进发展特点，包括三次裂陷伸展期，形成三个完整的湖进湖退层序。层序1为始新世孔店组沉积期，作为渤海湾裂谷盆地的序幕，沿北北东-北东向断裂和北西-北北西向断裂形成一系列断陷湖盆，分割性较强，盆内充填粗碎屑岩-基性火山岩-湖相泥岩-膏泥岩沉积，反映快速沉降、快速补偿、湖盆闭塞和火山作用强烈的特点。层序2为沙河街组第四段和第三段沉积期，凹陷增多、相互贯通、沉积范围扩大、为大规模的湖侵期，由于主干断层的强烈伸展，形成较大规模的深陷湖盆，发育良好的深湖相暗色泥岩。第三期裂陷作用发育在沙二段、沙一段和东营组沉积期，其间沙一段沉积期又一次发生大规模的湖侵。

老第三纪末结束了渤海湾盆地的拉张断陷历史，从新第三纪以后，进入区域性坳陷的后裂陷阶段。在老第三系断陷盆地层系之上，沉积了一套以河流相为主的新第三纪—第四纪红色碎屑岩建造，形成统一的渤海湾坳陷盆地。

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