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物探与化探, 2023, 47(3): 584-596 doi: 10.11720/wtyht.2023.1463

“2022年重磁方法理论及应用研究专题研讨会”专栏

基于卫星重力异常的渤海盆地秦南凹陷及邻区构造格局研究

杨荣祥,1,2,3, 王万银,1,2,3,4,5,6, 蔡梦轲1,2,3, 王丁丁1,2,3,7, 罗新刚1,2,3

1.长安大学 重磁方法技术研究所,陕西 西安 710054

2.长安大学 地质工程与测绘学院,陕西 西安 710054

3.长安大学 西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室,陕西 西安 710054

4.中国科学院 海洋地质与环境重点实验室,山东 青岛 266071

5.中国科学院海洋研究所,山东 青岛 266071

6.海洋油气勘探国家工程研究中心,北京 100028

7.Department of Earth Sciences, University of Naples Federico II, Naples 80138

A study of tectonic framework of the Qinnan sag in Bohai Basin and its adjacent areas based on satellite gravity anomalies

YANG Rong-Xiang,1,2,3, WANG Wan-Yin,1,2,3,4,5,6, CAI Meng-Ke1,2,3, WANG Ding-Ding1,2,3,7, LUO Xin-Gang1,2,3

1. Institute of Gravity and Magnetic Technology, Chang 'an University, Xi'an 710054, China

2. School of Geological Engineering and Geomatics, Chang'an University, Xi'an 710054, China

3. Key Laboratory of Western China's Mineral Resources and Geological Engineering of Ministry of Education, Chang'an University, Xi'an 710054, China

4. Key Laboratory of Marine Geology & Environment, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China

5. Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China

6. National Engineering Research Center of Offshore Oil and Gas Exploration, Beijing 100028, China

7. Department of Earth Sciences, University of Naples Federico II, Naples 80138, Italy

通讯作者: 王万银(1962-),男,博士,教授,博士生导师,主要从事重、磁位场理论及应用研究和教学工作。Email:wwy7902@chd.edu.cn

第一作者: 杨荣祥(1996-),男,硕士研究生,研究方向为重、磁方法理论及应用。Email:yangrx1636@163.com

责任编辑: 王萌

收稿日期: 2022-09-21   修回日期: 2023-01-27  

基金资助: 中国海洋石油集团有限公司重大课题“中国近海盆地潜在富油凹陷资源潜力、成藏机制与突破方向”(YXKY-ZX01-2021)

Received: 2022-09-21   Revised: 2023-01-27  

摘要

渤海盆地是我国目前发现海上油气田最多的地区,秦南凹陷作为渤海盆地中的潜在富油气凹陷,具有较高的勘探潜力,对凹陷及邻区的构造格局研究具有重要意义和应用价值。本文利用卫星重力异常,通过校正陆域地形和海水的影响得到布格重力异常,采用归一化总水平导数垂向导数(NVDR-THDR)、欧拉反褶积、最小曲率位场分离和双界面模型重力场快速反演等方法得到了断裂的平面分布和视深度、新生界厚度以及构造单元边界;结合地质及地球物理资料,分析了研究区内主要断裂和构造单元的分布特征及地球物理特征。研究表明秦南凹陷及邻区的断裂主要呈NE向、NEE向和NW向展布,断裂视深度以1~10 km为主,在控坳断裂的部分位置及众多断裂交汇处达到了15~25 km;新生界厚度在0~11 km,构造单元呈NE向和NEE向交替分布,其边界大多受断裂控制;通过进一步研究,将秦南凹陷西侧的洼陷划归为乐亭凹陷,对其他构造单元的边界也进行了调整。本次断裂分布和构造单元分布特征的研究结果能为秦南凹陷的油气勘探提供一定的地球物理支撑。

