地震反射剖面揭示的苏北盆地北缘构造特征及其演化

地震反射剖面揭示的苏北盆地北缘构造特征及其演化
陆一锋;徐永清;刘茂争;闫敏;徐树斌;陆雯
【摘要】苏北盆地位于下扬子板块东北部鲁苏隆起的南侧,由于构造位置特殊,其构造演化比较复杂.利用高分辨率反射剖面资料,得到苏北盆地北缘清晰的地下结构和断裂形态.结果表明,整个剖面以大东凸起为对称轴,两侧箕状凹陷近似对称发育,涟南凹陷呈南深北浅的形态,涟北凹陷呈南浅北深的形态,该凹陷内正断层发育.这些研究成果为建立研究区的构造演化模式提供了重要的信息,推测自白垩纪末期以来,研究区在印度板块碰撞和太平洋板块碰撞影响下,拉张裂隙和挤压隆起2种作用交替进行,形成了对称箕状凹陷.
【期刊名称】《地质学刊》
【年(卷),期】2017(041)004
【总页数】7页(P624-630)
【关键词】反射剖面;对称箕状断陷;构造演化;苏北盆地北缘
【作者】陆一锋;徐永清;刘茂争;闫敏;徐树斌;陆雯
【作者单位】江苏煤炭地质局长江地质勘查院,江苏南京210046;江苏煤炭地质局长江地质勘查院,江苏南京210046;江苏煤炭地质局长江地质勘查院,江苏南京210046;江苏煤炭地质局长江地质勘查院,江苏南京210046;江苏煤炭地质局长江地质勘查院,江苏南京210046;江苏省宿迁市宿豫区地质矿产管理所,江苏宿迁223800
【正文语种】中文
【中图分类】P631.4+4;P542.4
苏北盆地位于下扬子板块东北部鲁苏隆起的南缘，属于苏北—南黄海盆地西部的陆上部分。

苏北盆地是发育在下扬子构造形变极其复杂的中—古生界基底之上的陆相中新生代复合盆地，由一系列断(凹)陷和隆(凸)起构成，其演化过程以凹陷和凸起交替发育为特征，具有明显的构造分区性，落差巨大的边缘断裂对盆地的形态和演化起着控制作用。

