北黃海盆地的成盆動(dòng)力學(xué)機(jī)制探討

王后金，王嘹亮，馮常茂 （廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局，廣東廣州 510760）

北黃海盆地的成盆動(dòng)力學(xué)機(jī)制探討

王后金，王嘹亮，馮常茂 （廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局，廣東廣州 510760）

北黃海盆地是發(fā)育于中朝板塊東部的中、新生代盆地，其發(fā)育演化經(jīng)歷了晚侏羅世－早白堊世裂陷、晚白堊世－古新世構(gòu)造反轉(zhuǎn)、始新世－漸新世裂陷、晚漸新世－早中新世構(gòu)造反轉(zhuǎn)及中中新世－第四紀(jì)區(qū)域沉降5個(gè)階段。北黃海盆地的動(dòng)力學(xué)類型可定義為右行轉(zhuǎn)換拉張盆地，區(qū)域性走滑運(yùn)動(dòng)在成盆中起了決定性作用。北黃海盆地與中國東部其他盆地具有統(tǒng)一的動(dòng)力學(xué)背景，主要受控于特提斯構(gòu)造域板塊（地塊）向歐亞板塊俯沖、碰撞及 （古）太平洋板塊俯沖。

北黃海盆地；盆地類型；構(gòu)造演化；動(dòng)力學(xué)機(jī)制；右行轉(zhuǎn)換拉張

北黃海盆地位于北黃海海域，是發(fā)育在中朝板塊東部的前寒武紀(jì)結(jié)晶基底和古生界未變質(zhì)－淺變質(zhì)地層之上的中、新生代盆地［1］。該盆地西鄰郯廬斷裂帶，東接朝鮮北部地塊，北臨遼東隆起，南連劉公島隆起區(qū) （圖1（a））。地震及鉆井資料揭示，北黃海盆地整體構(gòu)造走向?yàn)镹E向，斷裂發(fā)育，NE向和NW向2組斷裂共同控制了盆地的構(gòu)造與沉積格局 （圖1（b）），地層主要為上侏羅統(tǒng)、下白堊統(tǒng)、始新統(tǒng)、漸新統(tǒng)和新近系－第四系。

圖1 北黃海盆地大地構(gòu)造位置 （a）及構(gòu)造區(qū)劃 （b）圖

前人對(duì)北黃海盆地的構(gòu)造幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)及構(gòu)造演化史進(jìn)行了一定的研究，并取得了一些重要的認(rèn)識(shí)。但總體而言該盆地研究程度仍然較低，對(duì)于盆地類型、盆地發(fā)育的走滑構(gòu)造樣式、走滑作用對(duì)盆地形成及演化的影響等認(rèn)識(shí)不足或存在分歧。筆者根據(jù)北黃海盆地的地震解釋成果，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造背景，對(duì)研究區(qū)盆地類型及演化動(dòng)力學(xué)機(jī)制進(jìn)行了探討。

1 盆地類型與構(gòu)造演化

1.1 盆地類型

根據(jù)北黃海盆地的花狀構(gòu)造［2］、控盆或控坳邊界斷層的雁列組合特征 （圖1（b）），結(jié)合區(qū)域構(gòu)造背景分析，北黃海盆地伸展裂陷可能源于區(qū)域走滑運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的拉張，即廣義的轉(zhuǎn)換拉張作用。北黃海盆地拉張與走滑作用的關(guān)系如圖2所示。

沿主剪切方向發(fā)生剪切，主剪切帶發(fā)生脆性位移之前就可派生次級(jí)張性 （或具走滑分量的張性）破裂，已是一成熟的理論［3］（圖2（a））。新近的物理模擬實(shí)驗(yàn)再次證明，在總體上非脆性簡單剪切的情況下，可以產(chǎn)生多方向具有正斷作用的斷層［4］（圖2（b））。北黃海盆地主要正斷層（圖2（c）中的F1、F3、F10、F11和F19）可以解釋為NNE向右行主剪切派生的，總體上為NW向的拉張作用的結(jié)果。至于何種方向斷層可以產(chǎn)生正斷及其產(chǎn)生正斷分量的大小，一方面取決于拉分邊界與主剪切方向的夾角，另一方面取決于變形介質(zhì) （地殼）的非均質(zhì)性。事實(shí)上，局部拉分邊界方向的空間變化比實(shí)驗(yàn)條件下的要復(fù)雜得多，雖然盆地 （破裂）應(yīng)變橢圓的最長軸總體上是NW向，但會(huì)應(yīng)時(shí)應(yīng)地而變，具有正斷作用的方向和位移大小也比實(shí)驗(yàn)中的更多、更復(fù)雜。