关键词： 卫星重力异常; 秦南凹陷; 构造单元; 断裂

Abstract

The Bohai Basin has the most offshore oil and gas fields discovered in China. As a potential hydrocarbon-rich sag in the Bohai Basin, the Qinnan Sag is of high value in exploration. Therefore, the study of the tectonic framework of the sag and its adjacent areas is of great significance and application value. Based on satellite gravity anomalies, this study determined the Bouguer gravity anomalies by correcting the influences of land topography and seawater and obtained the planar distribution and apparent depths of faults, the thickness of Cenozoic strata, and the boundaries of tectonic units using methods such as the normalized vertical derivative of the total horizontal derivative (NVDR-THDR), the Euler deconvolution, the minimum curvature potential field separation, and the fast for the gravity field based in a dual interface model. Based on the geological and geophysical data, this study analyzed the distribution and geophysical characteristics of major faults and tectonic units in the study area. The results of this study are as follows: The faults in the Qinnan Sag and its adjacent areas mainly have NE, NEE, and NW strikes and an apparent depth of primarily 1~10 km, which is up to 15~25 km at some positions of the sag-controlling faults and the intersections of the faults; The Cenozoic strata have a thickness of 0~11 km. The Cenozoic tectonic units are distributed in alternating NE and NEE directions, and their boundaries are mostly controlled by faults; Through further investigation, this study classified the sub-sag on the west side of the Qinnan sag as the Laoting sag and adjusted the boundaries of other tectonic units. The results of this study on the distribution of the faults and tectonic units can provide geophysical data for hydrocarbon exploration in the Qinnan Sag.

Keywords： satellite gravity anomaly; Qinnan Sag; tectonic unit; fault

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本文引用格式

杨荣祥, 王万银, 蔡梦轲, 王丁丁, 罗新刚. 基于卫星重力异常的渤海盆地秦南凹陷及邻区构造格局研究[J]. 物探与化探, 2023, 47(3): 584-596 doi:10.11720/wtyht.2023.1463

YANG Rong-Xiang, WANG Wan-Yin, CAI Meng-Ke, WANG Ding-Ding, LUO Xin-Gang. A study of tectonic framework of the Qinnan sag in Bohai Basin and its adjacent areas based on satellite gravity anomalies[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2023, 47(3): 584-596 doi:10.11720/wtyht.2023.1463

0 引言

渤海盆地是目前我国海域石油产量最大的含油气盆地[1],从早期的凸起区勘探到创新地质认识逐步将勘探领域转向凹陷及断裂带,发现了一系列的大型油气田[1]。但随着勘探程度的不断提高,油气勘探目标的规模逐渐变小、丰度变低、隐蔽性变强,勘探的难度也越来越高。秦南凹陷位于渤海海域北部,是渤海盆地至今未能完全勘探突破的凹陷之一[2]。为加大国内油气勘探开发力度,更好地保障国家能源安全,对类似秦南凹陷的潜在富烃凹陷的评价和勘探变得尤为重要。秦南凹陷的勘探始于1976 年,前期的尝试性勘探并没有取得较好的商业突破,之后分析发现石臼坨凸起北部的油气来源于秦南凹陷,而不是作为已知富烃凹陷的渤中凹陷,证明了秦南凹陷的生烃、排烃潜力[3]。经过不断探索,于2009年在秦南凹陷规模最小的东南洼发现了亿吨级的油田[2],此后众多学者针对秦南凹陷的烃源岩类型[3]、油气地质特征[4]、原油来源[5]等方面进行了研究,对秦南凹陷及邻区的构造格局进行了补充和验证,希望能在秦南凹陷地区获得更多的勘探突破。

秦南凹陷位于郯庐断裂带、张家口蓬莱断裂带及秦皇岛旅顺断裂的交汇处,断裂发育、构造单元复杂[1]。断裂的活动性差异控制了油气富集的差异,断裂还控制了储层分布、储—盖组合发育、油气运移等[1]。前人利用地震及钻井资料,推断了秦南凹陷中秦南一号断裂、秦南二号断裂等局部断裂在不同地质时期的平面位置及构造发育迁移[6⇓-8];也有学者根据断裂在重磁资料上的特征标志,划分了研究区的断裂[9];但是,对于研究区内规模较大且对构造单元的形成演化具有重要影响作用的郯庐断裂带、秦皇岛旅顺断裂及张家口蓬莱断裂带的平面位置、走向及延伸长度的认识存在差异[10⇓-12]。而二级构造单元中的凹陷是烃源岩最发育、最集中的地区,是石油和天然气形成的场所;凹陷周边的凸起和斜坡是油气运移、聚集、富集所指向的有利区。前人大多利用地震和钻井资料,通过区域地震剖面的拼接和解释,来确定构造单元的划分标准,并提出构造单元的划分方案[13],或是通过新生界厚度的变化进行划分。侯贵廷等[14]利用区域地质资料及地震剖面信息划分了渤海盆地的新生界地层;另外根据一些地震剖面解释结果,渤中、辽中凹陷沉积较厚,渤中凹陷最深处达11 km;陈光希等[15]基于重磁资料通过指数变密度反演得到渤海盆地沉积层厚度在7 km以内,沉积中心在渤中和辽中凹陷。前人对于划分标准及渤海盆地隆起和坳陷的划分的认识已基本一致,但是对于二级构造单元,即凸起和凹陷边界位置的认识还存在一定的差异[16⇓-18],对新生界厚度的认识也并不一致,且基于重力资料对秦南凹陷及邻区构造单元展开的研究较少。因此本文利用海域卫星重力异常来研究渤海盆地秦南凹陷及邻区的断裂和构造单元分布。该研究成果能够为研究区构造格局的认识提供依据,为研究区的油气勘探提供地球物理支撑。

