東濮凹陷新生代斷裂特征分析

施發(fā)劍，何世軍，郭騰飛，孟元庫

(1.中國冶金地質(zhì)總局第二地質(zhì)勘查院，福建 福州　350108;2.中國地質(zhì)科學院地質(zhì)研究所，北京　100037)

東濮凹陷新生代斷裂特征分析

施發(fā)劍1，何世軍1，郭騰飛1，孟元庫2

(1.中國冶金地質(zhì)總局第二地質(zhì)勘查院，福建 福州350108;2.中國地質(zhì)科學院地質(zhì)研究所，北京100037)

為了研究東濮凹陷新生代斷裂系統(tǒng)的發(fā)育特征，通過對凹陷內(nèi)不同區(qū)段地震剖面的解釋，根據(jù)斷層活動速率分析了東濮凹陷新生代斷裂的活動特征及其強度，并對凹陷內(nèi)不同部位的斷層特征進行了對比分析。結(jié)果顯示，東濮凹陷不同區(qū)段的斷層發(fā)育特征既有一定的相似性，又有一定的差異性。斷裂發(fā)育受到歐亞構(gòu)造域和濱太平洋構(gòu)造域的共同影響，同時在各區(qū)段受到的影響又有所差異。

東濮凹陷；控制因素；構(gòu)造單元；新生代；斷裂特征；渤海灣盆地

引文格式：施發(fā)劍，何世軍，郭騰飛，等.東濮凹陷新生代斷裂特征分析[J].山東國土資源，2015,31(10)：7-11.SHI Fajian, HE Shijun, GUO Tengfei, etc. Characteristic Analysis of Cenozoic Faults in Dongpu Depression[J].Shandong Land and Resources, 2015,31(10):7-11.

東濮凹陷位于渤海灣盆地西南部，其四周以斷裂為界與不同的構(gòu)造單元相連，整體格局呈NNE向展布，北窄南寬[1-2]。東濮凹陷是在華北基底上發(fā)育的一個新生代盆地，凹陷內(nèi)部斷層比較發(fā)育,不同部位斷層的活動情況有所差異。通過對凹陷內(nèi)部斷裂的活動特征進行分析，從而了解斷層在不同時期不同部位的活動情況，對盆地格局及演化規(guī)律的研究有著重要意義[3-8](圖1)。

圖1　研究區(qū)的區(qū)域構(gòu)造位置示意圖

1　斷層分區(qū)特征

基底主干斷層通常對裂陷盆地的整體格架起控制作用，盆地在演化過程中形成的蓋層斷層對盆地結(jié)構(gòu)也會產(chǎn)生影響，但前者起主導因素[9-10]。根據(jù)東濮凹陷主干基底斷層在不同地段的差異性，可將其分為北、中、南3個區(qū)段(圖2)。東濮凹陷北區(qū)大致在毛崗—柳屯一線以北的地區(qū)；中區(qū)大致為毛崗—柳屯和白廟—橋口—高平集所夾區(qū)域；南區(qū)大致為白廟—橋口—高平集一線以南的地區(qū)[11]，在不同的區(qū)段由于蓋層斷層等構(gòu)造要素的不同，在剖面上存在一定的差異性。

圖2　東濮凹陷主要斷裂系統(tǒng)圖(據(jù)樊生利等，1994)

1.1北區(qū)斷層特征分析

蘭聊斷層貫穿于整個東濮凹陷中，該文對其進行分區(qū)討論。蘭聊斷層在北區(qū)為中等傾斜的鏟式正斷層，濮城斷層、觀城斷層等與蘭聊斷層為同向的基底正斷層，一并構(gòu)成多米諾式斷層系統(tǒng)。在剖面上表現(xiàn)為由主干基底正斷層控制的復式半地塹，基底正斷層上盤還發(fā)育有反向的蓋層斷層，如衛(wèi)東斷層、宋廟斷層、六塔斷層和馬寨斷層，從而使盆地結(jié)構(gòu)由半地塹向不對稱地塹轉(zhuǎn)化(圖3)。觀城斷層向南逐漸尖滅，宋廟斷層向南延伸，被同為反向的六塔斷層和馬寨斷層取代。

圖3　東濮凹陷北區(qū)地震剖面圖

1.2中區(qū)斷層特征分析

蘭聊斷層在中區(qū)明顯變化為上陡下緩的鏟式正斷層，其上盤的同向基底正斷層的數(shù)量明顯小于北區(qū)，對凹陷結(jié)構(gòu)有影響的是文西斷層。文西斷層由4條斜列式斷層組成，走向為NNE，在平面上呈雁行式展布，剖面上向上分叉，被文東斷層所切割。反向調(diào)節(jié)斷層到中區(qū)更為發(fā)育，文東斷層取代了北段的衛(wèi)東斷層(圖4)。

