冀中坳陷廊固凹陷古近紀(jì)斷層活動(dòng)特征

張丹丹，戴俊生，鄒 娟，王 珂

(中國(guó)石油大學(xué) (華東)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島266580)

1 研究區(qū)概況

廊固凹陷是渤海灣盆地冀中坳陷北部的一個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元，西鄰大興凸起，東南部以牛駝鎮(zhèn)凸起與霸縣凹陷相接，東以河西務(wù)東主斷層與武清凹陷相鄰，是一個(gè)古近紀(jì)箕狀斷陷湖盆［1～2］(見圖1)。鮮強(qiáng)等［3］、曹敬華等［4］結(jié)合層序地層學(xué)理論與油氣成藏理論對(duì)廊固凹陷構(gòu)造演化、油氣藏成藏模式進(jìn)行了研究;宋榮彩等［2］依據(jù)區(qū)域構(gòu)造背景和盆地沉積演化的差異將廊固凹陷西部邊界斷層大興斷層劃分為北段、中北段、中南段和南段等4段;曾慶魯［5］研究認(rèn)為凹陷東部邊界斷層河西務(wù)斷層活動(dòng)強(qiáng)度大，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，南部形成時(shí)間比北部早。邊界大興斷層與河西務(wù)斷層對(duì)于廊固凹陷的沉積和演化具有重要的控制作用，前人對(duì)這兩條邊界斷層的活動(dòng)性研究較多，而對(duì)于廊固凹陷內(nèi)三級(jí)、四級(jí)斷層的定量研究尚有欠缺。由于三級(jí)、四級(jí)斷層也在一定程度上影響著油氣的運(yùn)移、聚集、保存等，因此分析這些斷層的活動(dòng)性對(duì)油氣勘探具有重要的指導(dǎo)意義。

本文利用斷層落差法和生長(zhǎng)指數(shù)法，對(duì)廊固凹陷各級(jí)活動(dòng)斷層在古近紀(jì)的活動(dòng)性進(jìn)行了定量研究，但其中一級(jí)河西務(wù)斷層由于活動(dòng)時(shí)期較晚，后期地層遭受嚴(yán)重剝蝕，無法求得斷層落差和生長(zhǎng)指數(shù)，本文中不做詳細(xì)研究。

圖1 廊固凹陷構(gòu)造位置圖［2］Fig.1 Structural location of Langgu Sag

2 斷裂基本特征

廊固凹陷斷裂系統(tǒng)復(fù)雜，斷層數(shù)量多且活動(dòng)性強(qiáng)，綜合斷層延伸距離、活動(dòng)強(qiáng)度、活動(dòng)時(shí)間等因素，可將凹陷中的活動(dòng)性斷層分為4個(gè)級(jí)別 (見圖2，表1)。一級(jí)斷層包括大興斷層和河西務(wù)斷層，走向均為北東方向，傾向南東;斷層延伸距離長(zhǎng)，活動(dòng)強(qiáng)烈，其中大興斷層為該凹陷的控凹斷層，持續(xù)活動(dòng)時(shí)期長(zhǎng)，而河西務(wù)斷層活動(dòng)時(shí)期較晚。二級(jí)斷層包括桐柏鎮(zhèn)斷層、王居斷層、楊稅務(wù)斷層和琥珀?duì)I斷層，其中桐柏鎮(zhèn)斷層走向?yàn)楸蔽魑飨?，活?dòng)時(shí)期長(zhǎng)，活動(dòng)比較強(qiáng)烈;而其他3條斷層的走向均為北東向，延伸距離較長(zhǎng)，但活動(dòng)時(shí)期較晚。三級(jí)斷層共有7條 (見圖2)，走向均為北東向，其中劉其營(yíng)斷層、半截河斷層與別古莊西斷層僅在孔店—沙四期活動(dòng)，中岔口斷層和中岔口北斷層僅在沙三期活動(dòng)，安29斷層 (永清斷層)與安36斷層于沙四期開始活動(dòng)，在沙三期停止活動(dòng)。四級(jí)斷層都是一些未命名的小斷層，多為大斷層派生出的次級(jí)斷層，數(shù)量較多，但規(guī)模較小，僅在較短時(shí)期內(nèi)活動(dòng)，走向多為近北東方向。