1 地质与地球物理概况

1.1 地质背景

渤海湾盆地位于太平洋、古亚洲洋和特提斯洋3大构造域相互作用的中心区域,是发育在华北克拉通基底上的新生代裂谷盆地[17]。渤海盆地是渤海湾盆地的海域部分,秦南凹陷是渤海盆地北部的1个凹陷,位于郯庐断裂带与秦皇岛旅顺断裂及张家口蓬莱走滑断裂带交汇的部位(图1)。研究区经新生代裂陷、裂后热沉降后又发生了新构造运动,形成一系列NNE向和NE向凸起及凹陷相间分布的地质构造单元[18]。秦南凹陷是埕宁隆起中的一个凹陷,附近的构造单元包括:辽东湾坳陷中的辽西凹陷、辽西凸起、辽中凹陷,渤中坳陷中的渤中凹陷,埕宁隆起中的昌黎凹陷、秦南凸起、石臼坨凸起、乐亭凹陷。

图1

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图1   渤海盆地区域地质背景和研究区范围

Fig.1   Regional geological background map of Bohai basin


1.2 密度分布及重力异常特征

重力异常是地下空间各地层(岩石)密度差异的综合反映,了解和掌握地层(岩石)密度分布特征是利用重力异常进行处理和解释的前提。笔者未能搜集到秦南凹陷地区的地层(岩石)密度资料,利用大港探区埕宁隆起区部分地层(岩石)密度的统计结果作为参考[19](表1)。可以看出新生界与下伏地层之间存在明显的密度分界面,密度差为240~380 kg/m3。该密度差引起的重力异常的变化满足后续进行新生界厚度反演及其他处理的要求。

表1   大港探区埕宁隆起区地层(岩石)密度统计[19]

Table 1  Stratum core density in Chengning uplift, Dagang region[19]

地层岩性密度/(kg·m-3)
界系组
新生界第四系平原组黄土、黏土、粉砂岩2050
新近系明化镇组泥岩、砂岩2110
馆陶组泥岩、砂砾岩2190
古近系东营组泥岩、砂岩、油页岩2430
沙河街组泥岩、油页岩、2450
石灰岩、白云岩
孔店组砂岩、石灰岩2450
中生界白垩系砂砾岩、泥岩、安山岩、2580
凝灰岩、玄武岩
侏罗系砂岩、凝灰岩、2560
泥岩、砂砾岩
古生界二叠系砂岩、泥岩、煤层2600
石炭系泥岩、粉砂岩、石灰岩、2700
煤层、铝土岩
奥陶系厚层白云岩、石灰岩2660
寒武系页岩、砂岩、石灰岩2720

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本文研究使用的地形数据(图2)和卫星重力异常数据(图3)均来自David T. Sandwell(加利福尼亚大学斯克里普斯海洋研究所)和 Walter H. F. Smith(美国国家海洋与大气局卫星测高实验室)两位教授共同维护的全球卫星重力异常数据库中的全球地形数据(V23.1)和重力数据(V31.1)。地形数据网度均为 1'×1';重力数据在海域网度为 1'×1',总精度可以达到3.03 mGal,局部地区可以达到1.8 mGal,点位在海平面上;陆域局部数据网度为5'×5',总精度可以达到4.125 mGal[20]。满足后续重力数据处理和解释的精度要求。

