北黄海盆地东部坳陷地层划分及沉积特征

杜 民，王改云，刘金萍，成 谷

(1.广州海洋地质调查局，广东 广州 510760;2.国土资源部海底矿产资源重点实验室，广东 广州 510075;3.中山大学，广东 广州 510275)

引 言

北黄海是指夹持于山东、辽东及朝鲜3个半岛之间的半封闭区 (图1)，大地构造位置处于中朝板块东南部，属华北地块向海的延伸部分，西为郯庐断裂与渤海湾盆地，北为辽东隆起，东接朝鲜地块，南邻胶东隆起与苏胶—临津江造山带，其演化经历了太古宙—新元古代的克拉通基底阶段、古生代沉积盖层阶段和中—新生代陆相沉积阶段［1－4］。

图1 北黄海盆地地理位置及构造单元分布(据文献［5］修改)

北黄海盆地展布于北黄海海域中央，与莱阳盆地及朝鲜安州盆地同处一个中生代断陷带之内［3－5］，是中朝板块东部隆起背景上发育的中、新生代陆内断陷盆地，可划分为东部坳陷、中央隆起、中部坳陷、中西部隆起、西部坳陷和南部凹陷群等6个二级构造单元［5］。其中，东部坳陷为北黄海盆地最具潜力的勘探区［6］。迄今为止，中国及朝鲜已在该坳陷完成了大量勘探工作，并在其东部钻获工业性油气流。在对北黄海盆地东部坳陷地震地层划分的基础上，研究了坳陷内各套地层的沉积特征，为今后的勘探工作奠定基础。

1 地震地层划分及展布特征

以地震、钻井及测井资料为基础，利用地震地层学、层序地层学原理对东部坳陷进行了地层划分［7－9］，进而分析了地层展布特征与沉积相分布特点［10］。通过对东部坳陷大量二维地震资料的解释、追踪、对比，厘定了 R1、R3、R4、R5和 R65 个区域不整合界面及渐新统内部的R2不整合界面，其中R3界面仅局限于盆地东北部。剖面上可划分出3套特征迥异的层组:下构造层具宽缓起伏褶皱，厚度变化相对稳定;中构造层产状多变、厚度变化大、断陷充填特征明显;上构造层产状近水平，厚度稳定。

东部坳陷地层可分为3个超层序，其中超层序Ⅱ、Ⅲ可分别以R3、R5为界分为次一级层序，即层序ⅡA、层序ⅡB、层序ⅢA和层序ⅢB(表1、图2)。研究厘定了各地震层序的地质属性:超层序Ⅰ为新近系;超层序Ⅱ为古近系，其中层序ⅡA为渐新统，层序ⅡB为始新统;超层序Ⅲ为中生界，其中，层序ⅢA为下白垩统，层序ⅢB为上侏罗统。研究表明，该区主要发育上侏罗统、下白垩统、始新统、渐新统和新近系—第四系5套地层(图2)。其中，渐新统以R2为界可分为上、下渐新统。

图2 北黄海盆地东部坳陷地震解释剖面

1.1 前中生界基底

1.1.1 围区前中生界

围区露头显示，辽东地区主要为太古界、元古界、震旦系;胶东地区在蓬莱—刘公岛出露了太古界—元古界胶东群、粉子山群和震旦系蓬莱群;渤海湾地区大量井揭示了太古界—元古界的混合岩与花岗岩［4］;朝鲜狼林地块主要出露太古宇。

华北地台与辽东地区的寒武系、中奥陶统属浅海碳酸盐岩沉积，缺失上奥陶统—下石炭统。胶东地区未见寒武—奥陶系，且上古生界不发育。渤海湾济阳坳陷的寒武系为石灰岩和结晶白云岩，上石炭统属滨海沼泽相沉积，二叠系为河湖—沼泽相碎屑岩。朝鲜半岛北部寒武纪—志留纪沉积了滨浅海相的陆源碎屑岩和碳酸盐岩，上古生界发育泥盆系;该区平南盆地的上古生界与华北一致，中、上石炭统为滨浅海相沉积;二叠系则为滨浅海相与河流—三角洲沉积。

