渤海湾盆地中新生代构造演化与构造样式.pdf

? 作者简介: 夏斌, 1959 年生, 研究员, 博士生导师, 本刊第六届编委会委员; 主要从事中国东南部大陆边缘蛇绿岩和板块构造、 青藏高原蛇绿岩、 特提斯构造和矿床地球化学的研究工作地址: ( 510640)广东省广州市五山 ( 020) 85290032E -mail: xiabin@ gig. ac. cn渤海湾盆地中新生代构造演化与构造样式夏 斌 ? 刘朝露 ? 陈根文(中国科学院广州地球化学研究所)? ? 夏斌等. 渤海湾盆地中新生代构造演化与构造样式. 天然气工业, 2006, 26(12) : 57 -60.摘? 要? 通过火成岩岩石地球化学分析, 渤海湾地区中新生代岩浆活动大致可分为 5 期, 由此将渤海湾盆地中新代构造演化划分为 5 个阶段: ①印支期岩性组合为正长花岗岩和二长花岗岩, 以伸展构造环境为主; ②燕山早期岩性组合为埃达克岩和高锶花岗岩, 以挤压造山构造环境为主; ③燕山晚期岩性组合为酸性? 偏碱性岩, 如 A 型花岗岩、 辉长岩、 正长岩以及拉斑质钙碱性玄武岩等, 以伸展和岩石圈减薄构造环境为主; ④沙三? 东营期岩性组合以碱性玄武岩为主, 此时岩石圈减薄作用减弱, 渤海湾拉分盆地正式形成; ⑤馆陶期之后, 火成岩为碱性玄武岩,构造活动处于相对平静期, 渤海湾地区处于整体坳陷阶段。

结合地震资料解释认为: 印支期以伸展构造样式为主;燕山早期以收缩构造样式为主; 燕山晚期? 喜山早期以负反转构造样式为主; 沙三? 东营期以扭动构造样式为主;馆陶? 明化镇期后由于盆地处于整体坳陷阶段, 主要以伸展构造样式为主主题词? 渤海湾盆地? 中新生代? 构造演化? 构造样式? ? 渤海湾盆地是我国东部一个重要的产油气区, 盆地内的断裂构造是构造运动的基本形式, 在地质历史演化过程中主要断裂带控制着重要油气田的分布, 不同类型的构造圈闭和储集体控制着油气聚集的规模, 40多年的勘探开发实践证明, 第三纪是渤海 湾油区主要的形成时期, 如中原、 下辽河、 胜利、 大港等油田均分布在主要断裂带控制的第三系中 ? 渤海湾盆地的成因与演化目前研究也较多[ 1 -15], 构造演化阶段的划分也各不相同, 本文通过对该地区的火成岩岩石地球化学分析, 从构造与岩性组合关系的角度对渤海湾盆地中新生代盆地的构造演化阶段进行了划分, 总结了各个演化阶段盆地的构 造? 岩性组合关系模式, 近年来渤海湾地区的地震资料解释说明各个不同性质的演化阶段形成了不同类型的构造样式一、 中新生代构造岩性组合特征及构造 演化阶段划分? ? 大量的事实表明, 大地构造对沉积作用起着重 要的控制作用。

反过来, 一定的构造背景下所形成的沉积产物则是起作用的构造运动的历史记录因此, 采用沉积与构造相结合的构造岩性组合来划分和描述沉积盆地中的沉积岩系及其共生组合, 将有 助于阐明沉积盆地与大地构造的关系以及盆地的发展演化过程盆地内火成岩的分布与岩石圈厚度、地壳厚度减薄区具有对应关系, 同时岩浆活动分布区也是地热发育区, 这是我们通过分析区域性岩浆 活动的期次、 空间分布特征, 并用于分析盆地演化的基础 根据近年来对渤海湾盆地火成岩的岩石地球化 学研究结果( 图 1) , 渤海湾地区中新生代岩浆活动大致可分为五期, 即印支期( T1- 2) 、 燕山早期( J1- J3) 、燕山晚期? 喜山早期( K1- Es4) 、 沙三? 东营期( Es3- Ed) 、 馆陶 ? 明化镇期( Ng- Nm) , 并且不同期次 的岩性组合指示不同的构造环境, 其中, 印支期( T1- 2) 岩性组合为正长花岗岩和二长花岗岩, 以伸图 1? 渤海湾地区中新生代火成岩发育期次统计图?57?第 26 卷第 12期 ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 天 ? 然 ? 气 ? 工 ? 业 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 第六届编委会专辑展构造环境为主; 燕山早期( J1- J3) 岩性组合为埃达克岩和高锶花岗岩, 以挤压造山构造环境为主; 燕山晚期( K1- Es4) 岩性组合为酸性 ? 偏碱性岩, 如 A型花岗岩、 辉长岩、 正长岩以及拉斑质钙碱性玄武岩等, 以伸展和岩石圈减薄构造环境为主; 沙三? 东营期( Es3- Ed) 岩性组合以碱性玄武岩为主, 指示岩石圈减薄作用减弱; 馆陶期( Ng- Nm) 之后, 火成岩为碱性玄武岩, 指示构造活动处于相对平静期。

