濟(jì)陽坳陷的形成與演化

濟(jì)陽坳陷的形成與演化

濟(jì)陽盆地是中國東部渤海盆地的一個大型斷裂帶，也是中國第二個天然氣產(chǎn)量區(qū)。由于受多期構(gòu)造運動的影響與力學(xué)機制的演變,產(chǎn)生了眾多類型的斷裂構(gòu)造樣式和被斷層切割的無數(shù)個大小斷塊。因其內(nèi)部斷塊復(fù)雜,所以研究其構(gòu)造演化特征對指導(dǎo)盆地內(nèi)油氣勘探具有重要意義。前人對濟(jì)陽坳陷的形成與演化已經(jīng)做了大量的工作,但對其成盆機制卻眾說不一。本文試圖運用板塊運動的基本思想,從華北板塊的變化以及郯廬斷裂、魯西隆起和渤海灣盆地對濟(jì)陽坳陷的綜合影響,并結(jié)合地幔的“波動說”,來討論濟(jì)陽坳陷的演化特征。1級負(fù)向構(gòu)造單元濟(jì)陽坳陷位于山東省東北,渤海灣西南部,屬渤海灣盆地西南隅,是渤海灣盆地內(nèi)為埕寧隆起和魯西隆起所挾持的向西收斂向東撒開的、近東西走向的一個一級負(fù)向構(gòu)造單元,是渤海灣復(fù)式塊斷盆地的一部分,為一典型的“北斷南超”箕狀斷陷盆地(圖1)。其北部以埕寧隆起為界,與黃驊盆地相鄰;南部是魯西隆起區(qū);東臨渤海,西與臨清塊斷盆地相連。濟(jì)陽坳陷東西長約240km,東部最寬處約130km,分布面積約26000km2。坳陷內(nèi)部義和莊凸起、陳家莊凸起、無棣凸起、濱縣凸起、青陀子凸起、廣饒凸起又將其分為車鎮(zhèn)凹陷、惠民凹陷、沾化凹陷和東營凹陷四個凹陷帶(圖1)。2濟(jì)陽坳陷形成機制盆地的形成和演化與板塊運動有密不可分的關(guān)系?？梢哉f中國陸相盆地的形成和演化是古生代以來板塊運動的必然產(chǎn)物。濟(jì)陽坳陷屬于渤海灣盆地的一部分,所以研究其演化特征必須要了解渤海灣盆地的形成機制;而且由于其位于華北地塊,其形成和演化與該地塊密切相關(guān);同時中國東部著名的深大斷裂——郯廬斷裂對濟(jì)陽坳陷的形成也起著至關(guān)重要的作用。本文在前人大量工作的基礎(chǔ)上,試圖分階段對濟(jì)陽坳陷的形成及構(gòu)造演化特征作進(jìn)一步的研究和探討。2.1早古生代構(gòu)造格局的改變?nèi)A北板塊經(jīng)阜平運動地殼已基本固結(jié),早元古代末的呂梁運動結(jié)束了華北板塊的形成時期,形成了統(tǒng)一穩(wěn)定的古中國板塊。古生代,華北板塊以總體升降運動為主,這是事實。但應(yīng)該看到,華北板塊北緣則是長期處于不斷裂解、不斷閉合、陸殼不斷增生的過程,而華北板塊的東南邊緣從晚前震旦紀(jì)至志留紀(jì),則經(jīng)歷了大陸裂谷、被動大陸邊緣以及閉合造山等多階段的板塊構(gòu)造演化。這些大陸邊緣的構(gòu)造運動勢必對整個華北板塊有一定的影響。通過對濟(jì)陽坳陷大量的地震測線資料統(tǒng)計,作出的濟(jì)陽坳陷東部早古生代剝蝕狀態(tài)分布圖可以看出(圖2-a):在早古生代,區(qū)內(nèi)明顯分布三條近東西向的條帶狀和一舌狀的隆起后剝蝕區(qū);從分布狀態(tài)看,可以判斷此時一定有來自南北向的擠壓力才導(dǎo)致這些地區(qū)局部隆起,而后遭受剝蝕,這與華北板塊兩緣此時的活動密不可分。而到晚古生代(圖2-b),剝蝕區(qū)向南明顯擴大。這說明海西中晚期,古亞洲洋和古秦嶺洋的俯沖產(chǎn)生對華北板塊的擠壓力,導(dǎo)致板塊內(nèi)部構(gòu)造格局的改變。