渤海海域新生代斷裂發(fā)育特征及形成機制

余一欣，周心懷，徐長貴，呂丁友，魏　剛，王桂華

［1.中國石油大學(xué)油氣資源與探測國家重點實驗室，北京102249；2.中國石油大學(xué)盆地與油藏研究中心，北京102249；3.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津300452；4.中國石油集團測井有限公司長慶事業(yè)部解釋中心，陜西西安710201］

渤海海域新生代斷裂發(fā)育特征及形成機制

余一欣1，2，周心懷3，徐長貴3，呂丁友3，魏剛3，王桂華4

［1.中國石油大學(xué)油氣資源與探測國家重點實驗室，北京102249；2.中國石油大學(xué)盆地與油藏研究中心，北京102249；3.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津300452；4.中國石油集團測井有限公司長慶事業(yè)部解釋中心，陜西西安710201］

摘要：斷裂是渤海海域油氣成藏的主控因素之一，利用地震剖面解釋和構(gòu)造編圖成果，對渤海海域新生代斷裂發(fā)育特征及形成機制進行了分析。渤海海域主要發(fā)育伸展斷裂和走滑斷裂，局部地區(qū)發(fā)育反轉(zhuǎn)斷裂。在平面上主要呈NE，NW和近EW向展布，其中NE向斷裂多屬于郯廬走滑斷裂帶的組成部分，在剖面上表現(xiàn)出花狀構(gòu)造特征。NW向斷裂主要與張家口－蓬萊走滑斷裂帶有關(guān)，并與NE向斷裂發(fā)生了相互剪切作用，共同構(gòu)成了渤海地區(qū)新構(gòu)造期的共軛剪切破裂系統(tǒng)。近EW向斷裂可分為兩類：大型近EW向斷裂帶多構(gòu)成南部地區(qū)凸起和凹陷的分界斷裂，經(jīng)歷了早期伸展和晚期走滑作用的疊加，在剖面上多表現(xiàn)為鏟式主干正斷層和淺層走滑分支斷層相組合的似花狀特征；淺層密集發(fā)育的小型近EW向斷裂多是受郯廬斷裂帶走滑作用影響而形成的派生斷裂。

關(guān)鍵詞：形成機制；伸展斷裂；走滑斷裂；新生代；渤海海域

渤海灣盆地位于我國東部大陸邊緣地區(qū)，是我國第二大含油氣盆地，主要包括華北平原、下遼河平原和渤海海域等3個地理單元。渤海灣盆地的斷裂作用對油氣的聚集成藏起著至關(guān)重要的作用，尤其是從盆地東部通過的郯廬斷裂帶對整個渤海灣盆地的形成演化和油氣成藏都產(chǎn)生了重要影響［1－8］。前人已針對渤海灣盆地的斷裂發(fā)育特征、形成演化、相互作用及其對油氣成藏的影響都進行了一定研究，并提出了許多有益認識［4，6，9－18］，但目前針對渤海海域不同斷裂體系發(fā)育特征開展的整體、系統(tǒng)研究還不常見，有關(guān)斷裂發(fā)育特征及其形成機制的認識依然是制約油氣勘探取得重大突破的瓶頸。本文主要依據(jù)最新的地震資料和構(gòu)造編圖成果，對渤海海域復(fù)雜的新生代斷裂發(fā)育特征及其形成機制進行分析，進一步深化該地區(qū)油氣成藏機理的認識。

1　地質(zhì)概況

圖1　渤海海域主要斷裂系統(tǒng)

渤海灣盆地位于華北板塊東緣，四周被膠遼隆起、燕山隆起、太行山隆起和魯西隆起所圍限，是一個以新生代沉積為主的大型板內(nèi)裂谷盆地。渤海海域現(xiàn)今整體表現(xiàn)為不同走向凹陷和凸起相間排列的構(gòu)造格局（圖1），沉積地層主要包括前裂谷期地層（前古近系）、裂谷期地層（古近系）和后裂谷期地層（新近系）。其中代表裂谷作用結(jié)束和后裂谷作用開始的古近系東營組和新近系館陶組之間的區(qū)域不整合具有重要地質(zhì)意義，該不整合上、下的盆地結(jié)構(gòu)、斷裂及地層沉積特征等均具有明顯差異。

