新生代郯廬斷裂活動(dòng)在萊州灣地區(qū)的響應(yīng)

吳國強(qiáng)，呂修祥，周心懷，余一欣，田 亞，蔣子文

(1.中國石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249; 2.中國石油大學(xué)油氣資源與探測國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249; 3.中海石油 天津分公司，天津 300452)

新生代郯廬斷裂活動(dòng)在萊州灣地區(qū)的響應(yīng)

吳國強(qiáng)1,2，呂修祥1,2，周心懷3，余一欣1,2，田 亞1,2，蔣子文1,2

(1.中國石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249; 2.中國石油大學(xué)油氣資源與探測國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249; 3.中海石油 天津分公司，天津 300452)

運(yùn)用最新的三維地震資料，對渤海南部海域郯廬斷裂的空間展布特征進(jìn)行了刻畫，綜合分析了郯廬斷裂在研究區(qū)內(nèi)活動(dòng)演化史及其對該區(qū)域內(nèi)沉積和圈閉的影響。郯廬斷裂在研究區(qū)渤海南部海域內(nèi)表現(xiàn)出了明顯的花狀構(gòu)造和地層拖曳現(xiàn)象，東支斷裂南部的鹽構(gòu)造南北向展布也證實(shí)了郯廬斷裂新生代以來確實(shí)發(fā)生過走滑活動(dòng)；郯廬斷裂的活動(dòng)演化對萊州灣凹陷產(chǎn)生了重要影響，主要體現(xiàn)在漸新世的走滑活動(dòng)導(dǎo)致了萊州灣凹陷沉積中心向凹陷東北方向發(fā)生了偏移，并在深淺層形成了以斷背斜、半背斜和斷塊為主的圈閉。

構(gòu)造特征；構(gòu)造活動(dòng)響應(yīng)；郯廬斷裂；萊州灣地區(qū)；渤海海域

郯廬斷裂帶是位于我國東部大陸上的一條巨型NNE向斷裂帶，全長達(dá)2 400 km。自1956年由原地質(zhì)礦產(chǎn)部航測大隊(duì)發(fā)現(xiàn)以來，現(xiàn)今已有近50年的研究歷史，因最初認(rèn)為該斷裂延伸范圍為山東郯城至安徽廬江，故命名為郯廬大斷裂。現(xiàn)今普遍認(rèn)為，郯廬斷裂的延伸范圍可南起湖北廣濟(jì)，向北經(jīng)過安徽廬江和山東郯城，然后穿過渤海和遼河河谷，北延至沈陽以北。整體來說，郯廬斷裂大致可分為3段：南部的蘇皖段、中部的山東段以及北部的沈陽—渤海段[1]。山東段一般又稱之為沂沭斷裂帶，由西到東分別由4條斷裂組成，分別為鄌郚—葛溝斷裂、沂水—湯頭斷裂、安丘—閭縣斷裂以及昌邑—大店斷裂。這4條斷裂北延至渤海南部海域后匯為2條，一般稱之為萊西走滑斷裂和萊東走滑斷裂。郯廬斷裂在沈陽以北也有2條分支，西支為依蘭—伊通斷裂，延伸至俄羅斯境內(nèi)；東支為敦化—密云斷裂，可延伸至薩哈林灣(圖1)[2]。

盡管對于郯廬斷裂研究已近50年，但在對于該斷裂的一些關(guān)鍵問題上仍存在多種觀點(diǎn)，難以達(dá)成一致。這些問題主要體現(xiàn)在郯廬斷裂的形成時(shí)間[1,3-12]、演化活動(dòng)史[3-7,11,13-14]以及成因機(jī)制[1,5,8,13-15]等。不同學(xué)者對于郯廬斷裂提出了不同的成因模式，代表性的觀點(diǎn)主要有轉(zhuǎn)換斷層模式[5,14]、縫合線模式[1,13,16-17]、碰撞嵌入模式[18]、樞紐斷層模式[19]以及陸內(nèi)平移斷層模式[11]。對于郯廬斷裂的形成時(shí)間，主要可以分成以下3種觀點(diǎn)：

圖1 郯廬斷裂帶區(qū)域構(gòu)造[2]Fig.1 Sketch map of regional structure of Tan-Lu fault belt