图2

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图2   秦南凹陷及邻区地形

Fig.2   Topographic map of Qinnan Sag and its surrounding areas


图3

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图3   秦南凹陷及邻区卫星重力异常

Fig.3   Satellite gravity anomaly of Qinnan Sag and its surrounding areas


对卫星重力异常进行地形和海水影响的校正,得到如图4所示的卫星布格重力异常。地形和海水影响的计算采用“扇形球壳块”公式[21];地壳平均密度取为2.67×103 kg/m3,海水密度取为1.03×103 kg/m3。

图4

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图4   秦南凹陷及邻区卫星布格重力异常

Fig.4   Bouguer gravity anomaly of Qinnan Sag and its surrounding areas


陆域位于研究区西北侧,其中燕山地区地形起伏较大,其余地区海拔较低,地势平缓;海域海水偏浅,最深处只有60 m。卫星重力异常在研究区东部呈NE向展布,中部呈NEE向,异常变化范围在-40~30 mGal。西北侧燕山地区和东北侧辽东半岛及东南侧胶北隆起呈重力异常高值区,坳陷区呈重力异常低值区。研究区的卫星布格重力异常形态在海域与卫星重力异常相同,幅值上有些许差异,主要差别在于布格重力异常消除了陆域地形的重力异常值的影响。

2 断裂分布特征

断裂会破坏原本地质体的连续性,造成密度分布上的差异,从而在重力异常上表现出明显的梯级带或梯级带错断。利用重力异常识别断裂平面位置的方法大致可以分为3类: 数理统计类、数值计算类及其他类方法[22]。王万银等[23]通过对总水平导数求垂向导数,并进行归一化处理,提出了归一化总水平导数垂向导数技术(NVDR-THDR),此技术提高了重力异常的横向分辨能力,通过提取和连接其特征点能够得到更为简单清晰的边缘识别的结果[24]。最小曲率位场分离方法[25]能够分离出更接近地质体产生的剩余重力异常,其零值线对重力异常梯级带的位置也有较好的反映。因此本次利用布格重力异常的归一化总水平导数垂向导数(NVDR-THDR)及剩余布格重力异常的零值线来确定断裂的平面位置。

地质体边缘深度的反演方法包含曲率属性、欧拉反褶积、温纳反褶积、解析信号振幅、局部波数、Tilt-depth等[26],其中欧拉反褶积方法对先验信息的要求较低,基于欧拉方程,仅通过构造指数、重力异常及其导数就可以快速计算出场源位置。欧拉反褶积方法通常是求解窗口中数据组成的方程组来获得场源位置,然后采用滑动窗口的方式获得一系列的反演结果[27]。对于理想模型,可以获得聚焦于一点的解,但是对于复杂模型,得到的解受到背景场(噪声和相邻场源)、滑动窗口的尺寸、构造指数以及网格间距等因素的影响往往是发散的[27]。因此需要结合断裂平面位置的推断结果对欧拉反褶积的反演结果进行筛选,就可以获得断裂的视深度。

首先计算得到卫星布格重力异常的NVDR-THDR,并提取其脊值以及剩余布格重力异常的零值线与前人研究[1,17]中秦南凹陷及邻区已知的断裂分布进行对比(图5)。可以看到在秦南凹陷东侧:夏庆龙等[1]和刘子林[17]推断的辽西凹陷、辽西凸起及辽东凸起两侧边界边界断裂与布格重力异常NVDR-THDR脊值及剩余布格重力异常零值线有较好的位置对应,辽东凹陷和辽中凹陷的边界断裂对应并不明显;秦南凹陷西侧:前人研究的乐亭凹陷的南部边界断裂、石臼坨凸起与南堡凹陷的分界断裂、沙垒田凸起的北部边界断裂处与布格重力异常NVDR-THDR脊值及剩余布格重力异常零值线均对应良好;秦南凹陷南侧:石臼坨凸起两侧的边界断裂、渤中凹陷的南部边界断裂、庙西北凸起的北部边界断裂对应很好;秦南凹陷北侧:昌黎凹陷的北部边界断裂对应很好。对比说明,以布格重力异常NVDR-THDR的脊值连线或错断位置作为断裂平面位置的主要识别标志,结合剩余异常零值线进行秦南凹陷及邻区断裂平面位置的推断是完全可行的。

图5

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图5   秦南凹陷及邻区前人划分断裂与卫星布格重力异常的NVDR-THDR(a和b)及剩余布格重力异常零值线对比(c和d)

