航磁数据来源于中国国土资源航空物探遥感中心在南黄海海域及海陆交互区的实测数据, 测线间距为1 km。为消除斜磁化影响, 采用变倾角化极方法对实测的航磁Δ T数据进行化极处理, 获得航磁Δ T化极网格数据。由航磁Δ T化极彩色阴影图(图2(a))可知, 南黄海海域中部为团块状平缓升高磁场区, 周围被正、负相间的强烈变化磁异常围绕。研究区航磁Δ T化极异常值为-295~1 535 nT, 区域磁性基底引起的磁异常特征及岩浆岩引起的局部磁异常特征明显。嘉山— 响水断裂带以北以NE向正、负相间剧烈变化的局部异常为主; 北部坳陷区为正、负相间的宽缓区域异常; 中部隆起区为宽缓升高的区域正磁异常, 伴有一定方向延展的宽缓降低的区域负磁异常; 南部坳陷区以宽缓的区域负磁异常为主, 局部为宽缓的区域正磁异常; 勿南沙隆起区北部为宽缓的区域负磁异常, 南部为NE向正、负相间剧烈变化的局部异常。

图2

Fig.2

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	图2 南黄海区域航空重、磁异常彩色阴影图Fig.2 Color grid of airborne gravity and magnetic anomaly in South Yellow Sea area

航重数据来源于中国国土资源航空物探遥感中心在南黄海海域及海陆交互区的实测数据, 测量仪器为俄罗斯GT系列航空重力仪, 测量比例尺为1:200 000, 飞行高度为400~800 m。通过数据处理获得了自由空间重力数据, 利用加拿大Geosoft公司地球物理软件OASIS的地形改正功能模块去除地形影响, 获得了航空重力布格异常数据。在航重布格异常彩色阴影图(图2 (b))上, 研究区航空布格重力异常总体正、负相间, 具有明显的分区、分带性, 异常幅度变化范围为-20~55 mGal。嘉山— 响水断裂带以北布格重力异常以NE向条带状高值异常为主; 北部坳陷区布格重力异常呈NE向和近EW向块状高值、低值异常; 中部隆起区以近EW向块状高值异常为主, 局部发育低值异常; 南部坳陷区为近EW向平缓低值异常; 勿南沙隆起区布格重力场以高值异常为主, 局部发育低值异常, 异常具有西低东高的特点。总体而言, 南黄海布格重力异常分布与南黄海海域“ 两隆两坳” 的地质构造格局较吻合。

磁性基底界面和印支期构造运动界面深度计算需以获取的大尺度区域航磁和重力异常数据为基础。实测的航空重、磁数据既包括由区域地层物性差异引起的区域异常, 也包括由局部构造引起的局部异常。因此, 需选择合适的数据处理方法求取大尺度区域航磁和重力异常值。研究表明, 匹配滤波法是分离区域场和局部场的有效方法之一^{[23, 24]}。本文选择研究区典型盆地作为匹配滤波法试验区, 对航磁Δ T化极数据和布格重力垂导数据进行平均对数功率谱计算和线性拟合, 分别确定了航磁区域场和航重区域场的最佳滤波因子。研究区航磁Δ T化极异常径向对数能谱曲线及拟合直线如图3(a)所示, 根据径向平均对数功率谱曲线变化特征, 选取频段3作为航磁区域异常和局部异常分离的频段。分离后的研究区浅源局部磁异常如图4(a)所示, 典型盆地深源区域磁异常如图4(b)所示, 磁场面貌简单, 幅值大幅降低, 表现为基底磁性特征。研究区航空布格垂导异常径向对数能谱曲线及拟合直线如图3(b)所示, 根据平均对数功率谱曲线变化特征, 选取频段3作为航空布格重力区域异常和局部异常分离的频段。经过匹配滤波分离得到的研究区深源区域航空布格重力异常如图4(c)所示, 区域布格重力异常反映了主要密度差界面起伏特征。研究区浅源局部航空布格重力异常如图4(d)所示。该方法能够将航空重、磁区域异常和局部异常成功分离, 将其应用到整个研究区, 可获得研究区区域航磁Δ T化极数据和区域航空布格重力异常数据。