2　斷裂剖面變形特征

渤海海域新生代斷裂的發(fā)育主要受伸展和走滑作用控制，局部地區(qū)還受反轉(zhuǎn)作用影響。相應(yīng)地，斷裂在剖面上主要表現(xiàn)為伸展斷裂和走滑斷裂特征，局部地區(qū)發(fā)育反轉(zhuǎn)斷裂。

伸展斷裂是渤海地區(qū)最主要的斷裂類型，在全區(qū)不同層系內(nèi)均廣泛發(fā)育，斷裂規(guī)模大小不一，走向和傾向多變。大型伸展斷裂在剖面上多表現(xiàn)出鏟式斷層和坡坪式斷層特征，而小型伸展斷裂上下產(chǎn)狀基本一致，多條伸展斷裂可組合成耙式、X型、Y型等組合樣式（圖2）。

走滑斷裂主要發(fā)育在盆地東部地區(qū)，其東西向展布范圍從北部遼東灣經(jīng)渤中向南至渤南地區(qū)逐漸增大，另有一部分走滑斷裂沿張家口－蓬萊一帶發(fā)育，在剖面上多表現(xiàn)出典型的正花狀、負花狀和半花狀特征（圖3）。

反轉(zhuǎn)斷裂與郯廬走滑斷裂帶密切相關(guān)，主要發(fā)育在盆地東部的局部地區(qū)。如遼東灣坳陷的遼中1號斷裂屬于郯廬斷裂帶的重要組成部分，其傾向及斷裂性質(zhì)沿斷裂走向均發(fā)生變化。從南往北，斷裂傾向依次從向西傾斜逐漸變?yōu)榻绷⒑拖驏|傾斜，有時表現(xiàn)為正斷層，有時表現(xiàn)為反轉(zhuǎn)斷裂和逆斷層特征（圖4）。

在縱向上，以新近系館陶組為界，可分為深、淺層兩套斷裂體系（圖5）。深層以規(guī)模較大的主干斷裂為主，向下延伸進入基底，部分向上進入第四系，平面延伸長度也較大。該類斷裂大多控制了盆地及盆地內(nèi)部凸起和凹陷的形成，具有發(fā)育早、斷距大和長期活動的特點。淺層主要發(fā)育大量密集排列、規(guī)模較小的次級斷裂，而且都基本形成于深層主干斷裂附近（圖5）。這也表明深、淺層斷裂體系之間存在密切聯(lián)系，淺層斷裂明顯受深層主干斷裂的制約，是斷裂多期活動的結(jié)果。

圖2　渤海海域伸展斷裂特征（剖面位置見圖1）

圖3　渤海海域走滑斷裂特征（剖面位置見圖1）

3　斷裂平面展布特征

渤海地區(qū)斷裂密集發(fā)育，平面展布特征錯綜復(fù)雜，走向多變，但優(yōu)勢走向主要為NE，NW和近EW向（圖6）。在平面上，不同規(guī)模和走向的斷裂相互交織在一起，形成雁列式、網(wǎng)格狀、分叉狀等多種組合樣式。

整體來看，渤海海域斷裂平面展布特征具有較明顯的分區(qū)性。東部地區(qū)主要發(fā)育NE向斷裂，內(nèi)部夾有近EW向斷裂，表現(xiàn)出明顯受郯廬斷裂帶影響的強走滑作用特征。中部和南部地區(qū)主要發(fā)育近EW向和NW向斷裂，表現(xiàn)出明顯的伸展作用特征，局部地區(qū)也受到了NW向張家口－蓬萊斷裂帶和秦皇島－旅順斷裂帶的走滑作用影響。