1.1.2 研究区前中生界

研究区共5口井揭示基底，其中西北部的2井、6井、10井钻遇了元古界变质岩、寒武系及奥陶系碳酸盐岩［11］，南部的9井钻遇了太古界，4井和9井的基底以火山侵入岩为主。结合围区资料、钻井及地震资料，认为盆地基底主要由太古宇—下元古界石英岩、片岩、片麻岩、板岩等中—深变质的结晶岩系和中上元古界—奥陶系的碳酸盐岩、板岩组成。

1.2 沉积盖层

由于印支运动影响，中三叠世末北黄海地区处于抬升剥蚀状态，直至中侏罗世末才发生断陷活动并接受沉积。东部坳陷的中—新生代沉积厚度超过8 000 m，中生界最厚为6 000 m，新生界最厚为3 500 m。利用层速度资料计算了砂岩百分含量，并结合钻井、地震及区域资料进行了地层岩性分析。

1.2.1 中生界(R4—Rg)

上侏罗统(R5—Rg):总体为一套中—低频、中—弱振幅、低连续反射层组，局部断续—杂乱，厚度多为800～1 400 m，且变化较大，向坳陷边缘减薄，以中部凸起为界呈现南北2个沉积中心;层速度为4 000～4 500 m/s，大面积区域砂岩百分含量为20% ～40%，属偏砂—泥相沉积。

下白垩统(R4—R5):整体呈中频、中—弱振幅、中—低连续反射，厚度变化不大，多为600～1 200 m，展布范围较上侏罗统显著减小，沉积中心位于西北部;层速度3 500～4 000 m/s，大部分区域砂岩百分含量为20% ～50%，为偏泥相或偏砂相沉积。

1.2.2 新生界(R4之上)

始新统(R3—R4):呈中频、中—弱振幅、中连续—低连续反射，范围仅局限在断层下降盘等低凹部位;层速度为3 200～3 800 m/s，砂岩百分含量多为30% ～50%，为偏泥相或偏砂相沉积。

下渐新统(R2—R3):为中—高频、中—高连续、中—弱振幅反射层组，在坳陷内广泛发育，无明显的沉积中心，但厚度较大区域主要在盆地南部，最厚达2 700 m，层内变形强烈;层速度为3 000～3 400 m/s，大部分区域砂岩百分含量值为40% ～50%，为偏砂相或砂泥相沉积。

上渐新统(R1—R2):反射特征与下渐新统相似，分布更广，中北部见明显沉积中心，最大厚度达1 600 m，层内变形较弱;层速度显著降低，为2 600～2 800 m/s，砂岩百分含量大部分区域大于50%，为偏砂相沉积。

新近系(R1之上):为中—高频、中—强振幅、中—高连续反射层组，下部为弱—变振幅反射，上部则属中—强振幅反射。该层序分布稳定，厚度为200～600 m;层速度为 1 600～2 000 m/s，砂岩百分含量小于30%。

2 东部坳陷沉积特征

2.1 上侏罗统

研究区7井揭示了数百米的上侏罗统，下部龙胜组为河流—沼泽相及滨湖相沉积;上部新义州组是典型湖相地层，底部黑色页岩指示了还原环境与停滞水体条件下的半深湖相沉积，上部则发育粗粒的边缘相，推测新义州组是一套较厚的源岩［12－17］。地化研究显示，上侏罗统泥岩的有机碳含量为0.41% ～6.87%、总烃含量为0.08% ～0.10%，以Ⅱ型干酪根为主［6］。该层段的砂岩因孔隙内含大量高岭石胶结物，孔隙度多小于10%、渗透率平均值为25 ×10－3μm2。

