王明健,徐揚,張勇,黃龍
1. 青島海洋地質(zhì)研究所,青島 266071
2. 海洋國家實驗室海洋礦產(chǎn)資源評價與探測技術(shù)功能實驗室,青島 266071
3. 中國地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心,武漢 430074
地層分區(qū)是開展地層學(xué)研究的基礎(chǔ)。這一工作我國是從陸域最先開始的,最早可以追溯到20 世紀(jì)初李四光等編制的中國區(qū)域地層表,而系統(tǒng)的地層分區(qū)始于黃汲清[1],他將我國地層劃分為10 個地層大區(qū),59 個地層區(qū)和118 個地層小區(qū),之后王鴻禎提出了將中國地層劃分為15 個地層大區(qū)和80 個地層區(qū)的方案[2]。任紀(jì)舜和肖藜薇從全球構(gòu)造的角度出發(fā),分構(gòu)造階段對中國地層進(jìn)行了分區(qū)[3]。此外,很多學(xué)者和部門基于不同的劃分依據(jù),提出了不同的中國地層分區(qū)方案[4-5]。目前比較有代表性的是張克信在2015 年提出的劃分方案。該方案按照陸塊區(qū)(地臺區(qū))、造山帶區(qū)和對接帶區(qū)不同的大地構(gòu)造環(huán)境和大地構(gòu)造演化階段等9 條原則進(jìn)行構(gòu)造-地層綜合分區(qū),將我國劃分為3 大陸塊區(qū)、6 大對接帶和8 大造山系[6]。與陸域不同,海域受海水覆蓋、調(diào)查手段少、調(diào)查程度低等多方面限制,地層研究相對滯后。近些年實施的1∶100 萬和更高比例尺的海洋區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作獲取到了大量的實測資料,為海域地層研究提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
本文綜合運用現(xiàn)代地層學(xué)理論,在歐亞板塊大陸邊緣構(gòu)造分區(qū)的基礎(chǔ)之上,借鑒陸域地層分區(qū)的方案,開展系統(tǒng)的海域-陸域統(tǒng)一的綜合地層分區(qū),重點分析我國東部海域(臺灣以北海域)中生代以來的地層特征和沉積演化歷史,在全局性和綜合性上分析不同海域的沉積地層發(fā)育異同。
按照海陸統(tǒng)一的思想,以中國大地構(gòu)造一級單元劃分為框架,結(jié)合現(xiàn)有陸域工作(張克信,2015),開展海陸地層綜合分區(qū),主要根據(jù)以下6 個原則:(1)克拉通區(qū)基底與蓋層發(fā)育演化階段不同;(2)造山帶和對接帶區(qū)洋-陸轉(zhuǎn)化的時間不同;(3)地層序列與地層接觸關(guān)系不同;(4)古地理格局與古環(huán)境條件不同;(5)生物群與生物古地理區(qū)系不同;(6)大地構(gòu)造相時空分布與演化序列不同。
綜合地層分區(qū)方案分為地層大區(qū)(I 級)、地層區(qū)(Ⅱ級)和地層分區(qū)(Ⅲ級)3 個級別,且主要以第I—Ⅱ級為主。其具體分級方案(表1)如下:
(1)I 級(地層大區(qū))
地層大區(qū)是指具有相似的大地構(gòu)造演化階段和大地構(gòu)造環(huán)境的幾個有機聯(lián)系的緊鄰地層區(qū)的結(jié)合體,相當(dāng)于大地構(gòu)造分區(qū)上的一、二級構(gòu)造單元,如華北地層大區(qū),揚子地層大區(qū)等。大區(qū)邊界一般是板塊縫合線、地殼拼接線等。
