中国东部海域及相邻陆域综合地层分区及地层发育特征

2020-04-20王明健徐扬张勇黄龙

海洋地质与第四纪地质 2020年2期

王明健，徐扬，张勇，黄龙

1. 青岛海洋地质研究所，青岛 266071

2. 海洋国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室，青岛 266071

3. 中国地质调查局武汉地质调查中心，武汉 430074

地层分区是开展地层学研究的基础。这一工作我国是从陆域最先开始的，最早可以追溯到20 世纪初李四光等编制的中国区域地层表，而系统的地层分区始于黄汲清[1]，他将我国地层划分为10 个地层大区，59 个地层区和118 个地层小区，之后王鸿祯提出了将中国地层划分为15 个地层大区和80 个地层区的方案[2]。任纪舜和肖藜薇从全球构造的角度出发，分构造阶段对中国地层进行了分区[3]。此外，很多学者和部门基于不同的划分依据，提出了不同的中国地层分区方案[4-5]。目前比较有代表性的是张克信在2015 年提出的划分方案。该方案按照陆块区（地台区）、造山带区和对接带区不同的大地构造环境和大地构造演化阶段等9 条原则进行构造-地层综合分区，将我国划分为3 大陆块区、6 大对接带和8 大造山系[6]。与陆域不同，海域受海水覆盖、调查手段少、调查程度低等多方面限制，地层研究相对滞后。近些年实施的1∶100 万和更高比例尺的海洋区域地质调查工作获取到了大量的实测资料，为海域地层研究提供了数据基础。

本文综合运用现代地层学理论，在欧亚板块大陆边缘构造分区的基础之上，借鉴陆域地层分区的方案，开展系统的海域-陆域统一的综合地层分区，重点分析我国东部海域（台湾以北海域）中生代以来的地层特征和沉积演化历史，在全局性和综合性上分析不同海域的沉积地层发育异同。

1 地层分区原则

按照海陆统一的思想，以中国大地构造一级单元划分为框架，结合现有陆域工作（张克信，2015），开展海陆地层综合分区，主要根据以下6 个原则：（1）克拉通区基底与盖层发育演化阶段不同；（2）造山带和对接带区洋-陆转化的时间不同；（3）地层序列与地层接触关系不同；（4）古地理格局与古环境条件不同；（5）生物群与生物古地理区系不同；（6）大地构造相时空分布与演化序列不同。

2 地层分区级别

综合地层分区方案分为地层大区（I 级）、地层区（Ⅱ级）和地层分区（Ⅲ级）3 个级别，且主要以第I—Ⅱ级为主。其具体分级方案（表1）如下：

（1）I 级（地层大区）

地层大区是指具有相似的大地构造演化阶段和大地构造环境的几个有机联系的紧邻地层区的结合体，相当于大地构造分区上的一、二级构造单元，如华北地层大区，扬子地层大区等。大区边界一般是板块缝合线、地壳拼接线等。

表 1 中国东部海域及相邻陆域综合地层分区方案Table 1 Integrated stratigraphic regionalization scheme for eastern China Sea and its adjacent land areas

（2）Ⅱ级（地层区）

地层区通常是指中—新生代受同一大地构造控制，其内部具有相似的地层序列特征的地层分区单元。大体相当于大地构造分区上的三级构造单元，主要对应于海域的不同盆地。地层区的边界一般是盆地的界线，也可以是地壳拼接线、大断裂带或相同类型的区域构造边界等。

（3）Ⅲ级（地层分区）

地层分区内部区域构造特征基本相同，岩石地层特征也基本相同。相当于大地构造分区上的四级构造单元，多对应于海域盆地内部的次一级的单元。地层分区的边界一般是综合地层或沉积相变化的界线，也可以是较大的断裂等。