因此，北黃海盆地的動(dòng)力學(xué)類型可定義為右行轉(zhuǎn)換拉張盆地。雖然北黃海盆地東、西兩側(cè)并沒有發(fā)現(xiàn)走向?yàn)榻黃N-NNE向的脆性主邊界斷裂 （Y剪切），但是在許多情況下，Y剪切晚于里德爾剪切 （R剪切）和共軛里德爾剪切 （R′剪切）形成，破裂前Y剪切表現(xiàn)為非剛性變形模型［3，4］，北黃海盆地 “主邊界剪切帶”（圖2（c））可能屬于這種情況。

圖2 北黃海盆地拉張與區(qū)域性走滑作用的可能關(guān)系

1.2 構(gòu)造演化

北黃海盆地的演化史可分為5個(gè)階段，包括2個(gè)裂陷階段、2個(gè)構(gòu)造反轉(zhuǎn)階段和1個(gè)區(qū)域沉降階段 （圖3）。

1）晚侏羅世-早白堊世裂陷階段 晚侏羅世，北黃海盆地開始裂陷，快速沉降，不僅控盆 （坳）主斷層下降盤接受沉積，其上升盤也接受了一定厚度的沉積。NE向鏟式主斷層控制了晚侏羅世成盆的基本格架，由于非均勻拉張、鏟式控盆 （坳）斷層的變形機(jī)制及NW向調(diào)節(jié)斷層的共同作用，這些斷層下降盤形成沿?cái)鄬幼呦蛳嚅g分布的凹陷和凸起。早白堊世繼承性成盆，但沉積范圍有所萎縮。下白堊統(tǒng)分布在盆地南部，主要受NE向鏟式斷層控制。

2）晚白堊世-古新世構(gòu)造反轉(zhuǎn)階段 晚白堊世－古新世，北黃海盆地發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)，結(jié)束了中生代裂陷階段，全區(qū)隆升剝蝕，缺失上白堊統(tǒng)和古新統(tǒng)。尤其是下白堊統(tǒng)沿NE向控制斷層逆沖反轉(zhuǎn)，被大量剝蝕，造成近斷層處地層顯著減薄的 “異常”現(xiàn)象。

圖3 北黃海盆地構(gòu)造發(fā)育史剖面

3）始新世-漸新世裂陷階段 始新世－漸新世，北黃海盆地又一次裂陷沉降。該期成盆與中生代成盆具有明顯的繼承性，中生代的主要控盆 （坳）斷層復(fù)活，控制了新生代盆地的構(gòu)造與沉積格局。

始新世是新生代裂陷成盆的初期，構(gòu)造活動(dòng)弱，沉降速率慢，沉積范圍是所有成盆期中最小的。漸新世北黃海盆地發(fā)生強(qiáng)烈裂陷，是該盆地形成以來沉降最快的時(shí)期。沉積范圍較始新世顯著擴(kuò)大。NE向鏟式斷層控制了漸新統(tǒng)的基本沉積格局，沉積中心沿這些斷層分布。

4）晚漸新世-早中新世構(gòu)造反轉(zhuǎn)階段 晚漸新世，北黃海盆地再次發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)，新生代伸展裂陷階段就此結(jié)束。盆地的NE向控盆 （坳）斷層及NW向調(diào)節(jié)斷層發(fā)生不同程度的反轉(zhuǎn)，下降盤地層明顯褶皺變形。該構(gòu)造運(yùn)動(dòng)一直持續(xù)到中中新世，期間北黃海盆地被剝蝕夷平，沉積缺失。

5）中中新世-第四紀(jì)區(qū)域沉降階段 早中新世后，北黃海盆地整體沉降，全區(qū)沉積穩(wěn)定，地層呈近水平狀，沒有明顯變形。第四紀(jì)以來，海水全面進(jìn)侵，形成一套陸架淺海相穩(wěn)定沉積。

