南黄海及邻区岩石密度分布呈不均匀性。横向上, 不同的大地构造单元, 其岩石密度及密度分层各不相同; 纵向上, 随其沉积年代的由新到老、由浅到深, 沉积岩密度逐渐增大。

根据研究区周边已有及实测资料统计结果, 南黄海及邻区有多个密度界面, 其中密度差相对较大的界面有2个: 一个是新近系与古近系间界面, 上下界面平均密度差为-0.22 g/cm³, 界面埋深最浅, 因此在重力异常上反映最强烈, 目前, 南黄海盆地内的地震数据可以确定该界面的深度, 采用重力正演计算方法可取得该界面引起的异常信息; 另一个为陆相中、新生界和海相中、古生界之间的印支面, 上下地层之间的密度差可达-0.23 g/cm³(表1), 该界面起伏大, 呈区域性分布, 是本区局部重力异常最主要的成因。

表1

Tab.1

表1(Tab.1)

表1 南黄海地层密度特征表 Tab.1 Characteristics of stratum densitiesin the South Yellow Sea (g· cm-3) 时代 变化范围 平均值 密度差 Q 2.02~2.15 2.11 Ny 2.12~2.17 0.22 Es 2.21~2.33 2.33 Ed 2.37~2.40 0.15 Ef 2.38~2.54 2.48 Kt 2.38~2.60 0.23 T1 2.65~2.76 2.71 0.05 P1 2.74~2.75 2.76 C 2.76~2.77 -0.06 S-D 2.65~2.74 2.70 O 2.66~2.75 0.09 2.77~2.78 2.79 Z 2.78~2.82

表1 南黄海地层密度特征表 Tab.1 Characteristics of stratum densitiesin the South Yellow Sea (g· cm-3)

南黄海周边地区主要磁性地层分布于胶东与江苏地区。胶东地区主要为太古宇— 古元古界胶南群变质岩地层及中生代火山岩, 江苏地区磁性地层主要为震旦系下部朐山组, 中元古界云台组、锦屏组及中、新生代火山岩也能够引起局部升高异常。此外, 胶东半岛地区广泛分布的燕山期侵入岩体也具有一定的磁性, 但是变化较大, 在磁场图上能够引起强度及规模均较大的正磁异常。

该区位于胶东半岛南岸日照— 青岛一线, 是苏鲁造山带上最明显的重力异常低值带。异常区整体表现为低值背景场, 重力场值以崂山为界, 具有南西低、北东高的特点, 在胶州湾地区, 场值最低。异常区北东段异常展布呈近EW向, 北高南低, 高低值之间发育有一宽缓梯度带。航磁Δ T化极图上, 异常区南西段与日照— 青岛高值磁异常带具有很好的对应关系, 磁异常带由多个强磁异常组成, 强磁异常的方向以NE向为主。

该低值异常区地表主要出露了太古宇— 古元古界胶南群及五莲群变质岩。区内燕山期岩浆活动强烈, 形成了规模大、类型复杂的各类岩体, 主要有花岗岩、花岗闪长岩, 其次有闪长岩、石英二长岩等。作为基底的太古宇— 古元古界被岩浆活动强烈改造, 形成岩体与老地层交织分布的特征, 在深部, 花岗岩类分布可能更为连续。由于花岗岩类密度普遍低于太古宇— 古元古界变质岩, 从而在布格重力异常图上, 形成了大面积低值异常分布区。根据物性资料, 燕山期各类侵入岩体具有强度不等的磁性, 在磁场图上引起高值磁异常。

该重力异常高值区为研究区内特征最为显著的重力异常带。异常高值区呈NE向延伸, 两侧均以规模较大的重力梯级带为边界。在布格重力图上, 可以看到该重力异常区显示为2个团块状高值重力异常, 二者之间存在一个重力低值异常。根据区域重力场特征, 该重力异常区可分为南北2个亚区, 即北部的千里岩高值异常亚区(II₂)和南部的连云港高值异常亚区(II₁)。2个亚区虽然同为高值异常特征, 但其在异常强度、局部异常组合特征等方面存在着一定差异。北部亚区局部异常以NE向为主, 异常规模、强度更大; 南部亚区局部异常多为NEE向和近EW向, 异常规模较小。在航磁Δ T化极图上, 该异常区对应负背景场, 局部磁异常较发育。

