北黃海盆地東部坳陷中生界沉積特征及演化①

王改云 劉金萍 王后金 簡曉玲 杜 民

(國土資源部海底礦產資源重點實驗室 廣州海洋地質調查局 廣州 510075)

北黃海盆地是發育于中朝板塊東南部的中新生代小型疊合斷陷盆地，是我國近海唯一未獲得油氣突破且勘探程度較低的一個含油氣盆地［1］。近幾年來，我國和朝鮮都在該盆地進行了大量的油氣勘探工作，獲得了一批實鉆資料，為該盆地諸多地質認識提供了依托。東部坳陷是北黃海盆地最具勘探前景的一個坳陷［2］，其內發育巨厚的中新生代地層，具備一定的生油氣能力，且多口鉆井已在中生界見油氣顯示及工業油氣流［3-4］。目前已有部分學者在構造、烴源巖、油氣成藏等方面進行了較為深入的研究［5-8］，但在沉積特征及沉積演化方面的研究還比較薄弱，這在一定程度上制約了該區油氣勘探的進展。筆者依據近年獲取的20余口探井及三維地震資料，在巖芯觀察與巖礦測試的基礎上，通過地質與地球物理資料的綜合分析，系統總結了東部坳陷中生界的沉積相類型及分布特征，并分析了其沉積演化，為該區的油氣勘探提供地質依據。

1 區域地質背景

北黃海盆地處于膠東半島、遼東半島和朝鮮半島之間的半封閉海域，構造上位于中朝板塊東南部，其西為郯廬斷裂和渤海灣盆地，北面為遼東隆起，東接朝鮮北部地塊，南鄰膠東隆起和蘇膠—臨津江碰撞造山帶。現今的北黃海盆地呈隆坳相間的構造格局，包括4坳2隆共6個二級構造單元(圖1)，其中東部坳陷和中部坳陷中生代地層發育。

東部坳陷經歷多期構造運動，地層發育和展布復雜［9］。其基底主要為太古宇—下元古界石英巖、片巖、片麻巖、板巖等中—深變質的結晶巖系和中上元古界—寒武系的碳酸鹽巖、板巖等。自中侏羅世以來開始沉降并接受沉積，自下而上形成多旋回的構造—沉積組合(中生界的中侏羅統—下白堊統、新生界的漸新統—第四系)(圖2)，最大沉積厚度超過8 000 m［9］。

侏羅系為一套暗色碎屑巖組合，是烴源巖和有利儲層的發育層段。其中中侏羅統分布局限，以深灰色泥巖為主，夾薄層粉砂巖、泥質粉砂巖，局部有火成巖侵入［6-7］，厚度介于0～2 000 m;上侏羅統巖性主要為粉細砂巖、泥質粉砂巖、粉砂質泥巖、深灰色泥巖，自下而上組成水體變深的正旋回沉積序列(圖2)，鉆井揭示厚度介于350～1 960 m。下白堊統與下伏地層呈角度不整合接觸，總體為一套以紅色色調為主的雜色碎屑巖組合，是有利儲層的重要發育層段。底部為砂礫巖、含礫砂巖、粗砂、粉細砂巖組合，向上漸變為紅褐色泥巖夾粉細砂巖［6］。受燕山晚期抬升剝蝕作用的影響，現今的下白堊統厚度和巖性橫向上變化較大，鉆井揭示地層厚度介于0～1 000 m。

圖1 北黃海盆地地理位置及構造區劃(據劉振湖等［3］，略修改)Fig.1 Diagram of geographic location and geotectonic map of North Yellow Sea Basin(modified after Liu et al.，2007)

2 主要沉積相類型及特征

通過鉆井巖芯觀察、單井沉積序列綜合分析、地震反射特征等研究，對研究區中生界的沉積相類型進行了厘定，認為主要發育陸相沉積，以扇三角洲、三角洲、辮狀河三角洲、湖泊沉積為主。