2 成盆動(dòng)力學(xué)機(jī)制探討

中國東部發(fā)育眾多中、新生代斷陷盆地，這些盆地在地質(zhì)背景、成因類型及形成機(jī)制等方面存在一定差異性，但控制其形成的宏觀動(dòng)力學(xué)條件應(yīng)該基本相同。目前對(duì)中國東部中、新生代斷陷盆地形成的宏觀動(dòng)力學(xué)條件的認(rèn)識(shí)，主要涉及特提斯構(gòu)造域板塊 （地塊）向歐亞板塊俯沖、碰撞及 （古）太平洋板塊俯沖2大力源。

2.1 晚侏羅世－早白堊世

在晚侏羅世和早白堊世，北黃海盆地均以NW-SE向拉張為特征，處于伸展裂陷環(huán)境，這與當(dāng)時(shí)中國東部的區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場相適應(yīng)。中國東部從晚侏羅世開始進(jìn)入以裂陷作用為主的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)階段，形成構(gòu)造走向以NE-NNE為主的斷陷盆地系［5～7］，如膠萊盆地、二連-海拉爾盆地群、渤海灣盆地及松遼盆地等。

對(duì)于中國東部晚侏羅世和早白堊世裂陷盆地形成機(jī)制，主流觀點(diǎn)是與伊佐奈崎 （Izanagi）板塊俯沖有關(guān)，伊佐奈崎板塊NW向俯沖導(dǎo)致弧后拉張或巖石圈拆沉［7～13］。根據(jù)伊佐奈崎板塊重建，伊佐奈崎板塊自晚侏羅世到早白堊世早期向NW俯沖，而早白堊世晚期向NNW俯沖［14］，或者侏羅紀(jì)為正向俯沖，早白堊世轉(zhuǎn)為向北或NNW斜向俯沖［15］。然而，任何一種板塊重建結(jié)果都難以合理解釋中國東部盆地的弧后拉張機(jī)制：一方面，許多盆地不是位于弧后區(qū)，研究表明，中國東部燕山期大規(guī)模巖漿活動(dòng)與古太平洋板塊俯沖作用無關(guān)［16，17］；另一方面，俯沖導(dǎo)致的弧后純張應(yīng)力場并不能產(chǎn)生中國東部盆地樣式和雁列特征［5，18，19］。

中國東部區(qū)域性走滑運(yùn)動(dòng)在中、新生代成盆中的作用逐漸為人們所認(rèn)識(shí)與接受［5，6，11，18～29］，但對(duì)走滑運(yùn)動(dòng)的旋向變化和動(dòng)力學(xué)機(jī)制仍有爭議。中國東部裂陷盆地晚侏羅世－早白堊世已大多具有右行拉分盆地或右行轉(zhuǎn)換邊緣型盆地樣式，或初具雛形。例如，二連－海拉爾盆地群和松遼盆地?cái)嘞葑罅蟹植急砻?，其受近SN向右行剪切作用控制［5，17，22，23］；郯廬斷裂帶及其東、西兩側(cè)盆地的幾何關(guān)系明確指示，該時(shí)期郯廬斷裂是右行剪切而不是左行［20，25，27］。北黃海盆地的拉張裂陷也可能源于區(qū)域性右行剪切作用。綜上認(rèn)為，北黃海盆地與中國東部其它盆地具有統(tǒng)一的動(dòng)力學(xué)背景，可能是歐亞板塊東部相對(duì)西太平洋島弧右行剪切引起NW-NWW向拉張作用，右行剪切的動(dòng)力可能來自特提斯構(gòu)造域板塊對(duì)歐亞板塊推擠或小陸塊碰撞，尤其是拉薩地塊在早白堊世與歐亞板塊碰撞［5，19，20，22，23，30］（圖4（a））。

2.2 晚白堊世－古新世

北黃海盆地在晚白堊世－古新世反轉(zhuǎn)隆升，前期地層遭受強(qiáng)烈剝蝕，同期沉積缺失。該期構(gòu)造反轉(zhuǎn)在中國東部盆地，如蘇北盆地、渤海灣盆地、二連－海拉爾盆地群和松遼盆地等均有明顯表現(xiàn)［5～8，11，15，16，20，31～33］，反映其受區(qū)域性構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響。