晚侏罗世，盆地地形高差大、物源丰富，沉积受西南部边界断层控制。该时期沉积较稳定，发育多种类别的河—湖相沉积(图3a)。地震反射特征研究表明，上侏罗统可识别出5类地震相。第1类主要见于研究区北部，在东部见小范围分布，为具杂乱或前积结构、楔状或丘状外形的中振幅、中—低连续性地震相，砂岩百分含量为30% ～70%，推测为中—高能的近物源环境的三角洲沉积相;第2类为杂乱结构、丘状或楔状外形的中—弱振幅、中—差连续性地震相，研究区东、西部边界及东北角均可见，砂岩百分含量为40% ～70%，指示了能量高、释放快的扇三角洲沉积;第3类为杂乱或微发散结构、楔状或席状的中—弱振幅、低连续性地震相，在4井以东呈长舌状分布，南、北边缘由小型三角洲及扇三角洲所围绕，砂岩百分含量为50% ～75%，推测属高能、近源的冲积平原沉积;第4类分布广泛，为亚平行、微发散或杂乱结构、席状或楔状外形的中—弱振幅、中—低连续地震相，相带宽、特征稳定，砂岩百分含量为30%～60%，反映了中等能量且较稳定的滨浅湖相沉积;第5类可分2个区域，其一呈西北向粗条带状展布，另一部分呈窄条状位于研究区南部，均被滨浅湖相包围，为具平行—亚平行或微发散结构、席状外形的中—强振幅、中连续地震相，砂岩百分含量20% ～50%，此相带稳定、厚度变化小，反映了静水、低能、远源的半深湖相沉积(图4a)。结合盆地演化史可知，三叠纪时，印支运动导致早期地层沿逆冲断层抬升，形成高地;晚侏罗世，初始断陷期的持续沉降及区域拉张形成了湖盆，此时沉降快、水体深，东部坳陷接受了周围古高地的碎屑沉积。上侏罗统沉积期，湖盆中心广泛发育的暗色泥岩是研究区的主力烃源岩，边缘砂质骨架相可与其构成有利成藏组合。

图3 北黄海盆地东部坳陷中生界沉积相

图4 北黄海盆地东部坳陷沉积相剖面特征

2.2 下白垩统

早白垩世，气候由湿润转变为干旱炎热，碎屑粒度变粗，研究区以三角洲—滨浅湖沉积为主，局部见河流及扇三角洲沉积。研究区5井揭示了约700 m的下白垩统，主要为钙质泥岩、中细砂岩、砂砾岩夹透镜状灰岩，可见指示干燥气候的红层。下白垩统灰色泥岩厚约百米，TOC含量为1.06% ～1.60%，总烃含量为0.10% ～0.18%，以Ⅱ2—Ⅲ型为主，具一定生烃潜力［5－6］。下白垩统砂岩的有效孔隙度为11%～25%，渗透率平均为200×10－3μm2，储集性因高岭石胶结物的存在也有所降低［5］。

早白垩世，沉积范围有所萎缩，但往西北方向存在拓展，沉积中心向西北迁移(图3b)。研究区可识别4类地震相，分别被解释为扇三角洲、三角洲、滨浅湖和半深湖相沉积。与上侏罗统相比，缺少了冲积平原沉积。该时期，6井区域的三角洲规模较大(图4b)，往湖盆中心推进距离远;盆缘其他部位发育扇三角洲相沉积，其中北缘扇体面积较广，西南及东部则零星分布小型扇三角洲朵叶;滨浅湖展布较广，而半深湖相仅局限于盆地中心。下白垩统沉积期，研究区物源及沉积类型与晚侏罗世相似，但沉积格局已显著不同。该层段下部灰色泥岩可作为本区的次要源岩，而较高孔隙砂岩则是区内重要储层。