從上述分析可知，廊固凹陷13條三級(jí)以上活動(dòng)性斷層中，除桐柏鎮(zhèn)斷層走向?yàn)楸蔽魑飨蛲?，其余斷層走向均為北東向;斷層傾向以南東和北西方向?yàn)橹?，早期開始活動(dòng)的斷層傾向以南東方向?yàn)橹鳎绱笈d斷層、劉其營(yíng)斷層和半截河斷層，而沙三時(shí)期開始活動(dòng)的斷層傾向多為北西方向。

圖2 廊固凹陷各級(jí)斷層平面分布圖Fig.2 Planar distribution of the all levels of faults in Langgu Sag

表1 廊固凹陷三級(jí)以上斷層基本情況Table 1 Basic information of the main faults in Langgu Sag

3 邊界斷層分段性研究——以大興斷層為例

主要采用斷層落差法［6～8］和生長(zhǎng)指數(shù)法對(duì)廊固凹陷內(nèi)斷層活動(dòng)性進(jìn)行研究。生長(zhǎng)指數(shù)是指斷裂上盤某地層的厚度與其下盤同層位地層厚度的比值［6］，生長(zhǎng)斷層的古落差可用同一地質(zhì)歷史時(shí)期兩盤沉積地層的厚度差表示［7］。由于斷層生長(zhǎng)指數(shù)法存在一些缺陷［9］，因此本文在分析斷層活動(dòng)性時(shí)以斷層古落差為主，生長(zhǎng)指數(shù)為輔。文中以下所提到的斷層落差都是指斷層古落差。

某一地質(zhì)歷史時(shí)期內(nèi)，同一條斷層在不同地震剖面上求取的落差和生長(zhǎng)指數(shù)存在較大差異，說明在不同位置的活動(dòng)性存在差異［10］，即斷層存在分段性，邊界大興斷層是這類斷層最典型的代表。大興斷層是本區(qū)的控凹斷層，它在平面上延伸距離遠(yuǎn)，活動(dòng)時(shí)期長(zhǎng)，沿著斷層走向，斷層活動(dòng)具有分段性。圖3為大興斷層在幾個(gè)典型時(shí)期內(nèi)的斷層落差折線圖，從地震剖面Line1216到Line3264，剖面自南西到北東方向排列，地震剖面Line1728、Line2140及Line2880為大興斷層分段的分界線 (見圖2)，在不同的時(shí)期斷層分段性存在一定的差異。

圖3 大興斷層古近紀(jì)斷層落差折線圖Fig.3 Broken line graph of Paleogene fault throw in Daxing Fault

沙四早期，以地震剖面Line1728、Line2140、Line2880為分界，大興斷層根據(jù)活動(dòng)性差異可以分為4段，由南西到北東向，各段的斷層落差平均值從1889 m下降到350 m，表明斷層活動(dòng)逐漸減弱。沙四中期，以地震剖面Line1728、Line2880為界可將大興斷層分為3段，即南段、中段和北段，中段延伸距離最長(zhǎng);落差平均值分別為1565 m、970 m、368 m，斷層活動(dòng)逐漸減弱。沙四晚期，以地震剖面Line2140、Line2880為界，大興斷層可分為3段，由南西方向到北東方向，斷層平均落差分別為2500 m、1200 m、370 m，斷層活動(dòng)逐漸減弱，但與沙四早、中期相比，該時(shí)期斷層的南段、中段活動(dòng)明顯增強(qiáng)。沙三中期，大興斷層的分段與沙四中期一致，而且由南西到北東方向，斷層落差減小，斷層活動(dòng)減弱。