4　斷裂形成機制

主要分布于渤海東部地區(qū)的NE向斷裂屬于郯廬斷裂帶的組成部分，是郯廬基底主干斷裂走滑活動在沉積蓋層中的具體表現(xiàn)，在剖面上多表現(xiàn)為花狀構(gòu)造特征（圖3）。從NE向斷裂的平面展布范圍來看，北部遼東灣地區(qū)呈狹窄、連續(xù)的條帶狀展布，而渤中和渤南地區(qū)呈斷續(xù)展布，但展布范圍明顯變大（圖6）。上述展布特征可能與不同地區(qū)早期先存基底主干斷裂和后期構(gòu)造主壓應(yīng)力方向夾角存在差異有關(guān)，這也已得到了物理模擬實驗的證實［19］。

圖4　遼中1號斷裂發(fā)育特征（剖面位置見圖1）

渤海地區(qū)NW向斷裂主要包括張家口－蓬萊斷裂帶及其伴生的次級斷裂，是中國東部NW向斷裂體系的重要組成部分，具有明顯的左行走滑和分段變形特征（圖1）［20－21］。受張家口－蓬萊斷裂帶左行走滑作用影響，渤中西斜坡地區(qū)的斷裂在該斷裂帶附近均呈向西北收斂的雁列式分布［12］。

圖5　渤海海域深、淺層斷裂發(fā)育特征（剖面位置見圖1）

圖6　渤海海域古近系底界斷裂分布

在新構(gòu)造期，受太平洋板塊俯沖和印度板塊碰撞影響，我國大陸東部地區(qū)處于東西兩側(cè)受斜向擠壓的構(gòu)造環(huán)境，區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場作用于具有先存構(gòu)造的地殼，使適合于兩組最大剪切應(yīng)力方向的先存斷裂繼續(xù)發(fā)育和活動，從而形成NW和NE向斷裂帶，共同構(gòu)成我國大陸東部新構(gòu)造期的一套地殼共軛剪切破裂系統(tǒng)［22］。渤海海域的NW和NE向斷裂帶反映了共軛錯動的特征，是我國東部NW和NE向共軛剪切破裂系統(tǒng)的重要組成部分。

根據(jù)渤海地區(qū)近EW向斷裂的發(fā)育特征，可將其分為兩類，一類是大型的近EW向斷裂，多構(gòu)成凸起和凹陷的邊界，主要控制凸起和凹陷的形成過程。該類斷裂主要分布在渤中、渤西和渤南地區(qū)，如石南斷裂、沙南斷裂、黃北斷裂、萊北斷裂和濰北斷裂等（圖1）。另一類則是主要分布在東部郯廬斷裂帶內(nèi)部及其旁側(cè)的近EW向小規(guī)模斷裂，主要密集發(fā)育在淺部地層內(nèi)。

在地震剖面上，大型近EW向邊界斷裂帶的主干斷層大多表現(xiàn)為鏟式正斷層特征，上盤發(fā)育多條分支斷層，組成似花狀構(gòu)造，與下部近直立的典型走滑斷裂帶有明顯區(qū)別（圖2a，圖3a）。該類斷裂早期發(fā)育主要與地幔上隆和地殼減薄而引起的南北向伸展應(yīng)力有關(guān)，晚期則疊加了一定的走滑作用。因此，該類近EW向邊界斷裂帶在地震剖面上主要表現(xiàn)為似花狀特征。

分布在NE向郯廬斷裂帶內(nèi)部及其旁側(cè)的淺層近EW向斷裂規(guī)模都較小，大多呈雁行式排列，其形成與郯廬斷裂帶的走滑作用密切相關(guān)，是一類次級的派生斷裂（圖7）。該類斷裂與郯廬斷裂帶的相互關(guān)系符合經(jīng)典的走滑斷裂派生構(gòu)造發(fā)育模式，多具有張性正斷層性質(zhì)，對油氣運移可能比較有利（圖7）。