图3

Fig.3

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	图3 研究区数据的平均对数功率谱曲线及拟合直线Fig.3 Radially averaged logarithmic power spectrum curve and linear fitting of the data in the study area

图4

Fig.4

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	图4 研究区以频段3为最佳滤波因子获得的浅源局部异常和深源区域异常分离图Fig.4 Shallow and deep source field anomaly distribution based on the frequency range of segment No.3 as the optimized filter

4.2.1 构造界面深度

切线法与外奎尔法均利用异常曲线上的极大值点、极小值点、拐点、半拐点等切线之间的交点坐标关系计算磁性体的深度^{[25, 26, 27, 28, 29, 30]}, 具有速度快、精度高等优点。因此, 本文采用切线法与外奎尔法计算磁性基底深度和主密度界面深度, 在计算过程中, 将所有的航磁局部异常和航空重力垂向一阶导数剖面划分为对称异常剖面和非对称异常剖面。对称异常剖面采用垂直磁化无限延伸厚板状体带改正系数切线法进行深度计算; 非对称异常剖面采用外奎尔法进行深度计算。

(1)切线法。在异常曲线的极大值和异常两翼拐点处作切线, 切线的交点坐标在X轴的投影坐标为X₂和X₃, 两翼切线与X轴的交点为X₁和X₄。通过公式(1)和公式(2)计算埋藏地质体的深度。

K₁=(X₄-X₁)/(X₃-X₂) , (1)

h=(X₄-X₃)/K_h , (2)

式中: K₁为对称异常的形态参数; K_h为埋藏地质体的深度因子; h为埋藏体的顶面埋深, km。

(2)外奎尔法。 Δ T异常曲线两侧拐点附近最陡斜率与切线较重合部分的水平投影距离乘以1个系数, 即是磁性体顶板平均埋藏深度, 其计算公式为

h=K× (X₂-X₁) , (3)

式中: X₂、X₁分别为切线与Δ T剖面异常离开重合部分的水平坐标; 系数K通过经验确定; h为磁性体顶板平均埋藏深度, km。

4.2.2 图件编制

(1)基于区域航磁Δ T化极异常剖面和区域布格重力垂向一阶导数异常剖面数据, 通过中国自然资源航空物探遥感中心自主研发的航空物探数据处理和解释软件平台Geoprobe完成磁异常体和重力异常体的深度值人机交互反演计算。通过计算, 完成区域1:50万航磁Δ T化极剖面异常深度点计算约16 510个, 完成区域航空布格重力垂向一阶导数剖面异常深度点计算约18 015个。

(2)根据区域地质资料, 参考已知钻井和地震剖面资料进行人工解释, 选取沿构造走向相同的深度值, 依次按0.5、1.0、1.5、2.0、3.0、5.0、7.0、9.0不等间距勾绘深度等值线, 形成磁性基底深度等值线图和印支期构造运动界面深度等值线图。

(3)采用数字地形模型转栅格的网格化插值方法, 将磁性基底深度等值线图和印支期构造运动界面深度等值线图转换成磁性基底界面深度网格和印支期构造运动界面深度网格(图5)。

图5

Fig.5

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	图5 南黄海海相地层底界面和顶界面深度网格立体阴影图Fig.5 Shaded grid of the top and bottom interface of marine strata in South Yellow Sea

4.2.3 方法验证

研究区现有钻井多未钻遇磁性基底, 在分析磁性基底深度值的精度方面会有一定难度。因此, 对南黄海磁性基底深度的计算主要借助于海域周边山东及江苏地区地表出露的磁性地层或岩石, 这些地层或岩石直接出露地表, 在这些位置的深度计算值均在0.2 km内。从统计结果看, 该区深度值实际误差一般在20%以内。此外, 通过与欧拉3D反褶积法(图6)计算的磁性基底深度进行对比, 发现深度和构造走向位置基本一致, 进一步证实了磁性基底深度反演结果的可靠性。

图6

Fig.6

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	图6 基于磁网格数据的欧拉3D反褶积法计算的磁性基底深度图Fig.6 Magnetic base depth through euler 3D deconvolution solutions based on gridded magnetic data