從濟(jì)陽坳陷西部485.3測線的構(gòu)造發(fā)育圖(圖3)可以看出,古生代地殼在總體上以升降運動為主。在早古生代,由于全區(qū)地殼抬升,使本區(qū)缺失下奧陶統(tǒng)和志留系,而石炭系、二疊系則幾乎全區(qū)可見;但這些地層并非均一分布,仔細(xì)觀察可以看出:古生代時這些地層在南部和北部以及中間部位明顯減薄,說明此時這些地區(qū)必然經(jīng)過抬升隆起而遭受過剝蝕。以上這些都證明了這一事實:古生代華北板塊總體上以升降運動為主,但由于兩緣的多期構(gòu)造演化,其開合作用造成了華北內(nèi)部地殼較弱的擠壓變形。2.2濟(jì)陽出口地下斷裂帶主要矛盾的演化中生代早、中時期的印支運動階段,太平洋板塊向西俯沖,引起揚子板塊向北俯沖,與華北板塊相碰撞,導(dǎo)致了大別山-秦嶺褶皺帶的崛起和魯西南隆起區(qū)的形成,以及晚古生代末-印支運動階段濟(jì)陽坳陷古生代地層的部分剝蝕(圖2-b);同時,由于揚子板塊與華北板塊間的南北向擠壓與碰撞,引起了中朝地塊東、西兩部分的不均勻縮短,遂造成走向NNE的郯廬斷裂帶及其大規(guī)模走向滑動。據(jù)前人研究,濟(jì)陽坳陷與郯廬斷裂具有統(tǒng)一的應(yīng)力場。由于郯廬斷裂地處歐亞板塊的東南部,中生代以來即受到東面的各大洋板塊的俯沖擠壓,又受到南面的岡瓦納大陸裂解后印度-澳大利亞等板塊碰撞、擠壓的影響,致使斷裂帶活動性質(zhì)一再變化。萬天豐認(rèn)為,三疊紀(jì)(尤其是它的中晚期,距今230～208Ma)是郯廬斷裂左行走滑的主要階段,區(qū)域最大主應(yīng)力方向為近南北向。濟(jì)陽坳陷位于郯廬斷裂的西盤,在左行走滑的過程中,西盤相對向南移動,這就必然對具有古老結(jié)晶變質(zhì)巖的魯西隆起造成強大的拖曳力,使基底近東西向的斷裂復(fù)活,沿其斷裂面向南西滑移,使?jié)栛晗莓a(chǎn)生強烈褶皺及逆斷層的生成。到了燕山時期,郯廬斷裂帶呈現(xiàn)正斷層兼右行走滑,濟(jì)陽坳陷則進(jìn)入斷陷期,產(chǎn)生大量新斷層,舊斷層重新復(fù)活,使得正斷層繼承性發(fā)育,部分逆斷層轉(zhuǎn)化為正斷層(圖4)。從圖3-b,c和圖5可以看出,濟(jì)陽坳陷到了中生代已初具雛形?？刂茲?jì)陽坳陷的區(qū)域性大斷層在中生代發(fā)育,坳陷內(nèi)已經(jīng)呈現(xiàn)出“此起彼伏”的塊斷構(gòu)造格局,并由于地幔底辟,伴隨有中基性火山活動。從圖3可知,中生代不但形成大量區(qū)域性大斷層,而且濟(jì)陽坳陷內(nèi)部的次一級凹陷和凸起也開始發(fā)育,北面和南面隆起區(qū)繼續(xù)遭受剝蝕,而缺失中生代地層。2.3斷裂拉張階段新生代以來,西太平洋板塊由早期的NW向轉(zhuǎn)為向西俯沖于亞歐大陸板塊之下,所產(chǎn)生的弧后拉張效應(yīng)使渤海灣盆地產(chǎn)生巨大的拉伸應(yīng)力場,同時郯廬斷裂中段強烈拉張,這些共同的作用導(dǎo)致了渤海灣大型斷陷盆地的形成。具體說來,由于印度板塊對歐亞板塊的碰撞,華北板塊受到南西向的擠壓應(yīng)力,使華北板塊向東逃逸,并沿著古生代就已存在的燕遼太行中條斷裂帶發(fā)生右行張剪運動,滄縣隆起從太行山隆起分離形成渤海灣盆地西部的走滑構(gòu)造帶;因此,新生代各板塊間綜合協(xié)調(diào)運動的結(jié)果使渤海灣盆地在東部走滑構(gòu)造帶和西部走滑構(gòu)造帶的右行走滑作用下形成拉分盆地,由于邊界的走滑運動導(dǎo)致了盆地內(nèi)部的拉張斷陷。