圖7萊州灣凹陷東側(cè)郯廬斷裂帶及內(nèi)部次級斷裂發(fā)育特征（底圖為500ms時間切片）

5　結(jié)論

渤海海域主要發(fā)育伸展斷裂和走滑斷裂，局部地區(qū)存在反轉(zhuǎn)斷裂。伸展斷裂在剖面上主要表現(xiàn)為鏟式斷層和坡坪式斷層特征，組合樣式有耙式、X型和Y型等，走滑斷層主要表現(xiàn)為正花狀、負花狀和半花狀特征。以新近系館陶組為界，深、淺層斷裂發(fā)育特征具有明顯差異。斷裂走向以NE，NW和近EW向為主，平面展布表現(xiàn)出明顯的分區(qū)性。

渤海海域NW和NE向斷裂的發(fā)育主要與郯廬斷裂帶和張家口－蓬萊斷裂帶有關(guān)，共同構(gòu)成新構(gòu)造期的共軛剪切破裂系統(tǒng)，其中NE向走滑斷裂的發(fā)育特征可能與不同地區(qū)早期先存基底主干斷裂和后期構(gòu)造主壓應(yīng)力方向夾角存在差異有關(guān)。大型近EW向斷裂帶經(jīng)歷了早期伸展和晚期走滑作用的疊加，多表現(xiàn)出鏟式主干正斷層和淺層走滑分支斷層相結(jié)合的似花狀構(gòu)造特征，而淺層密集發(fā)育的近EW向斷裂多是受郯廬斷裂走滑作用影響而形成的派生斷裂，多具有張性正斷層性質(zhì)。

致謝：本文研究過程得到了夏慶龍、龐雄奇、薛永安、呂修祥、彭文緒、牛成民和李建平等人的指導(dǎo)和幫助，在此深表謝意。

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（編輯董立）

中圖分類號：TE121.1

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：0253－9985（2011）02－0273－07

收稿日期：2010－12－28。

第一作者簡介：余一欣（1977—），男，講師，盆地分析和構(gòu)造地質(zhì)。

基金項目：國家自然科學(xué)基金項目（40802030）；中海油天津分公司科技攻關(guān)項目（S10TJTMM016）。

Characteristics and formationmechanism s of the Cenozoic faults in the Bohai Sea waters

Yu Yixin1，2，Zhou Xinhuai3，Xu Changgui3，LüDingyou3，Wei Gang3and Wang Guihua4
（1.State Key Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting，China University of Petroleum，Beijing 102249，China；2.Basin and Reservoir Research Center，China University of Petroleum，Beijing 102249，China；3.CNOOC Tianjin Company，Tianjin 300452，China；4.Changqing Department of CNPC Logging Corporation，WWLT，Xian，Shanxi710201，China）

Abstract：Fault is one of themajor factors that control hydrocarbon accumulation in the Bohai Seawaters.Based on seismic interpretation and structuralmapping，this paper focuses on the characteristics and formationmechanisms of the Cenozoic faults in the Bohai Seawaters.In the study area，extensional and strike-slipping faults are themost predominant，and inverted faults are locally distributed.On plane view，most of the faults are of NE-，NW-or EW-trend，and the NE-trending faultsmostly belong to the Tanlu strike-slip faut zone.While on sectional view，the faults occur as flower structures.The NW-trending faults are associated with the Zhangjiakou-Penglai strike-slip fault zone，and constitute a conjugate shear faults system with the NE-trending faults during the neotectonic stage.The near EW-trending faults can be classified into two types according to their scale.The large-scale EW-trending faults，acting as the boundary faults between the salient and trough in the southern part，experienced the early extensional and late strike-slippingmovements.They exhibit quasi-flower structures composed ofmajor listric faults and shallow branching strike-slipping faults on the section.The small-scale EW-trending faults are densely developed in the shallow strata，and they aremostly derivative faults resulted from the strike-slippingmovement of the Tanlu fault zone.

Key words：formationmechanism，extensional fault，strike-slipping fault，Cenozoic，Bohai Sea waters