河南及邻区中、新生代沉积盆地形成的区域构造特征
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发布时间：2022-04-28 13:21
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时间：2023-10-10 03:53
研究区位于N30°～38°，E108°～120°之间，总面积约100万km2，包含40景MSS图像（表1），其中约70%为第四系覆盖区。利用遥感图像对大面积覆盖区进行中、新生代含油气沉积盆地的综合研究，尚属初步尝试，国内、外均无成熟经验和现成方法可以借鉴，因此难度很大。但充分发挥遥感图像本身所具有的宏观、真实的特点，以及通过微地貌景观、水系展布格局、植被分布规律的分析和地下地质结构由于相关因素的作用而反映在地表波谱的不同反射率，能获得许多可供使用的间接地质信息。这些间接地质信息，通过钻井地质、地球物理资料及它们在外围露头区的各种相关特征的综合分析与验证，便可成为认识地下地质规律的重要证据。
表1 研究区MSS卫片索引表
一、区域地质背景概述
研究区的主体位于华北平原南部，属中国东部巨型新华夏系构造体系的第二沉降带的中段，华北地块的南缘。东北部有鲁西南隆起，西北、西南及南部为太行山及大别隆起（图1）。
华北地块在加里东旋回初期表现较为稳定，发育了一套台地相碳酸盐岩为主的沉积建造。旋回末期至海西构造旋回初期，块体上升，遭受长期剥蚀。海西构造旋回的中晚期复又下沉，并沉积了一套海陆交互相及陆相砂泥岩建造，且也是华北的主要成煤期。二叠纪末、三叠纪初的印支运动波及本区，使区内形成了一系列近东西走向的宽缓状褶皱，促使地壳进一步隆起，并逐渐转入以块断活动为主要形式的崭新的构造发展时期，这就是区内中、新生代沉积盆地赖以形成和发展的地质背景。
图1 河南及邻区构造体系分布图
二、影像特征及其初步地质分析
（一）影像的宏观特征及相应的地质地球物理场背景
从1:600万中国黑白影像概貌图上可以看到：研究区以灰及浅灰色调显示了一个巨形的环状体，长轴呈北东或近南北向，部分延入渤海海域（图2）。在宏观上具有均一的特点，其灰度从西向东有变浅的趋势。在1:50万MSS彩色镶嵌图上则显示为淡绿至淡红色。从局部看，又在上述灰度背景上表现为巨大的隐斑夹杂北西向条带状影像的结构特征。它们相互交结在一起构成一幅色调丰富的复杂图案。该区从莫霍面的深度剖面上看，恰处于自西向东抬升的第三台阶上（图3），其平均深度约为35km。从地壳深度等值线图上看，尚有北西走向的次级起伏圈闭（图4）。不论从总体上或其内部结构上看与该区影像结构颇有类似的特征。从重力场看，区内重力场走向呈北北东或近南北向，其值由西向东升高，即新野、南阳一带的-60毫伽，升至泌阳、长垣一带的-50毫伽；濮阳的-40毫伽，永城一带的-30毫伽，向东至连云港升为-10毫伽。这与莫霍面由西向东抬升有着相应的关系。因此，图像中显示的不仅是地面的各种信息，而且还可能包含着来自地壳深部的地质信息。
图2 河南及邻区卫片宏观构造解译略图
图3 兰州—大连莫霍面剖面图
图4 中国东部地壳厚度等值图
（二）线性影像的解译与分析
1.线性影像的解译及统计上的特点
线性影像（线性特征、线性轨迹）是影像分析与解译中最易捕捉到的影纹结构特点。下面讨论的主要是延伸长度在50km以上的影像特征。