表 1 中國東部海域及相鄰陸域綜合地層分區(qū)方案Table 1 Integrated stratigraphic regionalization scheme for eastern China Sea and its adjacent land areas
(2)Ⅱ級(地層區(qū))
地層區(qū)通常是指中—新生代受同一大地構(gòu)造控制,其內(nèi)部具有相似的地層序列特征的地層分區(qū)單元。大體相當(dāng)于大地構(gòu)造分區(qū)上的三級構(gòu)造單元,主要對應(yīng)于海域的不同盆地。地層區(qū)的邊界一般是盆地的界線,也可以是地殼拼接線、大斷裂帶或相同類型的區(qū)域構(gòu)造邊界等。
(3)Ⅲ級(地層分區(qū))
地層分區(qū)內(nèi)部區(qū)域構(gòu)造特征基本相同,巖石地層特征也基本相同。相當(dāng)于大地構(gòu)造分區(qū)上的四級構(gòu)造單元,多對應(yīng)于海域盆地內(nèi)部的次一級的單元。地層分區(qū)的邊界一般是綜合地層或沉積相變化的界線,也可以是較大的斷裂等。
中國大陸是由泛華夏陸塊群、勞亞和岡瓦納等多個大陸邊緣、多個大洋洋陸轉(zhuǎn)換逐漸集合增生而成的[7]。在中國大陸增生過程中,形成了以華北、塔里木、揚子為核心的3 個陸塊區(qū)、8 個造山帶鑲嵌組成的復(fù)式大陸[6-8]。其中中國東部海域及相鄰陸域地層分區(qū)方案見表1、圖1。
該分區(qū)方案完整覆蓋整個中國東部海域及鄰域,整體上反映了不同單元的沉積特征和構(gòu)造屬性,從沉積地層的角度揭示了東亞大陸邊緣中新生代的構(gòu)造格局與演化特征。
海域和陸域擁有的資料情況不同,導(dǎo)致二者的研究程度存在很大差別。中國東部海域周邊陸域地層資料豐富,前人對地層發(fā)育特征進(jìn)行了詳細(xì)的研究和總結(jié),取得了豐富的成果,達(dá)到了很高的研究程度。而海域受調(diào)查程度和手段等多方面的限制,主要依賴鉆井來直接揭示地層發(fā)育情況,間接手段(如地球物理手段)揭示的地層屬性往往具有很大的不確定性。海域地層資料的缺乏極大地限制了研究程度的提升,尤其石油公司不太關(guān)注的前中生代地層,鉆井揭示的很少,研究程度也就更低。由于本文開展的是海-陸地層綜合分區(qū),需要統(tǒng)籌考慮海域和陸域地層研究的資料情況、研究程度,有鑒于此,本文針對海域和陸域地層資料較為豐富、研究程度較為一致的中新生代地層發(fā)育特征 進(jìn)行研究。
圖1 中國東部海域及鄰域綜合分區(qū)圖Fig.1 Integrated regionalization map for Eastern China Seas and its adjacent land areas
在本次綜合地層分區(qū)方案中,渤海及相鄰陸域主體屬于華北地層分區(qū),但也部分涉及到燕遼、魯西、魯東和遼東4 個相鄰的地層分區(qū)(圖1)。
4.1.1 渤海相鄰陸域中新生代地層發(fā)育特征
渤海周邊陸域三疊系在基巖露頭區(qū)分布零星,但在華北地層分區(qū)中的黃驊坳陷、冀中坳陷比較發(fā)育,主要分布在廊坊、武清-文安、大城-無極、晉縣一帶,包含劉家溝組、和尚溝組及二馬營組和杏石口組(圖2)。
渤海周邊侏羅系較發(fā)育,主要見于燕遼地層分區(qū)、魯西地層分區(qū)、華北平原地層分區(qū)。在燕遼地層分區(qū)分為門頭溝群和后城群,在魯西地層分區(qū)侏羅系分為坊子組和三臺組。
圖2 中國東部海域及鄰域地層劃分對比Fig.2 Stratigraphic division and correlation of Eastern China seas and its adjacent areas