4 不同時(shí)期斷層活動(dòng)性

廊固凹陷內(nèi)存在多條活動(dòng)斷層，這些斷層的活動(dòng)時(shí)期和活動(dòng)強(qiáng)度都存在明顯差異。尤其從沙四期進(jìn)入沙三期，一些斷層 (如半截河斷層)停止活動(dòng)而另一些斷層 (如中岔口斷層)開始活動(dòng)。根據(jù)活動(dòng)斷層的落差和生長(zhǎng)指數(shù)繪制了各地質(zhì)時(shí)期內(nèi)斷層落差平面圖和斷層生長(zhǎng)指數(shù)平面圖，進(jìn)而分析廊固凹陷各時(shí)期斷層活動(dòng)特征。由于廊固凹陷在沙一期和東營(yíng)期地層抬升遭受剝蝕作用，缺失嚴(yán)重，無法求得落差與生長(zhǎng)指數(shù)，因此本文對(duì)這2個(gè)時(shí)期的斷層活動(dòng)特征不作討論。

4.1 孔店—沙四期

4.1.1 孔店期

孔店期廊固凹陷大興斷層落差值最大，活動(dòng)最強(qiáng)烈;三級(jí)斷層多集中在凹陷東南部，斷層落差小于100 m，斷層活動(dòng)弱;四級(jí)斷層中鄰近大興斷層的活動(dòng)較強(qiáng)烈，遠(yuǎn)離大興斷層的活動(dòng)較弱。整體上在孔店期凹陷西北部斷層活動(dòng)強(qiáng)，東南部斷層活動(dòng)比較弱 (見圖4a，圖5a)。

圖4 廊固凹陷孔店—沙四期斷層落差圖Fig.4 Fault throw figures during the sedimentary period of E k to E s4 in Langgu Sag

圖5 廊固凹陷孔店—沙四期斷層生長(zhǎng)指數(shù)圖Fig.5 Fault growth index figures during the sedimentary period of E k to E s4 in Langgu Sag

4.1.2 沙四早期

沙四早期大興斷層具有分段性，與孔店期相比，活動(dòng)增強(qiáng);凹陷東南部劉其營(yíng)斷層、半截河斷層等落差仍小于100 m，活動(dòng)依然較弱;而別古莊西斷層及其西北部的幾條斷層落差多位于130～250 m之間，活動(dòng)比較強(qiáng)烈 (見圖4b，圖5b)。在整體上由凹陷的西北部到東南部，斷層活動(dòng)逐漸減弱。

4.1.3 沙四中期

沙四中期大興斷層自南西向北東活動(dòng)逐漸減弱;二級(jí)桐柏鎮(zhèn)斷層落差在250～650 m之間，斷層活動(dòng)較強(qiáng);凹陷東南部的幾條三級(jí)斷層，除別古莊西斷層南段落差大于100 m，活動(dòng)比較強(qiáng)烈外，其余幾條三級(jí)斷層落差多小于100 m，生長(zhǎng)指數(shù)小于1.25，活動(dòng)比較弱;靠近大興斷層的四級(jí)斷層規(guī)模很小，但活動(dòng)比多數(shù)三級(jí)斷層稍強(qiáng) (見圖4c，圖5c)。

4.1.4 沙四晚期

沙四晚期，大興斷層中南部的活動(dòng)明顯增強(qiáng);三級(jí)活動(dòng)性斷層仍然多集中在凹陷的東南部，但其分布范圍向東北方向擴(kuò)展，斷層平均落差都小于100 m，生長(zhǎng)指數(shù)多小于1.20，活動(dòng)較弱，且別古莊西斷層、半截河斷層等的延伸長(zhǎng)度變短 (見圖4d，圖5d)。從整體看依然是凹陷西北部活動(dòng)強(qiáng)，東南部活動(dòng)弱。