圖4　東濮凹陷中區(qū)地震剖面圖

1.3南區(qū)斷層特征分析

蘭聊斷層在南區(qū)仍鏟式正斷層，其上盤斷層較發(fā)育，同向和反向斷層相互交切。其中對盆地格局產(chǎn)生影響的同向基底斷層包括爪營斷層、三春集斷層、馬廠斷層、黃河斷層，反向基底斷層主要為長垣斷層(圖5)。其中黃河斷層和長垣斷層在南區(qū)比較發(fā)育，和蘭聊斷層共同控制著該區(qū)的構(gòu)造格局。

圖5　東濮凹陷南區(qū)地震剖面圖

東濮凹陷在縱向上具有南北分區(qū)，橫向上呈現(xiàn)東西分帶[12]。東濮凹陷在EW向上由一系列NE--NNE向的斷層控制。從東到西所構(gòu)成的斷層帶依次為：蘭聊斷層帶、觀城-衛(wèi)西-文西-黃河斷層帶、宋廟-石家集-長垣斷層帶。

2　斷層特征對比分析

東濮凹陷中不同區(qū)段的斷層在不同時期的活動性有差異，有時同一斷層在同一時期的不同區(qū)段內(nèi)的活動性也有差異，如蘭聊斷層。根據(jù)這種情況，對東濮凹陷中不同區(qū)段的斷裂在不同時期的活動性進行研究。

斷層生長指數(shù)(GI)=下降盤厚度(Hd)/上升盤厚度(Hu)，下降盤厚度受盆地沉降因素控制的沉積速率(Vs)和斷層活動速率(Vf)雙重因素控制的厚度，而上升盤的厚度相對來講僅受沉積速率的控制，公式如下：

GI=Hd/Hu=(Vs+Vf)×T/Vs×T=1+Vf/Vs

式中：T為時間。當各沉積單元沉積速率不同時，其生長指數(shù)的大小不能反映斷層在各時代活動的強弱。另外，對于像蘭聊斷層的下盤幾乎沒有下古近系沉積，用生長指數(shù)無法研究它的活動特征。因此，可推得斷層活動速率的計算公式：

Vf=(Hd-Hu)/T

斷層活動速率是單位時間內(nèi)某地層單元的厚度差，也就是斷層上下盤沉積速率差，它可以定量地反映斷層的活動強度[13]。

東濮凹陷內(nèi)的斷層絕大多數(shù)為同生斷層。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)與盆地構(gòu)造演化資料，把東濮凹陷古近紀構(gòu)造活動分4期，即沙四期(ES4)、沙三期(ES3)、沙二和沙一期(ES2--ES1)、東營期(Ed)。

通過對東濮凹陷地震剖面解釋分析，計算出了東濮凹陷主要的斷層活動速率，將東濮凹陷主要斷層分為南區(qū)、中區(qū)、北區(qū)3個斷層組，并對各斷層組在不同的地質(zhì)時期的活動特征進行了對比(圖6)。

圖6　東濮凹陷新生代主要斷層活動速率對比圖

2.1斷層發(fā)育及活動特征

蘭聊斷層在南、中、北區(qū)都有分布，現(xiàn)就每一區(qū)段分別進行討論。東濮凹陷南區(qū)的主要斷層大部分在ES4和ES3沉積時期開始活動。馬廠、爪營和三春集斷層是蘭聊斷層在南部的分支斷層，其中爪營和三春集斷層的形成稍晚于馬廠斷層。黃河斷層在南區(qū)的規(guī)模僅次于蘭聊斷層，從斷層兩盤的地層厚度對比可以推斷黃河斷層在盆地發(fā)育之初就開始活動，可能和蘭聊斷層是同期形成的，對古近系各層序的沉積都有影響。長垣斷層的南端發(fā)育相對早，可能同樣形成于盆地發(fā)育之初，逐漸向北擴展延伸。各斷層的發(fā)育高峰期主要在ES3，ES2+ES1沉積時期，在ES3沉積時期，蘭聊斷層、馬廠斷層、長垣斷層在南區(qū)斷層活動中比較強烈，其中長垣斷層的活動性要低于蘭聊和馬廠斷層。在ES2+ES1沉積時期長垣斷層的活動速率高于其他斷層，此時黃河斷層的活動達到了高峰時期，與蘭聊斷層的活動程度相當。在Ed沉積時期各斷層的活動開始減弱。