连云港地区的云台山、东西连岛及灌云伊山出露中元古界云台组(Pt₂y)变粒岩、石英岩; 响水河口、开山岛出露震旦纪莲沱组(Z₁l)变质石英砂岩; 达山岛出露混合岩、白云斜长片麻岩。上述岩石均为具有密度高、磁性弱的特征, 为引起连云港高值异常亚区的因素。而千里岩隆起则是一个受燕山期岩浆活动改造的太古宇变质岩古隆起, 由胶东群和粉子山群的深变质岩组成。据岩石密度测定, 燕山期的花岗岩密度为 2.54~2.60 g/cm³, 而太古宇变质岩密度为 2.68~2.70 g/cm³。由于千里岩隆起区具有较大规模的燕山期花岗岩侵入体, 因此会形成高值背景上的重力低异常。

异常区位于研究区中东部, 呈西窄东宽的楔形, 北侧以区域性展布的异常梯级带为界与连云港— 千里岩高值重力异常区相邻, 南部与南黄海中部高值重力异常区相接。异常区以大面积降低负异常为主, 在异常区东北部存在一条近EW向的重力异常高值带, 将全区分隔为南北2个重力异常低值区。其中, 北部重力异常低值区内局部异常以近EW向或NEE向为主; 南部重力低值区内, 局部异常的延伸方向主要为NE向, 多个高值异常与低值异常相间排列。

根据区域地质及地震资料, 认为该重力低值区即是南黄海北部盆地的分布范围, 发育巨厚中、新生代陆相断陷沉积。第四系和新近系, 由东向西厚度逐渐增大, 最大厚度超过了1 000 m, 在1 000 m以下仍发育较厚的古近系。中、新生代主要发育陆相碎屑岩沉积, 岩石密度相对较小, 与前中、新生代碳酸盐岩或变质岩地层之间形成了区内主要的密度界面, 该界面的起伏变化是引起区内重力异常的主要地质因素。区域磁场特征显示, 该异常区南部深部发育稳定的强磁性基底, 该套基底强度较大, 相对稳定, 其上可能发育古生界海相地层, 同时平静的磁场特征也反映了强磁性基底区内岩浆活动较弱的特点。而异常区北部东西向高值异常带可能是在断裂构造作用下, 形成的中生代地垒, 其上可能缺失新生界, 两侧为新生代沉积厚度较大的凹陷, 由于在横向上存在较大的密度差, 形成高值异常带。

图2

Fig.2

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	图2 嘉山— 响水断裂重磁场特征Fig.2 Characteristics of gravitational and magnetic field in Jiashan-Xiangshui fault

南黄海中部高值异常区与南黄海北部重力低值区相邻, 主要由NE向高值重力异常组成, 由西向东异常值逐渐降低, 高值背景场上发育有多处规模不等的局部低值异常。在航磁Δ T化极图上, 该异常区对应南黄海中部团块状高磁异常区, 且高值磁异常梯度带宽缓, 规模较大, 是强磁性基底的反映。

根据已有地质资料及重、磁同高的地球物理场特点, 推断该区在稳定的强磁性基底之上发育了厚度较大的中、古生代碳酸盐岩地层。

在大连周边海域航空重力调查中, 通过航空重磁资料综合对比, 提出苏鲁造山带北界为牟平— 即墨— 刘公岛断裂带, 南部边界为嘉山— 响水断裂^[2], 但该文中只涉及了造山带东段, 未能展示该造山带南部边界全貌。最新航空重力数据显示, 在SW方向上, 嘉山— 响水深大断裂作为造山带南部边界的重力场特征依然明显, 显示为梯度陡、延伸长的梯级带, 梯级带特征在布格重力垂向一阶导数图上显示更为明显(图2(a))。断裂北侧为重力高值异常区, 是构造隆起区变质岩基底的反映; 磁场上表现为高频杂乱磁异常区, 认为该区后期岩浆活动较为频繁, 形成了分布广泛的岩体。断裂南侧为南黄海北部重力低值异常区, 在低值背景场中分布有NE、NEE向局部升高的重力异常带, 各异常带均在嘉山— 响水断裂所在位置截止; 磁场上断裂两侧显示为平静磁场区叠加NE向磁异常条带(图2(b)), 重磁场特征反映该区域为坳陷区, 即为南黄海北部坳陷。因此, 嘉山— 响水深大断裂既是苏鲁造山带的南部边界, 也控制了南黄海北部坳陷的形成与发展。