利用已有钻井揭示的海相地层顶界面深度与重力资料计算结果进行对比(表2), 发现应用航空重力垂向一阶导数切线法计算得到的海相地层顶界面深度值与钻探结果较接近, 差值为14~409 m, 相对误差为0.82%~19.69%, 整体相对误差< 20%, 表明深度计算结果精度可靠, 可满足地质解释要求^[27]。

表2

Tab.2

表2(Tab.2)

表2 钻井揭示的海相地层顶界面深度与重力资料计算结果对比 Tab.2 Comparison of marine strata top interface depth revealed by drilling and results of gravity data calculation 钻井编号 钻井位置 钻井揭示 深度/m 计算深 度/m 差值/ m 相对误 差/% ZC7-2-1 北部坳陷区 1 200 1 410 210 17.50 CZ24-1-1 南部坳陷区 3 341 3 396 55 1.65 WX4-2-1 南部坳陷区 2 708 2 579 -129 4.76 WX5-ST1 南部坳陷区 1 410 1 620 210 14.89 CZ35-2-1 勿南沙隆起区 2 077 1 758 -319 15.36 HH2 北部坳陷区 1 706 1 720 14 0.82 WX13-3-1 南部坳陷区 2 805 2 706 -99 3.53 CZ12-1-1 南部坳陷区 2 077 2 486 409 19.69

表2 钻井揭示的海相地层顶界面深度与重力资料计算结果对比 Tab.2 Comparison of marine strata top interface depth revealed by drilling and results of gravity data calculation

南黄海古生界— 中生界海相地层厚度(图7)对海相地层特征及油气构造识别具有重要作用。根据南黄海构造演化阶段和区域物性特征, 磁性基底界面(图5(a))可以确定为古生界— 中生界海相地层的底界面, 印支期构造运动界面(图5(b))可以确定为古生界— 中生界海相地层的顶界面。在印支期构造运动界面和磁性基底界面之间发育的是古生界— 中生界海相地层, 因此, 应用这两个界面的网格数据进行差值计算即可获得古生界— 中生界海相地层的厚度。经过局部修正后, 得到了古生界— 中生界海相地层厚度分布图(图 7)。

图7

Fig.7

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	图7 南黄海区域古生界— 中生界海相地层厚度分布Fig.7 Thickness distribution of the Paleozoic-Mesozoic marine strata in South Yellow Sea area

本文根据获得的古生界— 中生界海相地层厚度对南黄海古生界— 中生界进行构造单元划分, 认为: 海相地层厚度较大的构造单元在南黄海区域构造演化史上总体受到的构造破坏作用较小, 具备良好的海相沉积地质条件; 海相地层厚度较小的构造单元在南黄海区域构造演化史上总体表现为隆升, 接受海相沉积的条件较差或受后期构造运动影响较大, 剥蚀作用明显。因此, 在构造单元命名时, 将一级构造单元命名为“ 坳陷区” 和“ 隆起区” , 将二级构造单元命名为“ 坳陷” 和“ 隆起” (图8)。由北到南, 将南黄海海相盆地划分为胶南隆起区、苏北— 南黄海坳陷区、勿南沙隆起区和东南隆起区4个一级构造单元。根据区域地质构造演化, 认为苏北— 南黄海坳陷区位于下扬子板块, 属于南黄海海相构造的主体, 将其划分为北部坳陷、东部坳陷、中部坳陷、南部隆起、南部坳陷和苏北坳陷6个二级构造单元。

图8

Fig.8

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	图8 南黄海区域古生界— 中生界海相地层构造单元划分Fig.8 Tectonic units division of the Paleozoic-Mesozoic marine strata in South Yellow Sea area

通过分析南黄海区域磁异常网格与磁性基底顶界面(海相地层底界面)深度对应关系(图9), 发现研究区中部规模较大的强磁或弱磁异常揭示的磁性基底埋藏较深, 反映该区基底构造稳定, 属古板块的核心, 是南黄海区域构造运动的相对稳定区。对比可知, 研究区北部和南部磁异常规模较小, 磁性基底埋藏较浅或出露地表, 反映了磁性基底经历了剧烈的构造运动后开始隆升。

图9

Fig.9

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	图9 南黄海区域磁异常网格与磁性基底顶界面深度对应关系Fig.9 Corresponding relation between the magnetic anomaly grid and the depth of the magnetic basement top interface in South Yellow Sea area