（1）线性影像的解译标志 对第四系覆盖区来说，其主要标志有：①不同面状色调（或灰度）的界线。如兰聊断裂，系由东侧深色调与西侧浅色面状色调构成；②不同影纹结构的界线。如宿县—商丘断裂，由南侧的深色粗斑状影纹结构与北侧浅色细斑状影纹结构构成；③不同影纹结构与不同面状色调的界线。如南召—溧阳断裂，由北侧的树枝状影纹结构与南侧灰色面状色调构成；④直线型水系或大型水体线状边界。如洪泽湖—台前断裂带，由洪泽湖、骆马湖、微山湖及东平湖呈北西向展布而构成的深色带状影像等等。
图5 河南及邻区遥感地质构造解译图
1—主要线性构造（影像特征明显）；2—次要线性构造（影像特征较明显）；3—一般线性构造（影像特征呈隐显状）；4—带状构造；5—垒堑式构造；6—深色影像反映的环状构造；7—浅色影像反映的环状构造；8—斑点状影纹反映的环状构造；9—湖泊；10—河流
根据上述标志，对区内的线性影像作了全面的分析和解释。共解译出线性影像176条，其中明显的27条，较明显的81条及隐显的68条。此外，对在宏观上有明显表现而具体界线不清的带状或宽带状影像也进行了初步解译（图5）。
（2）统计上的特点 将上述线性影像的延伸方位，以10°作为摆动区间，共分成18个组系。其中以60°～69°、320°～329°及330°～339°三组，为数中之冠，分别为28条、18条及16条（图6）。其结果与区内历年提供的地震勘探及外围地面区测结果之断裂统计的相对数值有高度的相似性。
图6 （a）河南及邻区卫片线性影像走向玫瑰图（b）豫西地面破裂结构面走向玫瑰图
2.线性影像与结构面的关系
露头区及覆盖区的地震、重力与磁力资料表明：区内不同比例尺遥感图像上反映出来的线性影像，绝大多数为地表及覆盖层之下的断裂、断裂带或地质结构面要素的反映。地表自然是这些要素的生动记录，而覆盖区是通过地表的微地貌、水系、湿度、土壤、植被等因素反映出来的间接结果。尽管有些问题的成因机制未被充分揭示，但它却是以物理场（热力场、重力场、磁场及应力场等）和地球化学场（蚀变、矿化、地下水交替带等）的形式而存在的某种特征。因此，将线性影像作为地表或地下某深度的结构面要素、软弱带、断裂带看待是不无道理的。
3.结构面的地表特征及线性构造的初步配套
（1）结构面的地表特征豫西、豫西南地区的野外调查表明：线性影像出现的方位、概率与露头区破裂结构面的统计结果极为相似。区域对比如此，相应地区对比亦是如此。这显然是内在规律的客观反应。
结构面或破裂结构面是指地质构造应力场中的不连续界面，是地壳中应力场更叠的记录，其规模与性质取决于应力的大小和应力场的特点。在野外调查中，共收集了110余组破裂结构面数据。其中性质尚不能确定的约30组，张性11组，压性31组，余皆为扭性或压扭性。在性质已确定的80余组数据中，张性约占14%，压性约占39%，扭性或压扭性占47%。
（2）线性构造的初步配套仍如前述，线性影像是地表或地下一定深度的地质结构面的反映，而结构面是特定应力场中的构造产物。从结果来探索过程，乃至重塑构造应力场的特征，是地质分析中顺理成章的事，下面将据此进行讨论。南阳、许昌等幅区测报告认为，南北向挤压应力是区内构造形成的最早控制因素。它源于吕梁期，而加里东期仍有表现。笔者在豫西北济源地区太行山南缘进行野外调查时收集到：太行山前沿存在由震旦系、寒武系及三叠系构成的触目之东西向膝状褶皱，南翼伴有巨大的北倾逆断层（产状7°∠60°），东西延伸长达10余公里，沿带有严重的矿化，局部有花岗闪长岩脉穿插。从膝状褶皱北翼平缓、南翼陡折及其与北倾逆断层的关系来看（图7），无疑是太行山南推的结果。从卷入褶皱的地层来看，则系印支期或其后运动所致。因此，区内存在NE30°与NW330°两组共轭剪切结构面是理所当然的。