盆地基底为中生界和古生界，沉积盖层由古近系、新近系和第四系构成，厚度不均匀，最厚逾6 km。

大地构造上，苏北盆地位于中、新生代西太平洋构造域的弧后区，华北板块与下扬子板块的碰撞造山带位于其北部，东部为环太平洋构造域(邱海峻等，2006)。

近年来，不少学者在苏北盆地开展了大量的研究工作(杨琦等，2003；朱光等，2013；潘雪峰等，2013；姜芹芹等，2016；刘金华等，2016)。

关于盆地的构造与演化，目前主要采用“拉张作用”和“裂谷盆地”来解释苏北盆地的形成。

练铭祥等(2001)认为苏北盆地是逆冲推覆体重力回滑的结果；陈安定(2010)则认为苏北盆地既是中生代时期构造作用的延续，又是始新世以来复杂应力作用的结果。

为了更好地了解苏北盆地的构造演化过程，有必要详细了解盆地内的地层构造形态。

地震反射波法已经被广泛用来探测地下结构，并取得了良好的效果(李晓妮等，2012；李家棒等，2015；周金全，2015；朱再宁等，2015)。

研究区域位于苏北盆地北缘、鲁苏隆起南缘(图1)，在该地区进行地震反射波探测，获得苏北盆地北缘清晰的构造资料，为该区域构造演化研究提供了重要的地质信息。

地震数据采集测线布置在涟水县境内(图2)，全长27.9 km，覆盖了苏北盆地北缘多个次级构造单元：涟南凹陷、大东凸起、涟北凹陷以及鲁苏隆起的南缘。

测线位置布置了2个钻孔(表1)。

数据采集采用408 UL多道遥测数字地震仪(法国Sercel 公司)，检波器使用3个PS-60A型检波器串联，点状组合方式放置。

数据采样间隔为1.0 ms，记录长度4 s。

观测系统采用192道检波器接收，道距10 m，炮距
40 m，中点激发。

CDP(Common Depth Point,共深度点或共反射点)间隔为5 m，每个CDP叠加24次。

激发震源采用高爆速炸药，激发形式为单井，激发井深为
10 m，激发药量为1.5 kg。

地震资料的数据处理采用Promax地震数据处理系统(美国Landmark公司)。

详
细分析原始单炮记录后，通过大量的对比和测试工作，确定处理流程和关键处理模块(图3)。

关键处理模块简单介绍如下。

为了改善地表不均匀及地形变化所造成的反射波时距曲线畸变、恢复双曲线形态、提高反射波信噪比、增强目的层反射波连续性，对地震数据进行了折射静校正处理(Schneider et al.,1985)。

其中基准面选取0 m，替换速度取2 000 m/s，风化层速度取600 m/s。

地震波在传播时，能量会随着传播过程衰减很多，尤其是高频部分。

为了使浅部和深部的地质信息都能得到很好的反映，使用球面扩散振幅补偿对地震波能量进行恢复(刘财等，2004),补偿因子取9 db/s。

地震波在传播过程中，频率和相位特性会发生改变，地表地质条件的变化会导致地震子波横向上不一致。

去噪、偏移等后续处理有降频作用，因此在叠前数据准备阶段，对数据进行了地表一致性预测反褶积处理(Cary et al.,1993)，压缩了地震子波，进一步消除地表条件的变化对地震波的振幅特性和相位特性的影响，同时对多次波也具有压制作用。

进行地表一致性预测反褶积时，预测步长取14 ms，算子长度
取160 ms。

速度分析采用交互速度分析技术，运用速度扫描道集和扫描叠加剖面进行质量控制，利用在叠加剖面上拾取的目的层位来指导速度拾取。

计算速度谱(Taner et
al.,1969)时，每个分析点的CDP数为7～9个。

通过速度分析，得到剖面的叠加
速度结构(图4)。

为了使时间剖面上的反射波归位到它的真实位置，使用有限差分偏移法
(Claerbout,1985)来进行偏移。

有限差分偏移的效果主要决定于偏移速度，将叠加速度转换为层速度，人工剔除奇异值，采用机器平滑，建立偏移速度模型，其次对速度的百分比进行选择，最后采用95%的速度进行偏移。

根据地震数据精细处理所得到的反射剖面，对其进行构造解释(图5)。

地震剖面清晰地揭示了苏北盆地北缘的构造特征、断裂形态及发育情况。

新近系底界面几何形态比较简单，总体表现为南深北浅的反射特征。

图5显示，
新近系底界埋深从南端550 m往北逐渐变浅至350余m。

新近系地层断裂活动较少，只被F1、F2、F5断层错段。

从剖面得到的新近系底界面深度与钻孔获得的结果(表1)相一致。

根据钻孔揭露的古近系底界深度(表1)及反射波特征，对古近系底界进行标定(图5)。

古近系地层只分布在涟南凹陷和涟北凹陷内，在大东凸起和鲁苏隆起区段缺失。

在涟南凹陷内，古近系底界面呈南深北浅的形态。

自大东凸起往南，古近系地层被多个断层所错断，呈阶梯状往东南方向下掉，在苏80孔附近古近系底界面达到最深，深度约为2 km。

过了苏80孔，继续往东南方向，古近系底界面又呈略微变
浅的趋势。

涟南凹陷内的布格重力异常呈负值(图6)，往东南方向异常值呈减小的趋势，在苏80孔附近达到最小值。

过了苏80孔，布格重力异常值往东南方向又有增大的趋势。

在涟北凹陷内，断层F2和F3之间的区段，古近系地层缺失。

越过断层F3，古近系底界面大体呈南浅北深的形态，在鲁苏隆起附近又呈变浅的趋势。

古近系底界深度在涟1孔处约900 m，最深处达1 500多m。

涟北凹陷的布格重力异常(图6)在靠近大东凸起古近系地层缺失的区段，异常值呈正值，往西北减小，到涟1孔附近减小为负值，往西北方向异常值继续减小，直
至鲁苏隆起附近又呈增大趋势。