Fig.5   Comparison of previous fault division with Bouguer gravity anomaly NVDR-THDR(a and b) and residual Bouguer gravity anomaly zero line (c and d) in Qinnan Sag and its adjacent areas


朱伟林等[18]2010年研究中有1条地震—地质剖面,该剖面从秦南凸起出发,跨越了秦南凹陷、石臼坨凸起和渤中凹陷等构造单元(图6a)。提取剖面位置处的布格重力异常NVDR-THDR,并按照剖面长度将提取剖面中的脊值与地震地质剖面做对应,可以看到,各个脊值都能与地震地质剖面中的大断裂相对应,更进一步验证了以布格重力异常的NVDR-THDR脊值作为断裂划分依据的正确性(图6b)。

图6

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图6   地震地质剖面位置(a)与秦南凹陷及邻区断裂对比(b)

Fig.6   The contrast figure of seismic geological section position (a) and faults in Qinnan Sag and its adjesent areas (b)


因此,依据以上标志进行了研究区断裂平面位置的识别,识别结果如图7所示。之后根据欧拉反褶积方法[27]计算了断裂上顶面处地质体的视深度散点图,将各个散点按照深度进行分级排序,得到了如图8所示的断裂视深度分布特征。

图7

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图7   秦南凹陷及邻区断裂平面位置分布

Fig.7   The distribution of faults plane position in Qinnan Sag and its adjacent areas


图8

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图8   秦南凹陷及邻区断裂视深度

Fig.8   The apparent depth in Qinnan Sag and its adjacent areas


对以上识别结果进行统计分析,绘制断裂走向与频数及长度玫瑰花图(图9)[24],从图中可以看出研究区断裂以NE向、NEE向居多,其次是NNE向,NW向,断裂长度也是以NE向、NEE向居多,其次是NWW向和NW向,断裂走向及长度规律与前人认识基本一致。在图10a所示断裂长度与频数分布直方图中可以看出,研究区是以中小型断裂为主,延伸更长的深大断裂较少,这也与前人对于断裂规模的认识相吻合。在图10b中可以看出研究区是以视深度在5~15 km的浅部断裂为主,图8中可以看到视深度在郯庐断裂与秦皇岛旅顺断裂的部分位置处及断裂交汇处达到了15~25 km。

图9

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图9   秦南凹陷及邻区断裂走向与频数玫瑰花图(a)与长度玫瑰花图(b)

Fig.9   Rose diagrams of fault strike and frequency (a) and length (b) in Qinnan Sag and adjacent areas


图10

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图10   秦南凹陷及邻区断裂长度(a)与频数统计直方图及视深度分布占比饼状图(b)

Fig.10   Statistical histogram of fracture length and number (a) in Qinnan Sag and adjacent areas (b)


将本次推断的断裂与前人结果进行叠合对比(图11),从控坳断裂到控凹断裂进行对比分析。前人对于秦皇岛旅顺断裂的认识较少,本次推断的秦皇岛旅顺断裂的平面位置佐证了杨克基等[12]的认识,2个识别结果趋势相同,位置稍有偏差。可以看到在昌黎凹陷东侧布格重力异常NVDR-THDR有很明显的连续性,且呈NE向展布的辽东湾坳陷中的断裂与NEE向的渤中坳陷地区的断裂之间有明显的方向转变。

图11

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图11   秦南凹陷及邻区断裂分布与前人结果对比

红色线条为(a)刘子林[17];(b)夏庆龙等[1];(c)胡志伟等[8];(d)杨克基等[12]划分的断裂;黑色线条为本次划分结果

Fig.11   Comparison of main fracture distribution in Qinnan Sag and adjacent areas with previous results

the red lines are the faults deduced by (a) Liu Zilin[17]; (b) Xia Qinglong et al.[1]; (c) Hu Zhiwei et al.[8]; (d) Yang Keji et al. [12]; the black lines are the result of this paper


张家口蓬莱断裂是1条NW走向的走滑断裂带,从唐山向西北延伸至张家口,本次识别的张家口蓬莱断裂的东南段与前人结果基本一致,西北段位置基本相同,断裂走向稍有差别。可以看到断裂两侧布格重力异常NVDR-THDR脊值有较明显的错断。张家口蓬莱断裂及其分支断裂控制了渤中坳陷与黄骅坳陷和济阳坳陷的分界。