图7 济源紫陵八一水库倒转褶皱素描图
如果上述构造特征与区内中生代侏罗纪二个宽缓状负向构造——开封及信阳东西向展布的沉积区结合起来分析，就可获得区内自中生代以来，影响较早的完整的南北向挤压之应力图案。
在上述过程的后期，即燕山构造旋回的早、中期，中国东部*受中国*与太平洋基底呈近南北向逆时针扭动的影响，形成巨大的“多”字型构造体系，即新华夏系构造。它对区内中生代沉积盆地的形成有强烈的控制作用，如东濮凹陷等。因为东濮凹陷是受其东侧兰聊大断裂的控制，而兰聊大断裂与东部的郯庐断裂、西部的紫荆关断裂一样，都是新华夏先压后扭的主要结构要素之一。与之配套的尚有NE50°左右、NW330°～340°和NW290°～300°的扭压性、扭张性和张扭性逆时针扭动的结构面。华北地块在这些结构面作用下，形成了大小不等的菱形块体。稍后，区内又形成了明显的东西向挤压应力场并产生了相应的结构面。如近南北向伸展的宽缓状鹿邑—新蔡负向构造带与NE50°～60°、NW300°～310°左右的一对共轭剪切结构面和近东西向的追踪式断裂。这些断裂使被前期构造分割的断块作南北向的不同拉张，从而使中生代沉积盆地进一步加深和扩大。新生代的喜马拉雅运动，又出现了北东—南西向的挤压应力，形成了盆地中第三系的NW向鼻状构造和一些NW向的褶皱构造及NE45°左右的追踪断裂。受其控制的典型例子就是兰考—东平县段的黄河故道（见36页图6）。该断裂构造直至近代（1855年后）仍有活动。
因此，区内各方位纵横交错的线性构造，除前古生代残存的构造形迹之外，叠置有中、新生代的多期构造要素（参见图9）。
（三）环圆形构造的解译与分析
1.环（圆）形影像的主要解译标志
（1）深、浅色调的异常显示在浅色背景上的深色环形或圆形色调异常，如浚县—内黄间的圆形色调异常。在深色背景上的浅色环形或圆形色调异常，如南阳浅色异常。
（2）影纹结构的异常显示在一种影纹结构背景中的另一种影纹结构的异常显示。如郑州—长葛间的粗斑状圆形影纹结构（背景为细斑点状影纹结构）。
（3）水系绕流或水系曲流造成的圆形或环形异常 如兰考地区浅色圆形影像（35页图4）等。
2.环（圆）形影像的地球物理场分析
根据上述解译标志，在全区初步解译出环（圆）形影像133个（见图5）。其中浅色环（圆）形影像54个，斑状结构环形影像6个。这些环（圆）形影像同线性构造一样，也是地质结构或地球物理场在遥感图像上的间接反映。例如，前面提到的郑州—长葛间，由粗斑状影纹结构构成的圆形影像就是地面上生长茂盛的阔叶泡桐树林引起的，而不同植被分布又显然受地质、水质、土壤条件制约。又如唐河—泌阳间的圆形影像，其内部同－40毫伽的重力圈闭线的位置、形状完全吻合，基本上同泌阳盆地相一致。通过重力资料与影像解译图的叠合，发现在（重力资料覆盖区）82个环（圆）形中有28个与重力异常圈闭相吻合，吻合率为34%。与区域航磁资料叠合，也有较高的吻合率。这些现象表明了：环（圆）形影像同地球物理场、地下地质结构之间存在着一定的对应关系。在豫北地区，明亮的环圆形影像多与重力低相吻合。而这些明亮的环圆形影像一般为近代洼陷，其内部多被高反射率的第四系泥沙所充填。因此，在遥感图像上构成了明亮的环（圆）形。而这种洼地，又恰好与重力低相吻合。这就从不同角度反映了地貌上的起伏特征，*地解释了为什么对于用重力资料勾绘出的盆地能够在卫片上得到明显的反映。
三、线性构造与中、新生代沉积盆地的关系
（一）中、新生代沉积盆地的分布特点
区内沉积盆地就其空间展布来说是有规律可寻的。
1.盆地方位排列的变化