渤海周邊白堊系分布基本同侏羅系。魯東地層分區(qū)的西南端白堊系廣泛分布,分為萊陽群、青山群、王氏群。魯西地層分區(qū)白堊系主要分布在沂沭斷裂帶、萊蕪盆地、南麻盆地、鄒平盆地,可分為萊陽群、青山群、大盛群和王氏群。其中大盛群為區(qū)內(nèi)中生代重要地層,巖性為一套內(nèi)陸河湖相碎屑巖,整合于青山群之上,其上與王氏群不整合接觸。
進(jìn)入新生代后沉積環(huán)境發(fā)生了巨大變化,華北地層分區(qū)的沉積中心集中在渤海灣盆地區(qū)域,在其周圍的隆起區(qū)新生界呈孤立的小型山間盆地發(fā)育。
古新統(tǒng)發(fā)育較為局限,僅見于魯東地層分區(qū)的膠州市黃埠嶺、昌邑市丈嶺和魯西地層分區(qū)的昌邑太公堂一帶。始新統(tǒng)廣泛分布,魯西地層分區(qū)分為五圖群和官莊群,五圖群分布在昌樂、臨朐一帶,官莊群分布在萊蕪、泰安、沂源一帶;魯東地層分區(qū)僅發(fā)育五圖群,且零星分布,出露不好;在燕遼地層分區(qū)的曲陽、淶源一帶,始新統(tǒng)零星分布;華北平原地層分區(qū)廣泛發(fā)育,包括孔店組、沙四段和沙三段。漸新統(tǒng)主要分布在華北平原地層分區(qū),包括沙二段、沙一段和東營組。另外在燕遼地層分區(qū)也有零星分布,包括靈山組、雪花山組。
新近系在華北平原地層分區(qū)分布廣泛,而基巖出露區(qū)則零星分布,地層發(fā)育特征見圖3。
4.1.2 渤海地區(qū)中新生代地層發(fā)育特征
圖3 天津幅TJ M1 線揭示的秦南凹陷結(jié)構(gòu)特征及地震波組特征Fig.3 Structural characteristics and seismic wave group characteristics of Qinnan Sag revealed by TJ M1 line of Tianjin map sheet
渤海海域的主體位于華北平原地層分區(qū),地層自下而上發(fā)育太古宇—古元古界、中—新元古界、下古生界、上古生界、中生界和新生界(圖2)。1∶100 萬天津幅和1∶100 萬大連幅共在渤海布置多道地震測線13 條,穿越渤中坳陷和遼東灣坳陷。地震剖面上識別出了前古近系7 個超層序組和古近系—新近系2 個超層序組。其中古近系又識別出了2 個一級層序界面、3 個二級層序界面和10 個三級層序界面[9](圖3)。其中早—中三疊世為大型內(nèi)陸湖盆相沉積,早—中侏羅世發(fā)育山間湖相沉積。古近紀(jì)孔店—沙四期渤海地區(qū)經(jīng)歷了由相對分散、獨立的小斷陷到彼此串通聯(lián)合成較大的斷陷湖盆的演化過程,并在沙三期湖泊沉積體系發(fā)展到頂峰。到漸新世末期,盆地的裂陷作用基本結(jié)束,渤海灣地區(qū)發(fā)生區(qū)域隆升,湖盆萎縮。新近紀(jì)以后,盆地在古近紀(jì)斷陷盆地蓋層之上充填了一套以河流相為主的新近紀(jì)—第四紀(jì)紅色碎屑沉積。
北黃海位于渤海以東以及山東半島成山角與朝鮮半島的白翎島連線以北,是由山東半島、遼東半島和朝鮮半島環(huán)抱的海域。在本次綜合地層分區(qū)方案中,北黃海及相鄰陸域主體位于華北地層分區(qū),并涉及魯東、遼東和狼林3 個地層分區(qū)。另外,北黃海海域的南緣劉公島隆起隸屬于秦-祁-昆地層區(qū)的蘇魯?shù)貙臃謪^(qū)(圖1)。
4.2.1 北黃海相鄰陸域中新生代地層發(fā)育特征
下三疊統(tǒng)主要分布在狼林地層分區(qū)(圖2)。巖性為含礫砂巖,灰、淺灰綠色石英砂巖、長石質(zhì)砂巖,灰綠色頁巖、粉砂巖,紫紅色粉砂巖、頁巖,紫紅色鈣質(zhì)粉砂巖,厚700~770 m。