2.3 始新统

晚白垩世，区域应力场由拉张转为挤压，先存地层遭受抬升剥蚀并持续至古新世末。始新世，挤压作用停止，拉张引起的拱张差异断陷及张性断裂作用活跃，不仅使北黄海区域各坳陷接受了碎屑沉积，也对中生代盆地进行了改造。该时期，区域断陷作用表现为中西部强，东部、南部弱，故研究区始新统分布局限，且仅厚100～300 m。前人认为始新统具一定生烃能力［5，17］，但钻井与地震均显示其厚度薄、范围小，不发育烃源岩。该区始新统仅见2类地震相，一类为席状—楔状外形、中—弱振幅、中—低连续性、内部为透镜状—亚平行结构及S形结构，砂岩百分含量为40% ～50%，指示了三角洲相沉积;另一类为席状外形、中—弱振幅、中—低连续、平行—亚平行结构，砂岩百分含量为30% ～40%，代表了滨浅湖相沉积。

2.4 下渐新统

早渐新世，经历始新世末短暂的反转与间断后，NNE向拉张应力场加强，研究区断陷活动继承了始新世的特点，同沉积现象明显，盆地范围显著扩大。研究区下渐新统沿呈EW向的“X”形展布(图5a)，可识别出4类地震相:第1类为前积结构、楔状、丘状或透镜状外形的中振幅、中连续性地震相，在东北缘分2块展布，砂岩百分含量为30%～60%，指示为三角洲相沉积;第2类为杂乱、亚平行微发散结构、丘状或楔状外形的中—弱振幅或变振幅、断续或低连续地震相，呈窄带状沿边界断层展布，研究区南部、西部及东缘均可见，砂岩百分含量为50% ～75%，南部高值可达80%，指示为冲积平原沉积(图4c);第3类呈弧形带状或扇状且沿盆缘将第2类包围，为斜交前积结构及微发散结构、楔状或丘状外形的中—强振幅、连续—中连续地震相，砂岩百分含量40% ～60%，推测为扇三角洲相沉积(图4c);第4类为波状或发散结构、中振幅或变振幅、中—低连续地震相和亚平行或微发散结构、中—强振幅、连续—中连续地震相，相带宽、分布广，砂岩百分含量为30% ～40%，指示为滨浅湖相沉积。下渐新统沉积范围明显扩展，相带以砂质为主，物源来自东、东北、南、北及西北等多个方向。前人研究认为下渐新统具生油能力，但潜力极低。渐新统砂岩孔隙度为20% ～35%，平均渗透率为1 125 ×10－3μm2，物性较好;该层段泥岩厚度薄，横向变化快，难以形成区域性盖层。

2.5 上渐新统

图5 北黄海盆地东部坳陷渐新统沉积相

晚渐新世，随着NNE向张应力减弱，盆地进入断陷末期。研究区上渐新统为古近纪晚期的继承性沉积，厚度变化平缓，沉积中心在中北部。上渐新统地震相明显分为4类(图5b):第1类呈扇状广布于盆缘，为杂乱、亚平行或微发散结构、席状或楔状外形的中—弱振幅、中—低连续断续地震相，砂岩百分含量为50% ～80%，推测为冲积平原沉积;第2类为斜交前积结构、楔状、丘状或透镜状外形的中—强振幅、中连续性地震相，主要分布在5井与6井之间、9井与3井区域及研究区东南部，呈带状位于第1类的前缘，砂岩百分含量30% ～50%，推测属三角洲相沉积;第3类为中—弱振幅、断续—低连续地震相，呈带状弧形展布在冲积平原前缘，具杂乱结构、丘状或楔状外形，砂岩百分含量为40% ～60%，推测为扇三角洲相沉积;第4类分布广泛，相带特征与厚度稳定，为亚平行或微发散结构、席状或楔状外形的中—弱振幅、中连续地震相，砂岩百分含量20% ～50%，指示为滨浅湖相沉积。上渐新统与下渐新统岩性相似，但砂质含量更高，储集物性更好;该层段泥岩厚度薄且未成熟，不具生烃潜力，也难形成区域性盖层。

2.6 新近系—第四系

该套地层变形微弱，可分为2套反射层。下部为亚平行结构、弱—变振幅、低连续地震相，是区域沉降阶段的中新统—上新统披盖式广湖相及三角洲—河流相沉积，以填平补齐为特点;上部为平行结构、中—强振幅、中—高连续地震相，推测为更新世以来海水入侵形成的陆架滨—浅海相稳定沉积。