若以N32°和N34°（即襄樊—信阳—合肥北和洛南—许昌—永城）二线为界，可将全区分为北、中、南三带；北带自西而东由北东向的渭河地堑、三门峡盆地、项城盆地、卢氏盆地、洛阳盆地、伊川盆地等，转为东西向的洛阳盆地（主体部分）、中牟凹陷等；继而转为北北东向的汤阴地堑、东濮凹陷、成武凹陷（主体部分）和济宁断陷等。鲁西隆起另有特点，此不赘述。中带自西而东则由北西向的瓦穴子盆地、五里川盆地、西峡盆地、夏馆盆地、留山盆地、李官桥凹陷、襄城凹陷、舞阳凹陷、任店盆地等，（当然也偶有北东向盆地）转为近东西向的沈丘凹陷、黄川固始凹陷等，继而转为北东向的临泉凹陷、泗县凹陷、大庄凹陷、柳泉凹陷等。而南带，则又另有一番特色，即在北东向（如石柱复向斜、利种复向斜、花果坪复向斜、江汉盆地和潜山凹陷、望江凹陷等）凹陷的基础上，在中部地区，间以北北西向的断陷和盆地如荆门断陷、汉水断陷，等（见图8）。
图8 研究区盆地（坳陷或凹陷）分布略图
1—项城盆地；2—卢氏盆地；3—瓦穴子盆地；4—潭头盆地；5—嵩县盆地；6—伊川盆地；7—大金店盆地；8—留山盆地；9—马市坪盆地；10—夏馆盆地；11—西峡盆地；12—浙川盆地；13—板桥盆地；14—石滚河盆地；15—任店盆地；16—桐柏盆地；17—全淑凹陷；18—句容凹陷；19—苏家咀凸起；20—人东凸起；21—沐阳断陷；22—板浦凹陷；23—蒿沟坳陷；24—桃园凹陷；25—莱芜凹陷
2.盆地类型的变化
全区自西而东从单体型盆地，如临汾、项城、西峡等→复合型盆地，如中牟凹陷、鹿邑凹陷、沈丘凹陷、汝南凹陷、临泉凹陷及江汉盆地等→以单向型盆地为主，间以复合型盆地（单向型如桃园、潜山凹陷等，复合型如蒿沟、泗县坳陷东部等），再→复合型盆地（如苏北的有关盆地）。若从南北分带来看，其规律自西而东是：北带，由北西向单向型盆地转为近东西向与北北东向的复合盆地（如开封坳陷、黄口坳陷），再转化为北东向与北西向复合型盆地（如鲁西区莱芜坳陷等）；中带，由北西单向型盆地（如五里川盆地、西峡盆地、任店盆地等），转为北西与北东向复合兼或有东西向的特征，前者如南襄盆地、周口坳陷，后者有罗山—黄川凹陷。继而由以东西向为主逐渐过渡到由东西向与北东向的复合盆地，前者有合肥坳陷，特别是其北部，后者有苏北盆地；南带，由北东向的单向型盆地，如利川复向斜、花果坪复向斜等，转为由北北西向、北东向、东西向的复合盆地，如潜江坳陷和与之北邻的鄂北地区。继而转为北东单向型盆地，如望江、潜山坳陷等等（图8）。上述盆地的空间分布特点，清楚地说明了本区各种盆地形成和发展是多期和多种构造因素控制的结果。就目前资料分析，区内自中生代以来先后至少有四次构造应力场的更叠。
（二）线性构造与中、新生代沉积盆地形成的关系
前已述及，区内沉积盆地（坳陷或凹陷）的边界多呈直线形或折线状，显然是一组或二组以上线性（断裂）构造联合或复合控制的结果。从沉积盆地形成的时间来看，似有自西而东、自北而南由老变新的趋势。中生代初期的沉积盆地多数分布在研究区的西北隅，其延伸方位为北西和东西二个方向，前者如双槐树盆地、五里川盆地、米坪次凹及马市坪盆地、留山盆地等；后者有洛阳盆地、济源盆地及杜营次凹等，这与南北向挤压的印支期东西向构造有着成因上的联系。这种联系一直延续到侏罗纪的中、晚期。此后，区内开始出现北北东向及北北西向的沉积盆地（坳陷或凹陷）或断块。这些盆地或次凹有东濮、鹿邑的东部次凹、泌阳凹陷等。断块有荆门断陷、汉水断陷等。这与燕山运动的南北向力偶作用有关。在上述构造背景上，又由东西向挤压而形成商水—新县南北向的负向构造带和一些复合型的沉积盆地。如鹿邑凹陷、沈丘凹陷及汝南—临泉凹陷等。喜马拉雅运动以来又由于受到来自北东—南西向的挤压作用，使前述各沉积盆地中的部分地层产生北西向褶皱、鼻状隆起及各种断鼻，并在周缘露头区留有该期构造的北东向（约NE45°）追踪断裂。1855年改道的黄河河道之兰考—台前段，就是其控制的结果（参见38页图6）。