对郯庐断裂带陆地部分的展布特征研究比较深入,但是对其在渤海盆地中的部分(通常也称营潍断裂)特征的认识仍然存在差异。本次在研究区中推断的郯庐断裂带分为东支(F1-1和F1-2)和西支(F1-3,F1-4和F1-5),在南北方向以秦皇岛旅顺断裂为界错断为2部分。东支的位置与前人研究有些差异,在F1-1和F1-2处有明显且连续的布格重力异常NVDR-THDR脊值,其控制着渤海盆地东侧的边界。西支的走向与位置与前人结果基本一致。

前人通过地震剖面识别的断裂规模较小,本次推断的断裂与这些断裂的趋势相对应,在走向和延伸长度上略有差别。例如辽东湾坳陷地区的NE向控凹断裂、渤东地区的控凹断裂以及石臼坨凸起南侧的F2-6、沙垒田凸起的边界断裂F2-3和F2-4等。

3 构造单元分布特征

利用重力数据进行构造单元划分时需要综合考虑新生界厚度的变化特征、构造单元产生的剩余布格重力异常特征以及断裂的分布特征。结合表1中的地层(岩石)密度特征,将新生界底界面上下密度差选为0.3×103 kg/m3,通过相关分析与最小曲率位场分离[25]获得卫星重力异常中能体现新生界厚度的剩余重力异常,将已知新生界底界面深度作为约束,通过双界面模型重力场快速反演技术[28]得到新生界底界面分布,再结合地形数据得到秦南凹陷及邻区的新生界厚度分布(图12)。

图12

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图12   秦南凹陷及邻区新生界厚度分布

Fig.12   Thickness of Cenozoic in Qinnan Sag and its surrounding areas


秦南凹陷及邻区的新生界厚度介于0~11 km,以渤中凹陷为中心,在秦南凹陷、辽中凹陷和南堡凹陷均有较厚沉积。各凸起和凹陷的边界处的新生界厚度变化较大,分界清晰,整体分布特征与朱伟林等[18]划分的构造单元分布特征对应良好。

将刘子林[17]划分的构造单元与布格重力异常进行对比图13a,可以看出秦南凹陷、石臼坨凸起、辽西凸起等构造单元均与剩余布格重力异常的零值线有较好的对应关系;沙垒田凸起的形态与零值线形态一致,位置稍有偏差。将张翠梅[16]划分的构造单元与布格重力异常进行对比图13b,可以看出辽西凸起、石臼坨凸起及沙垒田凸起的形态均与零值线的形态相似,规模和位置上稍有偏差。因此,综合考虑新生界厚度、剩余布格重力异常以及断裂分布等对构造单元边界进行推断是完全可行的,重新划分的构造单元分布如图14所示。

图13

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图13   秦南凹陷及邻区前人划分构造单元与剩余布格重力异常零值线对比

Fig.13   Residual bouguer gravity anomaly map of Qinnan Sag and adjacent areas


图14

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图14   秦南凹陷及邻区构造单元划分结果

Fig.14   Division results of tectonic units in Qinnan Sag and adjacent areas


将本次划分的构造单元与前人划分结果进行了对比,如图15所示。将秦南凹陷西侧的洼陷划归于乐亭凹陷,新生界厚度显示石臼坨凸起北侧有明显的突起,其与秦南凸起一同构成了秦南凹陷与乐亭凹陷的分界;将秦南凹陷东南边界延伸至石臼坨凸起东侧,与刘子林[17]划分的结果类似。辽东湾坳陷凸凹结构划分的认识基本一致,3个凹陷3个凸起呈NE向相间分布,主要差别在于根据新生界厚度特征将前人认识的辽西南凸起及部分辽西凹陷划分为辽西凸起,将原本的辽西凸起改为辽中凸起。其他构造单元划分基本一致,依据本次反演的新生界厚度变化特征对边界进行了部分调整。

图15

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图15   秦南凹陷及邻区构造单元划分结果与前人研究对比

Fig.15   Comparison of the division results of tectonic units in Qinnan Sag and adjacent areas with previous studies


将本次识别的断裂和构造单元相叠合(图16),可以看出大部分断裂控制着构造单元的走向和边界,统计本次识别的各个断裂属性见表3。

图16

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图16   秦南凹陷及邻区断裂与构造单元关系

Fig.16   The relationship between faults and tectonic units in Qinnan Sag and adjacent areas