孔店—沙四期，廊固凹陷活動(dòng)性的三級(jí)斷層多集中在凹陷的東南部，而四級(jí)小斷層多集中在大興斷層附近，其活動(dòng)主要受大興斷層控制?？傮w來說，凹陷東南部三級(jí)活動(dòng)性斷層數(shù)量較多，但落差值和生長(zhǎng)指數(shù)較小，說明這些斷層活動(dòng)時(shí)期比較早，活動(dòng)比較弱;大興斷層活動(dòng)強(qiáng)烈且分段性明顯，鄰近四級(jí)小斷層數(shù)量多，多數(shù)延伸距離短、活動(dòng)時(shí)期短。

4.2 沙三—沙二期

4.2.1 沙三早期

沙三早期，廊固凹陷中三級(jí)以上活動(dòng)性斷層數(shù)量比較少，斷層整體活動(dòng)比較強(qiáng)。大興斷層活動(dòng)最強(qiáng)烈，由南西到北東斷層活動(dòng)逐漸減弱;桐柏鎮(zhèn)斷層與凹陷東南部幾條斷層落差多在400～600 m之間，活動(dòng)比較強(qiáng)烈;靠近大興斷層的四級(jí)小斷層數(shù)量較多，但活動(dòng)比較弱(見圖6a，圖7a)。

圖6 廊固凹陷沙三-沙二期斷層落差圖Fig.6 Fault throw figures during the sedimentary period of E s3 to E s2 in Langgu Sag

圖7 廊固凹陷沙三—沙二期斷層生長(zhǎng)指數(shù)圖Fig.7 Fault growth index figures during the sedimentary period of E s3 to E s2 in Langgu Sag

4.2.2 沙三中期

沙三中期，廊固凹陷中三級(jí)以上活動(dòng)性斷層數(shù)量明顯增多，其分布范圍不僅局限于凹陷的東南部，開始向東北部方向擴(kuò)展，斷層傾向多為北西方向。大興斷層落差大，為該時(shí)期活動(dòng)最強(qiáng)烈的斷層;桐柏鎮(zhèn)斷層、王居斷層、楊稅務(wù)斷層、中岔口北斷層等落差在100～500 m之間，生長(zhǎng)指數(shù)多在1.30左右，活動(dòng)比較強(qiáng);其他少數(shù)斷層 (如中岔口斷層)落差值小，活動(dòng)比較弱 (見圖6b，圖7b)。

4.2.3 沙三晚期

沙三晚期，廊固凹陷活動(dòng)性斷層數(shù)量明顯減少，斷層傾向多為北西方向 (見圖6c，圖7c)。大興斷層分段性不明顯，落差多在500～1000 m之間，活動(dòng)明顯減弱，其附近的四級(jí)小斷層活動(dòng)也較弱;王居斷層活動(dòng)由中部向兩側(cè)逐漸減弱;楊稅務(wù)斷層和中岔口斷層落差大于100 m，生長(zhǎng)指數(shù)大于1.30，活動(dòng)較強(qiáng)。

4.2.4 沙二期

沙二期，廊固凹陷中活動(dòng)性斷層數(shù)量較少，且集中在凹陷的北部 (見圖6d，圖7d)，大興斷層與王居斷層活動(dòng)較強(qiáng)。

沙三—沙二期，廊固凹陷內(nèi)活動(dòng)性斷層分布范圍向北東方向擴(kuò)展，斷層傾向以北西方向?yàn)橹?。整體上，凹陷內(nèi)三級(jí)以上斷層多分布在凹陷的東部，而四級(jí)小斷層多分布在凹陷的西部。大興斷層在各時(shí)期活動(dòng)均比較強(qiáng)烈，但在后期斷層分段性不明顯，活動(dòng)也明顯減弱;凹陷內(nèi)三級(jí)以上斷層活動(dòng)多數(shù)比較強(qiáng)烈，少數(shù)四級(jí)斷層活動(dòng)也較強(qiáng)。