3 地层分区方案

中国大陆是由泛华夏陆块群、劳亚和冈瓦纳等多个大陆边缘、多个大洋洋陆转换逐渐集合增生而成的[7]。在中国大陆增生过程中，形成了以华北、塔里木、扬子为核心的3 个陆块区、8 个造山带镶嵌组成的复式大陆[6-8]。其中中国东部海域及相邻陆域地层分区方案见表1、图1。

该分区方案完整覆盖整个中国东部海域及邻域，整体上反映了不同单元的沉积特征和构造属性，从沉积地层的角度揭示了东亚大陆边缘中新生代的构造格局与演化特征。

4 各海域及相邻地区地层发育特征

海域和陆域拥有的资料情况不同，导致二者的研究程度存在很大差别。中国东部海域周边陆域地层资料丰富，前人对地层发育特征进行了详细的研究和总结，取得了丰富的成果，达到了很高的研究程度。而海域受调查程度和手段等多方面的限制，主要依赖钻井来直接揭示地层发育情况，间接手段（如地球物理手段）揭示的地层属性往往具有很大的不确定性。海域地层资料的缺乏极大地限制了研究程度的提升，尤其石油公司不太关注的前中生代地层，钻井揭示的很少，研究程度也就更低。由于本文开展的是海-陆地层综合分区，需要统筹考虑海域和陆域地层研究的资料情况、研究程度，有鉴于此，本文针对海域和陆域地层资料较为丰富、研究程度较为一致的中新生代地层发育特征进行研究。

图1 中国东部海域及邻域综合分区图Fig.1 Integrated regionalization map for Eastern China Seas and its adjacent land areas

4.1 渤海及相邻陆域地层特征

在本次综合地层分区方案中，渤海及相邻陆域主体属于华北地层分区，但也部分涉及到燕辽、鲁西、鲁东和辽东4 个相邻的地层分区（图1）。

4.1.1 渤海相邻陆域中新生代地层发育特征

渤海周边陆域三叠系在基岩露头区分布零星，但在华北地层分区中的黄骅坳陷、冀中坳陷比较发育，主要分布在廊坊、武清-文安、大城-无极、晋县一带，包含刘家沟组、和尚沟组及二马营组和杏石口组（图2）。

渤海周边侏罗系较发育，主要见于燕辽地层分区、鲁西地层分区、华北平原地层分区。在燕辽地层分区分为门头沟群和后城群，在鲁西地层分区侏罗系分为坊子组和三台组。

图2 中国东部海域及邻域地层划分对比Fig.2 Stratigraphic division and correlation of Eastern China seas and its adjacent areas

渤海周边白垩系分布基本同侏罗系。鲁东地层分区的西南端白垩系广泛分布，分为莱阳群、青山群、王氏群。鲁西地层分区白垩系主要分布在沂沭断裂带、莱芜盆地、南麻盆地、邹平盆地，可分为莱阳群、青山群、大盛群和王氏群。其中大盛群为区内中生代重要地层，岩性为一套内陆河湖相碎屑岩，整合于青山群之上，其上与王氏群不整合接触。

进入新生代后沉积环境发生了巨大变化，华北地层分区的沉积中心集中在渤海湾盆地区域，在其周围的隆起区新生界呈孤立的小型山间盆地发育。

古新统发育较为局限，仅见于鲁东地层分区的胶州市黄埠岭、昌邑市丈岭和鲁西地层分区的昌邑太公堂一带。始新统广泛分布，鲁西地层分区分为五图群和官庄群，五图群分布在昌乐、临朐一带，官庄群分布在莱芜、泰安、沂源一带；鲁东地层分区仅发育五图群，且零星分布，出露不好；在燕辽地层分区的曲阳、涞源一带，始新统零星分布；华北平原地层分区广泛发育，包括孔店组、沙四段和沙三段。渐新统主要分布在华北平原地层分区，包括沙二段、沙一段和东营组。另外在燕辽地层分区也有零星分布，包括灵山组、雪花山组。