根据反演的南黄海磁性基底顶界面深度与海相构造单元叠合图(图10), 发现南黄海磁性基底深度在平面上具有“ 南北浅, 中部深” 的特点, 与海相构造单元对应较好。研究区北部胶南隆起区的磁性基底埋深一般< 2 km, 磁性基底埋深由南向北逐渐变浅。研究区北部陆地磁性基底基本出露于地表, 磁场特征表现为正、负异常交互。勿南沙隆起区南部磁性基底埋深一般为1~1.5 km, 埋藏相对较浅, 磁场特征以正磁异常为主, 异常幅值变化较大。东南隆起区磁性基底埋深为0~2 km, 磁场特征以正磁异常为主, 异常幅值变化较大。与研究区北部、南部和东部地区相比, 研究区中部苏北— 南黄海坳陷区的磁性基底埋深为4~10 km, 磁场特征以正磁异常为主, 局部出现负磁异常, 且异常平缓规模较大。其中, 北部坳陷、中部坳陷和南部坳陷基底埋深最大, 最大深度可达10 km。

图10

Fig.10

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	图10 南黄海区域磁性基底顶界面深度与海相构造单元叠合图Fig.10 Superposition of the magnetic basement top interface depth and marine tectonic units in South Yellow Sea area

苏北— 南黄海坳陷区磁场显著特点是在中部存在1个呈浑圆形的平缓升高磁场区(图11), 面积近60 000 km², 周边被平缓的磁力低值带环绕, 推断南黄海平缓升高磁场区应为前寒武系磁性深变质岩引起。根据南黄海周边陆区岩性分布特征, 推测该套磁性基底主要由前寒武系岩浆岩改造的太古宇— 古元古界变质岩构成。磁性基底深度反演结果显示, 南黄海中部磁性基底埋深为4~10 km, 属基底深埋区, 推测基底属于刚性结晶基底, 构造稳定, 有利于海相沉积保存。强磁性结晶基底分布区周围的平缓磁力低值带, 可能是由中元古界— 新元古界构成的褶皱基底。通过磁场面貌特征分析, 发现在南黄海中部平缓升高磁场区存在1个呈NW向分布的哑铃形低值磁异常带, 两侧蜿蜒曲折的梯度带与强磁异常相邻, 低值带内局部异常不发育。哑铃形低值磁异常带反映该处为磁性基底埋深较大或强磁性基底缺失区。在早期构造运动影响下, 结晶基底发生拉张、裂解, 形成强磁性基底薄弱区或缺失区(即裂陷槽)。根据磁性基底深度计算结果, 低值带内磁性基底埋深一般> 7 km, 哑铃形低值磁异常带西侧两端基底埋深达10 km以上, 表明裂陷槽部具有发育厚度巨大的海相沉积地质条件。

图11

Fig.11

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	图11 南黄海中部航磁Δ T化极网格及强磁性基底埋藏深度网格Fig.11 Grid of the aeromagnetic Δ T pole and the strongly magnetic basement depth in Central South Yellow Sea

南黄海印支期构造运动界面是古生界— 中生界海相地层与中生界— 新生界陆相地层之间的不整合面, 是南黄海古生界— 中生界的顶界面、中生界— 新生界的底界面。反演的印支期构造运动界面深度如图12所示, 研究区南黄海印支期构造运动界面埋深在南北方向起伏, 与已有的南黄海中生界— 新生界“ 两隆两坳” 的陆相构造单元相对应, 但与古生界— 中生界构造格局存在较大差异, 反映了印支期构造运动对南黄海古生界— 中生界、中生界— 新生界构造格局具有强烈的改造作用。总体来看, 北部坳陷和南部坳陷印支期构造运动界面埋深相对较深, 一般为2~5 km, 其中北部坳陷最大埋深可达6 km。这2个构造单元对应区域重力低值异常, 推断该区域具有较厚的中生界— 新生界陆相沉积(图13)。印支期构造运动后, 该区受沉降作用影响发展为陆相沉积中心。相比之下, 南黄海中部隆起区之上, 印支期构造运动界面埋藏较浅, 仅局部地区埋藏较深, 整个隆起呈近EW向分布, 西窄东宽。已有钻井(CSDP-2井)资料也证实中部隆起区之上, 在600 m深度钻遇了下三叠统青龙组海相地层, 证实印支期构造运动界面埋藏较浅, 推断中部隆起区的现今构造格局是由印支期构造运动和燕山早期隆升、褶皱造山运动形成的。印支期, 在区域性SN向构造应力作用下^[19], 南黄海古生界发生隆升, 整体抬升, 形成了近EW向的中部隆起构造, 在燕山早期构造运动中遭受大面积剥蚀, 导致中生界— 新生界不整合于古生界之上, 形成一系列逆冲构造。勿南沙隆起区印支期构造运动界面埋藏相对较浅, 一般为1~2 km, 表明印支期构造运动促使该区域大面积隆升。