? 1. 印支期( T1- 2) 正长花岗岩和二长花岗岩构造岩性组合, 盆地处于伸展构造阶段? ? 这个岩性组合是由正长花岗岩和二长花岗岩组成, 它是盆地张裂阶段的产物, 指示一种伸展构造环境 ? 华北地区进入中生代三叠纪早期( 202~ 236Ma) 发生了一次伸展运动, 在燕山一带发育有碱性花岗岩和正长岩从侏罗世开始, 于太行山地区出现了中酸性花岗岩, 据刘红涛[ 16]研究, 认为是壳幔混合成因, 由同侵位的幔源基性岩浆和壳源花岗质岩浆发生岩浆混合作用而成 ? 2. 燕山早期( J1- J3) 埃达克岩和高锶花岗岩构造岩性组合, 盆地处于挤压造山构造阶段? ? 中生代早侏罗世 ? 晚侏罗世, 渤海湾盆地基本上发育了北东向和东西向的褶皱和逆冲断层, 这与北部的西伯利亚板块向南挤压、 华北板块和扬子板 块向北推挤以及郯庐断裂左行走滑作用的剪切构造机制相吻合 ? 燕山早期, 渤海湾盆地火成岩的岩石成分发生 了较大变化, 岩性组合主要是埃达克岩和高锶花岗岩, 说明盆地形成时期发生了构造性质的转化, 由张性的构造环境转变为挤压构造环境为主 ? 据刘红涛( 2002)[ 16]、 张旗( 2001)[ 17]研究, 在华 北地区北缘存在一套高锶花岗岩, 这套花岗岩形成的年代主要集中在 180~ 150 Ma, 到 114 Ma 后消失。

由于高锶花岗岩多数形成于高温( 800~ 900? ) 、 高压( 1. 5 GPa) 环境, 表明这套花岗岩岩浆来源 深度应大于 50 km也就是说, 在早侏罗世时期, 华北地区北缘处于地壳加厚时期除此之外, 燕山早期处于挤压造山构造环境的证据还表现在本区普遍 发育的逆冲断裂构造, 如在早侏罗世时期, 北京西山NEE 向褶皱表明, 该区曾发生过较强的挤压活动在中侏罗世时期, 十三陵、 承德、 兴隆等地发育有向北的逆冲推覆构造, 这些事实均表明, 燕山早期, 华 北地区以挤压造山为主 3. 燕山晚期( K1- Es4) 酸性 ? 偏碱性岩构造岩 性组合, 盆地处于伸展与岩石圈减薄构造阶段?? 晚白垩世至古近世早期古新世, 盆地构造反转,盆地整体抬升, 缺失该期沉积始新世开始( 56~ 42 Ma) , 渤海湾盆地又开始发生裂陷, 渤海湾盆地的基本构造格局为 NNE 向的沧东断裂带和郯庐断裂带之间夹持一系列 NW 向的狭窄垒堑系沿着 NNE和 NW 向的控盆断裂发育了一系列窄小的垒堑中 生代盆地比沙四孔店组要宽阔些( 图 2) , 沙四孔店期的盆地与中生代盆地有一定的继承性沙四孔店时期冀中坳陷开始产生。

从雁行排列的窄小盆地看, 中始新世之前这些盆地主要是郯庐断裂左行走滑的派生构造图 2? 渤海湾盆地中部某南北向剖面图?? 盆地岩性组合为酸性? 偏碱性岩, 如 A 型花岗岩、 辉长岩、 正长岩以及拉斑质钙碱性玄武岩等, 指 示伸展与岩石圈减薄构造环境 燕山晚期之后, 本区以碱性花岗岩侵位为标志,指示燕山晚期后, 区域地壳/ 岩石圈已经进入到了真正的非造山阶段, 并开始板内裂谷作用鲁西地区中生代早白垩世晚期广泛分布的富钾火山岩及煌斑岩也可以初步说明, 鲁西地区在早白垩世晚期发生过岩石圈的水平伸展, 火成岩样品分析特征是轻稀土元素富集, 轻、 重稀土元素分馏作用十分显著另外, 在早白垩世晚期, 华北地区构造核杂岩体发育,并伴随一些伸展构造及区域性正断层发育, 如云蒙山构造核杂岩体的形成等 4. 沙三? 东营期( Es3- Ed) 岩性组合以碱性玄武岩为主, 盆地处于岩石圈减薄作用减弱, 拉分盆地形成阶段?? 中始新世开始, 由于郯庐断裂带转为右行走滑 运动, 渤海湾盆地进入新生代拉分盆地时期, 古近纪晚期中始新世 ? 晚始新世, 渤海湾盆地成为大规模走滑的拉分盆地, 近东西向和北东向构造增多, 盆地构造类型以伸展构造为主, 伸展量较大, 盆地变得开 阔。