中生界在遼東地層分區(qū)和狼林地層分區(qū)均有發(fā)育。其中遼東地層分區(qū)內(nèi)中生界僅有侏羅系—白堊系,出露分布局限,巖性主要為砂巖、礫巖夾泥巖及煤層,火山熔巖及火山碎屑巖等,為河湖和火山噴發(fā)相。狼林地層分區(qū)中的朝鮮西部濱海地區(qū)安州盆地發(fā)育完整的中生界,其與北黃海地層具有較好的對比性,自下而上由峰燧組、博川組和龍盤組構(gòu)成,總厚度約4 500~5 000 m,整體為一套河湖相沉積。
古近紀(jì)以來,遼東地層分區(qū)表現(xiàn)為整體間歇性上升,缺失古近系—新近系。在狼林地層分區(qū),沿著半島西部海灣零星發(fā)育古近系—新近系(地層發(fā)育情況見圖2)。在安州盆地,主要發(fā)育一套始新世—漸新世的湖相-沼澤相沉積。
4.2.2 北黃海地區(qū)中新生代地層發(fā)育特征
北黃海盆地占據(jù)了北黃海的主體。該盆地勘探程度較低,依據(jù)東部坳陷的鉆井資料分析認(rèn)為,北黃海盆地主要發(fā)育元古界、古生界、中生界侏羅系和白堊系、新生界古近系和新近系[10-11]。利用1∶100萬大連幅海洋區(qū)調(diào)項目所采集到的二維地震資料識別出了T1,T2、T3、T4、T5、Tg 等6 個地震反射界面。以區(qū)域性不整合面Tg、T4和T1為界,可將北黃海中—新生代地層分隔成三套超層序組,即基底構(gòu)造-沉積層、下構(gòu)造層、中構(gòu)造層和上構(gòu)造層(圖4)。中生代主要發(fā)育河流相、湖泊相、沖積扇相以及三角洲相;而新生代古近系始新統(tǒng)主要發(fā)育湖泊相、沖積扇沉積和扇三角洲,漸新統(tǒng)主要發(fā)育河流—沖積平原相和湖泊相,中新統(tǒng)—全新統(tǒng)主要發(fā)育河泛平原相,局部為淺水湖泊沉積,上新世發(fā)育濱淺海沉積。
圖4 北黃海盆地中—新生代地層層序及構(gòu)造層劃分Fig.4 Stratigraphic sequence and tectonic-stratigraphic division of Mesozoic-Cenozoic strata in North Yellow Sea Basin
地理上,南黃海北、南界線分別為成山角-朝鮮白翎島連線和啟東嘴-濟州島連線。在本次綜合地層分區(qū)方案中,南黃海及鄰域主體屬于下?lián)P子地層分區(qū),但也有部分地區(qū)(千里巖隆起帶)涉及到蘇魯?shù)揉徑牡貙臃謪^(qū)(圖1)。
4.3.1 南黃海相鄰陸域中新生代地層發(fā)育特征
下—中三疊統(tǒng)在揚子地層分區(qū)主要出露于寧鎮(zhèn)山脈、茅山山脈、宜溧山區(qū),常組成復(fù)式向斜核部,自下而上可分為青龍群及周沖村組,代表了海盆消亡階段的沉積。下?lián)P子陸地區(qū)中、上三疊統(tǒng)自下而上分黃馬青組和范家塘組(圖2)。
侏羅系分布于揚子地層分區(qū)蘇北盆地的東臺溱潼-海安南莫莊及南通唐閘等地,為一套湖泊碎屑巖和火山巖組合,自下而上分為鐘山組、北象山組、西橫山組、龍王山組、云合山組和大王山組。蘇北地區(qū)的白堊系主要為上疊的斷陷盆地沉積巖系,為一套湖相碎屑巖和陸相火山巖—火山碎屑巖建造,包括葛村組、浦口組、赤山組和泰州組。
古近系主要分布于揚子地層分區(qū)的泰興-如皋一線的白駒、溱潼、海安、鹽城、射陽及古隆起上的小盆地中,主要為一套陸相碎屑巖,沉積厚度大,自下而上劃分為阜寧組、戴南組和三垛組。
新近系在蘇北地區(qū)廣泛發(fā)育,厚度變化較大,一般為350~1 000 m。
4.3.2 南黃海地區(qū)中新生代地層發(fā)育特征