图12

Fig.12

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	图12 南黄海区域布格重力异常与印支期构造运动界面深度对应关系Fig.12 Corresponding relation between bouguer gravity anomaly and the depth of Indosinian tectonic movement interface in South Yellow Sea area

图13

Fig.13

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	图13 南黄海区域印支期构造运动界面深度与中生界— 新生界陆相地层构造单元叠合图Fig.13 Superposition of the depth of Indosinian tectonic movement interface and the Mesozoic-Cenozoic continental strata tectonic units in South Yellow Sea area

南黄海海相地层厚度展现了南黄海海相古生界— 中生界的分布特征(图14)。由北向南, 研究区海相地层厚度起伏较大, 整体呈NE向展布, 凹凸相间。根据区域地质构造演化特征, 海相地层构造格局可能是由太平洋板块向亚洲板块俯冲促使地壳由SN向转向挤压的结果。研究区中部苏北— 南黄海坳陷区海相地层残留厚度一般为4~8 km, 局部最大厚度可达10 km, 推断其区域构造稳定性较好。相比之下, 胶南隆起区、东南隆起区和勿南沙隆起区海相地层残留厚度较小或缺失, 可能是由南黄海多期构造运动造成的海相地层沉积条件差或受到强烈剥蚀作用导致的。

图14

Fig.14

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	图14 南黄海古生界— 中生界海相地层构造单元厚度与钻井、地震叠合图Fig.14 Superposition of the depth of Paleozoic-Mesozoic marine strata tectonic units, drillings and seismic distribution in South Yellow Sea

苏北— 南黄海坳陷区是南黄海海相地层的主体, 区内二级构造单元海相地层分布具有明显的分块特征, 中部坳陷是苏北— 南黄海坳陷区的主体。古生界— 中生界海相地层发育(图14), 厚度为3~10 km。磁场特征显示该区域位于强磁性基底之上, 侏罗系和白垩系缺失。该地区地震测线重磁剖面反演结果反映了基底在EW向上的横向变化特征, 受断裂控制, 深部强磁性基底不连续, 在中段和西段分布强磁性基底缺失区, 推断该段基底缺失是由拉张作用导致的。古生界— 中生界海相地层西厚东薄, 最大厚度可达10 km。

与下扬子陆区相比, 南黄海古生界— 中生界海相地层在厚度、分布范围、构造活动等方面均有明显的差异。下扬子陆区广泛发育逆冲推覆构造和对冲构造, 古生界倒转褶皱和平卧褶皱发育, 古生界— 中生界海相地层明显变薄。南黄海海域古生界— 中生界褶皱平缓, 构造简单^[31], 在钻遇海相地层的4口井中, 三叠系保存比陆地更完整, 仅CZ12-1-1井出现地层重复和倒转现象, 其他3口井地层层序正常。与苏北盆地相比, 南黄海中生代— 新生代以来的构造活动相对较弱, 古生界— 中生界保存更完整, 对海相地层油气勘探也更有利。2015年, 中国地质调查局在南黄海中部隆起区实施的大陆架科学钻探CSDP-2井在600 m以下钻遇下三叠统青龙组、二叠系、石炭系、上泥盆统等多套海相地层, 识别出7套含油气层段, 厚度为100~280 m, 油气显示级别跨度较大, 可能包含致密油气、页岩油气、煤层气等多种油气藏, 南黄海海相地层具有广阔的油气勘探前景。