東濮凹陷中區(qū)主要斷層的活動性與南區(qū)斷層既有一定的相似性又有一定的差異性，ES4沉積時期中區(qū)斷層的活動情況明顯比南區(qū)弱，蘭聊斷層在中區(qū)的活動情況比南區(qū)要弱很多，杜寨斷層是蘭聊斷層在中區(qū)的一個分支斷層。此時西邊的石家集斷層的活動性也比較微弱，比長垣斷層的活動速率要低，在沙四期活動的斷層在沙三期達到了活動高峰期。ES3沉積時期中區(qū)主要斷層都已經(jīng)開始活動，蘭聊和杜寨斷層的活動性在中區(qū)斷層當中是活動最強的。文西斷層在沙三期開始活動并達到高峰期，在發(fā)育時間上，由北向南依次變晚，活動強度也逐漸減弱。文東、徐樓、梁莊斷層在沙三期開始活動到ES2+ES1沉積時期達到活動高峰。東營期大部分斷層開始停止活動，盆地整體活動性變?nèi)酢?/p>

東濮凹陷北區(qū)在ES4沉積時期蘭聊、濮城和馬寨斷層開始活動到沙三期得到進一步加強，在ES2+ES1沉積時期斷層活動達到高峰。沙四時期北區(qū)斷層的整體活動性比南區(qū)和中區(qū)的活動情況要弱，其斷層發(fā)育的條數(shù)也比南區(qū)和中區(qū)要少。濮城斷層是蘭聊斷層在北區(qū)的主要同向分支斷層，它的活動情況受到蘭聊斷層的影響，同時對凹陷的沉積起到了一定的控制作用。其他斷層在ES3沉積時期開始活動，此時衛(wèi)西斷層的活動速率在北區(qū)最大，超過了蘭聊斷層。衛(wèi)東、觀城、文明寨斷層在ES2+ES1沉積時期的活動達到了高峰，但總體活動還是比蘭聊和濮城斷層要低。Ed沉積時期各斷層的活動性明顯減弱，部分斷層開始停止活動。

東濮凹陷東部斷層，特別是蘭聊斷層在不同區(qū)段斷層的活動情況不同，西部的長垣斷層在沙四期活動的基礎(chǔ)上繼續(xù)活動并向北發(fā)展延伸，沉積中心也相應的向北遷移。

2.2斷層活動強度

東濮凹陷不同區(qū)段斷層發(fā)育高峰時期的活動速率有所差別(表1)，南區(qū)主干基底斷層的活動強度均表現(xiàn)為自西向東由弱到強，如蘭聊斷層和馬廠斷層在活動高峰時斷層活動速率大于西部的黃河斷層和長垣斷層。馬廠斷層是蘭聊斷層上盤在南區(qū)的同向分支斷層，它的活動受到蘭聊斷層的影響。東西兩端的斷層活動性比中間斷層的活動要強，如三春集斷層各時期的斷層活動性明顯小于同時期兩側(cè)斷層的活動性。該區(qū)斷層的活動強度達到高峰的時期主要在沙三期，此時期斷層所控制的沉積作用也同樣達到高峰期。

東濮凹陷中區(qū)基底斷層的活動強度與南區(qū)類似，東部強于西部，與南部不同的是，東部主干基底斷層的主活動期在ES3和ES2+ES1沉積時期，而南區(qū)主要在ES4和ES3沉積時期。同樣與南區(qū)類似的是，東西兩端的斷層活動性比中間的要強。蘭聊斷層在中區(qū)最大的活動強度與南區(qū)相當，但是在沙四期時中區(qū)要比南區(qū)活動強度弱，到了ES2+ES1沉積時期以后，中區(qū)蘭聊斷層的活動性要比南區(qū)強。在西部石家集斷層的整體活動強度要比長垣斷層弱，但對西部沉積中心的形成也起到了一定的作用。杜寨斷層對盆地的沙四段、沙三段的沉積有明顯的控制作用，但到沙三段沉積以后，該斷層逐漸停止活動。

表1　東濮凹陷不同區(qū)段斷層活動速率

東濮凹陷北區(qū)基底斷層在發(fā)育高峰期時的活動強度明顯比南區(qū)和中區(qū)要低，而且蘭聊斷層的活動強度在北區(qū)也遠遠低于中區(qū)和南區(qū)。同南區(qū)和中區(qū)類似，主干基底斷層的整體活動強度東部強于西部。

從南、中、北區(qū)總體來看，控洼斷層受邊界控凹斷層的控制，各時期的活動強度明顯小于控凹斷層，如ES3沉積時期控凹斷層的活動速率最高達到565m/Ma，而同時期控凹斷層的活動速率最高為90m/Ma，其中斷層強烈活動時期對應凹陷的主沉降期。