南黃海盆地主要位于揚子地臺之上,是下?lián)P子地臺向海域的自然延伸,地層發(fā)育與陸上的蘇北盆地相似,主要包括前震旦系的變質(zhì)基底地層、震旦系至下三疊統(tǒng)海相地層,中—上三疊統(tǒng)、侏羅系至第四系下部的陸相地層[12-14]。結(jié)合前人工作成果和與韓國地震剖面反射結(jié)構(gòu)的對應(yīng)關(guān)系,南黃海盆地共識別出了T2、T4、T7、T71、T72、T8、T9、T10、T11、T12和Tg等11 個特征反射波(圖5),以此為依據(jù)劃分出了5 個地震超層序組,對應(yīng)前震旦系基底構(gòu)造層(前震旦系)、海相下部構(gòu)造層(震旦系—下古生界)、海相上部構(gòu)造層(上古生界—中三疊統(tǒng))、陸相斷陷構(gòu)造層(中三疊統(tǒng)—古近系)、陸相坳陷構(gòu)造層(新近系—第四系)。南黃海地區(qū)早中三疊世主要發(fā)育淺海臺地相碳酸鹽巖沉積,晚三疊世—中侏羅世發(fā)育類前陸盆地,主要充填含煤磨拉石沉積。晚三疊世—中侏羅世受邊界走滑構(gòu)造環(huán)境控制,在NE 向盆地中發(fā)育火山巖和磨拉石沉積。晚白堊世—古近紀(jì)為拉張斷陷盆地,盆地展布受先存逆沖斷層控制,主要發(fā)育河流—湖泊相沉積。進(jìn)入新近紀(jì)以后,南黃海地區(qū)進(jìn)入?yún)^(qū)域熱沉降階段,早中期主要發(fā)育河流—泛濫平原相,晚期為填平補齊式的廣闊湖泊相沉積。
圖5 南黃海盆地地層層序及構(gòu)造層劃分Fig.5 Stratigraphic sequence and tectonic-stratigraphic division of the South Yellow Sea Basin
東海北起長江口北岸到韓國濟洲島一線,與黃海分界;東北以濟洲島東南端與日本福江島南端連線,與日本海分界;東以日本九州、琉球及我國臺灣一線與太平洋分界;南以廣東省南澳島與臺灣鵝鑾鼻連線與南海分界。東海及周邊陸域主要涉及揚子-京畿地層區(qū)的下?lián)P子地層分區(qū)、華夏地層區(qū)的東南沿海地層分區(qū)和東海陸架地層分區(qū)。
4.4.1 東海相鄰陸域中新生代地層發(fā)育特征
三疊系在下?lián)P子地層分區(qū)內(nèi)主要分布在江蘇的蘇錫地區(qū),包括青龍組、周沖村組、黃馬青組和范家塘組(烏灶組);而在浙江則大部分缺失,僅發(fā)育下統(tǒng)的政棠組和上統(tǒng)烏灶組。在東南沿海地層分區(qū),三疊系自下而上包括下—中統(tǒng)的溪口組、中統(tǒng)的安仁組以及上統(tǒng)的大坑村組和文賓山組。
侏羅系在下?lián)P子地層分區(qū)僅出露王沙溪組、同山群,分布于浙江諸暨-紹興、慈溪及江蘇戚墅堰等地,巖性主要為砂礫巖、含礫砂巖、粉砂巖。在東南沿海地層分區(qū),發(fā)育下統(tǒng)象牙群、中統(tǒng)漳平組、上統(tǒng)長林組和南園組。
白堊系在下?lián)P子地層分區(qū)的分布特點是:下白堊統(tǒng)包括建德群和永康群,為區(qū)內(nèi)分布面積最廣的地層;上白堊統(tǒng)包括天臺群和衢江群及桐鄉(xiāng)組,主要分布在浙江中部衢州-天臺-三門及長江三角洲平原區(qū)。在東南沿海地層分區(qū),浙東地區(qū)自下而上包括下統(tǒng)磨石山群、永康群和上統(tǒng)的方巖組。
古近系主要分布于杭州灣及其南岸長河盆地,長江三角洲平原,浙江平湖市、嘉興、南潯和江蘇昆山、常熟及上海閔行等地。下?lián)P子地層分區(qū)的蘇南、上海地區(qū)稱之為阜寧組、戴南組和三垛組。東南沿海地層分區(qū)的古近系在浙東稱之為長河組,福建省內(nèi)普遍缺失古近紀(jì)地層。長河組巖性主要為厚層砂礫巖。