综上所述，地震剖面的古近系底界面深度与钻孔资料相一致，深度变化特征与布格重力异常反映的特征相符。

剖面揭示出了研究区主要深大断裂涟水断裂(F2)、盱眙—响水断裂(F4、F5)的位置以及深部几何形态和规模。

涟水断裂为大东凸起和涟北凹陷的分界线。

从地震剖面上可以看出，涟水断裂一直向下延伸到2 000余m，向上则一直延伸到新近系地层，是一条规模较大的正断层。

在断层F2和F3之间，白垩系地层内发育了密集的反向正断层。

盱眙—响水断裂为涟北凹陷和鲁苏隆起的分界线。

F4断层和F5断层同属于盱眙—响水断裂系，它们在深处合为一起。

盱眙—响水断裂向下延伸到2 km以上，向上则一直延伸到新近系地层，是一条规模较大的正断层。

随着深度增加，断层倾角变小。

整个地震剖面以大东凸起为对称轴，两侧箕状凹陷近似呈对称发育。

涟南凹陷呈南深北浅的形态，剖面上沉积基底最深达2 000余m，凹陷内正断层比较发育。

靠近大东凸起，白垩系地层往大东凸起方向呈掀斜状。

古近系地层下部以超覆为主，上部以翘升削蚀为主。

涟北凹陷整体呈南浅北深的形态，剖面上沉积基底最深达1 500 m以上，凹陷内正断层也比较发育。

靠近大东凸起，白垩系地层往大东凸起呈微弱下倾。

古近系地层下部以超覆为主，上部以翘升削蚀为主。

利用剖面反映的地质构造信息，对研究区的构造演变进行简单的推测(图7)。

在白垩纪早期，太平洋板块向北西方向俯冲，与整个欧亚大陆形成安第斯式的俯冲挤压(Sun et al.,2007),研究区处于挤压应力状态，发育了一系列逆冲断层和推覆构造，经过剥蚀形成了沉积基底。

该阶段，研究区只是一些小规模成盆和沉积充填(张渝昌，1997)。

白垩纪晚期，太平洋俯冲板块开始后撤，形成弧后拉张(孙卫东等，2008)，研究
区处于一个拉张的应力环境，开始发生大规模拉张，原本的逆断层在拉张作用下重力回滑转变为正断层，促进了箕状盆地的形成和发展(舒良树等，2005)。

在此阶段，研究区在拉张断陷的作用下沉积了白垩系浦口组、泰州组及古近系阜宁组地层。

古近纪后期，太平洋板块向北西西方向运动，使欧亚大陆再次受到强烈的挤压，研究区基底抬升隆起(陈安定等，2004)，地层发生不均匀剥蚀。

进入始新世，研究区处在印度板块力源和太平洋板块力源同时作用阶段(陈安定，2001)。

当印度板块力源占主导地位时，研究区处于拉张应力环境，以拉张断陷活动为主；当太平洋板块力源占主导地位时，研究区处于挤压应力环境，盆地基底抬升隆起。

因此，在拉张断陷和基底挤压隆起的交替作用下(陈安定，2010)，研究
区形成了以大东凸起为对称轴对称发育的箕状凹陷。

凹陷内古近系地层下部以超覆为主，上部以翘升削蚀为主；同时在拉张断陷的作用下，凹陷内正断层发育。

进入新近纪，热衰减导致软流圈收缩，苏北盆地整体沉降(王良书等，1991)，研
究区沉积了广泛的盐城组。

阶段断层活动减弱，只有涟水断裂和盱眙—响水断裂
等深大断裂仍在活动。

(1) 利用地震反射波法探测苏北盆地北缘的构造特征，揭示了主要地层结构和断裂形态，显示研究区内是以大东凸起为对称轴，两侧箕状凹陷近似呈对称发育，为建立盆地的构造演化模式提供了重要的信息。

(2) 参考前人在苏北盆地的研究成果，对研究区构造演化进行了讨论。

推测研究区在一系列逆冲断层和推覆构造格局上，在太平洋板块俯冲模式转换的影响、印度板块力源和太平洋板块力源同时作用下，拉张断陷和基底挤压隆起2种作用交替进行，形成了研究区对称发育的箕状凹陷。

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