2.3斷裂展布及其對構(gòu)造單元的控制

東濮凹陷中部分斷層通過后期作用貫通凹陷南北區(qū)段，如宋廟-石家集-長垣斷層、觀城-文西-黃河斷層和衛(wèi)東-文東斷層，它們呈NE--NNE向展布。各斷層的排列方式具有顯著的相似性，即左行雁列方式展布。這表明它們形成于統(tǒng)一的左旋拉張-剪切應力場，斷裂展布及由此產(chǎn)生的構(gòu)造線具有優(yōu)選方向，即NNE--NE向。但是凹陷南北斷裂走向存在較明顯的差別，北部地區(qū)主要NNE向，而南部地區(qū)則主要為NE向。不同期次、不同級別的斷裂控制著不同的構(gòu)造單元。蘭聊斷裂帶控制著東部洼陷帶和整個東濮凹陷的東界[14]；西部宋廟-石家集-長垣斷裂構(gòu)成西部斷階斜坡帶，控制著西部洼陷帶的西界；觀城-文西-黃河斷裂控制著中央隆起帶的發(fā)育，并將西部洼陷帶與中央隆起帶分開；衛(wèi)東-衛(wèi)西斷裂是北部中央隆起帶與濮城-前梨園洼陷的大致界線。其他二級斷裂和三級斷裂控制著亞二級和三級構(gòu)造的發(fā)育。更次級和更晚期的斷裂將以上斷裂控制的二級、三級構(gòu)造帶進一步復雜化，形成形態(tài)各異的眾多大小斷塊。

3　東濮凹陷斷裂發(fā)育的控制因素

東濮凹陷南、中、北部構(gòu)造單元都處于華北板塊構(gòu)造應力場的作用之下，因而凹陷內(nèi)部的斷裂特征具有一定的相似性，如盆地中的斷裂大多呈NNE，NE向展布。但由于南、中、北部構(gòu)造單元處于不同的區(qū)段之內(nèi)，其斷層發(fā)育特征也有所差異。

東濮凹陷盆地演化及其斷裂發(fā)育特征主要受到2種動力學背景的控制，一為歐亞構(gòu)造域，華北板塊與西伯利亞板塊及揚子板塊的相互作用，二為濱太平洋構(gòu)造域。兩大構(gòu)造體系域在新生代地質(zhì)時期對東濮地區(qū)構(gòu)造單元的演化起到了非常重要的作用[15-16]。

東濮凹陷在早白堊世末—古新世時期總體表現(xiàn)為隆起剝蝕狀態(tài)，缺失了白堊系和古新統(tǒng)。始新世東濮凹陷以裂陷為主，漸新世時在裂陷的基礎(chǔ)上，疊加了右旋走滑活動，使得東濮凹陷具有走滑盆地的特點。在右旋剪切應力場的控制下，早期NW--NWW向斷層的活動性減弱甚至停止活動，產(chǎn)生了大量NE，NNE向的斷層。到新近紀盆地進入坳陷發(fā)育階段。

4　結(jié)語

通過對東濮凹陷新生代斷裂進行分區(qū)，并對南、中、北區(qū)斷層的發(fā)育及活動特征進行分析，以及斷裂發(fā)育所受的控制因素。在歐亞構(gòu)造域和濱太平洋構(gòu)造域的影響下，東濮地區(qū)NW—NWW向斷層及蘭聊斷層在侏羅-白堊紀時期產(chǎn)生及發(fā)育，新生代時期NW--NWW向斷層的消亡，蘭聊斷層由左旋變?yōu)橛倚羟?，同時產(chǎn)生NE—NNE向斷層。同時在凹陷內(nèi)由于南北分區(qū)，東西分帶的影響，從而使得東濮凹陷的斷裂系統(tǒng)出現(xiàn)不同的發(fā)育特征，斷層活動強度以及對盆地的控制等方面都有所差異。因此通過對凹陷內(nèi)部斷裂特征進行分析研究可以更好地掌握盆地格局及其演化規(guī)律。

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Characteristic Analysis of Cenozoic Faults in Dongpu Depression

SHI Fajian1, HE Shijun1, GUO Tengfei1, MENG Yuanku2

(1. No.2 Geological Prospecting Institute of China Metallurgical Geology Bureau, Fujian Fuzhou 350108, China; 2. Chinese Academy of Geological Sciences Research Institute, Beijing 100037, China)

in order to study development characteristics of Cenozoic faults in Dongpu depression, through explanation of seismic profiles in different sections, according to activity rates of fault activities, activity characteristics and strength of Dongpu depression in Cenozoic faults have been analyzed, and the characteristics and intension of the faults in different regions have been compared and analyzed in Dongpu depression. As showed by the results, development characteristics of faults in different regions have some similarities and differences. The faults evolution is influenced by both the Eurasian tectonic system and the Pacific tectonic system. Meanwhile, the influence is different in different regions.

Dongpu depression；controlling factors；tectonic units；Cenozoic； fault characteristics; Bohaiwan basin

2015-03-16；

2015-04-13；編輯：王敏

施發(fā)劍(1986—)，男，安徽廬江人，助理工程師，主要從事地質(zhì)礦產(chǎn)勘查及研究工作；E-mail:sfj86@foxmail.com

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