華南—華北板塊碰撞造山之前[8-10]、華南—華北板塊碰撞造山同期[1,3-5,13]以及華南—華北板塊碰撞造山之后[11]。但大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為郯廬斷裂帶的形成與華南—華北板塊碰撞造山作用密切相關(guān)。關(guān)于郯廬斷裂中新生代以來的演化活動(dòng)歷史，主要有2種觀點(diǎn)：一種認(rèn)為郯廬斷裂帶中生代以來主要經(jīng)歷了左旋平移—伸展—擠壓等階段[11-12,14]，左旋平移的時(shí)間主要有晚侏羅世—早白堊世、三疊紀(jì)及早白堊世等分歧，伸展階段一般都認(rèn)為在晚白堊世—古近紀(jì)，擠壓階段則發(fā)生在新近紀(jì)之后；另一種觀點(diǎn)認(rèn)為中生代以來郯廬斷裂的演化歷程為左旋平移—伸展—右旋平移[4,13,20]，這一觀點(diǎn)僅在郯廬斷裂的后期演化方式上有所分歧。

前人對郯廬斷裂的研究多集中在陸上，渤海海域研究較少。湯良杰等[21]對渤海海域郯廬斷裂的遼東灣段和渤中段進(jìn)行了構(gòu)造解析，但對南部的萊州灣地區(qū)未進(jìn)行分析。最新的勘探成果表明，萊州灣凹陷是一個(gè)典型的“小而肥”的凹陷，油氣勘探潛力巨大[22-23]。本文通過最近的三維地震資料，對渤海海域萊州灣地區(qū)的郯廬斷裂進(jìn)行了精細(xì)刻畫，并在此基礎(chǔ)上分析了郯廬斷裂活動(dòng)對萊州灣凹陷活動(dòng)演化的影響，以期對該區(qū)后期的油氣勘探提供有效幫助。

1 研究區(qū)地質(zhì)背景

研究區(qū)主要包括北部的萊北低凸起和南部的萊州灣凹陷。萊州灣凹陷位于濟(jì)陽坳陷的東北部，渤中坳陷的南部，北與萊北低凸起接壤，南與濰北凸起毗鄰，西接墾東凸起，東側(cè)為魯東隆起區(qū)，是渤海灣盆地內(nèi)部于中生界基底之上發(fā)育的新生代凹陷，凹陷面積約1 200 km2。平面上凹陷呈典型的菱形，東西兩側(cè)受北北東向的郯廬斷裂控制(圖2)[24]。

萊州灣凹陷依據(jù)內(nèi)部斷裂體系的發(fā)育及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以分為北部陡坡帶、北部洼陷帶、中央隆起帶、南部洼陷帶、南部緩坡帶、西部走滑帶及東部走滑帶等7個(gè)次級構(gòu)造單元(圖2)[24]。從現(xiàn)今鉆遇的地層來看，萊州灣凹陷基底為中生界，基底之上新生代地層發(fā)育完整，從下至上發(fā)育古近系孔店組、沙河街組、東營組和新近系館陶組、明化鎮(zhèn)組以及第四系平原組[25]。

2 研究區(qū)郯廬斷裂構(gòu)造特征

萊州灣地區(qū)郯廬斷裂主要由東西2條比較大的分支斷裂帶組成，2條分支斷裂帶又分別由多條次一級斷裂組成。郯廬斷裂帶內(nèi)部夾持著近EW向展布、相間排列的濰北凸起、萊州灣凹陷、萊北低凸起。萊州灣凹陷和萊北低凸起以一條近EW走向的伸展斷裂為界，與NE走向的郯廬斷裂帶共同構(gòu)成了渤南地區(qū)的主要斷裂體系(圖2)[24]。

2.1東支斷裂

研究區(qū)內(nèi)郯廬斷裂東支從盆地東側(cè)通過，主要由2～3條NNE向線性延伸的走滑斷層組成。主干走滑斷層向深部的連續(xù)性變得較好，并形成向SSW收斂、NNE分叉的斷層束，同時(shí)還限制了NEE向和近EW向斷層向東的延伸。局部地區(qū)在走滑斷裂旁側(cè)還發(fā)育明顯的牽引構(gòu)造，西盤凸向NNE，指示走滑斷裂帶發(fā)生過明顯的右行走滑運(yùn)動(dòng)(圖3)。

圖2 渤海灣盆地萊州灣凹陷區(qū)域位置及構(gòu)造單元[24] ①西部走滑帶；②北部洼陷帶；③北部陡坡帶； ④東部走滑帶；⑤中央隆起帶；⑥南部洼陷帶；⑦南部緩坡帶；Ⅰ.KL12三維區(qū)；Ⅱ.KL10A三維區(qū)； 深灰色陰影部分為油氣田或含油氣構(gòu)造Fig.2 Location and structural units of Laizhou Bay Sag, Bohai Bay Basin