表3   研究区断裂属性统计

Table 3  Statistical table of fracture properties in study area

编号(名称)构造位置识别标志走向长度/km视深度/km级别
F1-1郯庐
断裂
东支		渤海盆地东部边界布格重力异常NVDR-
THDR脊值连线		NE71.45~20控坳
F1-2渤东凹陷与庙西北凸起分界布格重力异常NVDR-
THDR脊值连线		NE—近SN63.85~15控坳
F1-3郯庐
断裂
西支		辽中凹陷与辽东凸起分界布格重力异常NVDR-THDR
脊值连线与剩余布格
重力异常零值线		NE79.510~20控坳
F1-4渤东低凸起和渤中凹陷边界布格重力异常NVDR-
THDR脊值		NE85.55~15控坳
F1-5渤中凹陷内布格重力异常NVDR-
THDR脊值		NE33.91~5控坳
F1-6秦皇岛—
旅顺断裂		辽东湾坳陷与辽中凹陷
分界断裂		布格重力异常NVDR-THDR
脊值连线及错断		NW179.85~20控坳
F1-7张家口—
蓬莱断裂		渤中坳陷与济阳坳陷的分界布格重力异常NVDR-
THDR脊值错断		NW106.95~10控坳
F2-1辽东凹陷和辽东凸起
及辽中凹陷分界		布格重力异常NVDR-THDR
脊值连线与剩余布格
重力异常零值线		NE82.710~25控凹
F2-2辽中凸起和辽中凹陷分界NVDR-THDR脊值连线NE73.25~15控凹
编号(名称)构造位置识别标志走向长度/km视深度/km级别
F2-3辽西凹陷和辽中凸起分界布格重力异常NVDR-THDR
脊值连线与剩余布格
重力异常零值线		NE65.05~15控凹
F2-4辽西凸起和辽西凹陷分界NVDR-THDR脊值连线NE49.85~10控凹
F2-5渤东凹陷内布格重力异常NVDR-THDR
脊值连线与剩余布格
重力异常零值线		NE—近SN91.05~15控凹
F2-6石臼坨凸起和渤中凹陷分界布格重力异常NVDR-THDR
脊值连线与剩余布格
重力异常零值线		近EW137.45~15控凹
F2-7石臼坨凸起北侧布格重力异常NVDR-THDR
脊值连线与剩余布格
重力异常零值线		近EW—NEE119.65~20控凹
F2-8秦南凹陷南侧布格重力异常NVDR-THDR
脊值连线		NEE131.210~20控凹
F2-9昌黎凹陷南部布格重力异常NVDR-THDR
脊值连线与剩余布格
重力异常零值线		NW49.015~20控凹
F2-10秦南凸起内部布格重力异常NVDR-THDR
脊值连线与剩余布格
重力异常零值线		NNE36.510~15控凹
F2-11秦南凸起内部布格重力异常NVDR-
THDR脊值连线		NNE33.210~15控凹
F2-12乐亭凹陷东侧布格重力异常NVDR-
THDR脊值连线		NNW—NNE19.55~15控凹
F2-13乐亭凹陷东南侧布格重力异常NVDR-
THDR脊值连线		NNW13.710~15控凹
F2-14秦南凹陷西侧剩余布格重力异常零值线NNE11.810~15控凹
F2-15乐亭凹陷内部布格重力异常NVDR-
THDR脊值连线		NEE—NNE31.65~15控凹
F2-16乐亭凹陷西北侧布格重力异常NVDR-THDR
脊值连线与剩余布格
重力异常零值线		NE35.25~10控凹
F2-17乐亭凹陷西北侧布格重力异常NVDR-
THDR脊值连线		NE34.715~20控凹
F2-18老王庄凸起东北侧布格重力异常NVDR-THDR
脊值连线与剩余布格
重力异常零值线		NWW76.010~15控凹
F2-19乐亭凹陷东北侧布格重力异常NVDR-
THDR脊值连线		NWW66.95~10控凹
F2-20老王庄凸起东南侧布格重力异常NVDR-
THDR脊值连线		NE39.610~20控凹
F2-21石臼坨凸起西侧布格重力异常NVDR-
THDR脊值连线		NEE27.65~10控凹
F2-22渤中凹陷内部布格重力异常NVDR-
THDR脊值错断		NW70.81~10控凹
F2-23沙垒田凸起南侧布格重力异常NVDR-
THDR脊值连线		EW—NE72.55~15控凹
F2-24南堡凹陷南侧布格重力异常NVDR-
THDR脊值连线		近EW43.05~15控凹
F2-25沙垒田凸起内部布格重力异常NVDR-
THDR脊值连线		NNE30.85~10控凹