2.1 扇三角洲

扇三角洲在各層位均有發育，平面上主要分布在控坳斷裂的下降盤，多沿斷裂走向呈多期疊加連片分布，包括扇三角洲平原及扇三角洲前緣亞相。

(1)扇三角洲平原 具有沖積扇的沉積特征，以突發災變事件產生的重力流與牽引流沉積共存為特點［10］，研究區平原相帶分布窄，由泥石流、辮狀河道及河道間等微相組成，垂向序列具有明顯的正韻律。X6井中侏羅統底部的取芯資料顯示(圖3)，巖性以深灰色、灰綠色礫巖、砂質礫巖為主，礫石成分復雜，以火山巖塊為主，少量泥礫及石英礫，礫徑2～8 mm，最大20 mm，分選差，磨圓呈次棱角—次圓狀，發育塊狀構造及遞變層理，伽馬曲線呈中幅箱形，聲波時差曲線為低值，為泥石流沉積。辮狀河道巖性以砂質礫巖、砂礫巖、含礫砂巖、中粗砂巖為主，見多個沖刷面，揭示洪水的多次沖刷和充填。測井曲線整體呈正旋回特征，伽馬曲線以中低幅齒化箱形、鐘形及箱形—鐘形復合型為主，垂向為多個鐘形或箱形的疊合組合。河道間巖性主要為紅褐色、棕色、淺灰色泥巖夾含礫泥巖、砂質泥巖，測井曲線多呈薄層低幅微齒狀。

(2)扇三角洲前緣 為扇三角洲的主體，據巖石組合、測井響應，可細分為水下分流河道、水下河道間及河口壩等微相。水下分流河道以灰色雜基支撐的含礫砂巖、中粗砂巖為主要巖性，發育高角度的交錯層理及沖刷構造，局部見礫石定向排列，伽馬曲線呈箱形、鐘形。水下河道間缺乏穩定的泥巖沉積，主要為灰色、深灰色具水平層理的粉砂質泥巖、泥巖夾薄層砂巖，由于水下分流河道沖刷能力強，改道頻繁，河道間的沉積物多以夾層的形式出現［11］。河口壩位于水下分流河道的前緣和側緣，研究區僅在北部斜坡帶鉆遇，沉積物粒度變細，主要由細粉砂巖、含礫細砂巖組成，垂向呈向上變粗的反粒序，分選相對較好，巖芯剖面可見平行層理及交錯層理，在測井曲線中表現為指狀、高幅漏斗形(圖3)。

2.2 三角洲

這里的三角洲指正常三角洲，主要發育在上侏羅統及中侏羅統中，包括三角洲平原和三角洲前緣亞相(圖4)。

(1)三角洲平原 指河道分流點至枯水期岸線之間區域內的沉積。由于此區間地勢平緩、開闊，洪水期湖水淹沒，河流不穩定性增加，導致洪水不斷泛濫，河道頻繁決口和改道，形成多條分流河道、河道間等微相，以砂質沉積與泥炭共生為特征。巖芯觀察及錄井剖面中，分流河道巖性以中砂巖、細砂巖、含礫中砂巖為主，垂向表現為向上變細的正粒序，見交錯層理、波紋層理、沖刷—充填構造，伽馬曲線呈齒化箱形、鐘形(圖4)。河道間則以灰綠色、棕紅色等雜色泥巖、泥質粉砂巖、粉砂質泥巖為主，局部夾薄煤層，見植物根莖、碳質碎屑等，具波狀及水平層理。

圖3 X6井扇三角洲地震、鉆井、巖芯綜合特征Fig.3 Synthetical characteristic of seismic，well drilling and core of fan delta of Well X6

圖4 上侏羅統三角洲和湖泊沉積特征(X1井)Fig.4 Delta and lacustrine sedimentary characteristics of Late Jurassic of Well X1

(2)三角洲前緣 以下細上粗的反旋回砂巖沉積為特征，包括水下分流河道、水下河道間及河口壩等微相。如X1井的上侏羅統，巖性以粉砂巖、灰質粉砂巖、泥質粉砂巖夾灰色泥巖為主，垂向為多個反旋回疊加，伽馬曲線呈齒化漏斗形、鐘形、指狀，為多期河口壩—水下河道間—水下分流河道的疊加沉積(圖4)。