新近系在华北平原地层分区分布广泛，而基岩出露区则零星分布，地层发育特征见图3。

4.1.2 渤海地区中新生代地层发育特征

图3 天津幅TJ M1 线揭示的秦南凹陷结构特征及地震波组特征Fig.3 Structural characteristics and seismic wave group characteristics of Qinnan Sag revealed by TJ M1 line of Tianjin map sheet

渤海海域的主体位于华北平原地层分区，地层自下而上发育太古宇—古元古界、中—新元古界、下古生界、上古生界、中生界和新生界（图2）。1∶100 万天津幅和1∶100 万大连幅共在渤海布置多道地震测线13 条，穿越渤中坳陷和辽东湾坳陷。地震剖面上识别出了前古近系7 个超层序组和古近系—新近系2 个超层序组。其中古近系又识别出了2 个一级层序界面、3 个二级层序界面和10 个三级层序界面[9]（图3）。其中早—中三叠世为大型内陆湖盆相沉积，早—中侏罗世发育山间湖相沉积。古近纪孔店—沙四期渤海地区经历了由相对分散、独立的小断陷到彼此串通联合成较大的断陷湖盆的演化过程，并在沙三期湖泊沉积体系发展到顶峰。到渐新世末期，盆地的裂陷作用基本结束，渤海湾地区发生区域隆升，湖盆萎缩。新近纪以后，盆地在古近纪断陷盆地盖层之上充填了一套以河流相为主的新近纪—第四纪红色碎屑沉积。

4.2 北黄海及相邻陆域地层特征

北黄海位于渤海以东以及山东半岛成山角与朝鲜半岛的白翎岛连线以北，是由山东半岛、辽东半岛和朝鲜半岛环抱的海域。在本次综合地层分区方案中，北黄海及相邻陆域主体位于华北地层分区，并涉及鲁东、辽东和狼林3 个地层分区。另外，北黄海海域的南缘刘公岛隆起隶属于秦-祁-昆地层区的苏鲁地层分区（图1）。

4.2.1 北黄海相邻陆域中新生代地层发育特征

下三叠统主要分布在狼林地层分区（图2）。岩性为含砾砂岩，灰、浅灰绿色石英砂岩、长石质砂岩，灰绿色页岩、粉砂岩，紫红色粉砂岩、页岩，紫红色钙质粉砂岩，厚700～770 m。

中生界在辽东地层分区和狼林地层分区均有发育。其中辽东地层分区内中生界仅有侏罗系—白垩系，出露分布局限，岩性主要为砂岩、砾岩夹泥岩及煤层，火山熔岩及火山碎屑岩等，为河湖和火山喷发相。狼林地层分区中的朝鲜西部滨海地区安州盆地发育完整的中生界，其与北黄海地层具有较好的对比性，自下而上由峰燧组、博川组和龙盘组构成，总厚度约4 500～5 000 m，整体为一套河湖相沉积。

古近纪以来，辽东地层分区表现为整体间歇性上升，缺失古近系—新近系。在狼林地层分区，沿着半岛西部海湾零星发育古近系—新近系（地层发育情况见图2）。在安州盆地，主要发育一套始新世—渐新世的湖相-沼泽相沉积。

4.2.2 北黄海地区中新生代地层发育特征

北黄海盆地占据了北黄海的主体。该盆地勘探程度较低，依据东部坳陷的钻井资料分析认为，北黄海盆地主要发育元古界、古生界、中生界侏罗系和白垩系、新生界古近系和新近系[10-11]。利用1∶100万大连幅海洋区调项目所采集到的二维地震资料识别出了T1，T2、T3、T4、T5、Tg 等6 个地震反射界面。以区域性不整合面Tg、T4和T1为界，可将北黄海中—新生代地层分隔成三套超层序组，即基底构造-沉积层、下构造层、中构造层和上构造层（图4）。中生代主要发育河流相、湖泊相、冲积扇相以及三角洲相；而新生代古近系始新统主要发育湖泊相、冲积扇沉积和扇三角洲，渐新统主要发育河流—冲积平原相和湖泊相，中新统—全新统主要发育河泛平原相，局部为浅水湖泊沉积，上新世发育滨浅海沉积。