關(guān)于中國東部盆地該期反轉(zhuǎn)隆升的動(dòng)力學(xué)背景，其一觀點(diǎn)是熱隆升，即太平洋板塊俯沖于歐亞板塊東部邊緣形成巨型的 “幔隆”與 “幔坳”［33］，處在 “幔隆”區(qū)的北黃海盆地整體抬升并遭受剝蝕，這一作用一直持續(xù)到古新世末［34］。然而，近年來對(duì)中國東部燕山期大規(guī)模巖漿活動(dòng)的研究成果［16，17］并不支持俯沖引起熱隆升的觀點(diǎn)。且巨型的 “幔隆”與 “幔坳”是地殼或巖石圈褶皺，軟流圈大面積隆升雖可導(dǎo)致地殼表層更大范圍的抬升和區(qū)域不整合面，卻無法解釋控盆 （坳）邊界斷層的逆沖反轉(zhuǎn)。

板塊重建表明，早白堊世晚期，伊佐奈崎板塊運(yùn)移方向由NW或NWW向轉(zhuǎn)為NNW向［14］，這一時(shí)期正好是中國東部盆地的構(gòu)造反轉(zhuǎn)期。雖然歐亞板塊也在向北運(yùn)移，但伊佐奈崎板塊朝北運(yùn)移的速率大于歐亞板塊的速率［16］，因而導(dǎo)致中國東部產(chǎn)生區(qū)域性的左行剪切作用，郯廬斷裂也在這一區(qū)域應(yīng)力場下發(fā)生左行剪切活動(dòng)［5，20，22～24，35，36］，并使中國東部在NW方向上由拉張變?yōu)閿D壓。蒙古－鄂霍次克洋最終閉合產(chǎn)生的NS向擠壓也可能是動(dòng)力因素之一［5，24］。北黃海盆地NE向構(gòu)造線的收縮變形，應(yīng)該是區(qū)域性左行剪切作用的結(jié)果 （圖4（b））。

圖4 北黃海盆地區(qū)域構(gòu)造和板塊構(gòu)造動(dòng)力學(xué)背景

2.3 始新世－漸新世

始新世－漸新世，北黃海盆地再次受到NW-SE向拉張作用而張裂成盆。這一時(shí)期歐亞板塊東部發(fā)生廣泛而強(qiáng)烈的裂陷活動(dòng)，形成一系列新生代盆地。這些盆地大多具有右行轉(zhuǎn)換拉張?zhí)卣鳎?9，37，38］，例如，渤海灣盆地和蘇北盆地都是在右行剪切作用下形成的走滑拉分盆地［18，19，21，24，39～41］，遼河盆地漸新世也發(fā)生右行剪切拉張［28］，可見這期走滑運(yùn)動(dòng)具有區(qū)域性。

始新世－漸新世右行剪切拉張作用的板塊構(gòu)造背景也有不同認(rèn)識(shí)，大致分3大類：一是與太平洋板塊俯沖有關(guān)［37，40，42］，認(rèn)為從始新世中期開始，太平洋板塊的俯沖方向由NNW轉(zhuǎn)為NWW，致使歐亞板塊東部右行剪切，以至于郯廬斷裂帶由左行變?yōu)橛倚校欢桥c印度板塊碰撞有關(guān)，包括 “碰撞-擠出說”［43］和 “碰撞－拉分說”［18，19，29，38］。 “碰撞－擠出說”并不能說明東亞陸緣新生代盆地的幾何學(xué)特征和展布的相似性；“碰撞－拉分說”認(rèn)為印度板塊碰撞導(dǎo)致的右行轉(zhuǎn)換拉張甚至打開了西北太平洋邊緣海［44］。印度板塊與歐亞板塊 （硬）碰撞大約開始于55～50Ma，這一時(shí)期正好是中國東部新生代盆地初始裂陷期；三是與兩者都有關(guān)［6，39］。

從構(gòu)造力學(xué)分析，始新世太平洋板塊向歐亞板塊的正向俯沖主要產(chǎn)生NW向壓應(yīng)力，并且由于匯聚速率?。?5］，未能形成陸緣造山帶，更不能推動(dòng)歐亞板塊東部右行剪切。印度板塊與歐亞板塊的強(qiáng)烈碰撞，對(duì)歐亞板塊產(chǎn)生巨大的向北推擠力，歐亞板塊向北退卻，從而造成中國東部發(fā)生廣泛的NNE向右行剪切。因此，印度板塊碰撞應(yīng)該是始新世－漸新世右行轉(zhuǎn)換拉張作用的主要驅(qū)動(dòng)力 （圖4（c））。