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4 结论及建议

本文利用卫星重力异常对秦南凹陷及邻区的断裂和构造单元的特征进行了研究,得出以下结论:

1)本文采用的“扇形球壳块”公式校正得到布格重力异常的方法、用布格重力异常的NVDR-THDR脊值及脊值错断以及用最小曲率法分离的剩余布格重力异常零值线推断断裂平面位置的方法、欧拉反褶积反演断裂视深度的方法以及反演新生界厚度并结合剩余布格重力异常零值线圈定构造单元边界方法有效且实用。

2)与前人成果相比,本次识别的断裂体系更加清晰,可以明显看出秦皇岛旅顺断裂和张家口蓬莱断裂与郯庐断裂之间的错断关系。NE向郯庐断裂的形成更早、深度更深、延伸更长、影响更大,后期经过NW向秦皇岛旅顺断裂和张家口蓬莱断裂的改造,使得秦皇岛旅顺以东的断裂呈NE向,主要是郯庐断裂及次生断裂影响;张家口蓬莱断裂以西的断裂以NWW向和NW向居多,是以张家口蓬莱断裂为主;而渤中地区的断裂主要呈EW向。该结构体系与研究区新生代结构演化的多期性相吻合。

3)秦南凹陷西侧的凹陷划归于乐亭凹陷,以石臼坨凸起北侧突起和秦南凸起作为2个凹陷的间隔;将前人认识的辽西南凸起及部分辽西凹陷划分为辽西凸起,将原本的辽西凸起改为辽中凸起,其他构造单元划分基本一致,依据本次反演的新生界厚度变化特征对边界进行了部分调整。

本文是在现有精度的卫星重力数据的基础上进行精细全面的构造单元特征研究,能够为秦南凹陷及邻区的油气勘探提供地球物理依据。建议持续关注秦南凹陷及邻区的研究成果,搜集其他地球物理数据进行更深层次的验证和研究。

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渤海湾盆地海域在基础地质特征上与周围陆上坳陷存在显著差异，其中最为典型的差异是其发育复杂的伸展与走滑断裂系统。这一复杂断裂系统主要受控于NE向郯庐断裂带和NW向张家口-蓬莱断裂带、具有伸展-走滑双动力成因机制，在其构造形态和发育演化上存在较为明显的平面和纵向差异性。断裂系统的复杂性与差异性直接影响了区内油气聚集规律。“十一五”（2006-2010年）以来，针对渤海海域复杂断裂带的系统化持续研究获得了诸多创新性地质认识，诸如增压型走滑转换带控圈；断裂带活动性控制油气的主要富集层位；断裂带内“源-汇体系”控制优质储层；复杂断裂带晚期活动控制浅层优质储-盖组合；走滑调节断层控制油气运移等认识。这些认识直接指导了渤海油田多个大中型油气田的发现，同时也被勘探实践证实其实用性和价值。

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渤海湾盆地秦南凹陷位于NE向郯庐断裂带和NW向张家口-蓬莱走滑断裂带交会形成的强烈转换拉张构造区，其断裂系统具有伸展与走滑双重动力作用机制。通过对秦南凹陷各个洼陷的结构和构造特征进行精细描述，统计对比了主要控洼断裂在新生代各时期的活动量，并运用平衡剖面技术对秦南凹陷的形成演化进行了恢复。研究认为，秦南凹陷的断裂发育特征存在时空差异性，断裂活动强度在区域上具有"东强西弱、南强北弱"的特点，活动性总体呈现出由西向东、由北向南迁移；秦南凹陷具有"南北分带、东西分块"的构造格局，其中，西洼和东南洼为伸展构造，东洼以走滑-伸展构造为主；秦南凹陷中生代晚期-新生代的构造演化可分为7个阶段。通过分析秦南凹陷伸展与走滑的双重动力作用机制及各个洼陷构造发育特征的差异性，揭示了秦南凹陷的构造特征对油气赋存和成藏的影响，为秦南凹陷东洼的有利油气勘探方向提供了依据和指导。

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