圖3 渤海萊州灣地區(qū)東部KL12三維區(qū)相干體切片 雙程反射時(shí)間500 ms，黑色實(shí)線為鹽巖范圍。Fig.3 Coherent slice of KL12 district, eastern Laizhou Bay area, Bohai Sea

在剖面上，走滑斷裂在淺層發(fā)育有分支斷裂，往深部逐漸合并。主干斷裂近直立，表現(xiàn)出明顯的負(fù)花狀構(gòu)造特征(圖4)。平面上，郯廬斷裂帶走滑變形所影響的范圍自南向北逐漸變大。此外，斷裂南部地震剖面上解釋出鹽構(gòu)造(圖5)，余一欣等[26-27]對其詳細(xì)研究后，將其活動(dòng)主要?jiǎng)澐譃樵缙诘妆倩顒?dòng)期、主動(dòng)底辟活動(dòng)期、被動(dòng)底辟活動(dòng)期、相對靜止期以及鹽拱活動(dòng)期，活動(dòng)時(shí)期為始新世—漸新世，以及第四紀(jì)。受郯廬斷裂走滑作用才導(dǎo)致其形成現(xiàn)今的南北走向，且其動(dòng)力來源可能為郯廬斷裂走滑派生的擠壓應(yīng)力。

2.2西支斷裂

郯廬斷裂帶在萊州灣地區(qū)的西支主要由2條斷裂組成。西支西側(cè)斷層產(chǎn)狀陡傾，延伸范圍廣，旁側(cè)還發(fā)育一些雁列式排列的次級斷裂(圖6)，向北一直可延伸至黃河口凹陷，并切割了渤南低凸起。在萊州灣地區(qū)，西支斷裂充當(dāng)了萊北低凸起和萊州灣凹陷的西部邊界。東側(cè)的斷層由3條短小的斷層組合而成，且斷層的傾向并不一致，北側(cè)的斷層同西側(cè)斷裂一樣?xùn)|傾，而南部斷層卻為西傾。西支斷裂的2條斷層共同形成了地塹構(gòu)造。

在剖面上，北部測線主干斷裂近直立，向上分叉，負(fù)花狀構(gòu)造特征明顯，地層變形較弱，基本呈近水平展布。另外，在萊北低凸起上還發(fā)育一條NW走向的走滑斷層，走滑作用在淺層形成一些雁列式分支斷裂，在剖面上也表現(xiàn)出負(fù)花狀構(gòu)造(圖7)。南部測線西支斷裂僅表現(xiàn)為單一的陡傾斷裂，并未見到花狀構(gòu)造。

3 斷裂活動(dòng)及其對凹陷演化的影響

大型邊界走滑斷裂的活動(dòng)演化可對盆地或凹陷沉積演化產(chǎn)生重要影響[28]，通過對萊州灣凹陷地層厚度圖的編制，可以發(fā)現(xiàn)郯廬斷裂在新生代的活動(dòng)對于萊州灣凹陷的演化特征有著明顯的影響作用。

圖4 渤海灣盆地萊州灣凹陷測線A-A′地震剖面 剖面位置見圖2。Fig.4 Seismic profile of line A-A′ in Laizhou Bay Sag, Bohai Bay Basin

圖5 渤海灣盆地萊州灣凹陷測線B-B′地震剖面 剖面位置見圖2。Fig.5 Seismic profile of line B-B′ in Laizhou Bay Sag, Bohai Bay Basin

圖6 渤海萊州灣地區(qū)西部KL10三維區(qū)相干體切片 雙程反射時(shí)間1 000 ms。Fig.6 Coherent slice of KL10 district, western Laizhou Bay area, Bohai Sea

圖7 渤海灣盆地萊州灣凹陷測線C-C′地震剖面 剖面位置見圖2。Fig.7 Seismic profile of line C-C′ in Laizhou Bay Sag, Bohai Bay Basin