3 结论

(1)晚侏罗世以来，东部坳陷发育了上侏罗统、下白垩统、始新统、下渐新统、上渐新统和新近系等多套中—新生代沉积地层，厚度超过8 km，可划分出3个特征迥异的超层序。除下白垩统在盆地南部与东部有小面积缺失、始新统范围相当局限外，其余地层均发育广泛。

(2)研究区上侏罗统发育以暗色泥岩为主的湖相沉积，边缘扇体较少;下白垩统属湖泊—三角洲相沉积，盆缘扇体发育，半深湖相急剧萎缩至湖盆中心;始新统仅见厚度薄、范围窄的滨浅湖与三角洲相沉积;上、下渐新统主要为河流—三角洲相沉积，扇三角洲与河流—冲积平原分布广泛，地层砂质含量高，缺乏稳定的厚层泥岩;新近系接受了区域沉降阶段的披盖式广湖相及三角洲—河流相沉积;第四系主要为海水全面入侵形成的一套陆架滨—浅海相稳定沉积。

［1］蔡乾忠.横贯黄海的中朝造山带与北、南黄海成盆成烃关系［J］.石油与天然气地质，2005，26(2):185－196.

［2］李文勇，李东旭，夏斌，等.北黄海盆地构造演化特征分析［J］.现代地质，2006，20(2):268－276.

［3］袁书坤，王英民，刘振湖，等.北黄海盆地东部坳陷不整合类型及油气成藏模式［J］.石油勘探与开发，2010，37(6):663 －667.

［4］王立飞，王衍棠，胡小强.北黄海盆地西部坳陷地层与沉积特征［J］.海洋地质与第四纪地质，2010，3(3):97－104.

［5］刘振湖，高红芳，胡小强，等.北黄海盆地东部拗陷中生界含油气系统研究［J］.中国海上油气地质，2007，19(4):229－233.

［6］龚承林，雷怀彦，王英民，等.北黄海盆地东部坳陷构造演化与油气地质特征［J］.海洋地质与第四纪地质，2009，29(1):79 －86.

［7］邢国才，曲兆选.层序地层学原理在地震剖面解释中的应用［J］.特种油气藏，2004，11(2):24－25.

［8］邱桂强.陆相断陷盆地高精度层序地层研究现状与思路［J］.油气地质与采收率，2005，12(3):1－4.

［9］黄世伟，黄薇，林铁锋，等.基于高精度三维地震数据的碎屑岩沉积相精细研究——以松辽盆地北部齐家南地区四方台组为例［J］.大庆石油地质与开发，2011，30(1):32－37.

［10］陈晓东，卢双舫，张世广，等.松辽盆地红岗阶地青山口组地层层序和沉积特征［J］.大庆石油地质与开发，2012，31(3):41 －46.

［11］肖国林，孙长虹，郑浚茂.北黄海盆地东部前中生界基底特征［J］.现代地质，2005，19(2):261－266.

［12］王小品，熊晓军，贺振华.川东北长兴组生物礁的三维地震响应特征［J］.大庆石油地质与开发，2011，30(2):167－169.

［13］姜辉，于兴河，李庆明，等.Muglad盆地Nugara坳陷东凹Darfur群地震层序格架和地震相［J］.油气地质与采收率，2006，13(5):18 －21.

［14］曾富英，金惠，杨威，等.川中—川南地区须家河组有利储集砂体地震识别及其分布预测［J］.油气地质与采收率，2011，18(1):30 －33.

［15］肖冬生，乔东生，周俊杰.北大港北坡“三相”结合预测沙二段储层［J］.特种油气藏，2009，16(5):14－16.

［16］孙家振，李兰斌.地震地质综合解释教程［M］.武汉:中国地质大学出版社，2002:121－122.

［17］张莉，周永章，王嘹亮，等.北黄海盆地生烃条件研究［J］. 天然气工业，2009，29(1):21－25.