5 斷層活動(dòng)性成因分析

斷層活動(dòng)既受控于構(gòu)造演化背景，同時(shí)也反映不同時(shí)期構(gòu)造演化特征，次級(jí)斷層活動(dòng)多與主斷層密切相關(guān)［5］。廊固凹陷古近紀(jì)經(jīng)歷了3個(gè)構(gòu)造演化階段，分別為斷陷初始期 (孔店期—沙四期)、強(qiáng)烈斷陷期 (沙三期)和斷陷回返期 (沙二期)［3，11］。

孔店—沙四期為斷陷初始期，在區(qū)域應(yīng)力作用下，隨大興凸起 (見圖1)的隆起，大興斷層開始發(fā)育［5］，活動(dòng)逐漸增強(qiáng);大興斷層附近的四級(jí)斷層活動(dòng)則受控于大興斷層。凹陷東部的河西務(wù)構(gòu)造帶南部受牛駝鎮(zhèn)凸起 (見圖1)隆起影響［5］，活動(dòng)比較早，受此構(gòu)造活動(dòng)控制，在該時(shí)期凹陷內(nèi)的活動(dòng)性斷層主要集中在凹陷的東南部。

沙三期為強(qiáng)烈斷陷期，河西務(wù)構(gòu)造帶抬升，地層遭受剝蝕嚴(yán)重，尤其在南部缺失沙三上段到東營(yíng)組，因此沙三晚期可進(jìn)行定量研究的活動(dòng)性斷層數(shù)量明顯減少，而且與沙三早、中期相比，活動(dòng)性斷層分布范圍向北移動(dòng);大興斷層劇烈拉張，活動(dòng)依然比較強(qiáng)烈［3］。總的來說，從沙三早期到沙三晚期，活動(dòng)的斷層主要受河西務(wù)構(gòu)造帶抬升和大興斷層活動(dòng)的控制作用，整體活動(dòng)增強(qiáng)，分布范圍向北部擴(kuò)展。

沙二期為斷陷回返上升期，該時(shí)期地層遭受剝蝕嚴(yán)重，僅在局部地區(qū)分布，導(dǎo)致可進(jìn)行定量研究的活動(dòng)性斷層數(shù)量較少。

6 結(jié)論

廊固凹陷活動(dòng)性斷層較多，但活動(dòng)時(shí)期和活動(dòng)強(qiáng)度存在很大差別;其中大興斷層活動(dòng)存在分段性，整體上由南西到北東方向斷層活動(dòng)逐漸減弱。

孔店—沙四期，凹陷東南部斷層活動(dòng)弱，西北部斷層活動(dòng)強(qiáng);該時(shí)期的斷層傾向開始多為南東方向，之后北西傾向斷層數(shù)量逐漸增多;至沙三—沙二期，活動(dòng)性斷層分布范圍向北東方向擴(kuò)展，凹陷中三級(jí)以上斷層活動(dòng)比較強(qiáng);而隨著幾條南東傾向的活動(dòng)性斷層停止活動(dòng)，該時(shí)期的斷層傾向以北西方向?yàn)橹鳌?/p>

廊固凹陷古近紀(jì)斷層活動(dòng)主要受控于構(gòu)造演化背景，斷陷初始期，大興斷層受到大興凸起隆起影響，凹陷東南部活動(dòng)性斷層則受控于牛駝鎮(zhèn)凸起的構(gòu)造活動(dòng);強(qiáng)烈斷陷期，活動(dòng)的斷層主要受河西務(wù)構(gòu)造帶抬升和大興斷層活動(dòng)的控制，整體活動(dòng)增強(qiáng)，分布范圍向北部擴(kuò)展;斷陷回返上升期，地層遭受剝蝕嚴(yán)重，可進(jìn)行定量研究的活動(dòng)性斷層數(shù)量較少。

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