图4 北黄海盆地中—新生代地层层序及构造层划分Fig.4 Stratigraphic sequence and tectonic-stratigraphic division of Mesozoic-Cenozoic strata in North Yellow Sea Basin

4.3 南黄海及邻域地层特征

地理上，南黄海北、南界线分别为成山角-朝鲜白翎岛连线和启东嘴-济州岛连线。在本次综合地层分区方案中，南黄海及邻域主体属于下扬子地层分区，但也有部分地区（千里岩隆起带）涉及到苏鲁等邻近的地层分区（图1）。

4.3.1 南黄海相邻陆域中新生代地层发育特征

下—中三叠统在扬子地层分区主要出露于宁镇山脉、茅山山脉、宜溧山区，常组成复式向斜核部，自下而上可分为青龙群及周冲村组，代表了海盆消亡阶段的沉积。下扬子陆地区中、上三叠统自下而上分黄马青组和范家塘组（图2）。

侏罗系分布于扬子地层分区苏北盆地的东台溱潼-海安南莫庄及南通唐闸等地，为一套湖泊碎屑岩和火山岩组合，自下而上分为钟山组、北象山组、西横山组、龙王山组、云合山组和大王山组。苏北地区的白垩系主要为上叠的断陷盆地沉积岩系，为一套湖相碎屑岩和陆相火山岩—火山碎屑岩建造，包括葛村组、浦口组、赤山组和泰州组。

古近系主要分布于扬子地层分区的泰兴-如皋一线的白驹、溱潼、海安、盐城、射阳及古隆起上的小盆地中，主要为一套陆相碎屑岩，沉积厚度大，自下而上划分为阜宁组、戴南组和三垛组。

新近系在苏北地区广泛发育，厚度变化较大，一般为350～1 000 m。

4.3.2 南黄海地区中新生代地层发育特征

南黄海盆地主要位于扬子地台之上，是下扬子地台向海域的自然延伸，地层发育与陆上的苏北盆地相似，主要包括前震旦系的变质基底地层、震旦系至下三叠统海相地层，中—上三叠统、侏罗系至第四系下部的陆相地层[12-14]。结合前人工作成果和与韩国地震剖面反射结构的对应关系，南黄海盆地共识别出了T2、T4、T7、T71、T72、T8、T9、T10、T11、T12和Tg等11 个特征反射波（图5），以此为依据划分出了5 个地震超层序组，对应前震旦系基底构造层（前震旦系）、海相下部构造层（震旦系—下古生界）、海相上部构造层（上古生界—中三叠统）、陆相断陷构造层（中三叠统—古近系）、陆相坳陷构造层（新近系—第四系）。南黄海地区早中三叠世主要发育浅海台地相碳酸盐岩沉积，晚三叠世—中侏罗世发育类前陆盆地，主要充填含煤磨拉石沉积。晚三叠世—中侏罗世受边界走滑构造环境控制，在NE 向盆地中发育火山岩和磨拉石沉积。晚白垩世—古近纪为拉张断陷盆地，盆地展布受先存逆冲断层控制，主要发育河流—湖泊相沉积。进入新近纪以后，南黄海地区进入区域热沉降阶段，早中期主要发育河流—泛滥平原相，晚期为填平补齐式的广阔湖泊相沉积。

图5 南黄海盆地地层层序及构造层划分Fig.5 Stratigraphic sequence and tectonic-stratigraphic division of the South Yellow Sea Basin