古近紀(jì)古新世—始新世孔店組—沙河街組四段沉積期間，受萊北邊界斷層的伸展作用控制，萊州灣凹陷主要以斷陷活動(dòng)為主，郯廬斷裂的東西兩支僅作為邊界斷裂。萊州灣凹陷在新生代斷陷活動(dòng)比渤海海域內(nèi)別的凹陷都相對較早，此時(shí)鄰區(qū)的黃河口凹陷斷陷作用尚不強(qiáng)烈。萊州灣凹陷這一階段沉積的厚度巨大，雖目前并未有鉆井鉆遇孔店組地層，但根據(jù)地震資料分析，孔店組和沙河街組四段地層厚度最多可達(dá)3 000 m以上(圖8a)。沙四段上段是本區(qū)兩套主力烴源巖之一，并且沉積了巖鹽。孔店組在和萊州灣凹陷相同的濟(jì)陽坳陷的陸上地區(qū)已是證實(shí)的有效烴源巖，但在本區(qū)由于并未鉆遇，其是否有生烴能力仍存疑問。

始新世晚期沙河街組三段沉積時(shí)，萊州灣凹陷整體仍處于裂陷階段，但在凹陷的東北部郯廬斷裂附近已有凹陷形成，地層厚度也可達(dá)1 000 m以上(圖8b)，表明郯廬斷裂在這一時(shí)期已有微弱的走滑活動(dòng)，走滑活動(dòng)伴隨的斷陷活動(dòng)導(dǎo)致了另一沉積中心的形成?？碧綄?shí)踐證明，沙三段中下段為萊州灣凹陷的另一套主力烴源巖，最新的KL6地區(qū)的鉆探成果也表明，凹陷東北洼的沙三段烴源巖也具有生烴能力。受郯廬斷裂活動(dòng)影響，郯廬斷裂東支南部的鹽構(gòu)造活動(dòng)已開始，進(jìn)入初期的鹽枕階段。

漸新世沙河街組一段—東營組沉積時(shí)期，郯廬斷裂表現(xiàn)為明顯的右旋走滑活動(dòng)，并導(dǎo)致了萊州灣凹陷沉積中心向東北方的進(jìn)一步遷移(圖8c,d)。同時(shí)西支斷裂的活動(dòng)還使其周圍的墾東凸起東斜坡古近系底部近處發(fā)育一系列擠壓形成的隆起，并造成了東營組地層的大規(guī)模削截[29]。此外，郯廬斷裂走滑活動(dòng)派生的擠壓應(yīng)力也為南部鹽構(gòu)造的活動(dòng)提供了動(dòng)力來源，郯廬東支斷裂的鹽構(gòu)造活動(dòng)也因此進(jìn)入底辟階段。漸新世末期的喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)造成了大規(guī)模的區(qū)域抬升，使萊州灣凹陷東營組地層遭受剝蝕，凹陷內(nèi)普遍缺失東營組一段地層，整個(gè)渤海灣盆地的大部分區(qū)域內(nèi)也形成了古近系和新近系之間的區(qū)域不整合。

圖8 渤海萊州灣地區(qū)沉積厚度分布Fig.8 Depositional thickness of different periods in Laizhou Bay area, Bohai Sea

新近紀(jì)后，整個(gè)渤海灣盆地的沉積中心都已向北遷移至渤中坳陷處，萊州灣凹陷內(nèi)主要為河流相沉積，中新統(tǒng)館陶組主要為辮狀河沉積，上新統(tǒng)明化鎮(zhèn)組則為曲流河沉積。郯廬斷裂在全區(qū)發(fā)生了中新世末期以來的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)[30]，萊州灣凹陷淺層的時(shí)間切片也表明本區(qū)在新近紀(jì)以來郯廬斷裂重新活動(dòng)，斷裂周圍的次級斷裂的NNE向彎曲表明了郯廬斷裂在這一階段為右旋走滑，但由于沉積中心在整個(gè)渤海灣盆地的遷移，郯廬斷裂對萊州灣凹陷的沉積并未造成重要影響。

4 斷裂對構(gòu)造變形特征的影響

前人研究表明，走滑斷裂活動(dòng)對斷裂臨近區(qū)域構(gòu)造變形有著重要影響[31]。研究區(qū)內(nèi)郯廬斷裂對萊州灣凹陷構(gòu)造變形的影響主要體現(xiàn)在：在東、西兩支斷裂周圍及內(nèi)部形成了深、淺層均發(fā)育、類型豐富的構(gòu)造圈閉，主要類型為斷背斜、半背斜、斷塊和斷鼻。