2.3 辮狀河三角洲

辮狀河三角洲是介于粗碎屑的扇三角洲與細碎屑的正常三角洲之間的具獨特屬性的三角洲［12］，多發育在古構造高地的斜坡部位或遠離斷裂帶的古隆起周圍［13-14］，早白堊世構造活動較弱，研究區盆廣坡緩，水體相對較淺，為北部緩坡帶發育辮狀河三角洲提供了有利條件。

(1)辮狀河三角洲平原 整個序列厚度最大約200 m，可進一步分為辮狀河道和河道間兩個微相。其中辮狀河道為該亞相的沉積主體，巖性由砂礫巖、含礫砂巖、粗中砂巖組成，局部夾薄層紅褐色泥巖及泥質粉砂巖，組成若干向上變細的正粒序，巖芯中見大型交錯層理、槽狀交錯層理、平行層理等，粒度概率累計曲線以兩段式為主，跳躍總體占主體，伽馬及電阻率曲線呈高幅箱形、齒化箱形、鐘形疊置(圖5)。受辮狀河道往復遷移擺動的影響，河道間多以紅褐色泥巖夾薄層泥質粉砂巖為主，局部夾煤層，煤層底部的砂巖和泥質粉砂巖中見植物根莖化石。辮狀河三角洲平原在地震上呈中振幅、中連續亞平行反射結構。

(2)辮狀河三角洲前緣 是下白堊統主要的沉積類型，包括水下分流河道、河口壩、水下河道間等微相。水下分流河道形成于“坡淺流急”的沉積背景下，以含礫粗砂巖、粗砂巖、中砂巖為主，垂向上常見多期河道相互疊置。河口壩位于水下分流河道的末端或側緣，由粉砂巖、細砂巖組成向上變粗的反韻律，伽馬曲線多為中幅漏斗形(圖5)。如X1井下白堊統的取芯井段2 618～2 624.45 m，巖芯中見兩個反旋回，下部旋回由粉砂質泥巖、泥質粉砂巖、粉砂巖、細砂巖組成，見水平層理及生物擾動構造，為河口壩、水下河道間沉積;上部旋回由泥質粉砂巖、細砂巖、中砂巖、含礫粗砂巖組成，發育大型交錯層理、槽狀交錯層理、板狀交錯層理，見沖刷—充填構造，為河口壩—水下分流河道沉積序列。

圖5 下白堊統辮狀河三角洲沉積特征(X1井)Fig.5 Sedimentary characteristics of braided-river delta of Lower Cretaceous of Well X1

2.4 湖泊

湖泊沉積在各層位中均有分布，包括濱湖、淺湖、半深湖—深湖亞相。由于湖盆小、水位經常波動，濱湖、淺湖沉積難以區分，故將濱湖、淺湖亞相合并，稱之為濱淺湖亞相。侏羅系坳陷內部以半深湖—深湖亞相為主，邊緣則發育濱淺湖沉積，而下白堊統主要為濱淺湖亞相。

(1)濱淺湖 下白堊統中上部的濱淺湖亞相具有厚度大、橫向分布穩定的特點，其巖性細，主要以灰綠色、灰色夾雜紫紅色泥巖、粉砂質泥巖為主，夾薄層粉細砂巖，發育水平層理、透鏡狀—波狀—脈狀復合層理，見垂直蟲孔等生物擾動構造，電測曲線以低阻、中高伽馬為特征(圖4)。在地震剖面上多表現為中—弱振幅、中—低連續亞平行或楔狀發散反射結構。灘壩是在陸源粗碎屑供應較充分，湖浪和湖流作用較強的濱淺湖地帶形成的，多見于上侏羅統的中部及下白堊統的上部，巖石類型主要為中砂巖、細砂巖和粉砂巖，局部可見含礫中砂巖，伽馬及電阻率曲線呈齒化鐘形、漏斗形和箱形。

(2)半深湖—深湖 主要發育于上侏羅統中上部及中侏羅統，巖性以灰黑色、深灰色厚層泥巖為特征，多夾薄層粉砂質泥巖、泥灰巖，局部見零星細砂巖透鏡體，水平層理發育。伽馬及電阻率曲線呈大套低幅度平直、微齒狀(圖4)。地震上為強振幅、高連續平行反射結構。