新近系主要分布在下?lián)P子地層分區(qū)的上海市及昆山-吳江-無錫一帶。巖性為河湖相的紫紅色礫巖、砂巖、粉砂巖、泥巖夾砂礫層或黏土、亞黏土層。新近系在東南沿海地層分區(qū)的浙江境內(nèi)稱為嵊縣組,福建境內(nèi)稱為佛曇組。
4.4.2 東海地區(qū)中新生代地層發(fā)育特征
東海陸架盆地區(qū)和沖繩海槽地層發(fā)育特征存在明顯區(qū)別:東海陸架盆地區(qū)自下而上依次發(fā)育前震旦系變質(zhì)基底、上古生界淺變質(zhì)巖系、中生界、新生界地層,而沖繩海槽盆地區(qū)則是從中新世開始形成,依次發(fā)育前中新統(tǒng)基底、中新統(tǒng)、上新統(tǒng)和全新統(tǒng)[15-16]。根據(jù)波形及波組等特征識別出6 個不同級別的地震反射界面(T20、T30、T40、T50、T60和Tg)(圖6),據(jù)此將東海盆地自上而下劃分為5 個地震層序組:第Ⅰ地震層序組(T20以上)為新生界第四系和新近系(Q—N);第Ⅱ地震層序組(T20—T50)為新生界古近系(E);第Ⅲ地震層序組(T50—T60)為中生界白堊系(K);第Ⅳ地震層序組(T60—Tg)為中生界侏羅系(J);第Ⅴ地震層序組(Tg以下)對應(yīng)前中生界(圖6)。而沖繩海槽地區(qū)以T11和T10為界,垂向上可以劃分為Ⅰ(T10以上)、Ⅱ(T10—T11)和Ⅲ(T11—T20)3 個地震層序組,分別對應(yīng)于第四系、上新統(tǒng)和中新統(tǒng)(圖7)[17-18]。東海陸架地區(qū)中生代具“北陸南?!钡奶卣鳎G种饕獊碜杂跂|南方,大致以觀音凸起為界,北部以陸相為主,南部為海陸交互相和濱、淺海相。東海陸架地區(qū)新生代沉積特征具有繼承性,古新世—始新世盆地東南部偏海相,向北過渡為河流—沼澤相,漸新世區(qū)內(nèi)整體抬升,主體為陸相沉積。沖繩海槽主要是海相沉積,間或發(fā)育濁積相,沉積環(huán)境從上新世的平原河流相逐漸發(fā)展到第四紀(jì)的開闊海沉積。
圖6 東海陸架盆地地震反射特征(臺北幅TW1210 線)Fig.6 Seismic characteristics in the continental shelf of the East China Sea (TW1210 line of Taipei map)
圖7 沖繩海槽地震反射特征 (海槽南部測線)[18]Fig.7 Seismic characteristics in the Okinawa Trough (southern line of the trough)
(1)通過海陸和構(gòu)造單元之間的多重地層對比,總結(jié)地層發(fā)育的“一致性”和“差異性”,提出了統(tǒng)一的劃分原則和依據(jù)。在此基礎(chǔ)上首次開展了中國東部海域及相鄰陸域的綜合地層分區(qū),將我國東部海域和相鄰陸域劃分為1 個地層大區(qū)(一級),5 個地層區(qū)(二級)和13 個地層分區(qū)(三級)。
(2)中國東部海域的中新生代地層主要賦存于各個沉積盆地當(dāng)中,歸屬于相應(yīng)的三級地層分區(qū)。渤海海域主體位于華北平原分區(qū),北黃海海域主要分布在遼東地層分區(qū),南黃海海域主要屬于下?lián)P子地層分區(qū),而東海和沖繩海槽海域主要位于東海陸架分區(qū)。
(3)中生代以來,受太平洋板塊向歐亞板塊俯沖作用的影響,中國東部海域內(nèi)各個盆地經(jīng)歷了復(fù)雜的構(gòu)造-沉積演化過程,地層發(fā)育特征差異性明顯。
(4)海陸研究程度不平衡,海域資料少,研究程度低,海域地層分區(qū)范圍可能存在一些誤差。隨著后續(xù)大比例尺海洋區(qū)域調(diào)查工作的開展,采集的資料越來越豐富,研究程度也將逐步提高,地層分區(qū)方案也將越來越完善。