渐新世东营期盆地继续强烈拉分, 盆地的走滑构造及衍生的花状构造十分发育, 并在走滑断裂的转折部位形成反转构造58?第六届编委会专辑 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 天 ? 然 ? 气 ? 工 ? 业 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2006 年 12 月? ? 沙三 ? 东营期, 岩浆活动开始以碱性玄武岩为 主, 岩浆源区由早期的具富集特征的地幔变为亏损地幔, 反映地壳特征的高场强元素由亏损转变为富集, 前期的岩石圈减薄作用已经基本减弱另一方 面, 该期由于太平洋板向欧亚大陆俯冲的方向由原来的 NNW 向转为 NWW 向, 区内应力状态发生重要改变, 受郯庐断裂与大行山东断裂的右旋剪切作用的共同影响, 渤海湾拉分盆地正式形成 ? ? 5. 馆陶期( Ng- Nm) 之后, 火成岩为碱性玄武岩, 指示构造活动处于相对平静期, 盆地处于整体坳陷阶段 ? ? 进入新近纪和第四纪, 渤海湾盆地的走滑构造仍在活动, 但强度有所减弱, 由于构造活动减弱, 壳幔边界热冷却, 盆地整体热沉降 ? 馆陶期之后, 岩浆活动在盆地内逐渐减弱, 由盆 地中心向盆地边缘发展, 火山活动方式主要由原来的面型分布变为线型分布。

盆地处于整体坳陷阶段 ? 综上所述, 渤海湾地区中新生代不同时期的火成岩 岩性组合及所反应的大地构造环境如图3 所示图 3? 渤海湾盆地中生代不同时期内火成岩岩性 ?? 组合特征与构造环境的关系图二、 渤海湾地区中新生代构造样式? ? 构造样式分析是盆地分析的重要内容, 按照盆地形成的地球动力学环境及其复合关系, 构造样式及其赋存的构造环境主要有 4 种情况: ①伸展构造环境与拉张构造样式; ②挤压构造环境与收缩构造样式; ③走滑构造环境与扭动构造样式; ④应力环境的变化与反转构造样式通过以上分析可知, 渤海湾盆地是在华北地台内部发育起来的中新生代断陷? 坳陷型盆地, 基底为太古界结晶基底, 地震与钻探资料均表明该区构造活动强烈, 从印支期到喜山期经历了伸展、 挤压、 走滑与应力环境的变化等不同的构造环境, 从而形成了拉张、 收缩、 扭动及负反转等多期多类型的构造样式 1. 印支期( T1- 2) 伸展构造样式 ?? 根据临清坳陷邯郸断陷地震主剖面显示资料证实, 三叠纪与下石炭 ? 二叠系地层呈假整合接触, 地层厚度变化也是呈全区性分布, 厚度最大的区域位 于盆地的南部, 最厚可达 1800 多米, 通过济阳坳陷的地层分析与对比也表明三叠纪时期, 曾经沉积过1500~ 2000 m[ 18], 说明渤海湾地区在印支期是处于伸展构造阶段, 盆地以接受沉积为主。

?? 2. 燕山早期( J1- J3) 挤压褶皱背斜构造样式?? 这类构造样式总体上展布方向为 NNE 向, 与古生界时的展布方向为近东西向不同, 沾化凹陷中的 孤西断层、 罗西断层与五号桩断层是该时期的典型的构造样式( 图 4) 图 4? 沾化凹陷侏罗纪逆冲断裂构造发育剖面图?? 3. 燕山晚期( K1- Es4) 负反转构造样式?? 燕山晚期形成的挤压应力形成的逆冲断裂与背斜构造, 进入古近纪后转入了拉张翘倾应力环境, 致 使原逆冲断层的上升盘, 因应力机制的改变, 沿断层面转为向下滑动并旋转翘起形成箕状断陷, 这种由早期的逆冲断裂反转为后期正断下滑的断裂运动,即形成了负反转构造样式如冀中候尚村潜山构造 带与沾化凹陷的罗西断层、 孤西断层与五号桩断层即为该类构造样。