3 沉積演化

在綜合分析北黃海盆地東部坳陷中生界沉積相類型及沉積體系發育特征的基礎上，結合構造演化特征及區域地質背景，對研究區中生界的沉積演化進行了歸納總結。陸相斷陷盆地的拉張斷陷作用多表現為不連續的幕式沉降過程［15］，中生代處于斷陷發育階段，可細分為3個時期:中侏羅世初始斷陷期、晚侏羅世斷陷擴展期及早白堊世斷陷萎縮期［9］，不同時期具有不同的沉積發育特征(圖6)。

3.1 中侏羅世初始斷陷期

中侏羅世處于初始斷陷期，呈南北雙斷的非對稱地塹式斷陷的構造格局［9，16］，主體沉降速率超過200 m/Ma。由于沉降速率快而處于欠補償狀態，該時期巖性主要為深灰色泥巖夾淺灰色薄層粉砂巖、泥質粉砂巖。其中以暗色泥巖沉積建造為主的半深湖—深湖亞相占據了研究區的大部分區域，垂向最大沉積厚度達1 000 m以上。坳陷邊緣受斷裂控制，發育少量小型扇三角洲、三角洲沉積(圖6)，物源主要來自南北兩側的隆起區。

3.2 晚侏羅世斷陷擴展期

晚侏羅世構造活動減弱并趨于穩定，構造面貌稍有變化，呈南斷北超的構造格局［9，16］。基底沉降速率減緩，沉降速率約100 m/Ma，沉積物向盆內進積。垂向整體上為一個完整的湖進—湖退旋回。早期在北部緩坡區發育三角洲沉積體系，三角洲前緣亞相非常發育，陸源碎屑物主要從北部輸入分多支向南部和西南部延伸，控制了坳陷的主體沉積格局。在南部控坳斷裂的下降盤及東部陡坡區，見多個小型扇三角洲沉積。中后期湖平面上升，湖水向隆起區擴展，水域面積擴大，發育暗色泥巖為主的半深湖—深湖沉積，在北部緩坡區見三角洲前緣沉積(圖6)。

3.3 早白堊世斷陷萎縮期

早白堊世繼承晚侏羅世的構造格局持續發展，由斷陷逐漸演變為斷坳結構［9，16］。該時期氣候干熱［17］，巖性整體為以紅色色調為主的雜色碎屑巖組合，垂向發育兩套辮狀河三角洲—濱淺湖正旋回沉積序列。其中下部旋回全區普遍分布，沉積物呈下粗上細的正旋回，旋回早期北部緩坡區發育大型辮狀河三角洲沉積，物源來自北部隆起區。南部及東部斷裂的下降盤，則發育多個扇三角洲沉積。晚期湖泊水體范圍相對擴大，三角洲向坳陷邊緣退去，主要以濱淺湖沉積為主。受燕山晚期抬升剝蝕作用的影響［16］，上部旋回僅分布在研究區的西北部，主要發育雜色砂礫巖、細砂巖為主的辮狀河三角洲沉積。

4 結論

圖6 中生界連井沉積相剖面Fig.6 Section of sedimentary facies in Mesozoic

(1)北黃海盆地東部坳陷中生界發育扇三角洲、辮狀河三角洲、三角洲及湖泊等4種沉積相類型。

(2)中生界沉積演化受構造發育階段控制，中侏羅世處于初期斷陷期，半深湖—深湖亞相發育，僅在邊緣見少量、小規模的扇三角洲沉積。晚侏羅世處于斷陷擴展期，早期北部緩坡發育三角洲沉積，南部及東部陡坡見扇三角洲沉積，中后期則由于湖平面上升，形成暗色泥巖為主的半深湖—深湖沉積，晚期在北部緩坡區見三角洲前緣沉積。早白堊世處于斷陷萎縮期，垂向為2個正旋回沉積序列，其中旋回下部以扇三角洲、辮狀河三角洲相為主，向上漸變為濱淺湖沉積。

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