2.4 晚漸新世－第四紀(jì)

晚漸新世－早中新世，北黃海盆地和中國東部其他眾多的新生代盆地一樣，發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)，隨后進(jìn)入裂后期整體沉降。

在這一時(shí)期，印度板塊繼續(xù)北移推擠歐亞板塊，但匯聚速率下降［46］，向中國東部傳播的NE向主壓應(yīng)力減弱；反之，由于太平洋板塊向歐亞板塊快速匯聚，加之西太平洋邊緣海擴(kuò)張的影響，太平洋板塊俯沖力源的作用逐漸增強(qiáng)。陳安定［18，19］認(rèn)為印度板塊碰撞和太平洋－菲律賓海板塊俯沖2大力源主導(dǎo)作用的交替，使中國東部在NW方向上形成了張、壓交替的 “手風(fēng)琴”力學(xué)環(huán)境。當(dāng)東部力源占主導(dǎo)或與西部力源相當(dāng)，則中國東部形成NS向左行剪切或NW、NE雙向擠壓應(yīng)力場［18，19］（圖4（d））；萬天豐［16］也指出，菲律賓海板塊新近紀(jì)以向北運(yùn)移為特征［47］，在菲律賓海板塊向北運(yùn)移和擴(kuò)張作用的影響下，東亞大陸邊緣近SN向斷層普遍帶有左行剪切的特征。這可能是北黃海盆地乃至中國東部在晚漸新世－早中新世發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)的主要原因。此后中國東部巖石圈熱衰減，發(fā)生重力均衡調(diào)整，北黃海盆地在隆起背景上整體沉降。

3 結(jié)論

1）北黃海盆地伸展裂陷可能源于區(qū)域走滑運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的拉張作用，即廣義的轉(zhuǎn)換拉張，區(qū)域性走滑運(yùn)動(dòng)在成盆中起了決定性作用，北黃海盆地的動(dòng)力學(xué)類型可以歸類為右行轉(zhuǎn)換拉張盆地。

2）北黃海盆地發(fā)育演化經(jīng)歷了晚侏羅世－早白堊世裂陷、晚白堊世－古新世構(gòu)造反轉(zhuǎn)、始新世－漸新世裂陷、晚漸新世－早中新世構(gòu)造反轉(zhuǎn)及中中新世－第四紀(jì)區(qū)域沉降5個(gè)階段。

3）北黃海盆地與中國東部其他盆地具有統(tǒng)一的動(dòng)力學(xué)背景，主要受控于特提斯構(gòu)造域板塊 （地塊）對(duì)歐亞板塊俯沖碰撞及 （古）太平洋板塊俯沖。

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［編輯］ 鄧?yán)?/p>

On Dynamic Mechanism of Tectonic Evolution in the North Yellow Sea Basin

WANG Houjin，WANG Liaoliang，F(xiàn)ENG Changmao (First Author's Address: Guangzhou Marine Geology Survey，Guangzhou10760，Guangdong，China)

The North Yellow Sea Basin was located in the Cenozoic and Mesozoic Basins in the eastern Sino-Korean plate，which experienced five tectonic evolution stages: such as the stage of late Jurassic-early Cretaceous rifting，late Cretaceous-Paleocenestructural inversion，Eocene-Oligocene rifting，late Oligocene-early Miocene structural inversion and Middle Miocene-Quaternary Ｒegional subsidence. The dynamic type of the North Yellow Sea Basin could be defined as a dextral trans-tensionbasin，regional strike slip motions played a decisive role in it's evolution. In Cenozoic and Mesozoic，the North Yellow Sea Basinand the other basins in eastern China have the uniform geodynamic background，they are mainly controlled by Tethys tectonicplate subducted and collided to the Euro-Asian plate and subducted to the ( paleao) pacific plate.Key words: North Yellow Sea Basin; basin type; tectonic evolution; dynamic mechanism; dextral trans-tension

North Yellow Sea Basin; basin type; tectonic evolution; dynamic mechanism; dextral trans-tension

TE121.2

A

1000-9752（2014）05-0001-07

2013-10-20

國家海洋地質(zhì)專項(xiàng) （GZH200700405）。

王后金 （1972-），男，1997年中國地質(zhì)大學(xué) （武漢）畢業(yè)，碩士，高級(jí)工程師，從事海洋地質(zhì)和油氣地質(zhì)方面的研究工作。