四、中、新生代构造发展模式初步探讨
（一）中、新生代沉积盆地形成机理的初步讨论
区内各沉积盆地在时空上的表现与不同期的构造作用有着密切的关系，这种关系就成了盆地形成机理分析的基础。区内的三叠系（北部）—侏罗系（南部）盆地，就是印支运动中形成的二个负向构造（复向斜）带，也就是与主压应力轴相垂直的结构要素的反应。与之配套的则有NE30°—NW330°左右的二组共轭的扭性结构面。它虽然在该期沉积之初没有起控制作用，但对后来沉积盆地的发生和发展中起着重要的潜在影响。中生代的初、中期，在强大的南北力偶和东西向挤压应力作用下，区内产生了北北西向及近东西向的局部追踪式张裂，形成了一批具有本期构造特点及又不同程度地反映了前期构造要素的白垩系—老第三系复合型盆地，这从中、新生代沉积盆地分布图中可一目了然（图8）。
（二）中、新生代构造发展模式初步探讨
从区域观点来看，研究区为中国东部地壳引张带的一部分，但在总的背景上，区内又有自身的应力特点：这就是在南北向挤压所形成的东西向宽缓褶皱基础上，于燕山旋回的初、中期叠置了南北向力偶作用所形成的各种构造线。并于燕山旋回的中、后期又叠置了东西向挤压的各种构造线。此时，由于东西向挤压，造成了南北向的拉张，又由于拉张使得受力范围内的各种结构面（包括前期构造结构面）在重力影响下产生开启和滑移作用，进而促使沉积盆地的形成和扩展。喜马拉雅构造旋回则又受到了北东—南西向挤压，在老第三系及其以前的地层中留下一些北西向强度不大的褶皱、鼻状隆起和部分与之配套的断裂构造（见图9）。
图9 不同期构造要素叠合示意图
五、有利的含油气盆地及对今后的勘探部署意见
上文曾提及，区内在中生代初期存在三个东西向的大型负向（复向斜）构造带，可能属于印支运动的产物。自北而南依次为济阳—开封—丰县带、南阳—板桥—阜阳带和黄川—合肥带。就三带来说，其形成由北向南推进，故北带形成早，沉积三叠系。中带次之，有少量的三叠—侏罗系存在。南带较晚，主要为侏罗系。三带的特点自北而南有自西向东迁移的趋势。稍晚在上述三带的背景上又叠复二个南北向的大型负向（复向斜）构造带，西为济阳—南阳带，东为兰考—新蔡带。这二条负向构造带在近东西向追踪断裂的影响下，沉积了较厚的白垩系和老第三系。区内的中牟—黄口坳陷、南襄盆地及周口坳陷处在上述二负向构造带的交点上，又加上北北东向断裂的控制而有丰厚的生油岩系存在（尤其是周口坳陷），因此，除南阳、泌阳凹陷继续勘探之外，应加强对周口坳陷，中牟—黄口坳陷的区域勘探，以便及早发现新油田。
上述是以卫片解译为手段，从构造发展角度提出的纲要性讨论，今后，一方面，将加强中、新生代各盆地沉积—构造体系的研究，对上述有利含油盆地（坳陷）作出具体评价；另一方面，利用遥感信息特征对重点区作深入细致的解译与分析，以便探索重点区油气形成的基本规律，为扩大油区和发现新油田发挥遥感技术的最大作用。
参考文献
河南省地质矿产局.河南省构造体系与地震图说明书.北京：地质出版社，1980.
河南省地质矿产局.河南省前晚第三纪基岩地质图说明书.北京：地质出版社，1980.
山东省地质矿产局.山东省前晚第三纪基岩地质图说明书.北京：地质出版社，1985.
中国科学院地理研究所.黄淮海平原地貌图说明书.北京：中国地图出版社，1985.