南黄海北部坳陷的东北凹陷位于研究区东北角, 西侧以南黄海北缘断裂为界与千里岩隆起相接, 南部以东北凸起构造为界与坳陷内其他构造分隔。已有的地震、钻井资料表明, 东北凹陷内广泛发育中— 新生界, 其中, 中生界厚度巨大。根据重磁资料, 凹陷南部是中生界最为发育的地区, 推断最大沉积厚度可达5.0 km以上。在凹陷中部发育一宽缓的NEE向构造带, 构造带分为南、北两支, 北浅南深, 构造带主体多浅于2.0 km。而根据航磁异常推断, 该构造部位磁性基底埋深在5 km以上, 推断中— 新生界陆相沉积之下发育厚2~3 km的中古生界海相地层(图3)。同时, 依据重磁同高的地球物理场特征, 认为中央构造带为前寒武系结晶基底隆起所致, 其深部存在与南黄海中部类似的磁性较强的变质岩。

图3

Fig.3

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	图3 南黄海北部东北凹陷重磁综合地质解释剖面图Fig.3 Comprehensive geological interpretation profile with magnetic and gravity data of northeast sag in the northern South Yellow Sea

目前, 该凹陷内RC20-2-1井已发现近千米厚的上侏罗统暗色泥岩, 具有良好的油气地质条件^[8]; 重磁资料认为该凹陷内中央构造带是有利的油气聚集带, 具备较好的油气勘探前景。

海阳凹陷是本次研究在苏北— 胶南隆起区之上新圈定的负向构造单元, 在布格重力图上, 凹陷整体处于低值异常区内, 具有北高南低的重力异常组合特征; 低值异常区南部发育有一近NEE向负值异常, 在重力垂向一阶导数图上, NEE负值异常两侧梯度带窄陡, 其南侧异常梯度变化极大(图4(左))。重力异常深度计算结果表明, 凹陷最大沉积厚度在3 000 m左右(图4(右))。

图4

Fig.4

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	图4 海阳凹陷重力异常特征(左)及推断深度图(右)Fig.4 Gravity anomalies characteristics ( left ) and interpreted depth ( right ) in Haiyang sag

结合区域地质资料, 本次研究认为海阳凹陷是胶莱盆地在海域内的延伸, 其西侧边界受即墨断裂控制。凹陷重磁场特征同时表明, 海阳凹陷具有南断北超的盆地结构特征, 其形成和发展受南侧的断裂构造控制。以往人们讨论的胶莱盆地多指郯庐断裂以东胶东半岛陆地部分, 认为胶莱盆地是叠置在太古宇和元古宇变质基底之上的中生代沉积坳陷。凹陷内发育侏罗系和白垩系, 其中, 侏罗系上统莱阳群主要为陆相碎屑岩, 下白垩统青山组由一套火山熔岩和火山碎屑岩组成, 上白垩统王氏组为河湖相红色碎屑岩, 大面积出露于盆地西部、南部和中部, 之上有较薄的新生代沉积。在航磁图上, 海阳凹陷对应的磁场区相对较为平静, 表明火山岩不发育, 凹陷内应以陆相碎屑岩沉积为主。

图5

Fig.5

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	图5 宫家岛断裂重磁异常特征对比图Fig.5 Comparison between magnetic and gravity characteristics in Gongjiadao fault

本次研究新圈定了宫家岛深大断裂, 该断裂两侧重磁场面貌差异明显(图5), 表明其两侧基底岩石构成及后期构造活动各不相同。经重磁综合研究, 认为宫家岛深大断裂控制了南黄海中部强磁性结晶基底的东部边界, 该套结晶基底仅在断裂东侧的东北凹陷内残留。在岩浆活动方面, 断裂东侧也明显强于西侧, 该断裂在SE方向上控制了南黄海东南隆起区强烈的构造岩浆活动, 在NW方向上切穿了规模巨大的苏鲁造山带, 形成了造山带东部荣成— 石岛环形磁异常。