4.4 东海地层特征

东海北起长江口北岸到韩国济洲岛一线，与黄海分界；东北以济洲岛东南端与日本福江岛南端连线，与日本海分界；东以日本九州、琉球及我国台湾一线与太平洋分界；南以广东省南澳岛与台湾鹅銮鼻连线与南海分界。东海及周边陆域主要涉及扬子-京畿地层区的下扬子地层分区、华夏地层区的东南沿海地层分区和东海陆架地层分区。

4.4.1 东海相邻陆域中新生代地层发育特征

三叠系在下扬子地层分区内主要分布在江苏的苏锡地区，包括青龙组、周冲村组、黄马青组和范家塘组（乌灶组）；而在浙江则大部分缺失，仅发育下统的政棠组和上统乌灶组。在东南沿海地层分区，三叠系自下而上包括下—中统的溪口组、中统的安仁组以及上统的大坑村组和文宾山组。

侏罗系在下扬子地层分区仅出露王沙溪组、同山群，分布于浙江诸暨-绍兴、慈溪及江苏戚墅堰等地，岩性主要为砂砾岩、含砾砂岩、粉砂岩。在东南沿海地层分区，发育下统象牙群、中统漳平组、上统长林组和南园组。

白垩系在下扬子地层分区的分布特点是：下白垩统包括建德群和永康群，为区内分布面积最广的地层；上白垩统包括天台群和衢江群及桐乡组，主要分布在浙江中部衢州-天台-三门及长江三角洲平原区。在东南沿海地层分区，浙东地区自下而上包括下统磨石山群、永康群和上统的方岩组。

古近系主要分布于杭州湾及其南岸长河盆地，长江三角洲平原，浙江平湖市、嘉兴、南浔和江苏昆山、常熟及上海闵行等地。下扬子地层分区的苏南、上海地区称之为阜宁组、戴南组和三垛组。东南沿海地层分区的古近系在浙东称之为长河组，福建省内普遍缺失古近纪地层。长河组岩性主要为厚层砂砾岩。

新近系主要分布在下扬子地层分区的上海市及昆山-吴江-无锡一带。岩性为河湖相的紫红色砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩夹砂砾层或黏土、亚黏土层。新近系在东南沿海地层分区的浙江境内称为嵊县组，福建境内称为佛昙组。

4.4.2 东海地区中新生代地层发育特征

东海陆架盆地区和冲绳海槽地层发育特征存在明显区别：东海陆架盆地区自下而上依次发育前震旦系变质基底、上古生界浅变质岩系、中生界、新生界地层，而冲绳海槽盆地区则是从中新世开始形成，依次发育前中新统基底、中新统、上新统和全新统[15-16]。根据波形及波组等特征识别出6 个不同级别的地震反射界面（T20、T30、T40、T50、T60和Tg）（图6），据此将东海盆地自上而下划分为5 个地震层序组：第Ⅰ地震层序组（T20以上）为新生界第四系和新近系（Q—N）；第Ⅱ地震层序组（T20—T50）为新生界古近系（E）；第Ⅲ地震层序组（T50—T60）为中生界白垩系（K）；第Ⅳ地震层序组（T60—Tg）为中生界侏罗系（J）；第Ⅴ地震层序组（Tg以下）对应前中生界（图6）。而冲绳海槽地区以T11和T10为界，垂向上可以划分为Ⅰ（T10以上）、Ⅱ（T10—T11）和Ⅲ（T11—T20）3 个地震层序组，分别对应于第四系、上新统和中新统（图7）[17-18]。东海陆架地区中生代具“北陆南海”的特征，海侵主要来自于东南方，大致以观音凸起为界，北部以陆相为主，南部为海陆交互相和滨、浅海相。东海陆架地区新生代沉积特征具有继承性，古新世—始新世盆地东南部偏海相，向北过渡为河流—沼泽相，渐新世区内整体抬升，主体为陆相沉积。冲绳海槽主要是海相沉积，间或发育浊积相，沉积环境从上新世的平原河流相逐渐发展到第四纪的开阔海沉积。