進(jìn)入新生代,由于本區(qū)所屬的渤海灣盆地進(jìn)入斷裂拉張階段,所以濟(jì)陽坳陷進(jìn)入強烈發(fā)育期。從圖3可以看出,新生代坳陷繼承性發(fā)育,原有的斷層在原來的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)育;與此同時,由于斷裂拉張作用的影響而形成大量新的拉張性正斷層(圖6),斷層縱橫交錯,似網(wǎng)狀,相互連通。這些新斷層的出現(xiàn),使得坳陷內(nèi)三級構(gòu)造單元形成;但是,僅僅拉張運動不足以形成當(dāng)今坳(凹)陷與隆(凸)起相間的局面。前人往往單獨從地質(zhì)力學(xué)或波動學(xué)的觀點來解釋濟(jì)陽坳陷的形成,往往有不盡人意的地方。筆者認(rèn)為,這兩種觀點是相輔相成的,也就是說濟(jì)陽坳陷的形成是兩者相互作用的結(jié)果。新生代是渤海灣盆地的成盆期,但據(jù)研究表明渤海灣盆地的沉降帶是變化的,而且有一定的規(guī)律性(圖7)。在整個大的區(qū)域構(gòu)造背景下,沉降帶表現(xiàn)從早到晚為從周邊向中心遷移,由西向東,由南向北最后集中到渤海海域。而且各個坳陷的構(gòu)造遷移性也相當(dāng)明顯,從圖7中可以看出,濟(jì)陽坳陷的構(gòu)造遷移性,從早到晚表現(xiàn)為由南向北的波動遷移。這種現(xiàn)象表明,渤海灣盆地在拉伸應(yīng)力場中成盆后,有進(jìn)一步來自深層的力導(dǎo)致了其內(nèi)部構(gòu)造的變化。這可以用張一偉的“波動說”來解釋。新生代,由于太平洋板塊向歐亞板塊俯沖、印度板塊向北推擠碰撞,使揚子古板塊與華北古板塊間產(chǎn)生匯聚后擠壓,從而導(dǎo)致了渤海灣地區(qū)地幔熱均衡被破壞,地幔的熱對流受到干擾產(chǎn)生隆起;而在地幔柱之上的地殼則產(chǎn)生斷陷,一旦地幔柱的熱散失之后就會冷凝收縮,但此時板塊活動及相互間的作用并未停止,地幔熱平衡再一次被破壞便又產(chǎn)生另一地幔隆起高點,再一次隆起的高點已不在原高點處,于是斷陷就由南向北發(fā)展。正是由于地幔柱由南向北遷移才導(dǎo)致了上部地殼層不同級別(一級、二級)波狀運動,從而形成了濟(jì)陽拗陷北斷南超的箕狀結(jié)構(gòu)(圖1-b),地幔柱波浪式遷移的波形與它引起的地殼波狀遷移呈鏡向關(guān)系。這是濟(jì)陽坳陷成盆“波動說”的一個很好的證據(jù)。這樣,在板塊運動形成了盆地大體框架后,經(jīng)過地幔波狀運動的內(nèi)部改造便形成了當(dāng)今四凹六凸的局面(圖1-a),即車鎮(zhèn)凹陷、沾化凹陷、惠民凹陷、東營凹陷和義和莊凸起、陳家莊凸起、無棣凸起、濱縣凸起、青陀子凸起、廣饒凸起,真正形成了“北斷南超”的箕狀斷陷盆地。3斷裂拉張運動的構(gòu)造背景濟(jì)陽坳陷由于地處渤海灣盆地、華北板塊,在形成過程中又受到中國東部著名的深大斷裂——郯廬斷裂的影響,而郯廬斷裂本身又是多期變化、極不穩(wěn)定的深大斷裂,所以,濟(jì)陽坳陷的形成是復(fù)雜而受多種因素影響的。古生代華北板塊總體上以升降運動為主,但由于兩緣的多期構(gòu)造演化,其開合作用造成了華北內(nèi)部地殼較弱的擠壓變形;中生代是濟(jì)陽坳陷的裂前拱起擠壓變形-初始