郯廬斷裂西側(cè)受走滑活動(dòng)影響，主要發(fā)育了斷塊圈閉，除東營組以外，圈閉在深層古近系沙河街組以及淺層新近系館陶組和明化鎮(zhèn)組均有發(fā)育(圖9)。最近鉆探的KL9-A-1井深淺層均有良好的油氣顯示，表明了該區(qū)圈閉的石油地質(zhì)條件優(yōu)越，有著良好的勘探潛力。東支斷裂則主要發(fā)育斷背斜圈閉，東側(cè)的KL12地區(qū)深淺層均為受郯廬斷裂走滑活動(dòng)形成的半背斜，分布層位也與郯廬斷裂活動(dòng)期次匹配。東支斷裂西側(cè)的KL11-17區(qū)，主要為受鹽巖活動(dòng)影響，在鹽構(gòu)造上部發(fā)育了斷裂和擠壓背斜，郯廬斷裂活動(dòng)導(dǎo)致了鹽構(gòu)造的走向并非平行于凹陷的長軸，而是呈現(xiàn)出與凹陷長軸近于垂直的南北向。由于鹽構(gòu)造造成圈閉位置處于構(gòu)造高點(diǎn)，是油氣運(yùn)移的有利區(qū)域，另外，鹽巖可以形成良好的遮擋層，使得鹽構(gòu)造翼部也可形成有利的圈閉。對各構(gòu)造地震剖面分析后認(rèn)為，淺層館陶組和明化鎮(zhèn)組圈閉主要為后期新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成，深層?xùn)|營組和沙河街組圈閉則主要為漸新世郯廬斷裂主走滑活動(dòng)期形成。

圖9 渤海萊州灣地區(qū)圈閉分布Fig.9 Trap types and distribution in Laizhou Bay area, Bohai Sea

5 結(jié)論與認(rèn)識

1)郯廬斷裂在渤海海域萊州灣地區(qū)分為東西兩支，均表現(xiàn)出明顯的花狀構(gòu)造，東支斷裂淺層的時(shí)間切片揭示出西盤NNE向凸起，表明郯廬斷裂在新近紀(jì)以來曾發(fā)生過右旋走滑。

2)郯廬斷裂的活動(dòng)演化對萊州灣凹陷產(chǎn)生了重要影響，主要體現(xiàn)在漸新世的走滑活動(dòng)導(dǎo)致了萊州灣凹陷沉積中心向凹陷東北方向發(fā)生了偏移，并在深淺層形成了以斷背斜、半背斜和斷塊為主的圈閉。

3)萊州灣凹陷北部的陡坡帶是該區(qū)現(xiàn)今最重要的含油氣區(qū)，但在受郯廬斷裂影響的東西2個(gè)走滑帶也具有良好的生儲蓋組合，且走滑斷裂切割較深，可直接斷至油源，淺層廣泛發(fā)育的次級斷裂可對油氣進(jìn)行分配，最后聚集在有利的圈閉內(nèi)。近年來的勘探實(shí)踐在郯廬走滑斷裂東西兩支影響區(qū)域也取得了極大的成功，也進(jìn)一步表明該區(qū)域是下一步勘探最有潛力的地區(qū)。

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(編輯韓 彧)

ResponseofCenozoicTan-LufaultactivityinLaizhouBayarea,BohaiSea

Wu Guoqiang1,2, Lü Xiuxiang1,2, Zhou Xinhuai3, Yu Yixin1,2, Tian Ya1,2, Jiang Ziwen1,2

(1.CollegeofGeosciences,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China;2.StateKeyLaboratoryofPetroleumResourcesandProspecting,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China; 3.CNOOCTianjinBranchCompany,Tianjin300452,China)

By using the latest 3D seismic data, we described the space distribution of the Tan-Lu fault in the southern Bohai area and analyzed the evolution history and the influence to sedimentation and tarp formation combining the previous research achievements. The results showed that: in the southern Bohai area, flower structure and formation dag were revealed in the Tan-Lu fault and the salt activity was also a strong evidence for the strik-slip movement of the Tan-Lu fault in Cenozoic. The activity of the Tan-Lu fault had a significant impact on the evolution of the Laizhou Bay Sag, mainly reflected by the migration of sedimentary center. It also led to the formation of traps in both deep and shallow layers and most of the traps were faulted anticlines and fault blocks.

tectonic characteristics; tectonic activity response; Tan-Lu fault; Laizhou Bay area; Bohai sea

1001-6112(2013)04-0407-07

10.11781/sysydz201304407

TE121.2

A

2012-07-02；

2013-05-07。

吳國強(qiáng)(1988—)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)橛蜌獠匦纬膳c分布。E-mail: wuguoqiang_520@126.com。

中海石油(中國)有限公司天津分公司重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目“渤海海域郯廬斷裂帶控油氣作用研究”(S10TJMM016)資助。